CN104736381B - 用于在充电站为电动车辆充电的充电设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于在充电站给电动车辆充电的充电设备，包括在充电站侧的第一充电模块和在车辆侧的第二充电模块，这些充电模块包括多个能够相互连接的电接触件。所述充电站包括自动馈送装置，该装置使充电站的电接触件能够与电动车辆的电接触件相连接。所述充电站包括自动定位装置，用于使第一充电模块与第二充电模块连接，第一和第二充电模块的接触件可以在无需克服接触力的情况下彼此连接。

Description

用于在充电站为电动车辆充电的充电设备
技术领域
本发明涉及一种用于在充电站为电动车辆充电的充电设备，具有在充电站侧的第一充电模块和在车辆侧的第二充电模块，这些充电模块具有能够相互连接的电接触件，在此，该充电设备在充电站一侧设有自动馈送装置，通过该馈送装置的操作可以使充电站侧的充电模块的电接触件和车辆侧的充电模块的电接触件相连接，以及该充电设备在充电站一侧具有用于将第一充电模块和第二充电模块相连接的自动定位装置。
背景技术
在德国实用新型文献DE202012003577U1中已知一种这样的充电装置。
对于在充电站对电动车辆的动力电池进行反复充电已知的是触点连接的设计，其中充电电流通过电力电缆和接插件连接装置被引向车辆，同样公知的也有无接触的设计，其中充电电流通过感应的路径从充电站侧的变压器绕组传送到车辆侧的变压器绕组。
感应的充电设备在一般的情况下可以实现舒适的充电，因为无须相互间的电接触连接并且能够通过自动装置实现变压器绕组的彼此对应的定位。
而接触连接式充电装置则在运营中具有特别的经济意义，因为与感应充电设备相比，它们具有更好的效率并由此具有更少的损耗。此外接触连接式充电装置还结构简单并因此而是特别成本合算的。不利的是，电接触元件要相互连接，而这大部分必须手动地通过插接连接件的接插来实现。
在德国公开文件DE102009010120A1中公知一种充电装置，其具有自动馈送装置，用于连接接触件。在该充电装置中必须将电动车辆精确地对充电站定位，以使接触件能够接合在一起。在该文献中建议，类似于在洗车机上那样将车辆设置在可以纵向和横向移动的传送带上，通过例如光学的辅助手段，将车置于其电接触件与充电站的配对电接触件相对应的位置。
在DE102009010120A1中描述了，充电站的杆状电接触件的末端部分横向屋顶式地构成并与待充电的电池系统的接触件的倾斜的引导面相接触。此外还建议，充电站的接触件不是完全刚性的，而是应该尽可能地弹性弯曲，使得它们即便是在连接方向上有小的侧面的偏差的情况下也能够与配对接触件相接触。
发明内容
总之具有可电动连接的接触件的充电设备在实际的实现中不是没有问题的。通过机械设备的电接触件的连接要求非常精确地识别待连接的接触件的位置、接触件彼此间的精确的机械定向和在连接和分开插接连接时“精致感知”的行为，以及要避免损伤和磨损电接触件。特别是要保证，接触件在连接时彼此准确地相互对齐，以使它们不会彼此倾斜。符合这些要求的充电设备，大都需要较高的技术和经济上的成本。
因此本发明要解决的技术问题在于，提出一种为电动汽车充电的充电设备，其具有相对简单的和成本低廉的结构并实现了可靠的和特别是磨损小的电接触件连接。
本发明的目的通过下述方式来实现：第一和第二充电模块的接触件可以在不需克服接触力的情况下相互连接，第一接触件具有接触销和可相对于该接触销由执行机构移动的导向管，第二接触件具有两个和弹簧元件相连的接触片，它们之间的距离可对应于弹簧元件的力而改变，导向管相对于第二接触件的位置能够影响确定接触力的弹簧元件的状态。
如果说DE102009010120A1中建议的充电设备仅带有电动运动的接触件，本文中描述的充电设备则还附加地使包含接触件的充电模块能够彼此间定位。而且两个充电模块的接触件无需克服接触力而能够彼此连接。直到接触件相接合之后在才在接触件之间产生机械的、被释放的弹簧元件的接触力。
由此使接触件的自动接合过程变得特别简单和可靠。这种不需要力的接合避免了接触件磨损和如由接触件的倾斜而造成的损伤的风险。然而在连接过程的末尾可以实现很强的接触力，该接触力有助于实现充电模块之间的很好的电气连接。
优选可以通过居中装置或/和通过在至少一个充电模块上的定位元件来支 持充电模块相对于彼此的精确定位。
特别有利的是，在接合后使充电模块机械地相互锁定，以保证在电接触件连接期间充电模块也能精确定位。
附图说明
以下借助附图进一步解释本发明。图1到4中分别示出第一和第二充电模块，即：
图1示出没有连接的单个模块,
图2如图1，其中第二充电模块以打开的方式示出，
图3示出部分接合的状态，
图4示出完全接合的状态，
图5到图8示出在第一和第二接触件接合的过程中的各个阶段。
具体实施方式
图1示出在充电站为电动车辆充电的第一和第二充电模块1，2，其中，充电模块1，2为没有连接的独立的单件。第一充电模块1是未示出的充电站的组成部分并能够通过自动定位装置在三个相互垂直的方向(在此由通过标记x,y,z标识的方向箭头表示)上移动。在此，同样在图中没有示出的定位装置识别(例如通过相机传感器)设置在电动车辆上的第二充电模块2的位置并通过多轴执行器对第一充电模块1相对于第二充电模块2进行定向，该执行器例如可以实施为机器人臂，从而使得在此之后充电模块1，2以及设置在它们上的接触件3，4(图5到图8中示出的)的接合成为可能。
具有盒形形状的充电模块2设置在电动车辆的车体上。优选的安装位置是在前保险杠后面的区域中，优选在牌照的后面，以及在电动车辆的下面。当然将两个充电模块1，2在垂直方向上相互连接并不是必须的；替代地还可以使充电模块1，2相互对准，使得能够在水平方向上或者其他任意的方向上实现连接。
充电模块1，2的连接通过两个针状的定位元件5来支持，这些定位元件可以分别与力传感器或者第一充电模块1外壳中的开关相连接。两个充电模块1，2彼此平行地取向，由此使第二充电模块2的外壳基本上同时触碰两个定位元件5。因为两个定位元件5间的距离仅比第二充电模块2的外壳的宽度稍小一点，通过同时与定位元件5接触还能够确保第二充电模块2在X方向上近似居中地朝向第一充电模块1取向并因此使定位装置能够引导两个充电模块1，2的连接。
在连接过程中通过由第一充电模块1伸出的居中元件6对两个充电模块 1，2进行更加精确的定位，在这里居中元件由主体和两个斜面组成的接触面7构成。替代地，居中元件例如可以具有锥形的主体。
如图2到4所示出的，在第二充电模块2的外壳内构造有两个引导柱8，这两个引导柱在充电模块1，2接合的过程中贴靠在居中元件6的接触面7上。
由此两个充电模块1，2在它们连接的过程中通过使第一充电模块1运动的定位装置首先通过定位元件5在Y方向上、其次通过居中元件6和引导柱8在X方向上精确地相互对齐。两个充电模块1，2在Z方向的相互靠近以及在此之前实现的充电模块1，2的相对于彼此的靠近同样通过定位装置实现并且尤其是能够通过光学传感器来支持。
第二充电模块2的外壳具有保护盖9，该保护盖在优选通过居中元件6附加第一充电模块1时自动打开。
在附加过程结束时两个充电模块1，2处于在图4中呈现的位置。在最后一步两个充电模块1，2的外壳机械地相互锁紧。这尤其是可以这样实现：在第一充电模块1上的执行器将设置在居中元件6上的插销10与在第二充电模块2上的、在此不可见的插销孔形状配合地相连接。由此使两个充电模块1，2相互精确地对齐并且机械地相互固定连接。
现在，相互锁定的充电模块1，2使得在第一充电模块上的第一接触件3和第二充电模块2上的第二接触件4能够相互连接，而不需要使充电模块1，2彼此相对移动。反之，直到接触件3，4锁紧之前使充电模块1，2尚不彼此作用是具有优点的，因为这样的话充电模块1，2的定位、对准和锁紧都能够非常有利地在没有通过接触件3，4的机械影响的情况下实现。
第一充电模块1具有两个接触孔17(在图1到图3中可以看出)，第一接触件3可以通过电机驱动从这些接触孔中驶出。在图2到图4中，由第二接触件4可以分别看到用于产生接触力的弹簧11的外表面，以及相应的金属带18。金属带18构成了在第二充电模块2的外表面上的电气连接触头19，这些触头可以和电动汽车的电气设备相连接。
在图5到图8中示出了第一和第二接触件3，4的不同的连接阶段。这些连接阶段不对应于图1到图4中示出的充电模块1，2接合的阶段。接触件3，4的连接开始于如图4所示的充电模块1，2已经完全完成彼此间的相互连接。
图5到图8分别示出第二充电模块2沿着第二接触件4的剖面图以及第一 接触件3的剖面图，接触件3从第一充电模块1引出并可以连接到第二接触件4。第一充电模块1的详情在图5到图8中未示出，其中放弃了尤其是执行机构的呈现，该执行机构使第一接触件3向第二接触件4的方向移动。所述执行机构尤其是可以设有电动的、电磁的、液压的或者气压的组件，对这些组件可以通过电控制设备优选全自动地操作。
设置在第二充电模块2的外壳里的第二接触件4具有在此实现为欧米加弹簧的弹簧元件11，包围着两个并排配置的接触片12。弹簧元件11的侧边13的端部段和接触片12与由两部分组成的触点座架14相连接。在背向弹簧元件11和接触片12的侧面触点座架14的两部分14a，14b构成了助滑斜面15，它们在朝向第二接触件4的外侧的方向上分开。
第一接触件3具有扁平插头20和环绕该扁平插头20的引导管16，该引导管可以相对于扁平插头20移动。扁平插头20以及引导管16都能通过未示出的执行机构在第二接触件4的方向上定位，由此使第一和第二接触件3，4可以相互连接或者相互分离。第一和第二接触件3，4的连接按照图5到图8中呈现的阶段进行。
在图5中，第一和第二接触件3，4尚未彼此连接。在连接过程的开始，扁平插头20和引导管16一起向第二接触件4的方向移动。在此扁平插头20的自由端部段被引导管16所环绕。
在接下来的阶段中，如图6所示出的，引导管16触碰到触点座架14的助滑斜面15并由此压迫触点座架14的两部分14a，14b以及弹簧元件11的与触点座架14相连的侧边13以及两个接触片12。在接触片12之间存在间隔21，该间隔的宽度足以使扁平插头20无摩擦地推入，如图7所示，在推入的过程中扁平插头20没有承载接触力，从而没有通过在接触件3，4之间的摩擦而造成的机械磨损。只有当扁平插头20到达其预设的最终位置后，才会在扁平插头20上产生接触力。如图8所示，这通过使引导管16相对于扁平插头20移动并从第二接触件4中移开，由此使触点座架14的部分14a，14b通过弹簧元件11再次接合以及弹簧元件11的侧边13将接触片12压紧在扁平插头20的外表面上来实现。
两个接触件3，4的电组件的分离也能够无摩擦地实现，其过程与图5到图8中示出的流程相反。
附图标记列表
1 第一充电模块(在充电站侧)
2 第二充电模块(在车辆侧)
3 接触件(在充电模块侧)
4 接触件(在车辆侧)
5 定位元件
6 居中元件
7 设备表面
8 引导柱
6，8 对中装置
9 保护盖
10 插销
11 弹簧元件
12 接触片
13 (弹簧元件的)侧边
14 触点座架
14a,14b (触点座架的)部分
15 助滑斜面
16 引导管
17 接触孔
18 金属带
19 连接触点
20 扁平插头(接触销)
21 间隙
x,y,z 方向(空间轴)。

Claims (8)

1.一种用于在充电站为电动车辆充电的充电设备，具有在充电站侧的第一充电模块(1)和在车辆侧的第二充电模块(2)，所述第一充电模块和第二充电模块具有能够彼此连接的电的第一接触件(3)和电的第二接触件(4)，
其中，该充电设备在充电站一侧设有自动馈送装置，通过该馈送装置的操作可以使充电站侧的第一充电模块(1)的电接触件(3)和车辆侧的第二充电模块(2)的电接触件(4)相连接，以及其中，该充电设备在充电站一侧具有用于将第一充电模块(1)和第二充电模块(2)相连接的自动定位装置，
其特征在于，
所述第一充电模块(1)的接触件(3)和所述第二充电模块(2)的接触件(4)能够在不需要克服接触力的情况下相互连接，
所述第一接触件(3)各自具有接触销(20)和相对于该接触销(20)能够通过执行器移动的引导管(16),
所述第二接触件(4)各自具有两个与弹簧元件(11)连接的接触片(12),它们之间的距离能够相对于所述弹簧元件(11)的力改变，以及
所述引导管(16)相对于所述第二接触件(4)的位置能够各自影响确定接触力的弹簧元件(11)的状态。
2.根据权利要求1所述的充电设备，其特征在于，所述自动定位装置能够在三个彼此垂直的空间轴(x,y,z)上对所述第一充电模块(1)进行定位。
3.根据权利要求2所述的充电设备，其特征在于，所述自动定位装置具有电控制装置和多轴执行器。
4.根据权利要求1所述的充电设备，其特征在于，所述第一充电模块(1)和所述第二充电模块(2)在接合后能够通过由执行器操作的插销(10)形状配合地彼此连接。
5.根据权利要求1所述的充电设备，其特征在于，所述第一充电模块(1)和所述第二充电模块(2)具有协同工作的居中装置(6,8)。
6.根据权利要求1所述的充电设备，其特征在于，所述第一充电模块具有两个销状的定位元件(5),这些定位元件分别具有一个开关或者一个力传感器。
7.根据权利要求1所述的充电设备，其特征在于，所述接触销(20)被构成为扁平插头。
8.根据权利要求1所述的充电设备，其特征在于，所述第二充电模块具有封闭所述第二充电模块(2)的外壳的保护盖(9),该保护盖在和第一充电模块(1)连接时通过所述第一充电模块(1)打开。
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