Elektromobile können sich erst allgemein durchsetzen, wenn sie eine möglichst hohe Betriebstüchtigkeit erreichen. Dazu gehört auch ein gewisser Bedienungskomfort. Ein Problem bildet das häufige und etwas 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 11 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, die 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-Platz zu schaffen, der es auch einem ungeübten Fahrer ermöglicht, sein Elektromobil an den Zapf-Platz zu fahren und dieses zu tanken, ohne mehr tun zu müssen, als wenn er das Elektromobil einfach parkt.
Der Zapf-Platz soll im weiteren prüfen können, ob der Fahrer zur Benutzung des Zapf-Platzes berechtigt ist. Für Berechtigte soll der Zapf-Platz die richtige Position des Fahrzeuges und den Ladevorgang kontrollieren. Damit der Benutzer den Vorgang jederzeit verfolgen kann, signalisiert die Anordnung optisch die einzelnen Schritte des Prüfvorganges.
Im weiteren soll der Zapf-Platz so standardisiert sein, dass sich zahlreiche Elektromobilhersteller mit kleinem Aufwand darauf einrichten können oder möglichst jedes Elektromobil mit wenig Aufwand dafür auszurüsten ist. Der Zapf-Platz soll schliesslich auch eine Standardisierung und Automatisierung von öffentlichen Zapfstellen ermöglichen.
Die Aufgabe ist mit Hilfe der Ausbildungsmerkmale nach dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Zapf-Platz, der bei der ersten Ausbildungsart mit zwei stationär angeordneten, beweglichen und gefederten Puffern als Kontaktgeber ausgerüstet ist und einem Pufferpaar eines Eisenbahnwagens gleichen. Die zweite Ausbildungsart des Zapf-Platzes weist anstelle der Puffer als Kontaktgeber zwei senkrecht verlaufende Kontaktschienen auf. Für den Ladevorgang treten die Puffer oder die Kontaktschienen mit der Stossstange eines Elektromobils in Kontakt. Die Stossstange ist dafür an ihrer Aussenseite mit breitflächigen Kontaktelementen versehen.
Die breitflächigen Kontaktelemente sichern den Kontakt auch bei seitlich ungenau geparkten Elektromobilen und die grossflächigen Puffer oder die senkrecht verlaufenden Kontaktschienen sorgen für einen guten Kontakt bei unterschiedlichen Höhen der Stossstangen, sei es wegen verschiedenen Fahrzeugmodellen, verschiedenen Beladungszuständen der Elektromobile oder unterschiedlichen Reifen etc.
Die Kontaktgeber sind elektrisch mit einer Kontroll- und Ladeeinrichtung verbunden. Diese Einrichtung kann die Berechtigung des Fahrers, den guten Kontakt zu den Kontaktgebern, den Ladezustand- und Ladevorgang des Akkumulators des Elektromobils überprüfen und zur Information des Fahrers entsprechende Signale abgeben. Die Erfindung ist unter anderem in den Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 Längsschnitt eines Puffers;
Fig. 2 Längsschnitt einer Schalteinheit ohne Gummipuffer;
Fig. 3 Längsschnitt einer Schalteinheit mit Gummipuffer;
Fig. 4 Elektromobil mit Kontaktstossstange, von vorn gesehen.
Der vorgeschlagene Zapf-Platz für Elektromobile 7 umfasst bei der ersten Ausbildungsart als Kontaktgeber zwei in horizontaler Lage angeordnete und in der Horizontalen beweglich gelagerte Puffer 1. Die Puffer 1 verlaufen parallel zueinander und haben beide den gleichen Abstand von der Parkfläche. Sie verlaufen gleichzeitig parallel zur Längsachse der Parkfläche und sind symmetrisch zu dieser angeordnet. Die Puffer 1 sind gefedert. Unter einer Federung 2 ist hier allgemein eine Vorrichtung zu verstehen, die auf den Puffer 1 eine sich kontinuierliche steigernde Gegenkraft ausübt, falls auf den Puffer 1 von vorn eine Kraft wirkt und dieser sich gegen hinten bewegt. Die Vorrichtung kann beispielsweise die Form einer Druckfeder haben. Eine entsprechende Ausbildungsart ist in der Fig. 1 gezeigt.
Die Vorrichtung kann aber auch eine pneumatische, hydraulische, hydropneumatische oder anders geartete Federung 2 sein.
Der Puffer 1 ist so gelagert, dass er in der Horizontalen gegen die Federkraft einen längeren Weg (20 bis 30 cm) zurücklegen kann. Er besteht vorzugsweise aus einem stabförmigen Schaft 3 mit kreisrundem Querschnitt, an dessen vorderen Stirnseite eine runde Kontaktplatte 4 befestigt ist. Diese Kontaktplatte 4 ist gegenüber Schaft 3 mit Isolationsring 5 oder einer anderen geeigneten Vorrichtung elektrisch isoliert. Der Rand 6 der Kontaktplatte 4 ist vorzugsweise nach hinten gebogen. Dadurch verringert sich die Gefahr einer Beschädigung der Elektromobile 7 (vgl. Fig. 1).
Schaft 3 ist in Halterung 8 in der Horizontalen beweglich befestigt. Die Breite dieser Halterung 8 ist wesentlich kleiner als die Länge des Schaftes 3, so dass die Weglänge der Schaftbewegung, und damit auch der gesamten Pufferbewegung genügend gross ist.
Die Federungsvorrichtung 2 kann beispielsweise zwischen Kontaktplatte 4 des Puffers 1 und Halterung 8 angeordnet sein.
Puffer 1 ist im weiteren mit zwei Endschaltern versehen, einer Schalteinheit 9 und einem AUS-Endschalter 10. Zur Betätigung dieser Schalter kann der Schaft 3 des Puffers 1 an seiner hinteren Stirnseite beispielsweise eine runde Platte 11 tragen. Wenn ein Elektromobil 7 den Puffer 1 von vorn belastet, sich also in vorderster Position befindet, betätigt es den AUS-Endschalter 10.
Schalteinheit 9 besitzt eine besonders grosse räumliche Distanz zwischen seiner EIN-Position und seiner AUS-Position. Sie kann beispielsweise über ein quaderförmiges Gehäuse 18 verfügen. Im Inneren des Gehäuses 18 befindet sich dann an der ElN-Position und an der AUS-Position je ein Schalter 16, 17. Der ElN-Schalter 16 ist an der Innenseite der Gehäusevorderwand 19, der AUS-Schalter 17 etwa in der Mitte einer der beiden Gehäuseseitenwände 22 angeordnet. In der Mitte der Gehäusevorderwand 19 befindet sich ein gefederter und in der Horizontalen beweglich gelagerter Schaltstift 20. An der hinteren Stirnseite trägt der Schaltstift 20 zur Betätigung des ElN-Schalters 16 und des AUS-Schalters 17 eine rechtwinklig zur Schaltstiftlängsachse verlaufende Schlussplatte 21.
Die Länge des Gehäuses 18 beträgt im Beispiel, das in den Fig. 3 und 4 dargestellt ist, mehr als 10 cm, so dass der maximale Weg des Schaltstiftes 20 etwa 10 bis 20 cm beträgt.
Um den Druck der Betätigungsplatte 11 des Puffers 1 abzudämpfen, lassen sich beidseits des Gehäuses 18 je ein die Vorderseite des Gehäuses 18 leicht überragende (vgl. Fig. 3) Gummipuffer 24 anbringen.
Wenn sich Puffer 1 in seiner vordersten Position befindet, drückt diese Betätigungsplatte 11 auf den AUS-Endschalter 10. Die Zapf-Platz-Anlage ist in diesem Fall abgeschaltet. Wenn sich Puffer 1 nach hinten bewegt, weil ein Elektromobil 7 von vorn auf ihn eine Kraft ausübt, stösst er schliesslich auf Schaltstift 20 der Schalteinheit 9 und drückt diesen nach hinten.
Sobald die Schlussplatte 21 den ElN-Schalter 16 passiert und diesen dabei betätigt, schaltet dies die Zapf-Platz-Anlage ein. Die Zapf-Platz-Anlage bleibt solange eingeschaltet, bis der AUS-Schalter 17 in Funktion kommt.
Dadurch spielt es keine grosse Rolle, ob das Elektromobil 7 in Bewegungsrichtung des Puffers 1 genau positioniert ist oder nicht. Es genügt, wenn beim Parken auf Puffer 1 ein bestimmter Druck wirkt. Dieser Druck ist durch ein Elektromobil 7 leicht zu erreichen und auch gut zu dosieren, da sich ein Elektromobil 7 anders verhält als ein herkömmliches Auto mit einem Verbrennungsmotor.
Das Elektromobil 7 kann während des Ladevorganges bis zu 10 cm zurückweichen, ohne den Ladevorgang zu unterbrechen.
Damit auch bei einem schräg geparkten Elektromobil 7 die Schalter 16 der Schalteinheit 9 ansprechen, sind diese ebenfalls gefedert oder der ElN-Schalter 16 befindet sich, wie beschrieben, irgendwo in der Mitte des Schaltweges. Um das Parken am Zapf-Platz zusätzlich zu erleichtern, kann die Parkfläche auch ein gewisses Gefälle gegen die Puffer 1 hin aufweisen, das für den notwendigen Kontaktdruck sorgt.
Die beiden federnden Puffer 1 sind elektrisch mit einer Kontroll- und Ladeeinrichtung verbunden. Eine dieser Leitungen 23 - sie leitet unter anderem den Ladestrom zur Kontaktplatte 4 - führt vom Zentrum der Kontaktplatte 4 aus durch den Isolationsring und danach im Pufferschaft 3 entlang dessen Längsachse nach hinten. Unmittelbar vor der hinteren Stirnseite des Schaftes 3 verlässt die Leitung 23 diesen seitlich und führt zum Kontroll- und Ladegerät.
Bei einer zweiten Ausbildungsart treten an die Stelle der beiden federnden Puffer 1 zwei senkrecht angeordnete, federnde Schienen.
Es ist vorgesehen, dass das Kontroll- und Ladegerät die folgenden Funktionen ausführen kann:
Es prüft die Berechtigung des Fahrzeuges bzw. Fahrers zur Benutzung des Zapf-Platzes. Es kontrolliert, ob zwischen den Puffern 1 und den Kontaktelementen 14 am Elektromobil 7 ein elektrisch gut leitender Kontakt besteht. Er überprüft ausserdem die Polarisation des Kontaktes und kontrolliert Ladezustand und -vorgang des Akkumulators des Elektromobils 7.
Die Zapf-Platz-Anlage informiert den Fahrer jederzeit mittels Signalen über die Ergebnisse dieser Überprüfungen und Kontrollen. Die Signale gibt eine durch das Kontroll- und Ladegerät gesteuerte Signalanlage ab. Bei den Signalen kann es sich um optische Signale handeln, die beispielsweise zwei übereinander angeordnete Signallampen abgeben. Die Signallampen strahlen vorzugsweise Licht von unterschiedlicher Farbe aus. Analog zu den Verkehrsampeln kann die obere Signallampe rotes Licht und die untere Signallampe grünes Licht aussenden. Durch eine derartige Anordnung der Signallampen ist gewährleistet, dass auch Farbenblinde die Signale verstehen.
Die Kontaktelemente 14 am Elektromobil 7, die mit den Puffern 1 des Zapf-Platzes zur Aufladung der Akkumulatoren des Elektromobils 7 in Kontakt treten, sind bei der bevorzugten Ausbildungsart an der Vorderseite 13 der vorderen Stossstange 12 angeordnet. Die Stossstangenvorderseite ist dafür in zwei elektrisch voneinander isolierte Teile aufgeteilt. Sie weist also zwei elektrisch getrennte Kontaktelemente 14 auf.
Dies ist beispielsweise dadurch zu erreichen, dass man in die Stossstangenvorderseite 13 zwei breitflächige Platten aus einem elektrisch leitenden Material einarbeitet. Die Höhe einer solchen Platte ist etwas kleiner als die Höhe der Stossstange 12 und ihre Breite etwas kleiner als die halbe Stossstangenbreite. Die beiden Platten sind derartig angeordnet, dass ihre äusseren Querseiten 15 in etwa mit den äusseren Stosstangenkanten bündig sind. Daraus folgt, dass die beiden Platten sich an ihren inneren Querseiten nicht berühren (vgl. Fig. 4).
Eines der beiden Kontaktelemente 14 kann man mit dem Chassis des Elektromobils 7 verbinden. Das andere Kontaktelement 14 ist über eine geeignete Vorrichtung (elektrische Leitung) mit dem Akkumulator des Elektromobils 7 zu verbinden.
Als besonderes Merkmal der vorliegenden Erfindung ist hier hervorzuheben, dass die Breitflächigkeit der Kontaktelemente 14, die sich ja beinahe über die halbe Stossstangenbreite erstrecken, zusammen mit den beiden gefederten Puffern 1 mit Abstand einer halben durchschnittlichen Wagenbreite ein ungenaues Positionieren des Elek tromobils 7 in seitlicher Ausrichtung erlauben, ohne dadurch den Ladevorgang zu behindern. Im weiteren sorgt die Federung 2 der Puffer 1 und der lange Weg zwischen den beiden Schaltern 16, 17 der Schalteinheit 9 dafür, dass der Ladevorgang ohne genaues Positionieren des Elektromobils 7 in dessen Fahrtrichtung möglich ist. Schliesslich erleichtert das Gefälle der Parkfläche zusätzlich das Positionieren des Elektromobils 7.
Das Elektromobil 7 kann zur Übertragung von Identifizierungsmerkmale an die Kontroll- und Ladeeinrichtung des Zapf-Platzes mit einer aktiven Sendeeinrichtung ausgestattet sein, die codierte Signale aussendet. Anstelle einer aktiven Sendeeinrichtung ist auch ein passives Element möglich. Als passives Element kann beispielsweise eine mit einem Prozessor verbundene Induktionsspule dienen, wie man sie bei Zutrittskarten für Personen oder Erkennungskarten für Kühe verwendet. Der Identitätscode lässt sich aber auch mittels einer entsprechend modulierten Trägerfrequenz direkt über den elektrischen Ladestromkontakt führen. Diese Trägerfrequenz kann man auch dem Ladestrom überlagern.
Die Kontroll- und Ladeeinrichtung ist mit einer entsprechenden Empfangseinrichtung ausgerüstet.
Den Ladevorgang kann der Kontaktschlüssel, ein anderer Schalter im Elektromobil 7 oder an der Kontroll- und Ladeeinrichtung, aber auch eine Fernsteuerung auslösen. Es besteht die Möglichkeit, das Kontaktschloss zusätzlich zu den Positionen EIN und AUS mit einer weiteren Position zum Start des Ladevorganges zu versehen. Das Drehen des Kontaktschlüssels in diese Position löst dann den Ladevorgang aus.
Nachdem der Aufbau des Zapf-Platzes beschrieben ist, folgt nun die Erläuterung seiner Funktionsweise:
Der Fahrzeuglenker fährt mit dem Elektromobil 7 leicht gegen die Puffer 1 und bewegt sie somit horizontal. Die Puffer 1 sind so gelagert und abgefedert, dass sie sich in der Horizontalen 20 bis 30 Zentimeter rück- bzw. vorwärts bewegen können. Wenn sich der Puffer 1 nach hinten bewegt, nimmt die mechanische Widerstandskraft der Federung 2 kontinuierlich zu.
Falls das auf der Parkfläche stehende Elektromobil 7 mit einer aktiven oder passiven Sendeeinrichtung ausgerüstet ist, die codierte Signale abgibt, gelangen diese an die Lade- und Kontrolleinrichtung. Wenn das Elektromobil 7 zur Benutzung des Zapf-Platzes berechtigt ist, blinkt die grüne Lampe der Signalanlage, sobald beide gefederten Puffer 1 sich durch den Druck des Elektromobils 7 vom AUS-Endschalter 10 gelöst, aber noch nicht den Punkt für die Ladebereitschaft erreicht haben. Wenn das Elektromobil 7 bzw. der Fahrer unberechtigt ist, blinkt in der obigen Situation die rote Lampe der Signalanlage.
Um zwecks Aufladung der Fahrzeugakkumulatoren automatisch einen sicheren elektrischen Kontakt zwischen den Kontaktelementen 14 des Elektromobils 7 und den Kontaktplatten 4 der Puffer 1 zu erreichen, drückt der Fahrer oder die Fahrerin die Puffer 1 mit dem Elektromobil 7 etwa 20 cm in die Richtung der Halterung 8, so dass sich der ElN-Schalter 16 der Schalteinheit 9 betätigt. Die Signalanlage wechselt dann bei Berechtigung auf ein konstantes Leuchten der grünen oder bei Nichtberechtigung auf ein konstantes Leuchten der roten Signallampe.
Anschliessend blockiert man das Elektromobil 7, z.B. mit der Handbremse, und dreht den Kontaktschlüssel des Elektromobils 7 auf die Stellung AUS. Dadurch schaltet sich die Sendeeinrichtung aus, was die Lade- und Kontrolleinrichtung wahrnimmt. Diese startet darauf den Prüf- und Ladevorgang. Zum Abschalten der Sendeeinrichtung kann auch ein separater Schalter dienen. Der Prüf- und Ladevorgang lässt sich auch mit einer Fernsteuerung auslösen.
Der erste Schritt dieses Vorgangs kann die Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen Akkumulator im Elektromobil 7 mit dem gegenüber dem Chassis isolierten Kontaktelement 14 sein. Dieses Verbinden ist zum Beispiel mit Hilfe des Kontaktschlosses möglich, das dafür, neben den Schaltpunkten EIN und AUS, einen weiteren Schaltpunkt aufweist. Das Verbinden kann aber auch mit Hilfe eines separaten Schalters geschehen oder mit einem Signal der stationären Kontroll- und Ladeeinrichtung an das Elektromobil 7, was im Elektromobil 7 das Umschalten eines Relais bewirkt. Das Elektromobil 7 ist in diesem Fall mit einem geeigneten Empfänger ausgerüstet. Dieser erste Schritt ist nicht unbedingt notwendig. Er schützt jedoch ausserhalb der Zapf-Platz-Anlage vor Kurzschlüssen.
Die stationäre Kontroll- und Ladeeinrichtung prüft in einem zweiten Schritt, ob zwischen den Kontaktelementen 14 des Elektromobils 7 und den Kontaktplatten 4 des Puffers 1 ein guter elektrischer Kontakt besteht und ob das Elektromobil 7 zur Benutzung des Zapf-Platzes berechtigt ist. Im weiteren überprüft sie den Ladezustand des Akkumulators des Elektromobils 7.
Falls kein guter elektrischer Kontakt vorhanden ist, obwohl sich das Elektromobil 7 und die Puffer 1 in der richtigen Endstellung befinden, blinkt die grüne Lampe der Signalanlage. Falls der elektrische Kontakt gut ist, aber keine Zapfberechtigung vorliegt, blinkt die rote Lampe der Signalanlage. Wenn sowohl der elektrische Kontakt gut ist, als auch eine Berechtigung vorliegt, leuchtet die rote Lampe ununterbrochen, falls auch das Aufladen des Akkumulators in Gang ist. Falls der Akkumulator vollständig geladen ist, brennt die grüne Lampe ununterbrochen.
Die Wegfahrt vom Zapf-Platz erfolgt ganz normal, wie das Wegfahren von einem herkömmlichen Parkplatz. Die rote oder grüne Lampe der Signalanlage beginnt zu blinken, sobald die Puffer 1 ihre hintere Endposition verlassen haben. Dies heisst, dass sich die AUS-Schalter 17 der Schalteinheit 9 betätigt haben. Die Lampe blinkt solange, bis die Puffer 1 ihren vorderen Endpunkt erreichen, das heisst, bis die AUS-Endschalter 10 ansprechen. Dann erlischt sie.
Gegenüber den bisher bekannten Hilfsmitteln zum Aufladen der Akkumulatoren von Elektromobilen 7 hat der vorgeschlagene Zapf-Platz in erster Linie den Vorteil, dass er sich wegen seines einfachen und zuverlässigen Aufbaus als Standardlösung für ein dichtes Netz von Zapfstellen eignet. Durch diese Standardisierung lassen sich auf einfache Art und Weise auch öffentliche Zapfstellen realisieren.
Es ist beispielsweise auch möglich mit Hilfe des vorgeschlagenen Zapf-Platzes Selbstbedienungs-Zapfstellen einzurichten, die zusätzlich mit Kreditkarten- oder Geldautomaten ausgerüstet sind. Nach Einwurf von Geld oder dem Abbuchen eines Geldbetrages von einer Geld- oder Kreditkarte, gibt der Zapf-Platz eine bestimmte Menge elektrische Ladung ab. Auch auf Parkplätzen von Einkaufszentren, Kinos, Theatern, Messegeländen, Sportanlagen und anderen öffentlich zugänglichen Einrichtungen lassen sich solche Zapf-Plätze einrichten.
Ein weiterer Vorteil des Zapf-Platzes besteht darin, dass keine exakte Positionierung der Elektrofahrzeuge notwendig ist, um den Ladevorgang ausführen zu können. Dank der Sendeeinrichtung im Elektromobil 7 lassen sich auf einfache Art und Weise Fremdbenützungen durch unberechtigte Fahrer verhindern.
Abschliessend sei erwähnt, dass der vorgeschlagene Zapf-Platz die Betriebstüchtigkeit von Elektromobilen 7 wesentlich verbessert, da er die Einrichtung eines dichten Netzes von einfachst zu bedienenden Zapfstellen für Elektromobile 7 ermöglicht.
Hinweisnummernverzeichnis
1 Puffer
2 Federung
3 stabförmiger Schaft eines Puffers
4 runde Kontaktplatte
5 Isolationsring
6 Rand der Kontaktplatte
7 Elektromobil
8 Halterung eines Puffers
9 Schalteinheit
10 AUS-Endschalter
11 Platte zur Schalterbetätigung
12 vordere Stossstange des Elektromobils
13 Vorderseite der vorderen Stossstange
14 Kontaktelemente
15 äussere Querseite einer Kontaktplatte am Elektromobil
16 ElN-Schalter der Schalteinheit
17 AUS-Schalter der Schalteinheit
18 Gehäuse der Schalteinheit
19 Vorderwand des Gehäuses
20 Schaltstift
21
Schlussplatte des Schaltstiftes
22 Gehäuseseitenwände
23 Leitung
24 Gummipuffer
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 and somewhat complex 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 11 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, which works reliably and which 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 create a simple dispensing station which also enables an inexperienced driver to drive his or her electric vehicle to the dispensing station and to refuel it without having to do more than if he were simply using the electric vehicle parks.
The tap should also be able to check whether the driver is authorized to use the tap. For authorized users, the tap space should check the correct position of the vehicle and the charging process. So that the user can follow the process at any time, the arrangement visually signals the individual steps of the test process.
Furthermore, the tap space should be standardized so that numerous electric vehicle manufacturers can set it up with little effort or if possible, every electric vehicle can be equipped with little effort. Finally, the tap will also enable standardization and automation of public taps.
The object is achieved with the aid of the training features according to the characterizing part of patent claim 1.
Advantageous further developments are the subject of the dependent claims.
The present invention relates to a dispensing station which, in the first type of training, is equipped with two stationary, movable and spring-loaded buffers as contactors and resembles a pair of buffers in a railroad car. The second type of tap dispenser has two vertical contact rails instead of buffers as contactors. For the charging process, the buffers or the contact rails come into contact with the bumper of an electric vehicle. For this purpose, the bumper is provided on the outside with wide-area contact elements.
The wide-area contact elements ensure contact even with inaccurately parked electric vehicles and the large-area buffers or the vertical contact rails ensure good contact at different heights of the bumpers, be it due to different vehicle models, different loading conditions of the electric vehicles or different tires etc.
The contactors are electrically connected to a control and charging device. This device can check the authorization of the driver, the good contact with the contactors, the state of charge and charging process of the battery of the electric vehicle and emit appropriate signals to inform the driver. The invention is explained, inter alia, in the drawings. Show it:
Fig. 1 longitudinal section of a buffer;
2 shows a longitudinal section of a switching unit without a rubber buffer;
3 shows a longitudinal section of a switching unit with a rubber buffer;
Fig. 4 scooter with contact bumper, seen from the front.
The proposed tap space for electric vehicles 7 comprises in the first embodiment as a contactor two buffers 1 arranged in a horizontal position and movably mounted in the horizontal. The buffers 1 run parallel to one another and are both at the same distance from the parking area. They run parallel to the longitudinal axis of the parking area and are arranged symmetrically to it. The buffers 1 are sprung. A suspension 2 is generally to be understood here as a device which exerts a continuously increasing counterforce on the buffer 1 if a force acts on the buffer 1 from the front and this moves towards the rear. The device can have the shape of a compression spring, for example. A corresponding type of training is shown in FIG. 1.
The device can also be a pneumatic, hydraulic, hydropneumatic or other type of suspension 2.
The buffer 1 is mounted in such a way that it can travel a longer distance (20 to 30 cm) horizontally against the spring force. It preferably consists of a rod-shaped shaft 3 with a circular cross-section, on the front end of which a round contact plate 4 is attached. This contact plate 4 is electrically insulated from the shaft 3 with an insulation ring 5 or another suitable device. The edge 6 of the contact plate 4 is preferably bent backwards. This reduces the risk of damage to the electric vehicles 7 (cf. FIG. 1).
Shaft 3 is fastened movably in the holder 8 in the horizontal. The width of this holder 8 is significantly smaller than the length of the shaft 3, so that the path length of the shaft movement, and thus also the entire buffer movement, is sufficiently large.
The suspension device 2 can for example be arranged between the contact plate 4 of the buffer 1 and the holder 8.
Buffer 1 is further provided with two limit switches, a switching unit 9 and an OFF limit switch 10. To actuate these switches, the shaft 3 of the buffer 1 can carry, for example, a round plate 11 on its rear end face. If an electric vehicle 7 loads the buffer 1 from the front, ie is in the foremost position, it actuates the OFF limit switch 10.
Switching unit 9 has a particularly large spatial distance between its ON position and its OFF position. For example, it can have a cuboid housing 18. Inside the housing 18 there is then a switch 16, 17 at the ElN position and at the OFF position. The ElN switch 16 is on the inside of the housing front wall 19, the OFF switch 17 is approximately in the middle of one of the arranged two housing side walls 22. In the middle of the front wall 19 of the housing there is a spring-loaded switching pin 20 which is movably mounted in the horizontal. On the rear end, the switching pin 20 carries a closing plate 21, which runs at right angles to the longitudinal axis of the switching pin, for actuating the ELN switch 16 and the OFF switch 17.
In the example shown in FIGS. 3 and 4, the length of the housing 18 is more than 10 cm, so that the maximum travel of the switching pin 20 is approximately 10 to 20 cm.
In order to dampen the pressure of the actuating plate 11 of the buffer 1, a rubber buffer 24 (see FIG. 3) slightly above the front of the housing 18 can be attached on both sides of the housing 18.
When buffer 1 is in its foremost position, this actuating plate 11 presses the OFF limit switch 10. In this case, the tap system is switched off. If buffer 1 moves backwards because an electric vehicle 7 exerts a force on it from the front, it finally hits switching pin 20 of switching unit 9 and presses it backwards.
As soon as the end plate 21 passes the ElN switch 16 and actuates it, this switches on the tap system. The tap system remains switched on until the OFF switch 17 comes into operation.
As a result, it does not matter whether the electric vehicle 7 is positioned exactly in the direction of movement of the buffer 1 or not. It is sufficient if a certain pressure acts when parking on buffer 1. This pressure can be easily reached by an electric vehicle 7 and can also be metered well, since an electric vehicle 7 behaves differently than a conventional car with an internal combustion engine.
The electric vehicle 7 can retreat up to 10 cm during the charging process without interrupting the charging process.
So that the switches 16 of the switching unit 9 also respond to an obliquely parked electric vehicle 7, these are also spring-loaded or, as described, the ElN switch 16 is located somewhere in the middle of the switching path. In order to make parking at the tap even easier, the parking area can also have a certain slope towards the buffer 1, which ensures the necessary contact pressure.
The two resilient buffers 1 are electrically connected to a control and charging device. One of these lines 23 - it conducts, among other things, the charging current to the contact plate 4 - leads from the center of the contact plate 4 through the insulation ring and then in the buffer shaft 3 to the rear along its longitudinal axis. Immediately in front of the rear end face of the shaft 3, the line 23 leaves it laterally and leads to the control and charger.
In a second type of training, the two resilient buffers 1 are replaced by two vertically arranged resilient rails.
It is envisaged that the control and charger can perform the following functions:
It checks the authorization of the vehicle or driver to use the tap. It checks whether there is an electrically good conductive contact between the buffers 1 and the contact elements 14 on the electric vehicle 7. He also checks the polarization of the contact and checks the state of charge and process of the battery of the electric vehicle 7.
The tap system informs the driver of the results of these checks and controls at any time using signals. The signals are emitted by a signal system controlled by the control and charger. The signals can be optical signals which, for example, emit two signal lamps arranged one above the other. The signal lamps preferably emit light of different colors. Analogous to traffic lights, the upper signal lamp can emit red light and the lower signal lamp can emit green light. Such an arrangement of the signal lamps ensures that even color-blind people understand the signals.
The contact elements 14 on the electric vehicle 7, which come into contact with the buffers 1 of the dispensing station for charging the batteries of the electric vehicle 7, are arranged on the front 13 of the front bumper 12 in the preferred embodiment. The front of the bumper is divided into two electrically insulated parts. It therefore has two electrically separated contact elements 14.
This can be achieved, for example, by working two broad-area plates made of an electrically conductive material into the front of the bumper 13. The height of such a plate is slightly less than the height of the bumper 12 and its width is slightly less than half the bumper width. The two plates are arranged in such a way that their outer transverse sides 15 are approximately flush with the outer bumper edges. It follows from this that the two plates do not touch on their inner transverse sides (cf. FIG. 4).
One of the two contact elements 14 can be connected to the chassis of the electric vehicle 7. The other contact element 14 is to be connected to the accumulator of the electric vehicle 7 via a suitable device (electrical line).
As a special feature of the present invention is to be emphasized here that the wide area of the contact elements 14, which extend almost over half the bumper width, together with the two spring-loaded buffers 1 at a distance of half an average car width, imprecise positioning of the electromobile 7 in a lateral orientation allow without hindering the charging process. Furthermore, the suspension 2 of the buffer 1 and the long way between the two switches 16, 17 of the switching unit 9 ensure that the charging process is possible without exact positioning of the electric vehicle 7 in its direction of travel. Finally, the slope of the parking area also makes it easier to position the electric vehicle 7.
The electromobile 7 can be equipped with an active transmission device for transmitting identification features to the control and charging device of the tap, which transmits coded signals. Instead of an active transmitter, a passive element is also possible. An induction coil connected to a processor, for example, can be used as a passive element, as is used for access cards for people or identification cards for cows. However, the identity code can also be carried directly by means of a correspondingly modulated carrier frequency via the electrical charging current contact. This carrier frequency can also be superimposed on the charging current.
The control and loading device is equipped with a corresponding receiving device.
The charging process can be triggered by the contact key, another switch in the electric vehicle 7 or on the control and charging device, but also a remote control. It is possible to provide the contact lock with an additional position to start the charging process in addition to the ON and OFF positions. Turning the contact key into this position then triggers the charging process.
Now that the structure of the tap has been described, it now explains how it works:
The driver drives the scooter 7 slightly against the buffers 1 and thus moves them horizontally. The buffers 1 are mounted and cushioned so that they can move 20 to 30 centimeters backwards or forwards in the horizontal. When the buffer 1 moves backwards, the mechanical resistance of the suspension 2 increases continuously.
If the electric vehicle 7 standing on the parking area is equipped with an active or passive transmitting device which emits coded signals, these reach the charging and control device. If the scooter 7 is authorized to use the tap, the green lamp of the signaling system flashes as soon as both spring-loaded buffers 1 have been released from the OFF limit switch 10 by the pressure of the scooter 7, but have not yet reached the point ready for charging. If the scooter 7 or the driver is not authorized, the red lamp of the signal system flashes in the above situation.
In order to automatically achieve a safe electrical contact between the contact elements 14 of the electric vehicle 7 and the contact plates 4 of the buffers 1 for the purpose of charging the vehicle batteries, the driver presses the buffers 1 with the electric vehicle 7 approximately 20 cm in the direction of the holder 8, so that the ElN switch 16 of the switching unit 9 is actuated. The signaling system then changes to green when the authorization is lit or to red when it is not authorized.
Then you block the electric vehicle 7, e.g. with the handbrake, and turns the contact key of the electric vehicle 7 to the OFF position. As a result, the transmitting device switches off, which the charging and control device perceives. This then starts the testing and loading process. A separate switch can also be used to switch off the transmitting device. The test and charging process can also be triggered with a remote control.
The first step of this process can be the establishment of an electrical connection between the accumulator in the electric vehicle 7 and the contact element 14 insulated from the chassis. This connection is possible, for example, with the help of the contact lock, which has an additional switching point in addition to the switching points ON and OFF. However, the connection can also be made with the aid of a separate switch or with a signal from the stationary control and charging device to the electric vehicle 7, which causes the relay in the electric vehicle 7 to switch. In this case, the electric vehicle 7 is equipped with a suitable receiver. This first step is not absolutely necessary. However, it protects against short circuits outside the tap system.
In a second step, the stationary control and charging device checks whether there is good electrical contact between the contact elements 14 of the electric vehicle 7 and the contact plates 4 of the buffer 1 and whether the electric vehicle 7 is authorized to use the tap space. Furthermore, it checks the state of charge of the battery of the electric vehicle 7.
If there is no good electrical contact, even though the electric vehicle 7 and the buffer 1 are in the correct end position, the green lamp of the signal system flashes. If the electrical contact is good but there is no authorization to tap, the red lamp of the signal system flashes. If the electrical contact is good and there is authorization, the red lamp lights up continuously if the battery is also being charged. If the accumulator is fully charged, the green lamp burns continuously.
The departure from the Zapf-Platz is quite normal, like the departure from a conventional parking lot. The red or green lamp of the signal system starts to flash as soon as the buffers 1 have left their rear end position. This means that the OFF switches 17 of the switching unit 9 have operated. The lamp flashes until the buffers 1 reach their front end point, that is, until the OFF limit switches 10 respond. Then it goes out.
Compared to the previously known aids for charging the batteries of electric vehicles 7, the proposed tap space has the primary advantage that, due to its simple and reliable design, it is suitable as a standard solution for a dense network of tap points. This standardization also makes it easy to implement public taps.
It is also possible, for example, to set up self-service tapping points with the proposed dispensing station, which are additionally equipped with credit card or ATM machines. After inserting money or withdrawing money from a cash or credit card, the tap dispenser releases a certain amount of electrical charge. Such taps can also be set up in the parking lots of shopping centers, cinemas, theaters, exhibition centers, sports facilities and other publicly accessible facilities.
Another advantage of the tap space is that no exact positioning of the electric vehicles is necessary to be able to carry out the charging process. Thanks to the transmission device in the electric vehicle 7, third-party use by unauthorized drivers can be prevented in a simple manner.
In conclusion, it should be mentioned that the proposed tap space significantly improves the operational efficiency of electric vehicles 7, since it enables the establishment of a dense network of easy-to-use taps for electric vehicles 7.
Directory of note numbers
1 buffer
2 suspension
3 rod-shaped shaft of a buffer
4 round contact plate
5 insulation ring
6 edge of the contact plate
7 electric vehicle
8 Buffer holder
9 switching unit
10 OFF limit switches
11 Switch actuation plate
12 front bumper of the scooter
13 Front of the front bumper
14 contact elements
15 outer transverse side of a contact plate on the electric vehicle
16 ElN switches of the switching unit
17 OFF switch of the switching unit
18 Housing of the switching unit
19 front wall of the housing
20 switching pin
21
End plate of the switching pin
22 housing side walls
23 line
24 rubber buffers