地下接触系统的制作方法

本发明属于机械工程领域，更具体地，可有利地用于汽车。

背景技术：

1、近年来，在能量密度(具有足够高的能量密度的电池单元，解决“范围问题”)和系统集成度的提高方面，在所有锂基电池技术的开发方面取得了很大进展。因此，对于进一步应用，现在可以获得具有足够高能量密度的电池单元，并且在此基础上也可以获得可靠且安全的电池系统。在这种背景下，市面上纯粹由电池运行的用于城市内和郊区运输车辆以及私人车辆等车辆的数量的迅速增加，是必然结果。

2、实现基于电池的驱动概念的必要条件是通过利用由于操作或使用引起的停顿时间(中断)来获得足够长的时间间隔用于电池储存的充电或再充电。由于该时间间隔通常较短暂，开发进一步应用场景的唯一可能性在于电池储存和相关充电基础设施的快速充电能力的发展。

3、关于电池储存系统功率密度增加的预期发展已经导致充电率上升。充电率(xc)是最大可能充电电流(a)与标称容量(ah)之比的量度。由于充电系统必须为充电过程提供电池系统电压，因此充电速率直接表示电池储存器的充电速度。由于在深度放电和充电结束电压的储存充电状态下电池储存器不能被最大充电电流作用的技术限制，上述说明至少在整个容量的非常宽的范围内是正确的。具有5c充电速率的电池储存系统目前可以作为现有技术已经可以在市面上见到，这意味着它们可以被充电电流作用，其中大部分的总容量可以在12分钟内储存。

4、根据可获得具有足够功率密度的电池储存的现有技术的假设，能量传输中涉及的电力电子器件的技术条件可能构成提供具有所需技术参数的快速充电技术的进一步障碍。

5、目前，正在讨论和在技术上实现用于电池车辆充电的自动化系统的两个物理基本原理：电感(即无线)；能量传输和导电(即基于接触的能量传输)，本文所述的发明参考该基本原理。

6、文献us2015/0306974a1公开了一种用于电动车辆的充电装置，其中，电连接器从地下系统对接到车辆上，同时产生用于在充电过程中热稳定车辆的连接。

7、文献de69711963t2公开了一种用于电动车辆的感应充电系统，其具有可以对接在车辆上的感应充电头。

8、us2009/0079270a1公开了一种感应充电系统，其具有相对于彼此的电感耦合元件的位置确定。

9、jp2015-186310a公开了一种用于车辆的感应式地下充电系统。

10、de102011082092a1公开了一种用于车辆的充电装置中的充电插头的引导装置。

11、jp2006-081310a示出了一种电馈送装置，其具有可相对于插入方向移位和枢转的触点。

12、us2010/0235006a1教导了一种用于具有定位装置的车辆的充电装置。

13、wo2015/112355a1示出了一种用于电插头的机械引导和定中心装置，其连接到充电电缆。

14、de102011077427a1描述了一种具有浮动安装的充电头的感应充电装置。

技术实现思路

1、在现有技术的背景下，本发明的目的是创造一种装置，该装置能够实现从充电站到车辆从而到具有高充电电流的位于车辆中的能量储存器的导电(基于接触)能量传递。在这里，接触系统应该尽可能自动地起作用，而且无需人为干预。

2、本发明涉及一种用于具有至少一个待充电的能量储存器(3)的车辆(1)的的充电接触单元，所述充电接触单元集成在道路表面下方，具有充电接触元件载体头，设计为与车辆下方的接触装置相互作用，通过充电接触元件载体头和接触装置在接触方向上的相对运动来进行接触和接触分离，其中，充电接触元件载体头可在充电接触单元内移动和/或绕接触方向可旋转或枢转，以便补偿在横向于接触方向延伸的一个方向或多个方向上的错误定位。

3、充电接触单元在此应理解为路边单元，即充电装置的固定安装单元，其由待充电的车辆接近以便产生用于传输充电电流的导电触点。充电接触单元通常集成在道路表面下方的竖井中并且连接到电源，例如供电网络。

4、通过对接触元件充电来建立与车辆中的电线的接触，接触元件与车辆侧接触装置的接触元件导电连接。该导电连接可以建立为插入或夹紧接触，然而优选地，在本发明的范围内，也可以通过压力接触产生接触。为此，在接触元件之间建立足够的接触压力。

5、除了用于引导充电电流的接触元件之外，通常还可以提供另外的接触元件，以便满足关于形成用于给车辆能量储存器充电的接触对的法律要求，例如保护接地和一个或多个控制触点。通过接触元件的适当设置，可以指定接触时和断开接触时的特定顺序。

6、本发明的一个优点在于，为了在充电接触单元中产生充电接触而移动和将被驱动的系统的基本部分被设置并且固定地安装在路边，使得车辆侧的相应接触装置可以保持尽可能简单。例如，充电接触元件载体头可以通过充电接触单元中的驱动器朝向车辆的接触装置移动，以使一侧的充电接触单元的接触元件与另一侧的接触装置的接触元件接触。因此，不需要在车辆上提供用于接触装置的部件的驱动器。

7、该充电接触元件载体头可以连接用于热交换的元件，该用于热交换的元件，在充电接触元件载体头与机动车辆的接触装置接触的过程中，与车辆侧热交换元件相互作用，以便能够进行热交换。这种元件可以形成为具有相应连接端口的热交换流体的管线，或者形成为主体形式的导热元件，其可以吸收并且特别是在不移动载体介质的情况下散热。

8、然而，由于通常不能实现车辆的接触装置相对于充电接触单元的精确定位，因此补偿错误定位是有益处的。这是通过充电接触元件载体头可横向于接触方向移动和/或可绕接触方向旋转或枢转来实现的。可以设置充电接触元件载体头的单独驱动器以补偿错误定位并且连接到检测错误定位的传感器组件，其中通过控制装置借助于驱动器补偿错误定位。

9、然而，也可以设计充电接触元件承载和接触装置，使得它们以接触捕获装置的方式相互调节。为此，其中一个部件在至少一个横截面方向上形成，使得横截面朝向另一个元件逐渐变细，而另一个元件至少在相同的横截面方向上形成互补的形状。

10、最简单的情况是其中一个元件(充电接触元件载体头或者接触装置)是圆锥形或以棱锥或圆锥台/棱锥台，而另一个元件具有相应的空心圆锥或与棱锥台互补的容器的形式提供。这种设计将具有互补的形状并且在许多横截面方向上逐渐变细。然而，如果仅在一个横截面方向上实现这种互补形状的设计也可能就足够了。除了锥形或棱锥台形设计之外，在该上下文中逐渐变细的横截面形状还可以表示其中一个部件的圆顶形设计和另一个部件的空心圆顶形设计。

11、这种互补形状设计的效果在于，在错误定位的情况下，在用于进行接触的两个部件相对运动的情况下，其中一个部件，充电接触元件载体头或者接触装置，通过沿着另一部件的引导表面滑动受到调节，在垂直于接触方向的方向上移动或旋转，使得在接触时提供接触元件的部分相对于彼此的优化定位。

12、有利的是，在其中一个部件(充电接触元件载体头或者接触装置)，垂直于接触方向的平移运动的情况下和另一个部件围绕接触方向的可旋转性的意义上提供可移位性。因此，尤其也避免了其中一个部件必须是可移动的和可旋转的。

13、然而，还可以规定，可移位性和可旋转性都设置在其中一个部件中，例如设置在充电接触元件载体头中。

14、本发明的有利实施例在于，充电接触元件载体头可抵抗弹性回复力而旋转或移动。弹性回复力在此可以由弹簧或弹性体元件形式的弹性元件提供，弹性元件一端连接到充电接触元件载体头，另一端连接到充电接触装置的固定部分。

15、本发明的另一有利实施例在于，充电接触元件载体头安装在充电接触元件载体平台或中间平台上，以便可在第一方向上移动，并且充电接触元件载体平台或所述中间平台可沿第二方向可移动地安装在所述充电接触单元内。充电接触元件载体平台或中间平台通常设置在充电接触元件载体头下方，并且有利地可以在接触方向上被驱动。为此，如下面进一步描述的，充电接触单元的升降装置有利地设置在轴内。

16、充电接触单元的另一有利实施例设置为，充电接触元件载体头通过旋转轴承元件安装在充电接触元件载体平台或中间平台上，其中，旋转轴承设置在旋转轴承元件和充电接触元件载体头之间。因此，充电接触元件载体头可同时移动和旋转。因此，不再需要接触装置可在车辆中移动，尽管这可以另外提供。

17、此外还可以设置一个或多个倾斜表面，该倾斜表面设置在充电接触元件载体头上，并且在充电接触元件载体头的垂直向上运动期间，在水平方向上偏转道路覆盖物的一个或多个覆盖元件或覆盖元件载体，使得充电接触元件载体能够从道路表面展开至与接触装置接触的点。

18、在该实施例中，设置了一种道路覆盖物，其在静止位置覆盖载充电接触单元的上方以形成道路的连续部分并且在操作位置中打开充电接触元件载体头上方的开口。为此，一个或多个覆盖元件载体设置有覆盖元件，当充电接触元件载体头展开时，覆盖元件可以水平偏转并且因此可以移位并打开用于充电接触元件载体头的开口。

19、当没有车辆正在充电时，道路覆盖物通常处于关闭并且静止的位置。覆盖它们的道路覆盖物形成了道路平面中的延续的路面，并且道路覆盖物有利地也可以以这样的方式被加压，即其可以被行进的车辆通过。在这种情况下，道路覆盖物包括覆盖元件，该覆盖元件由覆盖元件载体承载并且可以仅通过充电接触承载元件头的推动运动水平地移位到操作位置。覆盖元件还可以包括一个或多个翼片，该翼片仅通过充电接触承载元件头的推动运动可枢转到操作位置。这意味着可以省去对道路覆盖物的单独驱动。因此减少了设计费用和充电接触单元的故障易感性。

20、可选地，还可以设想为道路覆盖物的覆盖元件提供单独的受控驱动，一旦车辆位于充电接触单元上方的所需位置，就可以触发该驱动，使得为充电接触单元和充电接触元件载体头打开的开口被车辆适当地屏蔽，使得在车辆区域中移动的人不会处于危险之中。

21、如果道路覆盖物仅由移动的充电接触元件载体头或在接触过程中移动的充电接触单元的其他部件驱动，则自动确保仅当车辆位于充电接触单元上方时才打开道路覆盖物。无论是通过标记还是通过车辆侧或充电接触单元侧的传感器装置确保车辆位于充电接触单元上方的充电位置，充电接触元件载体头的驱动通常由控制装置启动。这也可以通过在道路表面上设置凹陷或凸起、凹槽、沟槽、肋或脊来支撑，其引导或停止车辆的车轮或者通过使车辆摇动而向车辆的驾驶员发出信号。因此可以确保车辆相对于充电接触单元的良好初始定位。

22、在本发明的有利实施例中，可以另外设置升降装置(升降机构)用于升高充电接触元件载体头，该升降装置被设置并且更具体地被形成为电动、液压或气动。升降装置/升降机构可以在垂直方向上，例如通过电动机和变速器，驱动齿条，其中，充电接触元件载体平台固定在齿条上。

23、本发明的另一有利实施例可以，在操作位置，设置独立于升降装置的保持装置，该保持装置设置在接触装置上用于保持充电接触元件载体头，更具体地，保持装置是磁保护装置的形式。该保持装置可以确保在操作位置中在充电接触元件和接触装置的接触元件之间提供足够的接触压力，以使电接触电阻最小化。这种保持装置可以包含用于将电触点按压在一起的锁和弹性元件。

24、然而，还可以设置磁保持装置，该磁保持装置包括述充电接触元件载体头上的磁保持件或电磁铁，该磁保持件或电磁铁设计成与接触装置上的配对件相互作用，其中，该磁保持件或电磁铁可以在结构上与辅助触点(特别是控制触点)组合。通过从接触装置或从充电接触单元适当控制电磁铁来保持电接触。如果关闭电磁铁，则可以启动接触分离。控制触点尤其可用于检测无故障接触，并将信号传递给控制装置以操作电磁铁。

25、例如，可以设置，用于在充电接触单元和接触装置之间产生电连接的保持力仅由磁保持装置施加。当电磁铁关闭时，这可以使充电接触单元的运动部件恢复到静止位置。因此，例如在充电过程完成时，确保即使在故障的情况下充电接触单元也恢复到静止位置，而不需要充电接触单元的主动参与，例如，在供电网络发生故障的情况下。然后，充电接触元件载体头可以返回到轴中，并且道路覆盖物同样返回到静止位置。

26、还可以有利地设置冲击阻尼装置用于阻尼充电接触元件载体头以及随其移动到操作位置的部件的向下移动。因此，可以防止充电接触单元的部分在返回到静止位置时受到损坏。冲击阻尼装置可包括气动或液压冲击阻尼器和弹性弹簧元件。它通常设置在升降装置的区域中的充电接触元件载体头下方，特别是在充电接触元件承载平台下方。

27、此外可以设置升降装置，该升降装置被设计成，使得其能够使充电接触元件载体头以及随其移动到操作位置的部件的向下移动离开操作位置而无需驱动，其中更具体地，升降装置可以与充电接触元件载体头以及随其移动到操作位置的部件机械地分离。这可以通过升降装置不是自锁的和/或可以与待驱动的部件分离来实现。

28、此外，可以有利地设置接触系统，特别是充电接触单元，该充电接触单元包括传感器装置，传感器装置设计用于检测车辆的接触装置相对于充电接触单元(尤其是相对于充电接触元件载体头)的位置。为此目的，车辆或车辆本身的接触装置可以携带传感器装置可感知的标记，该标记必须位于充电接触单元的参考区域内，以便释放充电接触元件载体头的展开。传感器装置可以光学地、电气地、磁性地形成，或者也可以以红外装置的形式形成。

29、传感器装置也可以设置在车辆上，那么充电接触单元上的标记必须由传感器装置检测。在这种情况下，车辆上的控制装置可以发出相应的信号以释放到充电接触单元。

30、本发明不仅涉及上述类型的充电接触单元，还涉及包括上述类型的充电接触单元和车辆中的接触装置的接触系统，其特征在于，在充电接触元件载体头在横向于接触方向延伸的一个或多个方向上可在充电接触单元内移动情况下，接触装置可绕接触方向旋转或枢转，并且其中，在充电接触元件载体头绕接触方向可旋转或可枢转的情况下，接触装置可在横向于接触方向延伸的一个或多个方向上相对于车辆移动。

31、然而，还可以设置充电接触元件载体头，该充电接触元件载体头可移位并且还可在充电接触单元内的一个或多个方向上旋转。接触装置可以固定在这里，既不可移动也不可旋转，或者也可以是可移动的和/或可旋转的。

32、此外，可以有利地设置接触装置，该接触装置可抵抗弹性回复力而旋转或移位。

33、如上所述，可以另外设置接触装置，该接触装置包括传感器装置，该传感器装置设计成检测充电单元(特别是相对于接触装置的充电接触元件载体头)的位置。

34、本发明还涉及用于接触系统的道路覆盖物，该接触系统具有充电接触单元，充电接触单元包括可垂直驱动的充电接触元件载体头，特别是根据上述说明中的充电接触单元，并且接触系统具有用于电驱动车辆的车辆侧接触装置，每个接触装置具有至少一个待充电的能量储存器，其中，道路覆盖物设置在道路上边缘下方的凹口中，其中，道路覆盖物通过连接框架连接到轴元件，其中，道路覆盖物包括一个或多个覆盖元件，该覆盖元件可逆地、可移动地安装在连接框架上以抵抗弹性回复力，其中，覆盖元件相对于充电接触单元的充电接触元件载体头设置，使得充电接触元件载体头在其垂直向上运动期间使一个或多个覆盖元件从关闭位置偏转，使得充电接触元件载体可以从道路表面展开至与接触装置接触的点。覆盖元件在此可以通过充电接触元件载体头直接偏转，或者覆盖元件载体也可以通过充电接触元件载体头偏转，由此也移除覆盖元件。

35、因此，为了将具有充电接触元件的充电接触元件载体头部署到相对的车辆侧接触装置，仅需要充电接触元件载体头的驱动器，并且自动地提供覆盖元件的开口，而不必为此目的设置独立的驱动器。

36、此外，可以特别地设置道路覆盖物，该道路覆盖物包括一个或者多个覆盖元件载体，覆盖元件载体可逆地、可移动地安装在连接框架上以抵抗弹性回复力，其中，覆盖元件载体承载覆盖元件并且相对于充电接触单元的充电接触元件载体头设置成，使得在充电接触元件载体头垂直向上移动的情况下，在充电接触元件载体头上设置一个或多个倾斜表面在水平方向上使一个或多个覆盖元件载体偏转，因此充电接触元件载体可以从道路表面展开至与接触装置接触的点。

37、覆盖元件载体和覆盖元件有利地可平行地平行于道路表面平移。它们在连接框架内(例如在一个或多个轨道中)被引导。当充电接触元件载体头缩回时，覆盖元件载体通过弹性元件(弹簧元件)自动地移回到闭合位置，其中覆盖元件封闭道路覆盖物中的开口。覆盖元件借助于弹性元件固定地连接到覆盖元件载体，弹性元件允许覆盖元件和覆盖元件载体的有限的相对运动。

38、此外，在一种实施方式中可以设置至少一个滑动或滚动元件，该滑动或滚动元件设置在多个覆盖元件载体中的一个或每个上，并且在充电接触元件载体头垂直向上运动的过程中，在设置在充电接触元件载体头上设置的倾斜表面上滚动或滑动，并且因此结合相应的覆盖元件载体在水平方向上被驱动。

39、另一个可能的实施例可以设置多个滑动或滚动元件，该多个滑动或滚动元件依次设置在多个覆盖元件载体中的一个或每个上，使得充电接触元件载体头垂直向上运动的过程中，元件在设置在充电接触元件载体头上的倾斜表面上同时或相继地滚动或滑动。

40、此外可以设置以可弹性移动的方式连接到覆盖元件载体上覆盖元件，使得覆盖元件在被驱动时可以通过机动车辆的重量在竖直方向上向下压入连接框架中，其中，连接框架形成止动件用于限制覆盖元件在垂直方向上的移动。作为该实施例的结果，在覆盖元件和覆盖元件载体的初始联合垂直运动之后，当道路覆盖物被驱动时的主要力由机械止动件支撑，覆盖元件抵靠该机械止动件以支承在连接框架内部。

41、本发明的各种实施例的优点尤其在于以下事实：

42、·只需要一个单独的致动器来进行接触和道路覆盖物的激活，

43、·定位公差的接触和补偿是通过致动器的纯垂直运动实现的，

44、·定位公差通过接触装置和充电接触单元侧之间的形状配合连接以及升降机构来补偿，该形状配合连接可在一个空间方向上可逆地移动和/

45、或可绕一个旋转轴线可逆地旋转一个大角度(最多约90度)，该升降机构在垂直于第一空间方向(接触方向)的第二空间方向上具有组合的可逆横向和纵向可移动性，

46、·在充电过程中通过激活电磁铁(摩擦接合)施加必要的保持和接触力，

47、从而可以关闭致动器并且系统在重力方向上具有最大的运动自由度；

48、在评估触点闭合时的电流增加之后，关闭提供给致动器的电流，

49、·在充电过程(电磁效应)中的接触闭合可以锁定，该锁定可以被打开和关闭，

50、·要充电的车辆可以从第一空间方向的两个运动方向以正确的极性接近，

51、·通过适当布置接触元件和充电接触元件以形成保护性接地连接(pe)，从与第一空间方向正交的第二空间方向的接近不能导致目标电流释放(在极性不正确的情况下接近防止短路)，

52、·在电气安全领域(ece r100)的现行法律规定的意义上，接触元件和充电接触元件彼此接触，防止直接接触(测试指)，而无需额外的屏障元件，

53、·不需要任何驱动能量(电磁铁的电流供应终止，通过重力实现返回)，

54、则可以使系统返回初始位置(安全装置状态)

55、·充电接触单元在返回其安全装置状态的情况下，会自动导回其起始位置(通过翼片机构定心)

56、·接触装置可以包括对环境影响(特别是污垢)的保护(例如，翼片系统形式的)，其可以具有或不具有单独的功能致动器(电气、气动、液压、磁力、重力以及弹簧力)，

57、·在返回到安全装置状态时由重力加速的系统质量通过液压冲击阻尼器或根据替代操作原理工作的冲击阻尼器来阻尼，

58、·通过集成在道路覆盖物中的电磁铁的方式，可以防止翼片机构意外打开，

59、·道路覆盖物或接触装置可以包含传感器，借助于该传感器可以检查关于遵守可容忍的定位精度的车辆的授权和/或正确位置，

60、·在轴元件和装置中设置有例如暖空气加热系统，以确保轴盖和充电接触单元保持无冰雪，

61、·加热元件(例如以加热条的形式)可以设置在接触装置上，以确保接触元件保持无冰雪，以及

62、·为了增加可传输的充电电流，对于每个形成的接触极，接触装置和充电接触单元中都可以包含多于一个的接触元件，主要为电力传输和保护接地(pe)的接触极。

63、本发明最后还涉及一种具有上述类型的充电接触单元和具有上述类型的道路覆盖物的充电接触装置，其中，可垂直驱动的充电接触元件载体头和道路覆盖物设计成使得充电接触元件载体头在其垂直向上运动期间使道路覆盖物的一个或多个覆盖元件从其闭合位置偏转。在一种实施方式中，充电接触元件载体头可以直接将力施加到覆盖元件上以便移动它们。这也可以通过杆件或其他传输元件来实现。通过充电接触元件载体头的运动，也可以机械地或电动地触发覆盖元件的单独驱动。为此，也可以释放由充电接触元件载体头对覆盖元件的机械锁定，或者可以致动电开关。

64、充电接触元件载体头可以具有一个或多个引导表面，特别是倒角或倾斜表面，其提供道路覆盖物(特别是覆盖元件)的有效表面，以便推开覆盖元件，并且另外设计为用于相对于车辆上的接触装置定向的引导表面。