ITTO20110092A1 - Gruppo presa di corrente per la ricarica delle batterie di veicoli elettrici - Google Patents

Description

“Gruppo presa di corrente per la ricarica delle batterie di veicoli elettriciâ€

DESCRIZIONE

La presente invenzione si riferisce ad un gruppo presa di corrente per la ricarica delle batterie di veicoli elettrici.

Si stanno diffondendo stazioni di ricarica con prese erogatrici di corrente elettrica alle quali si vanno a connettere gli autoveicoli e motoveicoli a trazione elettrica e/o ibridi. La presa di corrente, soprattutto se la stazione di ricarica à ̈ pubblica, à ̈ solitamente protetta da un coperchio ribaltabile o scorrevole atto ad impedire l'accesso alla presa quando non à ̈ autorizzata la ricarica. Per ragioni di sicurezza, le prese sono associate a due dispositivi di bloccaggio svincolabili, ciascuno avente un rispettivo azionatore: un primo dispositivo di bloccaggio che include un primo chiavistello per bloccare temporaneamente la spina connessa al veicolo mentre questa à ̈ inserita nella presa durante la ricarica; un secondo dispositivo di bloccaggio che include un secondo chiavistello atto a trattenere in posizione chiusa il coperchio ribaltabile. In altre soluzioni si fa uso di un azionatore bistabile che però richiede un'associata batteria tampone per poter rilasciare la spina se, durante la ricarica, si verifica un blackout.

È scopo dell'invenzione realizzare un gruppo presa semplificato, più versatile e composto da un numero minore di componenti rispetto alla tecnica nota.

Questo ed altri scopi e vantaggi, che saranno compresi meglio in seguito, sono raggiunti, in accordo con la presente invenzione, da un gruppo presa avente le caratteristiche definite nelle rivendicazioni annesse.

Le caratteristiche e vantaggi dell’invenzione risulteranno dalla descrizione dettagliata di un suo esempio di realizzazione fatta con riferimento ai disegni allegati, dati a titolo indicativo e non limitativo, in cui:

le figure 1 e 2 sono viste prospettiche, da punti di vista differenti, di una forma di realizzazione di un gruppo presa secondo l'invenzione; la figura 3 Ã ̈ una vista prospettica esplosa del gruppo presa delle figure 1 e 2;

le figure 4, 5, 6 e 7 sono viste in sezione verticale che raffigurano il gruppo presa in quattro diverse condizioni operative; e

le figure 4A-7A sono viste ingrandite di dettagli delle figure 4-7, rispettivamente.

Facendo inizialmente riferimento alle figure da 1 a 3, un gruppo presa di corrente comprende un telaio (o flangia) 10 avente complessivamente la forma di una piastra rettangolare, allungata nella direzione x che, in condizione d'uso, à ̈ verticale. Con 11 à ̈ indicata una faccia esterna del telaio, atta cioà ̈ ad essere rivolta verso l'esterno (e quindi verso l'utenza) nella condizione in cui il gruppo presa à ̈ montato ad un'apparecchiatura di ricarica (non illustrata), tipicamente una colonnina o un quadro elettrico. Nella presente descrizione e nelle rivendicazioni che seguono, i termini “esterno†e “interno†vanno interpretati con riferimento ad un osservatore che si trova di fronte ad un gruppo presa montato su un apparecchio o una parete verticale.

Il telaio 10, preferibilmente fatto di materiale plastico, presenta centralmente una presa elettrica 12 di tipo standardizzato (in questo esempio una presa "tipo 3"- in accordo alla norma IEC 62196-1 –ED.1 E IEC 62196-2 ED.2), che non verrà qui descritta in dettaglio. Nel telaio 10 à ̈ formata centralmente un'apertura passante 13 contornata da una parete 14, di forma corrispondente, che sporge dalla faccia interna 15. L'apertura 13 con la parete 14 formano insieme un ricettacolo nel quale viene fissato, mediante viti 16, il corpo della presa 12.

Alla parte superiore del telaio 10 à ̈ incernierato, intorno ad un asse orizzontale y, un coperchio ribaltabile o sportello 17 atto ad assumere alternativamente una posizione chiusa verticale (illustrata nella figura 4) a copertura della presa 12, ed una posizione sollevata per scoprire la presa. In prossimità dell'estremità libera del coperchio 17, sulla faccia 32 di questo che nella condizione chiusa à ̈ rivolta verso la presa, il coperchio forma una sede di impegno 18, aperta in direzione dell'asse di incernieramento y. Nella condizione di coperchio chiuso (figura 4), la sede 18 à ̈ rivolta verso l'alto. La sede 18 à ̈ formata, in questo esempio, da una protuberanza 19 avente la forma di un gancio e serve per l'impegno di un dente di bloccaggio 21 quando questo si trova in una posizione abbassata al fine di impedire l'accesso alla presa, così come spiegato più avanti.

Sulla faccia interna 15 del telaio, al di sotto dell'apertura 13 per la presa, sono montati un corpo chiavistello 22 verticalmente traslabile ed un associato azionatore lineare a solenoide elettromeccanico 23.

Al corpo chiavistello 22 sono integrali, preferibilmente formati in un pezzo singolo, sia il dente di bloccaggio 21 che serve per il bloccaggio del coperchio 17 e sia un ulteriore elemento di bloccaggio 24 a forma di perno che sporge verticalmente dalla parte sommitale del chiavistello 22 per bloccare una spina A quando questa à ̈ inserita nel ricettacolo della presa durante la ricarica elettrica (figura 7).

Il dente di bloccaggio 21 si estende verso il basso, mentre il perno di bloccaggio 24 si estende verso l'alto, secondo una direzione parallela (o coincidente) alla direzione in cui si estende il dente 21, ma secondo un verso opposto. Nella particolare forma di realizzazione illustrata, gli elementi di bloccaggio 21 e 24 sono verticalmente disallineati. In ulteriori varianti dell'invenzione (non illustrate), tali elementi possono essere allineati lungo una medesima retta.

Nella forma di realizzazione illustrata, il chiavistello 22 à ̈ conformato come una cornice essenzialmente rettangolare che circonda l'azionatore a solenoide 23 e riceve una spinta elastica diretta verso il basso da un molla di compressione 25 interposta tra una porzione inferiore 26 del chiavistello e una scatola 27 che porta gli avvolgimenti del solenoide ed à ̈ fissata al telaio 10.

Dalla faccia interna 15 del telaio sporgono formazioni 36 atte a guidare il movimento lineare alternato del chiavistello 22 nella direzione verticale. Il chiavistello 22 ha una forma essenzialmente simmetrica rispetto alla retta d'azione dell'armatura 28, con due tratti rettilinei paralleli opposti 22a, 22b che, guidati dalle formazioni 36, assicurano movimenti di scorrimento bilanciati ed equilibrati, evitando l'impuntamento. Ulteriori formazioni di guida (non illustrate) sono presentate da un coperchio 38 (visibile in figura 3) che viene fissato ad esempio mediante viti 39 al telaio 10. Oltre a fare da guida per il chiavistello 22, il coperchio 38 racchiude e protegge l'intero azionatore 23 e il chiavistello 22, al fine di perfezionare il montaggio di questi componenti unitamente al telaio 10, in un'unica operazione, sulla stazione di ricarica.

L'azionatore lineare a solenoide elettromeccanico 23 comprende un solenoide 35 ed un'armatura o nucleo 28 mobile verticalmente per effetto dell'induzione elettromagnetica generata dagli avvolgimenti del solenoide, quando percorsi da corrente. L'armatura o equipaggio mobile 28 à ̈ collegata alla porzione inferiore 26 del chiavistello 22 in modo tale da causarne il sollevamento quando il solenoide à ̈ eccitato.

Sulla faccia interna 15 del telaio sono fissati un rilevatore 29 di coperchio chiuso ed un microinterruttore 30 di rilevamento del bloccaggio della presa. Il rilevatore 29 à ̈ preferibilmente costituito da un sensore di prossimità ad induzione in grado di rilevare la vicinanza di un corpo metallico 31 fissato sulla faccia interna 32 del coperchio, quando questo à ̈ nella posizione di chiusura. Il microinterruttore 30 à ̈ suscettibile di essere azionato da una sporgenza 33 solidale al chiavistello 22, quando questo raggiunge la sua posizione superiore che provoca il bloccaggio della spina A mediante il perno di bloccaggio 24. Il chiavistello 22 à ̈ previsto per operare alternativamente sulla spina A e sul coperchio 17, bloccandone uno e sbloccandone l'altro, come spiegato più avanti. L'elemento di bloccaggio a perno 24 à ̈ disegnato per penetrare attraverso un'apertura 34 praticata nella parete 14 della presa ed impegnarsi in un foro standard B della spina A, impedendo così che la spina possa essere estratta dalla presa fintantoché la corrente viene erogata.

Il movimento dell'armatura dell'azionatore 23, e quindi del chiavistello 22, à ̈ prodotto per effetto di segnali elettrici di comando impartiti da un processore (non illustrato) facente parte della stazione di erogazione. Il processore à ̈ collegato elettricamente al solenoide 35, al microinterruttore 30, al sensore di prossimità 29 e ad una coppia di contatti pilota (non illustrati) standard previsti nella presa per rilevare l'inserimento dei contatti della spina. Il processore, che sovrintende al funzionamento del gruppo presa nel suo insieme, ed anche all'erogazione di corrente, à ̈ collegato elettricamente ad uno o più dispositivi di identificazione/abilitazione, quali ad esempio un ricevitore RFID, per quelle applicazioni dove la stazione di erogazione à ̈ pubblica. Tanto i contatti pilota quanti il microinterruttore 30 e il sensore di prossimità 29 sono noti nella tecnica e non richiedono di essere qui descritti in dettaglio.

La sequenza di funzionamento del gruppo presa à ̈ la seguente. Inizialmente la stazione di ricarica à ̈ bloccata in condizione chiusa dal chiavistello 22 (figura 4). Il coperchio 17 à ̈ nella sua posizione abbassata e chiusa, bloccata dal dente di bloccaggio 21 del chiavistello, il quale à ̈ sospinto verso il basso dall'azione della molla 25 e mantenuto stabilmente impegnato nella sede 18, senza consumo di energia. Il solenoide 35, che controlla i movimenti del chiavistello, non à ̈ alimentato. Il perno 24 per il bloccaggio della spina, essendo in posizione abbassata, non sporge all'interno del ricettacolo della presa (figura 4A).

Quando un utente ottiene l'autorizzazione ad usufruire della ricarica, ad esempio identificandosi con una carta RFID o pagando l'importo per la ricarica, il processore abilita l'invio di corrente al solenoide 35 per estendere l'armatura 28 e abbassare il chiavistello 22 in contrasto all'azione elastica della molla 25.

Sollevandosi, il chiavistello 22 disimpegna il dente di bloccaggio 21 dalla sede 18 del coperchio, che l'utente può aprire. In questa posizione (figura 5) il chiavistello à ̈ sollevato e il perno di bloccaggio 24 sporge all'interno del ricettacolo della presa (figura 5A). Non appena il sensore di prossimità 29 rileva che il corpo metallico 31 sul coperchio 17 si à ̈ allontanato, e quindi il coperchio à ̈ stato aperto, la stazione interrompe l'alimentazione di corrente al solenoide per consentire alla molla 25 di riportare il chiavistello nella posizione abbassata, al fine di retrarre il perno di bloccaggio 24 dal ricettacolo della presa e consentire così l'inserimento della spina A nella presa (figure 6 e 6A).

Inserendo la spina, i contatti pilota (non illustrati) della presa inviano un segnale di "spina inserita" al processore, il quale, in risposta a tale segnale, invia nuovamente corrente al solenoide 35, facendo sollevare il chiavistello 22 e inserendo il perno di bloccaggio 24, in posizione sollevata, nel foro di ritegno B previsto nel corpo della spina A (figure 7 e 7A). Il movimento di salita del chiavistello comporta l'attivazione del microinterruttore 30 ad opera della sporgenza 33. Il processore, quindi riceve ed elabora due segnali: il segnale di "spina inserita", generato dai contatti pilota, e il segnale di "spina bloccata", generato dal microinterruttore 30. Ricevendo ed elaborando questi due segnali, il processore determina che la spina à ̈ bloccata correttamente nella presa. Al riconoscimento di questa condizione, la stazione di ricarica inizia l'erogazione di corrente alla presa per ricaricare la batteria. Mentre la batteria viene ricaricata, il solenoide 35 à ̈ alimentato e il chiavistello 22 si trova ancora in posizione sollevata, bloccando la spina nella presa; la molla 25 à ̈ compressa.

A ricarica completata, tramite una pulsantiera (non illustrata) o altro mezzo quale un ricevitore RFID, l'utente impartisce alla stazione di ricarica un comando di consenso alla fine dell'erogazione di corrente. Dopo aver interrotto l'erogazione di corrente alla presa, la stazione interrompe anche l'alimentazione di corrente al solenoide. La molla 25 à ̈ libera di rilasciarsi, e provoca l'abbassamento del chiavistello facendo retrarre il perno di bloccaggio 24 dal foro di ritegno B della spina. La spina può ora essere estratta dalla presa. Tramite i contatti pilota, l'estrazione della spina viene segnalata al processore, il quale abilita nuovamente l'invio di corrente al solenoide per sollevare il chiavistello in modo tale da consentire al coperchio 17 di chiudersi andando in battuta contro il telaio 10. Quando il sensore 29 rileva la condizione di coperchio chiuso e la segnala al processore, l'alimentazione al solenoide viene interrotta definitivamente per consentire al chiavistello di abbassarsi e bloccare il coperchio nella posizione iniziale di chiusura (figura 4).

Come si potrà apprezzare, l'invenzione offre svariati vantaggi rispetto alla tecnica nota. Si ottiene un risparmio in termini di componenti e costi di gestione, di assemblaggio e di connessione elettrica grazie al fatto che il gruppo include un singolo dispositivo azionatore, operativamente collegato ad un singolo corpo chiavistello che presenta due elementi di bloccaggio distinti, rispettivamente per la spina e per il coperchio. Il chiavistello e il suo azionatore vengono pre-montati sul telaio e chiusi dal coperchio 38, per cui l'intero gruppo viene poi applicato con una singola operazione sull'apparecchiatura di erogazione, utilizzando vantaggiosamente alcune viti inseribili in sedi cilindriche 37 ai quattro vertici del telaio. Il gruppo può essere installato virtualmente su qualsiasi tipo di apparecchiatura di ricarica. La disposizione dell'azionatore lineare a solenoide elettromeccanico al di sotto della presa permette di ridurre la larghezza complessiva del gruppo presa. Uno stesso gruppo può essere dotato di modelli di presa diversi. Quando la stazione non effettua una ricarica, il coperchio della presa rimane bloccato in posizione di chiusura senza consumo di energia alcuna. In caso di interruzione di corrente (blackout) alla stazione di ricarica, viene anche a mancare la corrente al solenoide che tiene il chiavistello in posizione di bloccaggio della spina, per cui la spina può essere estratta e la vettura à ̈ libera di ripartire. Al contrario, l'utilizzo di un solenoide bistabile, secondo la tecnica nota, richiede una batteria tampone per essere azionato e liberare la spina in caso di blackout. In altre parole, la posizione non-erogazione o disattivata, di assenza di corrente, à ̈ l'unica stabile (condizione monostabile). In aggiunta, mentre in un azionatore a solenoide bistabile il bloccaggio à ̈ assicurato dalla forza di un magnete, l'azionatore monostabile viene tenuto in posizione di non-erogazione da una molla, e di conseguenza à ̈ più difficilmente sbloccabile a causa di possibili urti.

Nonostante sia stata illustrata una forma di realizzazione esemplificativa nella precedente descrizione dettagliata, si dovrà apprezzare che esiste un gran numero di varianti. Si dovrà anche apprezzare che la forma di realizzazione illustrata costituisce solo un esempio, e non à ̈ da intendersi come limitativa in alcun modo della portata, dell'applicabilità, o della configurazione. Ad esempio, il tipo di presa potrà differire dal "tipo 3" qui illustrato. I disegni e la descrizione dettagliata che precede, invece, forniranno alle persone esperte nel settore una traccia conveniente per l'attuazione dell'invenzione, restando inteso che potranno essere apportati diversi cambiamenti alle funzioni e alla configurazione degli elementi descritti nella forma di realizzazione esemplificativa, senza esulare dall'ambito dell'invenzione così come definito nelle rivendicazioni annesse e nei loro equivalenti legali.

Claims (12)

1. RIVENDICAZIONI 1. Gruppo presa di corrente per la ricarica delle batterie di veicoli elettrici, comprendente: un coperchio (17) ribaltabile attorno ad un asse (y) per coprire una presa (12); un primo elemento di bloccaggio (24) per bloccare una spina (A) inserita nella presa (12) durante la ricarica; un secondo elemento di bloccaggio (21) per bloccare in modo svincolabile il coperchio (17) in una posizione chiusa a copertura della presa (12); mezzi di azionamento per muovere il primo ed il secondo elemento di bloccaggio tra posizioni bloccate, nelle quali gli elementi di bloccaggio si impegnano nella spina e nel coperchio, e posizioni svincolate, nelle quali gli elementi di bloccaggio sono disimpegnati dalla spina e dal coperchio; caratterizzato dal fatto che i mezzi di azionamento comprendono un singolo azionatore lineare (23); e che il primo (24) ed il secondo (21) elemento di bloccaggio sono entrambi solidali ad un singolo chiavistello (22) comandato dall'azionatore (23), e che il primo elemento di bloccaggio (24) si estende verso l'asse (y) mentre il secondo elemento di bloccaggio (21) si estende in un verso opposto, via dall'asse (y).
2. 2. Gruppo presa secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che il coperchio ribaltabile (17) à ̈ incernierato attorno all'asse (y) ad un'estremità superiore di un telaio di supporto (10) che presenta la presa (12) o almeno una sede (13, 14) per il montaggio della presa (12) e che sul telaio sono montati, inferiormente alla presa, l'azionatore lineare (23) e il chiavistello (22).
3. 3. Gruppo presa secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che il primo elemento di bloccaggio (24) si estende verso l'alto da una porzione superiore del chiavistello (22), e che il secondo elemento di bloccaggio si estende verso il basso da una porzione superore del chiavistello (22).
4. 4. Gruppo presa secondo una qualunque delle rivendicazioni 1, 2 o 3, caratterizzato dal fatto che gli elementi di bloccaggio (24, 21) sono configurati in modo tale per cui quando il primo elemento (24) Ã ̈ nella posizione bloccata, il secondo (21) elemento (21) Ã ̈ nella posizione svincolata, e viceversa.
5. 5. Gruppo presa secondo una qualunque delle rivendicazioni da 2 a 4, caratterizzato dal fatto che il chiavistello (22) Ã ̈ conformato come una cornice essenzialmente rettangolare, montata scorrevolmente su una faccia (15) del telaio (10) attorno all'azionatore lineare (23).
6. 6. Gruppo presa secondo la rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che il chiavistello (22) ha una forma essenzialmente simmetrica rispetto alla retta d'azione dell'azionatore lineare (23).
7. 7. Gruppo presa secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che il primo (24) ed il secondo (21) elemento di bloccaggio sono formati in un pezzo singolo con il chiavistello (22).
8. 8. Gruppo presa secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che l'azionatore lineare (23) Ã ̈ un azionatore lineare a solenoide elettromeccanico.
9. 9. Gruppo presa secondo la rivendicazione 8, caratterizzato dal fatto che l'azionatore lineare a solenoide elettromeccanico comprende un solenoide (35) ed un'armatura mobile (28) collegata ad una porzione inferiore (26) del chiavistello (22) in modo tale da causarne il sollevamento quando il solenoide à ̈ energizzato.
10. 10. Gruppo presa secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che comprende un elemento elastico (25) che esercita sul chiavistello (22) una forza che à ̈ rivolta via dalla presa (12) per disimpegnare il primo elemento di bloccaggio (24) dalla spina (A).
11. 11. Gruppo presa secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che sul telaio (10) sono fissati inoltre - un dispositivo rilevatore (29) che interagisce con un elemento (31) fissato al coperchio (17) per rilevare la condizione di apertura/chiusura del coperchio; - un dispositivo interruttore (30) suscettibile di essere commutato dal chiavistello (22), quando questo raggiunge la posizione che corrisponde al bloccaggio del primo elemento di bloccaggio (24) nella spina (A).
12. 12. Gruppo presa secondo la rivendicazione 11, caratterizzato dal fatto che il chiavistello (22) presenta inoltre una sporgenza (33) atta ad agire sul dispositivo interruttore (30).