本發(fā)明涉及一種車輛充電裝置，更具體地涉及一種適用于對電動公共汽車和電動卡車進行充電的車輛充電裝置。

背景技術：

電動車輛現(xiàn)在變得越來越實用，特別是電動公共汽車已經(jīng)開始在世界各地的城市的公共服務路線上使用。與傳統(tǒng)的柴油動力公共汽車相比，電動公共汽車的優(yōu)勢在于能夠減少空氣污染和運行安靜。

電動公共汽車一般分為兩種類型?！按箅姵亍惫财嚲哂写笕萘侩姵兀@種大容量電池可充電數(shù)小時(例如，隔夜)以覆蓋足夠大的范圍從而實現(xiàn)相當長的旅程。另一方面，“快充”公共汽車具有較低容量電池，其被設計為可非?？焖俚剡M行充電，從而為實現(xiàn)較短旅程提供足夠的覆蓋范圍。較小容量電池意味著可以減輕車輛的總體重量，因此車輛的操作將更加高效?？斐湓O計特別適用于提供公共服務的城市公共汽車，其中所涉及的路線長度通常小于大致5到10英里。公共汽車可在路線的一端進行充電，以提供足夠的覆蓋范圍使得該服務公車能夠運行至路線的另一端并返回從而再次進行充電?？斐湓O計中充電所需要的時間較短，并可例如在駕駛員換駕期間進行。

快充公共汽車需要能夠魯棒地、可靠地并且安全地在公共場所使用的充電站。由于公共汽車需要較為頻繁地進行充電，所以在城市或者其他操作區(qū)域中可能需要許多充電站，因此成本是一個特別重要的需要考慮的因素。同樣重要的是，在街景中，充電站在審美方面應該是可以接受的。

本申請人的已授權(quán)專利ep2504190公開了一種快速充電站設計。所公開的快充裝置可提供非常優(yōu)良的與充電站在側(cè)向和前后方向上的對接容差，然而其需要在車輛的頂部安裝體積龐大且笨重的設備。

從經(jīng)濟角度而言，如果電動車輛充電站可以被一隊車輛充分利用，則充電站將更具成本效益。顯然，如果一個充電站一天之中僅在公共汽車到達路線末端的時候使用一次或者兩次，則這樣的充電站并不能產(chǎn)生良好的價值。一些非客運車輛，例如垃圾收集車和一些運載車輛，也適用于快充電氣操作，這是因為它們具有較短的固定路線，如此便可更好地對充電站進行利用，并可實現(xiàn)總體上更為經(jīng)濟的系統(tǒng)。然而，由于這類車輛與公共汽車相比具有更為有限的頂部空間，因此可能難以將必要的充電硬件裝配到這類車輛的頂部。

本發(fā)明的目標之一是提供一種用于電動車輛的充電裝置，這種充電裝置可裝配至具有較小頂部區(qū)域的卡車上且可減少需在車輛上附加的重量和成本，并且這種充電裝置中的充電站的制造成本更低并更易于設計為不同的外觀從而降低其在城市中的視覺影響。本發(fā)明的另一個目標是提供一種具有強化安全性能的車輛充電裝置。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的第一方面提供一種用于車輛的充電裝置，該充電裝置包括：電荷接收連接器，其固定至車輛的頂部，并包括至少三個狹長的電荷接收導體，其中，電荷接收導體的縱向軸線基本沿著同一條線設置；及充電臺架，其包括至少三個充電導體，所述充電導體可在抬高位置和放低位置之間垂直移動，其中，在抬高位置處，當車輛位于充電臺架下方時，所述充電導體離開車輛，而在放低位置處，所述充電導體與位于車輛頂部的電荷接收導體相接觸。

由于上述系統(tǒng)并不依賴于電荷接收連接器上的移動部件而工作，因此，與受電弓和其他移動的電荷接收連接器相比，該系統(tǒng)可降低電荷接收導體的成本并可減少需附加至車輛上的重量。通過將所有的電荷接收導體設置在一條線上，電荷接收連接器具有較小的占地面積從而適于裝配至例如垃圾車和貨車上，同時也適于裝配到公共汽車上。

電荷接收連接器可固定至車輛頂部上方大致固定的高度處。在一些實施例中，電荷接收連接器可垂直移動，但是與充電連接器的移動相比，任何這類垂直移動的程度均較小。優(yōu)選地，任何這種垂直移動的距離小于30cm，最優(yōu)選地小于20cm。

充電臺架上的三個充電導體可彼此基本平行且并排設置。在使用中，車輛的停放方位可使得位于一條線上的電荷接收導體基本上沿著垂直于相互平行的充電導體的方向上延伸。

本發(fā)明還可包括用于覆蓋電荷接收導體的蓋。該蓋可在未對車輛進行充電時防止污垢和天氣損壞電荷接收連接器。同時，該蓋可作為絕緣屏障，用于防止人員接觸到電荷接收導體。雖然電荷接收導體通常安裝在人員難以接觸到的車輛頂部，然而總是存在人員接觸到連接器的可能性，尤其是在道路交通事故中車輛可能翻倒的情況下。該蓋可形成為兩個狹長的部分，該兩部分可分別朝向前述一排電荷接收導體的任一外側(cè)折疊從而打開蓋，或者該兩部分可朝向彼此向內(nèi)折疊從而關閉蓋以保護導體。

電荷接收導體可設置在傾斜的底座上。理想地，每個電荷接收導體均設置在獨立的傾斜底座上。底座可容許相應的電荷接收導體沿著大致垂直于該電荷接收導體的縱向延伸方向進行橫向的傾斜。

傾斜底座可容許電荷接收導體進行傾斜，以便對車輛所停放的地面上的任何不平坦地況或者斜坡進行補償。當充電導體降低至電荷接收導體上時，電荷接收導體可進行傾斜以確保良好的電連接。理想地，每個電荷接收導體可包括基本為平面的導電接觸表面，并且該表面可隨同電荷接收導體的傾斜而傾斜。如此，便可保持充電導體和電荷接收導體之間可能的最大接觸面積，從而確保安全且有效的能量傳遞。

在一些實施例中，充電導體和電荷接收導體均可設置在傾斜底座上，以確保利于充電的可能的最佳接觸。

在一些實施例中，僅有兩個導體(正極和負極“電源”導體)設置在如上所述的傾斜底座上。高質(zhì)量接觸對這兩個導體而言是最為重要的。但是，優(yōu)先地，第三導體(接地)也同樣可為傾斜導體。在一些實施例中，可提供四個導體，包括兩個電源導體、一個接地導體、和一個導頻導體，并且優(yōu)選地，上述四個導體可全部設置在傾斜底座上。同時，在一些實施例中，僅電源導體具有基本為平面的導電接觸表面。導頻和接地觸頭可以是簡單的桿狀導體，其與架空的充電導體之間為單線接觸或者是點接觸。

桿狀導體(或通常情況下具有彎曲接觸表面的導體)的制造成本非常低，并且無論導體圍繞其縱向軸線如何傾斜，均可確保良好的接觸。然而，這是以減小接觸面積為代價的。具有平坦接觸表面的傾斜導體可提供與具有彎曲接觸表面的導體相類似的傾斜容限，同時可提供更大的接觸面積。

優(yōu)選地，傾斜底座可在任一方向上提供多達約15°的傾斜量，而可以預見的是任一方向上小至4°的傾斜量即可提供實用的額外容限。

本發(fā)明可在電荷接收導體的端部設置絕緣間隔體。優(yōu)選地，絕緣間隔體的形狀為三角形。每個三角形間隔體可具有第一側(cè)邊、第二側(cè)邊和第三側(cè)邊，其中，第一側(cè)邊與其相應的電荷接收導體的端部互相平行，且第二側(cè)邊與第一側(cè)邊垂直。每個三角形間隔體的第三側(cè)邊可與相鄰的三角形間隔體的第三側(cè)邊基本平行。換句話說，相鄰的三角形間隔體基本上鑲嵌排列，從而在兩個相鄰的電荷接收導體之間形成一個具有兩部分的矩形間隔體。該配置可有效地防止大碎片墜落在導體之間及下方。依上所述，任何指定的電荷接收導體的任一末端處的三角形間隔體的第三側(cè)邊可基本彼此背離并分別朝向所述一排電荷接收導體的相對側(cè)邊。

三角形間隔體的另一優(yōu)點是可防止充電導體在電荷接收構(gòu)件之間墜下并被卡住，這可導致顯著并且代價昂貴的破壞。

電荷接收連接器可安裝在車輛的頂部，并且電荷接收連接器的縱向軸線可與車輛的末端大致平行地進行設置。換言之，電荷接收連接器可從車輛的一側(cè)橫跨至車輛的另一側(cè)進行安裝。電荷接收連接器具有較小的占地面積，所以僅需少量的空閑頂部安裝空間。因此，該電荷接收導體適用于卡車，同時也適用于公共汽車。前述較小的占地面積即便在公共汽車上也是有利的，因為其將為空調(diào)單元和其他在頂部安裝的設備預留下更多的空間。電動公共汽車通常具有安裝在其頂部的電池，因此可能難以再在頂部安裝受電弓或其它移動的電荷接收連接器設備。本發(fā)明的單橫桿配置實際上可置于車輛頂部的前端和后端之間的任意部位，因此其對于公共汽車本身將產(chǎn)生非常低的視覺影響。

可將電荷接收連接器安裝在各種不同類型車輛上的靈活性意味著相同的充電臺架可用于多種車輛。這可提高對造價昂貴的充電設備的總體利用率，從而使得充電站的安裝成為一個從經(jīng)濟角度考慮更具吸引力的提案。

充電臺架可包括至少三個可垂直移動的充電導體。臺架上的充電導體可為狹長形狀并彼此之間相互平行且并排設置。

優(yōu)先地，本發(fā)明可包括第四充電導體。所述的四個充電導體可包括兩個“電源”導體、一個接地導體和一個導頻導體。

優(yōu)選地，充電臺架可包括剛性支撐結(jié)構(gòu)，該剛性支撐結(jié)構(gòu)具有基本豎直的支柱和基本水平的架空部分。充電導體可通過例如受電弓從而可移動地安裝至架空部分的下側(cè)。所有的移動部件和控制電子器件可容納在架空部分中。這可實現(xiàn)生產(chǎn)具備各種不同設計的豎直支柱部分的靈活性，以便融入不同城市中的街景，因為只要支柱能夠安全地支撐架空部分，即可使用具有任何形狀、設計、或者材料的豎直支柱。架空部分可具有標準設計，并與各種不同的支柱部分連同使用。

優(yōu)選地，充電臺架上的每個充電導體是獨立可移動的，因此充電導體可被放低至不同程度從而確保充電導體和電荷接收導體之間的良好接觸。充電導體可在自身重量所產(chǎn)生的重力作用下向下移動至電荷接收導體上。當需要抬起充電導體時，可通過安裝在臺架的架空部分上的馬達將導體拉回至抬高位置。在一些實施例中，馬達除開控制上升以外還可控制下降，并且特別地，還可提供速度控制從而減小充電導體靠近車輛上的電荷接收導體時的速度。理想地，用于充電導體的驅(qū)動裝置具有失效保護功能，例如，驅(qū)動裝置可加載彈簧，如此在發(fā)生電力丟失或馬達故障的情況下充電導體可自動升高。

優(yōu)選地，在抬高位置處，充電導體在垂直方向上相互偏移開，以使得充電導體可按照iec61851標準以正確的順序與電荷接收導體進行接觸，亦即，接地導體最先進行接觸，然后是正負極電源導體進行接觸，最后是導頻導體進行接觸。

該總體充電裝置可在充電臺架上具有可移動的充電連接器，并在車輛頂部具有緊湊的、位于一條線上的電荷接收連接器，因而其中所涉及的機械復雜性被從車輛轉(zhuǎn)移到充電臺架從而使得該充電裝置具有優(yōu)勢。這可降低車輛的單位成本并實現(xiàn)更高的可靠度，并使得該充電裝置可使用在具有有限頂部空間的車輛上，例如，卡車或者公共汽車上。

本發(fā)明在車輛和充電臺架之間可設置無線通信裝置。特別地，該通信裝置可以是兩步通信系統(tǒng)。車輛上設置的rfid標簽和臺架上設置的rfid讀取器可最開始用于確保車輛和臺架相靠近。在一些實施例中，該rfid系統(tǒng)還可設置授權(quán)機制以確保該車輛被允許使用充電臺架。一些多用戶充電站可能需要對用戶進行識別實現(xiàn)計費的目的。同時，可使用安裝在車輛上已知位置處的rfid標簽作為輔助定位裝置，從而輔助車輛駕駛員將車輛停放在正確的位置處以使得充電臺架能夠與車輛相接合。

該rfid系統(tǒng)可用于“引導”出第二級并具有更高帶寬的連接，例如wifi連接。換言之，rfid標簽可以包含建立wifi連接所需的信息。以這種方式引導出wifi連接可擺脫耗時的查詢附近網(wǎng)絡的過程，并可實現(xiàn)非?？焖俚亟ifi連接。如此，便實現(xiàn)了從車輛靠近充電站開始，到充電過程，直至充電完成及斷開充電器的整個過程中車輛和充電站之間的雙向通信。

本發(fā)明還可使用wifi信號在足夠高精度的基礎上來對接近度進行檢測。在這類實施例中，可使用定向wifi天線并通過控制發(fā)射功率來確保只有當車輛足夠靠近充電器而可進行充電的情況才能建立連接。

若在電荷接收連接器上方設置了蓋，則車輛和臺架之間的通信裝置可用來控制蓋的打開和關閉。該通信裝置還可用來控制充電連接器的降低和升高。特別地，一旦充電導體已經(jīng)安全地抬離車輛，例如，抬起至離地面4.5米以上，則可從臺架發(fā)送終止信號至車輛。該終止信號可準許車輛驅(qū)離充電站。這可通過對駕駛員施以簡單的視覺或者聽覺指示來實現(xiàn)，或者可通過電氣的方式禁止車輛發(fā)動，直至收到終止信號。

本發(fā)明的第二方面提供一種安裝至車輛頂部的電荷接收連接器，該電荷接收連接器包括至少三個狹長的電荷接收導體，其中，電荷接收導體的縱向軸線基本沿著同一條線設置，且電荷接收導體中至少有兩個設置在傾斜底座上。

本發(fā)明第二方面所提供的優(yōu)選的和/或可選的特征在權(quán)利要求27至37中列出。

附圖說明

為更好地理解本發(fā)明并更清楚地揭示如何實現(xiàn)本發(fā)明，現(xiàn)僅以示例的方式參考附圖，在附圖中：

圖1為本發(fā)明所揭示的用于車輛的電荷接收連接器的透視圖，其中蓋處于打開位置；

圖2為圖1所示的電荷接收連接器的另一透視圖，其中蓋處于關閉位置；

圖3為本發(fā)明所揭示的一種車輛充電裝置的透視圖，該車輛充電裝置包括安裝在車輛上的電荷接收連接器以及充電臺架，其中，該充電臺架具有四個位于抬高位置處的充電導體；

圖4為圖3所示的車輛充電裝置的透視圖，其中，充電導體位于放低位置處；

圖5為本發(fā)明所揭示的一種替代性充電連接器的透視圖；

圖6為本發(fā)明所揭示的車輛充電裝置的一種替代性實施例的透視圖。

具體實施方式

首先請參照圖1，圖1中用于車輛的電荷接收連接器總體上以標號10來標示。該電荷接收連接器包括四個電荷接收導體12、14、16和18。這些電荷接收導體具有大致狹長的長方體形狀，每個電荷接收導體均具有一條縱向軸線。這些狹長的電荷接收導體的縱向軸線均設置在同一條線上。

每個電荷接收導體均可具有基本平坦的接觸面12a、14a、16a或18a。每個接觸面基本為矩形。每個電荷接收導體在其接觸面12a、14a、16a或18a相對的一側(cè)分別被固定至樞轉(zhuǎn)安裝件20、22、24或26。每個樞轉(zhuǎn)安裝件包括固定至車輛的一對直立支架，以及固定至電荷接收導體的一對夾持部。該對夾持部在對應接觸面相對的一側(cè)固定至電荷接收導體，其中，每個夾持部設置在導體的一端部附近。夾持部可通過例如螺釘、鉚釘或銷釘而固定到直立支架上，這樣夾持部能夠相對于支架進行樞轉(zhuǎn)，所以充電接收導體12、14、16或18可在車輛上稍微地進行樞轉(zhuǎn)。

在電荷接收導體的相互鄰近的兩端部，亦即，在每個靠里的電荷接收導體14或16的兩端部和每個靠外的電荷接收導體12或18的一端部上，可設置絕緣間隔體28。絕緣間隔體的形狀可為三角形，并具有三條側(cè)邊。第一側(cè)邊可與相關聯(lián)的電荷接收導體的一端部重合，第二側(cè)邊可垂直于第一側(cè)邊，而第三側(cè)邊則與第一側(cè)邊和第二側(cè)邊共同組成所述三角形。絕緣間隔體可使導體間彼此絕緣，同時可防止碎屑掉落在導體之間，并且還可防止充電導體卡陷在電荷接收連接器中。

本發(fā)明可進一步設置包括兩個半部30a和30b的可移動蓋30。該蓋的兩半部基本相同，并且蓋可用以圖1和圖2所示的方式向外打開或向內(nèi)閉合。蓋的每個半部均具有樞轉(zhuǎn)邊緣，該樞轉(zhuǎn)邊緣鉸接到車輛頂部，并且可以通過致動器34向外推動操作臂36從而打開蓋。

現(xiàn)請參考圖3和圖4，其中揭示了安裝到車輛100頂部的電荷接收連接器110的一個替代性實施例。該第二實施例不具有蓋，但其在其它方面實質(zhì)上與第一實施例10相同，特別地，第二實施例同樣包括沿著一條線設置的四個電荷接收導體。

圖中還揭示了與車輛100連同使用的充電臺架150，該充電臺架150包括基本直立的支柱部分152和基本水平的架空部分154。豎直支柱部分僅用于支撐，且在一些實施例中該豎直支柱部分可包括導管或其他特征用以沿著支柱向下進行布線。然而，因為支柱不包括移動部件，所以具有各種不同設計的支柱可與相同的水平架空部分154連同使用。

水平架空部分154支撐四個導體142、144、146和148，每個導體均可在相對應的受電弓142a、144a、146a或148a上獨立移動。導體可在圖3所示的抬高位置和圖4所示的放低位置之間移動。在放低位置，充電導體142、144、146和148可與電荷接收連接器10的接觸表面12a、14a、16a和18a相接觸。由于導體是獨立可移動的，因此可對每個充電導體與其相應的電荷接收導體之間的接觸力進行合理預測?？墒褂民R達對受電弓進行升高和降低操作，并可使用軟件速度控制來降低充電導體與電荷接收導體相遇時的速度和沖擊力。充電時的接觸力在200n和700n之間。

從圖3中可以清楚地觀察到，在抬高位置處，充電導體142、144、146和148在豎直方向上是相互偏移開的。在圖3上部，充電導體142的位置是最低的，并且按照由低到高的順序隨后依次是充電導體144、146和148。在該實施例中，充電導體142為接地連接件，導體144為負極電源連接件，導體146為正極電源連接件，且導體148是用于車輛和充電器之間進行通信的引導觸件，用來控制充電過程。如上所述的在垂直方向上相互偏移開的充電導體可確保導體能按照iec61851標準以正確的順序進行連接。

優(yōu)選地，充電導體142、144、146或148具有大約50mm的接觸寬度。此外，這些充電導體具有從一側(cè)到另一側(cè)進行略微搖擺或傾斜的能力，其方式類似于電荷接收導體12、14、16或18在樞轉(zhuǎn)安裝件上進行搖擺或者傾斜。

充電導體142、144、146和148相互之間的間隔大約為500mm。這可確保充電接收連接器可安裝至大多數(shù)商用車輛上，并且仍可保持375-430mm左右的良好的側(cè)向?qū)尤莶睢Ｃ總€充電導體的長度為1000mm左右，因而還可提供相當良好的前后或者縱向?qū)尤莶睿⒖纱_保電荷接收連接器能安裝至大多數(shù)類型的車輛上。優(yōu)選地，電荷接收連接器將始終位于車輛頂部上的最高點處，實際上只要該電荷接收連接器位于車頂上長約1000mm的充電導體的最高點處，系統(tǒng)即可有效工作。因此，該電荷接收連接器也可裝配至例如垃圾車上，即使在垃圾收集和/或壓實設備延伸至電荷接收連接器的高度之上的情況下亦可如此。

現(xiàn)請參考圖5，圖中揭示了充電導體142’、144’、146’和148’的一種替代性裝置。在該替代裝置中，充電導體142’、144’、146’和148’并不在受電弓上移動，而是各自安裝到加載有彈簧的樞轉(zhuǎn)框架142a’、144a’、146a’和148a’上，而這些樞轉(zhuǎn)框架則進一步安裝到樞轉(zhuǎn)臂160、162上。這種裝置的優(yōu)點在于其折疊時的垂直高度非常小。

在適用于多種類型車輛的一典型實施例中，充電導體可降低至道路上方4.3米和3.0米之間的任意高度。隨著導體升高，導體離地面的高度可大于4.5米。

現(xiàn)請參考圖6，圖中揭示了充電裝置的一個替代性實施例，該實施例總體上以標號200標示。在該裝置中提供了四個電荷接收導體202、204、206和208，其中在任一可移動臂210或212的兩側(cè)均設置有兩個電荷接收導體。雖然該裝置中電荷接收導體可以明顯移動，但是通過將電荷接收導體設置在同一條線上仍可提供相當緊湊的電荷接收連接器，而無需占用車輛上的額外頂部空間。充電導體214、216、218和220可彼此平行地設置在充電臺架224的水平部分222上，該水平部分可相對于基本豎直的支柱226在豎直方向上移動。

以上所描述的充電裝置可實現(xiàn)附加至車輛的成本更低，占地面積更小，以及重量更輕。由于電荷接收連接器沒有或僅包含非常有限的機械運動部件，因此可降低故障概率。電荷接收連接器可以裝配至許多類型的車輛上，包括具有有限頂部空間的車輛。充電臺架的豎直支柱可以整合入各種不同的設計，以更好地與特定安裝地點的街景相融合，并且充電導體的相對較低的移動質(zhì)量可增強對充電臺架進行安裝和維修時的安全性。電荷接收連接器上的傾斜導體可提高車載受電弓對不平坦或傾斜的道路表面的容忍度，并且不會產(chǎn)生增加成本、重量和故障可能性的缺點。

以上所提供的本發(fā)明實施例僅以示例的方式進行描述，并且在不脫離所附權(quán)利要求所限定的本發(fā)明范疇的前提下，對本發(fā)明所作出的各種改變和修改對于本領域技術人員將是顯而易見的。