KR20150073977A - 충전 스테이션에서 전기 자동차를 충전하기 위한 충전 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 충전 스테이션에서 전기 자동차를 충전하기 위한 충전 장치에 관한 것으로, 충전 스테이션측 제 1 충전 모듈과 자동차측 제 2 충전 모듈을 포함하고, 상기 충전 모듈들은 서로 접속 가능한 전기 콘택 부재들을 포함하고, 충전 스테이션은 자동 공급 장치를 포함하고, 상기 공급 장치의 작동에 의해 충전 스테이션의 전기 콘택 부재가 전기 자동차의 전기 콘택 부재에 접속될 수 있고, 충전 스테이션은 제 2 충전 모듈에 제 1 충전 모듈의 결합을 위한 자동 위치 설정 장치를 포함하고, 이 경우 제 1 및 제 2 충전 모듈의 콘택 부재들은 접촉력을 오버라이딩 하지 않으면서 서로 결합 가능하다.

Description

충전 스테이션에서 전기 자동차를 충전하기 위한 충전 장치{CHARGING DEVICE FOR CHARGING A ELECTRIC VEHICLE AT A CHARGING STATION}
본 발명은 충전 스테이션측 제 1 충전 모듈과 자동차측 제 2 충전 모듈을 포함하는, 충전 스테이션에서 전기 자동차를 충전하기 위한 충전 장치에 관한 것으로, 상기 충전 모듈들은 서로 결합 가능한 전기 콘택 부재들을 포함하고, 충전 스테이션은 자동 공급 장치를 포함하며, 상기 공급 장치의 작동에 의해 충전 스테이션의 전기 콘택 부재들은 전기 자동차의 전기 콘택 부재에 접속될 수 있다.
충전 스테이션에서 전기 자동차의 트랙션 배터리를 재충전하기 위해 전기 라인 및 플러그 커넥터 장치에 의해 자동차에 충전 전류를 공급하는 접촉 결합 장치 및 충전 전류를 충전 스테이션측 변압기 코일로부터 자동차측 변압기 코일에 유도방식으로 전달하는 무접촉 장치도 공개되어 있다.
유도성 충전 장치는 일반적으로 편리한 충전을 가능하게 하는데, 그 이유는 전기 콘택들이 서로 접속되지 않아도 되고, 서로 연결될 변압기 코일들이 자동 장치에 의해 서로에 대해 위치 설정될 수 있기 때문이다. 접촉 결합 충전 장치는 그와 달리 작동시 특히 경제적인데, 그 이유는 유도성 충전 장치에 비해 개선된 효율과 그에 따른 더 적은 손실을 갖기 때문이다. 또한 접촉 결합 충전 장치는 간단한 구조를 가질 수 있고, 이로 인해 특히 저렴할 수 있다. 전기 콘택 부재들이 서로 접속되는 것은, 적어도 플러그 커넥터 부분들의 결합에 의해 수동으로 구현되어야 하기 때문에 바람직하지 않다.
콘택 부재들의 접속을 위한 자동 공급 장치를 포함하는 충전 장치가 독일 공개 공보 문헌 제 DE 10 2009 010 120 A1호에 공개되어 있다. 콘택 부재들이 결합될 수 있도록 하기 위해, 상기 충전 장치에서 전기 자동차는 충전 스테이션에 대해 정확히 위치 설정되어야 한다. 상기 간행물은 이를 위해, 자동차를 벨트 컨베이어 상에서 - 세차 설비에서와 유사하게 - 길이방향 및 가로방향으로 이동 가능하게 배치하고 자동으로, 예를 들어 광학 보조 수단에 의해 자동차의 전기 콘택들이 충전 스테이션의 전기 대응 콘택에 대향 배치된 위치로 옮기는 것을 제안한다.
문헌 제 DE 10 2009 010 120 A1호는, 충전 스테이션의 로드(rod) 형태의 전기 콘택의 단부 섹션들을 횡단면에서 볼 때 루프(roof) 형태로 형성하고, 충전할 배터리 시스템의 콘택들의 경사 도입면에 부딪히게 하는 것을 기술한다. 또한, 충전 스테이션의 콘택들은 전체적으로 강성이 아니라, 접속 방향의 측면 편차가 더 작은 경우에도 대응 콘택에 부딪힐 수 있을 때까지 탄성적으로 구부러지는 것이 제안된다.
일반적으로 전동식으로 접속 가능한 콘택들을 포함하는 충전 장치의 실질적인 구현은 문제가 된다. 기계에 의한 전기 콘택 부재들의 접속은 접속될 콘택 부재들의 위치의 매우 정확한 검출, 콘택 부재들의 서로를 향한 기계적으로 정확한 정렬 및 "플러그 콘택들의 접속과 분리시 "민감한" 거동과 전기 콘택 부재의 손상 또는 마모를 방지하는 것을 필요로 한다. 특히 콘택 부재들은 접속 시 서로에 대해 정확히 일직선으로 정렬되는 것이 보장되어야 하고, 이로써 콘택 부재들은 서로 틸팅되지 않는다. 이러한 요구를 충족하는 충전 장치는 적어도 높은 기술적 및 재정적 비용을 필요로 한다.
본 발명의 과제는, 비교적 간단하고 저렴한 구조로 특징되고 전기 콘택 부재들의 확실하고 특히 마모 없는 접속을 가능하게 하는 전기 자동차의 충전을 위한 충전 장치를 제공하는 것이다.
상기 과제는 본 발명에 따라, 충전 스테이션이 제 1 충전 모듈과 제 2 충전 모듈의 결합을 위한 자동 위치 설정 장치를 포함하고, 제 1 및 제 2 충전 모듈의 콘택 부재들이 접촉력을 오버라이딩(overriding) 하지 않으면서 서로 결합 가능함으로써 해결된다.
문헌 제 DE 10 2009 010 120 A1호는 전동식으로 이동 가능한 콘택 부재들만을 포함하는 충전 장치를 제안하는 한편, 본 명세서에 기술된 충전 장치는 본 발명에 따라, 추가로 콘택 부재들을 포함하는 충전 모듈들이 서로에 대해 위치 설정이 가능하도록 제공된다. 또한 2개의 충전 모듈의 콘택 부재들은 접촉력을 오버라이딩 하지 않으면서 서로 결합 가능하다. 콘택 부재들의 결합 후에야 기계적으로 릴리스된 스프링 부재들이 콘택 부재들 사이에 접촉력을 형성한다.
이로써 콘택 부재들의 자동 결합 과정이 특히 간단하고 확실해진다. 힘을 이용하지 않는 결합은 예를 들어 콘택 부재들의 틸팅으로 인한 콘택 마모와 손상 위험을 줄인다. 그럼에도 불구하고 결합 과정의 종료 시 높은 접촉력이 구현될 수 있고, 상기 접촉력은 충전 모듈 사이의 양호한 전기 접속을 제공한다.
충전 모듈의 서로에 대한 정확한 위치 설정은 바람직하게 적어도 하나의 충전 모듈에 있는 센터링 수단 및/또는 위치 설정 부재들에 의해 지원될 수 있다.
전기 콘택 부재들의 접속 중에도 충전 모듈의 정확한 위치 설정을 보장하기 위해, 충전 모듈들은 결합 후에 기계적으로 서로 록킹 가능한 경우에 특히 바람직하다.
하기에서 본 발명은 도시된 도면을 참고로 설명된다. 도 1 내지 도 4는 제 1 및 제 2 충전 모듈을 도시한다.
도 1은 제 1 및 제 2 충전 모듈을 결합되지 않은 개별 부분들로서 도시한 도면.
도 2는 개방된 제 2충전 모듈을 도시한 도면.
도 3은 부분적으로 결합된 상태를 도시한 도면.
도 4는 완전히 결합된 상태를 도시한 도면.
도 5 내지 도 8은 제 1 및 제 2 콘택 부재의 접속 시 각각의 단계를 도시한 도면.
도 1은 충전 스테이션에서 전기 자동차를 충전하기 위한 제 1 및 제 2 충전 모듈(1, 2)을 도시하고, 이 경우 충전 모듈들(1, 2)은 아직 결합되지 않은 개별 부분들로서 도시된다. 제 1 충전 모듈(1)은 여기에 도시되지 않은 충전 스테이션의 구성부이고, 자동 위치 설정 장치에 의해 여기에서 도면부호 x, y, z의 방향 화살표로 도시된 서로 수직인 3개의 방향으로 이동 가능하다. 여기에 도시되지 않은 위치 설정 장치는 예를 들어 카메라 센서에 의해 자동차에 배치된 제 2 충전 모듈(2)의 위치를 검출하고, 제 1 충전 모듈(1)을 예를 들어 로봇 암으로서 구현될 수 있는 다축 액추에이터에 의해 제 2 충전 모듈(2)에 대해 정렬하므로, 후속해서 충전 모듈(1, 2)의 결합 및 거기에 배치된 콘택 부재들(3, 4; 도 5 내지 도 8에 명확하게 도시됨)의 접속이 가능해진다.
카세트 형태를 갖는 충전 모듈(2)은 전기 자동차의 차체에 배치된다. 바람직한 배치 위치는 전방 범퍼 후방, 바람직하게는 번호판 후방이자 전기 자동차의 하측면에 있는 영역이다. 그러나 반드시 2개의 충전 모듈(1, 2)이 수직 방향으로 서로 결합되는 것은 아니다. 즉 충전 모듈(1, 2)은 대안으로서, 수평 또는 다른 임의의 방향으로 결합이 이루어질 수 있도록 서로에 대해 정렬될 수도 있다.
충전 모듈(1, 2)의 결합은 핀 형태의 2개의 위치 설정 부재(5)에 의해 지원되고, 상기 위치 설정 부재들은 제 1 충전 모듈(1)의 하우징 내의 힘 센서 또는 스위치에 연결될 수 있다. 2개의 충전 모듈(1, 2)이 서로 평행하게 정렬되는 경우에, 제 2 충전 모듈(2)의 하우징은 2개의 위치 설정 부재들(5)에 대략 동시에 접촉한다. 2개의 위치 설정 부재들(5)의 간격은 제 2 충전 모듈(2)의 하우징의 폭보다 약간 작기 때문에, 위치 설정 부재들(5)의 동시 작용에 의해, 제 2 충전 모듈(2)이 X-방향으로 제 1 충전 모듈(1)에 대해 거의 센터링되어 정렬되고 따라서 위치 설정 장치가 2개의 충전 모듈(1, 2)의 결합을 유도할 수 있는 것이 보장된다.
결합 과정 중에 2개의 충전 모듈(1, 2)의 더 정확한 정렬은 제 1 충전 모듈(1)로부터 돌출하는 센터링 부재(6)에 의해 야기되고, 상기 센터링 부재는 여기에서 2개의 경사 지지면(7)을 가진 바디로서 형성된다. 대안으로서 센터링 부재로서 예를 들어 코운 형태의 바디가 제공될 수도 있다.
도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 제 2 충전 모듈(2)의 하우징 내부에 2개의 가이드 웨브(8)가 일체로 형성되고, 상기 가이드 웨브들은 충전 모듈(1, 2)의 결합 중에 센터링 부재(6)의 지지면(7)에 접한다.
2개의 충전 모듈(1, 2)은 이로써 제 1 충전 모듈(1)을 이동시키는 위치 설정 장치에 의한 결합 중에 먼저 위치 설정 부재(5)에 의해 Y-방향으로 정렬되고, 두 번째로는 센터링 부재(6) 및 가이드 웨브(8)에 의해 X-방향으로 서로 정확히 정렬된다. Z-방향으로 2개의 충전 모듈(1, 2)의 접근 및 먼저 이루어지는 충전 모듈(1, 2)의 서로에 대한 접근은 마찬가지로 위치 설정 장치에 의해 이루어지고, 특히 광학 센서에 의해 지원될 수 있다.
제 2 충전 모듈(2)의 하우징은 보호 캡(9)을 갖고, 상기 보호 캡은 바람직하게 센터링 부재(6)에 의해 제 1 충전 모듈(1)에 결합 시 자동으로 개방된다.
결합 과정의 종료 시 2개의 충전 모듈(1, 2)은 도 4에 도시된 서로에 대한 위치를 취한다. 마지막 단계에서 2개의 충전 모듈(1, 2)의 하우징은 기계적으로 서로 록킹된다. 이는 특히, 제 1 충전 모듈(1) 상의 액추에이터가 센터링 부재(6)에 배치된 록킹 볼트(10)를 제 2 충전 모듈(2) 상의 여기에 도시되지 않은 록킹 개구에 형상 끼워 맞춤 결합 방식으로 결합함으로써 이루어진다. 2개의 충전 모듈(1, 2)은 이로써 서로 정확히 정렬되고, 기계적으로 견고하게 서로 결합된다.
서로 록킹된 충전 모듈(1, 2)은 제 1 충전 모듈(1) 상의 제 1 콘택 부재(3)가 제 2 충전 모듈(2) 상의 제 2 콘택 부재(4)에 결합하는 것을 가능하게 하고, 이 경우 충전 모듈(1, 2)은 서로 멀어지게 이동될 수 없다. 반대로, 록킹될 때까지 충전 모듈(1, 2)의 콘택 부재들(3, 4)이 서로 작용하지 않는 것도 바람직한데, 그 이유는 충전 모듈(1, 2)의 위치 설정, 정렬 및 록킹은 특히 바람직하게 콘택 부재(3, 4)에 의한 기계적 작용 없이 이루어질 수 있기 때문이다.
제 1 충전 모듈(1)은 2개의 콘택 개구(17; 도 1 내지 도 3에 도시됨)를 갖고, 상기 개구로부터 제 1 콘택 부재(3)가 전동식 구동에 의해 빼내질 수 있다. 제 2 콘택 부재(4) 중에 도 2 내지 도 4에 접촉력을 형성하기 위한 스프링 부재(11)의 외부면 및 금속 스트립(18)이 각각 도시된다. 금속 스트립(18)은 제 2 충전 모듈(2)의 외부면에 전기 접속 콘택(19)을 형성하고, 상기 접속 콘택들은 전기 자동차의 전기 장치에 접속될 수 있다.
제 1 및 제 2 콘택 부재(3, 4)가 도 5 내지 도 8에 다양한 결합 단계에서 도시된다. 상기 결합 단계는 도 1 내지 도 4에 도시된 충전 모듈(1, 2)의 결합 단계들과 일치하지 않는다. 콘택 부재(3, 4)의 접속은 도 4에 도시된 바와 같이 충전 모듈(1, 2)이 서로 완전히 결합된 경우에야 시작된다.
도 5 내지 도 8은 제 2 콘택 부재(4)를 따른 제 2 충전 모듈(2)의 및 제 1 충전 모듈(1)로부터 제 2 콘택 부재(4)에 접속 가능한 제 1 콘택 부재(3)의 단면도를 각각 도시한다. 제 1 충전 모듈(1)의 세부사항은 도 5 내지 도 8에 도시되지 않는다. 특히 제 1 콘택 부재(3)를 제 2 콘택 부재(4)의 방향으로 이동시키는 액추에이터의 도시는 생략되었다. 상기 액추에이터는 특히 전기 전동식, 전자기식, 유압식 또는 압축 공기식 부품들을 포함할 수 있고, 상기 부품들은 전자 제어 장치에 의해 바람직하게 완전 자동으로 작동된다.
제 2 충전 모듈(2)의 하우징 내에 배치된 제 2 콘택 부재(4)는 여기에서 오메가 스프링으로서 구현된 스프링 부재(11)를 포함하고, 상기 스프링 부재는 나란히 배치된 2개의 콘택 플레이트(12)를 둘러싼다. 스프링 부재(11)의 레그(13)와 콘택 플레이트(12)의 단부 섹션들은 2개의 부분으로 이루어진 콘택 캐리어(14)에 연결된다. 스프링 부재(11) 및 콘택 플레이트(12)로부터 떨어져 있는 측면에 콘택 캐리어(14)의 2개의 부분들(14a, 14b)은 활주 경사(15)를 형성하고, 상기 경사는 제 2 콘택 부재(4)의 외측면을 향해 벌어진다.
제 1 콘택 부재(3)는 평판 플러그(20) 및 평판 플러그(20)를 둘러싸는 가이드 슬리브(16)를 포함하고, 상기 가이드 슬리브는 평판 플러그(20)에 대해 이동 가능하다. 평판 플러그(20) 및 가이드 슬리브(16)는 도시되지 않은 액추에이터에 의해 제 2 콘택 부재(4)의 방향으로 위치 설정 가능하고, 이로써 제 1 및 제 2 콘택 부재들(3, 4)은 서로 접속될 수 있고 또는 서로 분리될 수 있다. 제 1 및 제 2 콘택 부재(3, 4)의 접속은 도 5 내지 도 8에 도시된 단계에서 이루어진다.
도 5에서 제 1 및 제 2 콘택 부재(3, 4)은 아직 서로 접속되지 않았다. 결합 과정의 시작 시 평판 플러그(20)와 가이드 슬리브(16)는 함께 제 2 콘택 부재(4)를 향해 이동된다. 평판 플러그(20)의 자유 단부 섹션은 가이드 슬리브(16)에 의해 둘러싸인다. 도 6이 도시하는 다음 단계에서 가이드 슬리브(16)는 콘택 캐리어(14)의 활주 경사(15)에 부딪히고, 이로 인해 콘택 캐리어(14)의 2개의 부분들(14a, 14b) 및 콘택 캐리어(14)에 연결된 스프링 부재(11)의 레그(13)와 2개의 콘택 플레이트(12)를 서로 멀어지게 가압한다. 콘택 플레이트(12) 사이에, 도 7에 도시된 바와 같이 평판 플러그(20)를 마찰 없이 삽입하기에 충분한 폭의 간극(21)이 형성된다. 삽입 중에 평판 플러그(20)에 접촉력이 가해지지 않으므로, 콘택 부재(3, 4) 사이의 마찰에 의한 기계적 마모가 발생하지 않는다. 평판 플러그(20)가 단부 위치에 도달했을 경우에야, 평판 플러그(20)에 접촉력이 형성된다. 도 8에 도시된 바와 같이, 이는 가이드 슬리브(16)가 평판 디스크(20)에 대해 이동되고, 제 2 콘택 부재(4)로부터 멀어짐으로써 이루어지고, 이로 인해 콘택 캐리어(14)의 부분들(14a, 14b)은 스프링 부재(11)에 의해 결합되고, 스프링 부재(11)의 레그(13)는 콘택 플레이트(12)를 평판 플러그(20)의 외부면에 압착한다.
2개의 콘택 부재(3, 4)의 전기 부품들의 분리도 마찰 없이 이루어질 수 있고, 분리 시 도 5 내지 도 8에 도시된 과정들이 역행된다.
1 제 1 충전 모듈(충전 스테이션측)
2 제 2 충전 모듈(자동차측)
3 콘택 부재(충전 모듈측)
4 콘택 부재(자동차측)
5 위치 설정 부재
6 센터링 부재
7 지지면
8 가이드 웨브
6, 8 센터링 수단
9 보호 캡
10 록킹 볼트
11 스프링 부재
12 콘택 플레이트
13 (스프링 부재의) 레그
14 콘택 캐리어
14a, 14b (콘택 캐리어의) 부분들
15 활주 경사
16 가이드 슬리브
17 콘택 개구
18 금속 스트립
19 접속 콘택
20 평판 플러그(콘택 핀)
21 간극
x, y, z 방향(공간 축)

Claims (11)

  1. 충전 스테이션에서 전기 자동차를 충전하기 위한 충전 장치로서,
    충전 스테이션측 제 1 충전 모듈(1)과 자동차측 제 2 충전 모듈(2)을 포함하고, 상기 충전 모듈들은 서로 접속 가능한 전기 콘택 부재(3, 4)를 포함하고,
    충전 스테이션은 자동 공급 장치를 포함하고, 상기 장치의 작동에 의해 충전 스테이션의 전기 콘택 부재(3)가 전기 자동차의 전기 콘택 부재(4)에 접속 가능한 충전 장치에 있어서,
    충전 스테이션은 상기 제 2 충전 모듈(2)에 상기 제 1 충전 모듈(1)의 결합을 위한 자동 위치 설정 장치를 포함하고,
    상기 제 1 및 제 2 충전 모듈(1, 2)의 상기 콘택 부재들(3, 4)은 접촉력을 오버라이딩 하지 않으면서 서로 결합 가능한 것을 특징으로 하는 충전 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 자동 위치 설정 장치는 상기 제 1 충전 모듈(1)을 서로 수직인 3개의 공간 축(x, y, z)을 따라 위치 설정할 수 있는 것을 특징으로 하는 충전 장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 자동 위치 설정 장치는 전자 제어장치 및 다축 액추에이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 충전 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 충전 모듈(1, 2)은 결합 후에 액추에이터로 작동 가능한 록킹 볼트(10)에 의해 형상 끼워 맞춤 결합 방식으로 서로 결합될 수 있는 것을 특징으로 하는 충전 장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 충전 모듈(1, 2)은 상호 작용하는 센터링 수단(6, 8)을 포함하는 것을 특징으로 하는 충전 장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 충전 모듈(1)은 핀 형태의 2개의 위치 설정 부재(5)를 포함하고, 상기 위치 설정 부재들은 각각 스위치 또는 힘 센서에 연결되는 것을 특징으로 하는 충전 장치.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 콘택 부재(3)는 콘택 핀(20) 및 상기 콘택 핀(20)에 대해 액추에이터로 이동 가능한 가이드 슬리브(16)를 포함하는 것을 특징으로 하는 충전 장치.
  8. 제 1 항에 있어서, 제 2 콘택 부재(4)는 스프링 부재(11)에 연결된 2개의 콘택 플레이트(12)를 포함하고, 상기 콘택 플레이트의 상호 간격은 상기 스프링 부재(11)의 힘에 대항해서 변경될 수 있는 것을 특징으로 하는 충전 장치.
  9. 제 7 항에 있어서, 상기 콘택 핀(20)은 평판 플러그로서 형성되는 것을 특징으로 하는 충전 장치.
  10. 제 7 항 및 제 8 항에 있어서, 상기 제 2 콘택 부재(4)에 대한 상기 가이드 슬리브(16)의 위치는 접촉력을 결정하는 상기 스프링 부재(11)의 위치에 영향을 미칠 수 있는 것을 특징으로 하는 충전 장치.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 충전 모듈(2)은 상기 제 2 충전 모듈(2)의 하우징을 폐쇄하는 보호 캡(9)을 포함하고, 상기 보호 캡은 상기 제 1 충전 모듈(1)에 결합시 상기 제 1 충전 모듈(1)에 의해 개방되는 것을 특징으로 하는 장치.
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