CN111032422A - 电池电动车辆的接触单元 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电力驱动车辆(特别是电动巴士等)快速充电系统的接触单元(25)，以及涉及接触装置和快速充电系统。快速充电系统包括充电接触装置和具有接触单元载体的接触装置。接触单元载体具有接触单元，充电接触装置的充电接触部与接触单元可电连接从而形成接触对。该接触装置包括定位装置，接触单元载体通过定位装置相对于充电接触装置可定位，使得在车辆和固定充电站之间形成导电连接。接触单元具有接触元件(34)，该接触元件在接触单元的接触元件导向部(39)中相对于接触单元载体在其纵向轴线(44)的方向上可移位，接触单元具有用于连接到车辆的连接引线(37)，其中连接引线附接到接触元件。

Description

电池电动车辆的接触单元
技术领域
本发明涉及电力驱动车辆(特别是电动巴士等)快速充电系统的接触单元，快速充电系统包括充电接触装置和具有接触单元载体的接触装置。接触单元载体具有接触单元，充电接触装置的充电接触部与接触单元可电连接从而形成接触对。该接触装置包括定位装置，接触单元载体通过定位装置相对于充电接触装置可定位，以这种方式从而在车辆和固定充电站之间可以形成导电连接。接触单元具有接触元件，该接触元件在接触单元的接触元件导向部上相对于接触单元载体在其纵向轴线的方向上可移位，接触单元具有用于连接到车辆的连接引线。
背景技术
从相关技术中得知这种类型的接触单元，并且这种接触单元通常用作接触装置的模块，用于在停车场或车站对电力驱动车辆进行快速充电。例如，在本地运输中使用的电力驱动车辆(诸如巴士)通过架空线路可以持续地提供电能。然而，这需要架空线路系统的存在和维护。为了能够在没有架空线路网络的情况下利用电力驱动的优势，众所周知，运输工具要装备电池或其他类型的储能装置。通过在运输工具在停车场停止期间对电池进行快速充电，可以确保运输工具的长久运行。
从相关技术中，已知了用于在停车场区域内的固定充电站和车辆或电动巴士之间建立导电连接的各种快速充电系统。例如，已知的具有接触条的集电器可以设置在电动巴士顶上，沿电动巴士行驶的方向纵向延伸的轨道悬挂在停车场区域内的道路上方。当电动巴士停在停车场时，集电器从巴士顶升起并靠着轨道移动，在停车场电动巴士的计划停止期间建立电连接，允许在这段时间快速充电。然而特别地，为了能够形成充电电路，需要两个相互独立的集电器和轨道上相应的接触部段。
此外，例如，可能需要用于控制线、接地或数据传输的接触元件。在这种情况下，集电器或快速充电系统的接触装置设置有多个接触元件，这些接触元件可以与相应数量的充电接触元件接触，这些充电接触元件设置在电动巴士的行驶方向上，并且例如可以由平行轨道形成。因此，可以形成更多数量的接触对。
由WO2015/01887A1可知一种快速充电系统，其中接触装置的匹配的接触单元载体与屋顶形充电接触装置相接触。接触单元载体由接触单元载体中的接触元件引导进入接触位置，接触单元载体能够沿着充电接触装置的屋顶形斜面滑动，以这种方式使接触单元载体在充电接触装置中居中。
每个接触元件是接触单元的一部分，该接触单元被永久地安装在接触单元载体上。每个接触单元包括接触元件导向部，各自的接触元件弹性地安装在该接触元件导向部中，并且接触元件在其纵向轴线方向上相对于接触单元载体可移位。因此，在接触单元载体和充电接触装置的连结或者由于载荷变化或巴士降低导致的巴士在停车场的倾斜期间，使得潜在的角偏移可以得到补偿，并且始终确保安全的接触建立。每个接触单元通过一根或更多根连接引线连接到车辆上。特别是，通过电缆接线头将连接引线旋拧到接触元件导向部。因此，例如，电流从充电接触装置的导电轨道传输到接触元件，并通过允许接触元件在接触元件导向部中移动的间隙，电流从接触元件传输到与连接引线连接的接触元件导向部。
接触脂和接触片或多板环用于建立从接触元件到接触元件导向部的可靠电流传输。这样的缺点是将接触单元载体暴露在诸如雪、雨、污垢和灰尘等环境条件下，尽管使用了环密封，但仍可能渗入接触元件，即接触元件处的间隙。在特定情况下，这可能会导致接触元件在接触元件导向部中被堵塞或楔住，从而使接触建立不可能，或导致建立不明确的接触序列，这伴随电弧危险。为防止在寒冷天气下发生故障，可在接触元件导向部处设置加热筒。此外，众所周知，为了有利地影响接触元件导向部区域中的过渡电阻，接触元件要镀银。如果接触单元发生故障，高电流将流经其他接触单元，这可能导致过热和整个快速充电系统的故障。因此，必须定期更换或维护接触单元，以确保可靠的接触建立。
发明内容
因此，本发明的目的是提出一种接触单元、包括接触单元的接触装置和快速充电系统，以允许运输工具的成本效益的运行和可靠的接触建立。
该目的是通过具有权利要求1特征的接触单元、具有权利要求16特征的接触装置和具有权利要求21特征的快速充电系统来实现的。
在根据本发明用于电力驱动车辆(特别是电动巴士等)的快速充电系统的接触单元中，快速充电系统包括充电接触装置和包括接触单元载体的接触装置，接触单元载体具有接触单元，充电接触装置的充电接触部与接触单元可电连接以形成接触对。接触装置包括定位装置，接触单元载体通过定位装置相对于充电接触装置可定位，以这种方式使得在车辆和固定充电站之间形成导电连接。接触单元具有接触元件，该接触元件在接触单元的接触元件导向部上相对于接触单元载体在其纵向轴线的方向上可移位，接触单元具有用于连接到车辆的连接引线，其中连接引线附接到接触元件。
相应地，接触元件弹性地安装在接触元件导向部上，并沿其纵向轴线可移位，接触元件基本上直接连接到连接引线，这意味着不再需要使用接触元件导向部和接触元件之间的间隙来传输电流。而且，连接引线与接触元件一起可移位。接触元件和接触元件导向部之间的间隙也可以足够大，以始终确保接触元件的移动性。而且，可以省略多板环、环密封和其他对移动性有不利影响的部件。可使用润滑脂或使接触元件易于移动的轴承，而不是导电脂或摩擦学塑料轴承。因此，不再需要加热筒，或者不再需要考虑由于通过间隙的过渡电阻导致的接触单元的加热。总的来说，用于检查和若需要用于更换接触单元的维修间隔可以大大延长，从而使运输工具运行更加具有成本效益。此外，接触元件极不可能堵塞，从而使快速充电系统更可靠地运行。
有利地，接触元件可以是螺栓形。在这种情况下，接触元件特别容易制造，并且例如，可以与充电接触装置的充电接触建立点接触。螺栓形接触元件在其接触端具有圆形边缘或是完全圆形的也是有利的。在这种情况下，接触元件可以沿着充电接触部移动，而不需要使充电接触部或接触元件承受任何重大机械损坏。可替代地，接触元件可以具有任何其他适合的形状。
此外，接触元件可以由铜制成和/或不镀银。铜特别适合用于导电部件，这就是为什么连接引线也可以由铜制成的原因。由于电流不再从接触元件的表面传输到接触元件导向部，因此可以完全省略接触元件的镀银，这基本上降低了接触元件的制造成本。
接触元件导向部可以实现为包围接触元件的导套。导套也很容易通过车削制造，这意味着接触元件导向部也能够以更简单、更具成本效益的方式制造。导套也可以是自润滑的，它可能具有螺钉螺纹，导套通过该螺钉螺纹可以拧入接触单元载体中，从而易于安装。因为没有电流通过导套释放，导套和接触元件之间可以形成相对宽松的间隙配合。另外，导套可能具有由适合材料制成的轴承衬套。因此，基本上可以选择任何材料用于导套。例如，导套可以由铝、塑料材料或其他介电材料制成，或者可以具有介电材料，特别是因为预期不会由于过渡电阻而导致接触单元过热。一个或更多个轴承衬套可以由具有良好滑动或密封特性的材料制成，例如聚四氟乙烯(PTFE)。
此外，接触单元的弹簧可以在接触元件上施加弹簧力。接触元件可以由简单的压缩弹簧(特别是螺旋弹簧)弹性地安装在接触元件或接触元件导向部内。因此，可以在弹簧预加载下建立与充电接触部的点接触。可以选择弹簧力，以便当接触元件不与充电接触部接触时，将接触元件从接触导向部移到前端位置。
接触单元可以包括连接引线和连接装置，连接装置可以连接接触元件和连接引线。在这种情况下，连接装置以这种方式构造，使得接触元件直接且立即经由连接装置连接到连接引线。这样可以确保电流从接触元件直接传输到连接引线，并且不会流过接触单元的其他部件。特别地，连接装置可以这种方式构造，使得连接引线以简单的方式与接触元件可附接。
连接装置可以具有连接元件，该连接元件可以形成套圈，此套圈可以通过塑性变形连接到连接引线的一端。在这种情况下，连接元件也可以通过卷压直接连接到接触元件，在这种情况下，连接引线在连接元件中终止。这意味着可以省略相关技术中已知的电缆接线头。与电缆接线头相比，连接元件可以传输更大的电流。套圈能够以连接元件上的套管的方式来实现，在这种情况下，通过将连接引线的一端插入套管并使用卷边工具卷压套管，来特别简单地安装连接引线。这样，连接引线也可以永久地连接到连接元件上。
连接元件和接触元件可以各自具有螺纹，螺纹旋拧到相互。例如，如果连接元件是销形的，可以在连接元件的一端形成螺纹，该螺纹通过简单地旋拧能够连接到接触元件的螺纹。这样，例如，当由于磨损而必须更换接触元件时，也可以简单地将接触元件与具有连接引线的连接元件分离。为了防止螺纹连接的不期望的松动，可以提供形状配合的螺纹锁。
此外，连接元件和接触元件可以各自具锥体，该锥体形成相互接触的接触表面。这样，例如，连接元件和接触元件也可以通过摩擦配合，或者相互进行大面积接触而相互连接。锥体也可以用于固定潜在存在的螺纹连接。特别地，可以创建确保连接元件和接触元件之间的良好导电连接的相对较大的接触表面。例如，连接元件的一端可以形成截头锥。
此外，连接元件可以胶合到接触元件。胶合连接特别容易制造，也可用于固定螺纹连接。例如，连接元件和接触元件的接触表面区域内可以形成使用导电粘合剂的胶合连接。因此，可以防止接触元件无意中从连接元件上松脱。
在另一实施例中，接触元件可以形成连接元件。在这种情况下，连接元件可以模压到接触元件上。特别地，接触元件可以与连接元件形成整体。在特别简单的实施例中，接触元件可以在与接触端相对的连接端处形成套管，即套圈，并且连接引线可以插入所述套管中以与接触元件连接。
可以在连接元件上形成肩部，该肩部限制接触元件相对于接触元件导向部的移动。例如，肩部可以是连接元件处的阶梯直径。肩部可以设计成与接触元件导向部接触，以这种方式使得接触元件不会无意地从接触元件导向部中脱落。这样，肩部可以限定接触元件的前端位置。
接触单元可以具有盖，形成用于肩部的挡块。该盖可以是接触元件导向部的盖，如果接触元件导向部是以导套的方式实现的，则盖可以封闭导套的一端。盖可以具有通道孔，通过该通道孔可以引导连接引线、接触元件或连接元件。在这种情况下，肩部可以与盖接触，从而在肩部和盖之间形成挡块。盖也可以通过螺纹旋拧到潜在存在的导套上，当盖打开时，允许接触元件容易地从导套上拆下。
当连接引线的直径至少为50mm2、优选为95mm2时，接触单元可以传输特别大的电流。从相关技术中已知的接触单元中，多条连接引线通过电缆接线头旋拧到接触元件导向部。由于连接引线与接触元件的附接不需要使用电缆接线头，因此可以通过连接引线传输更大的电流，这就是为什么可以选择这种尺寸的导体横截面。这样可以防止终端引线不希望的加热。
接触单元可以用这种方式构造，使得在750V的电压下可以通过接触单元传输500A到1000A、优选800A的电流。由此，经由接触单元可以传输375kW至750kW、优选600kW的功率。因此，用于连接到接触元件的单根连接引线就足够了。而且，由于更高的电流可以在更短的时间内传输，车辆可以更快地充电。如果适用，甚至可以减少接触单元载体上的接触单元的数量，从而使接触装置的制造更具成本效益。
根据本发明的接触装置具有根据本发明的接触单元。例如，接触装置还可以具有多个接触单元，用于不同相位、接地或数据传输。
定位装置可具有集电弓或杆，接触单元载体通过该集电弓或杆可以至少定位在相对于充电接触单元的垂直方向上，并且该接触单元可设置在车辆上或充电站上。在杆的情况下，可提供额外的连杆，其相对于充电接触装置稳定接触单元载体或使其在相应方向上对齐。制造集电弓或杆或相应的机械驱动是特别简单和具有成本效益的。此外，定位装置还可以具有横向导向部。可以通过该横向导向部将接触单元载体定位在相对于充电接触装置或车辆行驶方向的横向上。横向导向部可以设置在车辆上或在定位装置的集电弓或杆上。在这两种情况下，定位装置或设置在定位装置上的接触单元载体可以在车辆的行驶方向的横向上移位。这种移位允许横向于行驶方向补偿车辆在车站位置的不完美。而且，可以补偿由于用于人员进出而降低车辆一侧导致的潜在车辆运动，以这种方式使得接触单元载体相对于充电接触装置在横向方向上不能变动。接触装置可以设置在车顶上，例如，允许通过定位装置将接触单元载体从车顶移向充电接触装置并移回。可替代地，接触装置可以设置在充电站上，在这种情况下，可以将接触单元载体从停车场处的支撑(例如杆或桥)向具有充电接触部的车顶方向移动并移回。
至少两个接触元件相对于接触单元载体的表面能够以不同的高度突出。在建立至少两个每个接触元件和充电接触部之间的接触对期间，这允许确保接触对制造中限定的顺序。当接触单元载体和充电接触装置连结时，通过设计来始终保持接触序列并通过接触元件相对于接触单元载体表面的几何布置来确保接触序列。这样可以容易地防止无意的或错误的接触建立或接触对形成。
接触单元载体可以具有壳体，该壳体包括两个平行侧壁，平行侧壁由介电材料制成，两个侧壁可以通过连接桥相互连接，并且接触单元可以设置在连接桥上。例如，壳体可以由塑料材料制成，平行侧壁也可以由纤维增强的塑料材料制成。在这种情况下，侧壁的制造是特别简单和具有成本效益的，并且制造的侧壁特别稳定。壳体可以通过连接桥连接侧壁形成。例如，连接桥限定侧壁的相对距离，并可以旋拧到侧壁。连接桥也可以由塑料或金属制成，并且可以是简单的矩形条。在连接桥内可以形成通道洞，可以根据需要将接触单元插入或固定到通道洞中。如果侧壁由介电材料制成，则接触单元和连接桥不需要任何特殊的电气绝缘。
充电接触装置可以形成用于接触单元载体的接收开口，在这种情况下，接触单元载体可以插入充电接触装置的接收开口中。接收开口优选为V形。在接触单元载体和充电接触装置连结期间，如果接触单元载体与接收开口相对偏移，则接收开口的V形设计使接触单元载体居中。因此，接收开口形成用于接触单元载体的导向部，其可以补偿与在充电接触装置上的接触位置的偏移。
从依赖于权利要求1的权利要求看出，接触装置的其他有利实施例是显而易见的。
根据本发明的快速充电系统具有根据本发明的充电接触装置和接触装置。从依赖于权利要求16至20的权利要求看出，快速充电系统的有利实施例是显而易见的。
原则上，本发明适用于任何类型的电动车辆，该电动车辆是由电池驱动的，并且必须充电。
附图说明
下面将参照附图更详细地说明本发明的优选实施例。
图1是根据相关技术的接触单元载体的侧视图；
图2是接触单元的透视图；
图3是图2中接触单元的局部剖视图；
图4是图3中连接装置的剖视图；
图5是接触单元载体的透视图。
具体实施方式
图1显示了从相关技术中已知的接触单元载体10。接触单元载体10是接触装置(未示出)的一部分，设置在接触装置的定位装置上，允许接触单元载体10相对于充电接触装置(未示出)移位并与充电接触装置接触。接触单元载体10包括壳体11，该壳体11具有接触单元12、13和导向元件14，导向元件14用于将其附接到定位装置的横向导向部。接触单元12和13各自具有接触元件15、各自的接触元件导向部16和17以及连接引线18。连接引线由导体19形成，导体19具有电缆接线头20，分别将电缆接线头20旋拧到接触元件导向部16和17上，以建立电气连接接触。接触元件15在接触元件导向部16中在其纵向轴线21方向上可移位，该接触元件15突出于壳体11的表面22并且该接触元件15受到弹簧力。为了形成接触对，接触端23与充电接触装置的充电接触部接触，将接触元件15稍微推入接触元件导向部16中。电流分别从充电接触部传输至接触元件15，并且从那里传输至接触元件导向部16和17，而后者又连接到连接引线18。特别地，两个连接引线18附接到接触元件导向部17，以便能够通过连接引线18释放大电流。
图2至图5的组合视图显示了接触单元载体24的各种视图，该接触单元载体24具有接触单元25、26。接触单元载体24还具有导向元件27，该导向元件27用于在接触装置的定位装置的横向导向部(未示出)上固定和导向接触单元载体24。接触单元载体24具有壳体28，该壳体28包括两个由纤维增强塑料制成的平行侧壁29。侧壁29通过连接桥30、31、32相互连接、用于接收和固定接触单元25和26的通道洞33分别形成在连接桥30和31中。接触单元25、26的接触元件34突出于壳体28的表面35，以这种方式使得接触元件34能够与充电接触装置的充电接触部(未示出)电接触。
图2至图4中示出的接触单元25包括连接引线36、电缆接线头38、接触元件34和接触元件导向部39，连接引线36具有隔离导体37，电缆接线头38用于将接触单元25电连接于车辆。接触元件导向部39包括导套40、盖42和弹簧43，导套40具有轴承衬套41、42。接触元件35在导套40内沿其纵向轴线44的方向可移位。接触元件34的接触端45是完全圆形的。接触元件34的连接端46具有凹槽47，弹簧34插入该凹槽47中。盖42旋拧到导套40上，将导套40封闭。弹簧43设置在盖42和连接端46之间，弹簧43能够在接触元件34上施加弹簧力。此外，在导套40的外表面48中形成螺纹49，将导套40通过螺纹49旋拧道通道洞33中从而附接到连接桥31。导套40上的套环50用于限定导套40的安装位置。
此外，接触单元25包括旋拧入接触元件34的连接元件51。相应地，连接元件51具有螺纹52、锥体53和套圈54，该套圈54通过卷压连接55连接到导体37的一端56。套圈54由连接元件51中的洞57形成。将一端56剥开并插入洞57中，并通过卷边工具(未显示)夹紧到套圈54。收缩管59覆盖绝缘58和卷压连接55。
此外，在连接元件51上形成肩部60，肩部60形成具有盖42的挡块61，从而限定了接触元件34相对于表面35的位置。引导连接元件51穿过盖42中的通道洞62，并将连接元件51在螺纹52处旋拧入接触元件34中。锥体53形成接触表面63，该接触表面63用于与接触元件34的内锥体64接触。为了防止连接元件51离开接触元件34，可以通过粘合剂提供锁。尤其是，卷压连接55、接触表面63和螺纹52允许相对较高的电流从接触元件34传输到导体37中，从相关技术中已知的接触中断是不可能的。同时，因为可以在接触元件34和导套40之间形成适合的间隙配合，其不再用于传输电流，所以可以防止接触元件34楔入接触元件导向部39中。进一步地，可以省略接触元件的镀银。此外，因为现在可以使用更大横截面的连接引线36，可以减少连接引线36的数量。

Claims (21)

1.一种用于电力驱动车辆快速充电系统的接触单元(25、26)，电力驱动车辆特别是电动巴士等，快速充电系统包括充电接触装置和具有接触单元载体(24)的接触装置，接触单元载体具有接触单元，充电接触装置的充电接触部与接触单元可电连接从而形成接触对，接触装置包括定位装置，接触单元载体通过定位装置相对于充电接触装置可定位，以这种方式使得在车辆和固定充电站之间形成导电连接，接触单元具有接触元件(34)，接触元件在接触单元的接触元件导向部(39)上相对于接触单元载体在其纵向轴线(44)的方向上可移位，接触单元具有用于连接到车辆的连接引线(36)，其特征在于：
连接引线附接到接触元件。
2.根据权利要求1所述的接触单元，其特征在于，接触元件(34)为螺栓形。
3.根据权利要求1或2所述的接触单元，其特征在于，接触元件(34)由铜制成和/或未镀银。
4.根据上述权利要求中任一项所述的接触单元，其特征在于，接触元件导向部(39)实现为围绕接触元件(34)的导套(40)。
5.根据上述权利要求中任一项所述的接触单元，其特征在于，接触单元(25、26)的弹簧(43)在接触元件(34)上施加弹簧力。
6.根据上述权利要求中任一项所述的接触单元，其特征在于，接触单元(25、26)包括连接引线(36)和连接装置，连接装置连接接触元件(34)和连接引线。
7.根据上述权利要求中任一项所述的接触单元，其特征在于，连接装置具有连接元件(51)，连接元件通过塑性变形形成与连接引线(36)的一端(56)连接的套圈(54)。
8.根据权利要求7所述的接触单元，其特征在于，连接元件(51)和接触元件(34)各自具有螺纹(52)，螺纹(52)相互旋拧。
9.根据权利要求7或8所述的接触单元，其特征在于，连接元件(51)和接触元件(34)各自具有锥体(53、64)，锥体(53、64)形成相互接触的接触表面(63)。
10.根据权利要求7至9中任一项所述的接触单元，其特征在于，连接元件(51)胶合到接触元件(34)。
11.根据权利要求7所述的接触单元，其特征在于，接触元件形成连接元件。
12.根据权利要求7至11中任一项所述的接触单元，其特征在于，在连接元件(51)上形成肩部(60)，肩部(60)限制接触元件(34)相对于接触元件导向部(39)的移动。
13.根据权利要求12所述的接触单元，其特征在于，接触单元(25、26)具有盖(42)，盖(42)形成用于肩部(60)的挡块(61)。
14.根据上述权利要求中任一项所述的接触单元，其特征在于，连接引线(36)的导体横截面至少有50mm2，优选为95mm2。
15.根据上述权利要求中任一项所述的接触单元，其特征在于，接触单元(25、26)构造为使得在750V的电压下，通过接触单元传输的电流为500A至1000A、优选为800A。
16.一种接触装置，包括根据上述权利要求中任一项所述的接触单元(25、26)。
17.根据上述权利要求任一项所述的接触装置，其特征在于，定位装置具有集电弓或杆，接触单元载体(24)通过集电弓或杆至少在相对于充电接触单元的垂直方向上可定位，接触装置在车辆或充电站上可设置。
18.根据权利要求16或17所述的接触装置，其特征在于，至少两个接触元件(34)相对于接触单元载体(24)的表面(35)以不同的高度突出。
19.根据权利要求16至18中任一项所述的接触装置，其特征在于，接触单元载体(24)具有壳体(28)，壳体(28)包括两个平行侧壁(29)，侧壁(29)由介电材料制成，侧壁通过连接桥(30、31、32)相互连接，接触单元(25，26)设置在连接桥上。
20.根据权利要求16至19中任一项所述的接触装置，其特征在于，充电接触装置形成用于接触单元载体(24)的接收开口，接触单元载体可插入充电接触装置的接收开口中。
21.一种快速充电系统，包括根据权利要求16至20中任一项所述的充电接触装置和接触装置。
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