EP4251460A1 - Schnellladesystem und verfahren zur elektrischen verbindung eines fahrzeugs mit einer ladestation - Google Patents

Schnellladesystem und verfahren zur elektrischen verbindung eines fahrzeugs mit einer ladestation

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EP4251460A1
EP4251460A1 EP20817253.6A EP20817253A EP4251460A1 EP 4251460 A1 EP4251460 A1 EP 4251460A1 EP 20817253 A EP20817253 A EP 20817253A EP 4251460 A1 EP4251460 A1 EP 4251460A1
Authority
EP
European Patent Office
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contact
charging
charging contact
element carrier
contact element
Prior art date
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Pending
Application number
EP20817253.6A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Patrick Horst
Matthias Domes
Vasily PODGORNY
Juri EVA
Timo STAUBACH
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Schunk Transit Systems GmbH
Original Assignee
Schunk Transit Systems GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Schunk Transit Systems GmbH filed Critical Schunk Transit Systems GmbH
Publication of EP4251460A1 publication Critical patent/EP4251460A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/10—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles characterised by the energy transfer between the charging station and the vehicle
    • B60L53/11—DC charging controlled by the charging station, e.g. mode 4
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • Y02T90/14—Plug-in electric vehicles

Definitions

  • the invention relates to a rapid charging system for electrically powered vehicles, in particular electric buses or the like, and a method for forming an electrically conductive connection between a vehicle and a stationary charging station with a contact device, a charging contact device and a positioning device, the contact device or the charging contact device can be arranged on a vehicle, with the contact device being able to make electrical contact with the charging contact device in a contact position, with the positioning device being able to position the contact device relative to the charging contact device in the longitudinal direction and/or transverse direction and bring it into the contact position, the charging contact device having a charging contact element carrier Has charging contact elements, wherein the charging contact element carrier is designed as a longitudinal rail that can be arranged in a direction of travel of the vehicle, the charging contacts ele- ments each form a strip-shaped charging contact surface, the contact device having a contact element carrier with contact elements, the contact elements each forming a contact surface that is smaller than the charging contact surface surface is formed, wherein the contact elements in the contact position with the charging contact element are in
  • a roof-shaped charging contact device is contacted by a contact device of the same design.
  • the charging contact device has charging contact elements, which are designed in the form of conductor strips and are arranged to run in a driving direction of the vehicle.
  • Contact elements of the contact device are designed in the form of bolts and contact the conductor strips at points in the contact position. Accurately reaching the contact position is possible in that the contact device is inserted into the charging contact device in a vertical direction, relative to a direction of travel of the vehicle.
  • an arc can form between a contact element and a charging contact element, even during a charging process.
  • a relative displacement of the contact element and the charging contact element can occur.
  • a contact surface or charging contact surface then has a comparatively high electrical resistance, arcs can occur.
  • a charging process is undesirably interrupted or not started. As has been shown, such effects occur more frequently in damp weather conditions. In particular, leakage currents can also occur here, which can disrupt the charging process and promote the formation of arcs.
  • the charging contact elements and the contact elements wear out relatively quickly due to arcing, which in turn requires their replacement.
  • the present invention is therefore based on the object of proposing a rapid charging system and a method for forming an electrically conductive connection between a vehicle and a charging station, which enables cost-effective operation of the transport means and reliable contacting.
  • the quick charging system for electrically powered vehicles, in particular electric buses or the like, for forming an electrically conductive connection between a vehicle and a stationary charging station, comprises a contact device, a charging contact device and a positioning device, the contact device or the charging contact device being able to be arranged on a vehicle, wherein with the contact device, the charging contact device can be electrically contacted in a contact position, wherein the contact device can be positioned relative to the charging contact contact device in the longitudinal direction and/or transverse direction and brought into the contact position by means of the positioning device, wherein the charging contact device has a charging contact element carrier with charging contact elements, the Charging contact element carrier is designed as a longitudinal rail that can be arranged in a driving direction of the vehicle, the charging contact elements each having a st tire-shaped charging contact surface form, wherein the contact device has a contact element carrier with contact elements, wherein the contact elements each form a contact surface that is smaller than the charging contact surface, wherein the contact elements can be electrically contacted in the contact position
  • the rapid charging system consequently has charging contact elements designed as conductor strips which are arranged parallel to one another and in the direction of a longitudinal axis of the charging contact element carrier. Because the charging contact device has a heating device, it is possible to control the temperature of the charging contact elements or to heat them up by means of the heating device. It is provided that only the charging contact elements can be temperature-controlled by the heating device. It is not necessary to heat the other components of the charging contact and this would result in a comparatively higher energy consumption. Because the temperature of the charging contact elements can be controlled by means of the heating device, deposits of frost, ice, snow or the like on the charging contact device or directly on the charging contact elements can be prevented, for example. Evaporation of water or moisture on the charging contact elements is also promoted. As has been shown, the formation of arcs under certain weather conditions and reliable contacting can be guaranteed without interrupting a charging process.
  • the positioning device can have a pantograph or a rocker, by means of which the contact unit carrier can be positioned in at least a vertical direction relative to the charging contact unit, with the contact device being able to be arranged on a vehicle or on a charging station. With a swingarm, a additional coupling mechanism may be provided, which stabilizes the contact unit carrier relative to a charging contact device or aligns it in the relevant direction.
  • a pantograph or a rocker or a corresponding mechanical drive is particularly easy and inexpensive to produce.
  • the positioning device can also have a transverse guide, by means of which the contact unit carrier can be positioned transversely relative to the charging contact device or to a direction of travel of the vehicle.
  • the transverse guide can be arranged on a vehicle or a pantograph or a rocker arm of the positioning device. In both cases, the positioning device or a contact unit carrier arranged on the positioning device can then be displaced transversely to the direction of travel of the vehicle.
  • Ver shiftability for example, incorrect positioning of the vehicle at a stop can be compensated transversely to the direction of travel.
  • any vehicle movements as a result of the vehicle being lowered on one side to allow people to get in and out can be compensated for in such a way that there can be no displacement of the contact unit carrier relative to the charging contact device in the transverse direction.
  • the contact device can be arranged on a vehicle roof, for example, so that the contact unit carrier can be moved from the vehicle roof to the charging contact device and back by means of the positioning device.
  • the contactor can be located at the charging station, in which case the contactor carrier can then be moved from a carrier such as a mast or bridge at a station towards a vehicle roof with a charging contactor and back.
  • the heating device can have an electrical heating element which is arranged on the charging contact element.
  • the electrical heating element can be a resistance heating element, for example.
  • the heating element can have electrical insulation and directly be arranged on the charging contact element or lie directly against it. Thus, comparatively little electrical energy is required to heat the charging contact element and it is always ensured that the charging contact element is heated quickly and effectively.
  • a heating element can be arranged on each charging contact element, in which case the heating element can preferably extend over the entire length of the charging contact element. Since the charging contact device has a plurality of charging contact elements, all charging contact elements can be heated with one heating element each.
  • the respective heating elements can be adapted to a respective configuration of the charging contact elements. If the heating element extends over an entire length of the charging contact element, this can also be temperature-controlled along its entire length.
  • the heating element can be a heating line which bears against a rear side of the charging contact element which is remote from the charging contact surfaces.
  • the heating line can be designed in the manner of a conductor with an essentially round or band-shaped cross section.
  • the heating element can be designed for operation with low voltage, preferably 230 V AC or 24 V DC. Since this low voltage is common and is also regularly available at charging stations, a special transformation of a voltage to operate the heating element is not required.
  • the heating element can then be switched on and off with a simple switching element, for example.
  • the heating device can thus be designed in a particularly simple manner.
  • the charging contact element can be formed from a metal strip.
  • the metal strip can have a comparatively flat cross section senior
  • the metal band can form a conductor strip, which can be arranged in the longitudinal direction or a horizontal direction, which essentially corresponds to a traveling direction of the vehicle.
  • the charging contact elements can be over a meter long, so that a vehicle can stop within an area at a bus stop. In this way, the charging contact elements can form a comparatively large contactable area for the contact elements.
  • a metal strip is also easy to produce, for example by using a semi-finished product as a charging contact element.
  • the metal strip can be fastened to the contact element carrier by means of a screw connection, it being possible for threaded bolts to be arranged on the metal strip, which penetrate through openings in the contact element carrier.
  • the metal band can be made of copper, aluminum or a comparable alloy.
  • the threaded bolts can be screwed to the metal strip or attached by butt welding. In the body of the charging contact element carrier through-openings can be formed through which the threaded bolts are passed.
  • the charging contact elements or the metal band can be easily screwed to the body using nuts on the threaded bolts. In principle, it is also possible to use screws to attach the metal strips to the body.
  • the metal strip can then be attached without adhesive, which makes replacement much easier.
  • Opposite ends of the metal strip can each be designed to run transversely to the charging contact surface and penetrate through openings in the charging contact element carrier, it being possible for at least one end to be connected to a cable of the charging station.
  • the ends can consequently be angled, for example relative to the charging contact surface can be designed to run orthogonally.
  • the ends When assembling the charging contact element, the ends can be inserted through through-openings in a body of the charging contact element carrier and guided through it. It can be provided to connect a cable of the charging station at least directly at one end, which then connects the charging contact element directly to the charging station or a power source.
  • the charging contact elements can each be inserted into a receiving groove formed in the charging contact element carrier, in which case the charging contact surfaces can then be flush with a surface of the charging contact element carrier facing the contact element carrier.
  • the surface of the charging contact element carrier is then formed at least in sections without significant interruptions, so that contact elements can slide along the surface.
  • the receiving groove then has a depth and width which essentially corresponds to a height and width of the charging contact element, relative to a cross section.
  • a groove into which the heating element can be inserted may be formed in a base of the receiving groove.
  • the groove formed in the bottom of the receiving groove can always be made narrower than the groove itself, so that the charging contact element rests against the bottom of the receiving groove and is thus securely positioned relative to the surface of the charging contact element carrier.
  • the groove can be designed in such a way that the heating element is positioned in it and essentially fills the groove. It can thus be ensured that the heating element rests as closely as possible on the charging contact element. Furthermore, the heating element is then particularly easy to install.
  • the groove can run parallel, in a meandering shape, and/or in a spiral shape relative to a longitudinal axis of the charging contact element. If the heating element is made particularly thin, a large contact area can be used are formed between the heating element and the charging contact element.
  • a groove can be formed between two charging contact elements.
  • the groove can be designed in the manner of a groove and run parallel to the longitudinal axes of the charging contact elements. With the groove, the surface of the charging contact element carrier can be enlarged between the charging contact elements, so that an undesirable formation of leakage currents between charging contact elements can be effectively avoided. In particular, the formation of a continuous film of water or a water network on the surface can be prevented. Two or more such grooves can also be formed here between two charging contact elements. Provision can also be made for grooves to be formed between all of the charging contact elements.
  • the charging contact element carrier can have a body made of a dielectric plastic material or a composite material, which can preferably be made in one piece.
  • the body is particularly simple, stable and inexpensive to produce bar. Since the body then consists of a dielectric material, special electrical insulation of the charging contact elements and possibly their fastening elements is not required. The body is then also weatherproof and cannot corrode.
  • the body can be made of glass fiber reinforced plastic and then be easily manufactured in large numbers.
  • the contact device can be arranged on a vehicle roof and the contact device Ladekon at a stationary charging station or vice versa.
  • it can be a vehicle roof of an electric bus or a tram car.
  • the contact device or to position the charging contact device on the vehicle roof so that it is arranged in the direction of travel on a driver's side of the vehicle roof. Positioning of the contact device or the charging contact device is thus significantly simplified for a driver of the vehicle, since this or its position is in the driver's line of sight.
  • the heating device can include a temperature controller and a thermostat, which can be in contact with a charging contact element. With the temperature control, a switching on and off process of the heating device can be regulated. It is also possible to regulate the heating output of the heating device. A temperature measurement on at least one charging contact element is made possible via the thermostat. All charging contact elements can be contacted individually, i.e. each with a thermostat, and regulated accordingly. However, it is possible to provide only one thermostat and to regulate the temperature of all charging contact elements according to this thermostat.
  • the heating device can be designed to heat the charging contact elements at a temperature of ⁇ 5.degree. In any case, it can always be ensured that the charging contact elements cannot ice up. Charging contact elements covered with frost or ice encourage the formation of arcs during a charging process. Furthermore, the heating of the charging contact elements can be switched off at >15°C. A thermostat can also be used which has different switching points or can trigger a switching process at different temperatures.
  • a length of the charging contact element carrier can be shorter than a vehicle length.
  • the charging contact element carrier which is designed in the manner of a longitudinal rail and extends in a direction of travel of the vehicle, to protrude beyond the ends of the vehicle.
  • the charging contact element carrier can therefore be comparatively short, making it inexpensive to produce and can also be easily attached to a mast of a charging station, or alternatively to a vehicle roof.
  • the power contacts or the corresponding contact elements can be designed to transmit a current of 500 to 1000 amperes at a voltage of at least 750 to 1000 V.
  • a power of 375 kW to 750 kW, preferably 600 kW can be transmitted via the charging contact unit. It can therefore also be sufficient to provide only one connection line for connection to the charging contact element.
  • the vehicle can also be charged more quickly, since higher currents can be transmitted in a shorter time.
  • the charging contact surfaces and/or the contact surfaces can be arranged in the transverse direction or the longitudinal direction relative to one another in such a way that the protective contact can be formed first, followed by the power contacts and then the signal contact.
  • This arrangement of the charging contact surfaces relative to the respective associated contact surfaces in the longitudinal direction of the strip-shaped charging contact surfaces a defined sequence of formation and separation of contact pairs, based on the longitudinal direction, can be formed.
  • the longitudinal direction is understood here to mean the direction in which the strip-shaped charging contact surfaces essentially run. Since this can be a direction of travel of a vehicle, the longitudinal direction essentially corresponds to a horizontal direction when the charging contact element carrier is positioned horizontally.
  • the charging contact element carrier can also be positioned parallel to a roadway of a vehicle, which can also be inclined relative to a horizontal line.
  • the transverse direction is understood to mean a vertical direction which runs transversely or orthogonally relative to the strip-shaped charging contact surfaces.
  • the contact elements can form a punctiform contact surface.
  • the contact elements can be bolt-shaped.
  • the contact elements can be resiliently mounted on the contact element carrier.
  • the contact elements are particularly easy to produce, with the resilient mounting being able to be carried out by a simple compression spring inside or on the contact element.
  • a selective contact with a charging contact element can be formed under a spring preload.
  • it can also be provided that, for example, for a pair of contacts for a power contact, a plurality of contact elements, that is to say a plurality of contact pairs, are provided.
  • two contact elements can be provided for one phase or one power contact.
  • the charging contact element carrier can form a receiving opening for the contact element carrier, with the contact element carrier being insertable into the receiving openings of the charging contact element carrier, or the contact element carrier can form a receiving opening for the charging contact element carrier, with the charging contact element carrier being insertable into the receiving opening of the contact element carrier, with the receiving opening being able to be inserted when brought together of contact element carrier and charging contact element carrier can form a guide for the Needleselementträ ger or the charging contact element carrier.
  • the receiving opening can preferably be designed in a V-shape.
  • the V-shaped design of the receiving opening then results centering of the contact element carrier or of the charging contact element carrier.
  • the contact element carrier can form a receiving opening for the charging contact element carrier, in which case the charging contact element carrier can then be inserted into the receiving opening of the contact element carrier.
  • the receiving opening can then also be preferably V-shaped here, in which case the contact elements can then be arranged within the V-shaped receiving opening. Any positional deviations of the vehicle when stopping at a bus stop from an intended stopping position can be easily compensated for by guiding the contact element carrier or the charging contact element carrier into the contact position through the receiving opening.
  • the charging contact element carrier can be designed as a roof-shaped longitudinal rail that can be arranged in a direction of travel of the vehicle.
  • the charging contact elements can then be arranged on an underside of the roof-shaped longitudinal rail, so that the charging contact elements are not directly exposed to the effects of the weather.
  • the roof-shaped longitudinal rail can also preferably be open at its ends, so that the contact element carrier can also be inserted into or pulled out of the roof-shaped longitudinal rail in the direction of travel. If the charging contact element carrier is to be arranged on a vehicle, provision can be made for the charging contact element carrier to be in the form of a web-shaped elevation that can be arranged in a direction of travel of the vehicle.
  • the rapid charging system comprises a contact device, a charging contact device and a positioning device, with the contact device being the charging contact device is electrically contacted in a contact position, by means of the positioning device, the contact device relative to the charging contact device in the longitudinal direction and / or transverse device and brought into the contact position, the charging contact device having a charging contact element carrier with charging contact elements, the charging contact element carrier being designed as a longitudinal rail which is arranged in a direction of travel of the vehicle, the charging contact elements each forming a strip-shaped charging contact surface, the Contact device has a contact element carrier with contact elements, the contact elements each forming a contact surface that is smaller than the charging contact surfaces, the contact elements being in the contact position with the charging contact elements each being electrically contacted to form contact pairs, the charging contact elements being connected by means of a heating device the Ladetoryvor
  • Fig. 1 is a perspective view of a charging contact device of a rapid charging system
  • Fig. 2 is a perspective bottom view of the charging contact device
  • FIG. 3 shows a perspective bottom view of a charging contact element carrier of the charging contact device
  • FIG. 4 shows a further perspective bottom view of the charging contact element carrier of the charging contact device
  • Fig. 5 is a perspective view of a charging contact element
  • FIG. 6 is a partial sectional view of the charging contact device.
  • FIG. 1 and 2 show a charging contact device 10 of a rapid charging system for electrically powered vehicles, in particular electric buses or the like, not shown in detail here, the charging contact device 10 being designed for connection to a contact device, also not shown.
  • the charging contact device 10 is roof-shaped and can be attached to a mast, not shown here, by means of a fastening device 11 above a vehicle above a roadway.
  • An upper cover of the charging contact device 10 is not shown here for the sake of clarity.
  • a vehicle positioned under the charging contact device 10 can then have the contact device which can be arranged on the charging contact device 10 by means of a positioning device which is also not shown.
  • the charging contact device 10 consists essentially of a charging contact element carrier 12 made of plastic material, in particular glass fiber reinforced plastic, and charging contact elements 13 .
  • the charging contact elements 13 are in turn designed as metal strips 14, 15, 16 and 17 and run in the longitudinal direction of the charging contact element carrier 12.
  • the metal strips 14 and 17 are used to transmit a charging current, with the metal strip 15 representing a protective conductor and the metal strip 16 representing a control line.
  • Contact tracks 18 on each angled end 19 of the metal strips 14 to 17 are used for connection to electrical lines not shown here.
  • the charging contact element carrier 12 is essentially formed from a one-piece body 20 and has reinforcing ribs 21 and fastening ribs 22 with a bolt 23 for suspending the charging contact element carrier 12 on a mast or the like.
  • a receiving opening 24 of the charging contact device 10 for receiving the contact Direction is V-shaped, such that two symmetrical's angle 25 are connected to each other via a horizontal web 26.
  • the charging contact device forms the or the charging contact element carrier 12 with the charging contact elements 13, a surface 27 for contacting the contact device with the contact elements, also not shown here.
  • receiving grooves 28 are formed within the surface 27 for the charging contact elements 13 and the metal strips 14 to 17, respectively.
  • the charging contact elements 13 thus form strip-shaped charging contact surfaces 29 within the opening 24 of the opening.
  • Fig. 5 shows a single charging contact element 13 are attached to the threaded bolt 30 by butt welding.
  • the threaded bolts 30 are pushed through through-openings 31 in the charging contact element carrier 12 and screwed in place by means of nuts 32 .
  • Next 12 slot-shaped passage openings 33 are formed in the charging contact element carrier, through which the ends 19 are inserted. Fastening and contact connection of the charging contact elements 13 can thus easily take place on an upper side 34 of the charging contact element carrier 12 .
  • the charging contact device 10 includes a heating device 36, which is formed from heating elements 36 on the charging contact element carriers 12 and a temperature controller 37 with a thermostat that is not shown in detail here.
  • a heating device 36 which is formed from heating elements 36 on the charging contact element carriers 12 and a temperature controller 37 with a thermostat that is not shown in detail here.
  • 28 grooves 39 are formed in a base 38 of the respective receiving grooves, into which a heating line 40, which forms the heating element 36, is inserted.
  • the heating line 40 rests against a rear side 41 of the charging contact element 13, and thus enables effective temperature control or heating of the respective charging contact elements 13.
  • a groove 42 is also formed in the surface 27 of the charging contact element carrier 12 between two charging contact elements 13 .
  • the groove 42 runs parallel to a longitudinal extent of the charging contact elements 13. The groove makes it more difficult for leakage currents to form between charging contact elements 13.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Schnellladesystem für elektrisch angetriebene Fahrzeuge, insbesondere Elektrobusse oder dergleichen, und ein Verfahren zur Ausbildung einer elektrisch leitenden Verbindung zwischen einem Fahrzeug und einer stationären Ladestation mit einer Kontaktvorrichtung, einer Ladekontaktvorrichtung (10) und einer Positioniervorrichtung, wobei die Kontaktvorrichtung oder die Ladekontaktvorrichtung an einem Fahrzeug anordbar ist, wobei mit der Kontaktvorrichtung die Ladekontaktvorrichtung in einer Kontaktposition elektrisch kontaktierbar ist, wobei mittels der Positioniervorrichtung die Kontaktvorrichtung relativ zur Ladekontaktvorrichtung in Längsrichtung und/oder Querrichtung positionierbar und in die Kontaktposition bringbar ist, wobei die Ladekontaktvorrichtung einen Ladekontaktelementträger (12) mit Ladekontaktelementen (13) aufweist, wobei der Ladekontaktelementträger als eine in einer Fahrtrichtung des Fahrzeugs anordbarer Längsschiene ausgebildet ist, wobei die Ladekontaktelemente jeweils eine streifenförmige Ladekontaktfläche ausbilden, wobei die Kontaktvorrichtung einen Kontaktelementträger mit Kontaktelementen aufweist, wobei die Kontaktelemente jeweils eine Kontaktfläche ausbilden, die kleiner als die Ladekontaktfläche ausgebildet ist, wobei die Kontaktelemente in der Kontaktposition mit den Ladekontaktelementen jeweils zur Ausbildung von Kontaktpaarungen elektrisch kontaktierbar sind, wobei die Ladekontaktvorrichtung eine Heizeinrichtung (35) aufweist, mittels der die Ladekontaktelemente temperierbar sind.

Description

Schnellladesystem und Verfahren zur elektrischen Verbindung eines Fahrzeugs mit einer Ladestation
Die Erfindung betrifft ein Schneiladesystem für elektrisch angetriebene Fahrzeuge, insbesondere Elektrobusse oder dergleichen, und ein Verfah ren zur Ausbildung einer elektrisch leitenden Verbindung zwischen einem Fahrzeug und einer stationären Ladestation mit einer Kontaktvor- richtung, einer Ladekontaktvorrichtung und einer Positioniervorrichtung, wobei die Kontaktvorrichtung oder die Ladekontaktvorrichtung an einem Fahrzeug anordbar ist, wobei mit der Kontaktvorrichtung die Ladekon taktvorrichtung in einer Kontaktposition elektrisch kontaktierbar ist, wobei mittels der Positioniervorrichtung die Kontaktvorrichtung relativ zur Ladekontaktvorrichtung in Längsrichtung und/oder Querrichtung positionierbar und in die Kontaktposition bringbar ist, wobei die Lade kontaktvorrichtung einen Ladekontaktelementträger mit Ladekontaktele menten aufweist, wobei der Ladekontaktelementträger als eine in einer Fahrtrichtung des Fahrzeuges anordbare Längsschiene ausgebildet ist, wobei die Ladekontaktelemente jeweils eine streifenförmige Ladekon taktfläche ausbilden, wobei die Kontaktvorrichtung einen Kontaktele mentträger mit Kontaktelementen aufweist, wobei die Kontaktelemente jeweils eine Kontaktfläche ausbilden, die kleiner als die Ladekontaktflä- che ausgebildet ist, wobei die Kontaktelemente in der Kontaktposition mit dem Ladekontaktelement j eweils zur Ausbildung von Kontaktpaarun gen elektrisch kontaktierbar sind.
Derartige Schnellladesysteme bzw. Verfahren sind bereits aus dem Stand der Technik bekannt und werden regelmäßig zur Schnellladung elektrisch angetriebener Fahrzeuge an einer Haltestelle bzw. einem Haltepunkt eingesetzt. Im Nahverkehr eingesetzte elektrisch angetriebene Fahrzeuge, wie beispielsweise Busse, können an den jeweiligen Haltestellen so sukzessive mit elektrischer Energie versorgt werden.
Bei den aus der DE 10 2015 219 438 Al und der WO 2015/01887 Al bekannten Schnellladesystemen wird eine dachförmige Ladekontaktvor richtung von einer übereinstimmend ausgebildeten Kontaktvorrichtung kontaktiert. Die Ladekontaktvorrichtung weist dabei Ladekontaktelemen te auf, die in Art von Leiterstreifen ausgebildet und in einer Fahrtrich tung des Fahrzeugs verlaufend angeordnet sind. Kontaktelemente der Kontaktvorrichtung sind in Art von Bolzen ausgebildet und kontaktieren in der Kontaktposition die Leiterstreifen punktuell. Ein zielgenaues Erreichen der Kontaktposition wird dadurch möglich, dass die Kontakt vorrichtung in die Ladekontaktvorrichtung in einer vertikalen Richtung, relativ bezogen quer zu einer Fahrtrichtung des Fahrzeugs eingeführt wird.
Bei den aus den Stand der Technik bekannten Schneiladesystemen kann es unter ungünstigen Umständen zur Bildung eines Lichtbogens zwischen einem Kontaktelement und einem Ladekontaktelement auch während eines Ladevorgans kommen. Bei einer Bewegung des Elektrobusses während eines Ladevorgangs, beispielsweise infolge eines Aus- und Einsteigens von Fahrgästen, kann es zu einer Relativverschiebung von Kontaktelement und Ladekontaktelement kommen. Wenn dann eine Kontaktfläche oder Ladekontaktfläche einen vergleichsweise hohen elektrischen Widerstand aufweist können Lichtbögen entstehen. Weiter kann, wenn eine Kommunikation zwischen dem Fahrzeug und der Lade- Station, die beispielsweise über einen Signalkontakt bzw. eine Datenlei tung erfolgen kann, gestört ist, ein Ladevorgang in unerwünschter Weise abgebrochen oder nicht gestartet werden. Wie sich gezeigt hat treten der artige Effekte bei feuchten Witterungsverhältnissen vermehrt auf. Insbe sondere können hier auch Kriechströme auftreten, die einen Ladevorgang stören und eine Bildung von Lichtbögen begünstigen können. Durch Lichtbögen verschleißen die Ladekontaktelemente und die Kontaktele mente vergleichsweise schnell, was wiederum deren Austausch erfordert.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Schnellladesystem und ein Verfahren zur Ausbildung einer elektrisch leitenden Verbindung zwischen einem Fahrzeug und einer Ladestation vorzuschlagen, welches einen kostengünstigen Betrieb des Verkehrsmit tels und eine sichere Kontaktierung ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch ein Schnellladesystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 23 gelöst.
Das erfindungsgemäße Schnellladesystem für elektrisch angetriebene Fahrzeuge, insbesondere Elektrobusse oder dergleichen, zur Ausbildung einer elektrisch leitenden Verbindung zwischen einem Fahrzeug und einer stationären Ladestation, umfasst eine Kontaktvorrichtung, eine Ladekontaktvorrichtung und eine Positioniervorrichtung, wobei die Kontaktvorrichtung oder die Ladekontaktvorrichtung an einem Fahrzeug anordbar ist, wobei mit der Kontaktvorrichtung die Ladekontaktvorrich tung in einer Kontaktposition elektrisch kontaktierbar ist, wobei mittels der Positioniervorrichtung die Kontaktvorrichtung relativ zur Ladekon taktvorrichtung in Längsrichtung und/oder Querrichtung positionierbar und in die Kontaktposition bringbar ist, wobei die Ladekontaktvorrich tung einen Ladekontaktelementträger mit Ladekontaktelementen auf weist, wobei der Ladekontaktelementträger als eine in einer Fahrtrich tung des Fahrzeugs anordbare Längsschiene ausgebildet ist, wobei die Ladekontaktelemente jeweils eine streifenförmige Ladekontaktfläche ausbilden, wobei die Kontaktvorrichtung einen Kontaktelementträger mit Kontaktelementen aufweist, wobei die Kontaktelemente jeweils eine Kontaktfläche ausbilden, die kleiner als die Ladekontaktfläche ausgebil det ist, wobei die Kontaktelemente in der Kontaktposition mit den Ladekontaktelementen jeweils zur Ausbildung von Kontaktpaarungen elektrisch kontaktierbar sind, wobei die Ladekontaktvorrichtung eine Heizeinrichtung aufweist, mittels der die Ladekontaktelemente tempe rierbar sind.
Das erfindungsgemäße Schneiladesystem weist folglich als Leiterstreifen ausgebildete Ladekontaktelemente auf, die relativ zueinander parallel und in Richtung einer Längsachse des Ladekontaktelementträgers ange ordnet sind. Dadurch dass die Ladekontaktvorrichtung eine Heizeinrich tung aufweist, ist es möglich die Ladekontaktelemente mittels der Heizeinrichtung zu temperieren bzw. zu erwärmen. Dabei ist vorgesehen, dass ausschließlich die Ladekontaktelemente durch die Heizeinrichtung temperierbar sind. Eine Erwärmung der übrigen Bauteile der Ladekon taktvorrichtung ist nicht erforderlich und würde einen vergleichsweise höheren Energieaufwand zur Folge haben. Dadurch dass die Ladekontakt elemente mittels der Heizeinrichtung temperierbar sind, kann beispiels weise eine Ablagerung von Reif, Eis, Schnee oder dergleichen an der Ladekontaktvorrichtung bzw. unmittelbar an den Ladekontaktelementen verhindert werden. Auch wird ein Verdunsten von Wasser bzw. Feuchtig keit an den Ladekontaktelementen begünstigt. Wie sich gezeigt hat kann so eine Bildung von Lichtbögen bei bestimmten Witterungsverhältnissen und eine sichere Kontaktierung ohne Unterbrechung eines Ladevorgangs gewährleistet werden.
Die Positioniereinrichtung kann einen Pantografen oder eine Schwinge aufweisen, mittels dem beziehungsweise der der Kontakteinheitenträger in zumindest vertikaler Richtung zur Ladekontakteinheit positioniert werden kann, wobei die Kontaktvorrichtung an einem Fahrzeug oder an einer Ladestation angeordnet werden kann. Bei einer Schwinge kann ein ergänzendes Koppelgetriebe vorgesehen sein, welches den Kontaktein heitenträger relativ zu einer Ladekontaktvorrichtung stabilisiert bezie hungsweise in der betreffenden Richtung ausrichtet. Ein Pantograf oder eine Schwinge beziehungsweise ein entsprechender mechanischer An trieb ist besonders einfach und kostengünstig herstellbar. Ergänzend kann die Positioniereinrichtung auch eine Querführung aufweisen, mittels der der Kontakteinheitenträger quer relativ zur Ladekontaktvor richtung beziehungsweise zu einer Fahrtrichtung des Fahrzeugs positio niert werden kann. Die Querführung kann an einem Fahrzeug oder einem Pantografen oder einer Schwinge der Positioniereinrichtung angeordnet sein. In beiden Fällen ist dann die Positioniereinrichtung beziehungswei se ein an der Positioniereinrichtung angeordneter Kontakteinheitenträger quer zur Fahrtrichtung des Fahrzeugs verschiebbar. Durch diese Ver schiebbarkeit kann beispielsweise eine fehlerhafte Positionierung des Fahrzeugs an einer Haltestelle quer zur Fahrtrichtung ausgeglichen werden. Darüber hinaus können eventuelle Fahrzeugbewegungen in Folge eines einseitigen Absenkens des Fahrzeugs zum Ein- und Aussteigen von Personen so ausgeglichen werden, dass es zu keiner Verschiebung des Kontakteinheitenträgers relativ zur Ladekontaktvorrichtung in Querrich tung kommen kann. Die Kontaktvorrichtung kann beispielsweise auf einem Fahrzeugdach angeordnet sein, sodass der Kontakteinheitenträger von dem Fahrzeugdach ausgehend mittels der Positioniereinrichtung zu der Ladekontaktvorrichtung und zurück bewegt werden kann. Alternativ kann die Kontaktvorrichtung an der Ladestation angeordnet sein, wobei der Kontakteinheitenträger dann von einem Träger, wie beispielsweise einem Mast oder einer Brücke, an einer Haltestelle in Richtung auf ein Fahrzeugdach mit einer Ladekontaktvorrichtung und zurück bewegt werden kann.
Die Heizeinrichtung kann ein elektrisches Heizelement aufweisen, welches an dem Ladekontaktelement angeordnet ist. Das elektrische Heizelement kann beispielsweise ein Widerstandsheizelement sein. Das Heizelement kann eine elektrische Isolierung aufweisen und unmittelbar an dem Ladekontaktelement angeordnet sein bzw. an diesem direkt anlie- gen. So ist zur Erwärmung des Ladekontaktelements vergleichsweise we nig elektrische Energie erforderlich und es ist stets sichergestellt, dass das Ladekontaktelement schnell und effektiv erwärmt wird.
An jedem Ladekontaktelement kann ein Heizelement angeordnet sein, wobei sich das Heizelement vorzugsweise über eine gesamte Länge des Ladekontaktelements erstrecken kann. Da die Ladekontaktvorrichtung eine Mehrzahl von Ladekontaktelementen aufweist, können so sämtliche Ladekontaktelemente mit jeweils einem Heizelement erwärmt werden.
Die jeweiligen Heizelemente können an eine jeweilige Ausgestaltung der Ladekontaktelemente angepasst sein. Wenn sich das Heizelement über eine gesamte Länge des Ladekontaktelements erstreckt, kann dieses auch entlang seiner gesamten Länge temperiert werden.
Das Heizelement kann eine Heizleitung sein, welche an einer der Lade kontaktflächen abgewandten Rückseite des Ladekontaktelements anliegt. Die Heizleitung kann in Art eines Leiters mit einem im Wesentlichen runden oder auch bandförmigen Querschnitt ausgebildet sein. Durch die direkte Anlage der Heizleitung an der Rückseite des Ladekontaktele ments ist die Heizleitung von Umwelteinflüssen geschützt und bewirkt gleichzeitig eine direkte Beheizung des Ladekontaktelements.
Das Heizelement kann für einen Betrieb mit Niederspannung, vorzugs weise 230 V Wechselstrom oder 24 V Gleichstrom, ausgebildet sein. Da diese Niederspannung gebräuchlich ist und regelmäßig auch an Ladesta tionen vorliegt, ist eine besondere Transformation einer Spannung zum Betrieb des Heizelements nicht erforderlich. Das Heizelement kann dann beispielsweise bereits mit einem einfachen Schaltelement ein- und ausgeschaltet werden. Die Heizeinrichtung ist so besonders einfach ausbildbar.
Das Ladekontaktelement kann aus einem Metallband ausgebildet sein. Das Metallband kann einen vergleichsweise flachen Querschnitt aufwei- sen. Das Metallband kann einen Leiterstreifen ausbilden, der in der Längsrichtung bzw. einer horizontalen Richtung, welche im Wesentli chen einer Fahrtrichtung des Fahrzeugs entspricht, angeordnet sein kann. Beispielsweise können die Ladekontaktelemente über einen Meter lang sein, so dass ein Fahrzeug innerhalb eines Bereichs an einer Haltestelle anhalten kann. So können die Ladekontaktelemente eine vergleichsweise große, kontaktierbare Fläche für die Kontaktelemente ausbilden. Auch ist ein Metallband einfach herzustellen, beispielsweise durch die Verwen dung eines Halbzeugs als Ladekontaktelement.
Das Metallband kann mittels einer Schraubverbindung an dem Ladekon taktelementträger befestigt sein, wobei an dem Metallband Gewindebol zen angeordnet sein können, die Durchgangsöffnungen in dem Ladekon taktelementträger durchdringen. Durch eine Befestigung des Metallbands mittels einer Schraubverbindung an einem Korpus des Ladekontaktele mentträgers, wird es besonders einfach möglich die Ladekontaktelemente auszuwechseln, wenn sie beispielsweise beschädigt sind. Das Metallband kann aus Kupfer, Aluminium oder einer vergleichbaren Legierung beste hen. Die Gewindebolzen können an dem Metallband verschraubt oder mittels Stumpfschweißen befestigt sein. In dem Korpus des Ladekontakt elementträgers können Durchgangsöffnungen ausgebildet sein, durch die die Gewindebolzen hindurchgeführt sind. Die Ladekontaktelemente bzw. das Metallband kann so einfach mittels Muttern an den Gewindebolzen mit dem Korpus verschraubt werden. Prinzipiell ist es auch möglich Schrauben zur Befestigung der Metallbänder an dem Korpus zu verwen den. Vorteilhaft kann das Metallband dann klebstofffrei befestigt wer den, was einen Austausch wesentlich erleichtert.
Gegenüberliegende Enden des Metallbandes können jeweils quer zu der Ladekontaktfläche verlaufend ausgebildet sein und Durchgangsöffnungen in dem Ladekontaktelementträger durchdringen, wobei zumindest ein Ende mit einem Kabel der Ladestation verbunden sein kann. Die Enden können folglich abgewinkelt, beispielsweise relativ zu der Ladekontakt- fläche orthogonal verlaufend ausgebildet sein. Bei einer Montage des La dekontaktelements können die Enden durch Durchgangsöffnungen in ei nem Korpus des Ladekontaktelementträgers gesteckt und so durch diesen hindurchgeführt werden. Dabei kann vorgesehen sein, zumindest direkt an einem Ende ein Kabel der Ladestation anzuschließen, welches dann das Ladekontaktelement unmittelbar mit der Ladestation bzw. einer Stromquelle verbindet.
Die Ladekontaktelemente können jeweils in eine in dem Ladekontakt elementträger ausgebildete Aufnahmenut eingesetzt sein, wobei die Ladekontaktflächen dann bündig mit einer dem Kontaktelementträger zugewandten Oberfläche des Ladekontaktelementträgers abschließen können. Die Oberfläche des Ladekontaktelementträgers ist dann zumin dest abschnittsweise ohne wesentliche Unterbrechungen ausgebildet, so dass Kontaktelemente an der Oberfläche entlanggleiten können. Die Aufnahmenut weist dann eine Tiefe und Breite auf, die im Wesentlichen einer Höhe und Breite des Ladekontaktelements, relativ bezogen auf einen Querschnitt, entspricht.
In einem Grund der Aufnahmenut kann eine Nut ausgebildet sein, in die das Heizelement eingesetzt sein kann. Die im Grund der Aufnahmenut ausgebildete Nut kann dabei stets schmaler ausgebildet sein als die Nut selbst, so dass das Ladekontaktelement an dem Grund der Aufnahmenut anliegt und so relativ zu der Oberfläche des Ladekontaktelementträgers sicher positioniert ist. Die Nut kann so ausgebildet sein, dass das Heiz element in dieser positioniert ist und die Nut im Wesentlichen ausfüllt. Somit kann sichergestellt werden, dass das Heizelement möglichst dicht an dem Ladekontaktelement anliegt. Weiter ist das Heizelement dann besonders einfach montierbar.
Die Nut kann parallel, mäanderförmig, und/oder spiralförmig relativ zu einer Längsachse des Ladekontaktelements verlaufen. Sofern das Heiz element besonders dünn ausgebildet ist kann eine große Kontaktfläche zwischen dem Heizelement und dem Ladekontaktelement ausgebildet werden.
In einer dem Kontaktelementträger zugewandten Oberfläche des Lade kontaktelementträgers kann zwischenliegend zweier Ladekontaktelemen te eine Rille ausgebildet sein. Die Rille kann in Art einer Nut ausgebil det sein und parallel zu Längsachsen der Ladekontaktelemente verlaufen. Mit der Rille kann die Oberfläche des Ladekontaktelementträgers zwi schenliegend den Ladekontaktelementen vergrößert werden, so dass eine unerwünschte Ausbildung von Kriechströmen zwischen Ladekontaktele menten wirkungsvoll vermieden werden kann. Insbesondere kann die Bildung eines zusammenhängenden Wasserfilms bzw. eines Wassernetzes auf der Oberfläche verhindert werden. Es können hier auch zwischen zwei Ladekontaktelementen zwei oder mehr derartige Rillen ausgebildet sein. Weiter kann vorgesehen sein, dass zwischen allen Ladekontaktele menten jeweils Rillen ausgebildet sind.
Der Ladekontaktelementträger kann einen aus einem dielektrischen Kunststoffmaterial oder einen aus Verbundwerkstoff ausgebildeten Korpus ausweisen, der vorzugsweise einstückig ausgebildet sein kann. Der Korpus ist so besonders einfach, stabil und kostengünstig herstell bar. Da der Korpus dann aus einem dielektrischen Material besteht, ist eine besondere elektrische Isolierung der Ladekontaktelemente und gegebenenfalls deren Befestigungselementen nicht erforderlich. Gleich wohl ist der Korpus dann auch witterungsbeständig und kann nicht korrodieren. Beispielsweise kann der Korpus aus glasfaserverstärktem Kunststoff bestehen und dann in großer Stückzahl einfach hergestellt werden.
Die Kontaktvorrichtung kann auf einem Fahrzeugdach und die Ladekon taktvorrichtung an einer stationären Ladestation oder umgekehrt ange ordnet sein. Beispielsweise kann es sich dabei um ein Fahrzeugdach eines Elektrobusses oder auch eines Straßenbahnwagens handeln. Dabei kann beispielsweise auch vorgesehen sein, die Kontaktvorrichtung oder die Ladekontaktvorrichtung so auf dem Fahrzeugdach zu positionieren, dass diese in Fahrtrichtung auf einer Fahrerseite des Fahrzeugdaches an geordnet ist. Einem Fahrer des Fahrzeuges wird so eine Positionierung der Kontaktvorrichtung bzw. der Ladekontaktvorrichtung wesentlich vereinfacht, da diese bzw. deren Lage in einer Blickrichtung des Fahrers liegt.
Die Heizeinrichtung kann eine Temperaturregelung und ein Thermostat umfassen, welches an einem Ladekontaktelement anliegen kann. Mit der Temperaturregelung kann ein Ein- und Ausschaltvorgang der Heizein richtung geregelt werden. Auch ist eine Regelung einer Heizleistung der Heizeinrichtung möglich. Über das Thermostat wird eine Temperatur messung an zumindest einem Ladekontaktelement ermöglicht. Dabei können sämtliche Ladekontaktelemente einzeln, d.h. mit jeweils einem Thermostat kontaktiert und entsprechend geregelt werden. Gleichwohl ist es möglich lediglich ein Thermostat vorzusehen und die Temperatur aller Ladekontaktelemente nach diesem Thermostat zu regeln.
Die Heizeinrichtung kann zur Beheizung der Ladekontaktelemente bei einer Temperatur von < 5 °C ausgebildet sein. So kann in jedem Fall immer sichergestellt werden, dass die Ladekontaktelemente nicht verei sen können. Mit Reif oder Eis überzogene Ladekontaktelemente begüns tigen die Ausbildung von Lichtbögen während eines Ladevorgangs. Weiter kann ein Abschalten der Beheizung der Ladekontaktelemente bei > 15 °C vorgesehen sein. Auch kann ein Thermostat verwendet werden, welches unterschiedliche Schaltpunkte aufweist bzw. bei verschiedenen Temperaturen jeweils einen Schaltvorgang auslösen kann.
Eine Länge des Ladekontaktelementträgers kann kürzer als eine Fahr zeuglänge ausgebildet sein. So ist es nicht erforderlich, dass der Lade kontaktelementträger, der in Art einer Längsschiene ausgebildet ist, und sich in einer Fahrtrichtung des Fahrzeugs erstreckt, das Fahrzeug an seinen Enden überragt. Der Ladekontaktelementträger kann daher ver gleichsweise kurz ausgebildet sein, wodurch er kostengünstig herstellbar wird und auch einfach an einem Mast einer Ladestation, oder alternativ auf einem Fahrzeugdach, befestigt werden kann.
Die Leistungskontakte bzw. die korrespondierenden Kontaktelemente können zur Übertragung eines Stroms von 500 bis 1000 Ampere bei einer Spannung von mindestens 750 bis 1000 V ausgebildet sein. Beispielswei se ist eine Leistung von 375 kW bis 750 kW, vorzugsweise von 600 kW über die Ladekontakteinheit übertragbar. Es kann daher dann auch ausreichend sein lediglich eine Anschlussleitung zur Verbindung mit dem Ladekontaktelement vorzusehen. Auch kann eine schnellere Ladung des Fahrzeugs erfolgen, da höhere Ströme in kürzerer Zeit übertragen werden können.
Die Ladekontaktflächen und/oder die Kontaktflächen können in der Querrichtung oder der Längsrichtung relativ zueinander so angeordnet sein, dass zuerst der Schutzkontakt, nachfolgend die Leistungskontakte und weiter nachfolgend der Signalkontakt ausgebildet werden kann. Mittels dieser Anordnung der Ladekontaktflächen relativ zu den jeweils zugehörigen Kontaktflächen in der Längsrichtung der streifenförmigen Ladekontaktflächen kann folglich eine definierte Reihenfolge der Ausbil dung und Trennung von Kontaktpaarungen, bezogen auf die Längsrich tung, ausgebildet werden. Unter der Längsrichtung wird hier die Rich tung verstanden, in der die streifenförmigen Ladekontaktflächen im Wesentlichen verlaufen. Da dies eine Fahrtrichtung eines Fahrzeugs sein kann, entspricht die Längsrichtung dann im Wesentlichen einer horizon talen Richtung, wenn der Ladekontaktelementträger horizontal positio niert ist. Gleichwohl kann der Ladekontaktelementträger auch parallel zu einer Fahrbahn eines Fahrzeugs, die auch relativ zu einer Horizontalen geneigt sein kann, positioniert sein. Unter der Querrichtung wird eine vertikale Richtung verstanden, die relativ zu den streifenförmigen Ladekontaktflächen quer bzw. orthogonal verläuft. So kann bei einem Zusammenführen der Kontaktvorrichtung mit der Ladekontaktvorrichtung in vertikaler und/oder horizontaler Richtung durch die definierte Reihen- folge der Ausbildung der Kontaktpaarungen zunächst eine erste Kontakt paarung vor einer weiteren Kontaktpaarung ausgebildet werden.
Die Kontaktelemente können eine punktförmige Kontaktfläche ausbilden. Die Kontaktelemente können bolzenförmig ausgebildet sein. Weiter können die Kontaktelemente am Kontaktelementträger federnd gelagert sein. Die Kontaktelemente sind so besonders einfach herstellbar, wobei die federnde Lagerung durch eine einfache Druckfeder innerhalb oder an dem Kontaktelement ausgeführt werden kann. Infolge dessen kann so ein punktueller Kontakt mit einem Ladekontaktelement unter einer Federvor spannung ausgebildet werden. Weiter kann es auch vorgesehen sein, dass beispielsweise für eine Kontaktpaarung für einen Leistungskontakt, eine Mehrzahl von Kontaktelementen, also mehrere Kontaktpaarungen vorge sehen sind. Vorzugsweise können zwei Kontaktelemente für jeweils eine Phase bzw. einen Leistungskontakt vorgesehen sein. Prinzipiell ist es jedoch auch möglich andere Formen von Kontaktflächen, je nach Gestalt der Kontaktelemente, auszubilden. Wesentlich ist jedoch, dass die jeweilige Kontaktfläche immer kleiner als die kleinste bzw. in Längs richtung kürzeste Ladekontaktfläche ausgebildet ist.
Der Ladekontaktelementträger kann eine Aufnahmeöffnung für den Kontaktelementträger ausbilden, wobei der Kontaktelementträger in die Aufnahmeöffnungen des Ladekontaktelementträgers einsetzbar ist, oder der Kontaktelementträger kann eine Aufnahmeöffnung für den Ladekon taktelementträger ausbilden, wobei der Ladekontaktelementträger in die Aufnahmeöffnung des Kontaktelementträges einsetzbar ist, wobei die Aufnahmeöffnung bei einem Zusammenführen von Kontaktelementträger und Ladekontaktelementträger eine Führung für den Kontaktelementträ ger oder den Ladekontaktelementträger ausbilden kann. Dabei kann die Aufnahmeöffnung vorzugsweise V-förmig ausgebildet sein. Bei einer Relativabweichung des Kontaktelementträgers bei einem Zusammenfüh ren von Kontaktvorrichtung und Ladekontaktvorrichtung zur Aufnahme öffnung bewirkt dann die V-förmige Ausbildung der Aufnahmeöffnung eine Zentrierung des Kontaktelementträgers bzw. des Ladekontaktele mentträgers. Umgekehrt kann der Kontaktelementträger eine Aufnahme öffnung für den Ladekontaktelementträger ausbilden, wobei der Lade kontaktelementträger dann in die Aufnahmeöffnung des Kontaktelement trägers einsetzbar sein kann. Die Aufnahmeöffnung kann dann auch hier vorzugsweise V-förmig ausgebildet sein, wobei dann innerhalb der V- förmigen Aufnahmeöffnung die Kontaktelemente angeordnet sein kön nen. Eventuelle Lageabweichungen des Fahrzeugs bei einem Halt an einer Haltestelle von einer vorgesehenen Halteposition können durch die durch die Aufnahmeöffnung bewirkte Führung des Kontaktelementträgers bzw. des Ladekontaktelementträgers in die Kontaktposition leicht ausge glichen werden. Der Ladekontaktelementträger kann als eine in eine Fahrtrichtung des Fahrzeugs anordbare, dachförmige Längsschiene ausgebildet sein. Die Ladekontaktelemente können dann an einer Unter seite der dachförmigen Längsschiene angeordnet sein, so dass die Lade kontaktelemente nicht unmittelbar Witterungseinflüssen ausgesetzt sind. Auch kann die dachförmige Längsschiene an ihren Enden vorzugsweise offen ausgebildet sein, so dass der Kontaktelementträger auch in Fahrtrichtung in die dachförmige Längsschiene eingeführt bzw. heraus gezogen werden kann. Wenn der Ladekontaktelementträger an einem Fahrzeug angeordnet werden soll, kann vorgesehen sein, den Ladekon taktelementträger als eine in einer Fahrtrichtungsfahrzeugs anordbare stegförmige Erhöhung auszubilden.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Ausbildung einer elektrisch leitenden Verbindung zwischen einem Fahrzeug und einer stationären Ladestation, insbesondere für ein Schnellladesystem für elektrisch angetriebene Fahrzeuge, wie Elektrobusse oder dergleichen, umfasst das Schnellladesystem eine Kontaktvorrichtung, eine Ladekontaktvorrichtung und eine Positioniervorrichtung, wobei mit der Kontaktvorrichtung die Ladekontaktvorrichtung in einer Kontaktposition elektrisch kontaktiert wird, wobei mittels der Positioniervorrichtung die Kontaktvorrichtung relativ zur Ladekontaktvorrichtung in Längsrichtung und/oder Querrich- tung positioniert und in die Kontaktposition gebracht wird, wobei die Ladekontaktvorrichtung einen Ladekontaktelementträger mit Ladekon taktelementen aufweist, wobei der Ladekontaktelementträger als eine Längsschiene ausgebildet ist, die in einer Fahrtrichtung des Fahrzeugs angeordnet wird, wobei die Ladekontaktelemente j eweils eine streifen förmige Ladekontaktfläche ausbilden, wobei die Kontaktvorrichtung einen Kontaktelementträger mit Kontaktelementen aufweist, wobei die Kontaktelemente j eweils eine Kontaktfläche ausbilden, die kleiner als die Ladekontaktflächen ausgebildet ist, wobei die Kontaktelemente in der Kontaktposition mit den Ladekontaktelementen j eweils zur Ausbil dung von Kontaktpaarungen elektrisch kontaktiert werden, wobei die Ladekontaktelemente mittels einer Heizeinrichtung der Ladekontaktvor richtung temperiert werden. Hinsichtlich der vorteilhaften Wirkungen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird auf die Vorteilsbeschreibung des erfindungsgemäßen Schnellladesystems verwiesen. Weitere vorteil hafte Ausführungsformen des Verfahrens ergeben sich aus den auf den Anspruch 1 j eweils rückbezogenen Unteransprüchen.
Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Ladekontaktvor richtung eines Schnellladesystems;
Fig. 2 eine perspektivische Unteransicht der Ladekontaktvor richtung;
Fig. 3 eine perspektivische Unteransicht eines Ladekontakt elementträgers der Ladekontaktvorrichtung;
Fig. 4 eine weitere perspektivische Unteransicht des Lade kontaktelementträgers der Ladekontaktvorrichtung; Fig. 5 eine perspektivische Ansicht eines Ladekontaktele ments;
Fig. 6 eine Teilschnittansicht der Ladekontaktvorrichtung.
Die Fig. 1 und 2 zeigen eine Ladekontaktvorrichtung 10 eines hier nicht näher dargestellten Schnellladesystems für elektrisch angetriebene Fahrzeuge, insbesondere Elektrobusse oder dergleichen, wobei die Ladekontaktvorrichtung 10 zur Verbindung mit einer ebenfalls nicht dargestellten Kontaktvorrichtung ausgebildet ist. Die Ladekontaktvor richtung 10 ist dachförmig ausgebildet und kann mittels einer Befesti gungseinrichtung 11 an einen hier nicht dargestellten Mast oberhalb eines Fahrzeugs über einer Fahrbahn befestigt werden. Eine obere Abde ckung der Ladekontaktvorrichtung 10 ist hier zur besseren Veranschauli chung nicht dargestellt. Ein unter der Ladekontaktvorrichtung 10 positio niertes Fahrzeug kann dann über die Kontaktvorrichtung verfügen, die mittels einer ebenfalls nicht dargestellten Positioniervorrichtung unter halb der Ladekontaktvorrichtung 10 an dieser angeordnet werden kann.
Die Ladekontaktvorrichtung 10 ist im Wesentlichen aus einem Ladekon taktelementträger 12 aus Kunststoffmaterial, insbesondere glasfaserver stärktem Kunststoff, und Ladekontaktelementen 13 ausgebildet. Die Ladekontaktelemente 13 sind ihrerseits jeweils als Metallbänder 14, 15, 16 und 17 ausgebildet und verlaufen in Längsrichtung des Ladekontakt elementträgers 12. Die Metallbänder 14 und 17 dienen zur Übertragung eines Ladestroms, wobei das Metallband 15 einen Schutzleiter und das Metallband 16 eine Steuerleitung repräsentiert. Kontaktbahnen 18 an jeweils abgewinkelten Enden 19 der Metallbänder 14 bis 17 dienen zum Anschluss an hier nicht näher dargestellte elektrische Leitungen. Der Ladekontakt-elementträger 12 ist im Wesentlichen aus einem einstücki gen Korpus 20 gebildet und weist Verstärkungsrippen 21 sowie Befesti gungsrippen 22 mit einem Bolzen 23 zur Aufhängung des Ladekontakt elementträgers 12 an einem Mast oder ähnlichem auf. Eine Aufnahmeöff nung 24 der Ladekontaktvorrichtung 10 zur Aufnahme der Kontaktvor- richtung ist V-förmig ausgebildet, derart, dass zwei symmetrische Schen kel 25 über einen horizontalen Steg 26 miteinander verbunden sind. In nerhalb der Aufnahmeöffnung 24 bildet die Ladekontaktvorrichtung den bzw. der Ladekontektelementträger 12 mit den Ladekontaktelementen 13 eine Oberfläche 27 zur Anlage der Kontaktvorrichtung mit den hier ebenfalls nicht dargestellten Kontaktelementen aus.
Innerhalb der Oberfläche 27 sind, wie aus den Fig. 3 und 4 ersichtlich ist, Aufnahmenuten 28 für jeweils die Ladekontaktelemente 13 bzw. die Metallbänder 14 bis 17 ausgebildet. Die Ladekontaktelemente 13 bilden so streifenförmige Ladekontaktflächen 29 innerhalb der Aufnahmeöff nung 24 aus.
Die Fig. 5 zeigt ein einzelnes Ladekontaktelement 13 an dem Gewinde bolzen 30 mittels Stumpfschweißen befestigt sind. Die Gewindebolzen 30 sind durch Durchgangsöffnungen 31 in dem Ladekontaktelementträger 12 hindurchgesteckt und mittels Muttern 32 verschraubt. Weiter sind in dem Ladekontaktelementträger 12 schlitzförmige Durchgangsöffnungen 33 ausgebildet, durch die die Enden 19 hindurchgesteckt sind. Eine Befestigung und Kontaktverbindung der Ladekontaktelemente 13 kann so bequem an einer Oberseite 34 des Ladekontaktelementträgers 12 erfol- gen.
Weiter umfasst die Ladekontaktvorrichtung 10 eine Heizeinrichtung 36, die aus jeweils Heizelementen 36 an den Ladekontaktelementträgern 12 und einer Temperaturregelung 37 mit einem hier nicht näher dargestell ten Thermostat ausgebildet ist. Wie eine Zusammenschau der Fig. 3, 4 und 6 zeigt, sind in einem Grund 38 der j eweiligen Aufnahmenuten 28 Nuten 39 ausgebildet, in die eine Heizleitung 40, die das Heizelement 36 ausbildet, eingelegt. Die Heizleitung 40 liegt jeweils an einer Rückseite 41 des Ladekontaktelements 13 an, und ermöglicht so eine wirkungsvolle Temperierung bzw. Beheizung der j eweiligen Ladekontaktelemente 13. Weiter ist in der Oberfläche 27 des Ladekontaktelementträgers 12 zwi schenliegend zweier Ladekontaktelemente 13 eine Rille 42 ausgebildet. Die Rille 42 verläuft parallel zu einer Längserstreckung der Ladekon taktelemente 13. Die Rille erschwert eine Bildung von Kriechströmen zwischen Ladekontaktelementen 13.

Claims

Patentansprüche
1. Schnellladesystem für elektrisch angetriebene Fahrzeuge, insbeson dere Elektrobusse oder dergleichen, zur Ausbildung einer elektrisch leitenden Verbindung zwischen einem Fahrzeug und einer stationären
Ladestation, mit einer Kontaktvorrichtung, einer Ladekontaktvorrich tung (10) und einer Positioniervorrichtung, wobei die Kontaktvor richtung oder die Ladekontaktvorrichtung an einem Fahrzeug anord- bar ist, wobei mit der Kontaktvorrichtung die Ladekontaktvorrich- tung in einer Kontaktposition elektrisch kontaktierbar ist, wobei mit tels der Positioniervorrichtung die Kontaktvorrichtung relativ zur La dekontaktvorrichtung in Längsrichtung und/oder Querrichtung posi tionierbar und in die Kontaktposition bringbar ist, wobei die Lade kontaktvorrichtung einen Ladekontaktelementträger (12) mit Lade- kontaktelementen (13) aufweist, wobei der Ladekontaktelementträger als eine in einer Fahrtrichtung des Fahrzeuges anordbare Längsschie ne ausbildet ist, wobei die Ladekontaktelemente jeweils eine strei fenförmige Ladekontaktfläche (29) ausbilden, wobei die Kontaktvor richtung einen Kontaktelementträger mit Kontaktelementen aufweist, wobei die Kontaktelemente jeweils eine Kontaktfläche ausbilden, die kleiner als die Ladekontaktflächen ausgebildet ist, wobei die Kon- taktelemente in der Kontaktposition mit den Ladekontaktelementen jeweils zur Ausbildung von Kontaktpaarungen elektrisch kontaktier bar sind, dadurch g e k e n n z e i c h n et , dass die Ladekontaktvorrichtung eine Heizeinrichtung (35) aufweist, mittels der die Ladekontaktelemente temperierbar sind.
2. Schnellladesystem nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n et , dass die Heizeinrichtung (35) ein elektrisches Heizelement (36) auf- weist, welches an dem Ladekontaktelement (13) angeordnet ist.
3. Schnellladesystem nach Anspruch 2, dadurch g e k e n n z e i c h n et , dass an jedem Ladekontaktelement (13) ein Heizelement (36) ange ordnet ist, wobei sich das Heizelement vorzugsweise über eine ge- samte Länge des Ladekontaktelements erstreckt.
4. Schnellladesystem nach Anspruch 2 oder 3, dadurch g e k e n n z e i c h n et , dass das Heizelement (36) eine Heizleitung (40) ist, welche an einer der Ladekontaktfläche (29) abgewandten Rückseite (41) des Lade- kontaktelements anliegt.
5. Schnellladesystem nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch g e k e n n z e i c h n et , dass das Heizelement (36) für einen Betrieb mit Niederspannung, vorzugsweise 230 V Wechselstrom oder 24 V Gleichstrom, ausgebil det ist.
6. Schnellladesystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n et , dass das Ladekontaktelement (13) aus einem Metallband (14, 15, 16, 17) ausgebildet ist.
7. Schnellladesystem nach Anspruch 6, dadurch g e k e n n z e i c h n et , dass das Metallband (14, 15, 16, 17) mittels einer Schraubverbindung an dem Ladekontaktelementträger (12) befestigt ist, wobei an dem Metallband Gewindebolzen (30) angeordnet sind, die Durchgangsöff- nungen (31) in dem Ladekontaktelementträger durchdringen.
8. Schnellladesystem nach Anspruch 6 oder 7, dadurch g e k e n n z e i c h n et , dass gegenüberliegende Enden (19) des Metallbandes (14, 15, 16, 17) jeweils quer zu der Ladekontaktfläche (29) verlaufend ausgebildet sind, und Durchgangsöffnungen (33) in dem Ladekontaktelementträ ger (12) durchdringen, wobei zumindest ein Ende mit einem Kabel der Ladestation verbunden ist.
9. Schnellladesystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n et , dass die Ladekontaktelemente (13) jeweils in eine in dem Ladekon taktelementträger (12) ausgebildete Aufnahmenut (28) eingesetzt sind, derart, dass die Ladekontaktflächen (29) bündig mit einer dem Kontaktelementträger zugewandten Oberfläche (27) des Ladekontakt elementträgers abschließen.
10. Schnellladesystem nach Anspruch 9, dadurch g e k e n n z e i c h n et , dass in einem Grund (38) der Aufnahmenut (28) eine Nut (39) ausge bildet ist, in die das Heizelement (36) eingesetzt ist.
11. Schnellladesystem nach Anspruch 10, dadurch g e k e n n z e i c h n et , dass die Nut (39) parallel, mäanderförmig und/oder spiralförmig rela tiv zu einer Längsachse des Ladekontaktelements (13) verläuft.
12. Schnellladesystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n et , dass in einer dem Kontaktelementträger zugewandten Oberfläche (27) des Ladekontaktelementträgers (12) zwischenliegend zweier Lade kontaktelemente (13) eine Rille (42) ausgebildet ist.
13. Schnellladesystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n et , dass der Ladekontaktelementträger (12) einen aus einem dielektri schen Kunststoffmaterial oder einem Verbundwerkstoff ausgebildeten Korpus (20) aufweist, der vorzugsweise einstückig ausgebildet ist.
14. Schnellladesystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n et , dass die Kontaktvorrichtung auf einem Fahrzeugdach und die Lade kontaktvorrichtung (10) an einer stationären Ladestation oder umge kehrt anordbar ist.
15. Schnellladesystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n et , dass die Heizeinrichtung (35) eine Temperaturregelung (37) und ein Thermostat umfasst, welches an einem Ladekontaktelement (13) an liegt.
16. Schnellladesystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n et , dass die Heizeinrichtung (35) zur Beheizung der Ladekontaktelemen te (13) bei einer Temperatur von < 5° C ausgebildet ist.
17. Schnellladesystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n et , dass eine Länge des Ladekontaktelementträgers (12) kürzer als eine
Fahrzeuglänge ausgebildet ist.
18. Schnellladesystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n et , dass die Kontaktpaarungen für jeweils Leistungskontakte, einen Si gnalkontakt und einen Schutzkontakt des Schneiladesystems ausbild bar sind.
19. Schnellladesystem nach Anspruch 18, dadurch g e k e n n z e i c h n et , dass die Leistungskontakte zur Übertragung eines Stroms von 500 bis 100 A bei einer Spannung von mindestens 750 bis 1.000 V ausgebil det sind.
20. Schnellladesystem nach Anspruch 18 oder 19, dadurch g e k e n n z e i c h n et , dass die Ladekontaktflächen (29) und/oder die Kontaktflächen in der Querrichtung oder Längsrichtung relativ zueinander so angeordnet sind, dass zuerst der Schutzkontakt, nachfolgend die Leistungskon takte und weiter nachfolgend der Signalkontakt ausbildbar sind.
21. Schnellladesystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n et , dass die Kontaktelemente eine punktförmige Kontaktfläche ausbil den.
22. Schnellladesystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass der Ladekontaktelementträger (12) eine Aufnahmeöffnung (24) für den Kontaktelementträger ausbildet, wobei der Kontaktelement- träger in die Aufnahmeöffnung des Ladekontaktelementträgers ein- setzbar ist, oder dass der Kontaktelementträger eine Aufnahmeöff nung für den Ladekontaktelementträger ausbildet, wobei der Lade kontaktelementträger in die Aufnahmeöffnung des Kontaktelement trägers einsetzbar ist, wobei die Aufnahmeöffnung bei einem Zusam- menführen von Kontaktelementträger und Ladekontaktelementträger eine Führung für den Kontaktelementträger oder den Ladekontaktele mentträger ausbildet.
23. Verfahren zur Ausbildung einer elektrisch leitenden Verbindung zwischen einem Fahrzeug und einer stationären Ladestation, insbe- sondere für ein Schnellladesystem für elektrisch angetriebene Fahr zeuge, wie Elektrobusse oder dergleichen, mit einer Kontaktvorrich tung, einer Ladekontaktvorrichtung (10) und einer Positioniervorrich tung, wobei mit der Kontaktvorrichtung die Ladekontaktvorrichtung in einer Kontaktposition elektrisch kontaktiert wird, wobei mittels der Positioniervorrichtung die Kontaktvorrichtung relativ zur Lade kontaktvorrichtung in Längsrichtung und/oder Querrichtung positio niert und in die Kontaktposition gebracht wird, wobei die Ladekon taktvorrichtung einen Ladekontaktelementträger (12) mit Ladekon taktelementen (13) aufweist, wobei der Ladekontaktelementträger als eine Längsschiene ausbildet ist, die in einer Fahrtrichtung des Fahr zeuges angeordnet wird, wobei die Ladekontaktelemente jeweils eine streifenförmige Ladekontaktfläche (29) ausbilden, wobei die Kon taktvorrichtung einen Kontaktelementträger mit Kontaktelementen aufweist, wobei die Kontaktelemente jeweils eine Kontaktfläche aus- bilden, die kleiner als die Ladekontaktflächen ausgebildet ist, wobei die Kontaktelemente in der Kontaktposition mit den Ladekontaktele- menten jeweils zur Ausbildung von Kontaktpaarungen elektrisch kon taktiert werden, dadurch g e k e n n z e i c h n et , dass die Ladekontaktelemente mittels einer Heizeinrichtung (35) der Ladekontaktvorrichtung temperiert werden.
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