CN102770302B - 电动车辆充电站以及用于车辆的充电接收装置 - Google Patents

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Abstract

一种用于车辆的充电站，具有两个支撑（3和4），每个支撑持有一充电元件（5和6），充电元件被安置成当公共汽车就位时，充电元件沿车辆的纵轴线安置，并可与同样也沿着车辆纵轴线间隔排列的车辆上的充电接收部件相连接。

Description

电动车辆充电站以及用于车辆的充电接收装置
技术领域
本发明涉及一种对车辆的蓄能设备进行充电的电动车辆充电站，尤其是，但不是唯一地，对客运车辆，比如公共汽车，无轨电车或者有轨电车的电池进行充电的电动车辆充电站。根据另一方面，本发明涉及一种用于车辆的充电接收装置，其可与车辆充电站一起运作。
背景技术
目前，车辆，比如电动车辆具有蓄能设备，例如电池，或超级电容，其可以通过这种方式，即车辆开至充电站后，其被挂钩至或连接至比如是主电力供应的电源，被定期地再充电。一些车辆可以通过使用比如是蓄能飞轮的机电设备而运行，并且，车辆开至充电站并被附接至充电站，从而蓄能设备由一电力供应而被再充电。使用蓄能设备的车辆包括，例如无轨电车或有轨电车，其在车辆的顶部具有一被称为集电弓(pantograph)的弹簧加压的电力连接机械装置。集电弓可以被升起并且延伸，这样集电弓可以与电力供应接触并保持与之接触。一旦蓄能设备完成充电，集电弓被降低，与电力供应线的接触被中断，然后司机可以将车辆开走。
一种已知的设备被美国专利US3955657所揭示，其在车辆的顶部使用一单独集电弓，然而其他用于充电的接触点是在道路中的金属板。金属板被放置在道路中的事实意味着板会被泥土或油所污染，这会因为不良的电接触而降低充电效果。再者，金属板被嵌入于道路中的事实意味着如果道路需要被重铺路面，由于板需要被移除从而在操作中会有许多困难，这又意味着充电站将有一段时间是无法运作的。
美国专利US5651434揭示一种具有平行臂的充电站，其通过塔架的可旋转部分而被搭载，从而当车辆就位时，充电连接器可以被盘旋至车辆易于充电的位置。
美国专利US4158802讨论了一种具有一对弹簧加压的电极，其从高架电缆降下并与车辆上的连接器连接。电极为平行设置，这意味着司机需要仔细地将车辆相对于电极而停置，从而在电源与车辆之间产生接触。
对电力充电使用平行线具有一个缺点，即为了与电源连接，需要仔细地将车辆与电源对准，这非常耗费时间并且需要依靠司机将车辆与电源对准的技术。再者，具有许多活动部分的设备会易于磨损或故意损坏，这将再次导致运作上的困难。
本发明的一个目的在于提供一种系统，其中车辆蓄能系统可以通过提供一种装置被有效地且简单地充电，该装置因为给与充电供应的连接提供了一个最大的接触面积，这样司机可以简单地将车辆相对于连接器停置。再者，该系统是稳健的，由于有最少的可以磨损或被故意损坏的活动部分，并且本发明同样提供了一种车辆充电的安全方法以及当没有充电时的额外安全措施。
发明内容
根据本发明第一方面，提供有一种车辆充电站，包括：至少一对导电元件以及用于所述导电元件的支撑工具，所述支撑工具将所述导电元件保持在一个相对于将接受充电的车辆的位置，至少一对的导电元件被布置成随它们的纵轴线一个接一个的轴向对齐，并且彼此绝缘，在使用中，当车辆在相对于支撑的位置时，导电元件实质上与车辆的纵轴相一致。
有利地，导电元件的安置给车辆提供了一个大的停车目标。
导电元件可以被布置在支撑工具上，从而导体元件能与车辆顶部上的充电接收部件相接触。然而，如果车辆在车辆上的另一位置具有充电接收部件，例如在车辆的侧边，导电元件可以被重新安置在支撑上，例如，支撑可具有可活动的臂，以允许导电元件被放下或摆动至接近充电接收部件的位置。
至少一对导电元件中的每一个可以通过一绝缘体而被彼此分隔开。绝缘体可以是由非导体材料制成的绝缘元件或者可以以空气间隙的形式被提供。
进一步，至少一对导电元件中的每一个可以被持有在单独的支撑上。然而，设想一种单一的支撑，其配备有持有每个导电元件的双臂，并且如果对于安置支撑的空间受限，这样一种装置是有用的。作为一种选择，可以有一种单一的支撑，其利用一与两个导电元件的中心相连接的单臂持有两个导电元件，并且在这种情况下，臂担当两个导电元件之间的绝缘体。导电元件与支撑相绝缘。有可能这里有一排支撑，每个支撑持有一对可以对多组电池进行充电的充电元件，例如，如果车辆具有多于一个的电池需要被充电。
在一个优选的装置中，每个导电元件与一控制器相关联。控制器与一开关相连通，该开关为了安全是可操作的从而导电元件在充电时仅仅承载电流。导电元件通过电线/电缆与充电电源相连通。
优选地，一对导电元件中的一个或两个导电元件包含一传感器，其用于最好在充电开始前，测试导电元件与车辆上的充电接收部件之间的接触。测试电接触的程度提供了一种安全特性，用以确保车辆的充电是安全且有效的，且没有漏电或过热的风险。
设想车辆充电站包含一控制装置，其用于监控充电级别以及充电速率。这提供了电池的情况能被监控的特性，例如如果需要重复地对电池进行充电，这可以指示电池需要被更换或被检修。
优选地，有一电流监控器，用于测量和/或监控从导电元件流至充电接收元件的电流量，以及可以有一电压监控器，用于测量/监控从导电元件至充电接收元件的电压的下降。另外，或者作为一种选择，同样在导电元件和/或接收元件中可以有温度监控器，用于监控和/或测量在导电和接收元件之间的结合点处所产生的热量以确保在这些区域没有过热并且这也是另一种用于确保安全充电的安全特性。
车辆充电站还可以包括设施，其用于记录关于车辆充电站本身或特定车辆的数据并且将这个数据传输至单独的数据库，因此，一队车辆和/或充电站的情况能被远程地监控。
进一步设想，导电元件具有一安置机械装置，从而它们可以从一个空档位置(neutralposition)被放下或离开。考虑到提升或向上移动导电元件的侧边从而当充电器没有在使用时，它们不会对在道路中的高的车辆呈现出危险。作为一种选择，如果车辆具有一个低或高的车顶轮廓线，那么导电元件可以被放下或被升起从而在导电元件与充电接收部件之间有良好的接触。在进一步的装置中，考虑到导电元件在一实质上的水平面中远离道路且在道路上方盘旋，导电元件可以被持有在安置机械装置上。优选地，安置机械装置由连接臂或臂构成，其允许导电元件能朝多个方向移动。设想，导电元件可以被保持在一个固定的位置，因为安置机械装置没有移动，或者如果导电元件具有可活动的机械装置，有允许导电元件的位置被固定的锁定机械装置。
设想，第三导电元件可以被提供，例如，提供一个陆地或地面连接。其纵轴线可以轴向对齐于一对导电元件的轴线，或者可以是交错的。它可以通过物理绝缘体或空气间隙绝缘。它可以同样地被支撑在可活动臂上，该活动臂可以随一对导电元件的协作移动一起在第一及第二位置之间移动。
根据本发明的第二方面，提供有一种用于车辆的充电接收装置，所述充电接收装置包括至少一对充电接收部件，每个充电接收部件与能被车辆附接的支撑相连接，所述一对充电接收部件被安置在车辆上并沿车辆的纵轴线一个接一个地布置，从而，在使用中，充电接收部件与导电元件相一致地沿车辆的长度相接触。
每个充电接收部件可以包含一相对于车辆的轴线是实质上垂直地安置的伸长的接触元件。
优选地，支撑包括单独的支撑元件，每个支撑元件与一个单独的充电接收部件相附接。这种装置允许单独的充电接收元件被安置在车辆上任意期望的位置。
然而，设想支撑可以是一个单一支撑，其持有至少两个彼此之间具有确定间距的充电接收部件。较为合适的是支撑元件可以包含一间距调整器从而充电接收部件之间的间距可以根据车辆的长度而改变。
设想，支撑是一种改进的支撑，其可被附接在现有的车辆上，例如在车辆的顶部上，以及支撑可以容纳能与车辆中现有的充电机械装置相附接的电力控制以及连接器。
优选地，充电接收元件包括一可以被升起或放下以与导电元件接触的臂。可以通过电机或气动设备进行调节。
设想，充电接收元件与控制相关联，从而如果在电源向车辆中的蓄能设备的充电中侦测到错误，电流会被关闭。具有在车辆电路中隔离电流的能力提供了最小化电路中漏电或过热的风险的这样一种安全特性。
在优选的装置中，每个充电接收元件与一控制器和开关相关联，该开关是可操作的从而导电元件在充电时仅仅承载电流。
进一步，提供一控制系统，借此充电接收部件与导电元件的连接能被监控以确保有从供应至车辆的连续的电力流动。
根据本发明的第三方面，提供一种用于电动车辆的充电系统，包括：首先，至少一对导电元件，用以向车辆提供电源，以及其次，至少一对充电接收部件，可沿车辆的纵轴线安置在车辆上，所述导电元件具有支撑工具，用以相对于车辆持有导电元件以允许当在车辆上时，导电元件与充电接收部件之间的电接触，至少一对的导电元件彼此绝缘并且被布置成随它们的纵轴线一个接一个地轴向对齐并且以沿车辆长度的轴向方向被布置，当车辆处于相对于导电元件的位置时，至少一对导电元件与至少一对充电接收部件实质上与沿车辆的长度的纵轴线相一致地相连接。
车辆的纵轴线可以被定义为从车辆的前端（司机经常坐的地方）至后端的车辆轴线。
充电系统可以包含一控制装置，其控制导电元件与充电接收元件的连接与断开以及电源与车辆中蓄能设备之间的电流。同样还可以包含一电流监控器，用于测量和/或监控从导电元件流至充电接收元件的电流量。也可以包含一电压监控器，用于测量/监控从导电元件至充电接收元件的电压的下降。
此外，可以包括与导电元件和/或接收元件相关联的温度监控器，用于监控和/或测量在导电和接收元件之间的结合点处所产生的热量。
可以包含一近距离传感器，近距离传感器侦测车辆相对于导电元件的位置。近距离传感器可以是一压力传感器或光束。其还可以是一电磁信号强度传感器。电磁信号强度传感器可以是以蓝牙无线通信系统的形式，将蓝牙信号强度作为近距离传感器。
本发明的优点在于，其为充电元件与充电接收部件之间的接触提供了一个较大的目标面积。这允许司机靠近充电站从而，当车辆移动就位时，司机在安置车辆上可存在一定偏差，并且这不需要充电元件与充电接收部件的精确对准。这种纵向布置导电元件的结构装置提供了沿车辆的大的目标面积，如果接收元件被安置在车辆的前面及后面，可能是沿车辆的整个长度（例如，公共汽车）。类似地，如果充电接收部件延伸整个从车辆的一侧边至车辆的另一侧边的宽度，停止目标面积将是大的，因为它是车辆的整个宽度。结合在一起的这个装置提供了一个非常大的停止面积，这使得对于车辆的操作者/司机来说与充电站合适地连接是更加简单的。
附图说明
为了本发明的更好理解，并且为了清楚地示出本发明是如何生效的，现将以附图作为示例以作参考，其中：
图1示出了本发明中被相对于导电元件安置的公共汽车的侧视图；
图2示出了公共汽车另一侧的侧视图以及导电元件与公共汽车上的充电接收部件之间的关系；
图3示出了车辆的立体侧视图，其中导电元件被移离该车辆；以及
图4示出了本发明电源电路的原理图。
具体实施方式
首先，参见图1，一公共汽车被指示为1。公共汽车已经停靠在一通常示为2的充电站旁边。充电站包括两个直立的支撑3和4，每个支撑持有一充电元件5和6，充电元件被安置成当公共汽车就位时，充电元件沿公共汽车的纵轴线安置在公共汽车的车顶轮廓线之上。充电元件被绝缘元件7隔开，该绝缘元件将充电元件各自的端8和9隔开。充电元件5和6通过臂12，13相对支撑以一角度与直立的支撑相连接，并且在元件5，6和臂之间有绝缘体10，11。充电元件位于公共汽车之上并且可以被移动从而可以与附接在公共汽车顶部的充电接收部件14a，15a相接触。充电元件可以从路边水平地摆动出，尽管它们可能在一固定的位置。充电接收部件包括由一个部件相对于另外一个部件成一个角度而成形的臂，并且这些臂可以相对于其他臂移动从而臂能与充电元件相接触。在充电接收部件的末端有接触元件14b和15b（在图2中示出），接触元件提供了一个相对于部件14a，15a呈直角的表面，并且该表面与充电元件5，6在它们的下面相接触，同样该表面相对于充电元件呈直角。充电接收元件的接触元件从靠近公共汽车顶部的休息位置垂直地移动到与充电元件相接触的工作位置。
来到图2，用于充电元件的支撑的臂被示出在靠近高压电源16。充电站的电源具有一个主控制17。充电主控制与车辆上的主控制18相连通，主控制18被安置在公共汽车的顶部上且在用于第一及第二充电接收部件（同样在图1中示出的）支撑之间。尽管主控制被示出在支撑之间，其可以被安置在车辆的任意位置。主控制（优选数字的）17，18采用无线通讯并且还与子控制连通，子控制能轮流与电源上的，充电站上和车辆上的传感器连通。
图3示出了车辆的侧视图，其中臂12，13处于收缩的位置。一旦车辆就位，臂可以摆动至它们可以与车辆上的充电接收元件处在一起的位置。充电元件被绝缘元件7而分开。
图4示出了与充电站和车辆相关联的电源的原理图。这里有从主电源通过大容量开关19引至充电元件5，6的电线。这里有用来测试在充电元件5，6与充电接收部件14a和15a之间是否有适当的连接的传感器20，并且该传感器担当了如果没有适当的连接，充电事件就被停止这样一个安全特性。
从电源16至充电元件5，6的电源流向由控制17所控制（或者在一个可替换的装置中，这可能是一个子控制元件21）。充电元件5，6通过电线经过一个或两个开关19，例如是大容量开关，连接至电源的两侧从而如果一个故障，例如不良连接被侦测到，充电元件可以被切断电流。另外，为了安全，当充电元件不在使用时，通过这些开关使其不带电。
类似地，在车辆中有与电线相关联的开关25。在车辆中，电源线在蓄能设备22（例如电池）的任意一侧。这里有与车辆相关联的控制24，并且其控制在接收部件14a和15a与电池22之间的开关25从而如果一个故障，例如不良连接被侦测到，接收元件可以被切断电流。另外，为了安全，当接收元件不在使用时，通过这些开关使其不带电。
在操作中，司机驾驶车辆至充电站的充电元件下方，并且他或她可以开始充电事件通过手动地按下开关，或者该操作能自动地开始，例如，通过使用与主控制17，18相关联的近距离传感器以侦测何时车辆处于相对于车辆充电站的预定位置从而激活事件。近距离传感器可以是一个在地上的压力传感器，由于车辆接近充电站，其可感测到经过车辆的重量。可选择地是，传感器可以是光束，由于车辆经过而被中断。而且，传感器还可以是一个电磁信号强度传感器。电磁信号强度传感器可以是以蓝牙无线通信系统的形式，将蓝牙信号强度作为近距离传感器。在每个操作中，主控制17与电源相关联，其，例如路边控制装置开始一系列事件，导致车辆的蓄能设备充电，直至当车辆上的蓄能设备被充满，断开电源连接。
连接事件首先由高架导电元件组成，高架导电元件可移动的，并通过来自主控制17的信号被感测为处于收缩的位置，信号被主控制17送出从而收缩的充电元件被移动到车辆之上的位置。在车辆顶部的充电接收部件，通常称为集电弓，通过来自主控制17的信号被指挥向上移动以与导电元件接触。传感器22与开关23相联合，以侦测在充电元件和充电接收部件/集电弓之间是否有正确的接触，并且如果没有正确的接触，该过程则终止且整个过程被再次启动或者发出一警报以警示司机将公共汽车重新停置。根本上说，当开关23闭合，电路中应当是连续的（continuity）。当开关23被打开，电路则成开路。如果满足这两者的情况，这指示在充电部件与接收部件之间的“正确的”连接。一旦接触了，用于接触的测试（确保有正确的连接）被重复并且如果有正确的接触，与公共汽车上的充电接收元件相关联的开关25被激活以开启与车辆上蓄能设备/电池的电接触。电池电压由传感器20监测并且如果没有感测到电池电压，则过程被终止并激活错误信号。然而，如果与电池的接触被确认了，那么在充电来源的开关19被激活，这样电池的充电可以开始。
当充电过程完成了，从与车辆相关联的控制，该控制是车辆的主数字控制器的常规部分，将一信号发送至充电站控制器。然后，断开过程由充电站控制。该过程开始于开关19被操作以将导电部件从充电电源处断开。一个或多个与车辆上的充电接收元件相关联的开关25将失效从而将车辆从任何电源隔开。再一次，对电池的电压测试被激活并且如果电压被侦测到，一错误信号被激活且操作者被警示。充电接收部件然后被指挥从高架导电元件处放下。如果可移动的，导电元件从车辆的顶部被水平地或垂直地升起，并且一旦事件序列被完成，一个确认信号被送至车辆。信号可以被送至车辆的引擎管理系统并且如果接收到确认过程已成功地完成的信号，管理系统可以被激活从而将启动引擎，车辆可以被驶离。
尽管，本发明被讨论与陆地上的交通工具相关，其还可以被用在其他形式的交通工具，例如船，飞机甚至是火车。
本发明被设想为覆盖了所揭示的特征与所讨论的方面和实施例的所有组合。那将是显然地，但凡未脱离本发明技术方案的范围，任何对于本发明的修改或等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (18)

1.一种车辆充电站，其特征在于，包括：至少一对导电元件以及用于所述导电元件的支撑工具，所述支撑工具将所述导电元件保持在一个相对于将接受充电的车辆的位置，至少一对的导电元件被布置成随它们的纵轴线呈串联的轴向对齐，并且彼此绝缘，在使用中，当车辆在相对于支撑的位置时，导电元件实质上与车辆的纵轴相一致。
2.如权利要求1所述的车辆充电站，其中，导电元件被布置在支撑工具上，从而导电元件能与车辆顶部上的充电接收部件相接触。
3.如权利要求1或2所述的车辆充电站，其中，至少一对导电元件中的每一个被单独的支撑工具所持有。
4.如权利要求1中任一项所述的车辆充电站，其中，支撑工具包含用于持有每一对导电元件的第一臂及第二臂。
5.如权利要求4所述的车辆充电站，其中，第一臂及第二臂是可活动的。
6.如权利要求5所述的车辆充电站，其中，为了在实质上邻近支撑工具的第一位置与实质上与支撑工具的一边隔开的第二位置之间移动导电元件，第一臂及第二臂在一实质上的水平面中是可共同活动的。
7.如权利要求5所述的车辆充电站，其中，第一臂及第二臂从一空档位置被放下或升起。
8.如权利要求1所述的车辆充电站，其中，每个导电元件与一开关机械装置相关联，从而导电元件在充电时仅仅承载电流。
9.如权利要求1所述的车辆充电站，其中，一对导电元件中的一个或两个导电元件包含一传感器，其用于测试导电元件与车辆上的充电接收部件之间的接触。
10.如权利要求1所述的车辆充电站，其中，包含一控制器，其用于监控充电级别以及充电速率。
11.如权利要求1的车辆充电站，其中，包含一数据存储设施，其用于记录关于车辆充电站或特定车辆的数据并带有将所述数据传输至进一步数据库的选项，因此，特定充电站和/或车辆的情况能被监控。
12.一种用于电动车辆的充电系统，其特征在于，包括：
首先，至少一对导电元件，用以向车辆提供电源，以及
其次，至少一对充电接收部件，可沿车辆的纵轴线安置在车辆上，
所述导电元件具有支撑工具，用以相对于车辆持有导电元件以允许当在车辆上时，导电元件与充电接收部件之间的电接触，至少一对的导电元件彼此绝缘并且被布置成随它们的纵轴线呈串联的轴向对齐并且以沿车辆长度的轴向方向被布置，当车辆处于相对于导电元件的位置时，至少一对导电元件与至少一对充电接收部件实质上与沿车辆的长度的纵轴线相一致地相连接。
13.如权利要求12所述的充电系统，其中，包含一控制装置，其控制导电元件与充电接收元件的连接与断开以及电源与车辆中蓄能设备之间的电流。
14.如权利要求12或13所述的充电系统，其中，包含一电流监控器，用于测量和/或监控从导电元件流至充电接收元件的电流量。
15.如权利要求12所述的充电系统，其中，包含一电压监控器，用于测量/监控从导电元件至充电接收元件的电压的下降。
16.如权利要求12所述的充电系统，其中，包含与导电元件和/或接收元件相关联的温度监控器，用于监控和/或测量在导电和接收元件之间的结合点处所产生的热量。
17.如权利要求12所述的充电系统，其中，包含一近距离传感器，近距离传感器侦测车辆相对于导电元件的位置。
18.如权利要求17所述的充电系统，其中，近距离传感器为压力传感器。
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