CN113613939A - 用于对电动交通工具充电的充电布置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及充电布置，所述充电布置包括电动交通工具（1）以及充电装置（2），所述充电装置（2）配置用于利用电能对电动交通工具（1）充电，由此所述电动交通工具（1）包括第一充电连接器（5），以及所述充电装置（2）包括：第二充电连接器（7），所述第二充电连接器（7）配置用于与第一充电连接器（5）；双稳定机械部件（9），所述第二充电连接器（7）附于所述双稳定机械部件（9），并且所述双稳定机械部件（9）配置用于将第二充电连接器（7）保持在两个稳定平衡位置中，由此在一个稳定平衡位置中，所述第二充电连接器（7）连接到第一充电连接器（5）以及在另一个稳定平衡位置中，所述第二充电连接器（7）没有连接到第一充电连接器（5）；以及致动装置（11），所述致动装置（11）配置用于在两个稳定平衡位置之间移动第二充电连接器（7）。

Description

用于对电动交通工具充电的充电布置和方法
技术领域
本发明涉及充电布置，其包括电动交通工具和充电装置，其配置用于利用电能对电动交通工具充电，由此电动交通工具包括第一充电连接器，以及充电装置包括配置用于与第一充电连接器连接的第二充电连接器。本发明还涉及用于对电动交通工具充电的方法，包括配置用于利用电能对电动交通工具充电的充电装置，充电装置包括第二充电连接器，其配置用于与电动交通工具的第一充电连接器连接。
背景技术
在US中和在欧洲联盟EU中，电交通工具EV直流DC快速充电的系统和方法常常根据IEC 61851-23和SAE J1772标准使用所谓的组合充电系统CCS协议以用于对电动交通工具充电。随着充电电流增加，用于将电交通工具供应设备EVSE经由充电连接器与电动交通工具连接的液冷式充电缆线正变得更常用。高功率充电需要能够在1000V的电压下承载500A电流的充电缆线。液冷允许充电缆线内的导体变得更细，并且由此更容易使用，因为由于高充电电流和充电缆线内部电阻引起的过多的热量被注意（take care of）。
液冷式充电缆线的缺点在于充电缆线变得非常硬且重。另外，这样的高功率液冷式充电缆线的重量正在增加，并且对于普通人正变得太重而不能操纵（handle）。除此之外，充电连接器还是脆弱组件，其如果掉落或不正确地操纵则容易损坏，并且液冷式充电缆线仅提供到那些功率电平的有限的延伸。因此，诸如雄克（schunk）系统之类的机器人系统已经被开发以用于克服这些缺点。然而，这样的机器人系统是昂贵的以及对于人类太靠近于这样的机器人臂是潜在危险的。
发明内容
因此，本发明的目的是要提供用于利用电能用户友好地和灵活地对电动交通工具充电的充电布置以及方法。
由独立权利要求的特征解决本发明的目的。优选的实施例在从属权利要求中详述。
因此，由包括电动交通工具以及充电装置的充电布置来解决目的，充电装置配置用于利用电能对电动交通工具充电，由此
电动交通工具包括第一充电连接器，以及充电装置包括
第二充电连接器，所述第二充电连接器配置用于与第一充电连接器连接，
双稳定机械部件（mechanics），所述第二充电连接器附于双稳定机械部件，以及所述双稳定机械部件配置用于将第二连接器保持在两个稳定平衡位置中，由此在一个稳定平衡位置中，第二充电连接器连接到第一充电连接器，以及在另一个稳定平衡位置中，第二充电连接器不连接到第一充电连接器，以及
致动装置，所述致动装置配置用于在两个稳定平衡位置之间移动第二连接器。
还通过下列来解决目的：用于对电动交通工具充电的方法，包括配置用于利用电能对电动交通工具充电的充电装置，
充电装置包括
第二充电连接器，所述第二充电连接器配置用于与电动交通工具的第一充电连接器连接，以及
双稳定机械部件，所述第二充电连接器附于双稳定机械部件，并且双稳定机械部件配置用于将第二连接器保持在两个稳定平衡位置中，并且所述方法包括下列步骤：
在两个稳定平衡位置之间移动第二连接器，由此在一个稳定平衡位置中，第二充电连接器连接到第一充电连接器，以及在另一个稳定平衡位置中，第二充电连接器不连接到第一充电连接器。
因此，本发明的关键点是要提供用于电动交通工具的自动连接系统，所述自动连接系统由低复杂性表征以及可以以低成本实现，特别是如果与机器人臂、其他机器人机械或雄克系统相比的话。术语自动连接系统将相对于本申请理解为在传导充电接口和充电器之间允许几乎自动地建立电连接的手段。所提议的解决方案提供仅包括很少移动部分的廉价连接的可能性。所提议的充电装置可以完全自动地致动以用于连接到电动交通工具或由普通技术人员没有困难地操纵。此外，所提议的解决方案在没有除停放电动交通工具之外的任何附加步骤的情况下是可用的，停放电动交通工具还可以在自动驾驶汽车的情况下自动完成。除此之外，电动交通工具中的高功率布线可以保持更短并且因此相比于现有技术解决方案更廉价。总之，所提议的技术方案提供针对从现有技术中已知的昂贵和复杂的雄克系统的可靠备选方案。
用于利用电能对电动交通工具充电，电动交通工具可以在充电装置上方驾驶，充电装置优选地布置在地面上。充电装置优选地定尺寸，使得当具有第二充电装置的双稳定机械部件在另一个平衡位置中时，电动交通工具可以在没有触碰充电装置的情况下在充电装置上方驾驶。一旦电动交通工具已经停止在充电装置上方，迄今为止已经优选地接近于地面停留（rest）的第二充电连接器就竖直向上移动到一个稳定平衡位置中，由此建立与第一充电连接器的电连接。以这种方式，致动装置用于在另一个平衡位置到一个平衡位置之间‘切换’双稳定机械部件。一旦被连接，第二充电连接器可以进一步竖直向上移动，以用于提高充电连接器之间的接触力。以类似的方式，第二充电连接器可以通过竖直向下移动第二充电连接器从第一充电连接器断开，使得双稳定机械部件从一个平衡位置‘切换’到另一个平衡位置中。在两个平衡位置中，由于双稳定机械部件，第二充电连接器稳固地保持在相应的位置中。
第一充电连接器和/或第二连接器优选地作为插头或插座提供，和/或配置用于63A、80A、125A或更大的AC或DC的充电电流。两个稳定平衡位置优选地彼此远离大于10、20或30cm。不连接到第一充电连接器将理解，第二充电连接器不插入到第一充电连接器中。在将第二充电连接器优选地保持在两个竖直远离的位置中的同时，双稳定机械部件可以以不同的方式提供。在一个稳定位置中，电动交通工具可以利用电能充电。
充电装置优选地作为电交通工具供应设备EVSE和/或电交通工具供应设备EVSE的一部分提供，以用于根据IEC 61851-23和/或SAE J1772按照所称的组合充电系统CCS协议来对电动交通工具充电。组合充电系统CCS协议是用于经由源自SAE J1772标准（IEC类型1）的充电连接器或IEC类型2连接器递送高电压直流对电交通工具充电的快速充电方法。支持CCS的汽车制造包括捷豹、大众、通用汽车、BMW、戴姆勒、福特、FCA、特斯拉和现代。CSS标准由所谓的CharIN联盟来控制。此外，诸如，例如CHAdeMO（作为CHArge de Move的缩写）或GB/T之类的其它协议（尤其根据20234.3-2011标准）也可与所提议的系统和/或方法一起使用。。
根据充电布置或方法的优选的实现，充电装置布置在地面上，以及第一充电连接器布置在电动交通工具下面。第一充电连接器的充电接触部优选地以竖直方式向地面延伸，使得第二充电连接器可以由双稳定机械部件通过竖直向上移动来连接。第一充电连接器可以包括用于抵挡污物等的覆盖物，所述覆盖物需要打开以用于连接第二充电连接器。机动化手段可以提出，以用于打开和关闭覆盖物。
在充电布置或方法的另一个优选的实现中，致动装置作为线性马达提供或由线性马达致动第二连接器的移动。马达优选地以半固定方式连接到第二充电连接器和/或双稳定机械部件，使得第二充电连接器相对于第二充电连接器的在竖直方向上的移动在预定的距离之内是可能的。这样的连接优选地通过延长孔实现和/或在向上和向下移动的同时允许双稳定机械部件在其稳定平衡位置之间‘翻转（flip）’。致动装置优选地提供以用于竖直向上和向下移动第二充电连接器。
在充电布置或方法的另外的优选的实现中，双稳定机械部件包括至少一个臂和/或弹簧承载臂，其采用一端附于第二充电连接器。臂优选地在地面和第二充电连接器之间相对于地面、在稳定平衡位置中、以30°和45°之间的角度延伸。臂可以包括金属。
在另一个优选的实现中，充电布置或方法包括两个弹簧承载臂，所述两个弹簧承载臂各自采用一端附于第二充电连接器的相反侧，其中另一端附于地面。优选地，致动装置布置在两个臂之间的中间。
在充电布置或方法的另外的优选的实现中，在侧视图中，第一充电连接器包括漏斗状或三角形状的形状以及第二充电连接器包括对应的形状。优选地，第一充电连接器和/或第二充电连接器的漏斗状或三角形状成形区域包括具有鱼骨结构以用于更好地将第二充电连接器与第一充电连接器对齐的脊（ridge）。具有鱼骨结构、优选地向漏斗的中心对齐的脊当连接到第二充电连接器时有利地提供到第一充电连接器的引导。
在充电布置或方法的另一个优选的实现中，只有当电动交通工具与充电装置对齐时，第二充电连接器才移动以便与第一充电连接器连接。以这种方式，可以防止第二充电连接器和/或双稳定机械部件的损坏。
在充电布置或方法的另外的优选的实现中，电动交通工具和/或充电装置包括Wi-Fi装置、照相装置、雷达和/或辅助线圈，其配置用于检测电动交通工具是否与充电装置对齐。Wi-Fi装置优选地发射定向Wi-Fi束。备选地，可以使用声学信号。对齐检测的结果和状态（例如示出由照相装置拍摄的第一充电连接相对于充电装置的位置的图片）可以在电动交通工具的仪表板上向电动交通工具的驾驶员示出或经由声学信号通知。电动交通工具可以配置用于自动地与充电装置对齐，例如在自动驾驶电动交通工具的情况下自动地与充电装置对齐。
在充电布置或方法的另一个优选的实现中，响应于连接和/或声学信号，第二充电连接器移动以便与第一充电连接器连接。以这种方式，一旦电动交通工具已经停止在充电装置上方和/或与充电装置对齐，连接只响应于所述信号建立。由于第二充电连接器只在所述某些状况下移动，这样的实现防止针对第二充电连接器和/或双稳定机械部件的损坏。在另外的优选的实现中，在充电连接器之间的连接首先由电信号验证，使得其后充电开始。在充电期间和/或只要充电连接器被连接，就可以阻碍电动交通工具开走。
在充电布置或方法的另外的优选的实现中，第一充电连接器和/或第二充电连接器包括正直流DC接触部和负DC接触部、保护接地PE接触部和/或控制导频CP接触部。第一充电连接器和/或第二充电连接器根据IEC 62196标准优选地提供，例如以作为SAE J1772或IEC 62196类型2连接器，由此包括连接到正DC接触部的正DC线路以及连接到负DC接触部的负DC线路、连接到PE接触部的PE线路和/或连接到CP接触部的CP线路。根据组合充电系统CCS协议，特别是根据IEC 61851或IEC 61851-23标准，PP线路、CP线路和/或PE线路以及相应地发信号通知优选地被实现。
在充电布置或方法的另一个优选的实现中，电动交通工具作为自动驾驶交通工具提供。自动驾驶交通工具（也称为无人驾驶汽车以及自动驾驶汽车）是能够感测交通工具的环境以及在没有人输入的情况下导航的交通工具。自动驾驶交通工具通常组合用来感知交通工具的周围环境的各种技术，包括：雷达、激光、GPS、里程计以及计算机视觉。先进的控制系统解释感觉信息以识别适当的导航路径以及障碍物和相关标志。电动交通工具可以作为电动汽车、电动公交车（ebus）、卡车或任何其他电动交通工具部件提供。
在充电布置或方法的另外的优选的实现中，充电装置配置用于根据IEC 61851对电动交通工具充电。所述标准是用于电交通工具传导充电系统的国际标准，并且是国际电工委员会的用于电动道路交通工具以及电动工业卡车的标准组之一，并且由IEC技术委员会69负责。根据所述标准提供充电装置允许与电动交通工具的几乎全球的互操作性。
在充电布置或方法的另一个优选的实现中，第一充电连接器集成在交通工具主体中，附于交通工具主体和/或附于电动交通工具的底部。交通工具主体可以作为从现有技术中已知的任何交通工具主体提供，例如由金属或塑料构成。术语布置在交通工具主体下面优选地理解，第一充电连接器布置在电动交通工具下面，由此面向地面（ground facing）和/或可以从地面侧连接。在交通工具主体下面和/或在电动交通工具下面的底部上提供第一充电连接器应当优选地理解，不排除例如在电动交通工具的侧上使用其他充电接口。因此，所提议的解决方案通过将交通工具主体下面的充电接口与其他充电技术方案组合来允许向后兼容性。
在充电布置或方法的另外的优选的实现中，电动交通工具包括后座（backseat）和/或后轴（rear axle），第一充电连接器布置在后座下面和/或布置成邻近于电动交通工具的后轴。交通工具电池优选地布置在交通工具的底部上以用于接收最佳的重量分布以及特别是布置在后座下面。如果第一充电连接器以及交通工具电池以同等方式在后座下面和/或邻近于后轴提供，对于将第一充电连接器连接到交通工具电池所需要的粗缆线/汇流条可以在长度上非常短以及因此在重量上是轻的。
附图说明
本发明的这些和其他方面将从下文中描述的实施例中显而易见以及将参考下文中描述的实施例来阐明。
在附图中：
图1根据示范性实施例在示意性侧视图中示出充电布置，所述充电布置包括电动交通工具以及充电装置，所述充电装置配置用于利用电能对电动交通工具充电。
具体实现方式
图1根据示范性实施例在示意性侧视图中示出电动交通工具1以及充电装置2，所述充电装置2配置用于利用电能对电动交通工具1充电。电动交通工具1只局部描绘有面向地面4的电动交通工具的交通工具主体3的一部分。电动交通工具1包括第一充电连接器5，所述第一充电连接器5在位于电动交通工具1的底部的相应部分处集成在交通工具主体3之内，以及利用第一充电连接器5的第一电子接触部6面向地面。第一充电连接器5布置在电动交通工具1的后轴13和/或后座13下面。
在所描绘的视图中，电动交通工具1利用电动交通工具1的第一充电连接器5停放在充电装置2上方，所述充电装置2布置在地面4上。可以从所描绘的侧视图看到，第一充电连接器5包括漏斗状的形状，其中两个第一电接触部6布置在两个外侧的第一电接触部6之间的中间。由此，中间的第一电接触部6以水平的方式彼此靠近（besides）布置在漏斗状成形的第一充电连接器5的水平部分处。
两个外侧的第一电接触部6布置在漏斗状成形的第一充电连接器5的锥形侧上。两个中间的第一电接触部6作为保护接地PE接触部6以及作为控制导频CP接触部6提供，以及相应连接到电动交通工具的PE电路和CP电路。两个外侧的第一电接触部6作为正直流DC接触部6以及作为负DC接触部6提供，以及连接到电动交通工具1的相应的电池以用于利用电能对电池充电，未示出。
提供以用于根据IEC 61851标准对电动交通工具充电的充电装置2包括第二充电连接器7，所述第二充电连接器7配置用于与第一充电连接器5连接。以这种方式，在所描绘的侧视图中，第二充电连接器7包括相应的、对应的三角形状的形状，其与第一充电连接器5的漏斗状的形状匹配。因此，当将第二充电连接器7插入到第一充电连接器中时，第一充电连接器6的漏斗状的形状与三角形状成形的第一充电连接器7对中心（center）和/或对齐，使得第二充电连接器7的第二接触部8与第一充电连接器5的相应的第一接触部6电接触。
因此，第二充电连接器7还包括布置在两个外侧第二电接触部8之间的中间的两个第二电接触部8。以类似的方式，两个中间第二电接触部7作为PE接触部8以及作为CP接触部8提供，以及相应连接到充电装置2的PE电路和CP电路。两个外侧的第二电接触部8作为正DC接触部8以及作为负DC接触部8提供，以及连接到相应的电源以用于提供电能，未示出。
充电装置2包括双稳定机械部件9。双稳定机械部件9包括两个弹簧承载臂10，其各自采用一端彼此远离地附于地面4，而相应的另一端附于第二充电连接器7，由此将第二充电连接器7保持在两个相反侧处。以这种方式，双稳定机械部件9将第二充电连接器7保持在两个稳定平衡位置中，由此在一个稳定平衡位置中，第二充电连接器7电连接到第一充电连接器5，以及在另一个稳定平衡位置中，第二充电连接器7不连接到第一充电连接器5。特别地，在另一个稳定平衡位置中，第二充电连接器7远离于第一充电连接器5朝向地面4靠近地布置，使得电动交通工具1可以从充电装置2开走或驶到充电装置2上。
对于在两个平衡位置之间移动双稳定机械部件9，充电装置包括作为线性马达提供的致动装置11。致动装置11以半永久方式通过延长孔在一端处附于地面4以及在另一个相反端处附于第二充电连接器7，所述延长孔允许第二充电连接器7相对于致动装置11的竖直移动的预定范围。以这种方式，当连接到第一充电连接器5时，第二充电连接器7可以首先对抗（against）臂10的弹簧力从一个稳定平衡位置离开向地面4向下移动，并且然后“翻转”到接近于地面4的另一个稳定平衡位置中。其后，电动交通工具1可以从充电装置2开走。
对于利用电能对电动交通工具充电，电动交通工具1停止在充电装置2上方，使得第一充电连接器5被定位和/或与第二充电连接器7对齐。对于准确地将电动交通工具1定位在充电装置2上方，电动交通工具1包括照相装置12，所述照相装置12附于交通工具主体3以及指向地面4。备选地或另外地，照相装置12可以附于充电装置2。代替照相装置12，电动交通工具1和/或充电装置2可以包括Wi-Fi装置、雷达和/或辅助线圈，其配置用于检测电动交通工具1是否与充电装置2对齐，使得促进定位。
一旦电动交通工具1在预期的位置中定位在充电装置2上方，响应于由电动交通工具1发出的声学信号和/或连接，第二充电连接器7就由致动装置11移动以与第一充电连接器5连接。特别地，致动装置11竖直向上移动第二充电连接器7，并且由此竖直向上移动连接到第二充电连接器7的双稳定机械部件9的两个臂10以及由此从另一个稳定平衡位置远离地面4。首先，致动装置11对抗臂10的弹簧力移动第二充电连接器7，其然后“翻转”到一个上面的（upper）稳定平衡位置中，使得第二充电连接器7被插入以及由此建立与第一充电连接器5电接触。一旦被连接，致动装置11可以进一步向上移动一点，以用于提高在充电连接器5、7之间的接触力以用于实现高功率充电。
虽然本发明已经在附图和前面的描述中详细图示和描述，但是这样的图示和描述要被视为说明性的或示范性的，并且不是限制性的；本发明不限于所公开的实施例。从研究附图、公开和所附权利要求中，对于所公开的实施例的其它变型能够在实践要求保护的发明中被本领域技术人员理解和实行。在权利要求中，词语“包括”不排除其它元素或步骤，并且不定冠词“一”（“a”或“an”）不排除多个。某些措施被记载在互不相同的从属权利要求中的纯粹事实不表明这些措施的组合不能被有利地使用。权利要求中的任何参考符号不应当被解释为限制范围。
参考符号列表
1 电动交通工具
2 充电装置
3 交通工具主体
4 地面
5 第一充电连接器
6 第一充电接触
7 第二充电连接器
8 第二充电接触部
9 双稳定机械部件
10 臂
11 致动装置
12 照相装置
13 后座、后轴。

Claims (15)

1.一种充电布置，所述充电布置包括电动交通工具（1）以及充电装置（2），所述充电装置（2）配置用于利用电能对所述电动交通工具（1）充电，由此
所述电动交通工具（1）包括第一充电连接器（5），以及
所述充电装置（2）包括
第二充电连接器（7），所述第二充电连接器（7）配置用于与所述第一充电连接器（5）连接，
双稳定机械部件（9），所述第二充电连接器（7）附于所述双稳定机械部件（9），并且所述双稳定机械部件（9）配置用于将所述第二充电连接器（7）保持在两个稳定平衡位置中，由此在一个稳定平衡位置中，所述第二充电连接器（7）连接到所述第一充电连接器（5），以及在另一个稳定平衡位置中，所述第二充电连接器（7）不连接到所述第一充电连接器（5），以及
致动装置（11），所述致动装置配置用于在所述两个稳定平衡位置之间移动所述第二充电连接器（7）。
2.一种用于对电动交通工具（1）充电的方法，包括配置用于利用电能对所述电动交通工具（1）充电的充电装置（2），
所述充电装置（2）包括
第二充电连接器（7），所述第二充电连接器（7）配置用于与所述电动交通工具（1）的第一充电连接器（5）连接，以及
双稳定机械部件（9），所述第二充电连接器（7）附于所述双稳定机械部件（9），并且所述双稳定机械部件（9）配置用于将所述第二充电连接器（7）保持在两个稳定平衡位置中，以及所述方法包括下列步骤：
在所述两个稳定平衡位置之间移动所述第二充电连接器（7），由此在一个稳定平衡位置中，所述第二充电连接器（7）连接到所述第一充电连接器（5），以及在另一个稳定平衡位置中，所述第二充电连接器（7）不连接到所述第一充电连接器（5）。
3.如前述权利要求所述的充电布置或方法，由此，所述充电装置（2）布置在地面（4）上，以及所述第一充电连接器（5）布置在所述电动交通工具（1）下面。
4.如前述权利要求中的任一项所述的充电布置或方法，由此，所述致动装置（11）作为线性马达提供或由此由所述线性马达致动所述第二充电连接器（7）的移动。
5.如前述权利要求中的任一项所述的充电布置或方法，由此，所述双稳定机械部件（9）包括至少一个臂（10）和/或弹簧承载臂（10），其采用一端附于所述第二充电连接器（7）。
6.如前述权利要求所述的充电布置或方法，包括两个弹簧承载臂（10），其各自采用一端附于所述第二充电连接器（7）的相反侧，其中另一端附于地面（4）。
7.如前述权利要求中的任一项所述的充电布置或方法，由此，在侧视图中，所述第一充电连接器（5）包括漏斗状或三角形状的形状以及所述第二充电连接器（7）包括对应的形状。
8.如前述权利要求中的任一项所述的充电布置或方法，由此，只有当所述电动交通工具（1）与所述充电装置（2）对齐时，所述第二充电连接器（7）才移动以便与所述第一充电连接器（5）连接。
9.如前述权利要求中的任一项所述的充电布置或方法，由此，所述电动交通工具（1）和/或所述充电装置（2）包括Wi-Fi装置、照相装置（12）、雷达和/或辅助线圈，其配置用于检测所述电动交通工具（1）是否与所述充电装置（2）对齐。
10.如前述权利要求中的任一项所述的充电布置或方法，由此，所述第二充电连接器（7）响应于连接和/或声学信号而移动以便与所述第一充电连接器（5）连接。
11.如前述权利要求中的任一项所述的充电布置或方法，由此，所述第一充电连接器（5）和/或所述第二充电连接器（7）包括：正直流DC接触部（6、8）以及负DC接触部（6、8）、保护接地PE接触部（6、8）和/或控制导频CP接触部（6、8）。
12.如前述权利要求中的任一项所述的充电布置或方法，由此，所述电动交通工具（1）作为自动驾驶交通工具提供。
13.如前述权利要求中的任一项所述的充电布置或方法，由此，所述充电装置（2）配置用于根据IEC 61851对所述电动交通工具（1）充电。
14.如前述权利要求中的任一项所述的充电布置或方法，由此，所述第一充电连接器（5）集成在所述电动交通工具（1）的交通工具主体（3）中，附于所述交通工具主体（3）和/或附于所述电动交通工具（1）的底部。
15.如前述权利要求中的任一项所述的充电布置或方法，由此，所述电动交通工具（1）包括后座（13）和/或后轴（13），所述第一充电连接器（5）布置在所述后座（13）下面和/或布置成邻近于所述电动交通工具（1）的所述后轴（13）。
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