ЗАРЯДКА ДОРОЖНЫХ АВТОМОБИЛЕЙ С ПРИВОДОМ ОТ АККУМУЛЯТОРА Российский патент 2017 года по МПК B60L11/18 

Данное изобретение относится к способу зарядки для дорожных автомобилей с приводом от аккумулятора.

Кроме того, данное изобретение относится к дорожному автомобилю с приводом от аккумулятора и к зарядной станции для такого дорожного автомобиля.

Дополнительно к этому, данное изобретение относится к транспортной системе, состоящей из множества дорожных автомобилей с приводом от аккумулятора и множества зарядных станций.

Понятие «с приводом от аккумулятора» уже известно для трамваев и троллейбусов. В трамваях и троллейбусах под понятием «с приводом от аккумулятора» понимается, что в случае выхода из строя электроснабжения, которое, как правило, осуществляется через воздушный контактный провод, при значительно ограниченных условиях и на очень коротких участках возможен в течение короткого времени аварийный режим, с целью, например, медленного выезда транспортного средства из зоны перекрестка. Однако в рамках данного изобретения понятие «с приводом от аккумулятора» понимается в другом смысле. Скорее понимается, что хотя дорожный автомобиль время от времени должен дозаряжать свой электрический накопитель энергии, как правило, аккумулятор, однако в остальном в полном объеме является способным к работе, хотя электрический привод дорожного автомобиля во время нормального режима работы питается исключительно из электрического накопителя энергии.

В городах все больше и больше существует необходимость уменьшения выброса углекислого газа. Поэтому предпринимаются попытки реализации общественного пассажирского сообщения и частично также перевозки небольших грузов во внутренней зоне городов с помощью дорожных автомобилей, которые является чисто электрическими или по меньшей мере снабжены гибридными приводами, при которых возможно также движение чисто с приводом от аккумулятора.

Емкость аккумуляторов и других накопителей электрической энергии, по меньшей мере в настоящее время, еще не достаточна для накопления количества энергии, которое необходимо для работы соответствующих автомобилей круглосуточно, т.е. в течение суток (или по меньшей мере нескольких часов подряд), и для зарядки снова накопителей электрической энергии лишь с большими интервалами времени, например в течение ночи. Поэтому требуется в течение дня несколько раз подзаряжать накопитель электрической энергии. Для этого требуется иметь в достаточно большом количестве мест во внутригородской зоне зарядные станции для таких дорожных автомобилей.

Кроме того, для процесса зарядки имеются различные краевые условия. Так, например, процесс зарядки должен быть возможно более коротким. По этой причине требуется большая зарядная мощность. Требуемая зарядная мощность часто составляет свыше 100 кВт, частично даже значительно выше 100 кВт. Кроме того, на водителя автомобиля предпочтительно не должно возлагаться обращение с кабельными штекерными соединениями и т.п. С одной стороны, например, соответствующие кабели и штекеры на основании требуемых высоких напряжений, токов и мощностей являются относительно тяжелыми и громоздкими. С другой стороны, прохожие в зоне дорожного автомобиля не должны подвергаться опасности, и для них по возможности не должны создаваться препятствия. Другой аспект состоит в том, что общий вес дорожного автомобиля является критичным фактором. Поэтому лежащий в основе процесса зарядки принцип действия необходимо выбирать так, что на дорожном автомобиле устанавливается возможно меньше дополнительных компонентов.

Известна система, в которой имеются зарядные станции, в которых в дорожный автомобиль подается электрическая энергия с помощью индуктивной передачи мощности. Однако эта система связана с опасностью паразитного излучения. За счет создаваемых электромагнитных полей не исключен вызванный длительным облучением вред для людей. Кроме того, в этой системе требуются тяжелые компоненты на дорожном автомобиле. В Статье «Австрия под током», опубликованной в «Pictures of the Future», весна 2013, страницы 106 и 107, приведено описание установленной в Вене (Австрия) системы, в которой аккумулятор дорожного автомобиля заряжается через воздушный контактный провод уже имеющейся трамвайной сети. В этом случае дорожный автомобиль имеет преобразователь постоянного тока, с помощью которого напряжение воздушного контактного провода преобразуется в напряжение дорожного автомобиля. Эта система также требует относительно тяжелых компонентов на дорожном автомобиле. Например, уже при мощности лишь 60 кВт преобразователь постоянного тока имеет массу примерно 230 кг. Кроме того, эта концепция реализуема лишь когда уже имеется трамвайная сеть.

С недавнего времени в Женеве находится в испытательном режиме система, в которой реализован способ зарядки для дорожного автомобиля с приводом от аккумулятора, при этом

- дорожный автомобиль заезжает в зарядную станцию,

- расположенное в дорожном автомобиле управляющее устройство подводит расположенную на верхней стороне дорожного автомобиля контактную систему вверх к доступным снизу контактным элементам,

- зарядный ток через контактные элементы зарядной станции и контактную систему дорожного автомобиля подается в аккумулятор дорожного автомобиля.

Задача данного изобретения состоит в создании возможностей, с помощью которых простым образом могут выполняться краевые условия процесса зарядки.

Задача решена с помощью способа зарядки с признаками пункта 1 формулы изобретения. Предпочтительные варианты выполнения способа зарядки, согласно изобретению, являются предметом зависимых пунктов 2-9 формулы изобретения.

Согласно изобретению, способ зарядки имеет признаки,

- что дорожный автомобиль заезжает в зарядную станцию,

- что под управлением расположенного на дорожном автомобиле управляющего устройства расположенные на верхней стороне дорожного автомобиля и расположенные над дорожным автомобилем контактные элементы приводятся в контакт друг с другом,

- что управляющее устройство дорожного автомобиля передает без проводов в расположенное в зарядной станции управляющее устройство команду на включение,

- что управляющее устройство зарядной станции на основании команды на включение подает на контактные элементы напряжение, так что зарядный ток подается из сети переменного тока через контактные элементы зарядной станции, контактную систему дорожного автомобиля и зарядный выпрямитель переменного тока в накопитель электрической энергии дорожного автомобиля, и

- что выпрямитель переменного тока в зависимости от задаваемых управляющим устройством дорожного автомобиля номинальных значений устанавливает отдаваемые выпрямителем переменного тока выходное напряжение и/или зарядный ток.

За счет этого выполнения достигается прежде всего, что почти исключаются опасность или препятствия для прохожих, поскольку контактные элементы зарядной станции могут быть расположены на высоте, которая лежит значительно выше конструктивной высоты дорожного автомобиля. В частности, контактные элементы могут быть расположены на высоте, которая является обычной для систем воздушного контактного провода, т.е. обычно примерно 4-5 м над высотой дорожного покрытия. Дополнительно к этому, на основании передачи зарядного тока по проводам не генерируются высокочастотные электромагнитные поля, так что эта возможность создания помех и опасностей также исключается. Кроме того, на основании передачи зарядного тока по проводам простым образом обеспечивается возможность реализации высокого зарядного тока и высокой зарядной мощности. Расположенная на дорожном автомобиле контактная система может быть выполнена так, как это широко известно для токосъемников трамваев, электропоездов и т.п. В частности, контактная система может полностью автоматически или полуавтоматически подниматься (т.е. подводиться снизу к контактным элементам зарядной станции) или опускаться (т.е. удаляться от контактных элементов зарядной станции). Возможен также обратный порядок действий, т.е. что контактная система дорожного автомобиля является неподвижной относительно дорожного автомобиля, так что для приведения в контакт могут перемещаться контактные элементы зарядной станции. Возможны также смешанные варианты выполнения. Например, контактная система дорожного автомобиля может перемещаться в вертикальном направлении, однако горизонтальное выравнивающее перемещение для точного позиционирования, если требуется, может осуществляться на стороне зарядной станции. В полностью автоматическом режиме вообще не требуются действия водителя автомобиля, в полуавтоматическом режиме, например, - лишь нажатие на кнопку или другое сравнимое действие управления водителя автомобиля. Кроме того, не требуется, за исключением относительно небольшого и легкого управляющего устройства дорожного автомобиля и, возможно, пары контакторов, предусмотрения на дорожном автомобиле заслуживающего упоминания количества дополнительных компонентов.

Возможно, что в зарядной станции расположен зарядный выпрямитель переменного тока. В этом случае управляющее устройство дорожного автомобиля передает без проводов в управляющее устройство зарядной станции заданные номинальные значения. Управляющее устройство зарядной станции в этом случае управляет зарядным выпрямителем переменного тока.

Зарядный ток предпочтительно проходит через контактные элементы и контактную систему как от зарядной станции к дорожному автомобилю, так и от дорожного автомобиля к зарядной станции. Поэтому шина заземления или аналогичное расположенное на стороне дороги приспособление не требуется. Однако контактная система дорожного автомобиля предпочтительно взаимодействует с контактными элементами зарядной станции так, что во время процесса зарядки дорожный автомобиль заземляется, соответственно, соединяется с защитным потенциалом. Например, для этого может иметься собственный контакт зарядной станции, который взаимодействует с соответствующим контактом контактной системы.

В качестве альтернативного решения возможно, что зарядный выпрямитель переменного тока расположен в дорожном автомобиле. В этом случае управляющее устройство дорожного автомобиля управляет зарядным выпрямителем переменного тока.

Дорожный автомобиль имеет, естественно, по меньшей мере одну электрическую машину. Электрическая машина в режиме движения дорожного автомобиля обычно питается с помощью тягового выпрямителя переменного тока дорожного автомобиля из накопителя электрической энергии дорожного автомобиля. В противоположность этому, в режиме зарядки дорожного автомобиля тяговый выпрямитель переменного тока предпочтительно применяется в качестве зарядного выпрямителя переменного тока. За счет этого можно использовать и без того имеющийся компонент, а именно, тяговый выпрямитель переменного тока. Самостоятельный тяжелый зарядный выпрямитель переменного тока не требуется. В самом неблагоприятном случае требуется выполнение тягового выпрямителя переменного тока несколько большим. Однако это не приводит к заметному увеличению ни веса, ни конструктивного объема.

Для зарядного режима зарядного выпрямителя переменного тока требуется, как правило, рабочая индуктивность. Предпочтительно, в режиме зарядки применяется по меньшей мере одна обмотка электрической машины в качестве рабочей индуктивности зарядного выпрямителя переменного тока. За счет этого может быть сэкономлена также рабочая индуктивность. По меньшей мере можно выполнять требуемый дроссель с меньшими размерами.

Сеть переменного напряжения обычно является сетью трехфазного тока с несколькими фазами, в частности, по меньшей мере с тремя фазами. Предпочтительно, в случае, когда зарядный выпрямитель переменного тока расположен на дорожном автомобиле, для каждой фазы имеется соответствующий собственный контактный элемент. В соответствии с этим, контактная система дорожного автомобиля имеет для каждой фазы собственный контакт.

Другие особые варианты выполнения зарядной станции хотя и возможны, однако не требуются. В частности, не требуется снабжение зарядной станции электрической энергией из отдельной сети электроснабжения. Зарядная станция может снабжаться электрической энергией из общей сети электроснабжения.

Предпочтительно, с помощью расположенного в зарядной станции трансформатора осуществляется разделение потенциала контактных элементов зарядной станции от сети электроснабжения зарядной станции.

Кроме того, задача изобретения решена с помощью дорожного автомобиля с приводом от аккумулятора с признаками пункта 10 формулы изобретения. Предпочтительные варианты выполнения дорожного автомобиля с приводом от аккумулятора являются предметом пунктов 11-16 формулы изобретения.

Согласно изобретению, создан дорожный автомобиль с приводом от аккумулятора,

- при этом дорожный автомобиль имеет накопитель электрической энергии,

- при этом на верхней стороне дорожного автомобиля расположена контактная система, которая под управлением расположенного на дорожном автомобиле управляющего устройства приводится в контакт с расположенными над дорожным автомобилем контактными элементами зарядной станции для дорожного автомобиля с приводом от аккумулятора,

- при этом управляющее устройство дорожного автомобиля передает без проводов команду на включение в расположенное в зарядной станции управляющее устройство, на основании которой управляющее устройство зарядной станции подает напряжение на контактные элементы и подает зарядный ток из сети переменного напряжения через контактные элементы зарядной станции, контактную систему дорожного автомобиля и зарядный выпрямитель переменного тока в накопитель электрической энергии дорожного автомобиля,

- при этом с помощью управляющего устройства дорожного автомобиля задаются номинальные значения,

- при этом зарядный выпрямитель переменного тока в зависимости от заданных номинальных значений устанавливает отдаваемое зарядным выпрямителем переменного тока выходное напряжение и/или зарядный ток.

Предпочтительные варианты выполнения дорожного автомобиля с приводом от аккумулятора по существу соответствуют вариантам выполнения способа зарядки.

Кроме того, задача изобретения решена с помощью зарядной станции для дорожного автомобиля с приводом от аккумулятора с признаками пункта 17 формулы изобретения. Предпочтительные варианты выполнения зарядной станции, согласно изобретению, являются предметом зависимых пунктов 18-24 формулы изобретения.

Согласно изобретению, предлагается зарядная станция для дорожного автомобиля с приводом от аккумулятора,

- при этом зарядная станция имеет контактные элементы, которые под управлением расположенного на дорожном автомобиле управляющего устройства приводятся в контакт с расположенной на верхней стороне дорожного автомобиля на дорожном автомобиле контактной системой,

- при этом расположенное в зарядной станции управляющее устройство принимает без проводов от управляющего устройства дорожного автомобиля команду на включение,

- при этом управляющее устройство зарядной станции на основании команды на включение подает напряжение на контактные элементы, так что зарядный ток из сети переменного напряжения подается через контактные элементы зарядной станции и контактную систему дорожного автомобиля в накопитель электрической энергии дорожного автомобиля.

Предпочтительные варианты выполнения зарядной станции соответствуют по существу вариантам выполнения способа зарядки. Однако дополнительно к этому возможны также другие предпочтительные варианты выполнения.

Так, например, в частности, возможно, что контактные элементы выполнены в виде удлиненных, проходящих параллельно друг другу контактных элементов. Таким образом, контактные элементы могут быть выполнены аналогично воздушному контактному проводу электрического трамвая. Это выполнение в случае, когда контактные элементы расположены рядом друг с другом или друг над другом, обеспечивает то преимущество, что можно одновременно заряжать накопители электрической энергии нескольких дорожных автомобилей с помощью одних и тех же контактных элементов. Кроме того, это выполнение обеспечивает то преимущество, что необходимо выполнять лишь позиционирование дорожного автомобиля поперек контактным элементам. В направлении прохождения контактных элементов позиционирование дорожного автомобиля является относительно не критичным.

Кроме того, возможно, что зарядная станция имеет крышу, с помощью которой контактные элементы помещаются по крышу. За счет этого контактные элементы в значительной степени защищены, например, от снега и дождя.

Кроме того, задача изобретения решена с помощью транспортной системы, состоящей из множества дорожных автомобилей с приводом от аккумулятора, согласно изобретению, и множества зарядных станций, согласно изобретению.

Указанные выше свойства, признаки и преимущества данного изобретения, а также пути их достижения, становятся яснее и более понятными в связи с приведенным ниже описанием примеров выполнения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых схематично изображено:

фиг. 1 – транспортная система;

фиг. 2 и 3 – блок-схемы зарядной станции и дорожного автомобиля;

фиг. 4 - зарядная станция и дорожный автомобиль, согласно фиг. 2, на виде спереди;

фиг. 5 - зарядная станция и дорожный автомобиль, согласно фиг. 2, на виде сбоку;

фиг. 6 - зарядная станция и дорожный автомобиль, согласно фиг. 3, на виде спереди;

фиг. 7 - зарядная станция и дорожный автомобиль, согласно фиг. 3, на виде сбоку;

фиг. 8 – модификация зарядной станции, согласно фиг. 2; и

фиг. 9 – модификация зарядной станции, согласно фиг. 3.

Как показано на фиг. 1, транспортная система состоит из множества дорожных автомобилей 1 и множества зарядных станций 2. Как количество дорожных автомобилей 1, так и количество зарядных станций 2 может быть в принципе произвольным. Кроме того, оба множества зависят друг от друга. Возможно, что к системе относится лишь один единственный дорожный автомобиль 1, несколько дорожных автомобилей 1 или множество дорожных автомобилей 1. Аналогичным образом, также количество зарядных станций 2 может изменяться. Дорожные автомобили 1 являются предпочтительно транспортными средствами для перевозки грузов и пассажиров, например, грузовыми автомобилями, автомобилями для перевозки товаров, автобусами и т.п.

Ниже приводятся пояснение со ссылками на другие фигуры лишь одного отдельного дорожного автомобиля 1 и, соответственно, лишь одной отдельной зарядной станции 2. Однако приведенное справедливо также для других, не поясняемых подробно дорожных автомобилей 1 и зарядных станций 2.

Дорожный автомобиль 1 имеет привод от аккумулятора. Поэтому он имеет, как показано на фиг. 2 и 3, по меньшей мере одну электрическую машину 3, которая в режиме движения дорожного автомобиля 1 воздействует на приводную ось 4 дорожного автомобиля 1. Электрическая машина 3 имеет по меньшей мере в статоре обмотку W. Обмотка W выполнена, как правило, многофазной, например, трехфазной. Электрическая машина 3 в режиме движения дорожного автомобиля 1 питается с помощью тягового выпрямителя 5 переменного тока из накопителя 6 электрической энергии дорожного автомобиля 1. Кроме того, часто имеются другие электрические устройства 7, такие как, например, вспомогательные приводы, освещение и т.п. Другие электрические устройства 7 имеют в рамках изобретения второстепенное значение и поэтому не поясняются подробно.

Накопитель 6 электрической энергии может быть в принципе выполнен произвольно, например, в виде свинцового аккумулятора, в виде ионно-литиевого накопителя, в виде металлогидридного литиевого накопителя и т.п. Возможно также выполнение на основе накопления емкостного заряда. Однако независимо от своего конкретного выполнения, накопитель 6 электрической энергии имеет ограниченную емкость. Поэтому его необходимо время от времени заряжать. Для зарядки накопителя 6 электрической энергии, дорожный автомобиль 1 заезжает в зарядную станцию 2. На фиг. 2-7 показаны дорожный автомобиль 1 и соответствующая зарядная станция 2. Последующие выкладки относятся всегда, если не указано иначе, к этому состоянию, в котором дорожный автомобиль 1 находится в соответствующей зарядной станции 2.

Как показано на фиг. 2 и 3, для зарядки накопителя 6 электрической энергии осуществляется следующее:

При приближении дорожного автомобиля 1 к зарядной станции 2 или после (правильного) позиционирования дорожного автомобиля 1 в зарядной станции 2, управляющее устройство 8 дорожного автомобиля 1 передает в управляющее устройство 9 зарядной станции 2 команду S на включение. Управляющее устройство 9 зарядной станции 2 расположено в зарядной станции 2. Оно принимает команду S на включение. Передача из управляющего устройства 8 дорожного автомобиля 1 в управляющее устройство 9 зарядной станции 2 осуществляется без проводов, например, по радио. Беспроводная связь между обоими управляющими устройствами 8, 9 относится также к другим обмениваемым между управляющими устройствами 8, 9 информациям.

На основании команды S на включение, управляющее устройство 9 зарядной станции 2 подает напряжение на контактные элементы 10 зарядной станции 2. Например, управляющее устройство 9 зарядной станции 2 может для этого соответствующим образом управлять контактором S1. После (правильного) позиционирования дорожного автомобиля 1 в зарядной станции 2, под управлением управляющего устройства 8 дорожного автомобиля 1 приводятся в контакт друг с другом контактные элементы 10 зарядной станции 2 и контактная система 11 дорожного автомобиля 1. Контактные элементы 10 расположены над дорожным автомобилем 1. Контактная система 11 расположена на верхней стороне 12 дорожного автомобиля 1 на дорожном автомобиле 1. На основании управления с помощью управляющего устройства 8 дорожного автомобиля 1 можно, например, подводить контактную систему 11, как показано на фиг. 2 и 3 соответствующей стрелкой, вверх к контактным элементам 10. Контактные элементы 10 в этом случае доступны снизу. Однако возможны также другие варианты выполнения. Например, контактные элементы 10 можно опускать вниз на контактную систему 11, с или без позиционирования в горизонтальном направлении.

На основании того, что контактные элементы 10 находятся под напряжением, и контактная система 11 и контактные элементы 10 приводятся в контакт друг с другом, зарядный ток I подается из сети 13 переменного напряжения через контактные элементы 10 зарядной станции, контактную систему 11 дорожного автомобиля 1 и зарядный выпрямитель 14 переменного тока в накопитель 6 электрической энергии дорожного автомобиля 1. За счет этого накопитель 6 электрической энергии заряжается. Зарядный выпрямитель 14 переменного тока устанавливает отдаваемое зарядным выпрямителем 14 переменного тока выходное напряжение U и/или зарядный ток I в зависимости от номинальных значений U* и/или I*. Номинальные значения U* и/или I* задаются управляющим устройством 8 дорожного автомобиля 1. Управляющее устройство 8 содержит для этого, т.е. для рационального задания номинальных значений U* и/или I*, среди прочего систему управления зарядкой накопителя 6 электрической энергии.

Зарядка накопителя 6 электрической энергии происходит в режиме зарядки дорожного автомобиля 1. Переключение между режимом движения и режимом зарядки может быть принудительно связано с подниманием и опусканием контактной системы 11 (соответственно, в целом с приведением в контакт друг с другом контактных элементов 10 и контактной системы 11, соответственно, с их разделением). Режим зарядки и режим движения дорожного автомобиля 1 могут быть блокированы относительно друг друга. В этом случае переключение с режима движения в режим зарядки и наоборот может происходить лишь при стоящем дорожном автомобиле 1. В качестве альтернативного решения, режим движения возможен также во время нахождения контактных элементов 10 и контактной системы 11 в контакте друг с другом. В этом случае дорожный автомобиль 1 может двигаться также во время процесса зарядки.

Возможно, что через контактные элементы 10 и контактную систему 11 проходит постоянный ток. Этот случай показан на фиг. 2, 4 и 5 и поясняется ниже со ссылками на эти фигуры. В качестве альтернативного решения возможно также, что через контактные элементы 10 и контактную систему 11 проходит переменный ток. Этот случай показан на фиг. 3, 6 и 7 и поясняется со ссылками на эти фигуры.

В показанном на фиг. 2, 4 и 5 варианте выполнения зарядный выпрямитель 14 переменного тока расположен в зарядной станции 2. В этом случае управляющее устройство 8 дорожного автомобиля 1 передает задаваемые им номинальные значения U*, I* сначала в управляющее устройство 9 зарядной станции 2. Управляющее устройство 9 зарядной станции 2 принимает номинальные значения U*, I*, и затем управляет зарядным выпрямителем 14 переменного тока. Если на стороне зарядной станции 2 измеряются выходное напряжение U и/или зарядный ток I, то управляющее устройство 9 зарядной станции 2 предпочтительно передает дополнительно измеряемые значения U, I в управляющее устройство 8 дорожного автомобиля 1. Предпочтительно, в рамках варианта выполнения, согласно фиг. 2, 4 и 5, ток I зарядки проходит через контактные элементы 10 и контактную систему 11 как от зарядной станции 2 к дорожному автомобилю 1, так и от дорожного автомобиля 1 к зарядной станции 2. В частности, зарядная станция 2 имеет тем самым для обоих направлений тока соответствующий по меньшей мере один собственный контактный элемент 10. Также контактная система 11 имеет для обоих направлений тока соответствующий по меньшей мере один собственный контакт 15. Предпочтительно, имеется дополнительно защитный контактный элемент 10', который соединен с защитным контактом 15' контактной системы 11. Через защитный контакт 10' и защитный контакт 15' дорожный автомобиль 1 соединен с защитным потенциалом, как правило, с землей.

В варианте выполнения, согласно фиг. 2, зарядный выпрямитель 14 переменного тока работает сначала с зарядным током I, равным 0. Поэтому выходное напряжение U зарядного выпрямителя 14 переменного тока равно в этот момент времени предпочтительно также 0. Лишь после контактирования контактной системы 11 и контактных элементов 10 управляющее устройство 8 дорожного автомобиля 1 передает в управляющее устройство 9 зарядной станции 2 отличное от 0 номинальное значение I* для зарядного тока I.

В варианте выполнения, согласно фиг. 3, 6 и 7, зарядный выпрямитель 14 переменного тока расположен в дорожном автомобиле 1. В этом случае управляющее устройство 8 дорожного автомобиля 1 непосредственно управляет зарядным выпрямителем 14 переменного тока. Теоретически возможно предусмотрение дополнительно к тяговому выпрямителю 5 переменного тока собственного зарядного выпрямителя 14 переменного тока. Однако предпочтительно, как показано на фиг. 3, применять в режиме зарядки дорожного автомобиля 1 тяговый выпрямитель 5 переменного тока, чем зарядный выпрямитель 14 переменного тока. Таким образом, в режиме зарядки контактная система 11 электрически соединяется с тяговым выпрямителем 5 переменного тока. Например, для этого на дорожном автомобиле 1 могут быть расположены контакторы S2 и S3. Контактор S2 замыкается управляющим устройством 8 дорожного автомобиля 1 в режиме зарядки, а в остальном, в частности, в режиме движения, разомкнут. Контактор S3 управляется управляющим устройство 8 дорожного автомобиля 1 в противофазе к контактору S2.

Для режима зарядки часто требуется рабочая индуктивность. Например, как показано на фиг. 3, можно применять обмотку W электрической машины 3 в качестве рабочей индуктивности зарядного выпрямителя 14 переменного тока. В частности, для этой цели могут иметься контакторы S4 и S5, которые замыкаются с помощью управляющего устройства 8 дорожного автомобиля 1 в режиме зарядки и размыкаются в режиме движения.

В варианте выполнения, согласно фиг. 3, управляющее устройство 8 дорожного автомобиля 1 передает команду S на включение в управляющее устройство 9 зарядной станции 2 предпочтительно лишь после приведения в контакт контактной системы 11 и контактных элементов 10. В качестве альтернативного решения или дополнительно, контактные элементы 10 могут быть снабжены предварительными сопротивлениями V, которые после контактирования контактной системы 11 и контактных элементов 10, например, с помощью контактора S4, перемыкаются.

Сеть 13 переменного напряжения является, как правило, сетью трехфазного тока с несколькими фазами 16, например, с тремя фазами 16. Предпочтительно, в варианте выполнения, согласно фиг. 3, для каждой фазы 16 имеется соответствующий собственный контактный элемент 11. Таким образом, соответственно, контактная система 11 имеет для каждой фазы 16 предпочтительно соответствующий по меньшей мере один собственный контакт 15. Аналогично показанному на фиг. 2 варианту выполнения, также в показанном на фиг. 3 варианте выполнения имеется защитный контактный элемент 10', который соединен с защитным контактом 15' контактной системы 11. Через защитный контактный элемент 10' и защитный контакт 15' дорожный автомобиль 1 соединен с защитным потенциалом.

Как в варианте выполнения, согласно фиг. 2, 4 и 5, так и в варианте выполнения, согласно фиг. 3, 6 и 7, зарядная станция 2 снабжается электрической энергией из общей сети 13 электроснабжения. Номинальное напряжение сети 13 переменного напряжения может быть трехфазным переменным напряжением 400 В или 690 В с частотой 50 Гц или 60 Гц. Возможны также другие напряжения. При необходимости может осуществляться преобразование напряжения с помощью трансформатора 17. В частности, можно, но не обязательно, в варианте выполнения, согласно фиг. 3, 6 и 7, может осуществляться преобразование напряжения в трехфазную систему тока с номинальным напряжением 300 В.

Предпочтительно, трансформатор 17 имеется всегда, т.е. также тогда, когда преобразование напряжения не требуется, поскольку, в частности, трансформатор 17 обеспечивает разделение потенциалов контактных элементов 10 зарядной станции 2 от электроснабжения зарядной станции 2.

В варианте выполнения, согласно фиг. 3, трансформатор, если он имеется, выполнен в виде трехфазного трансформатора. Также в варианте выполнения, согласно фиг. 2, трансформатор, если он имеется, выполнен в виде трехфазного трансформатора.

В обоих вариантах выполнения, т.е. как в варианте выполнения, согласно фиг. 2, 4 и 5, так и в варианте выполнения, согласно фиг. 3, 6 и 7, контактные элементы 10, 10', согласно фиг. 5 и 7, предпочтительно выполнены в виде удлиненных, проходящих параллельно друг другу контактных элементов 10, 10'. Таким образом, контактные элементы 10, 10' образуют, так сказать, даже если относительно короткий, участок системы воздушного контактного провода. За счет этого выполнения становится относительно не критичным позиционирование дорожного автомобиля 1 в направлении его движения. Контактные элементы 10, 10' могут быть расположены, например, на одинаковой высоте рядом друг с другом, на одинаковой высоте друг за другом или друг над другом.

Как показано, в частности, на фиг. 4-7, зарядная станция 2 предпочтительно имеет дополнительно крышу 18, с помощью которой ее контактные элементы 10, 10' находятся под крышей. Возможно также, что контактные элементы 10, 10' интегрированы в крышу 18.

Кроме того, данное изобретение может быть дополнено относительно различных аспектов.

Так, например, как показано на фиг. 2 и 3, перед зарядным выпрямителем 14 переменного тока может быть расположен фильтр 19. Кроме того, как показано на фиг. 2, после зарядного выпрямителя 14 переменного тока может быть расположен фильтр 20. Фильтр 20 может иметься также в варианте выполнения, согласно фиг. 3. Он не показан там лишь по причинам наглядности.

В варианте выполнения, согласно фиг. 2, зарядный выпрямитель 14 переменного тока соединен непосредственно или через фильтр 20 с контактными элементами 10. В качестве альтернативного решения, как показано на фиг. 8, возможно, что зарядный выпрямитель 14 переменного тока расположен перед трансформатором 17, и выходное напряжение трансформатора 17 выпрямляется с помощью выпрямителя 21. В этом случае трансформатор 17 может быть выполнен в виде однофазного трансформатора. Выпрямитель 21 может быть выполнен в качестве альтернативы в виде управляемого выпрямителя или в виде диодного выпрямителя.

В варианте выполнения зарядной станции 2, согласно фиг. 3, обмотка W в режиме зарядки включена между тяговым выпрямителем 5 переменного тока и накопителем 6 электрической энергии. В противоположность этому, между контактами 15 контактной системы 11 и тяговым выпрямителем 5 переменного тока не включены индуктивности. Поэтому в варианте выполнения, согласно фиг. 3, перед контактными элементами 10 расположены дроссели 22.

На фиг. 9 показана модификация варианта выполнения, согласно фиг. 3. Вариант выполнения, согласно фиг. 9, соответствует максимально показанному на фиг. 3 варианту выполнения. Поэтому ниже более подробно поясняются лишь различия.

Как показано на фиг. 9, обмотка W (соответственно, отдельные ветви обмотки) в режиме зарядки включены между контактами 15 и тяговым выпрямителем 5 переменного тока. За счет подходящего, само по себе известного разделения обмотки W может быть обеспечено, что, несмотря на прохождение тока через обмотку W, на приводную ось 4 не воздействует крутящий момент. В качестве альтернативного решения, механический тормоз может предотвращать движение дорожного автомобиля 1. В варианте выполнения, согласно фиг. 9, не требуются расположенные перед контактными элементами 10 дроссели. Однако они могут иметься.

Кроме того, как дорожный автомобиль 1, так и зарядная станция 2 могут быть выполнены пригодными для многих систем. Например, в случае пригодного для многих систем дорожного автомобиля 1, дорожный автомобиль 1 можно конфигурировать в зависимости от выполнения зарядной станции 2 в соответствии с фиг. 2 или 8, или, в качестве альтернативы, в соответствии с фиг. 3 или 9. И наоборот, в случае пригодной для многих систем зарядной станции 2, возможно также, что зарядная станция 1 в зависимости от выполнения дорожного автомобиля 1 отдает постоянный зарядный ток в соответствии с фиг. 2 и 8 через два контактных элемента 10 или, в качестве альтернативы, в соответствии с фиг. 3 и 9, через три контактных элемента 10 отдает трехфазный переменный ток в дорожный автомобиль 1.

Кроме того, возможно, что на стороне зарядной станции 2 происходит автоматическое распознавание дорожного автомобиля 1, так что может осуществляться автоматическое выставление счета. В качестве альтернативного решения, возможна также непосредственная оплата, например, наличными или с помощью платежной карты.

Кроме того, возможно расположение в зарядной станции 2 и/или в дорожном автомобиле 1 взаимодействующих друг с другом устройств измерения положения. За счет этого может осуществляться полностью автоматическое позиционирование дорожного автомобиля 1 в зарядной станции 2. В качестве альтернативного решения, водителю дорожного автомобиля 1 может автоматически выдаваться указания для коррекции положения дорожного автомобиля 1. Возможно также, что внутри определенных границ осуществляется автоматическое продольное и/или поперечное позиционирование контактных элементов 10 и/или контактной системы 11.

Зарядная станция 2 может быть выполнена с большой экономией конструктивного пространства. Единственными элементами, которые обязательно должны быть расположены над дорожным покрытием, являются контактные элементы 10. Все другие компоненты, например, контактор S1, трансформатор 17, фильтр 19 и, если он имеется на стороне зарядной станции 2, зарядный выпрямитель 14 переменного тока и фильтр 20, могут быть расположены в зависимости от потребности над землей или под землей.

Данное изобретение имеет много преимуществ. Некоторые из этих преимуществ приводятся ниже.

Так, в частности, зарядные станции 2 могут быть выполнены без необходимости создания над зарядными станциями 2, как таковыми, дополнительной инфраструктуры, поскольку единственной требуемой предпосылкой системы является общая сеть 13 электроснабжения, которая и без того имеется в городах. Кроме того, зарядные станции 2 могут совпадать, например, с конечными остановками автобусных линий. Поскольку автобусы (линейные автобусы) часто остаются на конечных остановках несколько минут, то эту паузу можно использовать одновременно для зарядки дорожного автомобиля 1. Кроме того, все требуемые для процесса зарядки тяжелые компоненты могут быть расположены вне дорожного автомобиля 1. Кроме того, эти компоненты не должны соответствовать высоким требованиям, которые обычно предъявляются к компонентам дорожного автомобиля 1. Так, например, больше не требуется защита от ударов, вибрации и т.п. Поднимание и опускание контактной системы 11 может происходить полностью автоматически или с помощью нажатия на кнопку. Не требуется других действий водителя транспортного средства или другого лица. Находящиеся под напряжением части зарядной станции 2 (контактные элементы 11) могут быть расположены на обычной для воздушных контактных проводов высоте. На основании того, что в данном изобретении контактная система 11 (токосъемники) лишь при остановке дорожного автомобиля 1 приводятся в контакт с контактными элементами 10, то может быть дополнительно упрощена конструкция контактной системы 11.

Таким образом, данное изобретение по существу имеет следующее содержание.

Дорожный автомобиль 1 с приводом от аккумулятора заезжает в зарядную станцию 2. Расположенное в дорожном автомобиле 1 управляющее устройство 8 приводит в контакт расположенную на верхней стороне 12 дорожного автомобиля 1 на дорожном автомобиле 1 контактную систему 11 с расположенными над дорожным автомобилем 1 контактными элементами 10 зарядной станции 2. Управляющее устройство 8 дорожного автомобиля 1 передает без проводов в расположенное в зарядной станции 2 управляющее устройство 9 команду S на включение. Управляющее устройство 9 зарядной станции 2 подает на основании команды S на включение напряжение на контактные элементы 10, так что зарядный ток I из сети 13 переменного напряжения через контактные элементы 10 зарядной станции 2, контактную систему 11 дорожного автомобиля 1 и зарядный выпрямитель 14 переменного тока подается в накопитель 6 электрической энергии дорожного автомобиля 1. Зарядный выпрямитель 14 переменного тока устанавливает в зависимости от заданного управляющим устройством 8 дорожного автомобиля 1 номинальных значений U*, I* выходное напряжение U и/или зарядный ток I.

Хотя изобретение было подробно иллюстрировано и пояснено с помощью предпочтительного варианта выполнения, изобретение не ограничивается раскрытыми примерами, и специалистами в данной области техники могут быть выведены другие варианты выполнения, без выхода за объем защиты изобретения.

Изобретение относится к электромобилям. Способ зарядки дорожного автомобиля с приводом от аккумулятора и электромашиной, начинается с заезда автомобиля в зарядную станцию. Управляющее устройство приводит в контакт друг с другом контактную систему и расположенные над дорожным автомобилем контактные элементы зарядной станции. Управляющее устройство зарядной станции на основании команды на включение подает на контактные элементы напряжение. Зарядный выпрямитель устанавливает отдаваемые зарядным выпрямителем выходное напряжение или зарядный ток. В режиме зарядки тяговый выпрямитель применяется в качестве зарядного выпрямителя переменного тока, при этом обмотка электромашины применяется в качестве рабочей индуктивности зарядного выпрямителя переменного тока. Сеть переменного напряжения является сетью трехфазного тока с несколькими фазами. Для каждой фазы имеется собственный контактный элемент. Упрощается зарядка. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Способ зарядки дорожного автомобиля (1) с приводом от аккумулятора, который имеет по меньшей мере одну электрическую машину (3), которая в режиме движения дорожного автомобиля (1) питается с помощью тягового выпрямителя (5) переменного тока дорожного автомобиля (1) из накопителя (6) электрической энергии дорожного автомобиля (1),

- при этом дорожный автомобиль (1) заезжает в зарядную станцию (2),

- при этом под управлением расположенного на дорожном автомобиле (1) управляющего устройства (8) приводятся в контакт друг с другом расположенная на верхней стороне (12) дорожного автомобиля (1) на дорожном автомобиле (1) контактная система (11) и расположенные над дорожным автомобилем (1) контактные элементы (10) зарядной станции (2),

- при этом управляющее устройство (8) дорожного автомобиля (1) передает без проводов в расположенное в зарядной станции (2) управляющее устройство (9) команду (S) на включение,

- при этом управляющее устройство (9) зарядной станции (2) на основании команды (S) на включение подает на контактные элементы (10) напряжение, так что зарядный ток (I) подается из сети (13) переменного тока через контактные элементы (10) зарядной станции (2), контактную систему (11) дорожного автомобиля (1) и зарядный выпрямитель (14) переменного тока в накопитель (6) электрической энергии дорожного автомобиля (1),

- при этом зарядный выпрямитель (14) переменного тока в зависимости от задаваемых управляющим устройством (8) дорожного автомобиля (1) номинальных значений (U*, I*) устанавливает отдаваемые зарядным выпрямителем (14) переменного тока выходное напряжение (U) и/или зарядный ток (I),

- при этом в режиме зарядки дорожного автомобиля (1) тяговый выпрямитель (5) переменного тока применяется в качестве зарядного выпрямителя (14) переменного тока,

- при этом в режиме зарядки обмотка (W) электрической машины (3) применяется в качестве рабочей индуктивности зарядного выпрямителя (14) переменного тока, и

- при этом сеть (13) переменного напряжения является сетью трехфазного тока с несколькими фазами (16), и что для каждой фазы (16) имеется соответствующий собственный контактный элемент (10).

2. Способ зарядки по п. 1, отличающийся тем, что зарядная станция (2) снабжается электрической энергией из общей сети электроснабжения.

3. Способ зарядки по любому из пп. 1 или 2, отличающийся тем, что с помощью расположенного в зарядной станции (2) трансформатора (17) осуществляется разделение потенциала контактных элементов (10) зарядной станции (2) от сети электроснабжения зарядной станции (2).

4. Дорожный автомобиль с приводом от аккумулятора,

- при этом дорожный автомобиль имеет накопитель (6) электрической энергии,

- при этом дорожный автомобиль имеет по меньшей мере одну электрическую машину (3), которая в режиме движения дорожного автомобиля питается с помощью тягового выпрямителя (5) переменного тока дорожного автомобиля из накопителя (6) электрической энергии дорожного автомобиля,

- при этом на верхней стороне (12) дорожного автомобиля расположена контактная система (11), которая под управлением расположенного на дорожном автомобиле управляющего устройства (8) приводится в контакт с расположенными над дорожным автомобилем (1) контактными элементами (10) зарядной станции (2) для дорожного автомобиля с приводом от аккумулятора,

- при этом управляющее устройство (8) дорожного автомобиля передает без проводов команду (S) на включение в расположенное в зарядной станции (2) управляющее устройство (9), на основании которой управляющее устройство (9) зарядной станции (2) подает напряжение на контактные элементы (10) и подает зарядный ток (I) из сети (13) переменного напряжения через контактные элементы (10) зарядной станции (2), контактную систему (11) дорожного

автомобиля и зарядный выпрямитель (14) переменного тока в накопитель (6) электрической энергии дорожного автомобиля,

- при этом с помощью управляющего устройства (8) дорожного автомобиля задаются номинальные значения (U*, I*), и

- при этом зарядный выпрямитель (14) переменного тока в зависимости от заданных номинальных значений (U*, I*) устанавливает отдаваемое зарядным выпрямителем (14) переменного тока выходное напряжение (U) и/или зарядный ток (I),

- при этом в режиме зарядки дорожного автомобиля контактная система (11) электрически соединена с тяговым выпрямителем (5) переменного тока, так что тяговый выпрямитель (5) переменного тока применяется в качестве зарядного выпрямителя (14) переменного тока,

- при этом в режиме зарядки обмотка (W) электрической машины (3) применяется в качестве рабочей индуктивности зарядного выпрямителя (14) переменного тока, и

- при этом сеть (13) переменного напряжения является сетью трехфазного тока с несколькими фазами (16), и контактная система (11) имеет для каждой фазы (16) сети (13) трехфазного тока соответствующий по меньшей мере один собственный контакт (10).