KR20210010843A - 컨택트 유닛 - Google Patents

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KR20210010843A
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charging
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KR1020207027659A
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닐스 하이아이스
마티아스 돔스
티모 스타우바흐
피터 슈나이더
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슈운크 트랜지트 시스템즈 게엠베하
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Abstract

본 발명은 전기 구동 차량(electrically driven vehicles), 특히 전기 버스 또는 이와 유사한 것을 위한 고속 충전 시스템용 컨택트 유닛(24)에 관한 것으로서, 고속 충전 시스템은 충전 컨택트 장치(charging contact device) 및 컨택트 유닛 캐리어를 가지는 컨택트 장치를 포함하고, 충전 유닛 캐리어는 컨택트 유닛을 가지고, 충전 컨택트 장치의 충전 컨택트는 컨택트 쌍을 형성하도록 컨택트 유닛에 전기적으로 연결 가능하게 되며, 컨택트 장치 또는 충전 컨택트 장치는 포지셔닝 장치(positioning device)를 포함하며, 컨택트 유닛 캐리어는 전기 전도성 연결이 차량과 고정 충전 스테이션 사이에서 형성되도록 포지셔닝 장치에 의해 충전 컨택트 장치에 대해 위치 가능하게 되며, 컨택트 유닛은 컨택트 요소(25)를 포함하며, 컨택트 유닛은 차량 또는 충전 스테이션에 연결되기 위한 연결 리드를 가지며, 컨택트 요소는 컨택트 유닛 캐리어에 대해 피봇 가능하도록 컨택트 유닛의 피봇 베어링(26) 상에 장착된다.

Description

컨택트 유닛
본 발명은 전기 구동 차량(electrically driven vehicles), 특히 전기 버스 또는 이와 유사한 것을 위한 고속 충전 시스템용 컨택트 유닛에 관한 것으로서, 고속 충전 시스템(fast charging system)은 충전 컨택트 장치(charging contact device) 및 컨택트 유닛 캐리어(contact unit carrier)를 가지는 컨택트 장치(contact device)를 포함하고, 충전 유닛 캐리어는 컨택트 유닛을 가지고, 충전 컨택트 장치의 충전 컨택트는 컨택트 쌍을 형성하도록 컨택트 유닛에 전기적으로 연결 가능하게 되며, 컨택트 장치 또는 충전 컨택트 장치는 포지셔닝 장치(positioning device)를 포함하며, 컨택트 유닛 캐리어는 전기 전도성 연결이 차량과 고정 충전 스테이션(stationary charging station) 사이에서 형성되도록 포지셔닝 장치에 의해 충전 컨택트 장치에 대해 위치 가능하게 되며, 컨택트 유닛은 컨택트 요소를 포함하며, 컨택트 유닛은 차량 또는 충전 스테이션에 연결되기 위한 연결 리드를 가진다.
이러한 종류의 컨택트 유닛은 최신 기술로 알려져 있으며, 일반적으로 버스 정류장(bus stop) 또는 스테이션(station)에서 전기 구동 차량의 고속 충전을 위한 컨택트 장치의 모듈로 사용된다. 예컨대, 버스와 같은 지역 운송(local transport)에 사용되는 전기 구동 차량은 가공선(overhead line)을 통해 지속적으로 전기 에너지를 공급할 수 있다. 그러나, 이것은 가공선 시스템의 존재와 유지를 필요로 한다. 가공선의 네트워크 없이 전기 드라이브의 장점을 사용할 수 있도록 운송 수단에 배터리 또는 다른 유형의 에너지 저장장치를 장착하는 것이 공지되어 있다. 정지 상태에서 운송 수단(means of transport)의 정지 중에 배터리를 고속-충전함으로써 운송 수단의 영구적인 작동을 보장할 수 있다.
최신 기술로부터, 버스 정류장 영역에서의 고정 충전 스테이션과 차량 또는 전기 버스 사이에 전기 전도성 연결을 설정하기 위해 다양한 고속 충전 시스템이 공지되어 있다. 예컨대, 컨택트 스트립(contact strip)을 가지는 집전장치(current collector)로 공지된 것은 전기 버스의 루프(roof)에 배치될 수 있으며, 전기 버스의 이동 방향으로 길이방향으로 연장되는 레일은 정류장 영역의 도로 위에 매달려 있다. 전기 버스가 정류장에 정지할 때, 집전 장치가 버스의 루프에서 들어 올려져 레일쪽으로 이동하며, 전기 연결이 정류장에서 전기 버스가 예정된 정지 기간 동안 수립되어, 이 시기 동안 고속 충전을 허용한다. 그러나, 특히, 충전 회로를 형성할 수 있도록 서로 독립적인 2개의 집전장치와 레일 상의 대응하는 컨택트 부분(corresponding contact sections)이 필요하다.
또한, 예컨대, 제어 라인(control line), 접지 또는 데이터 전송을 위한 컨택트 요소는 필요할 수 있다. 이 경우, 집전 장치 또는 고속 충전 시스템의 컨택트 장치에는 예컨대, 전기 버스의 이동 방향으로 배치되고 평행 레일(parallel rails)에 의해 형성될 수 있는 대응하는 수의 충전 컨택트 요소와 접촉할 수 있는 다중 컨택트 요소(multiple contact elements)가 제공된다. 따라서, 더 많은 수의 컨택트 쌍이 형성될 수 있다.
WO 2015/01887 A1에서, 고속 충전 시스템은 루프-형상의 충전 컨택트 장치에 접촉되는 컨택트 장치의 정합 컨택트 유닛 캐리어(matching contact unit carrier)가 공지되어 있다. 컨택트 유닛 캐리어는 컨택트 유닛 캐리어가 충전 컨택트 장치의 중심이 되는 방식으로 충전 컨택트 장치의 루프 형상의 경사를 따라 슬라이드될 수 있는 컨택트 유닛 캐리어의 컨택트 요소에 의해 컨택트 위치로 안내된다.
각각의 컨택트 요소는 컨택트 유닛 캐리어에 영구적으로 설치되는 컨택트 유닛의 일부이다. 각각의 컨택트 유닛은 각각의 컨택트 요소가 탄성적으로 장착되고 컨택트 유닛 캐리어에 대한 길이방향 축의 방향으로 변위 가능한 컨택트 요소 가이드(contact element guide)를 포함한다. 따라서 컨택트 유닛 캐리어와 충전 컨택트 장치의 결합시 잠재적인 각도 오프셋(offset) 또는 변경된 부하(changed load) 또는 버스의 하강(lowering of the bus)으로 인해 버스 정류장에서 버스의 기울기를 보정할 수 있으며 안전한 컨택트 수립(safe contact establishment)이 항상 보장된다. 각각의 컨택트 유닛은 하나 이상의 연결 리드를 통해 차량에 연결된다. 특히, 연결 리드는 케이블 러그(cable lugs)에 의해 컨택트 요소 가이드(contact element guide)에 스크류 결합된다. 따라서, 전류는 예컨대, 충전 컨택트 장치의 전기 전도성 레일로부터 컨택트 요소로 전달되고 거기에서 컨택트 요소가 컨택트 요소 가이드에서 이동할 수 있도록 허용하는 갭(gap)을 통해 연결 리드가 연결된 컨택트 요소 가이드로 전달된다.
컨택트 그리스(contact grease)와 컨택트 라멜라(contact lamella) 또는 다중-플레이트 링(multi-plate ring)은 컨택트 요소에서 컨택트 요소 가이드에 안정적인 전류 전달을 수립하는 데 사용된다. 이것이 가지는 단점은 컨택트 유닛 캐리어가 눈, 비, 흙 및 먼지와 같은 환경 조건에 노출되어 링 실(ring seal)을 사용함에도 불구하고, 컨택트 요소. 즉 컨택트 요소의 갭에 침투할 수 있다는 점이다. 특정 사례에서, 이것은 컨택트 요소가 차단되거나 컨택트 요소 가이드에서 쐐기화되어 컨택트 수립을 불가능하게 하거나 정의되지 않은 컨택트의 시퀀스가 수립되어 전기 아크 위험을 수반하는 원인이 될 수 있다. 차가운 날씨에서의 고장을 방지하기 위해, 가열 카트리지(heating cartridge)는 컨택트 요소 가이드에 배치될 수 있다. 또한, 컨택트 요소는, 컨택트 요소 가이드의 영역에서 전이 저항(transition resistance)에 유리하게 영향을 미치기 위해 은으로 도금되는 것이 공지되어 있다. 컨택트 유닛에 고장이 날 경우, 다른 컨택트 유닛을 통해 높은 전류가 흐르게 되어 과도한 발열과 전체 고속 충전 시스템의 고장으로 이어질 수 있다. 따라서, 컨택트 유닛은 안정적인 컨택트 수립이 보장될 수 있도록 정기적으로 대체하거나 유지 관리해야 한다.
따라서, 본 발명의 목적은 이동 수단의 비용-효율적인 운용과 신뢰성 있는 컨택트 수립을 허용하는 컨택트 유닛, 컨택트 유닛을 포함하는 컨택트 장치 및 고속 충전 시스템을 제안하는 것이다.
이러한 목적은 청구항 1의 특징을 가지는 컨택트 유닛, 청구항 16의 특징을 가지는 컨택트 장치 및 청구항 21의 특징을 가지는 고속 충전 시스템에 의해 달성된다.
전기 구동 차량, 특히 전기 버스 또는 이와 유사한 것을 위한 고속 충전 시스템용 본 발명에 따른 컨택트 유닛에서, 고속 충전 시스템은 충전 컨택트 장치(charging contact device) 및 컨택트 유닛 캐리어를 가지는 컨택트 장치를 포함하고, 충전 유닛 캐리어는 컨택트 유닛을 가지고, 충전 컨택트 장치의 충전 컨택트는 컨택트 쌍을 형성하도록 컨택트 유닛에 전기적으로 연결 가능하게 되며, 컨택트 장치 또는 충전 컨택트 장치는 포지셔닝 장치(positioning device)를 포함하며, 컨택트 유닛 캐리어는 전기 전도성 연결이 차량과 고정 충전 스테이션 사이에서 형성되도록 포지셔닝 장치에 의해 충전 컨택트 장치에 대해 위치 가능하게 되며, 컨택트 유닛은 컨택트 요소를 포함하며, 컨택트 유닛은 차량 또는 충전 스테이션에 연결되기 위한 연결 리드를 가지며, 컨택트 요소는 컨택트 유닛 캐리어에 대해 피봇 가능하도록 컨택트 유닛의 피봇 베어링 상에 장착된다.
컨택트 요소가 컨택트 유닛 캐리어에 대해 피봇 가능하도록 컨택트 유닛의 피봇 베어링에 장착되기 때문에, 컨택트 요소의 이동성을 쉽게 보장할 수 있다. 최신 기술로 알려진 컨택트 요소 가이드에 비해, 컨택트 요소가 피봇 베어링에 갇히게 될 위험이 상당히 낮다. 또한, 피봇 베어링은 생산하는데 특히 간단하고 환경 조건으로부터 쉽게 보호될 수 있다. 전체적으로, 점검을 위한 유지보수 간격과, 필요한 경우, 컨택트 유닛의 교체를 상당히 확대할 수 있어, 이동 수단을 보다 비용-효율적으로 작동되도록 허용한다. 또한, 컨택트 요소의 차단 가능성이 없어 고속 충전 시스템을 보다 안정적으로 작동되도록 허용한다.
유리하게는, 컨택트 요소는 피봇 베어링에 연결된 레버 암에 의해 형성될 수 있으며, 상기 레버 암은 볼트-형상의 컨택트 범프를 가지며, 상기 볼트-형상의 컨택트 범프는 충전 컨택트와 접촉하고 길이방향 축의 방향으로 피봇 베어링 상에서 피봇할 수 있는 컨택트 표면을 형성한다. 이러한 경우, 컨택트 요소는 생산하는데 특히 간단하고, 예컨대, 충전 컨택트 장치의 충전 컨택트와의 포인트 컨택트(point contact)를 수립할 수 있다. 또한, 볼트-형상의 컨택트 요소가 둥근 에지부(edges)를 가지거나 컨택트 단부에서 완전히 둥글게 되는 것이 유리하다. 이러한 경우, 컨택트 요소는 임의의 중대한 기계적인 손상을 유지하는 충전 컨택트 또는 컨택트 요소없이 충전 컨택트를 따라 이동할 수 있다. 대안적으로, 컨택트 요소는 임의의 다른 적절한 형상을 가질 수 있다.
볼트-형상의 컨택트 범프가 길이방향 축 방향으로 피봇 베어링에서 피봇 가능할 경우, 길이방향 축은 항상 횡단하여, 바람직하게는 피봇 베어링에 대해 90°의 각도로 연장된다. 볼트-형상의 컨택트 범프는 길이방향 축이 피봇 베어링의 피봇 반경(pivoting radius)의 접선 방식으로 배치되도록 형성될 수 있다. 레버 암은 컨택트 범프를 피봇 베어링에 연결한다. 또한, 컨택트 요소는 구리 또는 구리 합금으로 만들어지고 및/또는 은으로 도금되지 않을 수 있다. 특히 구리는 전기 전도성 구성요소(electrically conductive components)에 사용하기에 적합한데, 이는 연결 리드도 구리로 만들어질 수 있는 이유이다. 특히 구리 합금은 내마모성(wear resistance)과 변색 저항성(tarnish resistance)이 비교적 높다. 전류가 컨택트 요소의 표면에서 피봇 베어링으로 전달될 필요가 없기 때문에, 컨택트 요소의 은 도금(silver plating)이 완전히 생략될 수 있으며, 이는 컨택트 요소에 대한 생산 비용을 실질적으로 줄인다.
또한, 컨택트 요소는 단일 또는 복수의 부분으로 형성될 수 있다. 컨택트 요소는 의도된 목적에 적합한 상이한 재료들로 생산될 수 있다. 또한 컨택트 요소는 단일의 부분으로 형성될 수 있으므로 쉽게 설치될 수 있다.
연결 리드는 컨택트 요소에 직접 부착될 수 있다. 최신 기술로부터 알려진 컨택트 요소 가이드를 가지는 컨택트 요소와 대조적으로, 전류를 전송하기 위해 컨택트 요소 가이드와 컨택트 요소 사이의 갭을 더 이상 이용할 필요가 없다. 이러한 경우, 연결 리드는 컨택트 요소와 함께 이동될 수 있다. 또한, 컨택트 요소 가이드 또는 피봇 베어링의 영역에서 전류 전달을 용이하게 하기 위한 전도성 그리스(conductive greases) 또는 다른 구성요소가 더 이상 필요하지 않다. 따라서, 연결 리드와 컨택트 요소 사이의 전이 저항(transition resistance)은 상당히 감소될 수 있다.
연결 리드는 적어도 50mm2, 바람직하게는95mm2의 도체 단면을 가질 수 있다. 이것은 컨택트 유닛이 특히 높은 전류를 전송할 수 있도록 허용한다. 최신 기술에서 알려진 컨택트 유닛에서, 다중 연결 리드는 케이블 러그를 통해 컨택트 요소 가이드에 스크류 결합된다. 연결 리드가 컨택트 요소에 적접 부착될 경우, 더 높은 전류가 연결 리드를 통해 전송될 수 있는데, 이는 이러한 크기의 도체 단면이 선택될 수 있는 이유이다. 이러한 방식으로 단자 리드(terminal lead)의 원하지 않는 가열을 방지할 수 있다. 단자 리드의 단면 형상은 기본적으로 임의적이기 때문에, 예컨대, 이는 단자 리드가 연선 밴드(stranded wire band)일 수도 있는 이유이다. 그러나, 원칙적으로, 연결 리드는 임의의 도체 단면을 갖도록 형성될 수 있다.
피봇 베어링은 피봇 베어링의 축 상에 유전체로 만들어진 베어링 부시(bearing bush)를 가질 수 있다. 원칙적으로, 임의의 재료는 베어링 부시에 대해 선택될 수 있고, 이 경우 베어링 부시는 알루미늄, 플라스틱 재료 또는 다른 유전체로 만들어질 수 있다. 이것은 연결 리드가 컨택트 요소에 직접 부착되는 경우 전이 저항으로 인해 피봇 베어링의 영역에서 컨택트 유닛의 과도한 가열이 예상되지 않기 때문에 가능하다. 베어링 부시는 PTFE와 같은 유리한 슬라이딩 또는 실링 특성을 가지는 재료로 만들어질 수 있다. 특히 피봇 베어링의 축은 볼트 또는 스크류에 의해 간단히 형성될 수 있다. 유전체로 만들어진 베어링 부시를 사용함으로써, 컨택트 유닛의 다른 구성요소로부터 컨택트 요소를 전기적으로 분리하는 것이 또한 가능하다.
컨택트 유닛의 스프링은 컨택트 요소에 스프링력을 가할 수 있으므로, 컨택트 요소는 충전 컨택트의 방향으로 밀려 들어갈 수 있다. 컨택트 요소는 간단한 압축 스프링, 특히 코일 스프링을 사용하여 컨택트 요소 또는 피봇 베어링의 영역에 탄성적으로 장착될 수 있다. 결과적으로, 충전 컨택트를 가지는 포인트 컨택트는 스프링 예압(pre-load) 상태에서 수립될 수 있다. 컨택트 요소가 충전 컨택트와 접촉하지 않을 때마다 컨택트 요소가 충전 컨택트의 방향으로 그리고 선단부 위치(front end position)로 밀리도록 스프링 력은 선택될 수 있다.
스프링은 피봇 베어링의 축에 장착될 수 있는 코일형 토션 스프링일 수 있다. 토션 스프링은 코일 스프링 방식으로 피봇 베어링의 축 주위에 감길 수 있다. 스프링의 각 단부는 반경 방향으로 자유롭도록 형성될 수 있어, 스프링의 단부가 스프링 력을 발생시키는 동안 축 주위에서 서로에 대해 피봇될 수 있다. 토션 스프링의 단부는 컨택트 요소와 접촉하거나 고정될 수 있으며, 이 경우 토션 스프링의 다른 단부는 피봇 베어링 또는 컨택트 유닛의 다른 구성요소, 예컨대 연결 요소에 고정될 수 있다. 이것은 피봇 베어링 상의 컨택트 요소가 발생된 스프링 력에 의해 단부 위치로 쉽게 피봇될 수 있도록 허용한다.
피봇 베어링은 전기 저항 가열 요소(electric resistance heating element)를 가질 수 있다. 전기 저항 가열 요소는 예컨대, 가열 부시(heating bush) 또는 가열 카트리지(heating cartridge)의 방식으로 형성될 수 있다. 가열 카트리지는 간단한 방식으로 피봇 베어링의 축 내의 홀 또는 피봇 베어링의 베어링 하우징 내의 홀 내에 삽입될 수 있다. 따라서, 저온에서도 피봇 베어링이 결빙되는 것을 효과적으로 방지하는 것이 가능하다.
컨택트 유닛은 연결 요소를 포함할 수 있고, 컨택트 요소는 연결 요소에 의해 컨택트 유닛 캐리어 상에서 교체 가능하며 피봇 베어링을 통해 연결 요소에 연결된다. 따라서. 연결 요소를 가지는 피봇 베어링은 컨택트 요소가 컨택트 유닛 캐리어 상에 피봇할 수 있도록 컨택트 유닛 캐리어에 부착될 수 있다. 특히 간단한 실시예에서, 연결 요소는 스크류 연결에 의해 컨택트 유닛 캐리어에 부착될 수 있고 컨택트 요소가 쉽게 장착될 수 있는 축을 형성할 수 있다. 축은 연결 요소의 홀 또는 통로 개구부(passage opening)에 삽입되는 스크류일 수 있다.
또한 연결 요소는 컨택트 유닛 캐리어에 대한 컨택트 요소의 피봇 운동(pivoting motion)을 제한하는 정지부를 가질 수 있다. 예컨대, 정지부는 피봇 베어링에서 계단형 직경일 수 있거나 컨택트 요소가 접촉할 수 있는 연결 요소의 숄더부일 수 있다. 또한 정지부는 간단히 연결 요소 또는 컨택트 요소에 부착된 볼트일 수 있다. 충전 컨택트의 방향 및/또는 반대 방향으로의 컨택트 요소의 피봇 운동은 정지부에 의해 제한될 수 있다. 따라서, 피봇 베어링의 컨택트 요소의 정의된 전방 단부 위치(front end position)와 후방 단부 위치(rear end position)가 제한될 수 있다.
유리한 실시예에서, 연결 요소는 연결 브릿지(connecting bridge)를 형성할 수 있으며, 컨택트 유닛 캐리어의 2개의 평행한 측벽은 상기 연결 브릿지에 의해 연결될 수 있다. 이러한 경우, 연결 요소는 컨택트 요소를 장착하는 역할을 할 뿐만 아니라 상기 컨택트 유닛 캐리어의 구성요소로서 컨택트 유닛 캐리어의 측벽을 연결한다. 예컨대, 연결 요소는 또한 핀 및/또는 스크류 연결에 의해 그 반대측 단부에서 측벽에 연결되는 연결 길이방향 프로파일(connecting longitudinal profile) 방식으로 형성될 수 있다. 피봇 베어링의 축은 측벽에 대해 연결 요소 또는 연결 브릿지에 평행하거나 직각으로 배치될 수 있다.
또한, 컨택트 유닛은 컨택트 유닛 캐리어에 대해 피봇 가능하도록 피봇 베어링에 각각 장착되는 2개의 컨택트 요소를 가질 수 있으며, 두 컨택트 요소는 연결 요소에 장착된다. 이러한 경우, 연결 요소는 피봇 베어링이 연결 요소 상에 배치되거나 형성되도록 형성될 수 있으며, 이 경우 피봇 베어링은 서로에 대해 평행하게 배치될 수 있다. 따라서, 컨택트 유닛 캐리어의 설계를 실질적으로 단순화하는 것도 가능하다. 또한, 각각의 컨택트 요소가 피봇 베어링을 통해 서로 전기적으로 분리되는 것으로 예상할 수 있으며, 이 경우 연결 요소 자체도 유전체로 만들어질 수 있다. 이것은 특히 각 연결 리드가 각 컨택트 요소에 직접 배치되는 경우 가능하다.
피봇 베어링은 연결 요소에서 서로 횡단하여 배치될 수 있다. 따라서, 컨택트 유닛은 특히 컴팩트한 디자인으로 구현될 수 있다. 특히, 피봇 베어링은 서로에 대해 직각으로 배치될 수 있다.
컨택트 유닛은 750V의 전압에서 500A 내지 1000A의 전류, 바람직하게는 800A의 전류가 컨택트 유닛을 통해 전달될 수 있는 방식으로 구성될 수 있다. 결과적으로, 375kW 내지 750kW의 전력, 바람직하게는 600kW의 전력은 컨택트 유닛을 통해 전달될 수 있다.
따라서, 컨택트 요소에 연결하기 위한 단일 연결 리드는 충분할 수 있다. 또한, 더 짧은 시간에 고 전류를 전달할 수 있기 때문에 자동차는 더 빨리 충전될 수 있다. 가능한 경우, 컨택트 유닛 캐리어 상의 컨택트 유닛의 수는 줄일 수 있으므로, 컨택트 장치는 비용-효율적으로 생산할 수 있다.
본 발명에 따른 컨택트 장치는 본 발명에 따른 컨택트 유닛을 가진다. 또한 컨택트 장치는 예컨대, 다른 위상(phases), 접지(grounding), 또는 데이터 전송(data transmission)을 위한 복수의 컨택트 유닛을 가질 수 있다.
포지셔닝 장치는 팬터그래프(pantograph) 또는 폴(pole)을 가질 수 있으며, 이에 의해 컨택트 유닛 캐리어는 충전 컨택트 유닛에 대해 적어도 수직방향으로 위치될 수 있으며, 컨택트 장치는 차량 또는 충전 스테이션 상에 배치될 수 있다. 폴(pole)의 경우, 충전 컨택트 장치에 대해 컨택트 유닛 캐리어를 안정화하거나 각 방향으로 정렬하는 추가적인 연결장치(linkage)가 제공될 수 있다. 팬터그래프, 폴 또는 대응하는 기계식 드라이브(mechanical drive)는 특히 생산이 간단하고 비용-효율적이다. 추가적으로, 포지셔닝 장치는 또한 컨택트 유닛 캐리어가 충전 컨택트 장치에 대해 또는 차량의 이동 방향에 대해 횡단 방향으로 위치 가능함으로써 횡단 가이드(transverse guide)를 가질 수 있다. 횡단 가이드는 차량, 팬터그래프 또는 포지셔닝 장치의 폴(pole)에 배치될 수 있다. 두 경우, 포지셔닝 장치 또는 포지셔닝 장치에 배치된 컨택트 유닛 케리어는 차량의 이동 방향에 횡단하여 변위될 수 있다. 이러한 변위는 스테이션에서 차량의 불완전한 위치가 이동 방향에 횡단하여 보정되도록 허용한다. 또한, 사람들이 출입하기 위한 차량의 일방적인 하강(one-sided lowering)으로 인한 잠재적인 차량 이동은 충전 컨택트 장치에 대한 컨택트 유닛 캐리어가 횡단 방향으로 이동할 수 없는 방식으로 보정될 수 있다. 컨택트 장치는 차량 루프 상에 배치될 수 있으며, 예컨대 컨택트 유닛 캐리어가 포지셔닝 장치에 의해 차량 루프에서 충전 컨택트 장치를 향해 그리고 후방으로 이동할 수 있도록 허용한다. 대안적으로, 컨택트 장치는 충전 스테이션에 배치될 수 있으며, 이 경우 컨택트 유닛 캐리어는 버스 정류장에서 폴 또는 브릿지와 같은 지지부로부터 충전 컨택트 장치를 가진 차량 루프의 방향 그리고 후방으로 이동될 수 있다.
적어도 2개의 컨택트 요소는 컨택트 유닛 캐리어의 표면에 대해 상이한 높이로 돌출될 수 있고, 상기 표면은 충전 컨택트 유닛을 향한다. 컨택트 요소와 충전 컨택트 각각 사이에 적어도 2개의 컨택트 쌍을 수립하는 동안, 이것은 컨택트 쌍의 생산에서 정의된 순서를 보장하도록 허용한다. 컨택트 유닛 캐리어와 충전 컨택트 장치가 결합할 때, 일련의 컨택트(sequence of contacts)는 항상 설계에 의해 유지되며 컨택트 유닛 캐리어의 표면에 대한 컨택트 요소의 기하학적 배열(geometric arrangement)에 의해 보장된다. 의도하지 않거나 잘못된 컨택트 수립 또는 컨택트 쌍의 형성은 이러한 방식으로 쉽게 방지될 수 있다.
컨택트 유닛 캐리어는 통로 개구부를 가지는 몸체를 가질 수 있다. 이에 따라, 몸체는 개방되어 공기가 통로 개구부를 통과하여 흐를 수 있다. 몸체가 다수의 통로 개구부를 가지는 경우 몸체에 배치된 컨택트 요소는 공기에 의해 간단히 냉각될 수 있으므로 충전 과정 동안 동력 전달의 결과로서 발생하는 컨택트 요소의 원치않는 가열을 간단한 방식으로 방지할 수 있다. 또한, 몸체 및 이에 따른 컨택트 유닛 캐리어는 더 작은 중량으로 형성될 수 있다.
몸체는 유전체로 만들어진 2개의 평행한 측벽으로 형성될 수 있으며, 측벽은 연결 브릿지에 의해 서로 연결된다.
예컨대, 몸체는 플라스틱 재료로 만들어질 수 있으며 평행한 측벽은 섬유 강화 플라스틱 재료(fiber-reinforced plastic material)로 만들어질 수 있다. 이러한 경우, 측벽의 제조는 특히 간단하고 비용-효율적이며, 제조된 측벽은 특히 안정적이다. 몸체는 연결 브릿지를 통해 측벽을 연결하여 형성될 수 있다. 예컨대, 연결 브릿지는 측벽의 상대적인 간격을 정의하고 측벽에 스크류 결합될 수 있다. 또한, 연결 브릿지는 플라스틱 재료 또는 금속으로 만들어질 수 있으며 단순한 직사각형 스트립(rectangular strips)일 수 있다. 컨택트 유닛이 필요에 따라 삽입되고 부착될 수 있는 통로 개구부는 연결 브릿지 내에 형성될 수 있다. 컨택트 유닛과 연결 브릿지는 측벽이 유전체로 만들어지는 경우 임의의 특수한 전기 절연(electrical insulation)이 필요하지 않다.
컨택트 장치의 다른 유리한 실시예는 청구항 1에 따른 청구항들로부터 명백해진다.
본 발명에 따른 고속 충전 시스템은 본 발명에 따른 충전 컨택트 장치 및 컨택트 장치를 가진다.
충전 컨택트 장치는 컨택트 유닛 캐리어를 위한 수용 개구부(receiving opening)를 형성할 수 있으며, 이 경우 컨택트 유닛 캐리어는 충전 컨택트 장치의 수용 개구부 내로 삽입될 수 있다. 수용 개구부는 바람직하게는 V-형상일 수 있다. 컨택트 유닛 캐리어 및 충전 컨택트 장치를 결합하는 동안 수용 개구부로부터 컨택트 유닛 캐리어의 상대적인 오프셋의 경우, 수용 개구부의 V-형상 디자인은 컨택트 유닛 캐리어를 중심에 둔다. 따라서, 수용 개구부는 컨택트 유닛 캐리어에 대한 가이드를 형성하고, 이는 충전 컨택트 장치 상의 컨택트 위치로부터 오프셋을 보상할 수 있다.
대안적으로, 컨택트 유닛 캐리어는 충전 컨택트 장치를 위한 수용 개구부를 형성할 수 있으며, 이 경우 충전 컨택트 장치는 컨택트 유닛 캐리어의 수용 개구부 내로 삽입될 수 있다. 이러한 경우, 수용 개구부는 또한 바람직하게는 V-형상일 수 있다. 이러한 경우, 수용 개구부는 또한 충전 컨택트 장치에 대한 가이드를 형성한다.
충전 컨택트 장치 및/또는 포지셔닝 장치의 횡단 가이드는 전기 저항 가열 요소를 가질 수 있다. 예컨대, 전기 저항 가열 요소에 의해 충전 컨택트 장치를 가열함으로써, 충전 컨택트 장치 상에 서리(frost), 얼음(ice) 또는 눈(snow)이 쌓이는 것이 방지될 수 있다. 또한 전기 저항 가열 요소는 포지셔닝 장치의 횡단 가이드를 가열하는데 사용될 수 있으므로 횡단 가이드가 저온에서도 이동될 수 있고 결빙을 방지할 수 있다는 것을 항상 보장한다.
고속 충전 시스템의 유리한 실시예는 청구항 16 내지 20에 따른 청구항들로부터 명백해진다.
원칙적으로, 본 발명은 배터리로 작동되고 재충전되어야 하는 임의의 유형의 전기 차량에 적용 가능하다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예는 첨부 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명될 것이다.
도 1은 최신 기술에 따른 컨택트 유닛 캐리어의 측면도이다;
도 2는 컨택트 유닛의 제1 실시예의 사시도이다;
도 3은 도 2의 컨택트 유닛의 측면도이다;
도 4는 도 3의 Ⅳ-Ⅳ선을 따른 단면도이다;
도 5는 도 3의 Ⅴ-Ⅴ선을 따른 단면도이다;
도 6은 컨택트 유닛의 제2 실시예의 사시도이다;
도 7은 도 6의 컨택트 유닛의 측면도이다;
도 8은 도 6의 컨택트 유닛의 배면도이다;
도 9는 도 6의 컨택트 유닛의 저면도이다;
도 10은 도 9의 Χ-Χ선을 따른 단면도이다;
도 11은 컨택트 유닛의 제3 실시예의 사시도이다;
도 12는 도 11의 컨택트 유닛의 평면도이다;
도 13은 도 12의 ΧⅢ-ΧⅢ선을 따른 단면도이다;
도 14는 도 11의 컨택트 유닛의 측면도이다.
도 1은 최신 기술로부터 알려진 바와 같은 컨택트 유닛 캐리어(10)를 도시한다. 컨택트 유닛 캐리어(10)는 컨택트 장치(미도시)의 일부이며, 컨택트 장치의 포지셔닝 장치(positioning device) 상에 배치되어, 컨택트 유닛 캐리어(10)가 충전 컨택트 장치(미도시)에 대해 변위되고 접촉하게 된다. 컨택트 유닛 캐리어(10)는 컨택트 유닛(12,13)을 가지는 몸체(11) 및 포지셔닝 장치의 횡단 가이드(transverse guide)에 부착하기 위한 가이드 요소(14)로 구성된다. 컨택트 유닛(12,13)은 각각 컨택트 요소(15), 컨택트 요소 가이드(16,17) 및 연결 리드(18)을 가진다. 연결 리드는 케이블 러그(20)를 가지는 도체(19)에 의해 형성되고, 케이블 러그(20)는 각각 컨택트 요소 가이드(16,17)에 스크류 결합되어 전기 연결 컨택트(electrical connecting contact)를 수립한다. 컨택트 요소(15)는 컨택트 요소 가이드(16)에서 길이방향 축(21)의 방향으로 변위 가능하고, 하우징(11)의 표면(22)을 넘어 돌출되고 스프링력을 받는다. 컨택트 쌍을 형성하기 위해, 컨택트 단부(23)는 충전 컨택트 장치의 충전 컨택트와 접촉하고, 컨택트 요소(15)는 컨택트 요소 가이드(16) 내로 약간 밀려 들어간다. 전류는 충전 컨택트에서 컨택트 요소(15)로 전달되고 거기에서 컨택트 요소 가이드(16,17)로 각각 전달되며, 차례로, 연결 리드(18)에 연결된다. 특히, 2개의 연결 리드(18)는 연결 리드(18)를 통해 고전류(high currents)를 전송할 수 있도록 컨택트 요소 가이드(17)에 부착된다.
도 2 내지 5의 결합된 도면은 컨택트 유닛 캐리어의 몸체(미도시)에 부착 가능한 컨택트 유닛(24)를 도시한다. 컨택트 유닛(24)은 컨택트 요소(25), 피봇 베어링(26) 및 연결 브릿지(28)를 형성하는 연결 요소(27)를 포함한다. 연결 요소(27)는 측벽(미도시)에 연결되는 각각의 단부(29)에 홀(30)을 가진다. 컨택트 요소(25)는 레버 암(31)과 볼트-형상의 컨택트 범프(32)에 의해 형성된다. 컨택트 범프(32)는 길이방향 축(33)의 방향으로 피봇 베어링(26) 상에서 피봇 가능하도록 장착되고, 컨택트 범프(32)의 컨택트 단부(35) 상의 표면(34)에 의해 충전 컨택트 장치의 충전 컨택트(미도시)와 접촉할 수 있다.
레버 암(31)은 통로 개구부(36)를 가지며, 스크류(37)는 컨택트 요소(25) 상의 연결 리드(미도시)의 케이블 러그(38)을 클램핑하기 위해 통로 개구부 내로 삽입된다. 또한, 통로 개구부(39)는 연결 요소(27)에 형성되고, 피봇 베어링(26)의 축(40)은 통로 개구부(39) 내로 삽입되고 스크류 결합에 의해 부착된다. 또한, 레버 암(31)은 컨택트 범프(32)로부터 회피되는 단부(41) 상의 통로 개구부(42)를 가지며, 통로 개구부(42)를 횡단하여 연장하는 그루브(43)를 가진다. 베어링 쉘(44,45)은 레버 암(31) 또는 컨택트 요소(25)가 피봇 베어링(26) 상에서 유격이 거의 없이 피봇 가능한 방식으로 축(40) 상에 배치된다. 컨택트 유닛(24)의 스프링(46)은 그루브(43) 내에 배치되고 축(40)을 둘러싸고, 하나의 스프링 단부(47)는 연결 요소(27)와 접촉하고, 다른 스프링 단부(48)는 그루브(43)(지적한 바와 같이) 내에서 레버 암(31)과 접촉하므로, 스프링(46)의 예압(pre-load)에 의해 레버 암(31)에 스프링력이 가해진다.
컨택트 범프(32)를 위한 통로 개구부(50)는 컨택트 범프(32)가 상부 표면(49)을 넘어 돌출하도록 연결 요소(27) 내의 상부 표면(49)에 형성된다. 이러한 경우, 통로 개구부(50)의 영역에서 연결 요소(27)의 하부 표면(51)은 컨택트 요소(25)의 상단 위치(53)(도시된 바와 같이)를 제한하기 위한 정지부(52)로 작용한다. 컨택트 요소(25) 또는 컨택트 범프(32)가 충전 컨택트(미도시)와 접촉할 경우, 컨택트 범프(32)는 스프링(46)의 스프링력에 대항하여 통로 개구부(50) 내로 밀려 들어가게 되므로, 피봇 베어링(26) 주위를 피봇하게 된다. 도 6 내지 10의 결합된 도면은 컨택트 요소(55,56), 피봇 베어링(57,58) 및 연결 요소(59)를 구비한 컨택트 유닛(54)을 도시한다. 피봇 베어링(57,58)은 각각 연결 요소(59) 상의 스크류(60)에 의해 형성되고, 스크류(60)는 피봇 베어링(57,58)의 축(63)을 형성한다. 전기 저항 가열 요소(64, electric resistance heating element)는 피봇 베어링(57,58)을 가열하기 위해 축(63)에 삽입된다. 또한, 축(63)은 스프링(65)에 의해 둘러싸여 있다. 컨택트 요소(55,56)는 각각 볼트-형상의 컨택트 범프(66,67)와, 각각 스크류(60)에 의해 피봇 베어링(57,58)에 부착된 각각의 레버 암(68,69)을 포함한다. 연결 리드(미도시)의 케이블 러그(70)는 컨택트 요소(55)에 직접 부착되고 연선 밴드(71)는 컨택트 요소(56)에 직접 부착된다. 또한, 연결 요소(59)의 단부(72)는 컨택트 장치의 몸체의 측벽(미도시)에 부착될 수 있다.
도 11 내지 14의 결합 도면은 컨택트 요소(74), 피봇 베어링(75) 및 연결 요소(76)에 의해 형성된 컨택트 유닛(73)을 도시한다. 이러한 경우, 연결 요소(76)의 단부(77)는 컨택트 유닛 캐리어 또는 컨택트 장치의 몸체의 측벽(미도시)에 부착될 수 있다. 통로 개구부(78)는 연결 요소(76)에 형성되고, 피봇 베어링(75)의 축(79)은 통로 개구부(78) 내로 삽입되고 스크류 결합된다. 베어링 쉘(80) 및 스프링(81)은 축(79) 상에 배치된다. 이러한 경우, 컨택트 요소(74)는 볼트-형상의 컨택트 범프(82)와 서로 스크류 결합되는 레버 암(83)에 의해 두 부분으로 형성된다. 또한, 레버 암(83)은 통로 개구부(84)를 가지며, 레버 암(83)은 통로 개구부(84)에 의해 베어링 쉘(80) 상에 장착된다. 따라서, 볼트-형상의 컨택트 범프(82)는 길이방향 축(85)의 방향으로 피봇 베어링(75) 주위를 피봇 가능하게 된다. 스프링(81)의 스프링 단부(86)는 레버 암(83)과 접촉하거나 부착되고, 다른 스프링 단부(87)는 축(79)의 볼트(88)에 부착된다. 이러한 경우, 레버 암(83)에 작용하여 길이방향 축(85)의 방향으로 작용하는 스프링력은 스프링(81)의 예압에 의해 가해질 수 있다.

Claims (24)

  1. 전기 구동 차량, 특히 전기 버스 또는 이와 유사한 것을 위한 고속 충전 시스템용 컨택트 유닛(24,54,73)으로서, 상기 고속 충전 시스템은 충전 컨택트 장치 및 컨택트 유닛 캐리어를 가지는 컨택트 장치를 포함하고, 상기 컨택트 유닛 캐리어는 상기 컨택트 유닛을 가지고, 상기 충전 컨택트 장치의 충전 컨택트는 컨택트 쌍을 형성하도록 상기 컨택트 유닛에 전기적으로 연결 가능하게 되며, 상기 컨택트 장치 또는 상기 충전 컨택트 장치는 포지셔닝 장치를 포함하며, 상기 컨택트 유닛 캐리어는 전기 전도성 연결이 차량과 고정 충전 스테이션 사이에서 형성되도록 상기 포지셔닝 장치에 의해 상기 충전 컨택트 장치에 대해 위치 가능하게 되며, 상기 컨택트 유닛은 컨택트 요소(25,55,56,74)를 포함하며, 상기 컨택트 유닛은 상기 차량 또는 상기 충전 스테이션에 연결되기 위한 연결 리드(38,70,71)를 가지며,
    상기 컨택트 요소는 상기 컨택트 유닛 캐리어에 대해 피봇 가능하도록 상기 컨택트 유닛의 피봇 베어링(26,57,58,75) 상에 장착되는 것을 특징으로 하는 컨택트 유닛.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 컨택트 요소(25,55,56,74)는 상기 피봇 베어링(26,57,58,75)에 연결된 레버 암(31,68,69,83)에 의해 형성되고, 상기 레버 암(31,68,69,83)은 볼트-형상의 컨택트 범프(32,66,67,82)를 가지고, 상기 볼트-형상의 컨택트 범프는 상기 충전 컨택트와 접촉하기 위한 컨택트 표면(34)를 형성하며, 상기 피봇 베어링 상에 길이방향 축(33,85)의 방향으로 피봇 가능하게 되는 것을 특징으로 하는 컨택트 유닛.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 컨택트 요소(25,55,56,74)는 단일의 부분 또는 복수의 부분으로 형성된 특징으로 하는 컨택트 유닛.
  4. 이전 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 연결 리드(38,70,71)는 상기 컨택트 요소(25,55,56,74)에 직접 부착되는 것을 특징으로 하는 컨택트 유닛.
  5. 이전 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 연결 리드(38,70,71)는 적어도 50mm2, 바람직하게는 95mm2의 도체 단면적을 구비하는 것을 특징으로 하는 컨택트 유닛.
  6. 이전 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 피봇 베어링(26,57,58,75)은 상기 피봇 베어링의 축(40,63,79) 상에 유전체로 만들어진 베어링 부시(44,45,80)를 가지는 것을 특징으로 하는 컨택트 유닛.
  7. 이전 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 컨택트 유닛(24,54,73)의 스프링(46,65,81)은 상기 컨택트 요소(25, 55, 56, 74)에 스프링력을 가하여 상기 컨택트 요소가 충전 컨택트의 방향으로 밀려 들어가는 것을 특징으로 하는 컨택트 유닛.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 스프링(46,65,81)은 상기 피봇 베어링(26,57,58,75)의 축(40,63,79) 상에 장착된 코일형 토션 스프링인 것을 특징으로 하는 컨택트 유닛.
  9. 이전 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 피봇 베어링(26,57,58,75)은 전기 저항 가열 요소(64)를 가지는 것을 특징으로 하는 컨택트 유닛.
  10. 이전 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 컨택트 유닛(24,54,73)은 연결 요소(27,59,76)를 포함하고, 상기 컨택트 요소(25,55,56,74)는 상기 연결 요소에 의해 상기 컨택트 유닛 캐리어 상에서 교체 가능하며, 상기 컨택트 요소는 상기 피봇 베어링(26,57,58,75)을 통해 상기 연결 요소에 연결된 것을 특징으로 하는 컨택트 유닛.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 연결 요소(27,59,76)는 상기 컨택트 유닛 캐리어에 대한 상기 컨택트 요소(25,55,56,74)의 피봇 동작을 제한하는 정지부(52)를 가지는 것을 특징으로 하는 컨택트 유닛.
  12. 제10항 또는 제11항에 있어서,
    상기 연결 요소(27,59,76)는 연결 브릿지(28)를 형성하고, 상기 컨택트 유닛 캐리어의 2개의 평행한 측벽은 상기 연결 브릿지에 의해 연결될 수 있는 것을 특징으로 하는 컨택트 유닛.
  13. 제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 컨택트 유닛(24,54,73)은 상기 컨택트 유닛 캐리어에 대해 피봇 가능하도록 상기 피봇 베어링(26,57,58,75)에 각각 장착된 2개의 컨택트 요소(25, 55, 56, 74)를 가지며, 두 컨택트 요소는 상기 연결 요소(27,59,76)에 장착된 것을 특징으로 하는 컨택트 유닛.
  14. 제10항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 피봇 베어링(26,57,58,75)은 상기 연결 요소(27,59,76)에서 서로에 대해 횡단하게 배치되는 것을 특징으로 하는 컨택트 유닛.
  15. 이전 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 컨택트 유닛(24,54,73)은 750V의 전압에서 500A 내지 1000A, 바람직하게는 800A의 전류가 상기 컨택트 유닛을 통해 전송되는 방식으로 구성된 것을 특징으로 하는 컨택트 유닛.
  16. 이전 청구항 중 어느 한 항에 따른 컨택트 유닛(24,54,73)을 가지는 컨택트 장치.
  17. 이전 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 포지셔닝 장치는 팬터그래프(pantograph) 또는 폴(pole)을 가지며, 이에 의해 상기 컨택트 유닛 캐리어는 상기 충전 컨택트 유닛에 대해 적어도 수직방향으로 위치될 수 있으며, 상기 컨택트 장치는 차량 또는 충전 스테이션 상에서 교체 가능한 것을 특징으로 하는 컨택트 장치.
  18. 제16항 또는 제17항에 있어서,
    적어도 2개의 컨택트 요소(25,55,56,74)는 상기 컨택트 유닛 캐리어의 표면(49)에 대해 상이한 높이로 돌출되고, 상기 표면(49)은 상기 충전 컨택트 유닛을 향하는 것을 특징으로 하는 컨택트 장치.
  19. 제16항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 컨택트 유닛 캐리어는 통로 개구부를 가지는 몸체를 가지는 것을 특징으로 하는 컨택트 장치.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 몸체는 유전체로 만들어진 2개의 평행한 측벽으로 형성되고, 상기 측벽은 연결 브릿지(28)에 의해 서로 연결된 것을 특징으로 하는 컨택트 장치.
  21. 제16항 내지 제20항 중 어느 한 항에 따른 충전 컨택트 장치 및 컨택트 장치를 포함하는 고속 충전 시스템.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 충전 컨택트 장치는 상기 컨택트 유닛 캐리어용 수용 개구부를 형성하고, 상기 컨택트 유닛 캐리어는 상기 충전 컨택트 장치의 상기 수용 개구부 내로 삽입될 수 있는 것을 특징으로 하는 고속 충전 시스템.
  23. 제21항에 있어서,
    상기 컨택트 유닛 캐리어는 상기 충전 컨택트 장치용 수용 개구부를 형성하고, 상기 충전 컨택트 장치는 상기 컨택트 유닛 캐리어의 상기 수용 개구부 내로 삽입될 수 있는 것을 특징으로 하는 고속 충전 시스템.
  24. 제21항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 충전 컨택트 장치 및/또는 상기 포지셔닝 장치의 횡단 가이드는 전기 저항 가열 요소를 가지는 것을 특징으로 하는 고속 충전 시스템.
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