KR20120101566A - 전기 차량용 충전소 - Google Patents

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도날드 모리스
데일 힐
존 호쓰
르우벤 사카
테레사 제이 아보트
윌리암 조지프 로드 리베스
리안 토마스 위엔스
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프로테라 인크
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Abstract

본 발명은 차량을 충전시키는 시스템 및 방법에 관한 것이다. 차량과 충전소는 전기 또는 하이브리드 차량이 공지된 루트에 걸쳐서 충전되는 기회에 의해 종래의 차량과 유사한 방식으로 작동될 수 있도록 설계될 수 있다.

Description

전기 차량용 충전소{CHARGING STATIONS FOR ELECTRIC VEHICLES}
교차 참조
본 출원은 2009년 12월 23일자로 출원된 미국 가출원 제61/289,755호의 이익을 청구하는데, 본 출원은 2008년 7월 1일자로 출원된 미국 가출원 제61/077,452호와 2009년 5월 1일자로 출원된 미국 가출원 제61/174,926호의 이익을 청구하는, 2009년 7월 1일자로 출원된 미국 특허 출원 제12/496,569호의 일부 연속 출원이며, 이들 출원 모두는 그 전체가 본 명세서에 참고로 합체된다.
기술분야
본 발명은 전기 차량용 충전소에 관한 것이다.
전기 차량은 전력을 전기 차량에 전달하기 위한 현재의 기반 시설에 의해 제한을 받는다. 전차 및 경전철(light rail car) 등의 몇몇 전기 차량은 레일의 하드웨어를 통해 또는 오버헤드 라인을 통해 전원에 대해 영구적으로 연결된다. 전기차 등의 기타 전기 차량은 충전소에서 전기 차량의 플러그 연결에 의해 충전된다.
전기 차량이 취하는 루트를 따라 영구적인 전기 연결을 유지하는 시스템이 전기 차량에 전력을 전달하도록 사용될 수 있지만, 이러한 시스템은 보기싫고, 인기가 없으며, 설치 및 유지가 비싸고, 안전하지 않을 수 있다. 이들 시스템은 도시가 여정 빌딩 유지 보수 또는 건설을 수행하는 시구간 동안 전체 전기 버스 라인이 현수되는 것을 필요로 하는 경우가 많다. 이들 시스템의 일부는 전기 차량이 레일 또는 오버헤드 라인과 상관없이 주행할 수 있게 못한다. 또한, 이들 시스템의 일부는 상이한 특징을 갖는 상이한 차량들에게 적응될 수 없다. 더욱이, 이들 시스템은 충전하는 데에 상당한 시간이 걸리거나 또는 노력이 든다.
따라서, 전기 차량을 충전시키기 위한 개선된 시스템 및 방법을 개발하는 것이 요구된다.
본 발명은 전기 또는 하이브리드 전기 차량을 충전하는 시스템 및 방법에 관한 것이다. 본 명세서에 설명된 본 발명의 다양한 양태는 아래에 기재된 특정한 용례들 중 임의의 용례 또는 임의의 다른 타입의 차량에 적용될 수 있다. 본 발명은 독립형 시스템 또는 방법으로서, 또는 버스 시스템이나 기타 공공 운송 시스템 등의 통합 운송 시스템의 일부로서 적용될 수 있다. 본 발명의 상이한 양태들이 개별적으로, 집합적으로, 또는 서로 조합하여 실시될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
본 발명의 한가지 양태는 충전소에 관한 것일 수 있다. 충전소는 충전 마운트를 포함할 수 있다. 충전소는 또한 2개 이상의 컬렉터 브러시를 포함할 수 있고, 각 컬렉터 브러시는 전도성 패드와 같이 적어도 하나의 전기 전도성 표면적을 포함한다. 바람직하게는, 각 컬렉터 브레이스는 전기 전도성 표면을 갖는 적어도 2개의 안내 스트립을 포함할 수 있고, 이 때에 안내 패드 등의 안내 기능부는 전기 전도성 표면을 향해 수렴하도록 수렴된다. 적어도 하나의 컬렉터 브레이스는 양극과 접촉하기 위한 것일 수 있고 적어도 하나의 컬렉터 브레이스는 음극과 접촉하기 위한 것일 수 있고, 이들은 차량의 재충전 가능한 장치를 충전하도록 구성될 수 있다. 충전소는 충전 마운트에 연결되는 포스트와 같은 지지 고정구와, 포스트와 충전 마운트를 지지하기 위해 포스트에 기계적으로 연결되는 스탠드를 포함할 수 있다.
대안적으로, 충전소는 커넥터 아암을 통해 충전 마운트에 연결하는 커넥터 헤드 조립체를 포함할 수 있다. 커넥터 헤드 조립체는 블레이드를 수용하도록 구성될 수 있다. 커넥터 아암은 충전 마운트 및/또는 커넥터 헤드에 대한 피봇 연결부를 가질 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 충전소는 충전 마운트에 장착되는 강성 구조적 구성요소를 갖는 충전 돌출부 또는 커넥터 아암을 포함할 수 있다. 충전 돌출부는 크로스바, 간격 바아, 및 하나 이상의 아암 등의 강성 구성요소를 포함할 수 있다. 강성 또는 가요성 연결부는 강성 구성요소들 사이에 제공될 수 있다. 예컨대, 충전 돌출부 상의 컬렉터 브레이스가 가요성 연결부를 통해 둘출부의 크로스바에 대해 이동될 수 있다.
본 발명의 다른 양태는 충전소에 의해 충전될 수 있는 차량에 관한 것일 수 있다. 차량은 차량의 재충전 가능한 장치에 전기적으로 연결되는 2개 이상의 접촉 패드를 포함할 수 있다. 차량의 재충전 가능한 장치는 배터리 또는 울트라캐패시터 등의 에너지 저장 시스템일 수 있다. 접촉 플레이트는 차량의 상부에 배치될 수 있고, 차량의 이동 방향에 대해 상대적으로 평행하게 위치될 수 있다. 접촉 플레이트는 또한 차량의 상부면에서 떨어져 있을 수 있다. 재충전 가능한 장치를 충전하도록 제1 접촉 플레이트는 양극일 수 있고 제2 접촉 플레이트는 음극일 수 있다.
대안적으로, 단일의 블레이드가 제공될 수 있고, 이 단일의 블레이드가 양단자와 음단자를 포함할 수 있다. 커넥터 헤드 조립체를 블레이드로 안내하도록 차량의 지붕에 스쿠프가 제공될 수 있다.
차량의 충전하는 시스템이 본 발명의 다른 실시예에 따라 제공될 수 있다. 시스템은 2개 이상의 컬렉터 브레이스를 갖는 충전소와 2개 이상의 접촉 플레이트를 갖는 차량을 포함할 수 있다. 대안적으로, 충전소는 커넥터 헤드 조립체를 갖고 차량은 단일의 블레이드를 가질 수 있다. 컬렉터 브레이스는 접촉 플레이트가 안내 스트립에 의해 안내된 후에 전기 전도성 표면들 사이에서 슬라이드하도록 차량의 상부 상의 접촉 플레이트를 수용하도록 구성될 수 있다. 접촉 플레이트는 양호한 전기 접촉을 보장하도록 안내 스트립들 사이에서 압착될 수 있다. 더욱이, 전기 전도성 표면은 접촉 플레이트와 접촉하는 표면적을 가질 수 있고, 이는 전기 접촉 영역을 제공할 수 있다. 그러한 기능부는 충전소와 차량 사이의 충전 인터페이스에서 임피던스를 감소시킬 수 있고, 이는 급속 충전에 일조할 수 있다. 충전소는 또한 컬렉터 브레이스들을 서로 떨어진 원하는 거리에 유지하도록 간격 바아를 포함할 수 있고, 이 거리는 차량의 접촉 플레이트들 간의 거리에 합치될 수 있다. 충전소는 또한 충전 마운트와 컬렉터 브레이스를 연결하는 연결 구조체를 위한 가요성 연결부를 포함할 수 있고, 이는 연결 구조체와 접촉 조립체가 차량의 이동 방향에 대해 측방향으로 이동하게 할 수 있다. 이는 차량 치수, 운행 경로, 또는 다른 차량 속성을 위한 공차를 제공할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따라 차량의 충전 방법이 제공될 수 있다. 이 방법은 2개 이상의 접촉 플레이트를 포함하는 차량을 충전소의 충전 마운트 아래의 위치로 이동시키는 단계를 포함할 수 있고, 충전 마운트는 2개 이상의 컬렉터 브레이스를 갖는다. 전기 연결부는 2개 이상의 컬렉터 브레이스와 차량의 2개 이상의 접촉 플레이트 사이에 달성될 수 있다. 차량은 원하는 충전 상태를 달성하도록 소정의 시간 동안 충전소에 전기적으로 연결되는 것을 유지할 수 있다.
차량은 실질적으로 직선 방식으로 또는 소정 각도로 충전소에 접근하고 및/또는 떠날 수 있다.
본 발명의 다른 목적 및 이점은 이하의 설명 및 첨부 도면과 함께 고려될 때에 더 인지되고 이해될 것이다. 이하의 설명은 본 발명의 특정한 실시예를 설명하는 특정한 상세를 포함할 수 있지만, 이는 본 발명의 범위에 대한 제한으로서 해석되지 않고 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 본 발명의 각 양태를 위해, 여기에 제안된 바와 같이 당업계의 숙련자에게 알려진 많은 변경이 가능하다. 본 사상으로부터 벗어남이 없이 본 발명의 범위 내에서 광범위한 변경 및 수정이 이루어질 수 있다.
본 명세서에 언급된 모든 공보, 특허 및 특허 출원은 각각의 개별적인 공보, 특허 또는 특허 출원이 구체적으로 또는 개별적으로 참조로 합체되도록 지시되는 것과 동일한 범위까지 본 명세서에 참조로 합체된다.
본 발명의 신규한 특징은 첨부된 청구범위에 상세하게 기재되어 있다. 본 발명의 특징 및 이점은 본 발명의 원리가 활용되는 예시적인 실시예를 기술하는 이하의 상세한 설명과 첨부 도면을 참조하여 보다 양호하게 이해될 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 충전소를 도시한다.
도 2는 충전소의 변경예를 도시한다.
도 3은 충전소의 다른 실시예를 도시한다.
도 4는 충전소의 예를 도시한다.
도 5는 충전소의 충전 연결부의 예를 도시한다.
도 6a는 접촉 조립체의 도면을 도시한다.
도 6b는 접촉 조립체의 추가 도면을 도시한다.
도 6c는 본 발명의 실시예에 따른 압력 조립체의 확대도를 도시한다.
도 7a는 충전 마운트 상의 접촉 조립체를 도시한다.
도 7b는 연결 구조체의 가요성 연결의 예를 도시한다.
도 8은 접촉 바아를 갖는 차량의 예를 도시한다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 충전소와 차량을 도시한다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 충전소와 차량 간의 연결을 도시한다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 블레이드 지지부를 도시한다.
도 12는 커넥터 헤드 조립체의 도면을 제공한다.
도 13은 컬렉터 브러시 구동 조립체의 도면을 제공한다.
도 14는 컬렉터 브러시 구동 조립체의 다른 도면을 제공한다.
도 15는 인라인 블레이드의 대안적인 구성을 도시한다.
도 16은 커넥터 헤드 조립체의 대안적인 구성을 도시한다.
도 17은 차량의 후방에 장착되는 차량 상호 연결부의 예를 도시한다.
본 발명은 전기 차량을 충전하는 시스템 및 방법을 제공한다. 본 발명의 한가지 양태는 충전소를 제공한다. 충전소는 전력을 전기 동력 차량에 전달하도록 사용될 수 있다. 충전소는 전력을 임의의 전기 차량, 하이브리드 전기 차량, 또는 배터리, 울트라캐패시터(ultracapacitor)나 기타 에너지 저장 시스템 등의 추진력 소스를 포함할 수 있는 임의의 다른 차량에 전달하도록 사용될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 전기 동력 차량은 버스 또는 트럭 등의 중량 차량일 수 있다.
예컨대, 상기 시스템에 의해 전력을 받는 전기 차량은 운송 버스, 학교 버스, 운반 밴, 셔틀 버스, 트랙터 트레일러, 클래스 5 트럭(16,001-19,500 lbs의 중량, 2축, 타이어 6개의 단일 유닛), 클래스 6 트럭(19,501-26000 lbs, 3축 단일 유닛), 클래스 7 트럭(26,001-33,000 lbs의 중량, 4개 이상의 축의 단일 유닛), 클래스 8 트럭(33,000 lbs 이상의 중량, 4개 이하의 축의 단일 트레일러), 14,000 파운드 이상 중량의 GVWR을 갖는 차량, 15:1 이상의 화물 대 운전자 질량 비율을 갖는 차량, 6개 이상의 타이어를 갖는 차량, 3개 이상의 축을 갖는 차량, 또는 임의의 다른 타입의 높은 점유율 또는 중량 차량을 포함할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 충전소는 승용차를 비롯하여 임의의 다른 전기 차량을 충전할 수 있다. 여기서, 전기 차량 또는 전기 동력 차량의 임의의 논의는 임의의 타입의 논의된 차량을 지칭할 수 있고 그 반대도 같다.
본 발명의 몇몇 실시예에서, 충전소는 충전소와 전기 동력 차량 간에 전기 연결을 달성하기 위하여 충전 마운트로부터 현수된 충전 샤시 또는 돌출부 등의 충전 연결부를 포함할 수 있다. 충전 연결부는 충전 연결부의 위치 또는 배향을 제어하기 위한 위치 결정 장치를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 양태는 충전소에 대한 전기 연결을 달성하기 위한 접촉 플레이트들을 포함하는 전기 차량을 제공한다. 접촉 플레이트들은 전기 차량의 상부면 상에 위치될 수 있고 차량 이동 방향에 비교적 평행한 방향으로 위치될 수 있다. 접촉 플레이트들은 전기 차량의 상부면에서 떨어져 있을 수 있다.
본 발명의 방법은 충전소를 이용하여 전력을 차량에 전달하는 것을 포함한다. 차량에 전력을 전달하는 것은 차량을 충전소의 충전 마운트 아래에 위치 결정하고, 충전소와 차량 간의 전기 연결을 달성하기 위해 집전기, 현수삭 아암(catenary arm), 충전 샤시 또는 프레임, 또는 충전 돌출부 등의 충전 연결부와 맞물리는 것을 포함할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 충전소는 충전 마운트(24)가 있는 구조체(6)를 포함할 수 있다. 충전 연결부(18)가 충전 마운트로부터 현수될 수 있다. 충전 연결부는 집전기, 현수삭 아암, 및 외팔보 아암으로 이루어지는 군으로부터 선택된 구성요소와 유사한 장치일 수 있다. 충전 연결부는 충전 연결부 상에 배치된 전기 전도성 표면(14, 16)이 조절 가능한 위치에 있을 수 있도록 조절 가능한 형태 또는 크기를 가질 수 있다. 본 발명의 몇몇 실시예에서, 충전 연결부는 위치 결정 장치(20, 26) 등의 커플링을 통해 충전 마운트에 기계적으로 부착된다. 위치 결정 장치는 고정되거나 조절 가능할 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시예에서, 충전 연결부는 전도성 패드 등의 2개의 전기 전도성 표면(14, 16)을 포함할 수 있다. 2개의 전기 전도성 표면은 서로 전기적으로 절연될 수 있다. 2개의 전기 전도성 표면은 전기 전도성 표면을 전원(2)에 연결하는 전기 배선을 통해 전력이 공급될 수 있다. 전기 배선은 충전 연결부(18), 위치 결정 장치(20, 26), 충전 마운트(24), 및 구조체(6) 내에 수용될 수 있다. 추가의 전기 배선(4)이 전원(2)에 대한 전기 연결을 달성하도록 사용될 수 있다. 전원은 여기에 설명된 임의의 전원을 포함할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 차량(8)은 차량 이동 방향(28)으로 연장하는 2개의 접촉 플레이트 또는 바아(10, 12)를 포함할 수 있다. 2개의 바아는 차량에 전력을 공급하도록 사용되는 에너지 저장 장치에 전기적으로 연결되는 구리 바아일 수 있다.
충전소의 변경예가 도 2에 도시되어 있다. 전기 전도성 표면(14, 16)은 외팔보 아암(30)을 통해 충전 마운트에 연결될 수 있다. 외팔보 아암은 수직 방향(22)으로 조절될 수 있어 차량(8)이 전도성 표면 아래에서 통과하게 하고 이어서 전도성 표면과 차량의 접촉 플레이트 또는 바아(10, 12) 간에 전기 연결을 달성한다. 전도성 표면과 전원(2) 간에 전기 연결은 도 1에서 설명된 바와 같을 수 있다.
도 3은 충전소(36)와 차량(38)의 다른 예를 도시하고 있다. 차량은 접촉 바아, 플레이트 또는 임의의 다른 형태의 접촉일 수 있는 1개, 2개, 3개, 4개 또는 그 이상의 충전점을 포함할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 적어도 2개의 충전점을 갖는 것이 바람직할 수 있다. 다른 실시예에서, 다수의 배터리를 충전하도록 더 많은 갯수의 충전점이 요망될 수 있다(예컨대, 2개의 충전점이 1개의 배터리 또는 배터리 그룹에 전기적으로 연결될 수 있고, 다른 2개의 충전점이 다른 배터리 또는 배터리 그룹에 전기적으로 연결될 수 있다). 다수의 배터리 세트를 병렬로 충전하는 것은 충전 시간을 빠르게 하고 높은 전류 전달로 인한 시스템 가열을 감소시키는 데에 바람직할 수 있다. 충전점 또는 임의의 다른 접촉에 관한 임의의 논의는 임의의 형태 또는 포맷의 접촉이라고 지칭할 수 있다.
충전점(40a, 40b)은 차량 이동 방향에 평행하게 연장될 수 있다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 충전점은 차량의 지붕과 같은 차량의 상부에 설치될 수 있다. 몇몇의 변경예에서, 충전점은 차량의 측면에, 차도에, 또는 차량 표면의 다른 부분을 따라, 또는 이들을 조합하여 설치될 수 있다. 전술한 바와 같이, 충전점은 구리로 형성될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 충전점은 제한하지는 않지만 알루미늄, 은, 금, 또는 합금 또는 이들의 조합을 비롯한 임의의 전도성 재료로 형성될 수 있고/있거나, 제한하지는 않지만 구리, 알루미늄, 은, 금, 합금 또는 이들의 조합, 또는 임의의 다른 전도성 재료를 비롯한 임의의 전도성 재료, 또는 임의의 다른 전도성 재료로 도금 또는 피복될 수 있다. 충전점은 서로 전기적으로 절연될 수 있다. 충전점은 차량의 상부에서 서로 떨어져 있을 수 있다.
충전소(36)는 컬렉터 버팀대 등의 임의의 갯수의 접촉 조립체(41a, 42b)를 포함할 수 있다. 접촉 조립체는 전극으로서 기능할 수 있는 차량의 충전점에 전기적으로 연결될 수 있다. 몇몇의 경우에, 접촉 조립체의 갯수는 차량의 충전점(40a, 40b)의 갯수와 일치할 수 있다. 예컨대, 2개의 충전점이 차량에 마련되면, 2개의 접촉 조립체가 충전소에 마련될 수 있다. 4개의 충전점이 차량에 마련되면, 4개의 접촉 조립체가 충전소에 마련될 수 있다.
몇몇 실시예에서, 한쌍의 접촉 조립체가 배터리 또는 배터리 팩에 연결된 한쌍의 충전점과 접촉하도록 마련될 수 있다. 몇몇의 경우에, 보다 많은 접촉 조립체가 마련될 수 있다(예컨대, 2개의 접촉 조립체가 배터리 또는 배터리 그룹과 전기 연통하는 한쌍의 충전점과 접촉할 수 있고, 2개의 다른 접촉 조립체가 다른 배터리 또는 배터리 그룹과 전기 접촉하는 2개의 다른 충전점과 접촉할 수 있다). 다수의 배터리들을 동시에 충전하는 것은 충전 시간을 빠르게 하고 높은 전류 전달로 인한 시스템 가열을 감소시키도록 바람직할 수 있다. 몇몇의 경우에, 다수의 접촉 조립체가 충전소의 동일한 아암 상에 마련될 수 있고(예컨대, 4개의 접촉 조립체가 동일한 돌출부 상에 마련될 수 있고), 다른 경우에 다수의 접촉 조립체가 충전소의 복수 개의 아암 상에 마련될 수 있다(예컨대, 2개의 접촉 조립체가 하나의 돌출부 상에 마련될 수 있고, 2개의 접촉 조립체는 제2 돌출부 상에 마련될 수 있다).
접촉 조립체는 접촉 조립체의 도전성 패드와 접촉하도록 충전점의 안내를 보조할 수 있는 하나 이상의 안내 기능부(44a, 44b, 44c, 44d)를 포함할 수 있다.
충전소
충전소는 지면 위에 위치된 충전 마운트와, 이 충전 마운트로부터 현수된 충전 연결부를 포함할 수 있다. 충전 연결부는 충전 마운트에 직접 부착되거나 위치 결정 장치 등의 커플링을 통해 충전 마운트에 부착될 수 있다. 충전 연결부는 집전기, 현수삭 아암, 및 외팔보 아암으로 이루어지는 군에서 선택된 장치와 유사할 수 있다. 충전 연결부는 충전 샤시 또는 프레임, 충전 골격 또는 거더(girder), 또는 충전 돌출부를 포함하거나, 또한 이들로서 지칭될 수 있다. 충전 연결부는 경전철 또는 전기 버스에 전력을 공급하도록 사용되는 장치의 거꾸로 된 형태일 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에서, 충전 연결부는 충전 마운트로부터 현수되는 현수삭 아암이다. 현수삭 아암은 외팔보 아암에 의해 지지될 수 있다.
몇몇 실시예에서, 충전은 버스가 트롤리 버스(trolley bus)로서 운행할 수 있도록 2개의 와이어의 트롤리 버스를 위한 것일 수 있다. 예컨대, 일부 시간 동안, 버스는 그리드 시스템 상의 와이어에 연결함으로써 트롤리 버스로서 운행할 수 있다. 버스가 그리드 시스템의 단부에 도달하는 경우, 트롤리 전극이 하강될 수 있어 버스는 그리드와 상관없이 배터리 전기 버스로서 운행할 수 있다. 유사하게, 배터리 전기 버스는 그리드와 상관없이 운행한 다음에 그리드와 조우할 수 있다. 버스가 그리드로 복귀하면, 전극이 상승되어 그리드와 접촉할 수 있고 버스는 트롤리 버스로서 운행하는 동안에 재충전될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따르면, 버스는 그리드 시간 부분에서 운행할 수 있고 그리드 시간 부분 밖에서 운행할 수 있다. 버스는 선택적으로 버스가 그리드 밖에 있을 때에 사용될 수 있는 버스 상의 배터리를 충전하도록 온 그리드 시간(on-grid time)을 이용할 수 있다.
충전 연결부는 차량이 충전 연결부 아래에서 주행하게 하는 데에 요구되는 높이로 충전 연결부가 조절될 수 있도록 센서, 또는 기계적 또는 전자 기계적 높이 조절 시스템을 가질 수 있다. 높이 조절을 위한 시스템은 충전 연결부 및/또는 위치 결정 장치를 포함할 수 있다. 충전 연결부는 전기 연결부를 달성하는 데에 요구되는 높이로 조절될 수 있다.
전기 연결부는 차량을 부분적으로 또는 완전히 충전하는 데에 충분한 시간 동안 달성될 수 있다. 충전 연결부는 차량과 충전소 사이에 전기 연결이 이루어지고 및/또는 충전을 활성화시키도록 차량으로부터 신호가 수신될 때에만 활성화되는 방식으로 구성될 수 있다. 충전소는 비접촉 상황 중에 전도성 경로를 격리시키도록 기계적 및/또는 전기적 보호 장치를 포함할 수 있다. 그러한 장치는 전자 메시지(무선, 근접 스위치 접촉, 및/또는 수동 트리거)를 수신한 후에만 또는 직접적인 기계적 활성화를 통해 에너지가 유동하게 하도록 구성될 수 있다.
변경예에서, 차량이 트롤리로서 그리드 상에서 단시간 운행하였다면, 에너지 유동은 차량이 그리드에 도달할 때에 자동적으로 발생할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 에너지 유도를 허용할 수 있는 센서가 제공될 수 있고, 다른 실시예에서, 차량이 그리드에 도달할 때에 에너지 유동을 가능하게 할 수 있는 메카니즘이 제공될 수 있다. 원하는 방식으로만 에너지 유동을 허용할 수 있는 안전 기능부가 제공될 수 있다.
다른 실시예에서, 차량(예컨대, 버스)은 기존의 경전철 시스템에 적합하게 될 수 있고, 여기서 차량은 도로 레일에 있는 단일의 오버헤드 라인과 지면 커플링에 연결될 수 있다.
전력은 당업계의 숙련자에게 공지된 임의의 수단을 이용하여 충전 연결부에 공급될 수 있다. 본 발명의 몇몇 실시예에서, 경전철 또는 전기 버스 등의 전기 차량에 전력을 공급하도록 사용된 전기 전원이 사용될 수 있다. 전력원은 전기 기차 또는 버스에 전력을 공급하도록 오버헤드 라인에 전력을 공급하는 데에 사용된 전원일 수 있다. 전력원은 고전압 DC 전원을 포함할 수 있다. 전압은 400 내지 800 볼트 DC, 450 내지 750 볼트 DC, 또는 대략 600 볼트일 수 있다. 전원은 분기된 다음에 전압 컨버터로 전달되어 차량을 위한 정확한 전압 및 전류를 제공할 수 있다. 전압 컨버터는 DC-DC 충전기일 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에서, 전력을 충전 연결부에 공급하도록 급속 충전기가 사용될 수 있다. 급속 충전기는 종래의 전원 또는 대안적인 전원에 의해 전력을 공급받을 수 있다. 본 발명의 몇몇 실시예에서, 급속 충전기는 수소, 전력 그리드로부터 얻은 종래의 전기, 또는 임의의 다른 타입의 전원에 의해 전력을 공급받는다. 급속 충전기는 차량에 전압과 전류를 제공하도록 구성될 수 있다.
전원은 에너지 버퍼 장치를 포함할 수 있다. 에너지 버퍼는 캐패시터 또는 배터리일 수 있다. 캐패시터는 초고용량 캐패시터일 수 있다. 배터리는 배터리 팩을 포함할 수 있다. 그러한 시스템의 사용은 낮은 에너지 비용으로 에너지 버퍼 장치의 오프-피크(off-peak) 충전을 허용하고, 이어서 충전소의 주간 에너지 요구의 일부 또는 전부를 공급할 수 있다. 이 에너지 버퍼 장치는 또한 낮은 전력의 기반 시설 및/또는 충전 공급원의 사용을 허용할 수 있다. 에너지 버퍼 장치는 시간 경과에 따른 에너지 버퍼의 느린 충전을 허용하고, 이어서 충전 연결부를 통한 급속한 에너지 운반을 허용할 수 있다.
에너지 버퍼 장치는 유틸리티 그리드에서 유틸리티 등급의 비상 전력 또는 하중 밸런싱을 위해 사용될 수 있다. 에너지 버퍼 장치는 비상 전력을 위해 대형 빌딩에 통합되거나 전력 밸런싱을 위해 유틸리티 그리드에 통합될 수 있기 때문에, 시스템은 교차 기능을 가질 수 있고 서비스 고객을 위한 조인트 프로젝트(joint project)일 수 있다.
충전소는 차량의 루트를 따라 허브 또는 임의의 위치에 배치될 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에서, 충전소는 경전철, 기차 또는 전기 버스에 전력을 공급하도록 사용되는 오버헤드 라인 또는 전기 궤도 근처에 배치된다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 충전소의 일례를 도시하고 있다. 충전소는 충전 마운트(51)가 있는 구조체(50)를 포함할 수 있다. 충전 마운트는 충전 연결부(52)를 포함할 수 있다. 충전 연결부는 충전 마운트 아래에 현수될 수 있다. 충전 연결부는 충전 마운트로부터 하방으로 및/또는 멀어지게 연장될 수 있다.
몇몇 실시예에서, 충전 연결부(52)는 커플링(55)을 통해 충전 마운트(51)에 연결될 수 있다. 커플링은 고정식 또는 조절식일 수 있다. 예컨대, 커플링은 예컨대, 커플링은 충전 연결부가 충전 마운트에 대해 수직 방향으로 이동할 수 있도록 조절 가능할 수 있다. 예컨대, 커플링은 가요성 부재, 예컨대 스프링, 탄성 구성요소, 공압 장치, 자석, 웨이트 또는 기어를 갖는 수직 포스트일 수 있다. 가요성 부재는 충전 연결부가 힘을 받을 때에 조절 가능할 수 있는 디폴트 높이를 갖게할 수 있다. 예컨대, 차량이 충전 연결부 아래를 통과하는 중에 융기부를 만나면, 충전 연결부가 융기부에 맞게 조절하여 차량과의 전기 접촉을 유지할 수 있다. 유사하게, 약간 상이한 높이를 갖는 차량들이 충전 연결부 아래를 통과할 때에, 가요성 커플링이 차량들에 대해 조절될 수 있다. 이는 차량의 높이가 타이어 압력이나 하중 중량 등의 인자로 인해 변동될 수 있는 상황에서 유리할 수 있다.
몇몇 변경예에서, 커플링은 충전 연결부의 높이를 적극적으로 조절할 수 있는데, 이는 충전소가 광범위한 높이의 차량에 적응하게 할 수 있다. 예컨대, 들어오는 차량 높이의 연결을 통지하도록 센서가 커플링과 통신할 수 있다.
충전 연결부는 하나 이상의 접촉 조립체(53a, 53b)를 포함할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 접촉 조립체는 한쌍의 안내 스트립을 포함할 수 있다. 접촉 조립체는 충전점과 전기 접촉할 수 있는 전도성 패드 등의 하나 이상의 전기 전도성 표면을 포함할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 접촉 조립체는 충전점과 전기 접촉할 수 있는 2개의 전도성 패드를 포함할 수 있다. 충전 구조체 및 충전 마운트는 접촉 조립체가 차량의 충전점과 접촉하게 할 수 있는 임의의 구조체 또는 형태를 가질 수 있다. 예컨대, 충전 마운트는 충전 구조체로부터 연장되는 수평 포스트 또는 외팔보를 형성할 수 있다.
몇몇 실시예에서, 충전 구조체(50)는 수직 포스트를 포함할 수 있다. 대안적으로, 충전 구조체는 충전 마운트 및/또는 충전 연결부는 원하는 높이에서 지지할 수 있는 임의의 다른 형태 또는 구성을 가질 수 있다. 충전 구조체는 심지어는 버스 정류소와 같이 이미 존재하는 구조체 또는 벽의 일부일 수 있다. 몇몇 실시예에서, 충전 구조체의 길이는 조절 가능할 수 있고, 그 결과 충전 연결부의 위치가 조절 가능할 수 있다. 충전 구조체는, 예컨대 차량이 충전 연결부의 아래를 통과하면 충전 구조체가 차량의 높이에 맞게 조절하게 하여 소극적으로 조절 가능할 수 있다. 충전 구조체는 또한, 예컨대 차량이 충전소에 접근하면 차량의 타입 또는 높이를 지시하는 신호를 방출함으로써, 충전소가 그 높이를 조절하여 들어오는 차량에 맞게 적응하게 하여 적극적으로 조절 가능할 수 있다.
몇몇의 경우에, 충전 마운트와 구조체는 분리된 접촉 조립체들 각각으로부터 전기 연결부를 유지할 수 있다. 예컨대, 2개의 접촉 조립체로부터의 전기 연결부는 단일의 집적 구조체(예컨대, 단일의 기둥) 내에서 분리될 수 있거나, 구조체가 접촉 조립체 각각을 위한 전기 연결부를 수용할 수 있는 2개의 구성요소(예컨대, 2개의 기둥)을 포함할 수 있다. 몇몇의 실시에서, 충전 마운트와 구조체는 분리된 접촉 조립체 내에서 전도성 패드 각각으로부터 전기 연결부를 유지할 수 있다.
충전소는 또한 스탠드(56)를 포함할 수 있다. 스탠드는 충전 구조체(예컨대, 포스트)와 충전 마운트/충전 연결부에 대한 구조적 지지체를 제공할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 스탠드는 충전소의 지지 구조체의 베이스에 배치되거나 그 베이스를 형성할 수 있다.
충전소는 또한 전원(54)을 포함할 수 있다. 전술한 바와 같이, 충전소는 종래의 전원 또는 대안적인 전원에 의해 전력을 공급받을 수 있다.
도 5는 충전 연결부의 도면을 도시하고 있다. 충전 연결부는 충전 샤시, 충전 프레임, 또는 충전 돌출부를 형성할 수 있다. 충전 연결부는 접촉 조립체(60a, 60b)를 포함할 수 있다. 각 접촉 조립체는 차량의 충전점과 접촉 조립체 사이에 전기 접점을 형성하는 것을 보조할 수 있는 안내 스트립 또는 안내 슬래트 등의 하나 이상의 안내 기능부(61a, 61b, 61c, 61d)를 포함할 수 있다.
접촉 조립체들은 원하는 거리에 떨어져 있을 수 있다. 예컨대, 2개 이상의 접촉 조립체들이 원하는 임의의 거리에 떨어져 있을 수 있다. 예컨대, 접촉 조립체들은 5 cm, 10 cm, 15 cm, 20 cm, 25 cm, 30 cm, 35 cm, 40 cm, 45 cm, 50 cm, 60 cm, 70 cm, 80 cm 또는 보다 크거나 짧게 떨어져 있을 수 있다. 바람직하게는, 접촉 조립체들은 접근하는 차량의 충전점들 사이의 거리와 거의 동일하거나 극히 근사하는 거리에서 떨어져 있을 수 있다.
충전 연결부는 또한 접촉 조립체들을 예정된 거리에서 떨어진 상태로 유지할 수 있는 구조체 또는 기능부를 포함할 수 있다. 예컨대, 접촉 조립체(60a, 60b)를 예정된 거리에서 떨어진 상태로 유지할 수 있는 간격 바아(62)가 제공될 수 있다. 예정된 거리는 차량 지붕의 충전점들 사이의 거리에 대응할 수 있다. 예정된 거리는 접촉 조립체들이 동일한 거리에서 떨어진 상태로 유지하도록 고정될 수 있다. 대안적으로, 예정된 거리는 융통성이 있을 수 있다. 예컨대, 간격 바아가 휴지시에는 예정된 거리에 있지만, 간격 바아의 길이를 따라 힘이 가해질 때에 간격 바아의 길이가 약간 압축 또는 팽창될 수 있도록 간격 바아(62) 내에 스프링 또는 탄성 기능부가 제공될 수 있다. 그러한 특징들은 약간 상이한 거리에서 떨어져 있을 수 있는 충전점들을 갖는 차량이 안내 기능부에 접근하게 할 수 있고, 이때에 접촉 조립체(60a, 60b)를 통해 슬라이드하는 충전점들에 맞도록 간격 바아의 길이를 조절하게 할 수 있다.
다른 예에서, 스프링 바아는 간격 바아의 길이가 원하는 대로 조절되게 할 수 있는 기능부를 포함할 수 있다. 예컨대, 상이한 차량들이 상이한 거리에서 떨어져 있는 충전점들을 가질 수 있다. 차량은 충전점들 간의 거리에 관한 신호를 충전소에 제공할 수 있어, 충전소는 충전점 거리에 맞도록 간격 바아의 길이를 조절할 수 있다. 간격 바아를 위한 센서 또는 유압식, 기계식, 또는 전자 기계식 길이 조절 시스템이 사용될 수 있다. 이는 상이한 차량 구조 또는 모델이 상이한 거리에 떨어져 있는 충전점에 대해 전도성일 수 있는 상황에 유용할 수 있다. 간격 바아에 대한 본 명세서의 임의의 논의는 또한 접촉 조립체들에 서로들 간에 고정된 또는 변동/조절 가능한 거리가 제공될 수 있는 임의의 다른 구조 또는 구성요소에 적용될 수 있다.
충전 연결부는 또한 위치 결정 바아(64)를 포함할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 위치 결정 바아는 충전 마운트에 연결되는 커플링(66)에 연결될 수 있는 수평 바아일 수 있다. 대안적으로, 위치 결정 바아는 충전 마운트에 직접 연결될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 위치 결정 바아는 충전 연결부의 강성 부재일 수 있다. 충전 연결부는 또한 위치 결정 바아로부터 연장되는 하나 이상의 아암(65a, 65b)을 포함할 수 있다. 아암은 접촉 조립체 및/또는 간격 바아에 연결될 수 있다. 몇몇의 경우에, 아암은 위치 결정 바아로부터 하방으로 연장되고 및/또는 위치 결정 바아로부터 멀어지게 수평으로 연장될 수 있다. 몇몇의 경우에, 아암은 위치 결정 바아로부터 하방으로 그리고 멀어지게 연장될 수 있다. 바람직하게는, 아암은 강성 부재일 수 있다. 아암은 가요성 연결부 또는 강성 연결부를 통해 위치 결정 바아에 연결될 수 있다. 유사하게, 아암은 강성 연결부 또는 가요성 연결부를 통해 접촉 조립체 및/또는 간격 바아에 연결될 수 있다. 위치 결정 바아, 간격 바아, 및 하나 이상의 아암은 충전 연결부를 위한 샤시 또는 프레임을 형성할 수 있다. 강성 부재와 하나 이상의 가요성 연결부를 갖는 충전 연결부는 반강성 구조체를 형성할 수 있다. 반강성 충전 연결부는 유리하게는 차량으로부터 충전점을 받아들이도록 접촉 조립체를 배향시키는 데에 충분한 구조와 강성을 제공하고, 충전점 위치 또는 차량의 운전 배향에서의 변동에 맞게 조절하는 데에 충분한 가요성을 제공할 수 있다.
충전 연결부는 또한 전도성 패드로부터 제공될 수 있는 와이어(63a, 63b, 63c, 63d) 또는 다른 전기 연결부를 포함할 수 있다. 예컨대, 각각의 접촉 조립체들 간의 전기 연결부는 분리될 수 있다. 몇몇의 경우에, 각각의 전도성 패드들 간의 전기 연결부는 분리될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 접촉 조립체는 실질적으로 동일한 높이에 있을 수 있다. 이는 차량의 충전점이 실질적으로 동일한 높이에 있는 차량에 적합할 수 있다. 몇몇의 변경예에서, 접촉 조립체들은 상이한 높이에 있도록 배치될 수 있고(예컨대, 60a는 60b보다 낮게 현수될 수 있음), 이는 충전점들이 상이한 높이에 있는 차량에 적합할 수 있다(예컨대, 하나의 접촉 플레이트가 다른 접촉 플레이트보다 높게 차량의 실내로부터 연장될 수 있음).
도 6a는 또한 접촉 조립체로서 지칭될 수 있는 컬렉터 브레이스의 도면을 도시하고 있다(그 반대도 마찬가지이다). 컬렉터 브레이스는 안내 스트립(70a, 70b) 등의 안내 기능부를 포함할 수 있다. 안내 기능부는 충전점을 포착하고 하나 이상의 접촉 패드(71a, 71b)로 안내할 수 있도록 형성될 수 있다. 한쌍의 안내 기능부는 충전점을 포착하기 위해 "V" 형태를 형성하거나, 임의의 다른 형태, 예컨대 "U" 형태, 또는 충전점을 보다 작은 개구로 집중시키거나 안내할 수 있는 보다 큰 개구를 가질 수 있는 임의의 형태를 구비할 수 있다. 안내 기능부는 소정의 거리에서 떨어져서 시작한 다음, 안내 기능부의 전기 전도성 표면에서 서로를 향해 수렴될 수 있다. 이 깔때기형 양태는 안내 기능부가 차량으로부터의 충전점을 포획할 때에 약간의 공차를 갖게 할 수 있다. 충전점은 깔때기의 넓은 단부에서 포획되고, 함께 더 가깝게 떨어져 있을 수 있는 전기 전도성 표면을 향해 지향될 수 있다.
안내 기능부는 몇몇 실시예에서 접촉 패드일 수 있는 전기 전도성 표면을 포함할 수 있다. 접촉 패드(71a, 17b)는 금속 또는 비금속 전도성 패드일 수 있고 교체 가능하거나 가능하지 않을 수 있다. 바람직한 방법은 전도성 부분이 손상되거나 사용된 경우에 교환될 수 있는 교체 가능한 패드를 갖는 것이다. 일례에서, 접촉 패드는 전도성 카본 패드일 수 있다. 카본 패드의 일부는 충전점이 접촉 패드들 사이에서 슬라이드할 때마다 긁힐 수 있다. 그러한 경우에, 카본 패드가 교체 가능할 수 있다. 다른 실시예에서, 임의의 다른 전도성 재료(금속들, 금속 합금들 등)가 사용될 수 있다. 바람직하게는, 접촉 패드는 충전점이 쉽게 통과하게 할 수 있는 매끄러운 재료로 구성될 수 있다.
몇몇 실시예에서, 2개 이상의 접촉 패드가 컬렉터 브레이스마다 제공될 수 있다. 다른 실시예에서, 컬렉터 브레이스마다 단 하나의 접촉 패드만이 제공될 수 있다. 상이한 컬렉터 브레이스가 동일한 개수의 접촉 패드를 갖거나 갖지 않을 수 있다. 충전점은 접촉 패드들 등의 전기 전도성 표면들 사이에 샌드위치되도록 컬렉터 브레이스의 전기 전도성 표면들 사이에서 슬라이드할 수 있다. 바람직하게는, 충전점이 전기 전도성 표면들 사이에 있을 때에, 충전점은 양 접촉 패드와 접촉한다.
몇몇 실시예에서, 접촉 패드는 전기 전도성 표면적을 제공할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 전기 전도성 표면적은 1 cm2, 2 cm2, 4 cm2, 6 cm2, 8 cm2, 10 cm2, 12 cm2, 15 cm2, 20 cm2, 25 cm2, 35 cm2, 50 cm2 이상일 수 있다.
접촉 패드는 직사각형, 정사각형, 원형, 타원형, 삼각형, 사다리꼴형, 육각형 등과 같은 임의의 형태를 가질 수 있다. 접촉 패드는 또한 임의의 치수를 가질 수 있다. 예컨대, 접촉 패드의 길이는 0.5 cm, 1 cm, 2 cm, 4 cm, 6 cm, 8 cm, 10 cm, 12 cm, 15 cm, 20 cm, 25 cm, 30 cm, 35 cm, 40 cm, 50 cm 이상일 수 있다. 유사하게, 접촉 패드의 폭은 0.5 cm, 1 cm, 2 cm, 4 cm, 6 cm, 8 cm, 10 cm, 12 cm, 15 cm, 20 cm, 25 cm, 30 cm, 35 cm, 40 cm, 50 cm 이상일 수 있다. 몇몇 실시예에서, 접촉 패드는 폭보다 길 수 있다.
몇몇 실시예에서, 접촉 패드는 차량의 충전점의 높이에서 풍압차(leeway)를 제공하기에 충분한 폭을 가질 수 있다. 예컨대, 접촉 패드가 상당한 폭을 갖는다면, 차량이 평균보다 약간 작거나 크더라도 접촉 패드는 여전히 차량의 충전점과 접촉할 수 있다. 충전점은 접촉 패드의 상부를 향해 또는 접촉 패드의 바닥을 향해 접촉 패드와의 접촉을 종결할 수 있다. 따라서, 접촉 패드에 대해 상당한 표면적을 갖는다는 것은 상이한 차량 높이, 또는 도로의 융기부와 같이 지형의 상이한 요부로부터 나타날 수 있는 차량의 높이에 있어서의 불규칙성에 적응할 때에 유리할 수 있다.
몇몇 실시예에서, 충전소는 높이를 조절하도록 지붕 장착형 충전점(예컨대, 구리 바아)과 예비 접촉하게 할 수 있는 수평 롤러, 또는 유사한 기능부를 포함할 수 있다. 수평 롤러, 또는 임의의 다른 안내 메카니즘은 차량의 지붕과 접촉하도록 사용되고, 충전소의 접촉 패드가 원하는 높이를 달성하게 할 수 있는 기준 또는 안내부를 제공할 수 있다. 예컨대, 차량 장착형 충전점이 차량 지붕의 약 몇 인치 위에 있다면, 롤러 등의 높이 안내부가 접촉 패드의 수 인치 아래에 제공될 수 있어, 롤러가 차량의 지붕과 접촉할 때에, 접촉 패드의 높이가 원하는 충전 높이에 있도록 조절될 수 있다. 수평 롤러는 차량의 지붕, 및 차량 지붕 위의 롤과 접촉할 수 있고, 이는 차량에 어떠한 손상도 유발하지 않으면서 차량이 아래에서 통과하게 할 수 있다. 차량의 지붕 위를 스치고 지날 수 있는 연질의 매끄러운 표면을 가질 수 있는 안내부와 같이 당업계에 공지된 다른 유사한 메카니즘이 사용될 수 있다.
몇몇 실시예에서, 접촉 패드의 전체적인 전기 전도성 표면적은 차량의 접촉 패드의 측면과 같이 충전점과 접촉할 수 있다. 바람직한 실시예에서, 충전소의 컬렉터 브레이스와 차량의 충전점 간의 인터페이스에서 표면적 접촉은 충전소와 차량 간의 전도성 및 전기 유동을 증가시킬 수 있고, 이는 차량의 배터리가 빠르게 충전되게 할 수 있다.
차량은 본 발명의 실시예에 따라 차량의 접촉 패드가 접촉 패드와 접촉하거나 컬렉터 브레이스 내에 있게 될 때에 신호를 수신할 수 있다. 이 신호는 버스를 지휘하여 정지하게 한다. 전기 접촉할 때에 버스가 정지된다면, 버스 상의 접촉 플레이트는 매우 길게 되어서는 않된다. 이는 유리하게는 전기적으로 "핫(hot)" 영역에 대한 노출을 보다 적게 제공할 수 있다.
따라서, 각 컬렉터 브레이스가 충전점의 양면 상에 전기적 전도성 표면을 갖고 있어 충전점과 컬렉터 브레이스 사이의 표면적 연결이 증가되도록 한쌍의 컬렉터 브레이스 및 한쌍의 충전점을 제공하는 것이 유리할 수 있다.
안내 기능부는 또한 안내 패드(72a, 72b, 72c, 72d)를 포함할 수 있다. 안내 패드는 충전점을 슬라이드 통과하게 할 수 있는 매끄러운 재료로 구성될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 폴리머 또는 플라스틱이 안내 패드에 사용될 수 있다. 예컨대, 안내 패드는 나일론으로 구성될 수 있다. 몇몇의 경우에, 안내 패드는 코팅을 포함하거나 매끄러운 재료가 피복될 수 있다.
몇몇 실시예에서, 안내 패드는 매우 길게 될 수 있거나, 접촉 패드가 전후 양방으로 연장하는 것을 커버를 가질 수 있다. 커버는 지붕 상의 충전 바아가 충전 중에 덮이는 것을 보장하도록 충분히 길 수 있다. 이는 큰 새 또는 그와 유사한 것이 2개의 충전 바아들 사이에 접촉하는 것을 방지할 수 있다.
접촉 패드(71a, 71b)는 전원에 전기적으로 연결될 수 있다. 몇몇의 경우에, 접촉 패드는 와이어(73a, 73b)를 통해 전기적으로 연결될 수 있다.
몇몇 실시예에서, 충전소는 한쌍 이상의 컬렉터 브레이스를 포함할 수 있다. 몇몇의 경우에, 컬렉터 브레이스가 차량의 충전점과 접촉할 때에, 적어도 하나의 컬렉터 브레이스는 애노드와의 전기 연결을 제공하기 위한 것일 수 있고 적어도 하나의 다른 컬렉터 브레이스는 캐소드와의 전기 연결을 제공하기 위한 것일 수 있다. 컬렉터 브레이스에 2 이상의 접촉 패드가 존재한다면, 접촉 패드의 기능은 동일한 타입의 전극과 접촉하기 위한 것일 수 있다. 예컨대, 2개의 접촉 패드를 각각 구비하는 2개의 컬렉터 브레이스가 제공될 수 있다. 하나의 접촉 조립체의 양 접촉 패드가 애노드와 접촉할 수 있고, 다른 접촉 조립체의 접촉 패드들 양자가 캐소드와 접촉할 수 있다. 몇몇 실시에서, 동일한 접촉 조립체 내의 상이한 접촉 패드가 상이한 전극과 접촉할 수 있다. 예컨대, 하나의 컬렉터 브레이스가 제공될 수 있고, 하나의 접촉 패드가 캐소드와 접촉할 수 있으며 다른 접촉 패드가 애노드와 접촉할 수 있다.
컬렉터 브레이스는 또한 케이싱(74)을 포함할 수 있다. 몇몇의 경우에, 케이싱은 컬렉터 브레이스에 대한 지지체 또는 구조체를 제공할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 하나 이상의 안내 기능부(70a)에 힘을 가할 수 있는 압력 조립체(75)가 제공될 수 있다. 몇몇의 경우에, 압력 조립체는 하나의 안내 기능부에 힘을 가할 수 있고, 다른 안내 기능부는 고정될 수 있다. 다른 경우에, 2개의 압력 조립체가 제공될 수 있어, 각 압력 조립체가 안내 기능부에 힘을 가한다. 안내 기능부에 가해진 힘은 다른 안내 기능부를 향할 수 있다. 예컨대, 한쌍의 안내 기능부가 서로 떨어져서 제공되면, 안내 기능부들 중 한 안내 기능부(70a)가 다른 안내 기능부(예컨대, 70b)로 향하는 측력을 가질 수 있어, 안내 기능부는 압착력을 갖게 된다. 그렇게 함으로써, 각 안내 기능부의 접촉 패드는 충전점이 통과할 때에 충전점으로 압박되고, 이는 전기 연결이 이루어지는 것을 보장한다. 더욱이, 전술한 바와 같이, 접촉 패드를 위해 큰 표면적을 사용함으로써, 접촉 패드와 충전점 사이에 큰 표면적의 전기 인터페이스가 제공될 수 있다. 충분한 크기의 압력을 연결부에 가함으로써, 큰 표면적의 접촉이 보장될 수 있고, 이는 교차점을 가로질러 낮은 임피던스를 보장할 수 있다.
압력 조립체는 당업계에 공지되고 접촉 패드들 사이에 충분한 측력을 제공하여 충전점과의 연결을 보장할 수 있는 임의의 메카니즘을 포함할 수 있다(예컨대, 접촉 패드는 충전점을 수신하도록 함께 죄일 수 있다). 몇몇의 경우에, 압력 조립체에 스프링 또는 탄성체 등의 기능부가 사용될 수 있다. 예컨대, 도 6a에 도시된 바와 같이, 압력 조립체는 연결 장치에 연결된 복수 개의 스프링과, 다른 접촉 패드와 접촉하는 일 없이 접촉 패드(71a)가 다른 접촉 패드(71b)에 대해 실질적으로 평행하게 유지하게 할 수 있는 바아를 사용할 수 있다.
도 6b는 접촉 조립체(80)의 다른 도면을 도시하고 있는데, 접촉 조립체는 안내 기능부(81a, 81b), 접촉 패드(82a, 82b), 안내 패드(83a, 83b, 83c, 83d), 하나의 안내 기능부(81a)에 가요성 압력을 가할 수 있는 압력 조립체(84), 및 다른 안내 기능부(81b)를 적소에 고정시킬 수 있는 고정 조립체(85)를 포함할 수 있다. 접촉 조립체(80)는 또한 간격 바아(86) 및/또는 접촉 조립체(80)를 충전 마운트(88)에 연결시킬 수 있는 아암 등의 임의의 다른 구조체(87)에 연결될 수 있다.
도 6c는 본 발명의 일 실시예에 따른 압력 조립체의 확대도를 도시하고 있다. 압력 조립체는 안내 기능부(92a)에 연결된 바아(91)에 연결될 수 있는 다수의 스프링(90a, 90b)을 포함할 수 있다. 바아(91) 및/또는 안내 기능부(92a)에 연결될 수 있는 연결 장치(93a, 93b)가 또한 제공될 수 있다. 압력 조립체는 안내 기능부(92)를 다른 안내 기능부(92b)에 대해 실질적으로 평행하게 유지시킬 수 있다. 더욱이, 압력 조립체 또는 다른 기능부 또는 구성요소는 전도성 패드가 서로 접촉하는 것을 방지할 수 있다.
충전 연결부의 몇몇의 실시예에서, 차량이 충전 아암 조립체에 진입하고 및/또는 떠날 때에 차량 지붕의 바아들을 세척할 수 있는 세척용 브러시 또는 메카니즘이 있을 수 있다. 이는 유리하게는 개선된 전기 연결부를 제공할 수 있다.
도 7a는 본 발명의 실시예에 따른 충전 샤시의 일부를 도시하고 있다. 접촉 조립체(120)는 접촉 조립체를 충전 아암(122)에 연결하는 아암(121a)과 크로스바(121b)와 같은 연결 구조체 상에 있을 수 있다. 접촉 조립체는 또한 간격 바아(125)에 연결될 수 있다. 접촉 조립체는 간격 바아 및/또는 아암에 연결될 수 있다.
접촉 조립체는 안내 기능부(124b)를 적소에 유지할 수 있는 고정 조립체(126)를 포함할 수 있다. 몇몇의 실시예에서, 접촉 조립체는 적어도 하나의 압력 조립체(127), 및 적어도 하나의 고정 조립체를 포함할 수 있다. 대안적으로, 접촉 조립체는 한쌍의 압력 조립체를 포함할 수 있다. 몇몇의 경우에, 접촉 조립체는 한쌍의 고정 조립체를 포함할 수 있지만, 바람직하게는 접촉 조립체는 적어도 하나의 압력 조립체를 포함한다.
충전 샤시는 가요성 연결부(123)를 포함할 수 있다. 가요성 연결부는 아암과 크로스바 사이에 있을 수 있다. 가요성 연결부(123)는 연결 구조체 아암(121b)에 가요성을 제공할 수 있어, 아암(121b) 상의 접촉 조립체는 차량의 하나 이상의 충전점의 배치에 순응하도록 충전 마운트(122)에 대해 이동할 수 있다. 예컨대, 차량은 하나 이상의 충전점이 하나 이상의 접촉 조립체로부터 약간 오프셋되도록 충전소로 운행되어 배치될 수 있다. 접촉 조립체의 안내 기능부(124a, 124b)는 차량의 충전점을 포착할 수 있고, 가요성 연결부(123)는 접촉 조립체가 차량의 경로를 따라가도록 이동하게 할 수 있다. 가요성 연결부(123)는 접촉 조립체(120)가 차량 이동 방향에 대해 실질적으로 수직으로 이동하게 할 수 있다. 접촉 조립체는 측방향으로 또는 수평 방향으로 이동할 수 있다. 따라서, 차량이 충전소 아래에서 운행되면, 가요성 연결부는 차량의 하나 이상의 충전점을 포착하고 접촉하도록 하나 이상의 접촉 조립체가 차량에 대해 옆으로 이동하게 할 수 있는 가요성을 연결 구조체 내에 가능하게 할 수 있다.
도 7b는 연결 구조체의 가요성 연결부의 예를 도시하고 있다. 가요성 연결부는 스프링, 탄성체, 힌지, 연결 장치, 피봇점, 공압 장치, 웨이트, 기어, 유압 장치 또는 가요성 연결부를 위한 임의의 다른 구조체를 비롯하여 가요성을 연결 구조체에 제공할 수 있는 임의의 구성을 가질 수 있다. 예컨대, 연결 구조체의 일부가 측방향으로 이동하게 할 수 있는 스프링(130a, 130b)이 제공될 수 있다. 연결 구조체의 바아(131)는 연결 구조체(132)의 고정부에 대해 옆으로 슬라이드할 수 있다. 연결 구조체의 일부는 옆으로 이동할 수 있고, 이는 차량의 충전점을 포착하도록 하나 이상의 접촉 조립체가 측방향으로 이동하게 할 수 있다. 가요성 연결부는 접촉 조립체가 중앙 위치로 복귀하게 할 수 있고, 사용 후에 연결 조립체를 다시 센터링하도록 스프링, 유압 장치, 또는 중력을 사용할 수 있다.
몇몇의 실시예에서, 가요성 연결부는 연결 구조체의 바아가 전후로 흔들리 수 있도록 구조화될 수 있고, 이는 접촉 조립체가 전후로 흔들리게 할 수 있다. 예컨대, 바아는 피봇점 또는 힌지가 마련되면 전후로 흔들릴 수 있다. 스프링, 탄성체, 유압 장치, 또는 중력 등의 기능부는 바아가 휴지시에 그 원래의 위치로 복귀하게 할 수 있도록 사용될 수 있다. 다른 실시예에서, 바아(131)가 연결 구조체(132) 둘레에서 회전 가능하게 흔들리게 할 수 있는 가요성 연결부가 제공될 수 있다. 예컨대, 바아는 연결 구조체 둘레에서 약간 피봇할 수 있는데, 이는 바아의 단부에서 접촉 조립체가 연결 구조체에 대해 수직 방향으로 이동하게 할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 바아와 연결 구조체 사이에서 접촉 조립체의 수직 이동을 제한할 수 있는 것이 제공될 수 있다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 충전소를 도시하고 있다. 충전 시스템은 차량이 충전소에 의해 충전될 때에 충전소의 일부가 차량 위에서 현수하게 구성될 수 있도록 제공될 수 있다. 충전소는 커넥터 헤드 조립체(201)를 지지하는 일부 구조체를 포함할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 커넥터 헤드 조립체를 지지하도록 커넥터 헤드 아암(208)이 사용될 수 있다.
커넥터 헤드 아암(208)은 돌출 기둥 아암 또는 기타 지지 구조체에 연결 헤드를 연결시킬 수 있는 아암일 수 있다. 예컨대, 커넥터 헤드 아암은 커넥터 헤드 조립체가 수평 이동, 수직 이동, 및/또는 전방 또는 후방 이동을 갖게 할 수 있다. 커넥터 헤드 아암은 또한 커넥터 헤드 조립체가 좌표 공간에서 중앙점 둘레에서 피봇하게 할 수 있다. 예컨대, 커넥터 헤드 조립체는 수직축, 전후 수평축, 및/또는 측방 수평축 둘레에서 피봇하게 할 수 있다. 이 융통성은 충전소로부터 차량의 넓은 접근 및/또는 도착 각도를 허용할 수 있다. 이는 또한 다양한 차량 크기 또는 설계에 순응할 수 있다.
커넥터 헤드 조립체(201)는 컬렉터 브레이스, 컬렉터 브러시, 또는 전기 연결부에 차량을 제공할 수 있는 임의의 브러시 또는 브레이스 작용식 또는 스프링 하중식 메카니즘을 수용할 수 있는 오버헤드 연결점일 수 있다. 이는 충전소로부터 수직 상호 연결부(202)로의 연결을 제공할 수 있다.
차량 상호 연결부(202)는 커넥터 헤드 조립체와 정합할 수 있는 차량의 상부에 있는 연결 조립체일 수 있다. 이는 커넥터 헤드 조립체로부터 차량 에너지 저장 시스템(예컨대, 배터리)에 연결을 제공할 수 있다. 차량의 변경예에서, 연결 조립체는 차량의 측부 또는 차량의 바닥에 제공될 수 있다. 커넥터 헤드 조립체는 연결 조립체와 맞물리도록 차량의 측부 또는 차량이 아래에 위치될 수 있다. 더욱이, 커넥터 헤드 조립체는 연결 조립체와 맞물리도록 옆으로 또는 거꾸로 회전될 수 있다. 본 명세서에서 차량의 상부 충전에 관한 임의의 설명은 차량이 측부 또는 바닥을 통한 충전에 적용될 수 있다.
도 10은 충전소와 차량 사이의 연결의 확대도를 제공한다. 충전소의 커넥터 헤드 조립체(201)는 커넥터 헤드 아암(208)에 의해 지지될 수 있다. 커넥터 헤드 아암은 커넥터 헤드 조립체의 위치 결정을 위해 가요성의 원하는 양을 허용할 수 있는 임의의 구성을 가질 수 있다. 일례에서, 커넥터 헤드 아암은 충전소의 상부 바아/기둥(208b)에 연결될 수 있는 상부 지지부(208a)를 가질 수 있다. 몇몇 실시예에서, 상부 지지부는 커넥터 헤드 아암의 나머지가 상부 지지부의 수직축을 중심으로 피봇하게 할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 상부 지지부는 상부 지지부가 상부 바아/기둥에 연결되는 곳에서 커넥터 헤드 아암의 나머지가 수직축을 중심으로 피봇하게 할 수 있다.
커넥터 아암(208)은 또한 서로에 대해 이동할 수 있도록 서로에 대해 연결될 수 있는 다양한 바아 또는 구성요소를 포함할 수 있다. 예컨대, 바아(예컨대, 208c, 208d, 208e, 208f)에 의해 4변형 형태가 형성될 수 있다. 바아는 서로에 대해 다양한 각도를 형성할 수 있도록 연결될 수 있다(예컨대, 208c와 208d는 서로에 대해 다양한 각도를 형성할 수 있도록 피봇 연결부를 가질 수 있고, 208c와 208e는 서로에 대해 다양한 각도를 형성할 수 있도록 피봇 연결부를 가질 수 있으며, 208f와 208d는 서로에 대해 다양한 각도를 형성할 수 있도록 피봇 연결부를 가질 수 있고, 208f와 208e는 서로에 대해 다양한 각도를 형성할 수 있도록 피봇 연결부를 가질 수 있다). 몇몇 실시예에서, 바아들 중 일부는 각도가 변경되더라도 서로에 대해 평행하게 유지될 수 있다(예컨대, 208c와 208f는 서로에 대해 평행하게 유지될 수 있고, 208d와 208e는 서로에 대해 평행하게 유지될 수 있다). 이는 커넥터 헤드 조립체(201)의 수직 배치에서, 및/또는 커넥터 헤드 조립체의 전방 및 후방 배치에서 융통성을 제공할 수 있다. 4개의 바아가 도시될 수 있지만, 커넥터 아암을 형성하도록 임의의 갯수의 바아(예컨대, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 또는 그 이상) 또는 다른 구성요소(예컨대, 가요성 부재, 강성 부재, 스프링, 탄성체)가 사용될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 커넥터 아암이 강성, 또는 반강성 구성요소를 포함하는 것이 바람직할 수 있다. 예컨대, 커넥터 아암이 가요성 조인트를 갖는 강성 구성요소로 구성되는 것이 바람직할 수 있다. 당업계에 공지된 임의의 커넥터가 가요성 조인트를 형성하도록 사용될 수 있고, 가요성 조인트는 힌지, 볼과 소켓 조인트, 탄성체 또는 스프링 하중식 조인트, 및/또는 피스톤 또는 망원경식 요소를 포함할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 커넥터 아암은 공기 실린더 또는 대안적인 구동 메카니즘을 이용하여 수축 또는 연장될 수 있다. 구동 메카니즘은 바아 등의 강성 구성요소에 통합될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 바아 자체는 길이가 변경될 수 있다. 대안적으로, 바아는 동일한 길이를 유지할 수 있다.
커넥터 아암(208)은 또한 커넥터 헤드 조립체(201)가 바닥 바아(208f)에 대해 피봇할 수 있도록 바닥 피봇점(208g)을 포함할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 커넥터 헤드 조립체는 바닥 피봇점에서 수직축을 중심으로 피봇한다. 몇몇 실시예에서, 커넥터 헤드 조립체는 또한 바닥 피봇점에서 측방 수평축 또는 전후 수평축을 중심으로 피봇할 수 있다. 이는 커넥터 헤드 조립체가 임의의 원하는 배향을 갖게 할 수 있다. 따라서, 커넥터 헤드 조립체의 배치 및 배향에서의 자유도가 제공될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 차량 이동 방향에 대해 평행하거나 실질적으로 평행한 정렬에서 커넥터 헤드를 유지할 수 있는 메카니즘이 커넥터 아암에 제공될 수 있다. 이는 정합하는 블레이드 상호 연결부에 접근할 때에 헤드의 적절한 안내에 유리할 수 있다. 커넥터 아암은 커넥터 헤드 조립체가 충전 마운트로부터 하방으로 멀어지게 위치되게 할 수 있다.
충전소의 커넥터 헤드 조립체(201)는 차량 상호 연결부(202)와 상호 작용할 수 있다. 차량 상호 연결부는 차량 상에 장착될 수 있고, 커넥터 헤드 조립체와 정합할 수 있는 차량의 상부 상의 연결부일 수 있다. 차량 상호 연결부는 차량 에너지 저장 시스템에 대해 커넥터 헤드 조립체와의 사이에 전기 연결 장치를 제공할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 커넥터 헤드 조립체는 커넥터 헤드 안내 기능부(218)를 포함할 수 있다. 커넥터 헤드 안내 기능부는 커넥터 헤드 조립체 내로 블레이드 지지부(209)를 정렬시키기 위한 입구 게이트 및 안내부일 수 있다. 커넥터 헤드 안내 기능부는 블레이드가 깔때기 모양이 되거나 커넥터 헤드의 컬렉터 브레이스 및/또는 브러시를 향할 수 있도록 형성될 수 있다. 커넥터 헤드 안내 기능부의 외측 부분을 향해 보다 큰 공간이 제공될 수 있고 커넥터 헤드의 내향 부분을 향해 보다 작은 공간이 제공될 수 있다.
차량 상호 연결부(202)는 스쿠프(206; scoop)를 포함할 수 있다. 스쿠프는 커넥터 헤드 조립체가 블레이드 지지부(209)에 대해 랜딩 및 정렬될 수 있는 차량 상부의 안내 기능부일 수 있다. 스쿠프는 차량의 전방면을 향해 넓어질 수 있고 차량의 후방면을 향해 좁아질 수 있어, 커넥터 헤드 조립체를 블레이드 지지부로 모으는 것에 일조할 수 있다. 대안적으로, 스쿠프는 커넥터 헤드 조립체를 포착하고 블레이드 지지부로 안내할 수 있는 임의의 다른 형태를 가질 수 있다. 스쿠프는 차량의 지붕으로부터 돌출될 수 있다. 스쿠프는 차량의 지부으로부터 상방으로 연장될 수 있는 직선형, 곡선형, 또는 만곡형의 릿지 또는 슬래트일 수 있다. 차량의 전방면에서 스쿠프의 부분은 차량 위치의 넓은 범위를 위해 커넥터 헤드 조립체를 포착하도록 충분히 넓을 수 있다. 몇몇 실시예에서, 스쿠프는 차량 폭의 약 100%, 90%, 80%, 70%, 60%, 50%, 40%, 30%, 또는 20%보다 크거나 작거나 동일할 수 있다. 스쿠프는 커넥터 헤드 조립체가 원하는 배향으로 있기에 충분히 좁을 수 있다. 원하는 배향은 차량의 이동 방향에 대해 평행할 수 있다. 원하는 배향은 블레이드 지지부의 길이에 대해 평행할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 스쿠프의 가장 좁은 부분은 커넥터 헤드 조립체의 폭 만큼 좁거나, 약간 넓을 수 있다.
차량 상호 연결부(202)는 블레이드 지지부(209)를 가질 수 있다. 블레이드 지지부는 블레이드 지지 안내부(217)를 가질 수 있다. 블레이드 지지 안내부는 커넥터 헤드를 안내 및 정렬시킬 수 있는 기능부일 수 있다. 몇몇 실시예에서, 블레이드 지지 안내부는 차량의 전방에 더 가까운 블레이드 지지 안내부의 부분이 차량의 후방을 향하는 블레이드 지지 안내부의 부분보다 작은 단면적을 가질 수 있도록 형성될 수 있다. 블레이드 지지 안내부는 차량이 충전소 아래를 운행할 때에 커넥터 헤드 안내 기능부(218)와 조우할 수 있다. 블레이드 지지 안내부는 커넥터 헤드 안내 기능부에 의해 포착될 수 있고, 블레이드 지지부는 커넥터 헤드 조립체에 전기적으로 연결될 수 있다.
도 11은 블레이드 지지부(209)의 확대도를 도시하고 있다. 블레이드 지지부는 2개의 단자(207), 파일롯 신호 접촉 플레이트(210), 접지 연결 지점(216), 단일 블레이드 지지 안내부(217), 및 부스바(buss bar; 213)를 포함할 수 있다. 이는 아래에서 보다 상세하게 논의될 수 있다.
도 12는 커넥터 헤드 조립체(201)의 확대도를 도시하고 있다. 커넥터 헤드 조립체는 컬렉터 브러시 구도 조립체(203), 커넥터 헤드 밀폐구(215), 및 커넥터 헤드 안내 기능부(218)를 포함할 수 있다.
컬렉터 브러시 구동 조립체(203)는 컬렉터 브러시의 스프링 로딩 및 구동 메카니즘을 포함할 수 있다. 컬렉터 브러시는 차량이 충전소와 전기적으로 연결될 때에 블레이드의 단자와 전기 접촉할 수 있다. 컬렉터 브러시 구동 조립체는 컬렉터 브러시가 블레이드와 전기 접촉하게 하는 것을 보장하도록 충분한 양의 측력을 제공할 수 있다. 스프링(또는 다른 구동 메카니즘)은 커넥터 헤드 조립체의 2개의 절반 사이에 제공될 수 있는 블레이드에 대해 컬렉터 브러시(또는 임의의 다른 형태의 컬렉터 헤드 조립체)를 강제할 수 있다. 컬렉터 브러시는 커넥터 헤드 조립체의 2개의 절반들 사이에서 서로를 향하게 강제될 수 있지만, 서로 접촉하지는 않는다. 몇몇 실시예에서, 컬렉터 브러시 구동 조립체는 커넥터 헤드 조립체의 양 절반들 상에 제공될 수 있다. 대안적으로, 커넥터 헤드 조립체의 단하나의 절반 상에 제공될 수 있다.
커넥터 헤드 조립체에는 임의의 갯수의 컬렉터 브러시가 제공될 수 있다. 예컨대, 1개, 2개, 3개, 4개, 5개, 6개, 7개, 8개, 10개, 12개, 16개, 20개 또는 그 이상의 컬렉터 브러시가 제공될 수 있다.
컬렉터 브러시 구동 조립체(203)는 커넥터 헤드 밀폐구(215) 내에 수용될 수 있다. 커넥터 헤드 밀폐구는 커넥터 헤드 조립체를 수용할 수 있다. 블레이드 지지부를 커넥터 헤드 조립체 내로 정렬시키기 위한 입구 게이트 및 안내부로서 기능할 수 있는 커넥터 헤드 안내 기능부(218)가 제공될 수 있다. 커넥터 헤드 안내 기능부는 컬렉터 브러시로부터 먼 단부에서 보다 큰 폭을 갖고 컬렉터 브러시를 향하여 보다 작은 폭을 가질 수 있다. 커넥터 헤드 안내 기능부는 블레이드 지지부를 수용하고 원하는 지점으로 모을 수 있다.
몇몇 실시예에서, 도 12에 도시된 바와 같은 커넥터 헤드 조립체의 형태가 단일의 블레이드를 수용하도록 사용될 수 있다. 대안적으로, 커넥터 헤드 조립체의 2개의 절반들 사이에 끼워질 수 있는 2개의 평행한 블레이드를 수용하도록 사용될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 차량에 추가의 블레이드가 제공될 수 있다. 그러한 상황에서, 추가의 커넥터 헤드 조립체가 충전 마운트로부터 제공될 수 있다. 몇몇의 경우에, 각각의 커넥터 헤드 조립체는 지정된 블레이드 또는 블레이드들을 수용하도록 적절하게 위치되거나 배향될 수 있도록 충전 마운트에 연결될 수 있다. 대안적으로, 커넥터 헤드 조립체의 형태는 다수의 블레이드에 순응할 수 있다. 예컨대, 2개의 절반이 아니라, 커넥터 헤드 조립체의 다수의 섹션이 제공될 수 있다. 몇몇의 경우에, 각 섹션은 컬렉터 브러시 및/또는 구동 메카니즘을 수용할 수 있다. 예컨대, 2개의 별개의 블레이드가 제공된다면, 커넥터 헤드 조립체는 2개의 커넥터 헤드 안내 기능부를 포함할 수 있는 3개의 섹션을 가질 수 있다. 따라서, 커넥터 헤드 조립체는 임의의 갯수의 블레이드를 수용하도록 구성될 수 있다.
도 13은 컬렉터 브러시 구동 조립체(203)의 도면을 제공한다. 전술한 바와 같이, 컬렉터 브러시 구동 조립체는 컬렉터 브러시(205)를 위한 스프링 하중 및 구동 메카니즘을 포함할 수 있다. 사용될 수 있는 구동 메카니즘의 한가지 예로는 공기 실린더(214)가 있다. 공기 실린더는 컬렉터 브러시가 연장되게 할 수 있다. 제한하지는 않지만 다른 공압 메카니즘, 유압 메카니즘, 스프링, 탄성체, 자석, 가요성 부재, 또는 임의의 이동하는 기계적 구성요소들을 포함할 수 있는 임의의 다른 메카니즘이 사용될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 컬렉터 브러시의 디폴트 위치가 연장되도록 될 수 있고, 블레이드가 슬라이드 통과할 때에, 컬렉터 브러시를 압박하여 수축하게 할 수 있다. 대안적으로, 컬렉터 브러시의 디폴트 위치는 수축되게 될 수 있고, 구동 메카니즘은 블레이드가 적소에 있을 때에 컬렉터 브러시를 연장시키도록 사용될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 컬렉터 브러시는 블레이드의 통과에 의해 수동으로 수축 또는 연장될 수 있다. 다른 실시예에서, 브러시들은 컨트롤러로부터의 신호에 응답하여 수축 또는 연장될 수 있다.
커넥터 헤드 조립체의 섹션들 사이에 단자(207)가 제공될 수 있다. 이들 단자는 컬렉터 플레이트로서 지칭될 수 있는 전기 단자일 수 있다. 몇몇 실시예에서, 단자는 차량이 충전소에 의해 충전되는 동안에 컬렉터 브러시들 사이에 위치될 수 있는 블레이드 상에 제공될 수 있다. 몇몇의 경우에, 양단자와 음단자가 제공될 수 있다. 대안적으로, 다수의 양단자 또는 다수의 음단자, 또는 이들의 임의의 조합이 제공될 수 있다.
컬렉터 브러시 조립체는 또한 하나 이상의 부스바(213)를 포함할 수 있다. 부스바는 전도성 재료로 형성될 수 있다. 몇몇의 경우에, 커넥터 헤드 조립체의 각 절반에 하나씩 2개의 부스바가 제공될 수 있다. 대안적으로, 임의의 갯수의 부스바가 제공될 수 있다. 몇몇의 경우에, 일부 부스바는 서로 전기적으로 격리되거나 절연될 수 있다. 이는 제1 부스바가 양단자와 전기 연통하고 제2 부스바가 음단자와 전기 연통할 때에 바람직할 수 있다. 몇몇의 경우에, 제1 부스바와 제2 부스바 사이에 간극이 제공될 수 있다.
몇몇 실시예에서, 커넥터 헤드의 각 섹션에 1개, 2개, 3개, 4개, 5개, 또는 그 이상의 컬렉터 브러시가 제공될 수 있다. 컬렉터 브러시들은 서로 물리적으로 격리될 수 있다. 몇몇의 경우에, 컬렉터 브러시들은 별개로 구동될 수 있다. 컬렉터 브러시들은 또한 서로 전기적으로 격리되거나 절연될 수 있다. 대안적으로, 컬렉터 브러시들은 서로 전기적으로 연통될 수 있다. 컬렉터 브러시들은 부스바를 통해 전기적으로 연결될 수 있다.
도 13은 컬렉터 브러시(205)가 연장되어 있는 컬렉터 브러시 조립체(203)를 도시하고 있다. 도 14는 컬렉터 브러시(204)가 수축되어 있는 컬렉터 브러시 조립체를 도시하고 있다. 컬렉터 브러시들의 설명은 블레이드와 접촉할 수 있는 임의의 종류의 전기 전도성 재료에 적용될 수 있다. 컬렉터 브러시들은 임의의 형태를 가질 수 있다. 예컨대, 컬렉터 브러시들은 섬유 또는 와이어가 있는 브러시형 구성을 가질 수 있다. 다른 예에서, 컬렉터 브러시들은 직사각형 각기둥, 삼각형 각기둥, 원통형, 또는 임의의 다른 형태이던지 간에 바아형의 형태를 가질 수 있다. 몇몇의 경우에, 컬렉터 브러시들은 원추형 또는 원형 팁을 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 컬렉터 브러시들은 평탄한 팁 또는 경사진 팁을 가질 수 있다. 다른 실시예에서, 컬렉터 브러시의 표면은 매끄럽거나 거칠 수 있다. 전술한 바와 같이, 컬렉터 브러시의 디폴트 위치는 수축되거나 연장되도록 될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 컬렉터 브러시들은 구리 그래파이트 브러시들일 수 있다.
도 15는 인라인 블레이드(211)를 위한 대안적인 형태의 예를 도시하고 있다. 블레이드는 단자(207), 블레이드 지지부(209), 및 파일롯 신호 연결 플레이트(210)를 포함할 수 있다. 블레이드 형태는 아래에서 보다 상세하게 논의될 것이다. 몇몇 실시예에서, 커넥터 헤드 및/또는 블레이드 지지부는 폴리옥시메틸렌(POM; polyoxymethylene) 델린 재료로 형성될 수 있다. 다른 실시예에서, 다양한 금속 또는 금속 합금, 또는 플라스틱을 비롯하여 다른 재료가 포함되거나 채택될 수 있다.
도 16은 커넥터 헤드 조립체의 대안적인 형태의 예를 도시하고 있다. 대안적인 커넥터 헤드 조립체는 하나 이상의 컬렉터 브레이스(219)를 포함할 수 있다. 컬렉터 브레이스는 커넥터 헤드 내에 스프링 하중식(또는 임의의 다른 구동 메카니즘을 사용함) 접촉 플레이트일 수 있다. 커넥터 헤드 조립체는 또한 커넥터 헤드와 블레이드 지지부가 서로 접촉하고 적절하게 정렬될 수 있다는 것을 보여주는 파일롯 신호를 확립할 수 있는 파일롯 신호 접촉 플레이트(210)를 가질 수 있다. 파일롯 신호는 헤드가 충전 사이클이 시작할 위치에 있는 것을 감지하도록 사용될 수 있다. 파일롯 신호는 단일 신호 또는 다수의 신호를 포함할 수 있고, 동시에 또는 순차적으로 관여할 수 있다. 신호는 홀 효과 센서와 같이 접촉 또는 비접촉 장치로 구성될 수 있다.
한가지 예에서, 도 16의 파일롯 신호 접촉 플레이트(210)는 그러한 형태의 블레이드(211)가 연결 헤드(212) 내에 제공될 때에 도 15의 파일롯 신호 접촉 플레이트(210)와 접촉할 수 있다. 블레이드 및 커넥터 헤드의 파일롯 신호 접촉 플레이트가 정렬되는 경우, 블레이드의 단자(207)는 컬렉터 브레이스(219)에 전기적으로 연결될 수 있다.
오버헤드 충전 커넥터 헤드 조립체와 차량 상호 연결부(예컨대, 도 9 내지 도 16에 제공된 것)의 추가 실시예는 전기 차량용 충전소의 오버헤드 충전 장치(예컨대, 도 1 내지 도 8에 제공된 것)에 대해 추가적인 그리고 향상된 기능부를 제공할 수 있다. 차량 및/또는 충전소의 임의의 구성요소 또는 기능부는 별개로 조합 또는 사용될 수 있다. 추가의 설계는 모든 좌표 방향에서 폭넓은 차량 접근 및 출발 경로를 허용하도록 접촉 플레이트와 컬렉터 브레이스에서 치수 공차 누적을 감소시킬 수 있다. 이는 차량 이동 경로에서 융통성을 제공할 수 있고, 충전소에 대해 제공될 수 있는 공간 제약을 감소시킬 수 있다.
몇몇 실시예에서, 이중 접촉 플레이트 및 컬렉터 브레이스 구성은 단일의 블레이드와 컬렉터 브레이스 구성과 대체될 수 있다. 단일의 블레이드 구성에는 단일의 충전 지지부를 따라 대향측 또는 인라인에서 양단자와 음단자가 마련될 수 있다. 이중 컬렉터 브레이스 또는 컬렉터 브러시는 단일 블레이드의 통합된 인라인이거나 또는 대향측에 있을 수 있다. 대안적으로, 컬렉터 브레이스 또는 컬렉터 브러시는 여전히 이중 블레이드 및 컬렉터 브레이스 구성, 또는 임의의 갯수의 블레이드 및 컬렉터 브레이스를 사용할 수 있다. 추가적으로, 대안적인 구성으로서, 컬렉터 브레이스는 구동 또는 슬라이딩 접촉을 통해 접촉 플레이트와 맞물릴 수 있는 스프링 하중식 컬렉터 브러시와 대체될 수 있다.
커넥터 헤드 조립체의 이동 범위와 컴플리언스는 전체 좌표 이동 범위를 포함할 뿐만 아니라 소정 방향에서 허용 가능한 이동 정도를 증가시키도록 연장될 수 있다. 수평 및 수직 이동을 허용하는 것 외에, 변경된 설계가 좌표 공간에서 중앙점을 중심으로 피봇할 수 있다. 시스템의 컴플라이언스 정도 뿐만 아니라 컬렉터 조립체의 양단자와 음단자를 수축시키는 능력은 어려운 좌측 또는 우측 출발 각도로 충전소를 빠져나가는 능력을 비롯하여 폭넓은 접근 및 출발 경로를 허용할 수 있다. 유사하게, 차량의 상호 연결부 스쿠프는 커넥터 헤드의 이동 범위에 순응하고 커넥터 헤드 조립체에 적절한 랜딩 패드 및 안내부를 제공할 수 있다. 차량 상호 연결부 조립체의 최적의 지점은 단자로부터 소정 각도에서의 출발을 필요로 하는 차량의 후방을 향할 수 있다. 이는 차량이 직선 방식으로 단자를 충전소에 접근시킬 수 있는 통행 중앙에서 중요할 수 있지만, 예각으로 출발하는 능력을 필요로 할 수 있다.
차량
차량은 차량의 상부면에 위치된 2개의 접촉 플레이트를 포함할 수 있다. 차량은 차량의 지붕에 부착된 2개의 바아를 포함할 수 있다. 본 발명의 몇몇 실시예에서, 2개의 바아는 전도성이고 차량과 충전소 사이의 연결을 확립하는 접촉 플레이트로서 기능한다. 2개의 바아는 구리 바아 또는 임의의 다른 타입의 전도성 재료일 수 있다. 다른 타입의 전도성 재료는 제한하지 않지만 구리, 알루미늄, 은, 금, 또는 이들의 합금 또는 조합을 포함할 수 있거나, 전도성 재료가 도금/피복될 수 있다. 몇몇의 경우에, 바아는 동일한 재료로 형성될 수 있고, 다른 경우에, 상이한 재료가 상이한 바아를 위해 사용될 수 있다. 바아는 내부식성을 가질 수 있다. 더욱이, 바아는 매끄럽거나 평활도가 높은 재료로 형성될 수 있다. 본 발명의 몇몇 실시예에서, 바아는 SUV 상의 러기지 랙(luggage rack)의 방식과 유사하다. 2개의 바아 또는 접촉 플레이트는 차량 이동 방향과 평행한 방향으로 연장될 수 있다. 도 1, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 2개의 바아(10, 12)는 바아의 길이를 따라 어디든지 충전 연결부와의 접촉을 달성할 수 있다. 바아의 배향은 차량을 충전하기 전에 전방 또는 후방 방향으로 차량을 정렬시킬 필요성을 감소시킬 수 있다.
비접촉 상황 중에 전도성 경로를 격리시키는 기계적 및/또는 전기 보호 장치가 차량 안에 존재할 수 있다. 그러한 장치는 전기 메시지(무선, 근접 스위치식 접점, 및/또는 수동 트리거)를 수신한 후에만 또는 직접적인 기계적 활성화를 통해서만 에너지 유동을 허용하도록 구성될 수 있다.
바아는 또한 임의의 웅덩이 물 및/또는 기타 일시적이거나 영구적인 전도성 문제가 전압차에 대해 적절한 유전체 간극 높이에서 유지되는 것을 보장하도록 차량 지붕선 위의 지정된 간극 높이에 설치될 수 있다.
차량의 충전 상태에 관하여 차량의 운전자에게 통지하돌고 차량의 대시판에 게이지 또는 스크린이 있을 수 있다. 차량은 충전이 진행중인 것을 나타내기 위한 디스플레이를 포함할 수 있다.
차량은 에너지 효용성의 특징을 위해 다른 지역 충전소에 충전 상태와 차량의 급속한 충전 능력을 전달할 수 있는 충전 모니터링 장치를 포함할 수 있다. 이 모니터링 시스템은 루트 상의 하나 이상의 충전소에서 이용 가능한 에너지를 추산하도록 예보 모델링을 위해 사용될 수 있다. 루트는 고정식이거나, GPS 안내를 이용하여 조절되거나, 자발적일 수 있다. 모니터링 시스템은 충전소에서 이용 가능한 시간 동안에 차량이 얼마나 많은 에너지를 수집할 수 있는지를 결정하도록 사용될 수 있다. 차량은 충전 상태, 에너지 유용성, 및 다음의 충전소로부터의 전하 전달에 의해 얻어지는 예보된 에너지 유용성을 기초로 한 범위를 예보하는 시스템을 포함할 수 있다. 본 발명의 몇몇 실시예에서, 예정보다 늦게 주행하는 차량은 다음의 에너지 충전소에 도달하는 데에 필요한 에너지의 예보 및/또는 다음의 에너지 충전소에서 이용 가능한 에너지를 기초로 하여 충전소에서 소비되는 시간을 건너뛰거나 제한할 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에서, 루트는 하나 이상의 충전소에서 이용 가능한 에너지를 기초로 하여 변경될 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시예에서, 차량은 급속 충전 에너지 저장 장치를 포함한다. 급속 충전 에너지 저장 장치는 리튬 티타늄 배터리 또는 당업계의 숙련자들에게 공지된 임의의 다른 타입의 배터리일 수 있다. 차량은 급속 충전 에너지 저장 장치를 포함하는 전기 버스 또는 전기 하이브리드 버스일 수 있다.
도 8은 적어도 하나의 접촉 바아(141)를 갖는 차량(141)의 일례를 도시한다. 차량은 충전 마운트(142)를 포함할 수 있는 충전소 아래를 통과할 수 있다. 접촉 바아는 접촉 조립체(143)를 통과할 수 있다. 접촉 조립체는 접촉 바아를 수용하도록 접촉 조립체를 안내할 수 있는 안내 기능부(144)를 포함할 수 있다. 충전소는 또한 접촉 조립체의 측방향 이동을 가능하게 하여 접촉 조립체가 접촉 바아(141)를 수용하게 할 수 있는 연결 구조체를 포함할 수 있다.
몇몇 실시예에서, 차량의 하나 이상의 접촉 바아는 상부가 둥근 수직 플레이트일 수 있다. 몇몇 실시예에서, 이는 유리하게는 아이싱 상태 중에 충전을 허용할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 접촉 바아는 차량과 2개 이상의 접촉점을 갖도록 형성될 수 있다. 예컨대, 도 8에 도시된 바와 같이, 접촉 바아(141)는 차량의 지붕이 이 접촉 바아의 전방 및 단부를 향하는 상태의 접촉점을 가질 수 있다. 다른 실시예에서, 접촉 바아는 차량 지붕과 하나의 접점을 가질 수 있다. 예컨대, 접촉 바아의 전체 길이는 차량 지붕과 접촉할 수 있다. 임의의 갯수의 접촉점이 접촉 바아와 차량 사이에 제공될 수 있다.
도 10은 차량 상에 장착될 수 있는 차량 상호 연결부(202)를 도시하고 있다. 차량 상호 연결부(202)는 충전소로부터의 커넥터 헤드 조립체가 블레이드 지지부(209)에 대해 랜딩 및 정렬할 수 있는 상부 안내 기능부일 수 있는 스쿠프(206)를 포함할 수 있다. 블레이드 지지부는 차량 상호 연결부에 마련될 수 있고, 단일의 블레이드 지지 안내부(217)를 포함할 수 있다.
몇몇 실시예에서, 차량 상호 연결부는 차량의 후방에 장착될 수 있다. 도 17은 버스의 후방에 장착된 상호 연결부(300)의 일례를 도시하고 있다. 스쿠프 부분(301)은 차량 지붕의 오목부일 수 있거나, 지붕에 내장된 기능부일 수 있다. 블레이드 지지부(302)는 차량 상호 연결부의 후방을 향할 수 있다. 변경예에서, 차량 상호 연결부는 차량의 전방 또는 중간을 향해 장착될 수 있다.
몇몇 실시예에서, 차량의 상호 연결 부분은 저항 가열을 이용하여 또는 차량 냉각 회로의 폐열을 이용하여 가열될 수 있다. 가열은 전체적인 차량 상호 연결부, 또는 블레이드 지지부, 또는 단자와 같이 그 일부에 적용될 수 있다. 이 가열은 눈 또는 얼음 축적을 처리할 수 있다.
도 11은 차량 상에 장착될 수 있는 블레이드 지지부(209)의 일례를 도시하고 있다. 블레이드 지지부는 단자(207), 파일롯 신호 접촉 플레이트(210), 및 접지부(216)를 수용 및 지지할 수 있는 차량 상호 연결부의 서브조립체일 수 있다.
블레이드 지지부(209)는 하나 이상의 부스바(213) 상에 장착될 수 있다. 부스바는 전도성 재료(예컨대, 본 명세서에서 다른 곳에서 논의된 임의의 전도성 재료를 포함할 수 있는 금속)로 형성될 수 있고, 블레이드와 차량의 원하는 구성요소 사이에 전기 연결을 달성할 수 있다. 부스바들은 도시된 바와 같이 이격된 방식으로 배치될 수 있다. 대안적으로, 부스바는 서로 인접하거나 임의의 다른 방식으로 분배될 수 있다. 부스바는 원하는 전도를 허용할 수 있는 임의의 형태를 가질 수 있다. 몇몇의 경우에, 부스바들 중 일부는 서로 전기적으로 격리 및/또는 절연될 수 있다. 이는 제1 세트의 부스바가 양단자에 전기적으로 연결되고 제2 세트의 부스바가 음단자에 전기적으로 연결되는 경우에 바람직할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 블레이드를 지지하는 부스바 위의 차량 상호 연결부의 플레이트 또는 베이스 부분은 전기적으로 비전도성 재료로 형성될 수 있다. 다른 실시예에서, 부스바 세트들 사이에 간극이 제공될 수 있다.
플레이트 또는 베이스는 단일의 인라인 블레이드를 지지할 수 있다. 대안적으로, 다수의 블레이드를 지지할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 차량에 대해 차량 상호 연결부의 단하나의 플레이트 또는 베이스 부분이 제공될 수 있다. 다른 실시예에서, 복수 개의 블레이드 지지부가 차량에 제공될 수 있다. 바람직하게는, 차량 상호 연결부가 차량 지붕에 장착될 수 있지만, 대안적인 구성이 차량 상호 연결부가 차량의 임의의 다른 지점 상에 마련되게 할 수 있다.
블레이드 지지부(209)는 하나 이상의 단자(207)를 포함할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 양단자와 음단자가 제공될 수 있다. 이들 전기 단자는 또한 때때로 컬렉터 플레이트로 지칭될 수 있다. 몇몇의 경우에, 양단자와 음단자는 서로 전기적으로 격리 및/또는 절연될 수 있다. 한가지 예에서, 양단자는 블레이드의 일 측면에 제공될 수 있고 음단자는 블레이드의 다른 측면에 제공될 수 있다. 대안적으로, 블레이드는 2개 이상의 양단자, 또는 2개 이상의 음단자를 가질 수 있다. 블레이드를 위해 제공된 단자들은 차량에 제공된 블레이드의 갯수에 따라 좌우될 수 있다.
블레이드는 또한 접지 연결 지점(216)을 포함할 수 있다. 접지 연결 지점은 접지 연결을 위한 지점을 제공할 수 있고, 이는 발생할 수 있는 임의의 공전(stray charge)을 위한 싱크로서 기능할 수 있고, 안전 기능부로서 기능할 수 있다. 블레이드는 또한 파일롯 신호 접촉 플레이트(210)를 포함할 수 있다. 이 접촉 플레이트는 커넥터 헤드와 블레이드 지지부가 접촉하고 적절하게 정렬되는 것을 보여줄 수 있는 파일롯 신호를 달성할 수 있다. 더욱이, 블레이드는 커넥터 헤드를 안내하고 정렬할 수 있는 기능부인 블레이드 지지 안내부(217)를 포함할 수 있다. 이들 기능부는 충전소의 적절한 부분들과의 블레이드의 정렬을 보조할 수 있고, 원하는 충전 연결부가 달성되는 것을 확립할 수 있다.
블레이드 지지부는 커넥터 헤드를 단자와의 적절한 배향 상태로 안내할 수 있다. 도 9에 도시된 바와 같이, 블레이드 지지부(209)는 차량 상호 연결부(202)의 안내부를 형성할 수 있는 스쿠프(206)의 일부 사이에 제공될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 블레이드 지지부는 차량의 후방부를 향한 스쿠프 내에 배치될 수 있다. 블레이드는 스쿠프의 좁은 부분 사이에 배치될 수 있다.
도 15는 인라인 블레이드(211)의 대안적인 구성을 도시하고 있다. 블레이드는 블레이드 지지부(209)를 가질 수 있다. 블레이드는, 1개, 2개, 또는 그 이상의 단자(207)를 포함할 수 있다. 전술한 바와 같이, 단자는 양단자 및/또는 음단자의 임의의 조합일 수 있다. 블레이드는 또한 커넥터 헤드와 블레이드 지지부가 접촉하고 적절하게 정렬되는 것을 보여주는 파일롯 신호를 확립하는 데에 일조할 수 있는 파일롯 신호 접촉 플레이트(210)를 포함할 수 있다. 접촉 플레이트는 블레이드를 따라 어느 곳이든 배치될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 접촉 플레이트는 블레이드로부터 돌출될 수 있다.
몇몇 변경예에서, 커넥터 헤드 조립체와 블레이드 위치는 차량 상호 연결부에서 사용된 커넥터 아암에 부착된 블레이드와 커넥터 헤드 조립체와 거꾸로 될 수 있다. 본 명세서에서 논의된 것을 비롯하여 다양한 기능부 또는 특징이 거꾸로 된 구성을 갖는 임의의 실시예에 적용될 수 있다.
접촉 바아 또는 블레이드는 차량에 부착되게 할 수 있는 임의의 치수를 가질 수 있다. 예컨대, 몇몇 실시예에서, 접촉 바아의 길이는 약 1 cm, 5 cm, 10 cm, 20 cm, 30 cm, 50 cm, 80 cm, 100 cm, 120 cm, 또는 140 cm 이상일 수 있다. 접촉 바아의 크기는 약 0.5 cm, 1 cm, 2 cm, 3 cm, 4 cm, 5 cm, 7 cm, 10 cm, 또는 15 cm 이상일 수 있다. 몇몇 실시예에서, 접촉 바아는 접촉 바아와 충전소의 접촉 조립체 간의 접촉을 허용할 때에 약간의 가요성이 존재할 수 있도록 충분히 클 수 있다. 예컨대, 접촉 바아는 예컨대 도로의 융기부 또는 상이한 차량 높이를 통해 높에 있어서 약간의 변동이 있더라도 접촉 조립체의 전기 전도성 표면이 여전히 접촉 바아와 접촉하도록 충분히 클 수 있다.
접촉 바아는 또한 임의의 두께를 가질 수 있다. 예컨대, 접촉 바아의 두께는 약 0.2 cm, 0.5 cm, 0.7 cm, 1 cm, 1.5 cm, 2 cm, 3 cm, 4 cm, 6 cm 이상일 수 있다. 접촉 바아는 접촉 조립체와 사이를 통과할 때에 접촉 바아의 양면이 바람직하게는 안내 스트립의 전기 전도성 표면을 따라 접촉 조립체의 안내 스트립과 접촉할 수 있도록 충분히 두꺼울 수 있다. 접촉 바아는 또한 접촉 바아가 안내 스트립과의 사이를 통과할 때에 강한 전기 연결, 및 임피던스 저하를 보장하도록 접촉 바아에 충분한 크기의 압력이 가해지도록 충분히 두꺼울 수 있다. 압력의 크기는 또한 표면의 일부만이 아니라 전체 전기 전도성 표면적이 접촉 바아와 접촉하는 것을 보장하는 데에 충분할 수 있다. 바람직하게는, 접촉 바아의 두께는 휴지시에 접촉 조립체의 전기 전도성 표면들 사이의 공간보다 약간 크다. 이는 접촉 바아가 안내 스트립들과의 사이에서 여전히 슬라이드하게 하면서 견고한 전기 접촉을 제공하도록 접촉 조립체의 안내 스트립들이 접촉 바아를 충분히 파지, 가압, 압착, 클램프, 또는 유지할 수 있다는 것을 보장할 수 있다.
차량의 지붕 상에서 2개 이상의 접촉 바아가 또한 떨어져 있을 수 있다. 접촉 바아는 임의의 원하는 거리에서 떨어져 있을 수 있다. 예컨대, 접촉 바아는 약 5 cm, 10 cm, 15 cm, 20 cm, 25 cm, 30 cm, 35 cm, 40 cm, 45 cm, 50 cm, 60 cm, 70 cm, 80 cm 이상을 떨어져 있을 수 있다. 바람직하게는, 접촉 바아는 서로에 대해 실질적으로 평행하다.
대안적으로, 몇몇 실시예에서, 단일의 접촉 바아 또는 블레이드가 차량 상에 제공될 수 있다. 1개, 2개, 3개, 4개, 5개, 6개 또는 그 이상의 블레이드가 있든지 간에 임의의 다른 갯수의 바아 또는 블레이드가 제공될 수 있다.
방법
운송 버스가 반복적인 루트 시스템에서 운행할 수 있고, 이에 의해 버스는 적어도 매 시간마다 그 루트를 반복한다. 따라서, 운송 버스는 시간 기준으로 공통적인 지점을 지날 수 있고 루트를 반복하는 신호를 위해 그 지점에서 대기할 수 있다. 이는 많은 경우에 10 내지 20 분의 대기를 수반할 수 있다. 본 발명의 방법은 운송 버스를 충전하도록 대기 시간을 활용할 수 있는 운송 버스를 제공한다. 운송 버스는 10분 내에 완전히 충전될 수 있는 급속 충전 에너지 저장 장치를 포함할 수 있다. 몇몇의 경우에, 운송 버스는 5분, 3분, 2분 또는 1분 내에 완벽하게 또는 실질적으로(예컨대, 75% 이상) 충전될 수 있다. 급속 충전 에너지 저장 장치는 리튬 티타산염 배터리 또는 여러 개의 다른 배터리 화학들 중 하나일 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시예에서, 에너지 저장 장치는 오직 부분적으로 충전된다. 에너지 저장 장치를 부분적으로 충전시키면 단일 충전 절차 중에 에너지 저장 장치로 전달되는 충전량을 감소시킴으로써 에너지 저장 장치의 수명이 증가된다. 예컨대, 본 명세서에 설명된 본 발명에 따라 설계된 전기 운송 버스는 시간 당 평균 11 내지 13 마일을 운행하고 대략 1.5 내지 3.0 kWh/mile을 소모할 수 있다. 전기 운송 버스가 대략 56 kWh의 용량을 갖는 에너지 저장 장치를 포함한다면, 전기 운송 버스는 운전 용례에 따라 충전 없이 대략 2 내지 4 시간 동안 전기 운송 버스를 추진하기에 충분한 에너지를 수용할 수 있다. 이는 전기 운송 버스가 에너지 저장 장치 용량의 대략 25%를 시간당 충전하면 무한 운행하게 할 수 있다. 이 충전 절차는 완전히 방전된 상태에서 에너지 저장 장치를 충전하는 충전 절차에 비해 에너지 저장 장치의 수명을 증가시킬 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시예에서, 차량은 차량을 충전소 아래에 위치 결정함으로써 충전된다. 충전소는 충전 연결부의 위치를 조절함으로써 맞물리는 충전 연결부를 포함할 수 있다. 차량의 제어 장치는 충전 연결부와 차량 사이에 전기 연결을 달성하도록 충전소 및/또는 충전 연결부에 대해 명령을 전송하도록 사용될 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시예에서, 충전 연결부는 차량의 지붕 상의 충전점과의 사이의 거리에 대응하는 공지된 거리를 사이에 갖는 한쌍의 접촉 조립체를 포함할 수 있다. 이들 충전 연결부는 사용 후에 전기 조립체를 다시 센터링하도록 스프링, 유압 장치, 또는 중력을 사용할 수 있는 중앙 위치로 복귀시키도록 시스템을 이용할 수 있다.
한가지 예에서, 접촉 조립체는 조립체가 차량의 이동 방향에 대해 측방향으로 또는 수직 방향으로 이동하는 것을 보장하도록 안내부가 있는 전도성 패드를 포함할 수 있다. 복잡성을 감소시키기 위해, 전체 조립체는 조립체용 지지 구조체가 전달된 전압보다 큰 전압을 절연시킬 수 있다면 통전될 수 있다. 접촉 패드는 금속 또는 비금속 전도성 패드이고, 교체 가능하거나 교체 불가능할 수 있다. 바람직한 방법은 전도성 부분이 손상되거나 사용된 경우에 교환될 수 있는 교체 가능한 패드를 가질 수 있다. 스프링 접점 및 전달된 전류의 양에 대해 큰 표면적을 사용함으로써, 조립체는 결합부에 걸쳐 낮은 임피던스를 보장할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 충전 클램핑 장치 내로의 안내는 레이저 또는 유사한 검출 장치에 의해 정렬되는 전자 안내 장치에 의해 적합하게 될 수 있다.
다른 실시예에서, 충전 연결은 차량으로부터 단일의 블레이드를 수용하도록 구성될 수 있는 커넥터 헤드 조립체에 의해 제공될 수 있다. 커넥터 헤드는 커넥터 아암을 통해 충전 마운트에 연결될 수 있다. 커넥터 아암은 충전 마운트 및/또는 커넥터 헤드 조립체에 대한 피봇 연결을 가질 수 있다. 커넥터 아암은 가요성 연결을 갖는 강성 구성요소로 구성될 수 있다. 커넥터 아암은 커넥터 헤드 조립체가 충전 마운트로부터 하방으로 그리고 멀어지게 위치되게 할 수 있다. 몇몇의 경우에, 제2 피봇 연결이 커넥터 아암과 커넥터 헤드 조립체 사이에 제공될 수 있다. 충전 연결은 1개, 2개, 3개, 4개, 또는 그 이상의 피봇 연결부를 가질 수 있다. 몇몇 실시예에서, 1개, 2개, 3개, 4개, 또는 그 이상의 피봇 연결부가 수직축을 중심으로 피봇할 수 있다. 대안적으로, 피봇 연결부들 중 하나 이상이 측방 또는 전후 수평축을 중심으로 피봇할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 커넥터 아암은 하부 위치로 구동되지 않는다면 수축된 상태에서 디폴트 위치를 가질 수 있다. 커넥터 아암은 스프링 하중식일 수 있다. 몇몇 실시예에서, 커넥터 아암의 디폴트 위치가 수축된 상태이면, 구동 메카니즘과의 문제가 있다면 수축된 위치에서 실패할 수 있다. 대안적으로, 커넥터 아암의 디폴트 위치가 수축되지 않은 현수 상태일 수 있다. 커넥터 헤드는 스프링 하중식일 수 있는 컬렉터 브러시를 포함할 수 있거나, 차량의 충전 중에 컬렉터 브레이스가 차량 상에 장착된 블레이트와 접촉하게 할 수 있는 구동 메카니즘을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 차량은 충전소에 접근할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 차량은 실질적으로 직선 방식으로 충전소에 접근할 수 있다. 대안적으로, 차량은 접근 각도로 충전소에 접근할 수 있다. 충전소로부터의 커넥터 헤드는 차량의 지붕 상에 스쿠프의 넓은 부분에 의해 포착될 수 있다. 스쿠프는 커넥터 헤드를 스쿠프의 더 좁은 부분으로 안내할 수 있고, 그 안에서 블레이드가 제공될 수 있다. 블레이드는 커넥터 헤드 조립체 상의 커넥터 헤드 안내 기능부에 의해 포착될 수 있는 블레이드 지지 안내부를 포함할 수 있다. 블레이드는 커넥터 헤드 조립체의 섹션들 사이에서 안내될 수 있다. 전기 연결이 충전소와 차량 사이에 달성될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 커넥터 헤드 조립체의 컬렉터 브러시는 수축된 상태로 이행하지 않을 수 있다. 충전이 발생하면, 구동 메카니즘 성능이 실시될 수 있다. 차량은 차량의 에너지 저장 시스템 내에 원하는 충전 상태를 달성하도록 소정 시간 동안 충전소에서 머무를 수 있다. 몇몇 실시예에서, 충전이 완료되면, 컬렉터 브러시가 분리될 수 있고 커넥터 헤드가 수축된 상태로 수직 방향으로 상승할 수 있다. 대안적으로, 컬렉터 브러시가 분리될 필요가 없고/없거나 커넥터 헤드가 상승할 필요가 없다. 차량은 계속 전방으로 운행하여 충전소를 떠날 수 있다. 몇몇 실시예에서, 차량은 비교적 직선 방식으로 충전소를 떠날 수 있다. 대안적으로, 차량은 출발 각도로 충전소를 떠날 수 있다. 몇몇의 경우에, 출발 각도는 클 수 있다.
차량 및/또는 에너지 저장 제어 시스템은 차량 루트의 예정표 성능을 모니터할 수 있다. 재충전에 유용한 시간을 초과하면, 제어 시스템은 루트에서 유용한 브레이크 타임과 정합하도록 충전기의 전력 및/또는 전류를 감소시키도록 결정할 수 있다. 따라서, 조절된 충전 성능의 결과로서 효율 및 시스템 수명이 증대될 수 있다.
몇몇의 변경예에서, 충전소는 또한 방전기로서 기능할 수 있다. 예컨대, 차량의 저장된 에너지의 크기가 크면(예컨대, 내장 배터리 또는 에너지 저장 유닛에서), 차량을 얼마간 방전시키고, 그 에너지를 충전소의 에너지 저장 유닛으로 전달하거나, 소정 설비에 제공하는 것이 바람직할 수 있다. 충전소는 차량의 충전 및 방전을 모두 행하도록 작동될 수 있다.
시스템 및 방법은 당업계에 공지되거나 이전에 활용된 임의의 방법, 기법, 기능부, 또는 구성요소를 활용하거나 통합시킬 수 있다. 예컨대, 미국 특허 제29,994호, 미국 특허 제3,955,657호, 유럽 특허 출원 제EP 2 014 505 A1호, 유럽 특허 출원 제EP 1 997 668 A1호, PCT 공개 제WO 2008/107767호, 미국 특허 공개 제2008/0277173호, PCT 공개 제WO 2009/014543호를 참조하라(이들 전체는 본 명세서에 참조로 합체된다).
특정한 실시를 예시하고 설명하였지만, 거기에 다양한 수정이 이루어질 수 있고 여기에서 예상된다는 것을 전술로부터 이해해야 한다. 또한, 본 발명이 명세서 내에 제공되는 특정한 예에 의해 제한되는 것으로 의도되지 않는다. 본 발명을 전술한 명세서를 참조하여 설명하였지만, 본 명세서에 바람직한 실시예의 설명 및 예시는 제한의 의미로 해석되도록 의도되지 않는다. 더욱이, 본 발명의 모든 양태는 본 명세서에 기재된 특정한 설명, 구성 또는 상대적 특성(다양한 조건 및 변수에 따라 좌우됨)으로 제한되지 않는다는 것이 이해될 것이다. 본 발명의 실시예의 형태 및 상세에 있어서의 다양한 변경은 당업계의 숙련자에게 명백할 것이다. 따라서, 본 발명은 또한 임의의 그러한 수정예, 변경예 및 등가물을 포함하는 것으로 예상된다.

Claims (20)

  1. 차량에 있어서,
    차량의 상부면 상의 스쿠프(scoop)와, 배터리를 포함하고,
    상기 차량의 전방부를 향하는 스쿠프의 폭은 차량의 후방부를 향하는 스쿠프의 폭보다 크며,
    적어도 2개의 단자가 전기 접촉을 위한 표면적을 갖고 스쿠프의 폭 내에 위치되고,
    상기 적어도 2개의 단자는 배터리에 전기적으로 연결되며,
    배터리를 충전하기 위해 전원에 전기적으로 연결하도록 상기 적어도 하나의 단자는 양극이고 적어도 하나의 단자는 음극인 것인 차량.
  2. 제1항에 있어서, 상기 적어도 2개의 단자는 차량의 이동 방향에 대해 비교적 평행하게 위치되는 것인 차량.
  3. 제1항에 있어서, 상기 적어도 2개의 단자는 서로 전기적으로 격리되는 것인 차량.
  4. 제1항에 있어서, 상기 적어도 2개의 단자는 스쿠프의 폭의 좁은 부분 내에 위치되는 것인 차량.
  5. 제1항에 있어서, 상기 적어도 2개의 단자는 서로 전기적으로 격리되는 하나 이상의 부스바(buss bar) 상에 장착되는 블레이드 지지부에 의해 지지되는 것인 차량.
  6. 제1항에 있어서, 적어도 2개의 단자와 접지 연결부를 포함하는 블레이드를 더 구비하는 것인 차량.
  7. 제6항에 있어서, 상기 블레이드는 블레이드 지지 안내부를 더 포함하는 것인 차량.
  8. 충전소에 있어서,
    충전 마운트에 장착되고 충전 마운트로부터 하방으로 그리고 멀어지게 연장되는 가요성 연결부를 갖는 강성의 구조적 구성요소를 구비하는 커넥터 아암과,
    상기 충전 마운트에 기계적으로 연결되고 상기 충전 마운트와 충전 돌출부를 지지하는 수직 지지 구조체
    를 포함하고, 상기 커넥터 아암은 피봇 연결부에 의해 충전 마운트에 장착되며, 상기 커넥터 아암은 커넥터 헤드 조립체에 연결되는 것인 충전소.
  9. 제8항에 있어서, 상기 커넥터 아암은 피봇 연결부에 의해 커넥터 헤드 조립체에 연결되는 것인 충전소.
  10. 제9항에 있어서, 상기 커넥터 아암은 충전 마운트에 대해 수직축을 중심으로 피봇하고, 상기 커넥터 헤드 조립체는 커넥터 아암에 대해 수직축을 중심으로 피봇하는 것인 충전소.
  11. 제8항에 있어서, 상기 커넥터 헤드 조립체는 복수 개의 컬렉터 브러시와, 상기 복수 개의 컬렉터 브러시에 힘을 제공하는 컬렉터 브러시 구동 조립체를 포함하는 것인 충전소.
  12. 제11항에 있어서, 상기 컬렉터 브러시 구동 조립체는 적어도 하나의 다른 컬렉터 브러시를 향해 적어도 하나의 컬렉터 브러시에 힘을 제공하는 것인 충전소.
  13. 제11항에 있어서, 상기 커넥터 헤드 조립체는 상기 컬렉터 브러시로부터 멀어지는 큰 폭과 컬렉터 브러시를 향하는 작은 폭을 갖는 커넥터 헤드 안내 기능부를 더 포함하는 것인 충전소.
  14. 차량의 충전 방법으로서,
    차량을 충전 마운트 아래의 지점으로 이동시키는 단계로서, 상기 차량은 차량의 표면 상의 스쿠프를 포함하고, 상기 차량의 전방부를 향하는 스쿠프의 폭은 차량의 후방부를 향하는 스쿠프의 폭보다 크며, 적어도 2개의 단자가 전기 접촉을 위한 표면적을 갖고 스쿠프의 폭 내에 위치되고, 상기 충전 마운트는 적어도 2개의 피봇 연결부를 갖는 커넥터 아암을 통해 커넥터 헤드 조립체에 연결되는 것인 단계와,
    상기 적어도 2개의 단자와 커넥터 헤드 조립체 사이에 전기 연결을 달성하는 단계를 포함하는 것인 차량의 충전 방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 커넥터 헤드 조립체는 복수 개의 컬렉터 브러시를 더 포함하는 것인 차량의 충전 방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 전기 연결을 달성하는 단계는 상기 컬렉터 브러시의 전기 전도성 표면적을 차량 상에 장착된 적어도 2개의 단자의 전기 전도성 표면에 접촉시키는 단계를 포함하는 것인 차량의 충전 방법.
  17. 제16항에 있어서, 상기 적어도 2개의 단자는, 제1 컬렉터 브러시의 전기 전도성 표면적이 상기 적어도 2개의 단자의 제1 단자와 접촉하고, 제2 컬렉터 브러시의 전기 전도성 표면적이 적어도 2개의 단자의 제2 단자와 접촉하도록 복수 개의 컬렉터 브러시 사이에서 압착되는 것인 차량의 충전 방법.
  18. 제14항에 있어서, 차량의 충전 상태를 모니터링하는 단계를 더 포함하는 것인 차량의 충전 방법.
  19. 제18항에 있어서, 상기 차량의 충전 상태를 중앙 스테이션, 충전소, 또는 다른 차량에 전달하는 단계를 더 포함하는 것인 차량의 충전 방법.
  20. 제15항에 있어서, 상기 커넥터 헤드 조립체는 컬렉터 브러시가 적어도 2개의 단자와 접촉하도록 스쿠프에 의해 포착되어 안내되는 것인 차량의 충전 방법.
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