JP6770104B2 - 温度センサを有するプリント基板への熱的結合を用いる電気的接続装置 - Google Patents

Description

本発明は、対応する接続デバイスに結合しかつ電気エネルギーを伝える電気的接続装置に関する。本発明は、電気エネルギーの受容器へ電気エネルギーを送達する充電ステーションにさらに関する。

電気で運転可能な車両用のプラグコネクタまたは充電プラグの形態の電気的接続装置が先行技術から知られており、それら電気的接続装置は、ソケットの形態の対応する接続デバイスへ接続するように設計されている。これに関して、特許文献１に開示されている充電プラグを参照する。電力接点が充電プラグ内に配置されており、各々は第１の接続領域と第２の接続領域とを有する。該第１の接続領域は接触ソケットの形態であり、接触ピンへの直流的接続に適しており、該接触ピンは電気エネルギー受容器、例えば車両の電池に直流的に接続されている。しかし、また、接触ソケットが電池に接続されている、可能性のある構造が存在し、その場合、第１の接続領域は接触ピンの形態である。電力接点の第２の接続領域は、電気エネルギー源、例えば充電ステーションまたは一般に給電グリッドへ直流的に接続するように設計されている。この目的のために、第２の接続領域は充電ケーブルにしっかりと接続される。

電力接点を通って流れる充電電流の結果として、電力接点は、抵抗損の結果として必然的に熱くなる。しかし、電力接点の加熱は最大温度上昇に制限される。標準ＩＥＣ６２１９６−３によれば、例えば、最大温度上昇は５０Ｋに制限される。これは、ほとんど標準化されている、プラグコネクタの幾何学的形状に関して、最大２００Ａの継続的負荷の最大充電電流につながる。

電池の断続的再充電の場合、他方で、３５０Ａ以上のより高い充電電流が、所望の短い時間帯内に電池を再充電するために、限られた期間に必要とされる。これは、最大温度上昇を超える、電力接点の一時的加熱につながる。

プラグコネクタの過熱を回避するために、温度センサを備えたプラグコネクタを設けることが先行技術から知られている。これらの温度センサはプラグコネクタの温度を監視する。温度が、定められた限界値を超過するとすぐに、監視用電子機器により充電動作が、中断されるかまたは充電電流が低減される。

特許文献２が、電気自動車を充電ステーションに接続する充電ケーブル用のプラグ接続デバイス(plugging device)を記載している。該プラグ接続デバイスは、充電ステーションまたは電気自動車内の接続装置への接続のために、ハウジングと、ハウジングと関連する電気接点と、を含む。また、サーミスタの形態の温度検出手段がハウジング内に設けられており、ハウジング内の温度は該温度検出手段により評価されることが可能である。

生産技術に関する理由でかつ複数の機能性を一体化するかまたは組み合わせるために、少なくとも１つの電力接点および好ましくは複数の電力接点に熱的にかつ随意に電気的にも接続されるプリント基板を、電気的接続装置内に設けることが望ましい。しかし、特に、プリント基板が電気的接続装置のプラグイン方向に対して垂直に配向されている場合、すなわちプリント基板の面法線が電気的接続装置のプラグイン方向に平行にかつしたがって電力接点の長手方向軸に平行に配向されている場合、設置されるプリント基板の厚さ公差のため、プリント基板の電力接点への熱的結合および随意に電気的接続を実現することが常に確実に可能であるとは限らない。

独国特許発明第１０２０１２１０５７７４号明細書 独国特許出願公開第１０２００９０３４８８６号明細書

本発明が基づく目的は、少なくとも１つの電力接点へのプリント基板の信頼できる熱的結合が確実にされる電気的接続装置を提供することである。

本発明が基づく目的は、請求項１の特徴を有する電気的接続装置により達成される。該電気的接続装置の有利な実施形態が、請求項１に従属する請求項に記載されている。

より正確には、本発明が基づく目的は、対応する接続デバイスに結合しかつ電気エネルギーを伝える電気的接続装置であって、該電気的接続装置は、電気的接続装置のハウジング内に配置されておりかつ前記ハウジングに接続されている少なくとも１つの電力接点と、電力接点の温度を判定する少なくとも１つの温度センサと、を有する、電気的接続装置により達成される。本発明による電気的接続装置は、前記電気的接続装置のハウジング内に配置されておりかつ電力接点とハウジングの保持部分との間に配置されているプリント基板を有し、該プリント基板は、電力接点と保持部分との間に配置されているばね力装置により、電力接点と保持部分との間にクランプされていることを特徴とする。プリント基板は、電力接点に、直接またはばね力装置により、熱的に結合され、少なくとも１つの温度センサはプリント基板上に配置されている。

本発明による電気的接続装置では、電力接点とのプリント基板の信頼できる接触が、直接またはばね力装置の仲介によりどちらかで、確実にされる。したがって、設置されるプリント基板の厚さ公差が確実に補償され得る。さらに、プリント基板が電気的接続装置内に浮動取付けされる(be float mounted)ことが可能であり、その結果、プリント基板の信頼できる接触が確実なままであると同時に、電気的接続装置の内部でのプリント基板の位置決めに関して上記の高水準を設定する必要がないので、本発明による電気的接続装置の組立ては簡略化される。

電気的接続装置は、充電プラグおよび／または充電ソケットの形態を取り得る。電気的接続装置が充電プラグの形態である場合、電気的接続装置のハウジングは充電プラグハウジングの形態である。電気的接続装置が充電ソケットの形態である場合、電気的接続装置のハウジングは充電ソケットハウジングの形態である。

電力接点へのプリント基板の機械的結合は、ばね力装置が電力接点と直接接触していることまたはプリント基板自体が電力接点と直接接触していることのどちらかを意味する。

ばね力装置は、曲げられた金属ストリップの形態を取ることが好ましい。例えば、ばね力装置はばね鋼で形成され得る。横断面において、ばね力装置は例えばＵ形またはＳ形であり得る。

ばね力装置は、電力接点の長手方向軸に平行な方向にかつ／または電力接点の長手方向軸に対して径方向に、電力接点に力をかけることができる。

充電プラグが２つ以上の温度センサを含む場合、温度センサは全て、当然、プリント基板上に配置され得る。

電気的接続装置は、プリント基板が、直接またはばね力装置により、電力接点に直流的に接続されるように設計されていることが好ましい。

相応に設計された電気的接続装置は、プリント基板と電力接点との間のさらに改善された熱的結合を有する。さらに、相応に設計された電気的接続装置は、電力接点へのプリント基板の直流的接続に起因して、電力接点が、プリント基板により、例えば抵抗コーディングされ(be resistance coded)得るという利点を有する。さらに、情報がプリント基板と電力接点との間で交換され得る。

電気的接続装置は、プリント基板が、直接またはばね力装置により電力接点に直流的に接続されている導電性接触面を有するように設計されていることが好ましい。

この場合、導電性接触面は金属で作られているかまたは少なくとも１つの金属成分を有することが好ましい。

電気的接続装置は、ばね力装置が表面実装型ばね力装置の形態でありかつ接触面にはんだ付けされるように設計されていることがさらに好ましい。

ばね力装置はプリント基板にしっかりと接続されており、そのため、電気的接続装置の組立て時、ばね力装置は別々に配置される必要はないので、相応に設計された電気的接続装置がさらに簡略化された組立体を有する。さらに、相応に設計された電気的接続装置では、プリント基板へのばね力装置の、機械的および直流的両方の、信頼できる接続が常に確実にされる。

また、表面実装型ばね力装置はＳＭＤばね力装置とも呼ばれ得る。ここでのＳＭＤは表面実装型デバイスを表す。ばね力装置はプリント基板の接触面上に直接はんだ付けされている。関連技術は表面実装と呼ばれる。

有利な実施形態によれば、電気的接続装置は、プリント基板が、電力接点が通って突出する貫通孔を有しかつプリント基板の接触面はプリント基板の貫通孔を取り囲むように設計されている。

プリント基板の径方向位置決め、すなわち電気的接続装置のプラグイン方向に対して垂直な位置決めが電力接点により行われるので、相応に設計された電気的接続装置はさらに改善された組立て特性を有する。

電力接点は、電気エネルギー受容器またはエネルギー伝達装置への直流的接続のための第１の接続領域と、充電ケーブルへの直流的接続のための第２の接続領域と、を有する。電力接点の第１の接続領域は、プリント基板の貫通孔を通って突出していることが好ましい。

さらなる有利な実施形態によれば、電気的接続装置は、ばね力装置が電力接点とプリント基板との間に配置されておりかつ電力接点およびプリント基板に直流的に接続されるように設計されており、プリント基板は、ばね力装置により、保持部分に当接してクランプされている。

したがって、ばね力装置は導電性である。例えば、ばね力装置は鉄鋼、好ましくはばね鋼で形成され得る。したがって、力が、ばね力装置により、保持部分の方向に、プリント基板にかけられる。

電気的接続装置は、電力接点が固定フランジを有し、電力接点が固定フランジにより充電プラグハウジングに接続されるように設計され、該固定フランジは電力接点の長手方向軸から離れるように径方向に延在していることがさらに好ましい。

電気的接続装置は、ばね力装置が固定フランジとハウジングの保持部分との間に配置されるように設計されていることがさらに好ましい。

電気的接続装置の相応な設計の結果として、電力接点の機械的接触および直流的接触はいずれも、プリント基板により直接またはばね力装置によりどちらかで、確実に達成される。

電気的接続装置の有利な実施形態によれば、プリント基板は電力接点の抵抗コーディングに使用される。

相応に設計された電気的接続装置では、様々な機能性、すなわち電力接点の抵抗コーディングおよび電力接点の温度判定は、単一構成要素、すなわちプリント基板により実行される。したがって、相応に設計された電気的接続装置は、より少ない部品を有し、結果として、生産コストの低減および組立ての複雑さの低減の両方をもたらす。

抵抗コーディングは、充電ケーブルを介して伝えられる電流強度の値に関して、プリント基板上に配置されているコーディング手段により行われ得る。該コーディング手段は、特に、オーム抵抗器の形態を取り得る。

車両ユーザにより使用されている充電ケーブルが、充電ケーブルを介して流れることができる最大許容可能電流強度を定める、そのケーブル線における一定の銅横断面を有する。コーディング、すなわちこの値の設定のために、充電ケーブルは、その２つのプラグのうちの少なくとも１つの領域内にオーム抵抗器を有し、その公称値は、許容可能な電流強度と明らかに関連している。いずれの場合、例えば１６Ａ、３２Ａまたは６３Ａにおいても、充電ケーブルに許可されている各公称電流強度値は、それに対応する特定のオーム抵抗器値を有する。

電気的接続装置のさらなる有利な実施形態によれば、プリント基板の面法線が電力接点の長手方向軸に実質的に平行に配向されている。

相応に設計された電気的接続装置は、有利な組立て特性を有する。さらに、機械的および直流的両方の確実な接触が電力接点とプリント基板またはばね力装置との間で達成される。

面法線が電力接点の長手方向軸に平行に配向されている特徴は、電気的接続装置のプラグイン方向に平行な、プリント基板の面法線の配向をもたらす。電気的接続装置は、プラグイン方向の挿入により、接続デバイスに機械的にかつ電気的に結合される。

電気的接続装置は、ハウジングが、前部領域と、前部領域に接続され得る後部領域と、を有するように設計され、電力接点は後部領域内に配置されており、後部領域に接続されており、ハウジングの保持部分は前部領域内に配置されており、プリント基板は後部領域と前部領域との間に配置されていることがさらに好ましい。

相応に設計された電気的接続装置は組み立てるのが特に簡単である。

電気的接続装置は、温度センサが温度依存型の電気抵抗器、特にサーミスタであるように設計されていることが好ましい。

あるいは、また、温度センサはＮＴＣ抵抗器（ＮＴＣサーミスタ）、ＰＴＣ抵抗器（ＰＴＣサーミスタ）、またはＫＴＹセンサの形態であり得る。

本発明が基づく目的は、電気エネルギー受容器へ電気エネルギーを送達する充電ステーションによりさらに達成され、該充電ステーションは、電源ケーブルにより充電ステーションに電気的に接続される、前述されている充電プラグの形態の電気的接続装置を有する。

本発明のさらなる有利な詳細および特徴が、以下に説明される例示的実施形から得られ得る。

分解された後部領域を有する、正面から斜めに見た充電プラグの形態の、本発明による電気的接続装置の斜視図である。 図１Ａに示されている充電プラグの前部領域の斜視図である。 本発明による充電プラグのコネクタ面の平面図である。 断面Ｋ−Ｋに沿った、図２Ａに示されている充電プラグの横断面図である。 図２Ｂに示されている横断面図の詳細図である。 異なる断面を有する、図２Ａに示されているコネクタ面の図である。 断面Ｋ−Ｋに沿った、図３Ａに示されている充電プラグの横断面図である。 本発明による充電プラグのプリント基板が結合されている状態の、電力接点の側面横断面図である。 本発明による充電プラグのプリント基板が両接点に結合されている状態の、２つの電力接点の斜視図である。 異なる視野からの、図４Ａに示されているシステムの図である。 単独で見た、本発明による充電プラグのプリント基板の斜視図である。

後続の記載において、同一参照記号は同一の構成要素または特徴を指し、その結果、記載の反復を回避するために、１つの図に関して設けられている部品に関連する記載が他の図にも適用される。さらに、１つの実施形態に関して記載された個々の特徴が、他の実施形態においても別々に用いられ得る。

図１Ａおよび図１Ｂでは、図示の例示的実施形において充電プラグ１の形態の、本発明による電気的接続装置１が示されている。該充電プラグ１は、対応する接続デバイスに結合するようにかつ電気エネルギーを伝えるように設計されている。対応する接続デバイスが、例えば、電池に接続される、（図に示されていない）自動車の充電ソケットであり得る。

図に示されている充電プラグ１は、直流電流を伝えるように設計されている２つの電力接点４０を含む。該電力接点４０は図４Ａおよび図４Ｂにおいてより明瞭に見ることができる。電力接点４０は、エネルギー受容器（例えば、電気自動車の接触ソケット）に結合する第１の接続領域４１と、例えば（図に示されていない）充電ステーションと充電ケーブルにより電気的に接続され得る第２の接続領域４２と、を有する。電力接点４０の該第１の接続領域４１は接触ピン４１の形態である。

充電プラグ１は、図示の例示的実施形において充電プラグハウジング１０の形態のハウジング１０を有する。該充電プラグハウジング１０は、前部領域１１と後部領域１３とを有する（図２Ｂ参照）。前部領域１１は後部領域１３に接続可能であるように構成されていることが、図２Ｂから分かる。前部領域１１には前部カバー１４が設けられていることが、図からさらに分かる。電力接点４０は固定フランジ４３（図４Ｂ参照）によりハウジング１０の後部領域１３に接続されることが、図２Ｂからさらに分かる。

本発明による充電プラグは、ハウジング１０内に配置されているプリント基板２０をさらに含み、プリント基板２０は、電力接点４０と、前部領域１１内に設けられている、ハウジング１０の保持部分１２と、の間に配置されている。この場合、プリント基板２０は、電力接点４０と保持部分１２との間に配置されている複数のばね力装置３０により、電力接点４０と保持部分１２との間にクランプされている。より正確には、ばね力装置３０は固定フランジ４３とプリント基板２０との間に配置されており、これにより、ばね力装置３０は保持部分１２の方向にプリント基板２０に力をかけ、その結果として、浮動式に配置されているプリント基板２０は電力接点と保持部分１２との間にクランプされている。

その結果、固定フランジ４３がばね力装置３０によって接触された場合、ばね力装置３０と各電力接点４０との間に直流的接続が形成されるように、ばね力装置３０は好ましくはばね鋼で作られているので、プリント基板２０は各電力接点４０に、ばね力装置３０により、熱的に結合されており、直流的に接続されている。

ここで、ばね力装置３０は、表面実装型ばね力装置３０の形態であり、表面実装型ばね力装置３０は、ＳＭＤばね力装置３０とも呼ばれ、プリント基板２０の接触面２１にはんだ付けされている。その結果、各電力接点４０とプリント基板２０の対応する接触面２１との間に直流的接続が存在する。

図４Ｃはプリント基板２０を独立して示している。プリント基板２０は、電力接点４０の各第１の接続領域４１が通って突出する２つの貫通孔２２を有することが分かる。その結果、電力接点４０の第１の接続領域４１による、プリント基板２０の径方向位置決めが確実にされる。既に前述されている通り、プリント基板２０は、貫通孔２２をそれぞれ取り囲む金属接触面２１を有する。接触面２１の各々の上に、３つのばね力装置３０が、円周方向に離間されておりかつ各接触面２１にはんだ付けされているように配置されている。図示の例示的実施形態では、ばね力装置３０は、複数の曲げ部を有するばね鋼ストラップ３０の形態である。プリント基板２０に電力を供給するためにかつデータ交換のために、プリント基板２０は複数の電気端子２３を有する。

図面からは分からないが、プリント基板２０は、プリント基板２０に結合されている電力接点４０の温度を判定し得る温度センサを有する。プリント基板２０は、貫通孔２２の数およびしたがって電力接点４０の数に対応するいくつかの温度センサを有し、その結果、各電力接点４０の温度が別々に判定され得ることが好ましい。

さらに、プリント基板２０は、充電プラグ１内に設置されている貫通孔２２の数およびしたがって電力接点４０の数に対応するいくつかのコーディング手段を有し、各電力接点４０の抵抗コーディングが、これらコーディング手段により可能にされる。ここで、コーディング手段はオーム抵抗器の形態であることが好ましい。

プリント基板２０の面法線が電力接点４０の各長手方向軸Ｌに実質的に平行に配向されていることが、図２Ｂ、図２Ｃ、図３Ｂ、図３Ｃ、図４Ａおよび図４Ｂから分かる。

１ 電気的接続装置、充電プラグ
４ 細部
１０ ハウジング、充電プラグハウジング
１１ （ハウジングの）前部領域
１２ （ハウジングの）保持部分
１３ （ハウジングの）後部領域
２０ プリント基板
２１ （プリント基板の）接触面
２２ （プリント基板の）貫通孔
２３ （プリント基板の）電気端子
３０ ばね力装置、ばね、ＳＭＤばね力装置、表面実装型ばね力装置、ばね鋼ストラップ
４０ 電力接点
４１ （電力接点の）第１の接続領域、接触ピン
４２ （電力接点の）第２の接続領域
４３ （電力接点の）固定フランジ
Ｌ （電力接点の）長手方向軸、充電プラグのプラグイン方向

Claims (13)

1. 対応する接続デバイスに結合しかつ電気エネルギーを伝える電気的接続装置（１）であって、
   − 前記電気的接続装置（１）のハウジング（１０）内に配置されておりかつ前記ハウジングに接続されている少なくとも１つの電力接点（４０）と、
   − 前記電力接点（４０）の温度を判定する少なくとも１つの温度センサと、
   を含み、
   − 前記電気的接続装置（１）は、前記電気的接続装置の前記ハウジング（１０）内に配置されておりかつ前記電力接点（４０）と前記ハウジング（１０）の保持部分（１２）との間に配置されているプリント基板（２０）を含み、
   − 前記プリント基板（２０）は、前記電力接点（４０）と前記保持部分（１２）との間に配置されているばね力装置（３０）により、前記電力接点（４０）と前記保持部分（１２）との間にクランプされており、
   − 前記プリント基板（２０）は、前記ばね力装置（３０）により、前記電力接点（４０）に熱的に結合されており、
   − 前記少なくとも１つの温度センサは前記プリント基板（２０）上に配置され、
   − 前記ばね力装置（３０）は、前記電力接点（４０）の長手方向軸（Ｌ）に平行な方向に前記電力接点（４０）に力をかけることを特徴とする、電気的接続装置（１）。
2. 前記プリント基板（２０）は、前記ばね力装置（３０）により、前記電力接点（４０）に電気的に接続されていることを特徴とする、請求項１に記載の電気的接続装置（１）。
3. 前記プリント基板（２０）は、導電性形態でありかつ前記ばね力装置（３０）により前記電力接点（４０）に電気的に接続されている接触面（２１）を含むことを特徴とする、請求項１または２に記載の電気的接続装置（１）。
4. 前記ばね力装置（３０）は、表面実装型ばね力装置（３０）の形態であり、前記接触面（２１）にはんだ付けされていることを特徴とする、請求項３に記載の電気的接続装置（１）。
5. − 前記プリント基板（２０）は、前記電力接点（４０）が通って突出している貫通孔（２２）を含み、
   − 前記プリント基板（２０）の前記接触面（２１）は、前記プリント基板の前記貫通孔（２２）を取り囲むことを特徴とする、請求項３または４に記載の電気的接続装置（１）。
6. − 前記ばね力装置（３０）は前記電力接点（４０）と前記プリント基板（２０）との間に配置されており、前記電力接点（４０）および前記プリント基板（２０）に電気的に接続されており、
   − 前記プリント基板（２０）は、前記ばね力装置（３０）により、前記保持部分（１２）に当接してクランプされていることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載の電気的接続装置（１）。
7. − 前記電力接点（４０）は、固定フランジ（４３）を含み、前記電力接点（４０）は、前記固定フランジ（４３）により前記ハウジング（１０）に接続されており、
   − 前記固定フランジ（４３）は、前記電力接点（４０）の長手方向軸（Ｌ）から離れるように径方向に延在していることを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載の電気的接続装置（１）。
8. 前記ばね力装置（３０）は前記固定フランジ（４３）と前記ハウジング（１０）の前記保持部分（１２）との間に配置されていることを特徴とする、請求項７に記載の電気的接続装置（１）。
9. 前記プリント基板（２０）は前記電力接点（４０）の抵抗コーディングに使用されることを特徴とする、請求項１から８のいずれか一項に記載の電気的接続装置（１）。
10. 前記プリント基板（２０）の面法線が前記電力接点（４０）の長手方向軸（Ｌ）に実質的に平行に配向されていることを特徴とする、請求項１から９のいずれか一項に記載の電気的接続装置（１）。
11. − 前記ハウジング（１０）は、前部領域（１１）と、前記前部領域（１１）に接続され得る後部領域（１３）と、を含み、
    − 前記電力接点（４０）は、前記後部領域（１３）内に配置されており、前記後部領域（１３）に接続されており、
    − 前記ハウジング（１０）の前記保持部分（１２）は、前記前部領域（１１）内に配置されており、
    − 前記プリント基板（２０）は、前記後部領域（１３）と前記前部領域（１１）との間に配置されていることを特徴とする、請求項１から１０のいずれか一項に記載の電気的接続装置（１）。
12. 前記温度センサは温度依存型電気抵抗器、特にサーミスタであることを特徴とする、請求項１から１１のいずれか一項に記載の電気的接続装置（１）。
13. 電気エネルギーの受容器へ前記電気エネルギーを送達する充電ステーションにおいて、電源ケーブルにより前記充電ステーションに電気的に接続されている充電プラグ（１００）の形態の、請求項１から１２のいずれか一項に記載の電気的接続装置（１）を含むことを特徴とする、充電ステーション。

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