Elektromobile können sich erst allgemein durchsetzen, wenn sie eine möglichst hohe Betriebstüchtigkeit erreichen. Dazu gehört auch ein gewisser Bedienungskomfort. Ein Problem bildet das häufige, aufwendige Aufladen der Akkumulatoren. Gemäss heutigem Stand der Technik ist zu diesem Zweck mindestens ein Kabel anzuschliessen. Im weiteren sind Anlagen mit öffentlichem Zugang vor unerlaubter Fremdbenützung zu schützen.
Man war daher auf der Suche nach Einrichtungen, die das Aufladen der Akkumulatoren von Elektromobilen vereinfachen. Gemäss heutigem Stand der Technik sind Einrichtungen bekannt, die den Ladevorgang optimieren. Andere Einrichtungen ermöglichen die automatische Positionierung eines Fahrzeuges für den Ladevorgang.
Die Patentschrift US 5 049 802 vom 17. Sept. 1991 von Robert T. Mintus und John C. Paine beschreibt eine Einrichtung, die ein Elektromobil automatisch an einen Zapfhahn steuert, die elektrischen Leiter am Elektromobil anschliesst, den korrekten Zustand und die Ladebereitschaft signalisiert, den Elektromotor elektrisch vom Akkumulator trennt, und einen kontrollierten Ladevorgang einleitet. Diese Einrichtung hat vor allem den grossen Nachteil, dass sie sehr aufwendig und dadurch auch teuer ist. Sie eignet sich daher nicht für die Schaffung eines dichten Netzes von Zapfstellen.
Die Patentschrift US 4 777 416 vom 11. Oktober 1988 von Robert W. George ll et al. beschreibt eine Einrichtung zum Aufladen eines selbstfahrenden Roboters inklusive der Positionierung der Ladekontakte. Diese Einrichtung eignet sich jedoch nicht für Elektromobile.
In der Patentschrift US 3 169 733 vom 16. Februar 1965 von Arthur M. Barret Jr. findet man schliesslich eine Beschreibung einer Einrichtung, die Kontakte eines Elektromobils mit eigener Ladeeinrichtung an eine Zapfstelle mit üblichem Netz-Strom führt.
Gemäss heutigem Stand der Technik ist das Problem der automatischen Positionierung und des automatischen Anschlusses der Elektromobile an die Stromquelle gelöst.
Gelöst ist ebenfalls die Durchführung und die Kontrolle des Ladevorganges des Akkumulators.
Bereits heute sind ein Grossteil der Fahrzeuge auf überdachten oder unüberdachten Parkplätzen abgestellt oder vorübergehend geparkt, die öffentlich oder einer Vielzahl von Leuten zugänglich sind.
Es wäre sinnvoll, beim Einsatz von Elektromobilen diese Parkplätze gleichzeitig für das Aufladen der Fahrzeug-Akkumulatoren zu nutzen. Wegen des kleinen Aktionsradius von Elektromobilen wäre es zudem wünschenswert, dass auch auf Parkplätzen von Einkaufszentren sowie auf öffentlichen Parkplätzen Zapfstellen für Elektromobile zur Verfügung stünden.
Um ein dichtes Netz von Zapfstellen verwirklichen zu können, benötigt man aber eine Zapfeinrichtung, die man mit kleinem Aufwand realisieren kann, zuverlässig arbeitet und auf einfache Art und Weise den Schutz vor Fremdbenutzung ermöglicht. Eine solche Zapfeinrichtung würde sich auch als Standardeinrichtung für ein ganzes Zapfstellennetz eignen.
Gemäss heutigem Stand der Technik ist für diesen Zweck keine geeignete Zapfeinrichtung bekannt.
Die Erfindung stellt sich daher die Aufgabe, einen einfachen Zapf-Parkplatz für Elektromobile zu finden, der eine automatische Aufladung der Akkumulatoren ermöglicht, dabei den Ladevorgang steuert und den momentanen Ladezustand des Akkumulators laufend anzeigt.
Der Zapf-Parkplatz soll die Benützung durch unberechtigte Fahrer und Fahrzeuge automatisch sperren und die Benützung durch berechtigte Fahrer und Fahrzeuge automatisch freigeben.
Im weiteren soll es möglich sein, das Elektromobil an der Stromquelle des Zapf-Parkplatzes automatisch anzuschliessen, ohne das Elektromobil exakt positionieren zu müssen.
Die Aufrüstung, die den Elektromobilen die Benützung des Zapf-Parkplatzes ermöglicht, sollte mit wenig Aufwand zu realisieren sein.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäss mit Hilfe der Ausbildungsmerkmale nach dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1.
Der vorgeschlagene Zapf-Parkplatz weist zwei Kontaktpfosten auf, die fest auf dem Zapf-Parkplatz installiert sind und dazu dienen, einerseits den elektrischen Strom von der Stromquelle am Zapf-Parkplatz zum Akkumulator eines Elektromobils zu leiten und andererseits den Zapf-Parkplatz für unberechtigte Fahrzeuge zu sperren. Zur Übertragung des elektrischen Stromes durch die Kontaktpfosten sind die Elektromobile an ihrer Unterseite mit zwei voneinander elektrisch getrennten Kontaktplatten ausgerüstet.
Die Kontaktpfosten sind in den Erdboden versenkbar oder lassen sich von ihrer vertikalen Stellung hinab in die horizontale Lage klappen. Der dafür eingesetzte Antriebsmechanismus ist über einen Sender im Elektromobil und einen stationären Empfänger steuerbar.
Die Erfindung ist unter anderem in den Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 Seitenansicht eines Zapf-Parkplatzes mit einem geparkten Elektromobil
Fig. 2 Längsschnitt durch einen Kontaktpfosten
Damit ein Elektromobil 4 den vorgeschlagenen Zapf-Parkplatz 5 benützen kann, befestigt man an seiner Unterseite 25 zwei grosse, elektrisch leitende Kontaktplatten 2, 3 (vgl. Fig. 1). Eine der Kontaktplatten 2 ist vom Elektromobil 4 elektrisch isoliert. Sie ist mit dem einen Pol des Akkumulators verbunden. Die zweite Kontaktplatte 3 muss nicht unbedingt vom Elektromobil 4 elektrisch isoliert sein, falls die Ladestrom-Spannung 40 Volt nicht überschreitet. Sie ist mit dem anderen Pol des Akkumulators verbunden. Die Kontaktplatten 2, 3 können hintereinander oder nebeneinander angeordnet sein. Der Abstand zwischen den Kontaktplatten 2, 3 sollte standardisiert sein.
Die Kontaktplatten 2, 3 sollten also bei allen Elektromobilen 4 möglichst gleichweit voneinander entfernt sein. Dadurch ist gewährleistet, dass Elektromobile 4 jeder Grösse ohne weiteres auf den gleichen Zapf-Parkplatz 5 passen. Um kleine Abweichungen auffangen zu können, sind die Kontaktplatten 2, 3 genügend gross dimensioniert. Die Elektromobile 4 rüstet man auch mit einem Sender 21 aus, der zur Steuerung des Zapf-Parkplatzes 5 codierte Signale aussendet.
Bei einer weiterführenden Ausbildungsart ist an den Elektromobilen 4 zudem ein Empfänger 22 vorgesehen, der vom Zapf-Parkplatz 5 ausgesendete Signale zur Positionierung des Elektromobils 4 empfängt bzw. den Motor von der Stromzufuhr trennt.
Die stationären Einrichtungen, mit denen der vorgeschlagene Zapf-Parkplatz 5 ausgerüstet ist, umfassen unter anderem zwei Kontaktpfosten 1 (vgl. Fig. 2). Diese Kontaktpfosten 1 sind im Boden 23 eingebaut und lassen sich durch übliche Techniken, zum Beispiel motorisch oder hydraulisch, aus- und einfahren. Der Antrieb 16 der Kontaktpfosten 1 ist über den Sender 21 im Elektromobil 4 steuerbar. Der Antrieb 16 ist dafür mit einem geeigneten Empfänger 22 bzw. Steuerteil elektrisch verbunden. Die Lage der Kontaktpfosten 1 ist auf die Lage der Kontaktplatten 2, 3 an der Unterseite 25 der Elektromobile 4 abgestimmt.
Jeder Kontaktpfosten 1 trägt an seiner oberen Stirnseite eine Abschlusskappe 6, in deren Zentrum eine Kontaktspitze 7 aus einem elektrisch gut leitenden Material angeordnet ist, die zur Übertragung des elektrischen Stromes auf eine Kontaktplatte 2, 3 an der Unterseite 25 der Elektromobile 4 dient. Die Kontaktpfosten 1 können aus einem Metallrohr bestehen. Sie sind in diesem Fall mit einer Abschlusskappe 6 aus einem nichtleitenden Material auszurüsten. Die Kontaktspitze 7 ist auf der Unterseite mit einem Leiter 20 verbunden, der im Kontaktpfosten 1 nach unten führt. Der Leiter 20 besteht vorzugsweise aus einem Kupferlitzendraht.
Falls die Kontaktpfosten 1 aus Kunststoff bestehen, sind die Kontaktspitze 7 und der Leiter 20 in den Kontaktpfosten 1 eingegossen.
Jeder Kontaktpfosten 1 ist an einem Schiebezylinder 10, den ein Antrieb 16 in der Vertikalen bewegen kann, federbeaufschlagt. Die entsprechende Druckfeder 9 ist über den unteren, schaftartigen Endabschnitt 8 des Kontaktpfostens 1 geschoben. Dieser Endabschnitt oder Schaft 8 ist dafür dünner ausgebildet als der restliche Kontaktpfosten 1. Er ist etwas länger als 20 cm, so dass er eine Druckfeder 9 von etwa 20 cm Länge aufnehmen kann.
Als oberer Anschlag der Druckfeder 9 dient der Absatz, der beim Übergang zwischen dem dicken Kontaktpfostenbereich und dem Schaft 8 zu bilden ist. Als unterer Anschlag der Druckfeder 9 dient die obere Stirnwand des Schiebezylinders 10. Der Schiebezylinder 10 ist hohl. Er weist im Zentrum seiner oberen Stirnseite ein rundes Loch 11 auf, in das der Schaft 8 des Kontaktpfostens 1 hineingesteckt ist. Der Schaft 8 ragt also von oben in den zylindrischen Hohlraum 26 des Schiebezylinders 10 hinein. Die Länge des Hohlraumes 26 ist etwas kürzer als die Länge des Schaftes 8, so dass die untere Stirnseite des Schaftes 8 die untere Stirnwand des Hohlraumes 26 berühren kann, wenn der Kontaktpfosten 1 gegen die Federkraft genügend weit nach unten drückt.
Der Durchmesser des Loches 11 ist kleiner als der Innendurchmesser des Hohlraumes 26. Der Schaft 8 ist im Schiebezylinder 10 derartig gehalten, dass er einerseits in der Vertikalen beweglich bleibt, andererseits aber nicht mutwillig nach oben abziehbar ist. Die Befestigungsvorrichtung kann beispielsweise einen Längsschlitz umfassen, der sich an der Innenseite der Schiebezylinderwand befindet, und dessen Länge der erlaubten Hubhöhe des Schaftes 8 entspricht. Dieser Längsschlitz ist an seinem oberen Ende geschlossen. Am Schaft 8 ist ein Querteil wegnehmbar befestigt, dessen Endabschnitt in den Längsschlitz hineinragt. Der Querteil kann beispielsweise aus einer Schraube bestehen, die in den Schaft 8 eingeschraubt ist.
Die Befestigungsvorrichtung kann aber auch aus einem runden, plattenförmigen Schraubteil 13 bestehen, das am unteren Ende des Schaftes 8 befestigt ist, und dessen Durchmesser dem Innendurchmesser des Schiebezylinderhohlraumes 26 entspricht.
Die obere Stirnwand des Schiebezylinders 10 führt den Schaft 8. Zusätzlich kann das Schraubteil 13 als Führung dienen. In diesem Fall ist das Schraubteil 13 mit Kugellagern oder Gleitteilen versehen, die dafür sorgen, dass es reibungsarm der Innenseite der Schiebezylinderwand entlanggleiten kann und sich nicht verkantet. Vorzugsweise verwendet man aber ein Schraubteil 13, das ganz aus einem Kunststoff mit guten Gleiteigenschaften, wie zum Beispiel Teflon, besteht.
Der Antrieb 16, der Schiebezylinder 10 und der Schaft 8 sind vorzugsweise im Hohlraum 12 einer hohlzylinderförmigen Hülse 14 untergebracht, die im Boden 23 vertikal stehend eingegraben ist. Am oberen Rand der Hülse 14 ist ein ringförmiger Gleiteinsatz 15 aus Kunststoff, durch dessen zentrale \ffnung der dicke Bereich des Kontaktpfostens 1 ragt. Die Oberseite des Gleiteinsatzes 15 ist gegenüber der Bodenoberfläche leicht erhöht, damit möglichst kein Wasser eindringt. Der Durchmesser der zentralen \ffnung des Gleiteinsatzes 15 entspricht dem Durchmesser des Kontaktpfostens 1 in dessen dickem Bereich. Der Gleiteinsatz 15 stellt also eine zusätzliche Führung für den Kontaktpfosten 1 dar. Zusätzlich verschliesst er die Hülse 14 an ihrer Oberseite und schützt dadurch den Ausfahrmechanismus des Kontaktpfostens 1 vor Verschmutzungen, Wasser und Beschädigungen.
Der Kontaktpfosten 1 lässt sich durch den Schiebezylinder 10 nach oben schieben und nach unten ziehen. Den Schiebezylinder 10 lässt man z.B. mit einer Motor-Spindel-Einheit 16 inklusive einem hydraulischen Antrieb oder einer anderen geeigneten Einrichtung antreiben.
Die Schaftlänge und die Hubhöhe des Schiebezylinders 10 sind derartig aufeinander abgestimmt, dass der Schaft 8 bei voll ausgefahrenem Schiebezylinder 10, bzw. Kontaktpfosten 1, nicht über den unteren Teil des Gleiteinsatzes 15 hinausragt. Eine andere Möglichkeit besteht darin, ein Hinausragen des Schaftes 8 zu erlauben und dafür die Druckfeder 9 mit einer teleskopartig ausziehbaren Abdekkung zu schützen. Drei Endschalter 17, 18, 19 bestimmen die richtige Funktion des Ausfahrmechanismus: Wenn der Schiebezylinder 10 voll ausgefahren ist, betätigt er einen Endschalter 17. Der Schiebezylinder 10 betätigt den zweiten Endschalter 18, wenn der Schiebezylinder 10 voll eingefahren ist, und den dritten Endschalter 19, wenn die untere Stirnseite des Schaftes 8 die untere Stirnseite des Schiebezylinderhohlraumes 26 berührt.
Das ist dann der Fall, wenn die Kontaktplatten 2, 3 an der Unterseite 25 eines Elektromobils 4 die Kontaktpfosten 1 gegen die Federkraft nach unten drücken. Der dritte Endschalter 19 hat die Form eines Druckschalters. Bei Betätigung schaltet er den Antrieb 16 des Schiebezylinders 10 aus und arretiert den Schiebezylinder 10. Der Druckschalter kann derartig ausgebildet sein, dass er zusätzlich zu seiner Schalterfunktion den Ladestrom auf den Leiter 20 innerhalb des Kontaktpfostens 1 übertragen kann. Eine andere Möglichkeit zur Übertragung des Ladestromes besteht darin, dass man den Litzendraht, der von der Kontaktspitze 7 aus im Kontaktpfosten 1 nach unten verläuft, durch das Schraubteil 13 aus dem Schaft 8 hinaus und in einer Bohrung durch den unteren, kompakten Abschnitt des Schiebezylinders 10 hindurchführt.
Der Litzendrahtabschnitt zwischen Schaft 8 und Schiebezylinder 10 soll genügend lang sein, um den Hub des Schaftes 8 nicht zu behindern. Dies erreicht man vorzugsweise dadurch, dass dieser Litzendrahtabschnitt spiralförmig verläuft. Vom Schiebezylinder 10 aus erstreckt sich der Litzendraht dann bis zum Ladegerät, wobei er auch eine Spirale bilden kann, um den Hub des Schiebezylinders 10 aufzunehmen. Der Litzendraht verlässt die Hülse 14 vorzugsweise unterhalb des untersten Endschalters 18.
Die Federung des Kontaktpfostens 1 sorgt dafür, dass der Druck der Kontaktspitze 7 auf die zugehörige Kontaktplatten 2, 3 aufrechterhalten bleibt, auch wenn sich das Fahrzeug etwas hebt, wenn beispielsweise Personen aussteigen oder man Ware entladet.
Einen weiteren Ausgleich ermöglicht der dritte Endschalter 19. Er kann für einen weiteren Schub sorgen, falls das Elektromobil 4 sich zuviel hebt. Die heutigen Druckschalter oder ein Doppelschalter ermöglichen sogar ein automatisches Senken, falls man das Elektromobil 4 derart stark belädt, dass der Druck auf die Kontaktplatten 2, 3 sich zu stark vergrössert.
Anstelle von ausfahrbaren Kontaktpfosten 1 sind auch kippbare Kontaktpfosten 1 möglich. In diesem Fall ist eine Abschlusskappe 6 zum Schutz vor Unfällen unnötig. Als Kontakt zu den Kontaktplatten 2, 3 dient hier nicht eine Kontaktspitze 7, sondern ein gratförmiger oder radförmiger Kontakt. Solche hochklappbaren Pfosten lassen sich mit Hilfe eines mit Federn versehenen Schiebegestänges auf- und abkippen. Zusätzlich zu den Kontaktpfosten 1 können die stationären Einrichtungen bei der Stelle, auf der die Vorderräder während des Ladevorganges positioniert sein sollten, ein Kontaktbrett 24, eine Kontaktrille oder eine gewöhnliche Rille aufweisen, um dem Fahrer das Plazieren des Elektromobils 4 zu erleichtern. Wenn die Vorderräder korrekt auf dem Kontaktbrett 24 oder in der Kontaktrille plaziert sind, kann der Fahrer ein akustisches oder ein optisches Bestätigungssignal erhalten.
Als Ergänzung oder Alternative lässt sich die Positionierung des Elektromobils 4 mit Hilfe des Senders 21 im Elektromobil 4 und des ortsfesten Empfängers 22 des Zapf-Parkplatzes 5 steuern. Für diesen Zweck eignen sich am besten Ultraschallsender und -empfänger 22. Der Sender 21 und Empfänger 22 dienen ausserdem zur Steuerung der Zapf-Parkplatz-Anordnung. Die Steuerung kann auch von Hand über Bedienungselemente oder eine Fernsteuerung erfolgen.
Die Betriebszustände der Zapf-Parkplatz-Anordnung zeigen zwei optische Anzeigevorrichtungen. Die optischen Anzeigevorrichtungen weisen vorzugsweise je zwei übereinander angeordnete Lampen auf. Damit auch farbenblinde Personen die Anlage problemlos bedienen können, ist die obere Lampe, analog zu den Verkehrsampeln, rot und die untere Lampe grün.
Es sind auf dem Markt erhältliche Ladegeräte einsetzbar, die sowohl den Akkumulatorzustand prüfen, als auch den optimalen Ladezustand über längere Zeit aufrechterhalten können.
Nachdem der Aufbau des Zapf-Parkplatzes 5 beschrieben ist, folgt nun die Erläuterung seiner Funktionsweise:
Im unbenutzten Zustand sind die Kontaktpfosten 1 des Zapf-Parkplatzes 5 hochgefahren und verhindern dadurch missbräuchliches Parken auf dem Zapf-Parkplatz 5.
Beim Heranfahren eines berechtigten Benutzers des Zapf-Parkplatzes 5 treffen die codierten Signale des Senders 21 im Elektromobil 4 auf den Empfänger 22. Dies löst das Einfahren der Kontaktpfosten 1 aus. Die gut sichtbaren stationären Anzeigevorrichtungen zeigen den Betriebszustand an. Während des Einfahrens der Kontaktpfosten 1 blinkt beispielsweise eine Anzeigevorrichtung gleichzeitig rot und grün. Sobald die Kontaktpfosten 1 vollständig eingefahren sind, wechselt die Anzeigevorrichtung dann auf grün.
Der Benutzer steuert danach das Elektromobil 4 auf den Zapf-Parkplatz 5. Sobald das Elektromobil 4 genügend gut plaziert ist, signalisieren dies wiederum die Anzeigevorrichtungen. Es erscheint zum Beispiel rot oder grün. Nach Drehen des Kontaktschlüssels des Elektromobils 4 (analog dem Zündschlüssel bei Verbrennungsmotoren) auf die Aus-Position, was ein Ausschalten des Senders 21 bewirkt, fahren die beiden Kontaktpfosten 1 wieder nach oben. Dabei blinkt wieder die Anzeige. Sobald die Kontaktspitzen 7 mit den Kontaktplatten 2, 3 am Elektromobilboden 4 einen festen, elektrisch leitenden Kontakt bilden, der auch bei einer Entlastung des Fahrzeuges bestehen bleibt, wechseln die Anzeigen auf rot oder grün, je nach Ladezustand des Akkumulators des Elektromobils 4. Grün heisst zum Beispiel, dass der Akkumulator voll ist, rot zeigt das Laden der Akkumulatoren an.
Vor dem Laden prüft die Anlage den Zustand des Akkumulators und die Polung der Kontaktpfosten 1, damit bei rückwärts geparkten Elektromobilen 4 keine Falschladung auftreten kann.
Wenn man mit dem Elektromobil 4 den Zapf-Parkplatz 5 verlassen will, lässt das Drehen des Kontaktschlüssels auf die Ein-Position, was gleichzeitig auch den Sender 21 einschaltet, die Kontaktpfosten 1 wieder einfahren. Dabei blinken die Anzeigevorrichtungen ebenfalls. Sobald die Kontaktpfosten 1 eingefahren sind, wechselt die Anzeigevorrichtung auf grün. Es lässt sich eine zusätzliche Sicherung einbauen, die ein Wegfahren verhindert, solange die Kontaktpfosten 1 nicht vollständig eingefahren sind. Dies kann dadurch geschehen, dass ein stationärer Sender 21 den Stromkreis des Elektromobils 4 unterbricht oder dessen Getriebe blokkiert. Diese Sicherheitsvorrichtung ist auch dafür geeignet, unerlaubte Fahrmanipulationen während des Ladevorganges zu verhindern.
Nachdem das Elektromobil 4 nach dem Wegfahren vom Zapf-Parkplatz 5 eine gewisse Entfernung hat (schwacher bzw. kein Empfang), fahren die beiden Kontaktpfosten 1 wieder hoch und versperren den Zapf-Parkplatz 5. Während des Hochfahrens der beiden Kontaktpfosten 1 blinken wieder die Anzeigevorrichtungen. Wenn die Kontaktpfosten 1 vollständig ausgefahren sind, erlöschen die Anzeigevorrichtungen. Um zu vermeiden, dass die Kontaktpfosten 1 ausfahren, wenn sich das Fahrzeug noch nicht bzw. nicht mehr an der richtigen Stelle befindet und der Kontaktschlüssel auf die AUS-Position gedreht wird, kann ein maximaler Abstand des Senders 21 vom stationären Empfänger 22 definiert sein, nach dessen Überschreiten das Ausfahren gesperrt ist.
Wenn dieser maximale Abstand zwischen Sender 21 und stationärem Empfänger 22 überschritten und danach der Kontaktschlüssel auf die AUS-Position gedreht wird, stoppt die Anlage und schaltet sämtliche Anzeigevorrichtungen ab. Die Anlage kann also feststellen, ob sich das Elektromobil 4 in der richtigen Position befindet, wenn man den Kontaktschlüssel auf die AUS-Position dreht und den Sender 21 dadurch ausschaltet.
Das Entfernen des Elektromobils 4 lässt sich beispielsweise über das Schwächerwerden des Sendersignals feststellen. Die Entfernungsmessung lässt sich aber auch mit einem Ultraschallsender und -empfänger 22 bewerkstelligen.
Im ungebrauchten Zustand ist die Stromzufuhr zu den Kontaktpfosten 1 unterbrochen. Die Unterbrechung der Stromzufuhr können beispielsweise die Endschalter 17, 18, 19 auslösen.
Da bei sämtlichen Elektromobilen 4 die Kontaktplatten 2, 3 an der Unterseite 25 voneinander den gleichen Abstand und die gleiche Grösse haben, ist es auf einfache Art und Weise möglich, öffentliche Tankstellen zu realisieren. Solche Tankstellen sind ebenfalls pro Zapfstelle mit zwei versenkbaren Kontaktpfosten 1 ausgerüstet, die über Zuleitungen mit einem geeigneten Ladegerät verbunden sind. Die Tankstellen lassen sich mit Geld- oder Kreditkarten-Automaten betreiben. Nach Einwurf einer bestimmten Geldmenge oder einer Abbuchung von einer Kreditkarte fahren die Kontaktpfosten 1 hoch und geben eine bestimmte Menge elektrischen Strom ab. Auch Parkplätze bei Einkaufszentren können als Tankstellen ausgebildet sein. Aus Kostengründen sind neben ausfahrbaren und aufklappbaren Kontaktpfosten 1 auch unterschiebbare Kontaktvorrichtungen mit oder ohne Führung realisierbar.
Gegenüber den bisher bekannten Hilfsmitteln zum Aufladen der Akkumulatoren von Elektromobilen 4 hat der vorgeschlagene Zapf-Parkplatz 5 in erster Linie den Vorteil, dass er sich wegen seines einfachen und zuverlässigen Aufbaus als Standardlösung für ein dichtes Netz von Zapfstellen eignet.
Ein weiterer Vorteil des Zapf-Parkplatzes 5 besteht darin, dass keine exakte Positionierung der Elektrofahrzeuge notwendig ist, um den Ladevorgang ausführen zu können.
Dank der doppelten Funktion der Kontaktpfosten 1, die sowohl der Übertragung des Ladestromes als auch der Absperrung des Zapf-Parkplatzes 5 dienen, lassen sich auf einfache Art und Weise Fremdbenützungen durch unberechtigte Fahrer verhindern. Abschliessend kann man ausdrücken, dass der vorgeschlagene Zapf-Parkplatz 5 die Attraktivität von Elektromobilen 4 wesentlich erhöht, da er die Einrichtung eines dichten Netzes von Zapfstellen für Elektromobile 4 und deren einfachstes und automatisches Aufladen ermöglicht.
Hinweisnummernverzeichnis
1 Kontaktpfosten
2 isolierte Kontaktplatte
3 unisolierte Kontaktplatte
4 Elektromobil
5 Zapf-Parkplatz
6 Abschlusskappe
7 Kontaktspitze
8 dünner Schaft des Kontaktpfostens
9 Druckfeder
10 Schiebezylinder
11 rundes Loch in der oberen Schiebezylinderstirnwand
12 zylindrischer Hohlraum der Hülse
13 Schraubteil
14 Hülse
15 Gleiteinsatz
16 Antrieb
17 erster Endschalter
18 zweiter Endschalter
19 dritter Endschalter
20 Leiter
21 Sender
22 Empfänger
23 Erdboden
24 Kontaktbrett
25 Unterseite des Elektromobils
26 Hohlraum des Schiebezylinders
Electric vehicles can only become generally accepted when they are as operational as possible. This also includes a certain ease of use. One problem is the frequent, time-consuming charging of the batteries. According to the current state of the art, at least one cable must be connected for this purpose. Furthermore, facilities with public access must be protected against unauthorized use.
The company was therefore looking for facilities that would make it easier to charge the batteries of electric vehicles. According to the current state of the art, devices are known which optimize the charging process. Other devices enable the automatic positioning of a vehicle for the loading process.
The US Pat. No. 5,049,802 dated Sept. 17, 1991 by Robert T. Mintus and John C. Paine describes a device which automatically controls an electric vehicle to a tap, which connects the electrical conductors to the electric vehicle, signals the correct condition and is ready for charging, electrically disconnects the electric motor from the battery and initiates a controlled charging process. The main disadvantage of this device is that it is very complex and therefore also expensive. It is therefore not suitable for creating a dense network of taps.
U.S. Patent 4,777,416 issued October 11, 1988 to Robert W. George ll et al. describes a device for charging a self-driving robot including the positioning of the charging contacts. However, this device is not suitable for electric vehicles.
Finally, in US Pat. No. 3,169,733 dated February 16, 1965 by Arthur M. Barret Jr., there is a description of a device which leads contacts of an electric vehicle with its own charging device to a tap with normal mains current.
According to the current state of the art, the problem of the automatic positioning and the automatic connection of the electric vehicles to the power source is solved.
The implementation and control of the charging process of the battery is also solved.
A large number of vehicles are already parked or temporarily parked in covered or uncovered parking spaces that are open to the public or to a large number of people.
When using electric vehicles, it would make sense to use these parking spaces at the same time for charging the vehicle batteries. Because of the small radius of action of electric vehicles, it would also be desirable to have tapping points for electric vehicles in the parking lots of shopping centers as well as in public parking lots.
In order to be able to implement a dense network of tapping points, however, a tapping device is required which can be implemented with little effort, works reliably and enables protection against unauthorized use in a simple manner. Such a tap would also be suitable as a standard device for an entire tap network.
According to the current state of the art, no suitable dispensing device is known for this purpose.
The object of the invention is therefore to find a simple tap parking space for electric vehicles which enables the batteries to be charged automatically, controls the charging process and continuously displays the current state of charge of the battery.
The Zapf parking lot should automatically block the use of unauthorized drivers and vehicles and automatically release the use of authorized drivers and vehicles.
Furthermore, it should be possible to automatically connect the scooter to the power source of the tap parking lot without having to position the scooter exactly.
The upgrade, which enables electric vehicles to use the tap parking lot, should be possible with little effort.
The object is achieved according to the invention with the aid of the training features according to the characterizing part of patent claim 1.
The proposed tap parking lot has two contact posts, which are permanently installed in the tap parking lot and serve on the one hand to direct the electrical current from the power source at the tap parking lot to the battery of an electric vehicle and on the other hand to the tap parking lot for unauthorized vehicles lock. To transfer the electrical current through the contact posts, the underside of the electric vehicles is equipped with two contact plates that are electrically separated from one another.
The contact posts can be sunk into the ground or can be folded down from their vertical position into the horizontal position. The drive mechanism used for this can be controlled via a transmitter in the electric vehicle and a stationary receiver.
The invention is explained, inter alia, in the drawings. Show it:
Fig. 1 side view of a tap parking lot with a parked electric vehicle
Fig. 2 longitudinal section through a contact post
So that an electric vehicle 4 can use the proposed dispenser parking lot 5, two large, electrically conductive contact plates 2, 3 are attached to its underside 25 (cf. FIG. 1). One of the contact plates 2 is electrically insulated from the electric vehicle 4. It is connected to one pole of the accumulator. The second contact plate 3 does not necessarily have to be electrically insulated from the electric vehicle 4 if the charging current voltage does not exceed 40 volts. It is connected to the other pole of the accumulator. The contact plates 2, 3 can be arranged one behind the other or next to one another. The distance between the contact plates 2, 3 should be standardized.
The contact plates 2, 3 should therefore be as far apart as possible in all electric vehicles 4. This ensures that electric vehicles 4 of any size fit easily into the same dispenser parking lot 5. In order to be able to catch small deviations, the contact plates 2, 3 are dimensioned sufficiently large. The electric vehicles 4 are also equipped with a transmitter 21 which transmits 5 coded signals to control the tap parking lot.
In a further type of training, a receiver 22 is also provided on the electric vehicles 4, which receives signals for positioning the electric vehicle 4 emitted by the tapping parking lot 5 or disconnects the motor from the power supply.
The stationary facilities with which the proposed tap parking lot 5 is equipped include, among other things, two contact posts 1 (cf. FIG. 2). These contact posts 1 are installed in the floor 23 and can be extended and retracted by customary techniques, for example by means of a motor or hydraulically. The drive 16 of the contact posts 1 can be controlled via the transmitter 21 in the electric vehicle 4. For this purpose, the drive 16 is electrically connected to a suitable receiver 22 or control part. The position of the contact posts 1 is matched to the position of the contact plates 2, 3 on the underside 25 of the electric vehicle 4.
Each contact post 1 carries on its upper end face an end cap 6, in the center of which a contact tip 7 made of an electrically highly conductive material is arranged, which serves to transmit the electric current to a contact plate 2, 3 on the underside 25 of the electric vehicle 4. The contact posts 1 can consist of a metal tube. In this case, they must be equipped with an end cap 6 made of a non-conductive material. The contact tip 7 is connected on the underside to a conductor 20 which leads downward in the contact post 1. The conductor 20 is preferably made of a stranded copper wire.
If the contact posts 1 are made of plastic, the contact tip 7 and the conductor 20 are cast into the contact post 1.
Each contact post 1 is spring-loaded on a sliding cylinder 10, which a drive 16 can move vertically. The corresponding compression spring 9 is pushed over the lower, shaft-like end section 8 of the contact post 1. For this purpose, this end section or shaft 8 is made thinner than the rest of the contact post 1. It is somewhat longer than 20 cm, so that it can accommodate a compression spring 9 of approximately 20 cm in length.
The shoulder which is to be formed during the transition between the thick contact post area and the shaft 8 serves as the upper stop of the compression spring 9. The upper end wall of the sliding cylinder 10 serves as the lower stop of the compression spring 9. The sliding cylinder 10 is hollow. It has a round hole 11 in the center of its upper end face, into which the shaft 8 of the contact post 1 is inserted. The shaft 8 thus projects from above into the cylindrical cavity 26 of the sliding cylinder 10. The length of the cavity 26 is somewhat shorter than the length of the shaft 8, so that the lower end face of the shaft 8 can touch the lower end wall of the cavity 26 if the contact post 1 presses sufficiently far against the spring force.
The diameter of the hole 11 is smaller than the inside diameter of the cavity 26. The shaft 8 is held in the sliding cylinder 10 in such a way that on the one hand it remains movable in the vertical direction, but on the other hand cannot be intentionally removed upwards. The fastening device can, for example, comprise a longitudinal slot which is located on the inside of the sliding cylinder wall and whose length corresponds to the permitted lifting height of the shaft 8. This longitudinal slot is closed at its upper end. A cross member is removably attached to the shaft 8, the end portion of which projects into the longitudinal slot. The cross part can consist, for example, of a screw which is screwed into the shaft 8.
The fastening device can also consist of a round, plate-shaped screw part 13, which is fastened to the lower end of the shaft 8 and whose diameter corresponds to the inside diameter of the sliding cylinder cavity 26.
The upper end wall of the sliding cylinder 10 guides the shaft 8. In addition, the screw part 13 can serve as a guide. In this case, the screw part 13 is provided with ball bearings or sliding parts, which ensure that it can slide along the inside of the sliding cylinder wall with little friction and does not tilt. Preferably, however, a screw part 13 is used, which consists entirely of a plastic with good sliding properties, such as Teflon.
The drive 16, the sliding cylinder 10 and the shaft 8 are preferably accommodated in the cavity 12 of a hollow cylindrical sleeve 14 which is buried vertically in the floor 23. At the upper edge of the sleeve 14 is an annular sliding insert 15 made of plastic, through the central opening of which the thick area of the contact post 1 projects. The top of the sliding insert 15 is slightly raised compared to the bottom surface, so that water does not penetrate as far as possible. The diameter of the central opening of the sliding insert 15 corresponds to the diameter of the contact post 1 in its thick area. The sliding insert 15 thus represents an additional guide for the contact post 1. In addition, it closes the sleeve 14 on its upper side and thereby protects the extension mechanism of the contact post 1 from dirt, water and damage.
The contact post 1 can be pushed upwards by the sliding cylinder 10 and pulled downwards. The sliding cylinder 10 is e.g. drive with a motor-spindle unit 16 including a hydraulic drive or another suitable device.
The shaft length and the lifting height of the sliding cylinder 10 are coordinated with one another in such a way that the shaft 8 does not protrude beyond the lower part of the sliding insert 15 when the sliding cylinder 10 is fully extended, or the contact post 1. Another possibility is to allow the shaft 8 to protrude and to protect the compression spring 9 with a telescopically extendable cover. Three limit switches 17, 18, 19 determine the correct function of the extension mechanism: when the sliding cylinder 10 is fully extended, it actuates a limit switch 17. The sliding cylinder 10 actuates the second limit switch 18 when the sliding cylinder 10 is fully retracted, and the third limit switch 19 when the lower end face of the shaft 8 touches the lower end face of the sliding cylinder cavity 26.
This is the case when the contact plates 2, 3 on the underside 25 of an electric vehicle 4 press the contact posts 1 downward against the spring force. The third limit switch 19 is in the form of a pressure switch. When actuated, it switches off the drive 16 of the sliding cylinder 10 and locks the sliding cylinder 10. The pressure switch can be designed in such a way that, in addition to its switch function, it can transmit the charging current to the conductor 20 within the contact post 1. Another possibility for transmitting the charging current is that the stranded wire, which runs downward from the contact tip 7 in the contact post 1, through the screw part 13 out of the shaft 8 and in a bore through the lower, compact section of the sliding cylinder 10 leads through.
The stranded wire section between shaft 8 and sliding cylinder 10 should be long enough not to hinder the stroke of shaft 8. This is preferably achieved in that this strand of stranded wire runs in a spiral. The stranded wire then extends from the sliding cylinder 10 to the charger, and it can also form a spiral in order to take up the stroke of the sliding cylinder 10. The stranded wire preferably leaves the sleeve 14 below the lowermost limit switch 18.
The suspension of the contact post 1 ensures that the pressure of the contact tip 7 on the associated contact plates 2, 3 is maintained, even if the vehicle lifts slightly, for example when people get out or goods are unloaded.
The third limit switch 19 enables further compensation. It can provide a further push if the electric vehicle 4 lifts too much. Today's pressure switches or a double switch even enable automatic lowering if the electric vehicle 4 is so heavily loaded that the pressure on the contact plates 2, 3 increases too much.
Instead of extendable contact posts 1, tiltable contact posts 1 are also possible. In this case, an end cap 6 to protect against accidents is unnecessary. The contact to the contact plates 2, 3 is not a contact tip 7, but a burr-shaped or wheel-shaped contact. Such foldable posts can be tilted up and down with the help of a spring linkage. In addition to the contact posts 1, the stationary devices may have a contact board 24, a contact groove or an ordinary groove at the location on which the front wheels should be positioned during the charging process, in order to make it easier for the driver to place the electric vehicle 4. If the front wheels are correctly placed on the contact board 24 or in the contact groove, the driver can receive an acoustic or an optical confirmation signal.
As a supplement or alternative, the positioning of the electric vehicle 4 can be controlled with the aid of the transmitter 21 in the electric vehicle 4 and the fixed receiver 22 of the tap parking lot 5. Ultrasonic transmitters and receivers 22 are best suited for this purpose. Transmitter 21 and receiver 22 also serve to control the dispensing parking lot arrangement. The control can also be done manually using controls or remote control.
The operating states of the tap parking lot arrangement show two optical display devices. The optical display devices preferably each have two lamps arranged one above the other. The top lamp, like the traffic lights, is red and the bottom lamp is green so that color-blind people can easily operate the system.
Chargers available on the market can be used, which both check the battery status and can maintain the optimum charge status over a long period of time.
Now that the structure of the tap parking lot 5 has been described, its operation will now be explained:
In the unused state, the contact posts 1 of the tap parking lot 5 are raised and thereby prevent improper parking in the tap parking lot 5.
When an authorized user of the tap parking lot 5 approaches, the coded signals of the transmitter 21 in the electric vehicle 4 hit the receiver 22. This triggers the retraction of the contact posts 1. The clearly visible stationary display devices show the operating status. For example, while the contact posts 1 are being retracted, a display device flashes red and green simultaneously. As soon as the contact posts 1 are completely retracted, the display device then changes to green.
The user then steers the electric vehicle 4 onto the tap parking lot 5. As soon as the electric vehicle 4 is placed sufficiently well, the display devices in turn signal this. For example, it appears red or green. After turning the contact key of the electric vehicle 4 (analogous to the ignition key in internal combustion engines) to the off position, which causes the transmitter 21 to be switched off, the two contact posts 1 move up again. The display flashes again. As soon as the contact tips 7 with the contact plates 2, 3 form a solid, electrically conductive contact on the scooter floor 4, which contact remains even when the vehicle is relieved, the displays change to red or green, depending on the charge status of the battery of the scooter 4. The name is green for example, that the accumulator is full, red indicates the charging of the accumulators.
Before charging, the system checks the state of the accumulator and the polarity of the contact posts 1, so that incorrect charging cannot occur when the electric vehicles 4 are parked in reverse.
If you want to leave the dispenser parking lot 5 with the electric vehicle 4, turning the contact key to the on position, which also switches on the transmitter 21, retracts the contact posts 1 again. The display devices also flash. As soon as the contact posts 1 are retracted, the display device changes to green. An additional safety device can be installed to prevent it from moving away as long as the contact posts 1 are not fully retracted. This can be done in that a stationary transmitter 21 interrupts the circuit of the electric vehicle 4 or blocks its transmission. This safety device is also suitable for preventing unauthorized driving manipulations during the charging process.
After the mobility scooter 4 has a certain distance (weak or no reception) after moving away from the dispenser parking lot 5, the two contact posts 1 move up again and block the dispenser parking lot 5. During the start-up of the two contact posts 1, the display devices flash again . When the contact posts 1 are fully extended, the indicators go out. In order to avoid that the contact posts 1 extend when the vehicle is not yet or no longer in the right place and the contact key is turned to the OFF position, a maximum distance of the transmitter 21 from the stationary receiver 22 can be defined. after it has been exceeded, the exit is blocked.
If this maximum distance between transmitter 21 and stationary receiver 22 is exceeded and the contact key is then turned to the OFF position, the system stops and switches off all display devices. The system can thus determine whether the electric vehicle 4 is in the correct position when the contact key is turned to the OFF position and the transmitter 21 is thereby switched off.
The removal of the electric vehicle 4 can be determined, for example, by the weakening of the transmitter signal. The distance measurement can also be accomplished with an ultrasound transmitter and receiver 22.
In the unused state, the power supply to the contact post 1 is interrupted. The interruption of the power supply can trigger limit switches 17, 18, 19, for example.
Since the contact plates 2, 3 on the underside 25 of all electric vehicles 4 have the same distance and the same size from one another, it is possible in a simple manner to implement public filling stations. Such petrol stations are also equipped with two retractable contact posts 1 per tap, which are connected to a suitable charger via feed lines. The petrol stations can be operated with cash or credit card machines. After a certain amount of money has been inserted or a credit card has been debited, the contact posts 1 start up and emit a certain amount of electrical current. Parking lots at shopping centers can also be designed as petrol stations. For reasons of cost, in addition to retractable and foldable contact posts 1, push-in contact devices with or without a guide can also be implemented.
Compared to the previously known aids for charging the batteries of electric vehicles 4, the proposed dispenser parking lot 5 has the primary advantage that, because of its simple and reliable construction, it is suitable as a standard solution for a dense network of dispensers.
Another advantage of the tap parking lot 5 is that no exact positioning of the electric vehicles is necessary in order to be able to carry out the charging process.
Thanks to the double function of the contact posts 1, which serve both to transmit the charging current and to shut off the tap parking space 5, third-party use by unauthorized drivers can be prevented in a simple manner. In conclusion, it can be expressed that the proposed dispenser parking lot 5 significantly increases the attractiveness of electric vehicles 4, since it enables the establishment of a dense network of dispensers for electric vehicles 4 and their simplest and automatic charging.
Directory of note numbers
1 contact post
2 insulated contact plates
3 uninsulated contact plate
4 electric vehicle
5 Zapf parking lot
6 end cap
7 contact tip
8 thin shaft of the contact post
9 compression spring
10 sliding cylinders
11 round hole in the upper sliding cylinder end wall
12 cylindrical cavity of the sleeve
13 screw part
14 sleeve
15 sliding insert
16 drive
17 first limit switch
18 second limit switch
19 third limit switch
20 conductors
21 transmitters
22 recipients
23 ground
24 contact board
25 Underside of the electric vehicle
26 cavity of the sliding cylinder