CN108883710B - 用于在车辆和电源之间建立电连接的接触系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种接触系统(1；16；22)，其用于在车辆和电源(11)之间建立电连接，电源(11)具有用于给车辆充电的第一电极和第二电极，次级接触表面(5、6；18；19)被安装为由第二绝缘表面(14；20；27)围绕，其中，所述第二绝缘表面(14；20；27)具有至少一个最小宽度(W1、W2；W3、W4)，其比所接触的初级接触表面(8；23)中的一个在相同方向(X、Y、Z)上的外围尺寸更大。

Description

用于在车辆和电源之间建立电连接的接触系统
技术领域
本发明涉及一种用于在车辆和电源之间建立电连接的接触系统，车辆具有用于给车辆充电的第一端子和第二端子，接触系统包括：初级传输元件，其具有以结构化方式布置的多个初级接触表面，多个初级接触表面彼此绝缘且每个都具有外轮廓；次级传输元件，其具有用于接触第一端子的至少一个第一次级接触表面和用于接触第二端子的至少一个第二次级接触表面，其中，次级接触表面彼此电绝缘；控制装置，其被设计用于确定与第一次级接触表面接触的第一初级接触表面，并且被设计用于确定与第二次级接触表面接触的第二初级接触表面，并且被设计用于通过第一初级接触表面和第一次级接触表面建立电连接，以向车辆提供能源，并且被设计用于经由第二初级接触表面和第二次级接触表面在电源的第二端和车辆的第二端子之间建立电连接。
背景技术
这种接触系统从文献US8,307,967 B2中已知，其公开了一种具有次级传输元件的车辆和嵌入停车位的路面中的初级传输元件。当由电动机驱动的车辆停放在停车位中时，一机构将次级传输元件降低到初级传输元件上，由此，电流可以通过传输元件的接触表面流动以给车辆的电源充电。
嵌入停车位的路面中的初级传输元件由两排彼此电绝缘的圆形的初级接触表面形成，其被布置为矩形或网格的形状。控制装置被分配给初级传输元件，该装置一方面连接到每个初级接触表面，另一方面连接到在12到24伏范围内的低压电源的正极端子和负极端子。借助于控制装置，每个当前已切换至无电位的初级接触表面都可以连接到正极端子或负极端子。
在US8,307,967 B2中公开的车辆上的第二传输元件具有一排方形的次级接触表面，其中，所选择的接触表面的尺寸使得传输元件的接触表面不会通过其他传输元件的接触表面产生短路。在将次级传输元件机械地降低到初级传输元件上之后，控制装置确定哪个初级接触表面和次级接触表面电接触，并且然后将初级传输元件的适当的初级接触表面连接到低压电源的正极端子，并且将适当的次级传输元件的次级接触表面连接到低压电源的负极端子，使得车辆的电源被充电。
在已知的接触系统的情形下，已经被证明不利的是，在低压电源下，充电过程会持续相对长的时间，这就是为什么在停车持续时间例如只有1小时的情形下，车辆的电源没有完全充电的原因。出于安全原因，使用正极和负极端子之间的低压范围以上的电压是不可行的，因为否则如果人在充电过程中伸至车辆下方并且触碰到接触表面，则可能导致触电。
发明内容
本发明是基于如下的目的：创造一种接触系统，其中可以减少在车辆中对电源进行完全充电所用的充电时长，同时必须保证所需的安全性。根据本发明，其目的是通过一种接触系统来实现的，该接触系统中设置有围绕次级接触表面的第二绝缘表面，该第二绝缘表面具有可选地与方向相关的至少一个最小宽度，其比所接触的初级接触表面中的一个的轮廓在相同方向上的尺寸更大。
由此确保了由于初级接触表面与次级接触表面进行电接触而通过控制装置从无电位状态中切换且连接到正极端子或负极端子的初级接触表面被第二绝缘表面可靠地覆盖。由此获得的优点是，不存在有人可以例如用手指触摸到与正极端子或负极端子连接的接触表面的风险。由于确保了这一点，因此也可以在初级接触表面的正极端子和负极端子之间施加具有60伏或更高电压的电压源，由此可以用更高的电流以更短的充电时间给车辆的电源充电。
初级接触表面的外轮廓可以不与方向相关，如同在例如圆形的初级接触表面的情形下。然而，所述初级接触表面的外轮廓也可以与方向相关，如同在初级接触表面的例如六边形或椭圆形轮廓的情形下。
可以选择用于遮蔽带电端以避免其被人触碰的第二绝缘表面的宽度，使得该宽度对于初级接触表面的不与方向相关的轮廓和与方向相关的轮廓来讲总是足够宽。根据本发明，这一点是在第二绝缘表面的宽度被选择成比围绕初级接触表面的最大外轮廓的圆周更宽时实现的。由此获得的优点是，次级传输元件可以以不与方向相关的方式降低到初级传输元件上以进行接触。
然而，根据本发明的另一个实施例，第二绝缘表面的宽度也可以以与方向相关的方式来选择，使得其仅比所接触的初级接触表面在相同方向上的宽度略微更宽。然而，在这种情况下，必须提供定位装置，该定位装置确保了次级传输元件下降到与其对齐的初级传输元件上以进行接触。由此获得的优点是，所述次级传输元件可以被设计得特别小，这有利于将其集成到车辆中。
下面将参考附图更详细地解释根据本发明的用于在车辆和用于为车辆充电的电源之间建立电连接的接触系统的其他的有利实施例。
附图说明
图1示出了根据本发明的接触系统的第一实施例，其中次级传输元件的第二次级接触表面完全包围第一次级接触表面。
图2A以放大图示出了根据图1的初级传输元件的初级接触表面。
图2B示出了根据图1的次级传输元件的次级接触表面。
图3示出了根据图1的以网格形状布置的初级传输元件的初级接触表面。
图4示出了根据本发明的接触系统的第二实施例，其中第一次级接触表面和第二次级接触表面被设计为圆的一部分并被绝缘表面包围。
图5示出了根据本发明的接触系统的第三实施例的初级传输元件和次级传输元件，其中初级接触表面的外轮廓和次级传输元件的第二绝缘表面的宽度以方向相关的方式在宽度方面存在不同。
图6以放大图示出了根据图5的初级传输元件的初级接触表面。
具体实施方式
图1至3示出了接触系统1的第一实施例，所述接触系统1用于在车辆和电源之间建立电连接，电源具有用于给车辆充电的正极端子和负极端子。仅示出了车辆的电池2、充电电路3和次级传输元件4，通过它们向车辆供电以给电池2充电。图2B中示出了次级传输元件4的经由充电电路3与电池2的正极端子连接的第一次级接触表面5以及经由充电电路3与电池2的负极端子连接的第二次级接触表面6。
如图3所示，接触系统1还具有嵌入或安装在停车位的路面上的初级传输元件7，其具有多个初级接触表面8，所述初级接触表面8具有均匀的六边形外轮廓，并且以结构化的方式、特别是以网格形状布置，且彼此电绝缘。具有直径D的圆周确定初级接触表面8的外轮廓。
接触系统1还具有控制装置9，所述控制装置9连接到每个初级接触表面8。为了更清楚起见，图1中仅示出了这些连接线10中的一部分。控制装置9还连接到电压源11，该电压源11连接到例如380伏的本地电网，并且使得在正极端子和负极端子之间可获得60伏、120伏、200伏或更高的直流电压。控制装置9被设计为确定与第一次级接触表面5接触的第一初级接触表面12，并被设计为确定与第二次级接触表面6接触的第二初级接触表面13。在确定第一初级接触表面12和第二初级接触表面13后，控制装置9被设计为在电压源11的正极端子和第一初级接触表面12之间建立电连接，并且在电压源11的负极端子与第二初级接触表面13之间建立电连接。因此，在电压源11的正极端子和负极端子以及车辆中的充电电路3的正极端子和负极端子之间建立电连接，充电电路由此将提供给它的60伏或更高的电压转换成车辆所需的400伏的电压。
接触系统1的次级传输元件4现在具有第二绝缘表面14，其围绕次级接触表面6且具有宽度B，宽度B具有至少一个最小宽度，该最小宽度与围绕初级接触表面8之一的外轮廓的圆周的直径D相应。由此确保与负极端子连接的第二初级接触表面13都无法用人的手指接触。为了进一步提高安全性，第二绝缘表面14可以具有超过最小宽度的宽度B，以使第二初级接触表面13也能够不再与在初级传输元件7与次级传输元件4之间被推动的金属杆接触。然而，只要第二绝缘表面14至少具有最小宽度，就可以在任何情况下保证安全性。由此获得的优点是，尽管60伏或更高的高直流电压以及相应的高充电电流，但仍保证了所需的安全性以及相应的车辆电池2的短充电周期。
在图2A中放大示出了初级接触表面8中的一个。初级接触表面8的外轮廓具有沿X方向的尺寸，其指定第二绝缘表面的与方向相关的最小宽度W1。初级接触表面8的外轮廓具有沿Y方向的尺寸，其指定第二绝缘表面的与方向相关的最小宽度W2，该最小宽度W2与直径D相对应。根据第一示例，第二绝缘表面14具有宽度B，其中B>W1且B>W2。由此获得的优点是，次级传输元件4可以以任何期望的对准方式降低到初级传输元件7上以进行接触。
在根据本发明第一实施例的接触系统1中，第二次级接触表面6完全包围第一次级接触表面5，这就是为什么第一次级接触表面5还被第二绝缘表面14完全包围的原因。因此，还有利地通过第二绝缘表面14确保第一次级接触表面5也无法用使用者的手指接触。
当第一次级接触表面5被布置在第二次级接触表面6的中心处时以及当第二次级接触表面6和第二绝缘表面14形成围绕第一次级接触表面5的同心圆时，提供了特别有利的实施例。由此，特别有效地遮蔽了第一次级接触表面5。
此外特别有利的是，第一绝缘表面15在第一次级接触表面5和第二次级接触表面6之间布置成围绕第一次级接触表面5的同心圆，其中具有宽度B的第一绝缘表面15同样至少具有最小宽度W2。由此保证了第一次级接触表面5与第二次级接触表面6之间的电绝缘，这对于60伏或更高的电压来讲是必需的，并且还实现了特别有效地保护第一次级接触表面5，使其免受人们不必要的触碰。
此外，还证明了以六边形形成初级接触表面8是有利的。与现有技术中已知的圆形的初级接触表面相比，这使得能够形成具有较大表面积的特别大的初级接触表面8，以在不破坏接触表面8的情形下传输强充电电流。诸如矩形、八边形、椭圆形或三角形的其他形状的初级接触表面同样是可能的。
控制装置9有利地形成为将既未被确定为第一初级接触表面12且也未被确定为第二初级接触表面13的所有初级接触表面8切换至无电位。由此确保了初级传输元件7的所有并非必需传输电力以便为车辆充电的初级接触表面12和13可以被人触碰而不会导致接触系统1的触电或短路。
图4示出了根据本发明的接触系统16的第二实施例，其中仅次级传输元件17的接触表面不同地形成。次级传输元件17具有第一次级接触表面18和第二次级接触表面19，其都被设计成圆形的一部分。两个次级接触表面18和19都被绝缘表面20包围，绝缘表面20形成第一和第二绝缘表面。有利地，绝缘表面20在次级接触表面18和19之间(与第一绝缘表面相应)并且围绕次级接触表面18和19(与第二绝缘表面相应)还具有宽度B，该宽度比最小宽度W2和围绕初级接触表面8的外轮廓的圆周的直径D更大。因此，在根据第二实施例的接触系统16中，在初级传输元件7与次级传输元件17的不与方向相关的接触的情形下，还提供了所需的安全性以实现利用高直流电压的短充电周期。
图5示出了根据本发明的接触系统22的第三实施例的初级传输元件21，其中初级接触表面23的外轮廓是椭圆形的并且因此与方向相关。次级传输元件24具有第一次级接触表面25和第二次级接触表面26，它们通过第二绝缘表面27与外部电绝缘，并且通过第一绝缘表面28彼此电绝缘。根据本发明，第二绝缘表面27必须以与方向相关的方式仅具有比所接触的初级接触表面23的轮廓在相同方向上的尺寸更大的最小宽度。
图6以放大图示出了接触系统22的初级接触表面23。在方向X上，初级接触表面23的轮廓具有与方向X上的最小宽度W3相应的尺寸。在方向Y上，初级接触表面23的轮廓具有与方向Y上的最小宽度W4相应的尺寸。为了形成特别狭窄的次级传输元件24，当初级和次级接触表面彼此接触时，第二绝缘表面27具有宽度B1。由于初级接触表面23在方向Y上的尺寸较大：B2>W4并且B1>W3适用。在相对于方向X和方向Y倾斜例如45度的方向Z上，第二绝缘表面27的宽度比初级接触表面23在相同的方向Z上的尺寸更大。由此获得的优点是，次级传输元件24可以形成为特别狭窄，以便能够将其很好地集成到车辆中。
根据本发明的第三实施例的接触系统22现在具有定位装置，以确保次级传输元件24以与方向相关的方式(即基本上与在图5和6中示出的方向X和Y相应地)定位在初级传输元件21上。定位装置可以通过传感器、具有图像识别功能的摄像机或通过机械装置形成，其中，本领域技术人员了解更多的可能性。已经通过停车位装置提供了粗略的对准，这就是为什么也可以通过在路面中的侧方隆起件(elevation)将定位装置提供至停车位左侧和右侧，这确保了车辆只能沿这个方向停靠。
可以提到的是，80、100或400伏的直流电压以及类似电压范围的交流电压也可以施加至具有第二绝缘表面的传输元件的接触表面。还可以形成具有第二绝缘表面的用于多于两个的端子的接触表面，其结果是能够传输例如三相交流电流。具有不同电压幅度或频率的其他交流电压可以经由另外的次级接触表面来传输。同样地，例如关于车辆的充电状态的数据的传输可以经由另外的次级接触表面来实现。也可以在车辆上提供初级传输装置，并且可以在停车位的路面中提供次级传输装置。绝缘表面可以由本领域技术人员诸如塑料或陶瓷的已知材料形成。

Claims (14)

1.一种用于在车辆和电源(11)之间建立电连接的接触系统(1；16；22)，所述电源(11)具有用于给所述车辆充电的第一端子和第二端子，所述接触系统(1；16；22)包括：
初级传输元件(7；21)，所述初级传输元件(7；21)具有以结构化方式布置的多个初级接触表面(8；23)，多个所述初级接触表面(8；23)彼此电绝缘并且各自都具有外轮廓；
次级传输元件(4；17、24)，所述次级传输元件(4；17、24)具有用于接触所述第一端子的至少一个第一次级接触表面(5；18；25)以及用于接触所述第二端子的至少一个第二次级接触表面(6；19；26)，其中，所述第一次级接触表面(5；18；25)和所述第二次级接触表面(6；19；26)彼此电绝缘；以及
控制装置(9)，所述控制装置(9)被设计用于确定与所述第一次级接触表面(5)接触的第一初级接触表面(12)，且被设计用于确定与所述第二次级接触表面(6)接触的第二初级接触表面(13)，且被设计用于经由所述第一初级接触表面(12)和所述第一次级接触表面(5；18)在所述电源(11)的所述第一端子和所述车辆的第一端之间建立电连接，且被设计用于经由所述第二初级接触表面(13)和所述第二次级接触表面(6；19)而建立电连接，以用于向所述车辆提供能量，
其特征在于：
设置围绕所述第一次级接触表面(5；18；25)和所述第二次级接触表面(6；19；26)的第二绝缘表面(14；20；27)，所述第二绝缘表面(14；20；27)具有至少一个最小宽度(W1、W2；W3、W4)，所述最小宽度(W1、W2；W3、W4)比所接触的初级接触表面(8；23)中的一个的轮廓在相同方向(X、Y、Z)上的尺寸更大。
2.根据权利要求1所述的接触系统(1；16)，其特征在于，所述第二绝缘表面(14)具有比围绕所接触的初级接触表面(8；23)中的一个的最大外轮廓的圆周的直径(D)更大的至少一个最小宽度。
3.根据权利要求1或2所述的接触系统(1)，其特征在于，所述第二次级接触表面(6)完全包围所述第一次级接触表面(5)，并且所述第二绝缘表面(14)完全包围所述第二次级接触表面(6)。
4.根据权利要求3所述的接触系统(1)，其特征在于，所述第一次级接触表面(5)被布置在所述第二次级接触表面(6)的中心，并且所述第二次级接触表面(6)和所述第二绝缘表面(14)形成围绕所述第一次级接触表面(5)的同心圆。
5.根据权利要求4所述的接触系统(1)，其特征在于，第一绝缘表面(15)在所述第一次级接触表面(5)和所述第二次级接触表面(6)之间布置成围绕所述第一次级接触表面(5)的同心圆，其中，所述第一绝缘表面(15)同样至少具有所述最小宽度(W1、W2)。
6.根据权利要求1或2所述的接触系统(1；16)，其特征在于，所述初级接触表面(8)由六边形形成。
7.根据权利要求1或2所述的接触系统(1；16；22)，其特征在于，所述初级接触表面(8；23)被布置成网格形状。
8.根据权利要求1或2所述的接触系统(1；16；22)，其特征在于，在所述第一端子和所述第二端子之间存在超过60伏的电压。
9.根据权利要求1或2所述的接触系统(1；16；22)，其特征在于，所述控制装置(9)被形成为将既未被所述控制装置(9)确定为所述第一初级接触表面(12)且也未被所述控制装置(9)确定为所述第二初级接触表面(13)的所有初级接触表面(8；23)切换至无电位。
10.根据权利要求1或2所述的接触系统(1；16；22)，其特征在于，所述初级传输元件(7；21)设置在停车位的路面上，并且所述次级传输元件(4；17)设置在所述车辆中，使得所述次级传输元件(4；17)能够被降低和升高以接触所述初级传输元件(7；21)。
11.根据权利要求1或2所述的接触系统(22)，其特征在于，设置有定位装置，所述定位装置被设计用于将所述次级传输元件(24)与方向相关地定位在所述初级传输元件(21)上，并且所述第二绝缘表面(27)的最小宽度(W3、W4)根据方向而不同。
12.根据权利要求11所述的接触系统(22)，其特征在于，所述初级接触表面(23)的外轮廓与方向相关，并且如果通过所述定位装置将所述第一次级接触表面(25)和所述第二次级接触表面(26)定位在所述初级接触表面(23)上，则所述第二绝缘表面(27)的所述最小宽度(W3、W4)至少以与方向相关的方式与所述初级接触表面(23)在相同方向(X、Y、Z)上的宽度相对应。
13.根据权利要求12所述的接触系统(22)，其特征在于，所述初级接触表面(23)的外轮廓是椭圆形的。
14.根据权利要求1所述的接触系统(1；16；22)，其特征在于，所述至少一个最小宽度(W1、W2；W3、W4)是与方向相关的。
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