JP6725741B2 - 車両と電源との間に電気的接続を作り出す接触システム - Google Patents

Description

本発明は、車両を充電するために、第一の電極と第二の電極とを用いて前記車両と電源との間に電気的接続を作り出す接触システムであって、
構造的に配置され、互いに電気的に絶縁され、及び各々が外側輪郭を有する複数の一次接触面を有する一次送電要素を有し、及び
前記第一の電極に接触するための少なくとも一つの第一の二次接触面と、前記第二の電極に接触するための少なくとも一つの第二の二次接触面とを有し、その際、前記二次接触面は互いに電気的に絶縁されている二次送電要素を有し、及び
前記第一の二次接触面と接触している第一の一次接触面を判別するように設計され、かつ前記第二の二次接触面と接触している第二の一次接触面を判別するように設計され、かつ前記車両に電力供給するために、前記第一の一次接触面及び前記第一の二次接触面を介して電気的接続を作り出すように設計され、かつ前記第二の一次接触面及び前記第二の二次接触面を介して、前記電源の前記第二の電極と前記車両の前記第二の電極との間に電気的接続を作り出すように設計された制御手段を有する、接触システムに関する。

このような接触システムは、例えば、二次送電要素を有する車両と、駐車場の路面に埋め込まれた一次送電要素とを開示している、米国特許第８，３０７，９６７Ｂ２号明細書により公知である。電動モータによって駆動される該車両が該駐車場に駐車している場合、機構が該二次送電要素を該一次送電要素上に下げ、それにより、該送電要素の接触面を介して該車両の電源を充填するために、電流が流れることができる。

該駐車場の該路面に埋め込まれた該一次送電要素は、矩形又は格子の形状に配置された、互いに電気的に絶縁された二列の丸い一次接触面によって形成されている。制御手段は該一次送電要素に割り当てられ、該手段は、一方では、該一次接触面の各々に接続され、他方では、１２〜２４ボルトの範囲の低電圧電源の正極及び負極に接続されている。該制御手段により、ポテンシャルフリーに切り換えられている間の該一次接触面の各々を、該正極又は該負極に接続することができる。

米国特許第８，３０７，９６７Ｂ２号明細書に開示されている、該車両上の該二次送電要素は、正方形の二次接触面から成る列を有し、該接触面のサイズは、送電要素の該接触面の短絡が、他の送電要素の接触面を介して生じる可能性がないように選択されている。該一次送電要素上への該二次送電要素の機械的下降の後、該制御手段は、どの一次接触面と二次接触面が電気的に接触しているかを判断した後、該一次送電要素の適切な一次接触面を該正極に、及び該二次送電要素の適切な二次接触面を、該低電圧源の該負極に接続し、その結果、該車両の電源が充電される。

該公知の接触システムの場合、該低電圧源では、充電プロセスが比較的長時間続き、そのことは、例えば、たった一時間の駐車時間の場合に、該車両の電源が完全に充電されない理由であることが欠点であることが分かっている。安全上の理由から、正極と負極との間の低電圧範囲以上にある電圧の使用は、例えば、人が該車両の下に触れようとした場合、及び該充電プロセス中に、該接触面に触れようとした場合に、別の帯電を生じる可能性があるため、実行不可能である。

米国特許第８，３０７，９６７Ｂ２号明細書

本発明は、該車両内の該電源の完全な充電のための充電時間を縮小することができると同時に、所要の安全性を確保しなければならない接触システムを作り出すという目的に基づいている。

本発明によれば、本発明の目的は、二次接触面を取り囲んでいる第二の絶縁面が設けられ、該絶縁面は、同じ方向において、接触した一次接触面のうちの一つの輪郭の大きさよりも大きい、少なくとも一つの任意の方向依存性の最小幅を有している接触システムによって実現される。

これにより、制御手段により、ポテンシャルフリー状態から切り換えられ、及び正極又は負極に接続される一次接触面は、二次接触面と電気的に接触しているため、第二の絶縁面によって確実に覆われるということが保証される。これにより、人が、例えば、指によって、正極又は負極に接続されている接触面に触れる可能性があるという危険性がないという利点が得られる。このことが保証されるため、一次接触面の正極と負極との間で６０ボルト以上の電圧を有する電圧源も印加することができ、それにより、車両の電源を、より短い充電時間で、より高電流で充電することができる。

該一次接触面の外側輪郭は、例えば、円形の一次接触面の場合と同様に、非方向依存性にすることができる。しかし、該一次接触面の該外側輪郭は、例えば、該一次接触面の六角形又は楕円形の輪郭の場合も、方向依存性にすることもできる。

人によって触れられているのに抗して、電気が流れている電極をシールドするための該第二の絶縁面の幅は、該一次接触面の非方向依存性に対して、及び該一次接触面の方向依存性の輪郭に対して、常に十分に幅広であるように選択することができる。本発明によれば、このことは、該第二の絶縁面の該幅が、該一次接触面の最大の外側輪郭の周りの周囲よりも幅広に選択された場合に実現される。これにより、該二次送電要素を、接触のために非方向依存的に、該第一の送電要素上に下降させることができるという利点が得られる。

しかし、本発明の別の実施例によれば、該第二の絶縁面の該幅も、該同じ方向の該接触した一次接触面の該幅よりもわずかに幅広になるように、方向依存的に選択することができる。しかし、この場合は、該接触のために、該二次送電要素が、それと位置合わせされた該一次送電要素上に確実に下降される位置決め手段を設けなければならない。これにより、該二次送電要素を、特に小さくデザインすることができ、そのことが、該二次送電要素の該車両への一体化を容易にするという利点が得られる。

以下においては、車両と、該車両を充電するための電源との間で電気的接続を作り出すための、本発明による該接触システムのさらに有利な実施例について、以下の図を用いてより詳細に説明する。

図１は、第二の二次接触面が、二次送電要素の第一の二次接触面を完全に取り囲んでいる、本発明による接触システムの第一の実施例を示す。 図２Ａは、図１による一次送電要素の一次接触面を拡大図で示す。 図２Ｂは、図１による二次送電要素の二次接触面を示す。 図３は、図１による、格子の形状で配置された一次送電要素の該一次接触面を示す。 図４は、第一の二次接触面及び第二の二次接触面が、円形から成るセグメントとしてデザインされ、及び絶縁面によって取り囲まれている、本発明による接触システムの第二の実施例を示す。 図５は、一次接触面の該外側輪郭と、二次送電要素の第二の絶縁面の幅は、方向依存的に幅が異なっている、本発明による接触システムの第三の実施例の一次送電要素及び二次送電要素を示す。 図６は、図５による一次送電要素の一次接触面を拡大図で示す。

図１から図３は、車両を充電するために、正極と負極とを用いて、該車両と電源との間に電気的接続を作り出すための接触システムの第一の実施例を示す。該車両については、バッテリー２と、充電回路３と、二次送電要素４のみが図示され、バッテリー２を充電するために、これらを介して電力が該車両に供給される。図２Ｂには、二次送電要素４の、該充電回路３を介してバッテリー２の正極に接続されている第一の二次接触面５と、充電回路３を介してバッテリー２の負極に接続されている第二の二次接触面６とが図示されている。

接触システム１は、図３に示す、駐車場の路面に埋め込まれた、又は取り付けられた一次送電要素７をさらに有し、該一次送電要素は、複数の構造的に、及び特に格子状に配置され、互いに電気的に絶縁された均一な六角形の外側輪郭を有する一次接触面８を有している。直径Ｄを有する外円周は、一次接触面８の該外側輪郭を決める。

接触システム１は、一次接触面８の各々に接続されている制御手段９をさらに有する。より明確にするために、図１には、これらの接続ライン１０のうちの数本のみが図示されている。制御手段９はさらに電圧源１１に接続され、該電圧源は、例えば、３８０ボルトを有する地域の送電線網につながれ、及び６０ボルト、１２０ボルト、２００ボルト又はそれ以上の直流電圧を、正極と負極との間で利用可能にする。制御手段９は、第一の二次接触面５と接触している第一の一次接触面１２を判別するように設計され、及び第二の二次接触面６と接触している第二の一次接触面１３を判別するように設計されている。制御手段９は、第一の一次接触面１２及び第二の一次接触面１３を判別した後に、電圧源１１の正極と、第一の一次接触面１２との間に電気的接続を作り出すように、及び電圧源１１の負極と、第二の一次接触面１３との間に電気的接続を作り出すように設計されている。これにより、電気的接続が、このようにして、電圧源１１及び該車両内の充電回路３の正極と負極との間に確立され、その結果、該充電回路は、それに供給される６０ボルト以上の電圧を、例えば、該車両に必要な４００ボルトの電圧に変換する。

ここで、接触システム１の二次送電要素４は、二次接触面６を取り囲んでいる、幅Ｂを有する第二の絶縁面１４を有し、該絶縁面は、少なくとも一つの最小幅を有し、該最小幅は、一次接触面８のうち一つの外側輪郭の包囲円の直径Ｄに相当する。これにより、該負極に接続された第二の一次接触面１３は、いずれも人の指と接触することができないことが確保される。安全性をさらに高めるために、第二の絶縁面１４は、第二の一次接触面１３が、もはや、例えば一次送電要素７と二次送電要素４との間に押し込まれた金属製のロッドと接触することもできないように、前記最小幅を超える幅Ｂを有していてもよい。しかし、該安全性は、どのような場合でも、第二の絶縁面１４が少なくとも該最小幅を有している限り保証される。これにより、該車両のバッテリー２の充電サイクルが短い、６０ボルト以上の高直流電圧、及び対応する高充電電流にもかかわらず、所要の安全性が確保されるという利点が得られる。

図２Ａには、一次接触面８のうちの一つが拡大して示されている。一次接触面８の該外側輪郭は、該第二の絶縁面の方向依存性の最小幅Ｗ１を指定する、方向Ｘにおけるある大きさを有している。一次接触面８の該外側輪郭は、直径Ｄに相当する、該第二の絶縁面の方向依存性の最小幅Ｗ２を指定する、方向Ｙにおけるある大きさを有している。該第一の実施例によれば、第二の絶縁面１４は幅Ｂを有し、その際、Ｂ＞Ｗ１及びＢ＞Ｗ２である。これにより、二次送電要素４を任意の方向で、一次送電要素７上に、接触のために下降させることができるという利点が得られる。

本発明の第一の実施例による接触システム１において、第二の二次接触面６は第一の二次接触面５を完全に取り囲むため、第一の二次接触面５は第二の絶縁面１４によっても完全に取り囲まれる。これにより、第二の絶縁面１４により、第一の二次接触面５もユーザの指と接触することができないということが有利に保証される。

第一の二次接触面５は、第二の二次接触面６の中心に配置され、及び第二の二次接触面６と第二の絶縁面１４とが、第一の二次接触面５の周りに同心円を形成する場合には、特に有利な実施形態が提供される。これにより、第一の二次接触面５は、特に良好に遮蔽される。

さらに、第一の絶縁面１５を、第一の二次接触面５の周りの同心円として、第一の二次接触面５と第二の二次接触面６との間に配置することが特に有利であり、この場合、幅Ｂを有する第一の絶縁面１５も少なくとも最小幅Ｗ２を有する。これにより、６０ボルト以上の電圧に必要な、第一の二次接触面５と第二の二次接触面６との電気的絶縁が確保され、さらに、第一の二次接触面５は、人による不必要な接触から特に良好に保護されることが実現される。

さらに、一次接触面８を六角形として形成することも有利であることが判明した。このことは、接触面８が破壊されることなく、強力な充電電流を送電することができる、公知の円形の一次接触面と比較して大きな表面積を有する特に大きな一次接触面８を形成することを可能にする。他の形状の一次接触面、例えば、長方形、八角形、楕円形又は三角形も同様に可能である。

制御手段９は、有利には、第一の一次接触面１２としても第二の一次接触面１３としても判断されていないすべての一次接触面８をポテンシャルフリーに切り換えるように形成される。これにより、該車両を充電するための電力を送電する必要のない、一次送電要素７のすべての一次接触面１２及び１３に、潜在的に生じる可能性のある接触システム１の帯電又は短絡を伴うことなく、人が接触することができることが保証される。

図４は、本発明による接触システム１６の第二の実施例を示し、この場合、二次送電要素１７の接触面のみが異なって形成されている。二次送電要素１７は、ともに円形のセグメントとしてデザインされている第一の二次接触面１８及び第二の二次接触面１９を有している。二次接触面１８及び１９はともに、第一及び第二の絶縁面を形成する絶縁面２０によって取り囲まれている。有利には、絶縁面２０もまた、第一の絶縁面に対応して、二次接触面１８、１９の間に、及び第二の絶縁面に対応して、二次接触面１８、１９の周りに幅Ｂを有し、該幅は、最小幅Ｗ２及び一次接触面８の外側輪郭の包囲円の直径Ｄよりも大きくなっている。第二の実施例による接触システム１６においては、このようにして、一次送電要素７と二次送電要素１７の非方向依存性の接触の場合に、高直流電圧によって短い充電サイクルを実現するために、所要の安全性ももたらされる。

図５は、本発明による接触システム２２の第三の実施例による一次送電要素２１を示し、一次接触面２３の外側輪郭が楕円形であり、そのため方向依存的である。二次送電要素２４は、第一の二次接触面２５及び第二の二次接触面２６を有し、これらは第二の絶縁面２７によって外部と電気的に絶縁され、及び第一の絶縁面２８によって互いに電気的に絶縁されている。本発明によれば、第二の絶縁面２７は方向依存性の最小幅のみを有していなければならず、該最小幅は、同じ方向において、接触した一次接触面２３の輪郭の大きさよりも大きい。

図６は、接触システム２２の一次接触面２３を拡大図で示す。方向Ｘにおいて、一次接触面２３の輪郭は、方向Ｘにおける最小幅Ｗ３に相当する大きさを有している。方向Ｙにおいては、一次接触面２３の輪郭は、方向Ｙにおける最小幅Ｗ４に相当する大きさを有している。二次送電要素２４を特に狭小に形成するために、第二の絶縁面２７は、一次接触面と二次接触面とが互いに接触するときに、幅Ｂ１を有する。方向Ｙにおける一次接触面２３の大きさが大きいので、Ｂ２＞Ｗ４及びＢ１＞Ｗ３である。方向Ｘ及び方向Ｙに対して例えば４５度だけ傾斜した方向Ｚにおいて、第二の絶縁面２７は、同じ方向Ｚにおける一次接触面２３の大きさよりも大きい幅を有している。これにより、二次送電要素２４を、それを車両と良好に一体化することができるように、特に狭小に形成することができるという利点が得られる。

ここで、本発明の第三の実施例による接触システム２２は、二次送電要素２４が、方向依存的に、すなわち、図５及び図６に示す方向Ｘ及びＹに対応させて、一次送電要素２１上に確実に配置されるための位置決め手段を有している。位置決め手段は、センサ、画像認識を伴うカメラによって、又は機械的手段によって形成することができ、この場合、当業者には、さらなる実現性が知られている。大まかな位置合わせは、駐車場区画によって既に実現されているので、位置決め手段は、該駐車場の左右の路面の横方向の持ち上げによっても与えることができ、それにより、該車両をこの方向にのみ確実に駐車させることができる。

８０ボルト、１００ボルト又は４００ボルトの直流電圧、ならびに同様の電圧範囲の交流電圧を、該第二の絶縁面を備えた該送電要素の該接触面に印加することもできることを言及することができる。また、該第二の絶縁面を用いて、二つ以上の電極用の接触面を形成することも可能であり、その結果、例えば、三相交流電流を送電することができる。さらなる二次接触面を介して、異なる電圧振幅又は周波数を有する、さらなる交流電圧を送電することができるであろう。同様に、さらなる二次接触面を介して、例えば、該車両の充電状態に関するデータの送信も可能になるであろう。また、該一次送電手段は該車両に、該二次送電手段は駐車場の該路面に設けることができる。該絶縁面は、当業者に知られている材料、例えば、プラスチック又はセラミックによって形成することができる。

Claims (12)

1. 車両を充電するために、電源（１１）の第一の電極と、前記電源（１１）の第二の電極とを用いて前記車両と前記電源（１１）との間に電気的接続を作り出す接触システム（１、１６、２２）であって、
   構造的に配置され、互いに電気的に絶縁され、及び各々が外側輪郭を有する複数の一次接触面（８、２３）を有する一次送電要素（７、２１）を有し、及び
   前記電源（１１）の前記第一の電極に接触するための少なくとも一つの第一の二次接触面（５、１８、２５）と、前記電源（１１）の前記第二の電極に接触するための少なくとも一つの第二の二次接触面（６、１９、２６）とを有し、その際、前記二次接触面（５、６、１８、１９、２５、２６）は互いに電気的に絶縁されている二次送電要素（４、１７、２４）を有し、及び
   前記第一の二次接触面（５）と接触している第一の一次接触面（１２）を判別するように設計され、かつ前記第二の二次接触面（６）と接触している第二の一次接触面（１３）を判別するように設計され、かつ前記第一の一次接触面（１２）及び前記第一の二次接触面（５、１８）を介して、前記電源（１１）の前記第一の電極と前記車両の第一の電極との間に電気的接続を作り出すように設計され、かつ前記車両に電力供給するために、前記第二の一次接触面（１３）及び前記第二の二次接触面（６、１９）を介して電気的接続を作り出すように設計された制御手段（９）を有する、接触システムにおいて、
   前記第一及び第二の二次接触面（５、６、１８、１９、２５、２６）を取り囲んでいる第二の絶縁面（１４、２０、２７）が設けられ、
   該第二の絶縁面は、少なくとも一つの任意の方向における最小幅（Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３、Ｗ４）を有し、
   該最小幅は、同じ方向（Ｘ、Ｙ、Ｚ）において、前記接触した一次接触面（８、２３）のうち一つの前記輪郭の大きさよりも大きく、前記二次接触面（５、６、１８、１９、２５、２６）と電気的に接触している前記一次接触面（８、２３）が触れられないことを確実にすることを特徴とする接触システム。
2. 前記第二の絶縁面（１４）は、前記接触した一次接触面（８、２３）のうちの一つの最大の外側輪郭の包囲円の直径（Ｄ）よりも大きい、少なくとも一つの最小幅を有することを特徴とする、請求項１に記載の接触システム（１、１６）。
3. 前記第二の二次接触面（６）は、前記第一の二次接触面（５）を完全に取り囲むこと、及び前記第二の絶縁面（１４）は、前記第二の二次接触面（６）を完全に取り囲むことを特徴とする、請求項１及び請求項２に記載の接触システム（１）。
4. 前記第一の二次接触面（５）は、前記第二の二次接触面（６）の中心に配置されること、及び前記第二の二次接触面（６）と前記第二の絶縁面（１４）は、前記第一の二次接触面（５）の周りに同心円を形成することを特徴とする、請求項３に記載の接触システム（１）。
5. 第一の絶縁面（１５）が、前記第一の二次接触面（５）と前記第二の二次接触面（６）との間に前記第一の二次接触面（５）の周りの同心円として配置され、その際前記第一の絶縁面（１５）も少なくとも前記最小幅（Ｗ１、Ｗ２）を有することを特徴とする、請求項４に記載の接触システム（１）。
6. 前記一次接触面（８）は、六角形によって形成されることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載の接触システム（１、１６）。
7. 前記一次接触面（８、２３）は、格子状に配置されることを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載の接触システム（１、１６、２２）。
8. 前記電源（１１）の前記第一の電極と前記電源（１１）の前記第二の電極との間には、６０ボルト以上の電圧があることを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載の接触システム（１、１６、２２）。
9. 前記制御手段（９）は、該制御手段（９）によって、第一の一次接触面（１２）としても第二の一次接触面（１３）としても判別されていないすべての一次接触面（８、２３）をポテンシャルフリーに切り換えるように形成されることを特徴とする、請求項１から８のいずれか一項に記載の接触システム（１、１６、２２）。
10. 前記一次送電要素（７、２１）は、駐車場の路面に設けられ、
    前記二次送電要素（４、１７）は、前記一次送電要素（７、２１）に接触させるために下降可能及び上昇可能に、前記車両に設けられることを特徴とする、請求項１から９のいずれか一項に記載の接触システム（１、１６、２２）。
11. 前記一次送電要素（２１）上への前記二次送電要素（２４）の方向依存性の位置決めのために設計された位置決め手段が設けられること、及び前記第二の絶縁面（２７）の前記最小幅（Ｗ３、Ｗ４）は方向依存性の異なった幅であることを特徴とする、請求項１から１０のいずれか一項に記載の接触システム（２２）。
12. 前記一次接触面（２３）の前記外側輪郭は方向依存性、及び特に楕円形であること、及び
    二次接触面（２５、２６）が、前記位置決め手段によって前記一次接触面（２３）に位置決めされた際に、前記第二の絶縁面（２７）の前記最小幅（Ｗ３、Ｗ４）は、方向依存的に、前記同じ方向（Ｘ、Ｙ、Ｚ）において、少なくとも前記一次接触面（２３）の前記幅に相当することを特徴とする、請求項１１に記載の接触システム（２２）。

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