JP2015535167A - 充電ステーションにおける電動車両の充電のための充電装置 - Google Patents

充電ステーションにおける電動車両の充電のための充電装置 Download PDF

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Abstract

【課題】確実かつ摩耗の少ない電気的な接触要素の接続を可能とする電動車両の充電のための充電装置を提供すること。【解決手段】充電ステーションにおける電動車両の充電のための充電装置であって、充電ステーション側の第１の充電モジュール１と、車両側の第２の充電モジュール２とを有し、これら第１及び第２の充電モジュールが、互いに接続可能な電気的な複数の接触要素を備えており、充電ステーションが自動的な送り装置を備えており、該送り装置の操作によって、充電ステーションの電気的な接触要素を電動車両側の電気的な接触要素に接続可能である、前記充電装置において、充電ステーションが、第１の充電モジュール１を第２の充電モジュール２に接合するための自動的な位置決め装置を備えていること、及び第１及び第２の充電モジュール１，２の接触要素が接触力を乗り越えることなく互いに接合可能である。

Description

本発明は、充電ステーションにおける電動車両の充電のための充電装置であって、充電ステーション側の第１の充電モジュールと、車両側の第２の充電モジュールとを有し、これら第１及び第２の充電モジュールが、互いに接続可能な電気的な複数の接触要素を備えており、前記充電ステーションが自動的な送り装置を備えており、該送り装置の操作によって、前記充電ステーションの電気的な前記接触要素を前記電動車両側の電気的な前記接触要素に接続可能である、前記充電装置に関するものである。
充電ステーションにおける電動車両のメイン電池の再充電のために、充電流を電気導線及びプラグ接続部によって車両へ導く接触接続式の複数の装置と、充電電流を誘導式に充電ステーション側の変圧器コイルから車両側の変圧器コイルへ伝達する非接触式の複数の装置とが知られている。
誘導式の充電装置により、一般的に、快適な充電が可能である。なぜなら、電気的な接触部を互いに接続する必要がないとともに、接合すべき変圧器コイルが自動的な装置によって互いに対して位置決めされ得るためである。
これに対して、接触接続式の充電装置は、特に経済的に動作する。なぜなら、これら充電装置は、誘導式の充電装置に比べて良好な効率と、これにより、よりわずかな損失とを有するためである。そのほか、接触接続式の充電装置は、簡易な構造を備え得るとともに、これにより特に安価となり得る。欠点は、電気的な接触要素を互いに接続すべきことにあり、このことは、多くの場合コネクタ部分の接合によって手動で実行されなければならない。
接触要素の接続のための自動的な送り装置を備えた充電装置がドイツの公開公報である特許文献１から知られている。この充電装置においては、接触要素が接合され得るように電動車両が充電ステーションに対して正確に位置決めされる必要がある。さらに、この文献には、車両を洗浄設備に類似した走行ベルト上に車両を長手方向及び横方向に移動可能に配置すること、及び例えば光学的な補助手段によって自動的に、車両の電気的な接点が充電ステーションのカウンタ接点に対向する位置へ車両を自動的にもたらすことが提案されている。
特許文献１には、充電ステーションの棒状の電気的な接触部の端部を、断面において屋根状に形成すること、及び充電すべきバッテリシステムの接触部の傾斜したガイド面へ当接させることが記載されている。さらに、充電ステーションの複数の接触部が完全に剛体ではなく、これら接触部が接続方向の小さな側方のずれにおいてもカウンタ接触部に当接し得るまで弾性的に柔軟であるべきであることが提案されている。
一般的には、モータ式に接続可能な接触部を有する充電装置の実際の実現は問題がないわけではない。機械による電気的な接触要素の接続には、接続される接触要素の位置の非常に正確な検出、接触要素の互いの正確で機械的な位置合わせ、コネクタ接触部の接続及び分離時の「敏感な」動作及び電気的な接触要素における損傷又は摩耗の回避が必要とされる。特に、接触要素が互いに傾斜しないよう、当該接触要素が接続時に互いに面一に位置合わせされることが保証されるべきである。これら要件を満たす充電装置は、多くの場合、互い技術的な手間及び財政上のコストを必要とする。
独国特許出願公開第１０２００９０１０１２０号明細書
したがって、課題は、比較的簡易かつ安価な構造によって卓越し、確実かつ特に摩耗の少ない電気的な接触要素の接続を可能とする電動車両の充電のための充電装置を提供することにある。
この課題は、本発明により、充電ステーションが、第１の充電モジュールを第２の充電モジュールに接合するための自動的な位置決め装置を備えていること、及び第１及び第２の充電モジュールの接触要素が接触力を乗り越えることなく互いに接合可能であることによって解決される。
特許文献１では単にモータで移動可能な接触要素を有する充電装置が提案されているのみである一方、本発明による充電装置によれば、更に接触要素を含む充電モジュールが互いに位置決め可能となっている。加えて、両充電モジュールの接触要素が接触力を乗り越えることなく互いに接合可能である。接触要素の接合後に初めて機械的に解放されたバネ要素が接触要素間に接触力を生じる。
これにより、接触要素の自動的な接合過程が特に簡易かつ確実となる。力のかからない接合により、例えば接触要素の傾斜による接触部の摩耗及び損傷のおそれが低減される。それでも、接続過程の最後において、充電モジュール間の良好な電気的な接続に寄与する大きな接触力が生じ得る。
充電モジュールの正確な相対的な位置決めは、有利には、少なくとも１つの充電モジュールにおける心合わせ手段及び／又は位置決め要素によってサポートされ得る。
電気的な接触要素の接続中にも充電モジュールの正確な位置決めを保証するために、充電モジュールは、接合後に機械的に互いにロック可能であれば、特に有利である。
以下に、本発明を図面に基づいて詳細に説明する。
接続されていない個々の部材を示す図である。 第２の充電モジュールが開放されて示された、図１と同様の図である。 部分的に接合された状態における図１と同様の図である。 完全に接合された状態における図１と同様の図である。 第１及び第２の接触要素の接合時における１つの段階を示す図である。 第１及び第２の接触要素の接合時における１つの段階を示す図である。 第１及び第２の接触要素の接合時における１つの段階を示す図である。 第１及び第２の接触要素の接合時における１つの段階を示す図である。
図１には充電ステーションにおける電動車両の充電のための第１及び第２の充電モジュール１，２が示されており、これら充電モジュール１，２は、まだ接続されていない個々の部分として示されている。第１の充電モジュール１は、ここでは不図示の充電ステーションの構成部材であるとともに、自動的な位置決め装置によって、ここでは図面において方向矢印で示唆されたｘ，ｙ，ｚである互いに垂直な３つの方向に移動可能となっている。ここでは同様に不図示の位置決め装置は、例えばカメラセンサによって、電動車両に配置された第２の充電モジュール２の位置を検出し、第１の充電モジュール１を例えばロボットアームとして構成され得る多軸のアクチュエータによって第２の充電モジュール２に対して相対的に位置合わせする。そのため、その後、充電モジュール１，２及びこれに配置された接触要素３，４（図５〜図８に明確に示されている）の接合が可能となる。
カセットの形状を備えた充電モジュール２は、電動車両の車体に配置されている。好ましい取付位置は、前側のバンパの後方の範囲、好ましくはナンバープレートの後方、及び電動車両の下側の範囲である。当然、両充電モジュール１，２が必ずしも垂直方向に互いに接合される必要はなく、これに代えて、これら両充電モジュール１，２は、水平方向又は他の任意の方向において接続がなされ得るよう互いに対して位置合わせされることも可能である。
充電モジュール１，２の接続はピン状の２つの位置決め要素５によってサポートされ、これら位置決め要素は、第１の充電モジュール１のケーシングにおける力センサ又はスイッチにそれぞれ接続され得る。両充電モジュール１，２が互いに平行に位置合わせされていれば、第２の充電モジュール２のケーシングが両位置決め要素５にほぼ同時に接触することとなる。両位置決め要素５の間隔が第２のケーシングの幅よりもわずかに小さいだけであるため、位置決め要素の同時の接触によって、第２の充電モジュール２がＸ方向において第１の充電モジュール１に対してほぼ心合わせされて位置合わせされているとともに、そのため、位置決め装置により両充電モジュール１，２の接合が開始され得ることが保証される。
接合過程中には、第１の充電モジュール１から突出した心合わせ要素６によって両充電モジュール１，２のより正確な整列がなされ、この心合わせ要素６は、ここでは２つの傾斜した当接面７を有する部材として形成されている。これに代えて、心合わせ要素として例えば円すい状の部材を設けることも可能である。
図２〜図４に示すように、第２の充電モジュール２のケーシング内部には２つのガイドウェブ８を設けることができ、これらガイドウェブは、充電モジュール１，２の接合中に心合わせ要素６の当接面７に接触する。
したがって、両充電モジュール１，２は、その接合中に、第１の充電モジュール１を移動させる位置決め装置によって、第１に位置決め要素５によってＹ方向に、第２に心合わせ要素６及びガイドウェブ８によってＸ方向に正確に互いに整列される。両充電モジュール１，２のＺ方向での接近及び両充電モジュール１，２のあらかじめなされる相互接近は、同様に位置決め装置によってなされるとともに、特に光学的なセンサによってサポートされ得る。
第２の充電モジュール２のケーシングは保護フラップ９を備えており、この保護フラップは、第１の充電モジュール１への接合時に好ましくは心合わせ要素６によって自動的に開放される。
接合過程の終わりには、両充電モジュール１，２が図４に示された相対位置をとる。最後の段階では、両充電モジュール１，２のケーシングが機械的に互いにロックされる。これは、特に、第１の充電モジュール１におけるアクチュエータが、心合わせ要素６に配置されたロック部１０を第２の充電モジュール２におけるここでは不図示のロック開口部に係合式に接続することでなされ得る。両充電モジュール１，２は、これにより互いに正確に整列されているとともに機械的に互いに固結されている。
互いにロックされた充電モジュール１，２により、充電モジュール１，２が互いに対してずれることなく、第１の充電モジュール１における第１の接触要素３を第２の充電モジュール２における第２の接触要素４と互いに接続することが可能である。逆に、ロックまで充電モジュール１，２の接触要素３，４をまだ互いに一体化しないことも有利である。なぜなら、充電モジュール１，２の位置決め、整列及びロックが接触要素３，４による機械的な影響なく行われ得るためである。
第１の充電モジュール１は２つの接触開口部１７（図１〜図３参照）を備えており、これら接触開口部から第１の接触要素３がモータ式の駆動部によって突出され得る。図２〜図４において、第２の接触要素４の、接触力を発生させるためのバネ要素１１のそれぞれ１つの外面部と、それぞれ１つの金属ストリップ１８とが見て取れる。これら金属ストリップ１８は第２の充電モジュール２の外面に電気的なコネクタ接点１９を形成しており、これらのコネクタ接点は、電動車両の電気的な設備に接続可能である。
第１及び第２の接触要素３，４は、図５〜図８において異なる接合段階で示されている。これら接合段階は、図１〜図４に示された充電モジュール１，２の接合の過程には対応していない。接触要素３，４の接続は、図４に示されているように、充電モジュール１，２が互いに完全に接続されて初めて開始される。
図５〜図８には、それぞれ、第２の接触要素４に沿った第２の充電モジュール２の断面図、及び第１の充電モジュール１から出て第２の接触要素４へ接合可能な第１の接触要素３の断面図が示されている。第１の充電モジュール１の詳細は図５〜図８には図示されていない。特に第１の接触要素３を第２の接触要素４の方向へ摺動させるアクチュエータの図示が省略されている。このアクチュエータは特に電動式、電磁式、油圧式又は空圧式な構成要素を備えることができ、これら構成要素は、電子的な制御設備によって好ましくは全自動式に操作される。
第２の充電モジュール２のケーシング内に配置された第２の接触要素４は、ここではオメガバネとして構成されたバネ要素１１を備えており、このバネ要素は、互いに並設された２つの接触プレート１２を包囲している。バネ要素１１の脚部１３及び接触プレート１２の端部は、二部材から成る接触支持部１４に接続されている。バネ要素１１及び接触プレート１２とは反対側では、接触支持部１４の両部分１４ａ，１４ｂが傾斜部１５を形成しており、この傾斜部は、第２の接触要素４の外側へ向いた方向へ拡がっている。
第１の接触要素３は、平板状プラグ２０と、この平板状プラグ２０を包囲しつつこの平板状プラグ２０に対して摺動可能なガイドスリーブ１６とを備えている。平板状プラグ２０も、またガイドスリーブ１６も、不図示のアクチュエータによって第２の接触要素４の方向へ位置決め可能であり、これにより、第１及び第２の接触要素３，４を互いに接続可能あるいは互いに分離可能である。第１及び第２の接触要素３，４の接続は、図５〜図８に示された段階において行われる。
図５では、第２及び第２の接触要素３，４がまだ互いに接続されていない。接合過程の開始時には、平板状プラグ２０及びガイドスリーブ１６が共通に第２の接触要素４の方向へ移動する。このとき、平板状プラグ２０の自由端は、ガイドスリーブ１６によって包囲されている。
図６に示された次の段階では、ガイドスリーブ１６が、接触支持部１４の傾斜部１５に当接し、これにより接触支持部１４の両部分１４ａ，１４ｂを押圧し、接触支持部１４に接続されたバネ要素１１の脚部１３及び両接触プレート１２を互いに離間するよう押圧する。したがって、接触プレート１２の間には中間室２１が形成され、この中間室は、図７に示されているように、平板状プラグ２０を摩擦なしに押し込むのに十分である。押し込み中には平板状プラグ２０に接触力が作用しないため、接触要素３，４の間の摩擦による機械的な摩耗が生じない。平板状プラグ２０がそのあらかじめ設定された最終位置へ到達して初めて、接触力が平板状プラグ２０に生じる。図８に示されているように、これは、ガイドスリーブ１６が平板状プラグ２０に対して押し込まれ、第２の接触要素４から遠ざかることでなされる。これにより、接触支持部１４の部分１４ａ，１４ｂがバネ要素１１によって再び一緒にされるとともに、バネ要素１１の脚部１３が接触プレート１２を平板状プラグ２０の外面部へ押圧する。
両接触要素３，４の電気的な構成要素の分離も、摩擦なしに行うことができ、この分離においては、図５〜図８に図示された経過が逆となる。
１ （充電ステーションにおける）第１の充電モジュール
２ （車両における）第２の充電モジュール
３ （充電モジュールにおける）接触要素
４ （車両における）接触要素
５ 位置決め要素
６ 心合わせ要素
７ 当接面
６，８ 心合わせ手段
９ 保護フラップ
１０ ロック部
１１ バネ要素
１２ 接触プレート
１３ （バネ要素の）脚部
１４ 接触支持部
１４ａ，１４ｂ （接触支持部の）部分
１５ 傾斜部
１６ ガイドスリーブ
１７ 接触開口部
１８ 金属ストリップ
１９ コネクタ接点
２０ 平板状プラグ（接触ピン）
２１ 中間室
ｘ，ｙ，ｚ 方向（空間軸）
本発明は、充電ステーションにおける電動車両の充電のための充電装置であって、充電ステーション側の第１の充電モジュールと、車両側の第２の充電モジュールとを有し、これら第１及び第２の充電モジュールが、電気的に互いに接続可能な複数の接触要素を備えており、当該充電装置が自動的な送り装置を備えており、該送り装置の操作によって、前記充電ステーション側の第１の充電モジュールの電気的な前記接触要素を前記電動車両側の第２の充電モジュールの電気的な前記接触要素に接続可能であり、当該充電装置が前記充電ステーション側で前記第１の充電モジュールを前記第２の充電モジュールに接合するための自動的な位置決め装置を備えている、前記充電装置に関するものである。
このような充電装置がドイツの実用新案登録公報である特許文献２から公知である。
充電ステーションにおける電動車両のメイン電池の再充電のために、充電電流を電気導線及びプラグ接続部によって車両へ導く接触接続式の複数の装置と、充電流を誘導式に充電ステーション側の変圧器コイルから車両側の変圧器コイルへ伝達する非接触式の複数の装置とが知られている。
独国特許出願公開第１０２００９０１０１２０号明細書 独国実用新案第２０２０１２００３５７７号明細書
この課題は、本発明により、第１及び第２の充電モジュールの前記接触要素が接触力を乗り越えることなく互いに接合可能であること、第１の接触要素が、接触ピンと、該接触ピンに対してアクチュエータによって摺動可能なガイドスリーブとを備えていること、第２の接触要素が、バネ要素に接続された２つの接触プレートを備えており、これら接触プレートの互いの間隔が、バネ要素の力に抗して変化し得ること、及び第２の接触要素に対するガイドスリーブの相対的な位置が、接触力を規定するバネ要素の位置に影響を与えることが可能であることによって解決される。

Claims (11)

  1. 充電ステーションにおける電動車両の充電のための充電装置であって、充電ステーション側の第１の充電モジュール（１）と、車両側の第２の充電モジュール（２）とを有し、これら第１及び第２の充電モジュールが、互いに接続可能な複数の電気的な接触要素（３，４）を備えており、前記充電ステーションが自動的な送り装置を備えており、該送り装置の操作によって、前記充電ステーションの電気的な前記接触要素（３）を前記電動車両側の電気的な前記接触要素（４）に接続可能である、前記充電装置において、
    前記充電ステーションが、前記第１の充電モジュール（１）を前記第２の充電モジュール（２）に接合するための自動的な位置決め装置を備えていること、及び前記第１及び第２の充電モジュール（１，２）の前記接触要素（３，４）が接触力を乗り越えることなく互いに接合可能であることを特徴とする充電装置。
  2. 自動的な前記位置決め装置が、互いに垂直な３つの空間軸（ｘ，ｙ，ｚ）に沿って前記第１の充電モジュール（１）を位置決め可能であることを特徴とする請求項１記載の充電装置。
  3. 自動的な前記位置決め装置が、電子的な制御装置及び多軸式のアクチュエータを備えていることを特徴とする請求項２記載の充電装置。
  4. 前記充電モジュール（１，２）が、その接合後に、アクチュエータにより操作可能なロック部（１０）によって係合式に互いに接続され得ることを特徴とする請求項１記載の充電装置。
  5. 前記充電モジュール（１，２）が、相互に作用する心合わせ手段（６，８）を備えていることを特徴とする請求項１記載の充電装置。
  6. 前記第１の充電モジュール（１）がピン状の２つの位置決め要素（５）を備えており、これら位置決め要素がそれぞれスイッチ又は力センサに接続されていることを特徴とする請求項１記載の充電装置。
  7. 前記第１の接触要素（３）が、接触ピン（２０）と、該接触ピン（２０）に対してアクチュエータによって摺動可能なガイドスリーブ（１６）とを備えていることを特徴とする請求項１記載の充電装置。
  8. 前記第２の接触要素（４）が、バネ要素（１１）に接続された２つの接触プレート（１２）を備えており、これら接触プレートの互いの間隔が、前記バネ要素（１１）の力に抗して変化し得ることを特徴とする請求項１記載の充電装置。
  9. 前記接触ピン（２０）が平板状プラグとして形成されていることを特徴とする請求項７記載の充電装置。
  10. 前記第２の接触要素（４）に対する前記ガイドスリーブ（１６）の相対的な位置が、接触力を規定する前記バネ要素（１１）の位置に影響を与えることが可能であることを特徴とする請求項７又は８記載の充電装置。
  11. 前記第２の充電モジュール（２）が、該第２の充電モジュール（２）のケーシングを閉鎖する保護フラップ（９）を備えており、該保護フラップが、第１の充電モジュール（１）との接続時に該第１の充電モジュール（１）によって開放されることを特徴とする請求項１記載の充電装置。
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