ЗАРЯДНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИ ЗАРЯЖАЕМОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА
CHARGING DEVICE FOR ELECTRIC VEHICLES

Изобретение относится к электрически заряжаемому транспортному средству и стационарной зарядной станции для зарядки транспортного средства, причем как транспортное средство, так и зарядная станция имеет по меньшей мере два электрических контакта, чтобы при взаимном контактировании создать гальваническую связь между транспортным средством и зарядной станцией.
Из уровня техники известны зарядные устройства, включающие в себя электрически заряжаемое транспортное средство и стационарную зарядную станцию для зарядки транспортного средства. В ЕР 2504190 В1 раскрыта зарядная станция, содержащая составной в поперечном направлении паркующегося в заданном парковочном положении транспортного средства контактный рельс с двумя полюсами и соответственно двумя взаимно изолированными электрическими контактами, находящимися на одной общей продольной оси. На транспортном средстве на расстоянии друг от друга расположены два токосъемника с двумя проходящими параллельно друг другу в поперечном направлении транспортного средства электрическими контактами, которые расположены на крыше транспортного средства с возможностью движения в вертикальном направлении к нему. Для зарядки накопителей энергии транспортного средства токосъемник движется к контактному рельсу, и замыкается гальваническая связь.
Для этого токосъемники содержат механизм и соответствующие приводы, что несет с собой дополнительную весовую нагрузку на транспортное средство и приводит к его увеличенному габариту приближения строений.
В основе изобретения лежит задача создания недорогого в изготовлении и эксплуатации зарядного устройства.
Эта задача решается посредством объектов независимых пунктов формулы изобретения. Варианты осуществления изобретения приведены в зависимых пунктах формулы изобретения.
Предложенная зарядная станция для транспортного средства включает в себя по меньшей мере два электрических контакта, чтобы при взаимном контактировании по меньшей мере с двумя ответными электрическими контактами транспортного средства создать электрические соединения между транспортным средством и зарядной станцией. Аналогичным образом предложенное, электрически заряжаемое транспортное средство включает в себя по меньшей мере два электрических контакта, чтобы при взаимном контактировании по меньшей мере с двумя электрическими контактами зарядной станции создать электрические соединения между транспортным средством и зарядной станцией. Каждая контактная пара, состоящая из электрического контакта зарядной станции и ответного электрического контакта транспортного средства, создает, в частности, электрическое соединение. В частности, ответные друг другу электрические контакты соприкасаются, образуя гальваническую связь между зарядной станцией и транспортным средством. В случае соответственно двух ответных друг другу электрических контактов создаются, тем самым, две электропроводящие гальванические связи, через которые электрическая энергия может передаваться с зарядной станции на транспортное средство. Соответственно два ответных друг другу электрических контакта зарядной станции и транспортного средства образуют партнеров гальванической связи.
Кроме того, зарядная станция выполнена, согласно изобретению, таким образом, что ее электрические контакты движутся, по меньшей мере, вертикально, причем их длина меньше ширины транспортного средства и по меньшей мере один электрический контакт зарядной станции расположен так, что он в заданном зарядном положении транспортного средства проходит поперек ответного электрического контакта транспортного средства.
Напротив, электрические контакты транспортного средства расположены неподвижно, причем их длина меньше ширины транспортного средства и по меньшей мере один электрический контакт транспортного средства расположен так, что он в заданном зарядном положении транспортного средства проходит поперек ответного электрического контакта зарядной станции.
Согласно первому варианту осуществления изобретения соответственно по меньшей мере два электрических контакта зарядной станции и транспортного средства расположены соответственно так, что они в заданном зарядном положении транспортного средства проходят поперек своих ответных электрических контактов.
Электрические контакты зарядной станции и/или транспортного средства выполнены предпочтительно соответственно продолговатыми, причем они имеют соответственно заданную и ограниченную длину, которая меньше ширины транспортного средства. Каждый электрический контакт имеет длину и ширину. По отношению к ширине он имеет бóльшую длину. Таким образом, он считается продолговатым. Его длина проходит вдоль продольной оси. Поэтому каждый из выполненных продолговатыми контактов имеет идентифицируемую продольную ось. Следовательно, он выполнен продолговатым вдоль своей продольной оси. Его длина и ширина ограничены заданным размером. Он, в частности, меньше ширины транспортного средства в зоне его электрических контактов. Согласно одному варианту, длина электрического контакта транспортного средства составляет менее 80% его ширины, в частности менее 50%. Согласно другому варианту, длина электрического контакта зарядной станции составляет также менее 80% ширины транспортного средства, в частности менее 50%. Например, все электрические контакты зарядной станции и/или транспортного средства имеют одинаковую длину. В зависимости от ориентации длина может также варьироваться.
В другом варианте каждый электрический контакт имеет контактную поверхность. Ответные друг другу электрические контакты имеют, в частности, ответные друг другу контактные поверхности. Предпочтительно каждая контактная поверхность выполнена плоской. Каждая контактная поверхность расположена в заданной плоскости и имеет длину и ширину.
Чтобы создать гальваническую связь между ответными друг другу электрическими контактами, они соприкасаются. Взаимное контактирование может происходить теоретически в одной точке, например, если электрические контакты выполнены в виде проводов и имеют круглое сечение. Если ответные друг другу электрические контакты располагаются к тому же в двух параллельных друг другу плоскостях, а проекции их продольных осей на третью, также параллельную плоскость пересекаются, то ответные друг другу электрические контакты соприкасаются только в одной точке. Однако технически ответные друг другу электрические контакты соприкасаются плашмя. При этом соответствующие контактные поверхности находятся во взаимном контакте.
Поэтому изобретение исходит ниже также из поверхностного контактирования или более подробно поясняется с помощью плоских контактных поверхностей, не ограничиваясь этим.
Чтобы компенсировать смещение транспортного средства из заданного идеального зарядного положения в направлении его продольной и/или поперечной оси, по меньшей мере один из электрических контактов зарядной станции проходит поперек ответного электрического контакта транспортного средства в его заданном зарядном положении. В частности, все ответные друг другу электрические контакты проходят поперек друг друга. Ответные друг другу электрические контакты транспортного средства и зарядной станции для создания соответствующей гальванической связи расположены в заданном зарядном положении транспортного средства так, что проекции их продольных осей на плоскость проекции пересекаются параллельно продольным осям и соответственно вертикально. Горизонтальная крыша транспортного средства может быть, например, такой плоскостью проекции, которая, в частности, параллельна соответствующим продольным осям электрических контактов.
Согласно другому варианту, по меньшей мере два электрических контакта зарядной станции и/или по меньшей мере два электрических контакта транспортного средства лежат соответственно в одной общей плоскости. Эта общая плоскость проходит, в частности, горизонтально или с небольшим наклоном.
Ответные друг другу контактные поверхности транспортного средства и зарядной станции лежат, в частности, в параллельных друг другу плоскостях, а в одном варианте плоскости ориентированы горизонтально, так что контактные поверхности средства и зарядной станции проходят горизонтально. Таким образом, создается гальваническая связь большой площади между ответными друг другу контактными поверхностями.
Транспортное средство представляет собой электрически эксплуатируемое транспортное средство, в частности транспортное средство с электроприводом. Например, речь идет о транспортном средстве для общественных пассажирских перевозок, например о электробусе. Зарядная станция, напротив, неподвижно соединена с ее окружением. Например, она расположена на остановках маршрутной сети. Гальваническая связь между зарядной станцией и транспортным средством служит, главным образом, для зарядки накопителей энергии транспортного средства.
По меньшей мере два электрических контакта зарядной станции и/или по меньшей мере два электрических контакта транспортного средства могут проходить соответственно по своей длине перпендикулярно или параллельно друг другу.
Согласно одному варианту, контактные поверхности зарядной станции и/или транспортного средства расположены в одной общей плоскости и проходят по своей длине перпендикулярно или параллельно друг другу.
Усовершенствованное транспортное средство и/или усовершенствованная зарядная станция могут включать в себя по четыре электрических контакта, расположенных в одной общей плоскости и по своей длине прямоугольником или крестообразно или параллельно.
Если два электрических контакта проходят по своей длине параллельно друг другу, то их продольные оси проходят также параллельно друг другу. Равным образом их продольные оси пересекаются вертикально, если они проходят по своей длине перпендикулярно друг другу. При этом сами электрические контакты необязательно должны пересекаться. В одном варианте электрические контакты транспортного средства и/или электрические контакты зарядной станции взаимно изолированы. Они, тем самым, свободны от нахлеста.
Четыре расположенных прямоугольником электрических контакта имеют соответственно две параллельные продольные оси, которые перпендикулярны двум продольным осям других электрических контактов, причем продольные оси пересекаются в четырех точках таким образом, что они окружают прямоугольник и образуют его стороны. В частности, электрические контакты расположены таким образом, что они окружают квадрат. Если четыре электрических контакта расположены крестообразно, то совпадают каждые две продольные оси двух электрических контактов, пересекающиеся только в одной точке. Сами электрические контакты, имеющие общую продольную ось, лежат тогда по разные стороны точки пересечения их продольных осей.
Предложенное зарядное устройство включает в себя стационарную зарядную станцию и электрически заряжаемое транспортное средство. В заданном зарядном положении транспортного средства по меньшей мере один электрический контакт транспортного средства и по меньшей мере один ответный ему для создания гальванической связи электрический контакт зарядной станции расположены таким образом, что они проходят поперек друг друга. В частности, все ответные друг другу электрические контакты транспортного средства и зарядной станции для создания электрических соединений в заданном зарядном положении транспортного средства расположены таким образом, что они проходят поперек друг друга.
Предпочтительно четыре электрических контакта транспортного средства расположены прямоугольником, а четыре электрических контакта зарядной станции – крестообразно. Наоборот, четыре электрических контакта транспортного средства могут быть расположены крестообразно, а четыре электрических контакта зарядной станции –прямоугольником.
Таким образом, ответные друг другу контакты или их контактные поверхности для создания гальванической связи расположены с нахлестом даже при смещении транспортного средства из его идеального заданного зарядного положения. Зарядное положение можно назвать также парковочным положением, т.к. транспортное средство заряжается запаркованным.
Посредством четырех электрических контактов можно образовать четыре электрических полюса. Контакты или, по меньшей мере, их контактные поверхности изготовлены из электропроводящего материала, например из меди или графита.
В одном усовершенствовании зарядной станции предусмотрено, что она включает в себя Г-образную конструкцию, посредством которой электрические контакты зарядной станции выполнены с возможностью вертикального движения. Тогда электрические контакты свободно доступны снизу, в частности, на направленном к земле конце Г-образной конструкции. В свою очередь, Г-образная конструкция может содержать неподвижную колонну и консоль или многозвенный рукав, посредством которого можно двигать электрические контакты, по меньшей мере, в вертикальном направлении. В другом варианте контакты могут быть закреплены на тросах, которые позиционируются посредством двух или более управляемых лебедок. Вертикально проходит также вертикальная ось транспортного средства в его заданном зарядном или парковочном положении.
Кроме того, Г-образная конструкция может быть выполнена также таким образом, что электрические контакты движутся в направлении продольной и/или поперечной оси транспортного средства. Однако преимущество изобретения заключается в том, что благодаря форме и расположению электрических контактов или их контактных поверхностей необязательно требуется ориентация электрических контактов или их контактных поверхностей в направлении продольной и/или поперечной оси транспортного средства при его смещении в пределах определенного допуска из его заданного зарядного или парковочного положения в поперечном и/или продольном направлении. Поэтому зарядная станция может изготавливаться и эксплуатироваться просто и недорого.
Согласно другому варианту, предусмотрено, что электрические контакты транспортного средства расположены на его крыше со свободным доступом сверху.
Чтобы зарядить транспортное средство посредством зарядной станции осуществляются следующие этапы:
- движение транспортного средства в заданную зону зарядной станции,
- движение электрических контактов зарядной станции в вертикальном направлении транспортного средства,
- создание гальванического контакта между ответными друг другу электрическими контактами зарядной станции и транспортного средства.
По окончании процесса зарядки разъединяется гальванический контакт между ответными друг другу электрическими контактами зарядной станции и транспортного средства, электрические контакты зарядной станции отходят в вертикальном направлении от транспортного средства, и транспортное средство удаляется из заданной зоны зарядной станции.
Создание гальванических контактов между ответными друг другу электрическими контактами зарядной станции и транспортного средства происходит, в частности, с приложением заданного контактного усилия. Оно действует на контактные поверхности, в частности, вертикально.
Изобретение допускает многочисленные варианты своего осуществления. Оно более подробно поясняется со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых изображен пример его осуществления. Одинаковые элементы обозначены на чертежах одинаковыми ссылочными позициями. На чертежах изображено:
- на фиг. 1 - схематично предложенное зарядное устройство;
- на фиг. 2 - частичный разрез предложенной зарядной станции в контакте с предложенным транспортным средством.
На фиг. 1 схематично изображены зарядная станция 1 сбоку, а транспортное средство 8 спереди.
Транспортное средство 8 представляет собой здесь электробус для общественных пассажирских перевозок, включающий в себя электропривод и накопитель электрической энергии для привода. Накопитель энергии выполнен заряжаемым. Они включают в себя, например, аккумуляторы и/или конденсаторы.
Для зарядки накопителей электрической энергии транспортного средства 8 предусмотрена зарядная станция 1. Помимо автобусов могут заряжаться и могут быть выполнены, согласно изобретению, также другие транспортные средства, например грузовые автомобили или трамваи.
Зарядная станция 1 выполнена здесь Г-образной конструкции и включает в себя неподвижную колонну 2 с консолью 3 в качестве перемещающейся части зарядной станции 1, которая заканчивается над проезжей частью 11. Неподвижная колонна 2 жестко установлена на земле 10. Консолью здесь является подвижный вокруг осей х, у, одно- или многозвенный рукав. Он содержит на своем удаленном от колонны 2 конце соединяемый посредством шарнира 4 пуансон 5 с несколькими электрическими контактами на своей обращенной к транспортному средству 8 торцевой стороне 6, чтобы контактировать с ответными электрическими контактами транспортного средства 8 на обращенной к торцевой стороне 6 пуансона 5 крыше транспортного средства 8. При этом ось х проходит параллельно продольной оси транспортного средства 8, когда оно стоит в заданном идеальном зарядном положении относительно зарядной станции 1. Ось z проходит тогда перпендикулярно проезжей части 11 и, тем самым, – перпендикулярно также оси х. Ось у проходит горизонтально в направлении поперечной оси транспортного средства 8 в заданном зарядном положении.
Электрические контакты зарядной станции 1 подвижны вертикально между верхним исходным Н1 и нижним рабочим Н2 положениями и, тем самым, одной составляющей направления параллельно вертикальной оси транспортного средства 8. Для создания гальванической связи с транспортным средством 8 и для его зарядки они опускаются из верхнего исходного положения Н1 в нижнее рабочее положение Н2. Они движутся к транспортному средству 8 и снова от него. Ответные электрические контакты транспортного средства 8 установлены в заданной зоне 7 на его крыше.
Описанное ниже выполнение ответных друг другу электрических контактов обеспечивает компенсацию парковочного положения транспортного средства 8 в направлениях х и у при небольшой потребности в площади для контактов на его крыше и на зарядной станции 1. Здесь показано, что расстояние 12 от транспортного средства 8 в направлении у до зарядной станции 1 может изменяться в определенных пределах. Таким образом, существует окно в направлениях х и у вокруг заданного идеального парковочного положения транспортного средства 8, в котором транспортное средство 8 может парковаться без ухудшения качества контактирования. Зарядка транспортного средства 8 на зарядной станции 1 происходит при его остановке.
На фиг. 2 схематично изображены форма и расположение электрических контактов 31-34 и 21-24 соответственно зарядной станции 1 и транспортного средства 8. Как уже сказано, зарядная станция 1 содержит по меньшей мере два электрических контакта 31, 32, 33, 34 для создания гальванической связи с транспортным средством 8. Аналогичным образом транспортное средство 8 содержит по меньшей мере два электрических контакта 21, 22, 23, 24 для создания гальванической связи с зарядной станцией 1. В этом примере транспортное средство 8 и зарядная станция 1 содержат по четыре электрических контакта соответственно 21-24 и 31-34, которые выполнены попарно ответными друг другу.
Сами электрические контакты 21-24 и 31-34 могут принимать разные геометрические формы. Здесь они выполнены прямоугольными и изолированы друг от друга. Здесь при виде сверху на крышу транспортного средства видны контактные поверхности электрических контактов. Их длина ограничена и, тем не менее, заметно больше их ширины. Они считаются, тем самым, продолговатыми и имеют продольную ось (для наглядности не показана). Их минимальная длина составляет, в частности, по меньшей мере около 20% ширины транспортного средства 8 в зоне контактных поверхностей электрических контактов 21-24.
Длина контактных поверхностей электрических контактов 21, 23, 31, 33, проходящих в направлении х, определяет, насколько транспортное средство 8 может смещаться в направлении х из заданного парковочного положения без последствий для контактирования при зарядке под зарядной станцией. Аналогичным образом за счет длины контактных поверхностей электрических контактов 22, 24, 32, 34, проходящих в направлении х, определяется, насколько транспортное средство 8 может смещаться в направлении у из заданного парковочного положения без последствий для контактирования при зарядке под зарядной станцией.
Контактные поверхности электрических контактов 21-24 транспортного средства 8 располагаются в горизонтальной плоскости по своей длине прямоугольником и электрически изолированы друг от друга. Они прочно соединены с транспортным средством. Контактные поверхности электрических контактов 31-34 зарядной станции также расположены в горизонтальной плоскости, а по своей длине расположены крестообразно и электрически изолированы друг от друга. Расположение контактных поверхностей электрических контактов 21-24 и 31-34 является взаимозаменяемым, т.е. возможно также обратное расположение. Поскольку контактные поверхности электрических контактов 21-24 и 31-34 расположены соответственно прямоугольником и крестообразно, их продольные оси пересекаются в четырех точках. Поскольку ответные друг другу контактные поверхности электрических контактов 21-24 и 31-34 расположены в параллельных плоскостях, они соприкасаются поверхностно.
Попарно ответные друг другу для создания гальванических связей электрические контакты 21 и 34, 22 и 31, 23 и 22, 24 и 33 в заданном парковочном положении транспортного средства 8 ориентированы перпендикулярно друг другу. Их продольные оси пересекаются при виде сверху. Они соприкасаются не только по меньшей мере в одной точке, а их контактные поверхности здесь перекрываются с нахлестом. Транспортное средство и зарядная станция выполнены соответственно. Электрический контакт 21 образует контактного партнера транспортного средства с электрическим контактом 34 зарядной станции, и наоборот; равным образом электрические контакты 22 и 31, 23 и 22, 24 и 33 образуют контактных партнеров для создания гальванических связей при взаимном контактировании.
При виде сверху ответные друг другу электрические контакты 21 и 34, 22 и 31, 23 и 22, 24 и 33 располагаются крест-накрест, а ответные друг другу контактные поверхности пересекаются по своей длине.
Благодаря изобретению можно минимизировать размер и массу контактного устройства на транспортном средстве и создать его надежный электрический контакт для двух или более, здесь четырех, полюсов между зарядной станцией и транспортным средством, и это без подвижных частей на нем. Вытекающее из этого уменьшение массы транспортного средства приводит к уменьшению расхода топлива и стоимости обслуживания. Нет необходимости оборудовать парк транспортных средств пантографами, а требуется лишь обозримое число зарядных станций. Размеры электрических контактов и их контактных поверхностей можно поддерживать на относительно низком уровне без чрезмерного повышения требований к точности парковки, поскольку обеспечивается большой допуск на парковочное положение.