具有热传感器的充电入口

技术领域

本文的主题涉及具有用于建立用于将电流从电源供应到电池的导电路径的电连接器的充电系统。

背景技术

电动车辆(包括全电动和插电式混合动力车辆)具有用于为电池充电的充电系统，该电池提供用于推动车辆的电流。充电系统包括车辆上的充电入口，其可释放地联接至连接至外部电源的配合连接器。因为在充电操作期间车辆被固定，所以期望减少充电操作的持续时间以减少车辆固定的时间量。可以通过增加功率(例如电流)传输的速率来减少充电持续时间。在高电流下，车辆充电系统的部件(例如充电入口)可能会由于电接触电阻而变热。如果任其发展，热量可能会损坏充电系统的部件，例如使这些部件融化，并有可能引起火灾。

为了防止与热相关的损坏，一些已知的充电系统具有用于监测充电入口内或周围温度的传感器。如果测量的温度超过阈值，则充电系统会降低功率传输速率和/或采取其他措施将温度维持在不太可能造成损坏的安全水平。然而，已知的充电系统中的温度感测可能不准确和/或具有延迟的响应时间。例如，为了为感测电路提供与通过电源触头传送的高电流的电隔离，温度传感器可以定位成相对远离电源触头和/或放置在壁或其他结构的后面。但是，分隔距离和中间结构会导致电源触头和温度传感器之间的显著温度差异，从而降低精度并减慢传感器的响应时间。由于精度低和响应时间慢，已知的充电系统对充电操作的控制受到限制。

要解决的问题是提供具有热传感器的充电入口，该热传感器能够比已知的充电系统更准确快速地监测充电操作期间的电源触头的温度，从而在充电操作期间允许更大的功率传输速率以减少充电持续时间，无需担心与热有关的损坏。

发明内容

在本公开的一个或多个实施例中，该问题通过一种充电入口解决，该充电入口包括电源端子和用于监测电源端子的温度的热传感器。电源端子构造成可释放地接合外部电源的配合触头。电源端子包括圆柱形轴。热传感器包括基板和安装在基板上的感测元件。基板是柔性的并且沿着圆柱形轴的外表面的至少一部分弯曲。

在一个或多个实施例中，提供了一种充电入口，其包括壳体、电源端子以及用于监测电源端子的温度的热传感器。壳体限定腔。电源端子由壳体保持并延伸到腔中。电源端子构造为可释放地接合外部电源的配合触头。热传感器包括基板和感测元件。基板具有部件侧和与部件侧相对的安装侧。感测元件安装在基板的部件侧。基板的安装侧安装到电源端子的外表面。基板是柔性的，并且沿着电源端子的周边的至少一部分的轮廓弯曲。

在一个或多个实施例中，提供了一种充电入口，其包括第一和第二电源端子以及用于监测第一电源端子的温度的热传感器。第一和第二电源端子构造为可释放地接合外部电源的相应配合触头。第一和第二电源端子在壳体内彼此间隔开。第一电源端子包括圆柱形轴。热传感器包括基板和安装在基板上的感测元件。基板是柔性的，并且安装到第一电源端子的圆柱形轴上，使得基板沿着圆柱形轴的外表面的至少一部分弯曲。热传感器的感测元件位于第一和第二电源端子之间。

附图说明

现在将参考附图通过示例的方式描述本发明：

图1示出了根据实施例的充电系统，其包括停在充电站旁边的电动车辆。

图2是根据实施例的充电入口的俯视图。

图3是根据实施例的充电入口的一部分的透视图。

图4是根据图3所示的实施例的电源端子和与该电源端子相关的热传感器的等距透视图。

图5是沿图3中的线5-5截取的充电入口的一部分的截面图。

图6是根据实施例的沿充电入口的电源端子之一的外表面弯曲的热传感器的俯视截面图。

图7是根据另一实施例的沿电源端子的外表面弯曲的热传感器的俯视截面图。

图8是根据另一实施例的处于未组装状态的热传感器之一的等距视图。

图9是根据又一实施例的沿电源端子的外表面弯曲的两个热传感器的俯视截面图。

图10是根据替代实施例的沿图3中的线5-5截取的充电入口的一部分的截面图。

图11是根据另一替代实施例的充电入口的一部分的放大透视图。

具体实施方式

图1示出了根据实施例的充电系统100，包括停在充电站104旁边的电动车辆102。电动车辆102包括电连接至车载充电入口110的车载电池组106。在图1中以虚线示出了电池组106。车辆102可以是不具有内燃机的全电动车辆、包括电池组106和内燃机的插电式混合动力车辆等。电池组106供应用于为车辆102的牵引电动机(未示出)供电的功率(例如电流)，以向动力传动系和车轮116提供牵引力以推动车辆102。可选地，当不需要牵引力时，例如在下坡行驶时，牵引电动机可以选择性地用作发电机，以使用再生制动产生电能以对电池组106充电。电池组106可以代表电池和/或电池单元的阵列。尽管在图1中将电动车辆102示为乘用车，但本文所述的充电入口110的实施例不限于与乘用车一起使用，而是可以安装在其他类型的车辆上，例如公共汽车、卡车、轨道车辆、船舶等。

充电入口110构造为与外部电源的配合连接器连接以对电池组106充电。在所示的实施例中，充电站104代表外部电源，插头连接器112代表配合连接器。当车辆102不靠近充电站104时，可用于连接至充电入口110以对电池组106充电的其他外部电源包括家用电出口、外部发电机等。配合插头连接器112通过电源电缆114联接到充电站104。

在示出的实施例中，充电入口110安装到车辆102的侧面118。充电入口110具有配合接口，其可释放地直接联接到配合插头连接器112，以建立用于将电流从充电站104传导至电池组106的电连接。充电入口110可以具有锁定装置(未示出)，其可释放地将配合连接器112固定在与充电入口110相配合的位置，以防止配合插头连接器112从充电入口110过早地断开。

图2是根据实施例的充电入口110的俯视图。充电入口110包括壳体202和由壳体202保持的电源端子204。壳体202具有配合侧206，其联接至配合连接器112(图1所示)。例如，配合侧206具有与配合连接器112的接口互补的接口。壳体202可以包括用于将充电入口110安装到车辆102(图1所示)的安装凸缘208。例如，安装凸缘208可限定孔210，孔210接收穿过其中的紧固件，以将充电入口110固定至车辆102的面板，比如车身面板或底盘壁。壳体202从配合侧206延伸到与配合侧206相对的后侧212。壳体202限定从后侧212延伸到配合侧206的腔214。

在所示的实施例中，充电入口110具有两个电源端子204(例如第一电源端子204A和第二电源端子204B)，但在其他实施例中可以具有不同数量的电源端子204。电源端子204延伸到壳体202的不同的对应腔214中。电源端子204的部分在腔214的外部突出超过壳体202的后侧212。每个电源端子204机械地固定到不同的对应电源电缆216，以将相应的电源端子204电连接到相应的电源电缆216。电源电缆216从电源端子204延伸至电池组106(图1所示)，并构造为传送电流以对电池组106进行充电。电源端子204在接口处接合电源电缆216的一个或多个导体218，接口位于图2中的壳体202的外部。在实施例中，充电入口110包括盖(未示出)，当将盖组装到壳体202上时，盖覆盖并包围暴露的接口。

图3是根据实施例的充电入口110的一部分的透视图。电源端子204构造为传送高功率电能(例如高电压、高电流等)。电源端子204可以是直流(DC)快速充电端子，用于以高达或超过1000A的高电流速率传送直流电。除了两个电源端子204之外，充电入口110还可以包括保持在壳体202内的其他电源端子。例如，尽管未在图3中示出，但充电入口110可以包括电源端子，用于以相对于沿电源端子204传送的功率水平降低的功率水平传送交流电(AC)。

每个电源端子204具有头部302，其端接到相应电源电缆216的一个或多个导体218，还包括从头部302突出的圆柱形轴304。头部302暴露在壳体202的外部，轴304延伸到壳体202的相应腔214中。

在所示的实施例中，头部302具有端接区域306，其与一个或多个导体218接合并且通过化学结合方式比如焊接、钎焊等机械地联接至导体218。在非限制性示例中，电源电缆216的导体218被超声焊接到端接区域306，以不可移除地将电源电缆216机械地联接并且电地连接到电源端子204。端接区域306可以是沿着相应头部302的背离圆柱形轴304的后侧308的平坦平面表面。如本文所用，相对或空间术语比如“前”、“后”、“背部”、“顶部”、“底部”、“内”和“外”仅用于识别和区分附图中所示的沿示出定向的参考元件，而未必需要相对于重力和/或充电入口110的周围环境的特定位置或定向。在所示的实施例中，电源端子204的每个头部302包括从头部302连接到轴304的位置向外突出的细长附件310或突片。端接区域306沿附件310定位。

充电入口110包括至少一个热传感器312，其测量并监测电源端子204之一或两者的温度。在所示的实施例中，充电入口110包括两个热传感器312。热传感器312中的每个设置在两个电源端子204A、204B中的不同一个上或附近。热传感器312可以具有彼此相同的尺寸、形状和部件。对热传感器312之一的以下描述可以应用于这两个热传感器312。

热传感器312包括基板320和安装在基板320上的至少一个感测元件322(图4所示)。基板320是柔性的。基板320沿着基板320安装在其上或与之邻近的相应电源端子204的外周的至少一部分的轮廓弯曲。例如，图3中的前侧的热传感器312沿着第二电源端子204B的圆柱形轴304的外表面314的至少一部分弯曲。在所示的实施例中，热传感器312安装至圆柱形轴304的外表面314。尽管在图3中大部分被遮挡，但另一热传感器312沿着第一电源端子204A的圆柱形轴304的外表面314弯曲。

热传感器312通过电线318电连接到控制装置316。电线318通过焊接、通孔安装、分立连接器等电端接到基板320。热传感器312可以产生温度数据，其作为电信号沿着电线318传送到控制装置316。电线318可被绝缘以将电信号与由沿着电源端子204传送的用于对电池组106(图1所示)充电的高电流所引起的干扰电隔离。控制装置316可以包括一个或多个处理器，其分析从热传感器312接收的温度数据以监测电源端子204的温度。可以在充电操作期间监测电源端子204的温度以确保电源端子204和充电入口110的其他部件不会过热。例如，如果温度数据指示电源端子204的温度超过第一指定阈值，则控制装置316可被编程为在充电操作期间自动降低电流传输速率，以降低充电入口110内的温度。相反，如果确定温度低于第二指定阈值(其是比第一阈值低的温度)，则控制装置316可被编程为在充电操作期间自动增加电流传输速率，这有利地减少电池组106充电的时间长度。尽管在所示的实施例中控制装置316示出在壳体202内，但在替代实施例中，控制装置316可沿壳体202的外部设置或与壳体202间隔开。

在替代实施例中，代替电线318，热传感器312可以包括用于将温度数据无线地传送到控制装置316的无源或有源通信电路。例如，通信电路可以从控制装置316接收通信(例如发送或广播)的激活信号，并且可以利用来自激活信号的能量来获取更新的温度测量，并向控制装置316生成包括更新的温度测量的无线响应信号。通信电路可被嵌入在基板320内。

图4是根据图3所示的实施例的第一电源端子204A和与第一电源端子204A相关的热传感器312的等距透视图。对第一电源端子204A和热传感器312的以下描述也可以分别应用于第二电源端子204B(图3所示)和沿第二电源端子204B弯曲的热传感器312。

圆柱形轴304从头部302延伸到电源端子204A的配合端402。由于轴304的各种特征和壳体202(图3所示)内的间隔公差，轴304可选地沿其长度具有变化的直径。例如，所示实施例中的轴304具有径向向外延伸的凸缘406，其具有比轴304在凸缘406的任一侧的部分更大的直径。轴304在所示实施例中限定了销形触头404。触头销404延伸到配合端402，并构造成接合配合连接器112(图1所示)的互补触头，比如插座触头。在替代实施例中，轴304可在配合端402处具有其他类型的触头，比如叶片、弹簧梁、插座等。

在所示的实施例中，电源端子204A的头部302是与轴304分立的部件。轴304容纳到头部302中的开口408中，以将两个部件机械地联接在一起。轴304可螺纹连接至开口408内的螺纹，或经由过盈配合、粘合剂、焊接或其他化学结合方式而连接。在替代实施例中，电源端子204A可以是单件的整体结构，使得轴304与头部302成为一体，而不需要将两个部件联接的接合操作。电源端子204A由一种或多种金属构成。

在所示的实施例中，热传感器312设置为靠近头部302，并且不干扰销触头404与互补配合触头的配合。在替代实施例中，热传感器312可定位成远离头部302(例如更靠近配合端402)。热传感器312的基板320是柔性的，并且沿着圆柱形轴304的外表面314的至少一部分弯曲。在实施例中，基板320缠绕轴304的整个周边(例如圆周)，尽管已经认识到在图4中仅可见轴304的圆周的大约一半。可替代地，基板320可以仅沿着轴304的圆周的子部分弯曲，比如沿着圆周的一半或不到一半。基板320可以是或包括聚合物膜，比如聚酰亚胺膜。基板320可以具有使基板320能够在感测元件322和电源端子204A之间提供电绝缘的材料特性。

感测元件322安装在基板320上。感测元件322可以构造为基于感测元件322的电阻来测量电源端子204A的温度。感测元件322可以是或包括热敏电阻、热电偶、电阻温度检测器(RTD)、导电膜迹线或电极等。在非限制性示例实施例中，感测元件322可以是通过丝网印刷直接形成在基板320上的导电膜。例如，导电膜可以由导电墨水构成，并且导电膜的电阻可以根据温度变化。感测元件322可以具有相对薄的厚度。在感测元件是导电膜的实施例中，基板320上的感测元件322的厚度可以在微米的数量级上。在所示的实施例中，感测元件322相对于电源端子204A定位成使得感测元件322与轴304的通常面向第二电源端子204B(图3所示)的内部区域重叠。尽管感测元件322在图4中具有大致方形形状，但感测元件322可以沿着基板320的长度更加伸长，使得感测元件322与轴304的比图4所示更大的圆周重叠。感测元件322可以具有相对较大的表面积与密度(例如厚度)比，这使得感测元件322能够对于轴304上或周围的温度变化快速地调节。感测元件322的快速温度调节有利地允许传感器响应时间较短(例如更少的滞后)。在替代实施例中，热传感器312可包括在基板320上的多个感测元件322，而不是仅一个。在替代实施例中，多个感测元件322可以围绕轴304的圆周彼此间隔开。

热传感器312可包括嵌入在基板320上的导电元件410，比如迹线。导电元件410可沿基板320的表面暴露或相对于该表面凹入并封装在基板320的材料内。导电元件410电连接到感测元件322，并且从感测元件322延伸到电线318。导电元件410将表示温度数据的电信号从感测元件322传送到电线318，以与控制装置316(图3所示)远程通信。在不具有电线318的替代实施例中，导电元件410可以连接到嵌入在基板320上的无线通信电路。

图5是沿图3中的线5-5截取的充电入口110的一部分的截面图。截面延伸穿过第一和第二电源端子204A、204B以及两个热传感器312。更具体地，截面沿着对应圆柱形轴304的相对侧在两个不同的位置处延伸穿过两个热传感器312的每个基板320。

每个热传感器312的基板320是薄膜、板或片，其具有部件侧502和与部件侧502相反的安装侧504。相应的感测元件322安装在基板320的部件侧502。为了说明的目的，在图5中放大了从相应基板320突出的感测元件322的厚度，因为在一个或多个实施例中感测元件322可以薄到几微米。基板320的安装侧504安装到相应圆柱形轴304的外表面314。安装侧504可以直接地与外表面314接合，和/或可以经由将基板320结合到轴304的中间粘合剂层(未示出)间接地接合外表面314。粘合剂可以是环氧树脂或其他具有耐热特性以在充电操作期间承受轴304的高温的粘合剂材料。例如，基板320的一个或多个区域可以直接接合外表面314，并且基板320的一个或多个其他区域可以通过粘合剂间接接合外表面314。粘合剂可以将热传感器312固定在电源端子204的相应轴304上的固定位置。

因为感测元件322安装在基板320的部件侧502，所以基板320在相应电源端子204的轴304和感测元件322之间延伸。基板320可以在电源端子204和感测元件322之间提供电绝缘，以减少电磁干扰对感测元件322和相关的温度感测电路的负面影响。由于基板320提供的绝缘，感测元件322能够定位成靠近电源端子204，如图5所示。例如，感测元件322仅可以通过基板320的相对薄的厚度与轴304的外表面314分开。

根据本文描述的实施例的热传感器312的感测元件322可以定位成比已知的充电入口的热传感器更靠近电源端子204，并且电源端子204的外表面314和感测元件322之间的热梯度可以小于已知的热传感器。结果，与已知的热传感器相比，本文所述的热传感器312能够以更快的响应时间(例如更少的滞后时间)提供更准确的温度测量。

在所示的实施例中，热传感器312的感测元件322设置在两个电源端子204A、204B之间。例如，安装到第一电源端子204A的第一热传感器312A的感测元件322沿着其圆柱形轴304的大致面向第二电源端子204B的内部区域512定位在基板320上。类似地，安装到第二电源端子204B的第二热传感器312B的感测元件322沿着其圆柱形轴304的大致面向第一电源端子204A的内部区域512定位在基板320上。感测元件322可以位于两个电源端子204A、204B之间的空间中，因为该空间可以吸收来自两个电源端子204A、204B的热量，从而使该空间成为充电入口110的最热区域之一(如果不是最热)。

在所示的实施例中，充电入口110还包括副锁514，其构造为将电源端子204A、204B固定在壳体202(图3所示)内的固定位置。副锁514包括两个内部边缘516，其伸入到电源端子204A、204B的轴304的环形凹槽518中。每个环形凹槽518限定在相应轴304的凸缘406和轴304的肩部520之间。肩部520轴向地位于凸缘406和头部302之间。内部边缘516构造成接合轴304的凸缘406和/或肩部520，以禁止轴304相对于副锁514的轴向运动。热传感器312轴向设置在副锁514的内部边缘516和电源端子204A、204B的头部302之间。在不使用粘合剂将热传感器312安装到轴304的实施例中，热传感器312的轴向运动可被限制为头部302与副锁514之间的间隙距离。例如，基板320可以缠绕着轴304并且可被允许在头部302和副锁514之间的空间中相对于轴304旋转和/或轴向滑动。

图6是根据实施例的沿着电源端子204之一的外表面314弯曲的热传感器312之一的俯视截面图。截面延伸穿过电源端子204的圆柱形轴304。电源端子204可以表示图5所示的充电入口110的两个电源端子204A、204B中的任何一个。将热传感器312的基板320伸长，以从基板320的第一端602延伸到与第一端602相对的第二端604。在所示的实施例中，基板320缠绕轴304的几乎整个圆周。基板320的第一端602靠近第二端604，但两端602、604不重叠。基板320可以通过粘合剂安装在轴304的外表面314上。

图7是根据另一实施例的沿着电源端子204之一的外表面314弯曲的热传感器312之一的俯视截面图。在所示的实施例中，基板320的第一端602和第二端604彼此重叠。基板320在第一端602处的第一段608与基板320在第二端604处的第二段610重叠。第一段608可以附接到第二段610以将基板320固定为围绕电源端子204的轴304的环形或环形状。第一段608可以通过粘合剂、紧固件、夹具等附接到第二段610。在所示的实施例中，基板320可以不需要在基板320和轴304之间的粘合剂层来将基板320安装到轴304。例如，基板320通过第一段608和第二段610之间的接合以围绕轴304的环形形状进行固定，并且基板320相对于轴304的轴向运动受到头部302和副锁514的限制，如上文参考图5所述。

图8是根据另一实施例的处于未安装和未组装状态的热传感器312之一的等距视图。图8所示的实施例类似于图7所示的实施例，不同之处在于第一段608构造为通过结构特征附接到第二段610以限定环形形状，而无需使用分立的紧固件或粘合剂。例如，将基板320成形为使得第一段608包括凸片614，并且基板320沿着第二段610限定孔616。孔616的尺寸设置成容纳凸片614。凸片614具有两个耳618，其横向向外突出彼此远离。感测元件322设置在与第一段608和第二段610间隔开的基板320上。在一实施例中，通过将基板320缠绕端子204的圆柱形轴304来将热传感器312安装到电源端子204之一。类似于图7所示的实施例，基板320足够长，以使得凸片614与第二段610重叠。凸片614被插入孔616中。耳618接合并卡在围绕孔616的基板320的区域上，以将基板320以围绕轴304的环形形状固定。

在示出的实施例中，感测元件322包括导电膜迹线，其可以经由原位丝网印刷或其他沉积工艺被安装到基板320上。导电膜迹线可以具有嵌入聚合物粘合剂中的导电颗粒。感测元件322还具有也可以被丝网印刷的两个电极引线323。引线323可具有焊盘，以通过钎焊、焊接、粘合剂、紧固件等端接至电线(例如图4所示的电线318)。如图8所示，感测元件322沿着基板320的长度伸长，与感测元件322更紧凑的情况相比，这允许感测元件322与圆柱形轴304的更大圆周的量重叠。

图9是根据又一实施例的沿着相应电源端子204A、204B的外表面314弯曲的两个热传感器312的俯视截面图。图9所示的实施例与图6所示的实施例相似，不同之处在于热传感器312的基板320缠绕相应圆柱形轴304的不到一半的圆周。例如，每个基板320沿着包括相应圆柱形轴304的面向相邻电源端子的内部区域512的圆周的子部分弯曲。可以通过使用粘合剂将基板320安装到轴304。

图10是根据替代实施例的沿图3中的线5-5截取的充电入口110的一部分的截面图。所示实施例中的热传感器312的基板320是柔性的，并且围绕电源端子204A、204B的圆柱形轴304的外表面314弯曲，类似于图3至9所示的实施例。然而，与图3至9所示的实施例不同，所示实施例中的热传感器312的基板320未安装到电源端子204A、204B的轴304或任何其他部分。基板320安装到副锁514。例如，基板320沿着副锁514的弯曲表面802安装。每个弯曲表面802面向并围绕相应电源端子204A、204B的轴304的外表面314的至少一部分。基板320可以通过粘合剂或过盈配合安装到弯曲表面802。当安装时，基板320设置在副锁514的弯曲表面802和轴304的外表面314之间。副锁514不在热传感器312和轴304之间延伸，因此不会干扰热传感器312的精度或响应时间。在所示的实施例中，基板320的设置有感测元件322的部件侧502面向圆柱形轴304。在替代实施例中，基板320的定向可被翻转，使得基板320位于感测元件322和对应的轴304之间，以为感测元件322提供电绝缘。

图11是根据另一替代实施例的充电入口110的一部分的放大透视图。在图11中，一个热传感器312是可见的。热传感器312安装到第二电源端子204B。类似于上述实施例，热传感器312的基板320沿着电源端子204B的周边的一部分的轮廓弯曲。另一热传感器312可以安装在第一电源端子204A上，但在图11中不可见。与上述实施例不同，图11中的热传感器312安装到电源端子204B的头部302的外表面902。基板320沿着头部302的外表面902的轮廓弯曲。基板320与电源端子204B的圆柱形轴304间隔开。外表面902可以沿着头部302的面向第一电源端子204A的边缘。例如，感测元件322可以沿着靠近第一电源端子204A的区域定位。外表面902上的基板320与头部302的端接区域306间隔开。