接触单元和充电系统

本发明涉及一种用于电动车辆尤其是乘用车、卡车、公共汽车等的充电系统的接触单元，以及充电系统。充电系统包括充电接触装置和具有接触单元支架的接触装置，接触单元支架具有接触单元，接触单元可电连接到充电接触装置的充电接触件，以形成接触对，接触单元具有由金属制成的接触元件，接触单元具有用于连接到车辆或充电站的连接引线，接触元件具有接触凸块，接触凸块形成用于与充电接触件形成电接触的接触表面。

这种接触单元和充电系统在现有技术中是已知的，并且通常用于例如对停着的电动车辆进行充电。设置在车顶上或车底下方的充电系统之间有区别。从WO 2015/018889 A1中已知一种充电系统，其中与充电接触装置(形状)匹配的接触装置的接触单元支架与屋顶形充电接触装置电连接。接触单元支架被引导到接触位置，接触单元支架中的接触元件沿着充电接触装置的屋顶形斜坡滑动，并且接触单元支架变成在充电接触装置中居中。接触装置和充电接触装置通过定位装置结合，该定位装置以摇臂的形式设置在车顶上。车辆的电池可以在车辆停止期间在固定充电站被充电。然后，例如，对于充电电路以及对于控制线、接地或数据传输生成接触对。因此总是可以设想，多个接触元件分别与分配的充电接触件电连接。

在某些类型的车辆(例如汽车)上，出于实用和美观的原因，充电系统设置在车辆下方。也可以将此位置用于卡车或公共汽车。由现有技术已知的、被实现用于在750V的电压下传输例如500A至1000A的高电流的充电系统总是要求接触单元或接触元件具有相应大的尺寸和相应的导体横截面。

形成接触对的一般问题是接触元件或充电接触件上的污染以及接触元件或充电接触件的表面的氧化或腐蚀。接触元件或充电接触件通常由铜或铜合金组成，以便能够传递尽可能高的电流，在这种情况下，氧化层相对较快地生成。如果在将接触元件插入到接触位置中时接触元件沿着充电接触装置的表面拖动，则可以从接触元件或充电接触元件中去除污染物和氧化层(如果适用)。此外，接触对上的这类污染物对于例如在750V电压下的充电电路而言并不是很重要，因为污染物和氧化层很容易桥接，并且由于高电压以及充电过程中的热生长也可以在必要时被去除。但是，控制线、接地或数据传输的接触对却不是这种情况，这就是为什么如果不通过磨蚀去除污染物或氧化层，则会发生不希望的接触中断的原因。由于这些接触对使用的电压较低，因此这些接触对对于腐蚀问题更加敏感，使得例如，不能始终保证安全的信号传输或接地。

因此，本发明的目的是提出一种均确保可靠的接触质量的接触单元和充电系统。

该目的通过具有权利要求1的特征的接触单元和具有权利要求16的特征的充电系统来实现。

在用于电动车辆尤其是乘用车、卡车、公共汽车等的充电系统的根据本发明的接触单元中，充电系统包括充电接触装置和具有接触单元支架的接触装置，接触单元支架具有接触单元，接触单元可电连接到充电接触装置的充电接触件，以形成接触对，接触单元具有由金属制成的接触元件，接触单元具有用于连接到车辆或充电站的连接引线，接触元件具有接触凸块，接触凸块形成用于与充电接触件形成电接触的接触表面，接触元件至少部分地由接触表面的区域中的碳接触件形成。

因此，形成具有接触凸块的接触元件，接触凸块本身形成用于形成与充电接触件的电接触的接触表面。接触凸块通常可以具有任何形状，并且被形成为使得接触元件在其外边缘上具有倒角或曲率。接触凸块的最接近于或面向充电接触件的点或表面是接触表面的一部分。该接触表面至少部分地由碳接触件形成。由于接触元件由金属制成，因此接触件相应地设置在接触元件上或附接到接触元件。在这种情况下，接触件也可以形成整个接触表面。因为接触表面至少部分地由接触件形成，因此接触表面由于形成接触表面的碳而不能在这些区域中氧化。碳适合用作形成接触表面的导电材料，因为尤其是在接触对的情况下，不必为了传输信号而传输大电流。此外，碳是环境友好、坚固的并且具有良好的滑动性能。由于使用了接触件，因此长期使用导致的碳磨损不会干扰信号传输。此外，由于可以容易地制造由碳制成的接触件并将其安装在接触元件上，因此可以便宜地制造接触单元。

可以将接触元件实现为螺栓形和/或可以将接触表面实现为至少部分弯曲，优选为圆顶形。螺栓形的接触凸块可以形成用于与充电接触件形成电接触的接触表面，接触元件的远端是可成形的，以便为圆形、弯曲的或圆顶形。因此可以确保，即使在相对于充电接触件的位置不同的情况下，接触元件也通过选择性接触而始终邻接充电接触件。在这种情况下，接触元件也可以沿着充电接触件移动，而充电接触件或接触元件不会承受任何重大的机械损坏。替代地，接触元件可以具有任何其他合适的形状。如果将螺栓形的接触元件设置成在接触单元支架上沿其纵向轴线的方向可移动或可枢转，则必要时，由于接触元件的接触端上的完全弯曲或圆形边缘，可以形成与充电接触件的大规模接触。

接触件可以实现为与接触表面齐平。例如，在组装接触元件之后通过机械加工，例如研磨、旋转或打磨接触元件，接触件可以形成为与接触表面齐平。在这种情况下，接触表面没有任何凹陷或突起。此外，接触元件可以由铜或铜合金制成，并且是平坦的或未涂覆的。在这种情况下，接触表面至少部分地由碳和铜制成或由这些材料制成。但是，通常也可以对接触元件的金属进行涂覆。例如，接触元件的金属可以涂覆有银，虽然银相对昂贵并且对机械力敏感。

接触件可以由石墨或硬煤制成。工业生产的石墨或硬煤是可便宜获得的；在这种情况下，石墨或硬煤中也可以包含金属(例如铜或银)的混合物。石墨或硬煤是耐腐蚀、耐磨和坚固的。

接触件可以相对于接触元件的纵向轴线同轴地设置，接触件能够形成接触表面的最接近充电接触件的点。因此，接触件可以相对于接触表面的外轮廓定位在接触表面的中心，特别是如果接触表面也由接触元件形成。接触件然后也可以形成接触表面的最高点，例如使得当将接触元件和充电接触件一起引导时，接触件直接与充电接触件接触。因此，可以有利地形成安全的电接触。

接触表面的第一部分表面可以由接触件形成，并且接触表面的第二部分表面可以由接触凸块形成，第一部分表面是圆形、矩形、正方形、星形或十字形。因此，第一部分表面也可以相对于接触件的纵向轴线相对横向地设置。第二部分表面可以围绕第一部分表面，或者也可以由所述第一部分表面散置。例如，当第一部分表面形成为正方形时，第一部分表面可以以延伸穿过第一部分表面的条的形式形成。

接触件可以插入到形成在接触凸块中的腔中。腔可以是例如横向于接触元件的纵向轴线延伸的孔或凹槽。在这种情况下，接触件基本上完全充满腔。原则上，也可以以形状适配或力适配的方式将接触件附接在腔中。可以通过销钉连接实现简单的形状适配附接。

接触件可以通过导电接合材料或焊料附接在腔中。在这种情况下，可以将接触件焊接或胶粘到腔中。这确保在任何情况下，在接触件与接触元件的金属之间总是形成良好的导电连接。

替代地，接触件可以通过烧结形成在腔中。在这种情况下，接触件可以直接形成在腔中，并因此被深深地锚固在其中。通过烧结形成接触件可以在接触元件的原材料中实现，随后可以对如此形成的半成品进行机械加工。

接触单元的弹簧可以在接触元件上施加弹力，使得可以沿充电接触件的方向推动接触元件。接触元件可以利用压缩弹簧，特别是螺旋弹簧，弹性地安装在接触元件上或在接触单元的枢轴承或导向装置的区域中。结果，可以在弹簧预紧力下建立与充电接触件的点接触。可以选择弹簧力，使得在接触元件不与充电接触件接触时，总是将接触元件朝向充电接触件推动并进入前端位置。弹簧也可以是螺旋扭力弹簧，该螺旋扭力弹簧可以安装在接触元件的枢轴承的轴线上。例如，接触元件因此可以通过弹簧力枢转到枢轴承上的终端位置中。

接触装置可以具有至少两个附加的接触单元，用于与充电接触件形成电接触的相应的接触表面完全由金属制成。附加接触单元的附加接触元件的接触表面的金属例如可以是铜或铜合金。此外，附加的接触元件可以具有涂层，例如银涂层。然后，两个附加的接触元件可以形成充电电路的充电接触件，通过该充电接触件可以传递较高的电压和电流。在这种情况下，对于附加的接触元件不必使用由碳制成的接触件。

接触单元可以实现为使得经由接触元件，可以传输信号，经由附加接触单元，在60V至1500V，优选为750V的电压下，可传输100A至1000A，优选地500A至1000A，特别优选地800A的电流。因此，可以通过附加的接触单元传输375kW至750kW，优选600kW的性能。另外，由于可以在更短的时间内传输更高的电流，因此可以更快地为车辆充电。如果适用，还可以减少接触单元支架上的接触单元的数量，使接触装置的生产更具成本效益。

连接引线可以直接或间接附接到接触元件。与现有技术中已知的具有接触元件引导件的接触元件相比，在直接设置的情况下，不再需要利用接触元件引导件与接触元件之间的间隙来传递电流。在这种情况下，连接引线也可以与接触元件一起移动。此外，不再需要用于在接触元件引导件或枢转轴承的区域中促进电流传递的滑动油脂或其他成分。因此可以大大减小连接引线与接触元件之间的过渡电阻。连接引线的导体横截面可以至少为50mm

至少两个接触元件可以相对于接触单元支架的表面以不同的高度突出，所述表面面对充电接触装置。因此，当在一个接触元件与一个充电接触件之间分别形成至少两个接触对时，可以确保接触对的产生中限定的顺序。当接触单元支架和充电接触装置一起被引导时，一连串接触不可避免地始终保持，并通过接触元件相对于接触单元支架的上表面或表面的几何设置来确保。以此方式可以容易地防止形成无意的或错误的电接触或接触对的形成。

充电接触件可以由金属和/或石墨制成的电路板制成。电路板又可以设置在充电接触装置的充电接触支架上，充电接触支架由介电材料制成。电路板可以由铜、铜合金或不锈钢制成，并且被设置为在电介质材料上彼此隔开或凹进其中。电路板的下表面的表面可以基本上是平坦的并且相对于接触元件相对较大，使得当车辆相对于接触装置定位时，可以补偿任何不准确性，并且同时不形成不正确的电接触。还可以设想，充电系统能够实现车辆的充电过程，而与方向无关，即与车辆与接触装置电连接的侧面或驶向所述接触装置的侧面无关。当接触装置基本上为矩形时，充电接触装置或充电接触支架也可以为矩形，使得接触装置和充电接触装置的各自的纵向轴线在充电过程沿着车辆纵向延伸方向设置。

根据本发明的充电系统包括充电接触装置和具有根据本发明的接触单元的接触装置，接触装置或充电接触装置包括定位装置。

充电系统可包括具有接触单元支架的接触装置和充电接触装置，所述接触装置设置在车辆的车顶上，定位装置具有受电弓或摇臂，通过受电弓或摇臂，接触单元支架可以相对于充电接触单元至少沿着垂直方向定位，使得可以在车辆与固定充电站之间形成导电连接。在摇臂的情况下，可以设置附加的联动装置，该联动装置使接触单元支架相对于充电接触装置稳定或沿着相应的方向对准。受电弓或摇臂或相应的机械驱动装置特别简单且制造成本低廉。附加地，定位装置还可以具有横向引导件，通过该横向引导件可以将接触单元支架相对于充电接触装置或相对于车辆的行进方向沿着横向方向定位。横向引导件可以设置在车辆上或定位装置的受电弓或摇臂上。在两种情况下，定位装置或设置在定位装置上的接触单元支架均可以横向于车辆的行进方向移位。这种移位性使得车辆在公交车站处横向于行进方向的错误定位得以补偿。此外，可以补偿由于人进出车辆的车辆的一侧降低引起的可能的车辆运动，使得接触单元支架不能相对于充电接触装置在横向方向上移位。接触装置例如可以设置在车顶上，允许接触单元支架通过定位装置从车顶朝着充电接触装置移动并且回原处。替代地，可以将接触装置设置在充电站上，在这种情况下，接触单元支架可以从公交车停靠点处的支撑件(例如，杆或桥架)沿着具有充电接触装置的车顶方向移动并回原处。

可替代地，充电系统可以包括设置在车辆的车辆底板上的充电接触装置，以及具有接触单元支架的接触装置，接触单元可以通过定位装置相对于充电接触件定位，使得在车辆与固定充电站之间可形成导电连接。在这种情况下，定位装置还可以通过车辆的高度控制件来实现，通过高度控制件，充电接触装置至少可以沿着垂直方向定位。车辆的高度控制件是众所周知的，并且用于通过降低和升高其来调整地面上方的车辆或车辆底板。可以通过例如车辆的气动底盘悬架来实现高度控制件。然后还可以通过高度控制件将车辆与充电接触装置一起降低到用于充电过程的接触装置上。接触装置也可以设置在车辆可在其上行驶的车辆下方的地面上，由此不再需要在地面上的结构措施，例如挖掘一个腔。在这种情况下，接触装置可以以简单的方式灵活地设置在任何可及的地面上。由于接触装置在地面上或在其表面上的简单组装和拆卸性，特别有可能根据需要将接触装置临时地放置或设置在车站处而无需付出很大的努力。接触单元支架可以附接到接触装置的底架，或插入其中。因此，还可以有利地实现接触装置，使得车辆可以在其上和/或上方行驶。接触装置可以是正方形或矩形的，因此其可以安装在成对的车辆的轮胎之间。同时，接触装置的部分或可替代地整个接触装置可以被实现为使得车辆可以在其上方行驶，由此在充电过程中车辆以其轮胎站立在接触装置上。接触装置的尺寸也可以例如根据停车位的大小来适配于车辆的尺寸。

可替代地，充电系统可以包括具有接触单元支架的接触装置和设置在车辆的车顶上的充电接触装置，定位装置具有受电弓或摇臂，通过受电弓或摇臂，充电接触装置相对于接触单元支架至少沿着垂直方向可定位，使得在车辆与固定充电站之间可形成导电连接。

可替代地，充电系统可以包括具有接触单元支架的接触装置和设置在车辆的车辆底板上的充电接触装置，充电接触件可通过定位装置相对于接触单元定位，使得在车辆与固定充电站之间可形成导电连接。

从参考权利要求1的从属权利要求，充电系统的其他有利实施例是显而易见的。

通常，本发明可以用于由例如电池、蓄电池、电容器或超级电容器供电的任何电动车辆，所有这些均必须被再充电。

在下文中，将参照附图更详细地描述本发明的优选实施例。

在附图中：

图1示出了充电系统的侧视图；

图2示出了充电系统的接触元件的详细视图；

图3示出了图2的接触元件的顶视图；

图4示出了第二实施例中的接触元件的顶视图；

图5示出了第三实施例中的接触元件的顶视图；

图6示出了第四实施例中的接触元件的顶视图。

图1和图3的组合视图示出了具有接触单元布置11的充电系统10。充电系统10包括充电接触装置12，充电接触装置12设置在车辆(未示出)的车辆底板上，并且具有由电路板制成的充电接触件(未示出)。此外，充电系统10包括接触装置13，接触装置13设置在车辆可在其上行驶的地面14上。接触装置13包括在此情况下形成为槽形的接触单元支架15和接触单元布置11的多个接触单元16和17。通过充电系统10的定位装置(未示出)，可以将充电接触装置12降低到接触装置13上，使得可以在充电接触装置12的导体带与每个分配的接触单元16和17之间形成接触对。

接触单元16用于在充电接触装置12与接触装置13之间传输信号，接触单元17用于传递充电电流。接触装置13因此具有多个接触单元17(未示出)。接触单元17具有接触元件18，接触元件18基本上由铜或铜合金制成。接触单元16和17或相关的接触元件18或19弹性地或可移位地安装在接触装置13上。接触单元16具有接触元件19，接触元件19在图2和图3中更详细地示出。

接触元件19由金属制成，并且连接引线20直接附接到接触元件19。接触元件19是螺栓形的并且具有接触凸块21。接触凸块21形成接触表面22，用于形成与充电接触装置12的充电接触件或导体条(均未示出)的电接触。接触元件19至少部分地由接触表面22的区域中由碳或石墨制成的接触件23形成。接触表面22为圆顶形，并且接触件23被插入到接触凸块21中的腔24中，以与接触表面22齐平。在这种情况下，腔24是凹槽25，接触件23通过导电接合材料胶合到凹槽25中。凹槽25形成在接触凸块21中，使得接触件23相对于螺栓形接触元件19的纵向轴线26同轴或对称地设置。因此，接触表面22的中心最高点27由接触件23形成。当接触元件19接近充电接触装置12的充电接触件时，则首先经由点27建立电接触。

图4示出了接触元件28的实施例，与图3的接触元件相比，接触元件28具有接触件29，接触件29在接触元件28的接触表面31中形成圆形轮廓30。

图5示出了具有接触件33的接触元件32，接触件33在接触元件32的接触表面35中形成基本为十字形的轮廓34。

图6示出了具有接触件37的接触元件36，接触件37在接触元件36的接触表面39中基本上形成正方形轮廓38。