阅读说明：本技术 Ev快速充电线和插座 (EV quick charging wire and socket ) 是由 保罗·肯尼士·戴尔洛克 罗斯·戴卡斯特拉·普西福尔 斯图尔特·C·索尔特 大卫·布莱恩·格利克 于 2020-02-03 设计创作，主要内容包括：本公开提供了“EV快速充电线和插座”。一种车辆充电系统可以包括：充电插头,所述充电插头包括覆盖所述插头的至少一部分的至少一个手柄罩；以及车辆充电插座,所述车辆充电插座被构造成接纳所述插头,所述插头和所述插座包括具有至少一种聚合物和至少一种陶瓷的导热且电绝缘材料,以将在充电期间产生的热量通过所述插头部分和插座传递到车身中以进行消散。(The present disclosure provides "EV quick charging wires and sockets". A vehicle charging system may include: a charging plug comprising at least one handle cover covering at least a portion of the plug; and a vehicle charging receptacle configured to receive the plug, the plug and receptacle comprising a thermally conductive and electrically insulating material having at least one polymer and at least one ceramic to transfer heat generated during charging through the plug portion and receptacle into a vehicle body for dissipation.)

EV快速充电线和插座

技术领域

本文中公开了用于电动车辆的快速充电线和插座。

背景技术

电动车辆变得越来越受欢迎。电动车辆(EV)的客户希望其EV的充电时间更快。各种充电线和插座用于为EV充电。然而，相关联的增加的电流需求可能导致充电部件的不期望的加热。

发明内容

一种用于电动车辆的充电电缆可以包括：手柄，所述手柄包括手柄罩；以及插头部分，所述插头部分连接到所述手柄并且被构造成附接到车辆充电插座，所述插头部分包括具有至少一种聚合物和至少一种陶瓷的导热且电绝缘材料，所述至少一种陶瓷结合到所述聚合物中以散热，同时对所述插头部分的电导率影响很小或没有影响，使得所述插头部分保持为电绝缘体。

一种车辆充电系统可以包括：充电插头，所述充电插头包括覆盖所述插头的至少一部分的至少一个手柄罩；以及车辆充电插座，所述车辆充电插座被构造成接纳所述插头，所述插头和所述插座包括具有至少一种聚合物的导热且电绝缘材料，所述至少一种聚合物在其中混合有至少一种陶瓷以在充电期间将热量从插头部分传递到所述插座以进行消散，同时维持所述插头部分的电绝缘特性。

一种车辆可以包括被构造成接纳充电插头的车辆充电插座，所述插座包括具有至少一种聚合物和至少一种陶瓷的聚合物-陶瓷复合材料，以增加所述插头和所述插座的热导率，同时维持所述插头和所述插座的电绝缘特性。

附图说明

在所附权利要求中特别指出了本公开的实施例。然而，通过结合附图参考以下详细描述，各种实施例的其他特征将变得更显而易见，并且将得到最好的理解，在附图中：

图1示出了电动车辆(EV)充电系统；

图2示出了电动车辆(EV)充电系统；

图3以框图形式示出了图2的插头的侧视图；

图4示出了插座的示例后视图；

图5示出了各种元素和化合物的热导率的示例图；以及

图6示出了材料的热导率随氮化铝(AlN)的重量百分比而变化的示例图。

具体实施方式

根据需要，本文中公开了本发明的详细实施例；然而，应理解，所公开的实施例仅仅是本发明的可以体现为不同和替代形式的示例。附图不一定按比例绘制；一些特征可能会被放大或最小化以示出特定部件的细节。因此，本文中公开的具体结构和功能细节不应解释为限制性的，而仅应解释为用于教导本领域技术人员以各种方式采用本发明的代表性基础。

随着电动车辆(EV)变得越来越受欢迎，越来越多的用户需要对其EV充电的机构。客户进一步要求其EV的电池的充电时间更快。然而，电源线和插座可能通常由热塑性材料制成。这些热塑性塑料是热绝缘体，其热导率为大约0.2W/mk(瓦/米-开)并且不散热。通常，插头和插座都选择塑料，这是因为两者都需要电绝缘。因为大多数热导体也是电导体，所以不使用压铸金属以及塑料中的像石墨和碳之类的导电填料，和像铜和不锈钢之类的金属。

本文中公开了一种用于EV充电的线和插座，其经过修改以传导热量，同时仍使插头/手柄与客户电绝缘和使插座到车辆电绝缘。为了促进热量从手柄组件传递到插座以及到车辆的车身，可以使用提供电绝缘的导热聚合物。这种材料将有助于快速消散来自手柄组件中的热量并将热量散到车身中。

插头和插座可以由低成本塑料与陶瓷(例如氮化硼和尼龙)的混合物或复合物制成，这可以使材料的热导率从大约0.2W/m·K提高到在平面内(即，与热传递成一直线)为大约4.0W/m·K和穿透平面(即垂直于热传递)为1.5W/m·K。在机械和电气特性保持不变的情况下，热导率大致提高20倍。因此，手柄/插头可以使用独特的导热且电绝缘塑料将热量从线带走，并将热量传递到插座以供车辆消散。手柄可以将与用户接触的实际表面与由充电电流产生的热量进行热绝缘。插座部件也由导热塑料制成，并从插头传递热量。肋状物可以布置在插座的背面，以增加表面积并进一步散热。手柄可以在插头部分的导热塑料与手柄的手柄罩之间包括泡沫层或其他绝缘体。

图1和图2示出了电动车辆(EV)充电系统100。EV充电系统100可以包括布置在车辆106上的EV插头102和插座104。在图1所示的示例中，EV插头102位于插座104中。线110可以从EV插头102延伸到EV充电站，并且被构造成将电流从充电站运载到车辆106以对车辆电池充电。EV插头102可以包括被构造成由用户拿握的手柄114。插座104可以由导电塑料制成，所述导电塑料被构造成从插头102传递热量。

插头102可以包括手柄114和插头部分116。手柄114可以包括被构造成与用户接触的手柄罩120。手柄罩120可以由热绝缘、非导电塑料制成，以帮助保护客户免受热。插头部分116可以由导热塑料复合物或混合物(在本文中通常称为导热塑料)制成，以使得热量能够从线110通过插头部分116传递到插座104(图2中未示出)。

图3示出了诸如图2所示的代表性插头102的侧面剖视图。如图3所示，插头部分116可以邻接手柄罩120。插头部分116的一部分可以延伸到手柄罩114的内部。充电线110可以从手柄114延伸。在手柄114内，绝缘泡沫124可以布置在插头部分116的导热塑料与手柄罩120的非导电和非导热塑料之间。

图4示出了插座104的示例后视图。为了增加从插头102到插座104的热传递和散热，插座104可以在插座104的背面包括多个肋状物130。这些肋状物130对于用户可以是不可见的。肋状物130可以增加插座104背面的表面积，以进一步消散从插头102接收的热量。此外，插座104与车辆的周围的车身面板重叠，从而进一步散发来自插头102的热量。

因此，插头102和插座104均由导热塑料制成。导热塑料的各种成分可以用于插头102和插座104。在一个示例中，基础材料可以是坚韧的、轻质的合成聚合物，诸如尼龙。尼龙具有高熔体流动性，并且可以很容易地填充长而细的复杂流动路径，同时具有最小翘曲。尼龙的热变形可以高达220℃。此外，尼龙可以承受相同温度下的连续加热而不会降解。尼龙天生具有阻燃性。尼龙可能具有较高的机械强度和出色的尺寸稳定性。尼龙还可以抗有机溶剂。在制造过程中，尼龙可以具有较宽的加工窗口和快速的循环。尼龙是一种良好的电和热绝缘体，其表面电阻率为大约2.0x10¹⁴欧姆/平方并且体积电阻率为10¹⁶欧姆-厘米。尼龙的穿透平面的电导率仅可为0.25W/m·K。在本申请中，期望高电阻率以防止短路。因此，尼龙由于其低成本、低密度、高熔化温度和高电阻率也可以用作基础材料。当然其他塑料和/或聚合物可以适用于特定应用。

但是，未改性的尼龙可能具有较低的热导率。为了增加热导率而不显着影响电绝缘性质，可以添加陶瓷材料。一些示例陶瓷可以是氮化铝或氮化硼。这些中的每一者都是良好的热导体并且是电绝缘的。在一个示例中，可以将至少约20％体积的这些材料中的任一种添加到尼龙基础材料中。在另一示例中，可以将至少约30％重量的这些材料中的任一种添加到尼龙基础材料中。通过添加氮化铝或氮化硼，材料的热导率可以从大约0.2W/m·K提高到在平面内为大约4.0W/m·K和穿透平面为1.5W/m·K。这相当于热导率提高大致20倍，而电导率实际上保持不变，即，添加的陶瓷对电导率具有最小影响，使得所得复合塑料仍然是电绝缘体。尽管各种形态可用于特定应用，但是代表性实施例使用厚度与宽度比为大约40比1的薄片。

除了陶瓷添加剂外，可以添加大约2-3％的顺丁烯二酸酐以使陶瓷添加剂与基础聚合物相容。也就是说，顺丁烯二酸酐可以稳定并混合塑料材料。因此，改性的塑料材料可以是导热的，同时仍然保持为电绝缘的。尼龙基础材料可能在高达170℃的熔化温度下长时间起作用。这超过了电力电子器件的可能达到150℃的预期工作温度。

尽管可以使用氮化硼或氮化铝，但在本申请中氮化硼可以提供更有效的填料。氮化硼薄片的穿透平面的热导率为大约600W/m·K。氮化硼薄片可以具有出色的表面积与厚度和重量比(例如10m²/gm)。这可以允许较少重量的材料来满足所需的热导率增加，从而减少成本和制造时间。

图5示出了各种元素和化合物的热导率的示例图。如图5所示，硼(BN)的热导率可能高于氮化铝(AlN)、碳化硅(SiC)、氮化硅(Si₃N₄)、氧化铝(Al₂O₃)和二氧化硅(SiO₂)。

图6示出了材料的热导率随氮化铝(AlN)的重量百分比而变化的示例图。如图所示，热导率随着氮化铝的重量百分比的增加而增加。

因此，本文中公开了一种EV充电系统，所述充电系统包括可以使用独特的导热且电绝缘塑料将热量从线带走，并将热量传递到插座以供车辆消散的手柄。手柄可以将与用户接触的实际表面与在充电期间产生的热量绝缘。插座部件由导热塑料制成，并从插头传递热量。肋状物可以布置在插座的背面，以增加表面积并进一步散热。手柄可以在插头部分的导热塑料与手柄的手柄罩之间包括泡沫层。低成本塑料(例如，氮化硼和尼龙)的混合物可以使材料的热导率从大约0.2W/m·K提高到在平面内为大约4.0W/m·K和穿透平面为1.5W/m·K。在材料的机械和电气特性保持基本上不变的情况下，热导率大致提高20倍。

尽管上文描述了示例性实施例，但是这些实施例并不意图描述本发明的所有可能形式。而是，本说明书中所使用的字词为描述性而非限制性的字词，并且应理解，可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种改变。另外，可以组合各种实现实施例的特征以形成本发明的另外的实施例。

根据本发明，提供了一种用于电动车辆的充电插头，所述充电插头具有：手柄，所述手柄包括手柄罩；以及插头部分，所述插头部分连接到所述手柄并且被构造成附接到车辆充电插座，所述插头部分包括具有至少一种聚合物和至少一种陶瓷的导热且电绝缘材料。

根据一个实施例，所述聚合物是尼龙。

根据一个实施例，所述陶瓷是氮化硼和氮化铝中的至少一者。

根据一个实施例，所述陶瓷占所述导热材料的至少20％的体积。

根据一个实施例，所述导热材料的在平面内的热导率为4.0W/m·K。

根据一个实施例，所述导热材料的穿透平面的热导率为1.5W/m·K。

根据一个实施例，所述导热材料包括顺丁烯二酸酐。

根据本发明，提供了一种充电系统，所述充电系统具有：车辆充电插头，所述车辆充电插头具有覆盖所述插头的至少一部分的至少一个手柄罩；以及车辆充电插座，所述车辆充电插座被构造成接纳所述插头，所述插头和所述插座包括具有至少一种聚合物和至少一种陶瓷的导热且电绝缘材料。

根据一个实施例，所述聚合物是尼龙。

根据一个实施例，所述陶瓷是氮化硼和氮化铝中的至少一者。

根据一个实施例，所述陶瓷占所述导热材料的至少20％的体积。

根据一个实施例，所述导热材料的在平面内的热导率为4.0W/m·K。

根据一个实施例，所述导热材料的穿透平面的热导率为1.5W/m·K。

根据一个实施例，所述导热材料包括顺丁烯二酸酐。

根据本发明，提供了一种车辆，所述车辆具有车辆充电插座，所述车辆充电插座被构造成接纳充电插头，所述插座包括具有至少一种聚合物和至少一种陶瓷的导热且电绝缘材料。

根据一个实施例，所述聚合物是尼龙。

根据一个实施例，所述陶瓷是氮化硼和氮化铝中的至少一者。

根据一个实施例，所述陶瓷占所述导热材料的至少20％的体积。

根据一个实施例，所述车辆充电插座包括布置在所述插座的背面的多个肋状物，以增加表面积并进一步消散来自所述充电插头的热量。

根据一个实施例，所述导热材料包括顺丁烯二酸酐。