ES2840424T3 - Conector de carga para vehículos eléctricos con base en tierra - Google Patents

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Stefan Götz
Jari Rönfanz
Volker Reber
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Abstract

Conector de carga para vehículos eléctricos con base en tierra (10) con una base de conector (20) y con una interfaz separada (30) fijada en la base de conector (20), presentando la base de conector (20) un cuerpo base no conductor de electricidad (22) y al menos un contacto de base de corriente de carga (24) anclado firmemente en el cuerpo base (22), y presentando la interfaz (30) un cuerpo de interfaz no conductor de electricidad (32) y al menos un contacto de interfaz de corriente de carga correspondiente (34) que está situado en un orificio de enchufe (44) accesible proximalmente en el cuerpo de interfaz (32), caracterizado por que la interfaz (30) se fija en la base de conector (20) mediante un elemento de seguridad (60) que no se puede abrir sin herramientas y que presenta una cabeza de tornillo (63) que se puede contactar en arrastre de forma con una herramienta especial correspondiente.

Description

DESCRIPCIÓN
Conector de carga para vehículos eléctricos con base en tierra
La invención se refiere a un conector de carga para vehículos eléctricos con base en tierra que puede enchufarse en un conector de carga de un vehículo para cargar una batería de tracción del vehículo.
El conector de carga para vehículos eléctricos con base en tierra forma parte de una estación de carga con base en tierra para cargar una batería de tracción de un vehículo eléctrico. A diferencia del conector de carga de un vehículo, el conector de carga con base en tierra está sujeto a un gran desgaste, dado que se utiliza más de 100 y hasta más de 1000 veces al año, es decir, se acopla y desacopla. Además del puro desgaste de los contactos eléctricos, el conector de carga también se solicita mecánicamente y puede, en su caso, resultar dañado mecánicamente, por ejemplo, al caer y chocar contra el suelo.
Por este motivo, los conectores de carga con base en tierra se sustituyen a intervalos regulares. Esta sustitución puede llevarse a cabo, por ejemplo, sustituyendo todo el cable de carga, incluido el conector de carga con base en tierra conectado al mismo. No obstante, con esta finalidad es necesario abrir la estación de carga y conectar el nuevo cable de carga con su extremo de estación de carga a la estación de carga.
Alternativamente, en el conector de carga con base en tierra sólo se reemplazan los contactos eléctricos. Para ello, los cables conductores correspondientes deben acortarse debidamente para poder fijar los nuevos contactos eléctricos en los extremos de cable acortados, por ejemplo, mediante soldadura o engarzado a presión. Este procedimiento es complicado y muy propenso a una aplicación defectuosa, dado que la calidad del conector de carga modificado de este modo depende en gran medida del cuidado del montador.
Por el documento CN 105896212 A se conoce un conector de carga para vehículos eléctricos con base en tierra que con un conector adaptador puede convertirse en otro conector de conexión estándar. El conector adaptador presenta varias clavijas de contacto de corriente de carga ancladas firmemente en el conector adaptador que se conectan junto con los correspondientes contactos de base de corriente de carga cuando el conector adaptador se enchufa en la base de conector. Al conectarlo, la calidad de la conexión eléctrica entre la clavija de contacto de la corriente de carga del adaptador y el contacto de base de corriente de carga no se puede comprobar ni es posible influir en la misma. En circunstancias desfavorables pueden producirse en la zona de contacto entre los dos contactos resistencias de contacto relativamente altas que pueden dar lugar a una generación de calor crítica en caso de corrientes de carga normalmente muy superiores a 100 A. En las siguientes publicaciones de patente se revelan más ejemplos de conectores intercambiables: DE102016105470 A1(TE Connectivity) y WO2015/084106 A1 (Lee Jin-Kook).
Por consiguiente, la tarea de la invención consiste en crear un conector de carga para vehículos eléctricos con base en tierra con el que sea posible reemplazar más fácilmente las piezas de desgaste.
Según la invención, esta tarea se resuelve con un conector de carga para vehículos eléctricos con base en tierra con las características de la reivindicación 1.
El conector de carga para vehículos eléctricos con base en tierra según la invención presenta una base de conector y una interfaz separada e intercambiable fijada en la base de conector, pero que puede intercambiarse en unos pocos pasos. La base de conector presenta un cuerpo base no conductor de electricidad y al menos un contacto de base de corriente de carga anclado firmemente en el cuerpo base. Por ejemplo, el contacto de base de corriente de carga se sella en arrastre de forma en el cuerpo base.
La interfaz presenta un cuerpo de interfaz no conductor de electricidad y al menos un contacto de interfaz de corriente de carga que corresponde al contacto de base de corriente de carga. El contacto de interfaz de corriente de carga no está firmemente anclado en el cuerpo de interfaz, sino que se encuentra en un orificio de enchufe accesible proximalmente en el cuerpo de interfaz.
Por un contacto de corriente de carga se entiende generalmente un cuerpo de contacto conductor de electricidad a través del cual fluye la corriente de carga con la que se carga la batería de tracción del vehículo eléctrico. En este caso, por la dirección proximal se entiende la dirección orientada hacia la estación de carga, mientras que por la dirección distal se entiende la dirección opuesta orientada hacia el conector de carga del vehículo.
Por lo tanto, el contacto de interfaz de corriente de carga puede insertarse en el orificio de enchufe desde el lado proximal del cuerpo de interfaz. De este modo es posible, después de retirar la interfaz desgastada, fijar de forma controlada el nuevo contacto de interfaz de corriente de carga no desgastado en primer lugar en el contacto de base de corriente de carga y sólo a continuación colocar axialmente el nuevo cuerpo de interfaz no desgastado en el cuerpo base de manera que el contacto de interfaz de corriente de carga se introduzca axialmente en el orificio de enchufe. El contacto eléctrico del contacto de interfaz de corriente de carga con el contacto de base de corriente de carga se lleva a cabo, por consiguiente, por delante y de forma controlada y puede, en su caso, tratarse y procesarse posteriormente hasta que el contacto eléctrico presente una calidad suficiente. Sólo entonces se coloca el cuerpo de interfaz no conductor en el cuerpo base, de manera que el contacto eléctrico ya no sea accesible.
De este modo se crea un conector de carga para vehículos eléctricos con base en tierra cuyas piezas de desgaste, concretamente en especial el cuerpo de interfaz y el o los contactos de interfaz de corriente de carga, pueden sustituirse fácilmente con relativamente poco esfuerzo y una alta calidad de contacto.
Según una configuración preferida, la base de conector del conector de carga presenta al menos un contacto de base de señal anclado firmemente en el cuerpo base, presentando la interfaz al menos un contacto de interfaz de señal correspondiente anclado firmemente en el cuerpo de interfaz. Por lo tanto, el contacto de interfaz de señal también se intercambia, pero se fija anclado firmemente en el cuerpo de interfaz, de manera que el contacto con el contacto de base de señal correspondiente sólo tenga lugar al colocar la interfaz en la base de conector.
En el presente caso, por un contacto de señal se entiende un contacto a través del cual sólo se transmiten señales eléctricas entre el vehículo eléctrico y la estación de carga, pero con el que no se carga la batería de tracción.
Preferiblemente, el contacto de base de corriente de carga presenta una dureza mayor que el contacto de interfaz de corriente de carga. Aquí, por dureza se entiende la dureza mecánica del material en cuestión, es decir, la deformabilidad plástica. Gracias a la menor dureza mecánica del contacto de interfaz de corriente de carga se garantiza que el contacto de base de corriente de carga tampoco se deforme o desgaste de forma significativa después de una sustitución múltiple de los contactos de interfaz de corriente de carga desgastados. La deformación del contacto de base de corriente de carga se minimiza tanto al fijar, como también al retirar el correspondiente contacto de interfaz de corriente de carga, de manera que una sustitución múltiple del contacto de interfaz de corriente de carga tampoco dé lugar a una deformación del contacto de interfaz de corriente de carga que limite la función.
Según una configuración preferida, el contacto de interfaz de corriente de carga presenta en su extremo proximal una cabeza de montaje plásticamente deformada situada en un orificio de montaje correspondiente en el extremo distal del contacto de base de corriente de carga. La cabeza de montaje del contacto de interfaz puede, por ejemplo, introducirse durante el montaje en el orificio de montaje del correspondiente contacto de base de corriente de carga, de manera que resulte una gran superficie de contacto entre el contacto de interfaz de corriente de carga y el contacto de base de corriente de carga. Así se garantiza en esta zona una resistencia de contacto baja permanente. Al retirar el contacto de interfaz de corriente de carga desgastado, éste se extrae del orificio de montaje con su cabeza de montaje, deformándose plásticamente la cabeza de montaje en su caso de nuevo, a fin de poder extraerla del orificio de montaje.
Según una configuración preferida, el contacto de interfaz de corriente de carga presenta en su extremo proximal una cabeza de montaje fijada en un orificio de montaje correspondiente en el extremo distal del contacto de base de corriente de carga. El orificio de montaje está formado por un manguito ranurado. En el presente caso, por un manguito ranurado se entiende un manguito ranurado fundamentalmente en la dirección longitudinal que presenta varios brazos de manguito que están separados unos de otros por las ranuras de manguito y que, según una configuración preferida, pueden doblarse elásticamente en dirección radial. Al insertar la cabeza de montaje, el manguito ranurado se deforma elásticamente de manera que la cabeza de montaje socavada pueda pasar a través del orificio de montaje. No obstante, mediante la pretensión radial de los brazos de manguito se garantiza que, después de la inserción de la cabeza de montaje, se establezca un contacto firme y de gran superficie que asegura permanentemente una baja resistencia de contacto.
Preferiblemente, el orificio de enchufe en el que se enchufa el correspondiente contacto de interfaz de corriente de carga se configura ligeramente cónico. Por consiguiente, el orificio de enchufe presenta un diámetro menor en la parte inferior del orificio que en el borde del orificio. De este modo se facilita especialmente la inserción del contacto de interfaz de corriente de carga en el orificio de enchufe al montar el nuevo cuerpo de interfaz. En el presente caso, por una ligera conicidad se entiende un ángulo de cono de menos de 15°.
Con respecto al contacto de interfaz de corriente de carga, el orificio de enchufe se configura sin destalonamientos, de manera que el contacto de interfaz de corriente de carga pueda volver a abandonar el orificio de enchufe de forma no destructiva, si, por ejemplo, el cuerpo de interfaz desgastado se retira del cuerpo base.
Según una configuración preferida de la invención se prevé que el contacto de interfaz de corriente de carga presente en el orificio de enchufe un juego radial de más de 0,2 mm, con especial preferencia de más de 0,3 y como máximo de hasta 5,0 mm en pasos de 0,1 mm. El contacto de base de corriente de carga está anclado en el cuerpo base con especial preferencia completamente libre de juego. Debido al juego radial del contacto de interfaz en el orificio de enchufe se compensan durante el ensamblaje las correspondientes inexactitudes en la conexión entre el conector de carga con base en tierra y el correspondiente conector de carga del vehículo, de manera que los dos conectores de carga puedan conectarse eléctricamente entre sí sin deformación. Así se reduce especialmente el desgaste mecánico de los contactos de corriente de carga de los dos conectores de carga.
Preferiblemente, en el espacio intermedio anular entre el contacto de interfaz de corriente de carga y la pared interior del orificio de enchufe se dispone un anillo de posicionamiento preferiblemente elástico que posiciona el contacto de interfaz de corriente de carga aproximadamente en el centro del orificio de enchufe. En este caso, el anillo de posicionamiento puede presentar un grosor radial que rellena radialmente por completo el espacio intermedio anular, de manera que el contacto de interfaz de corriente de carga siempre adopte exactamente la misma posición central en el estado no descargado.
Preferiblemente se prevé un elemento de seguridad, fijándose la interfaz en la base de conector a través del elemento de seguridad de manera que sólo pueda abrirse con una herramienta. La herramienta puede ser una herramienta especial, de manera que se dificulte una retirada no autorizada del elemento de seguridad o de manera que ésta sea imposible. Un elemento de seguridad de este tipo puede ser, por ejemplo, una cerradura que sólo pueda abrirse con una llave adecuada.
A continuación, se explica más detalladamente un ejemplo de realización de la invención a la vista de los dibujos. Se muestra en la:
Figura 1 una sección longitudinal a través de un conector de carga para vehículos eléctricos con base en tierra con una base de conector y con una interfaz montada, y
Figura 2 la base de conector y la interfaz separada y desmontada del conector de carga para vehículos eléctricos de la figura 1.
En la figura 1 se representa un conector de carga para vehículos eléctricos con base en tierra 10 que resulta adecuado para enchufarlo en un conector de carga correspondiente del vehículo (no representado), a fin de cargar una batería de tracción de un vehículo eléctrico. El conector de carga 10 presenta una sección de agarre 13 que está formada por una carcasa de sección de agarre 16 y que define un orificio de agarre 15 que un usuario puede coger con la mano.
Una base de conector 20 está anclada firmemente en el extremo distal de la carcasa de sección de agarre 16. La base de conector 20 está formada por un cuerpo base de plástico no conductor de electricidad 22 y por dos contactos de base de corriente de carga 24 anclados firmemente en el cuerpo base 22 y por varios contactos de base de señal 26. En las figuras se representa respectivamente un único contacto de base 24, 26. Los contactos de base 24, 26 están anclados firmemente en el cuerpo base 22 de manera que no puedan retirarse del cuerpo base 22 sin dañar o romper el cuerpo base 22. Mientras que los contactos de base de señal 26 se sellan en arrastre de forma en el cuerpo base 22 de manera que no se puedan perder, los dos contactos de base de corriente de carga 24 se conectan al cuerpo base 22 de forma que no se puedan perder respectivamente a través de un manguito de sujeción correspondiente 70 que puede pegarse, por ejemplo, al cuerpo base 22.
La base de conector 20 permanece en la carcasa de sección de agarre 16 durante toda la vida útil del conector de carga 10 sin ser reemplazado. Los contactos de base de corriente de carga 24 están conectados eléctricamente a través de una línea de carga eléctrica 12 a una estación de carga con base en tierra (no representada). Los contactos de base de señal 26 se conectan a la estación de carga con base en tierra respectivamente a través de una línea de señal correspondiente 14. A través de las líneas de carga 12 se transmiten corrientes de carga de varios 100 A. A través de las líneas de señal 14 sólo se transmiten señales eléctricas.
En la base de conector 20 se fija una interfaz 30 separada, desmontable o reemplazable que está expuesta a un desgaste mecánico relativamente alto. La interfaz 30 se puede intercambiar en caso necesario con relativamente poco esfuerzo, por ejemplo, en el marco de un mantenimiento regular. La interfaz 30 presenta un cuerpo de interfaz de plástico no conductor de electricidad 32, en el que se alojan dos contactos de interfaz de corriente de carga 34 y en el que también se anclan firmemente varios contactos de interfaz de señal 36. Todos los contactos 24, 26, 34, 36 son eléctricamente conductores y se componen respectivamente de un metal adecuado. Los dos contactos de corriente de carga 24, 34 se componen respectivamente de un cuerpo de contacto metálico 24', 34', siendo el cuerpo de contacto 24' del contacto de base de corriente de carga 24 mecánicamente más duro que el cuerpo de contacto 34' del contacto de interfaz de corriente de carga 34.
La interfaz 30 o el cuerpo de interfaz 32 se fijan con un elemento de seguridad 60 en la base de conector 20 o en el cuerpo base 22. En el presente caso, el elemento de seguridad 60 es un tornillo de cabeza roscada que se inserta y sumerge profundamente en una perforación escalonada 64 del cuerpo de interfaz 32 y que se atornilla con su vástago roscado 62 en una perforación roscada correspondiente 66 del cuerpo base 22. El elemento de seguridad 60 presenta una cabeza de tornillo 63 que puede contactarse en arrastre de forma con una herramienta especial correspondiente, de manera que el elemento de seguridad 60 sólo pueda enroscarse o desenroscarse con la herramienta especial. En el estado ensamblado representado en la figura 1, una cabeza de contacto 36' del contacto de interfaz de señal 36 se inserta en una perforación de contacto correspondiente 73 en el extremo distal 72 del contacto de base de señal 26.
El contacto de interfaz de corriente de carga 34 se configura fundamentalmente cilíndrico y presenta en su extremo longitudinal distal un orificio definido por un agujero ciego 54 en el que se puede introducir una clavija de contacto correspondiente del conector de carga del vehículo. El contacto de interfaz de corriente de carga 34 presenta en su extremo proximal una cabeza de montaje plásticamente deformable o deformada 33 que en el estado montado se sitúa en un orificio de montaje correspondiente 23 en el extremo distal del contacto de base de corriente de carga 24. Un anillo de limitación 49 limita en dirección distal con la cabeza de montaje 33, limitándose con el mismo la movilidad radial del contacto de interfaz de corriente de carga 34 dentro del orificio de enchufe 44 del cuerpo de interfaz 32. El anillo de limitación 49 va seguido de una ranura anular circular 52, en la que se encuentra un anillo de posicionamiento elástico 50, mediante el cual el contacto de interfaz de corriente de carga 34 se centra en el interior del orificio de enchufe 44 cuando no se aplica el conector de carga del vehículo. El contacto de interfaz de corriente de carga 34 presenta dentro del orificio de enchufe 44 un juego radial R de aproximadamente 0,5 mm, de manera que el juego anular 48 entre el contacto de interfaz de corriente de carga 34 y la pared interior 44' del orificio de enchufe 44 sea en todas partes de al menos 0,5 mm.
El extremo distal del contacto de base de corriente de carga 24 se configura como un manguito ranurado 23' con varias ranuras de manguito 74 que se desarrollan en dirección axial. Dentro del orificio de montaje 23 se prevén varios anillos de retención 23" configurados en la sección transversal a modo de diente de sierra. Al insertar la cabeza de montaje 33 en el correspondiente orificio de montaje 23, la cabeza de montaje 33 se deforma plásticamente de manera que se ajuste por una gran parte de la superficie a las superficies correspondientes dentro del orificio de montaje 23, con lo que a su vez se produce de forma permanente una resistencia de contacto muy reducida.
En el estado ensamblado, el contacto de interfaz de corriente de carga 34 está situado en un orificio de enchufe 44 del cuerpo de interfaz 32 de forma proximalmente accesible, configurándose el mismo ligeramente cónico y aumentando su diámetro en dirección proximal. El ángulo de cono A entre la pared interior axial y la pared interior inclinada 44' del orificio de enchufe 44 es, por ejemplo, de 5°. Gracias a la ligera conicidad del orificio de enchufe 44 se facilita la inserción del contacto de interfaz de corriente de carga en el orificio de enchufe 44.
En el extremo longitudinal distal del orificio de enchufe 44 se prevé un escalón anular 45, cuyo diámetro interior es menor que el diámetro exterior del contacto de interfaz de corriente de carga 34 configurado fundamentalmente cilíndrico. En el estado montado, el escalón anular 45 soporta axialmente el contacto de interfaz de corriente de carga 34, de manera que no sea posible un movimiento del contacto de interfaz de corriente de carga 34 en dirección proximal, por ejemplo, al extraer el conector de carga del vehículo.
Al montar una nueva interfaz 30 no desgastada en la base de conector 20, el contacto de interfaz de corriente de carga 34 se inserta en primer lugar con su cabeza de montaje 33 en el orificio de montaje 23 o se introduce con una herramienta correspondiente. En este caso, la cabeza de montaje 33 se deforma plásticamente, de manera que se obtenga un contacto firme y de gran superficie en el orificio de montaje 23. A continuación, el cuerpo de interfaz 32, incluido el contacto de interfaz de señal 36 anclado firmemente en el mismo, se coloca axialmente en el cuerpo base 22, insertándose la cabeza de contacto 36' del contacto de interfaz de señal 36 en la perforación de contacto 73 y contactando eléctricamente. Por último, el elemento de seguridad 60 se aplica con una herramienta especial, de manera que la interfaz 30 se fije finalmente de forma firme en la base de conector 20.

Claims (9)

REIVINDICACIONES
1. Conector de carga para vehículos eléctricos con base en tierra (10) con una base de conector (20) y con una interfaz separada (30) fijada en la base de conector (20), presentando la base de conector (20) un cuerpo base no conductor de electricidad (22) y al menos un contacto de base de corriente de carga (24) anclado firmemente en el cuerpo base (22), y presentando la interfaz (30) un cuerpo de interfaz no conductor de electricidad (32) y al menos un contacto de interfaz de corriente de carga correspondiente (34) que está situado en un orificio de enchufe (44) accesible proximalmente en el cuerpo de interfaz (32), caracterizado por que la interfaz (30) se fija en la base de conector (20) mediante un elemento de seguridad (60) que no se puede abrir sin herramientas y que presenta una cabeza de tornillo (63) que se puede contactar en arrastre de forma con una herramienta especial correspondiente.
2. Conector de carga para vehículos eléctricos con base en tierra (10) según la reivindicación 1, presentando la base de conector (20) al menos un contacto de base de señal (26) anclado firmemente en el cuerpo base (22) y presentando la interfaz (30) al menos un contacto de interfaz de señal correspondiente (36) anclado firmemente en el cuerpo de interfaz (32).
3. Conector de carga para vehículos eléctricos con base en tierra (10) según una de las reivindicaciones anteriores, presentando el contacto de base de corriente de carga (24) una dureza mayor que el contacto de interfaz de corriente de carga (34).
4. Conector de carga para vehículos eléctricos con base en tierra (10) según una de las reivindicaciones anteriores, presentando el contacto de interfaz de corriente de carga (34) en su extremo proximal una cabeza de montaje plásticamente deformada (33) situada en un orificio de montaje correspondiente (23) en el extremo distal del contacto de base de corriente de carga (24).
5. Conector de carga para vehículos eléctricos con base en tierra (10) según una de las reivindicaciones anteriores, presentando el contacto de interfaz de corriente de carga (34) en su extremo proximal una cabeza de montaje (33) fijada en un orificio de montaje correspondiente (23) en el extremo distal del contacto de base de corriente de carga (24), estando el orificio de montaje (23) formado por un manguito ranurado (23').
6. Conector de carga para vehículos eléctricos con base en tierra (10) según una de las reivindicaciones anteriores, configurándose el orificio de enchufe (44) ligeramente cónico.
7. Conector de carga para vehículos eléctricos con base en tierra (10) según una de las reivindicaciones anteriores, configurándose el orificio de enchufe (44), con respecto al contacto de interfaz de corriente de carga (34), sin destalonamientos.
8. Conector de carga para vehículos eléctricos con base en tierra (10) según una de las reivindicaciones anteriores, presentando el contacto de interfaz de corriente de carga (34) en el orificio de enchufe (44) un juego radial (R) de más de 0,2 mm, con especial preferencia de 0,3 mm a 5,0 mm.
9. Conector de carga para vehículos eléctricos con base en tierra (10) según la reivindicación 8, disponiéndose en el espacio intermedio anular (48) entre el contacto de interfaz de corriente de carga (34) y la pared interior del orificio de enchufe (44') un anillo de posicionamiento elástico (50).
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