DE102017004396A1 - Charging device for charging an energy store of an electrically driven road vehicle - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Ladevorrichtung (11) zum Aufladen eines Energiespeichers (28) eines elektrisch antreibbaren Straßenfahrzeugs (10) mit elektrischem Strom, mit mindestens einem, auf einem Dach (30) des Straßenfahrzeugs (10) angeordneten, oberen Stromabnehmer (12) zum elektrischen Kontaktieren wenigstens einer Oberleitung (26) zum Führen von elektrischem Strom, und mit mindestens einem an einem Unterboden (32) des Straßenfahrzeugs angeordneten untere Stromabnehmer (14) zum elektrischen Kontaktieren wenigstens einer Schiene (20) zum Führen des elektrischen Stroms.The invention relates to a charging device (11) for charging an energy store (28) of an electrically driven road vehicle (10) with electric current, comprising at least one upper current collector (12) for electric power, arranged on a roof (30) of the road vehicle (10) Contacting at least one overhead line (26) for conducting electrical power, and at least one lower pantograph (14) disposed on an underbody (32) of the road vehicle for electrically contacting at least one rail (20) for conducting the electrical power.
Description
Die Erfindung betrifft eine Ladevorrichtung zum Aufladen eines Energiespeichers eines elektrisch antreibbaren Straßenfahrzeugs, insbesondere eines Omnibusses, mit elektrischem Strom, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.The invention relates to a charging device for charging an energy store of an electrically driven road vehicle, in particular a bus, with electric power, according to the preamble of patent claim 1.
Aus der
Im Rahmen der Erfindung sind unter Straßenfahrzeuge Fahrzeuge, insbesondere Kraftfahrzeuge, zu verstehen, welche mit Hilfe der Haftreibung, beispielsweise über Reifen, ihre Fahrtrichtung beibehalten, ohne Gleise zu benötigen. Motorisierte Straßenfahrzeuge sind auch Kraftfahrzeuge. Aktuell benötigen rein elektrisch angetriebene Straßenfahrzeuge, insbesondere Omnibusse, eine eigene spezielle Ladeinfrastruktur um ihre Energiespeicher, insbesondere ihre Batterien aufzuladen. Die Schaffung einer eigenen Ladeinfrastruktur ist mit erheblichen Kosten verbunden.In the context of the invention, road vehicles are vehicles, in particular motor vehicles, to be understood, which maintain their direction of travel with the aid of static friction, for example via tires, without requiring tracks. Motorized road vehicles are also motor vehicles. Currently require purely electrically powered road vehicles, especially buses, its own special charging infrastructure to their energy storage, in particular to charge their batteries. Creating your own charging infrastructure involves considerable costs.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine kostengünstige Möglichkeit zum Laden von in elektrisch antreibbaren Straßenfahrzeugen vorgesehenen Energiespeichern zu realisieren.Object of the present invention is therefore to realize a cost-effective way to charge provided in electrically driven road vehicles energy storage.
Diese Aufgabe wird durch eine Ladevorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen gegeben.This object is achieved by a charging device having the features of patent claim 1. Advantageous embodiments with expedient developments of the invention are given in the remaining claims.
Die erfindungsgemäße Ladevorrichtung zum Aufladen eines Energiespeichers eines elektrisch antreibbaren Straßenfahrzeugs mit elektrischem Strom umfasst mindestens einen, auf einem Dach des Straßenfahrzeugs angeordneten, oberen Stromabnehmer zum elektrischen Kontaktieren wenigstens einer Oberleitung zum Führen von elektrischem Strom. Außerdem umfasst die Ladevorrichtung mindestens einen, an einem Unterboden des Straßenfahrzeugs angeordneten, unteren Stromabnehmer zum elektrischen Kontaktieren wenigstens einer Schiene zum Führen des elektrischen Stroms.The charging device according to the invention for charging an energy store of an electrically driven road vehicle with electric power comprises at least one, arranged on a roof of the road vehicle, upper pantograph for electrically contacting at least one overhead line for guiding electrical power. In addition, the loading device comprises at least one arranged on an underbody of the road vehicle, lower pantograph for electrically contacting at least one rail for guiding the electric current.
Mit anderen Worten, ein Straßenfahrzeug, insbesondere ein Omnibus, ist mittels der erfindungsgemäßen Ladevorrichtung, welche die beiden Stromabnehmer aufweist, in der Lage, die in vielen Städten bereits vorhanden Infrastruktur von Straßen-, Stadt- und/oder Trambahnen zum Laden seines Energiespeicher zu verwenden. Dazu stellt der obere Stromabnehmer, welcher auf dem Dach des Straßenfahrzeugs angeordnet ist, einen elektrisch leitenden Kontakt mit einer Oberleitung der besagten Infrastruktur her. Der untere Stromabnehmer stellt zusätzlichen einen elektrisch leitenden Kontakt mit einer Schiene der besagten Infrastruktur her. Durch das Kontaktieren, das heißt durch das Herstellen der beiden Kontakte, kommt es zum Schließen eines Stromkreises. Dadurch können Ladungsträger beispielsweise von der Oberleitung zur Schiene transportiert werden. Ferner kann durch den Schluss des Stromkreises ein Energiespeicher, beispielsweise eine Batterie, insbesondere eine Traktionsbatterie, des Straßenfahrzeugs geladen werden. Durch die Möglichkeit, mit Hilfe der erfindungsgemäßen Ladevorrichtung auf die bereits vorhanden Infrastruktur beispielsweise von bestehenden Straßenbahnnetzen zurückzugreifen, ist eine besonders kostengünstige Möglichkeit zum Laden der in Straßenfahrzeugen vorgesehenen Energiespeicher möglich.In other words, a road vehicle, in particular a bus, by means of the charging device according to the invention, which has the two pantographs, able to use the already existing in many cities infrastructure of road, city and / or Trambahnen to load its energy storage , For this purpose, the upper pantograph, which is arranged on the roof of the road vehicle, makes an electrically conductive contact with a catenary of the said infrastructure. The lower pantograph additionally provides an electrically conductive contact with a rail of said infrastructure. By contacting, that is by the production of the two contacts, it comes to closing a circuit. As a result, charge carriers can be transported, for example, from the overhead line to the rail. Furthermore, an energy store, for example a battery, in particular a traction battery, of the road vehicle can be charged by the conclusion of the circuit. Due to the possibility to use the existing infrastructure of existing tram networks, for example, with the help of the charging device according to the invention, a particularly cost-effective possibility for charging the envisaged in road vehicles energy storage is possible.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind der obere Stromabnehmer und der untere Stromabnehmer direkt übereinander angeordnet. Durch eine Anordnung der beiden Stromabnehmer übereinander kann beispielsweise Material bei einer Verschaltung der Stromabnehmer gespart werden, wodurch Kosten eingespart werden können. Des Weiteren ist damit gewährleistet, dass das Straßenfahrzeug, sobald sein oberer Stromabnehmer Kontakt zu einer Oberleitung bekommen kann, automatisch der untere Stromabnehmer Kontakt zu einer, sich in der Vertikalen unterhalb der Oberleitung befindenden Schiene bekommen kann.In an advantageous embodiment of the invention, the upper pantograph and the lower pantograph are arranged directly above one another. By arranging the two current collectors one above the other, for example, material can be saved in an interconnection of the current collector, whereby costs can be saved. Furthermore, this ensures that the road vehicle, as soon as its upper pantograph can get in touch with a catenary, the lower pantograph can automatically get in touch with a, located in the vertical below the overhead line rail.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der mindestens eine obere Stromabnehmer für einen statischen Betrieb im Stillstand des Fahrzeugs ausgelegt. Beim statischen Betrieb, das heißt wenn sich das Straßenfahrzeug in Ruhe bzw. im Stillstand und somit beispielsweise in einer parkenden Position befindet, ist der obere Stromabnehmer, vor allem beim Kontaktieren der Oberleitung, deutlich weniger mechanischen Belastungen ausgesetzt als beim Kontaktieren der Oberleitung während einer Fahrt des Straßenfahrzeugs. Der Kontakt zur Oberleitung ist im Stillstand besser und der Verschleiß geringer als während der Fahrt, wodurch wiederum Kosten eingespart werden können.In an advantageous embodiment of the invention, the at least one upper current collector is designed for static operation when the vehicle is at a standstill. In static operation, that is, when the road vehicle is at rest or at a standstill and thus, for example, in a parked position, the upper pantograph, especially when contacting the catenary, exposed to significantly less mechanical stress than when contacting the catenary during a journey of the road vehicle. The contact to the overhead line is better at standstill and wear less than during the journey, which in turn costs can be saved.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der untere Stromabnehmer mindestens eine Kette zum elektrischen Kontaktieren der Schiene auf. Durch die Kette ist ein besonders einfaches und damit kostengünstiges Kontaktieren der Schiene zum Schließen des Stromkreises möglich. Dazu ist die Kette beispielsweise an zwei Punkten des Unterbodens befestigt bzw. fixiert. Zwischen den Punkten, welche einen Abstand zueinander aufweisen, hängt die Kette vom Unterboden des Straßenfahrzeugs herab und zwar so weit, dass die Kette mindestens einen Punkt eines Untergrunds berührt. Um besonders einfach einen Kontakt zu der Schiene herstellen zu können, kann die Kette zwischen den Punkten des Unterbodens beispielsweise auch ganz auf dem Untergrund aufliegen. Der Untergrund ist beispielsweise ein Fahrbahnbelag bzw. Straßenbelag, auf welchem sich das Straßenfahrzeug befindet. Auf den Untergrund kann die Schiene montiert sein. Die Schiene kann alternativ in den Untergrund eingelassen sein, so dass ihre Oberseite bündig mit dem Fahrbahnbelag abschließt. Beispielsweise sind die beiden Punkte, an denen die Kette am Unterboden fixiert ist, jeweils auf einer gegenüberliegenden Seite des Straßenfahrzeugs angeordnet, derart dass die Kette quer zur Längserstreckungsrichtung des Straßenfahrzeugs bzw. quer zur Fahrzeuglängsrichtung verläuft. Parkt das Straßenfahrzeug über einer Schiene, welche in etwa parallel zu der Fahrzeuglängsrichtung verläuft, kann somit ein Kontakt zwischen Schiene und Kette und damit eine Stromfluss hergestellt werden.In an advantageous embodiment of the invention, the lower pantograph on at least one chain for electrically contacting the rail. By the chain is a particularly simple and therefore inexpensive contacting the rail to close the circuit possible. For this purpose, the chain is attached or fixed, for example, at two points of the subfloor. Between the points, which are at a distance from each other, the chain hangs down from the underbody of the road vehicle so far that the chain touched at least one point of a subsoil. In order to be able to establish contact with the rail in a particularly simple manner, the chain between the points of the underbody can, for example, also rest completely on the ground. The ground is, for example, a road surface or road surface on which the road vehicle is located. The rail can be mounted on the ground. The rail may alternatively be embedded in the ground, so that its upper surface is flush with the road surface. For example, the two points at which the chain is fixed to the subfloor, each arranged on an opposite side of the road vehicle, such that the chain is transverse to the longitudinal direction of the road vehicle or transverse to the vehicle longitudinal direction. If the road vehicle is parked over a rail which runs approximately parallel to the vehicle longitudinal direction, a contact between rail and chain and thus a flow of current can thus be established.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst der untere Stromabnehmer mindestens ein elektrisch leitfähiges Seil zum elektrischen Kontaktieren der Schiene. Das Seil kann beispielsweise die Kette ersetzen und/oder ergänzen und bietet dadurch die gleichen Vorteile beim Kontaktieren und bei den Kosten wie die Kette.In an advantageous embodiment of the invention, the lower current collector comprises at least one electrically conductive cable for electrically contacting the rail. For example, the rope may replace and / or supplement the chain, thereby providing the same advantages of contacting and cost as the chain.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist wenigstens ein Aktor vorgesehen, mittels welchem die Kette und/oder das Seil, insbesondere während einer Fahrt des Straßenfahrzeug, zu spannen ist, um dadurch einen Kontakt des Seils und/oder der Kette mit der Schiene bzw. mit dem Untergrund zu vermeiden. Dies geschieht beispielsweise in der Art, dass der mindestens eine Aktor die Punkte, mittels oder an welchen die Kette und/oder das Seil unterhalb des Unterbodens des Straßenfahrzeugs positioniert oder gehalten ist, relativ zueinander bewegt. Dadurch kann während der Fahrt die mechanische Belastung der Kette und/oder des Seils besonders gering gehalten werden, was wiederum zu einer Einsparung von Kosten führt.In an advantageous embodiment of the invention, at least one actuator is provided, by means of which the chain and / or the rope, in particular during a journey of the road vehicle, to tension, thereby contacting the rope and / or the chain with the rail or with to avoid the underground. This happens, for example, in the way that the at least one actuator moves the points by means of which the chain and / or the cable is positioned or held below the underbody of the road vehicle relative to one another. As a result, the mechanical load on the chain and / or the rope can be kept particularly low while driving, which in turn leads to a saving of costs.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Aktor hydraulisch, pneumatisch und/oder elektrisch betreibbar. Dadurch lässt sich der Aktor besonders vorteilhaft an das jeweilige Straßenfahrzeug anpassen und betreiben. Dadurch können Kosten gespart werden.In an advantageous embodiment of the invention, the actuator is hydraulically, pneumatically and / or electrically operable. As a result, the actuator can be adapted and operated particularly advantageous to the respective road vehicle. This can save costs.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung verläuft die Kette und/oder das Seil quer zur oder entlang der Fahrzeuglängsrichtung. Durch eine klar definierte Ausrichtung der Kette ist es für einen Fahrer des Straßenfahrzeugs einfach, eine richtige Position beim Parken des Straßenfahrzeugs zu finden, um einen Kontakt zu der Schiene herzustellen und in der Folge den Energiespeicher aufzuladen. Durch eine Ausrichtung parallel bzw. entlang oder quer zur Fahrzeuglängsrichtung ist auch für einen beispielsweise ungeübten Fahrer sofort ersichtlich, wie ein Kontakt zwischen dem unteren Stromabnehmer und der Schiene herzustellen ist. Dadurch kann beispielsweise eine visuelle Kontrolle entfallen, was Zeit und somit Kosten spart. Des Weiteren kann, wenn mehrere Straßenfahrzeuge beispielsweise nachts in einem Betriebshof geparkt werden, durch eine Ausrichtung der Kette und/oder des Seils quer oder entlang der Fahrzeuglängsrichtung beispielsweise der zum Parken zur Verfügung stehende Raum besonders effizient genutzt werden.In an advantageous embodiment of the invention, the chain and / or the cable runs transversely to or along the vehicle longitudinal direction. By a well-defined alignment of the chain, it is easy for a driver of the road vehicle to find a correct position when parking the road vehicle to make contact with the rail and to subsequently charge the energy storage. By aligning parallel or along or transversely to the vehicle longitudinal direction, it is also immediately apparent to an untrained driver, for example, how a contact should be established between the lower current collector and the rail. This can be omitted, for example, a visual inspection, which saves time and thus costs. Furthermore, if several road vehicles are parked, for example, at night in a depot, the space available for parking can be used particularly efficiently by aligning the chain and / or the cable across or along the vehicle longitudinal direction.
Durch die erfindungsgemäße Ladevorrichtung kann eine vorhanden Infrastruktur zur Stromversorgung von Straßen-, Stadt- und/oder Trambahnen aus Oberleitungen direkt für mit der Ladevorrichtung ausgestattete Straßenfahrzeuge wie beispielsweise Omnibusse und insbesondere Elektrobusse nutzbar gemacht werden. Diese Infrastruktur wird häufig mittels Gleichspannung betrieben. In solch einem Fall kann die Ladevorrichtung ohne einen Gleichrichter zum Laden des Energiespeichers verwendet werden. Für den Fall, dass die Infrastruktur mit Wechselspannung betrieben wird, kann gegebenenfalls noch ein Gleichrichter mit der Ladvorrichtung verschaltet werden bzw. die Ladevorrichtung einen Gleichrichter aufweisen. Das Laden des Straßenfahrzeugs mittels der Ladevorrichtung erfolgt vorteilhafterweise während des Parkens bzw. im Stillstand, da dadurch mechanische Belastungen der Komponenten der Stromabnehmer besonders gering gehalten werden können. Die Stromabnehmer der Ladvorrichtung können aber auch so ausgeführt werden, dass sie mechanischen Belastungen des Kontaktierens während der Fahrt standhalten.By means of the charging device according to the invention, an existing infrastructure for the supply of road, city and / or trams from overhead lines can be utilized directly for road vehicles equipped with the charging device, such as buses and in particular electric buses. This infrastructure is often powered by DC voltage. In such a case, the charging device can be used without a rectifier for charging the energy storage. In the event that the infrastructure is operated with AC voltage, a rectifier can optionally still be connected to the charging device or the charging device have a rectifier. The loading of the road vehicle by means of the charging device is advantageously carried out during parking or at a standstill, as this mechanical loads on the components of the pantograph can be kept particularly low. The pantographs of the charging device can also be designed so that they withstand mechanical stresses of contacting while driving.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the following description of a preferred embodiment and from the drawing. The features and feature combinations mentioned above in the description as well as the features and feature combinations mentioned below in the description of the figures and / or in the figures alone can be used not only in the respectively specified combination but also in other combinations or in isolation, without the scope of To leave invention.
Dabei zeigt:Showing:
In den Figuren sind gleiche und funktionsgleiche Elemente mit jeweils den gleichen Bezugszeichen versehen.In the figures, the same and functionally identical elements are each provided with the same reference numerals.
Um nun den Energiespeicher
Wie in
Das Straßenfahrzeug
Das Straßenfahrzeug
Vorteilhafterweise sind der obere Stromabnehmer
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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- OE 317295 [0002] OE 317295 [0002]
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Legal Events
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R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |