用于为电动车辆充电的电动车辆充电系统的制作方法

1.本发明涉及一种用于为电动车辆充电的电插头连接器，包括：连接器外壳；配合接口结构，配合接口结构被支撑和定位在连接器外壳内；正极触针，正极触针用于与充电电缆的正极导体连接；以及负极触针，负极触针用于与充电电缆的负极导体连接。本发明还涉及一种组装这种连接器的方法。


背景技术：

2.为了应对全球变暖和污染挑战，汽车行业正在加快电动车辆的开发和商业化。这一趋势在终端客户中具有很高的知名度和接受度。因此，电动车辆充电基础设施(evci)业务也在迅速增长，目前迫切需要支持汽车行业，同时最重要的是确保安全，但是也确保效率和性能。
3.目前，evci产品依赖于多家供应商所提供的连接器。根据额定值(这反过来确定给定电池的充电速度)，连接器可能需要非冷却或冷却电缆系统。市场上在售的连接器是基于众所周知的技术(即电接触解决方案、铺设电缆等)，但是应用是相当新的。事实上，evci连接器技术处于早期阶段，并且供应商所提供的连接器仍然是第一代或第二代设计。使用这种设备的现场经验是有限的。对设计、功能性、实施方式和操作性能的合理反馈现在对工程师和设计师可用。针对evci应用的可用标准也处于早期阶段，目前相当薄弱和/或不完整。现有技术液冷充电连接器的缺点是冷却系统的热性能不足。
4.最近的现场服务活动已经揭示了在现场安装的产品的一些问题。这些问题也对安全性和可靠性有相关影响，必须妥善处理，以保护终端用户和我们的业务。
5.一个主要问题是连接器接口的大多数已知的布置的介质设计很差。evci连接器的安全性在很大程度上取决于介质设计。目前，大多数供应商提供的介质设计都很差。例如，有些连接器具有单一的绝缘概念，其中爬电距离小(即16mm)，以及其中连接器的触针/dc极之间有螺钉。此外，配合接口是不可交换的。这样的设计可能导致不希望的闪络穿过dc极之间的螺钉，对终端用户具有不可接受的高风险。2019年初，在挪威的一个案例中发现了这类问题。
6.其他已知的连接器具有更好的(但仍不是完全可接受的)介质设计，例如包括双重绝缘和在连接器主体内部不可交换的一组触点。这种连接器还可以具有包含另一组触点的可交换接口。后者在部件损坏时与接口一起更换。由此产生的爬电距离在可交换接口中为47mm，并且在不可交换接口中为61mm。就配合接口的介质强度和可交换性而言，这种连接器优于先前描述的连接器。另一方面，它包括两组触点，因此解决方案更昂贵。此外，它仍然包含靠近带电部件的螺钉(具体地，在dc极之间)。
7.已知布置的另一个主要问题是对接触材料的温度的监控很差。理想情况下，充电期间接触材料的温度应直接在带电部件上测量。因为这是很难实现的，所以供应商依赖于更容易实施的备选解决方案。一些这样的解决方案是：(i)将热电偶放置在靠近接触材料与电缆导体的压接处的电缆上；(ii)在连接器主体内部的不可交换带电部件上应用热敏电
阻；(iii)在dc极之间使用单个热电偶。这些选项都不提供对接触材料的温度的准确和可靠的测量。


技术实现要素：

8.因此，本发明的目的是提供一种用于为电动车辆充电的充电连接器，其克服了前面所述的缺点，具体地提供了一种充电连接器，满足介质设计和配合接口的可交换性并且满足温度监控系统的准确性。
9.本发明的目的由独立权利要求的特征解决。优选实施例在从属权利要求中进行详述。
10.因此，关于设备，目的由用于为电动车辆充电的电插头连接器解决，该电插头连接器包括：
11.连接器外壳，
12.配合接口结构，配合接口结构被支撑和定位在连接器外壳内，
13.正极触针，正极触针用于与充电电缆的正极导体连接，以及负极触针，负极触针用于与充电电缆的负极导体连接，以及
14.触针插入件，触针插入件支撑正极触针和/或负极触针，其中
15.正极触针和/或负极触针被触针插入件容纳和固定就位，以及其中，
16.触针插入件能够插入配合接口结构并且被容纳在配合接口结构内。
17.关于方法，目的由组装电插头连接器，特别是前述电插头连接器的方法解决，其中在第一步骤中，用于与充电电缆的导体连接的触针被插入触针插入件中，触针插入件用于支撑触针，并且触针被触针固定就位，其中
18.在以下步骤中，将触针的在其中支撑且固定就位的触针插入件插入配合接口结构中，以及其中
19.在另外的以下步骤中，将具有触针插入件和触针的配合接口结构插入连接器外壳中，使得配合接口结构被支撑和定位在连接器外壳内。
20.可以说，本发明解决现有技术的不足介质设计的问题的一个概念是避免在靠近连接器的带电部件的任何地方使用螺钉，特别是避免在dc触点之间使用螺钉。因此，本发明提供了一种关于连接器外壳的新概念，该连接器外壳可以不完全装载连接器的其他元件，但是可以以连接器主体、配合接口、电缆连接和触针的形式提供。还提供了一种关于触针的锁定和配合接口与连接器主体的锁定的新概念，其中术语锁定本质上被理解为固定就位。本发明提供了一种配合接口/连接器接口的智能布置，实现了稳健的介质设计，并且在某些实施例中，实现了改进的温度监控。
21.本发明的主要优点是，触针相对于配合接口被固定就位，而不需要使用螺钉或类似的金属紧固构件，从而提供增强的介质设计，特别是非常大的爬电距离。此外，根据本发明的连接器非常容易组装，其中同时保证了如预期一般的组装。触针优选地为指状成形，例如圆柱形或空心圆柱形，使得它们具有纵轴线。触针插入件优选地为空心套管，该空心套管在纵轴线上的插入方向上为触针提供止动件，从而定义触针在触针插入件中的预期位置。
22.本发明的概念提供了配合接口(可选地，可以是可交换的)、触针插入件(也称为dc插入件)、两个触针(即正极触针和负极触针)(也称为dc针)以及可选地触针阻挡器。应当注
意，本发明适用于非冷却和液冷或非液冷连接器和/或充电电缆。特别地，连接器提供与电动车辆的充电插座的插接连接，并且包括开口，开口用于与充电电缆连接。
23.根据本发明，由配合接口、触针或几个触针、触针插入件或几个触针插入件、以及可选地触针阻挡元件或几个触针阻挡元件组成的整个组件被固定到连接器外壳/连接器主体。当与连接器外壳/连接器主体组合时，插入件以及可选地阻挡元件被锁定和固定就位，特别是通过到连接器外壳/连接器主体的抵接，并且所述实体相对于外壳/主体不运动是可能的。特别地，沿着触针的中心轴线的方向的力通过触针插入件传递到配合接口和/或连接器外壳/连接器主体中，以在连接器与车辆配合时或在它被拔出时阻碍触针的任何运动。
24.本发明的基本优点是可以将爬电距离设计得非常大，例如可以高达137.5mm或更高。另外的优点是，根据本发明的连接器既不需要任何螺钉或类似的金属保持构件，特别是在dc极之间，也不靠近带电部件，以连接和安装连接器的不同部件。
25.当触针由导电材料(诸如金属，特别是铜)组成时，触针插入件和/或配合接口和/或连接器外壳优选地由电绝缘材料(诸如塑料)组成。所述部件优选地是塑料吹塑部件。通过提供这些绝缘材料的部件，本发明有利地实现了双重绝缘特征，从而增强了连接器的介质属性。
26.根据实施方式，触针插入件通过与连接器外壳的抵接而在配合接口内被固定就位。这为用于与连接器外壳有定义的关系的安全定位提供了非常简单、有效的解决方案。此外，这种实施方式非常容易组装。特别地，配合接口可以包括配合结构，配合结构将配合接口定位在连接器外壳/连接器主体内的定义位置。此外，连接器外壳/连接器主体可以包括配合结构，触针插入件与该配合结构抵接，使得触针插入件相对于配合结构被固定就位。特别地，针对配合接口和连接器外壳的配合结构可以是舌和槽结构，而触针插入件和连接器外壳的配合结构可以是止动件或肩或类似的结构。
27.根据另外的实施方式，触针插入件通过舌和槽接头在配合接口内被固定就位，该舌和槽接头优选地被直接建立在触针插入件和配合接口中。优选地，当触针插入件插入配合接口中时，舌和槽接头的轴线延伸到触针插入件的纵向方向和/或组装方向，使得组装非常容易。
28.根据另外的实施方式，正极触针和/或负极触针通过以下项在触针插入件内被固定就位：压配合和/或粘合和/或卡扣配合连接和/或卡口式耦合。优选地，正极触针和/或负极触针被触针阻挡元件在触针插入件内固定就位，该触针阻挡元件将触针锁定就位。特别地，触针阻挡元件可以承受沿着触针的中心轴线的方向的力，以在连接器与车辆配合时或在连接器被拔出时阻碍运动。
29.根据另外的实施方式，正极触针和/或负极触针通过卡口式耦合在触针插入件内被固定就位，该卡口式耦合通过将触针在耦合位置和解耦合位置之间相对于触针插入件旋转来提供耦合-解耦合功能，其中触针阻挡元件在耦合位置处与卡口式耦合配合，使得锁定解耦合位置中的旋转。
30.触针阻挡元件可以包括针对热电偶的接收件，用于允许热电偶与触针抵接。
31.另外，触针插入件、正极触针和负极触针各自可以包括配合结构，确保正极触针和负极触针无法被混淆，并且必须与触针插入件在预期位置组装。
32.根据另外的实施方式，配合接口和触针插入件各自都包括配合结构，确保触针插
入件必须与配合插入件在预期位置组装，使得正极触针和负极触针必须设置在预期位置。
33.根据另外的实施方式，配合接口通过加强插入件或强化插入件，特别是通过金属插入件或钢插入件来加强。例如，配合接口可以包括用于包含强化插入件的空间/插座/基座插入件。插入件可以被按压和/或粘合到配合接口中，并且用于在使用和处理过程中，特别是在以非预期方式使用时，增加连接器和配合接口的抗破坏性。插入件特别可以帮助保持结构完整性，并且保护连接器的带电部件免受接口的机械滥用所造成的损坏。
34.正极触针和/或负极触针可以被分别压接和/或熔接或焊接到充电电缆的正极导体和充电电缆的负极导体。附加地或备选地，充电电缆的导体可以通过推进机构、螺钉连接和/或熔接或焊接或钎焊和/或粘合连接到相关触针。
35.根据另外的实施方式，正极触针和/或负极触针包括低摩擦ag-石墨复合涂层。
36.根据另外的实施方式，正极触针和/或负极触针包括：针对热电偶的口袋；针对接触弹簧的口袋，靠近相关触针的尖端；和/或应力释放开口，位于不同的触针之间的接头处和/或用于从充电电缆接收冷却剂流体的冷却通道。特别地，阻挡元件可以包括用于接收陶瓷涂层热电偶的口袋。优选地，阻挡元件可以包括针对这种热电偶的两个口袋，一个针对正极触针，而另一个针对负极触针。以这种方式，热电偶可以被定位为(特别是在它们相应的背面上)与触针直接接触。备选地或附加地，用于接收热电偶的口袋可以被包括在触针中，并且热电偶可以从侧面插入。
37.根据优选的实施方式，连接器附加地包括控制引脚(特别是两个控制引脚)、控制插入件和控制阻挡元件。另外，连接器可选地包括接地引脚和控制阻挡元件。根据本发明的这种控制引脚、控制插入件、控制阻挡元件、接地引脚和控制阻挡元件的组装以关于触针、触针插入件、配合接口和可选地触针阻挡元件所描述和所公开的方式来实现。因此，本公开中关于触针的任何引用也涉及控制引脚和/或接地引脚。另外，本公开中关于触针插入件的任何引用也涉及控制引脚插入件和/或接地引脚插入件。进一步地，本公开中关于触针阻挡元件的任何引用也涉及控制引脚阻挡元件和/或接地引脚阻挡元件。
38.在另外的实施方式中，阻挡元件可以被“点击”机制所取代，该“点击”机制将具有相同的功能，即将触针保持在适当的地方。在这种情况下，无论如何，都可以提供另一个阻挡元件，用于定位和保持热电偶。
39.根据另外的实施方式，阻挡元件可以包含特征，用于将触针插入件和阻挡元件置于中心。类似的特征可以添加，以将电缆置于阻挡元件的中心。
40.阻挡元件的形状可以适于触针的形状并且以与触针的形状可组合的方式设计。这可以避免组装电缆时任何可能的错误，这意味着正极触针(dc+)和负极触针(dc－)无法混淆。根据另外的实施方式，这同样可以适用于控制引脚插入件。具体地，触针可以对称形成和/或在尺寸上略有不同。这种设计的结果是，不可能以预期之外的另一种方式插入触针和/或如果使用了错误的引脚或如果使用/组装了预期之外的触针，则相关的触针不可能相对于触针插入件旋转。本发明的另外的实施例是具有触针插入件，该触针插入件针对于每个触针/dc+和dc－极都具有不同的尺寸，例如具有两个略微不同的孔直径。
41.特别地，绝缘壳体可以是注塑成型的。它可以是整体设计的或它可以由多个不同的壳体部件组成的，(这些壳体部件组装以提供连接器外壳)。绝缘外壳可以与连接器的其他部件组装，特别是与其导电部件(例如第一和/或第二连接元件和/或触点)组装。备选地，
绝缘壳体可以在第一连接器元件和/或第二连接器元件周围铸造或成型。
42.根据一种实施方式，触针基本上是指形的。它们可以包括应力释放特征，或它们还可以是空心圆柱体，其包括针对接触弹簧的口袋。
43.根据另外的实施方式，触针包括低摩擦镀层。例如，这种镀层可以是ag-石墨复合材料。由于在插入和拔出过程中减少了摩擦，连接器的寿命可以大大增加，因此可以实现接近或超过100,000个配合循环的工作寿命。特别地，触针是通过机械加工和/或3d打印来处理的。优选地，它们主要由铜合金材料，特别是cucrzr材料或cube材料组成。
44.触点可以包括：针对热电偶的口袋；针对接触弹簧的口袋，靠近触点的尖端；和/或应力释放开口，位于不同触点之间的接头处和/或连接到流体通道的冷却通道。连接元件可以与触点直接或间接连接。备选地，触点和连接元件可以是整体形成的，特别是作为单个铜块。
45.为了将根据本发明的方法的实施方式完成组装，触针在触针插入件中滑动。之后，当处于正确的位置时，例如在插入件的底部，它们(优选地围绕其纵轴线)旋转。此时，由于触针和插入件的互锁特征，不再可能将触针从触针插入件中滑动出来(即首先需要旋转)。阻挡元件不仅可以阻止沿触针的轴线的运动，还可以阻止围绕该轴线的旋转运动。例如，当触针可以具有不同的形状和/或旋转非对称形状时，并不总是需要该特征。特别地，根据所实施的电缆概念，引脚的几何形状可以在本发明内适应。
46.连接器的组装可以通过将触针滑动到触针插入件中，然后在对应的阻挡元件中滑动来完成。后者也可以具有针对电缆的定中心特征。双重绝缘可以通过以下实现：在两端使用密封或用绝缘材料(例如硅树脂、硅或软环氧树脂)灌封空体积以保证绝缘。
47.方法的另外的实施例和优点直接和明确地由本领域技术人员从前述系统中获得。
附图说明
48.本发明的这些和其他方面通过下文所述的实施例将变得显而易见，并且将参考下文所述的实施例进行说明。
49.在图中：
50.图1示出了根据本发明的连接器的实施例的爆炸透视图。
51.图2示出了处于组装状态的图1的实施例。
52.图3示出了加强配合接口的实施例。
53.图4示出了针对本发明实施例的触针。
54.图5示出了图4的触针，具有针对本发明实施例的阻挡元件。
55.图6以剖视图示出了处于组装状态的本发明的连接器的部件的另一实施例。
56.图7以透视图示出了针对本发明的连接器的阻挡元件。
57.图8以透视图示出了针对具有配合结构的本发明的触针插入件和配合接口的实施例，。
58.图9以透视图示出了针对具有配合结构的本发明的触针插入件和配合接口的另一个实施例。
59.图10以顶视图示出了针对本发明的触针插入件的另一个实施例。
具体实施方式
60.虽然已经在附图和前面的描述中详细图示和描述了本发明，但是这种图示和描述被视为说明性的而非限制性的；本发明并不限于所公开的实施例。通过对图、公开内容以及所附权利要求的研究，所公开的实施例的其他变型在实践所要求的发明的同时可以被本领域技术人员理解和实现。在权利要求中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除复数形式。在相互不同的从属权利要求中说明某些措施这一事实并不表明这些措施的组合不能够被有利地使用。权利要求书中的任何参考符号都不应被视为限制范围。
61.图1以爆炸透视图示出了根据本发明的电插头连接器1的实施例。电插头连接器1适用于且旨在用于为电动车辆(未示出)充电。它包括：连接器外壳2；配合接口机构3，配合接口机构3被支撑和定位在连接器外壳2内；正极触针4，用于与充电电缆(未示出)的正极导体(未示出)连接；以及负极触针5，用于与充电电缆的负极导体(未示出)连接。
62.连接器还包括触针插入件6，用于支撑正极触针4和负极触针5。正极触针4和负极触针5被触针插入件6容纳和固定就位。另外，如图2中所示，触针插入件6能够插入配合接口结构3并且被容纳在配合接口结构3内。触针插入件6通过以舌和槽接头的形式与连接器外壳抵接而在配合接口结构3内被固定就位。这种接头包括舌7，该舌7进入连接器外壳2的槽(未示出)。
63.正极触针4和/或负极触针5被触针阻挡元件8在触针插入件6内固定就位，该触针阻挡元件8将触针4、5锁定就位。
64.连接器1附加地包括两个控制引脚9、10、控制插入件11和控制阻挡元件12。另外，连接器1包括接地引脚13。控制阻挡元件12以关于触针4、5、触针插入件6、配合接口3和触针阻挡元件8所描述和所公开的方式固定控制引脚9、10、控制插入件11和接地引脚13的组装。正极触针4和负极触针5各自都包括低摩擦ag-石墨复合涂层(未示出)。
65.特别如图4和图5中所示，正极触针4和负极触针5通过卡口式耦合在触针插入件6内被固定就位，该卡口式耦合通过将相关的触针4、5在耦合位置和非耦合位置之间相对于触针插入件6旋转来提供耦合-解耦合功能。在这里，卡口式耦合由周向布置的肩14组成，该肩从触针4、5径向延伸。该肩14具有通孔15和止动件16。此外，如图4和图5中所示，触针4、5各自包括插头连接部分17和电缆连接部分18。插头连接部分17包括应力释放特征19。触针4、5的肩14与触针插入件6的对应地形成的挡块结构或槽20协作(参见图6)。当将触针4、5滑动到触针插入件6中时，该槽20穿过肩14的通孔15。当处于预期轴向位置时，肩14与槽20处于相同的轴向位置。通过将触针4、5围绕其纵轴线21转动，肩14进入槽20，如图6中所示。在该位置，触针阻挡元件8轴向插入触针插入件6中，其中触针阻挡元件8的凸起22进入并且穿过通孔15。触针阻挡元件8在耦合位置处与卡口式耦合的肩14配合(参见图5)，使得锁定触针插入件6中的触针4、5在耦合位置之外到解耦位置中的旋转。进一步地，触针阻挡元件8包括针对热电偶23的接收件，允许热电偶23与触针4、5抵接。
66.特别如图7、图8和图9中所示，触针插入件6、正极触针4和负极触针5各自包括裂缝24形式的配合结构24(未示出触针4、5的配合结构)，确保正极触针4和负极触针5无法混淆并且必须在预期位置与触针插入件6组装，因为正极触针4的配合结构24与负极触针5的配合结构不同。附加地，配合接口3和触针插入件6各自分别包括配合结构25和26。这些配合结
构25、26确保触针插入件6必须在预期位置与配合插入件3组装，使得正极触针4和负极触针5必须设置在预期位置。在图8的示例中，配合接口3的配合结构25是在内壁上延伸的凸起25，而配合结构26是在触针插入件6外部对应地形成的槽26。在图9的示例中，配合接口3的配合结构25是设置在配合接口的顶部的凸起24，而配合结构26是在触针插入件6外部对应地形成的槽26(也参见图10)。图10示出了触针插入件6在每一侧都包括一个槽26，其中槽26的大小不同，以阻止以非预期方式进行的组装。
67.如图3中所示，配合接口3是通过加强插入件27，特别是通过金属插入件27或钢插入件27来加强的。
68.参考符号列表
69.1 电插头连接器、充电连接器
70.2 连接器外壳、连接器主体
71.3 配合接口结构、配合接口
72.4 正极触针
73.5 负极触针
74.6 触针插入件
75.7 抵接、舌
76.8 触针阻挡元件
77.9 控制引脚
78.10 控制引脚
79.11 控制插入件
80.12 控制阻挡元件
81.13 接地引脚
82.14 肩
83.15 通孔
84.16 止动件
85.17 插头连接部分
86.18 电缆连接部分
87.19 应力释放特征
88.20 挡块结构、槽
89.21 纵向轴线
90.22 凸起
91.23 热电偶
92.24 配合结构，裂缝
93.25 配合结构，凸起
94.26 配合结构，槽
95.27 加强插入件