供能装置以及用于运行供能装置的方法

技术领域

本发明涉及一种用于通过导电式/传导式插接连接为机动车供应电能的供能装置，该供能装置具有固定的充电站和布置在机动车上的充电插座，其中，充电站包括能朝向机动车的方向移出的充电插头。本发明还涉及一种用于运行供能装置的方法。

背景技术

例如由现有技术已知文献DE 10 2014 200 290A1。其描述了用于对车辆的电池充电的充电设备、充电系统和方法以及用于对车辆的电池充电的电连接设备。所述充电设备包括：举升装置，充电头与该举升装置联接，其中，充电头在充电头的第一表面处或上具有多个第一电触点，所述第一电触点为了给电池充电至少部分地可与能量源连接；和致动器，借助于该致动器可以致动举升装置，使得充电头能够至少部分地在基本上垂直于第一表面的第一方向上运动，其中，举升装置还被设置成，在充电头通过致动器继续致动举升装置而在第一方向上撞击在止动面上的情况下，充电头能够在第二方向上沿着止动面运动。

此外，文献DE 10 2011 082 092A1还描述了一种在插电式车辆中用于自动建立和断开充电连接的充电设备，该充电设备包括插电式车辆、充电电气系统、充电站和用于通过有线的充电连接给车辆的蓄能器充电的充电电缆，充电电气系统包括插座，充电电缆包括插头，并且充电设备设计成，使得插座具有一个或多个导入漏斗部，插头具有一个或多个导入销，每个导入销被分配给特定的导入漏斗部，当建立充电连接时，充电站和充电电气系统之间可以交换信息，当没有建立充电连接时，可以在充电站和车辆之间交换信息，通过充电站所包括的引导机构可以使得插头和充电电缆的连接在插头上的加强部分在预定的空间方向上以耦合运动的形式在最大预给定的耦合长度上移动，并且通过充电站所包括的引导机构可以使插头和充电电缆的连接在插头上的加强部分反向于预给定的空间方向以解耦运动的形式在耦合长度上运动。

发明内容

本发明的目的是，描述一种用于通过导电式插接连接为机动车供应电能的供能装置，该供能装置相对于已知的供能装置具有优势，特别是能够长期可靠地建立导电式插接连接。

根据本发明，所述目的通过具有权利要求1的特征的供能装置来实现。在此提出，充电插头具有柱形的基体，在基体的周面/侧面上布置有多个电触点，其中，该基体被保护环包围，该保护环在第一位置上覆盖触点并且在第二位置上释放触点，用以接触充电插座的配合触点。

供能装置用于给机动车供应电能。电能例如用于运行机动车的耗能器。耗能器例如可以是机动车的蓄能器，该蓄能器用于暂时存储电能。在这种情况下，电能优选地用于给蓄能器充电。蓄能器优选地设计为牵引电池，也就是说设计为用于牵引驱动机动车的蓄能器，借助于该蓄能器可以提供或至少暂时提供旨在驱动机动车的驱动转矩。

供能装置的主要组成部件包括远离机动车的固定不动的充电站和机动车上的充电插座。充电站——优选永久地——连接至能量源或电源。至少暂时地，由能量源提供的电能通过充电站被传输到充电插座，并且就此通过该充电插座被提供给机动车，例如用于运行耗能器或为蓄能器充电。

充电站优选地被设计为基本上位置固定，例如，其至少部分地和/或至少暂时地被接纳在底基中，机动车布置在该底基上。充电站和充电插座用于建立导电式插接连接。在导电式插接连接的范围内，电能以连续传导的方式、即导电地从充电站传输到机动车或充电插座。为此，充电站具有充电插头，充电插头可插入充电插座中以建立导电式插接连接。

充电插头可以朝向机动车的方向移出。就是说，充电插头可以布置在至少两个不同的位置上。例如，在第一位置上，充电插头布置成与充电插座远离，而在第二位置上，充电插头贴靠在充电插座上或接合在充电插座中，以建立导电式插接连接。特别优选地，充电插头在第一位置中被完全接纳在底基中。例如在第一位置中，充电插头的面向机动车的顶侧被布置成与充电站的底基和/或盖齐平。就是说，充电插头在其第一位置中不会突出于底基或盖，而是与底基或盖齐平。以这种方式，可靠地保护了充电插头。

充电插头具有柱形的基体，该基体具有面向机动车的端面以及还具有周面，该端面对应于面向机动车的顶侧。端面在以柱形基体的纵向中轴线为基准的周向方向上被周面完全包围。基体原则上可以具有任意的柱形形状，但特别优选的是圆柱形的，也就是说具有圆形的端面，周面以同样的圆形的横截面从该端面延伸出去。

充电插头具有多个用于建立导电式插接连接的电触点。电触点在充电插头的至少一个位置中并且在相应布置机动车或充电插座时与充电插座的配合触点导电地连接。在该位置上，因此在充电插头和充电插座之间以及因此在能量源和耗能器、优选蓄能器之间，通过电触点和与电触点处于导电连接的电配合触点存在有导电式插接连接。

特别优选地，充电插头可以被锁定在充电插座中。就是说，在将充电插头插入充电插座后将充电插头锁定，并且只有在解除锁定后才能将充电插头从充电插座中拔出。在此可以提出，在将充电插头引入充电插座中并锁定在充电插座中之后，该充电插头在背离充电插座的方向上被预紧。在这种情况下，一旦锁定解除或松脱，充电插头就会自动从充电插座中拔出。

电触点布置在充电插头或基体的周面上。特别优选地，在充电插头的端面上不设有电触点，从而电触点仅布置在周面处或周面上。例如，电触点相对于基体的纵向中轴线在周向方向上分布在基体的整个周部上，特别是均匀分布。附加或另选地，可以提出，电触点在以纵向中轴线为基准的轴向上彼此对齐、彼此重合，并且布置成彼此相邻或彼此间隔开。

原则上，电触点在周面上的任何分布都是允许的，只要电触点被布置成，使得在将充电插头正常地布置在充电插座中之后，这些电触点与电配合触点导电连接。特别优选地，每个电触点分别分配有充电插座的至少一个电配合触点，特别是正好一个电配合触点，反之亦然。因此，在将充电插头插入到充电插座中之后，电触点中的每一个与电配合触点中的至少一个、特别是与电配合触点中的正好一个处于导电连接。

为了能够长期可靠地建立导电式插接连接，基体被保护环包围，该保护环以可移位的方式布置和/或支承在柱形基体上。就此而言，保护环可以布置在不同的位置，即至少布置在第一位置和第二位置。在第一位置中，保护环以这样的方式围绕基体，使得保护环完全遮盖触点，也就是说，保护环与触点重叠并且完全覆盖触点。而在第二位置中，保护环释放电触点，使得电触点可以与充电插座的配合触点建立导电连接。

特别优选地，如此形成保护环和/或将保护环如此布置或支承在基体上，使得在第一位置中，保护环的一个端面与基体的端面平齐。就是说，在充电插头的上述第一位置中，不仅基体的端面或其顶侧、而且还有保护环的端面也与充电站的底基或盖平齐。由此实现可靠保护电触点不受外部影响。盖例如是充电站的底板。

另外，当保护环在第一位置和第二位置之间移位或相反地移位时，保护环特别优选在电触点上滑过，因此保护环实现电触点的清洁。为此目的，保护环例如具有面向电触点的清洁装置，特别是清洁刷等形式的清洁装置。该清洁装置如此布置，使得当保护环在第一位置和第二位置之间移位或相反地移位时，清洁装置以清洁的方式在电触点上扫过。

在将充电插头插入充电插座之前，必须将保护环从其第一位置移位到第二位置，以便能够建立导电式插接连接，即在电触点和电配合触点之间建立电连接。还可以提出，保护环从第一位置向第二位置的移位在充电插头伸出期间发生，即同时发生。在此可以规定，早在充电插头开始伸出时或至少在充电插头到达充电插座之前就发生保护环的移位。

然而，特别优选地，保护环仅在充电插头到达充电插座时才从第一位置移位到其第二位置，特别是在保护环抵靠在充电插座上期间。由此以特别有效的方式防止了电触点的污染，这是因为由于保护环抵靠在充电插座上，实现了使电触点不受外界影响的可靠保护。

例如提出，通过使保护环抵靠充电插座且同时伸出充电插头来引起保护环的移位。为此，充电插座具有用于保护环的支承环，该支承环在周向方向上围绕充电插座的插头接纳部。在充电插头伸出期间，保护环与支承环发生抵靠接触。当充电插头朝充电插座的方向进一步伸出时，保护环会从其第一位置被挤入其第二位置，同时触点会移入插头接纳部中。相应地，电触点始终借助于保护环相对于外部环境封闭。通过这种构造，也可以省去用于移动保护环的单独的驱动器，尽管当然也可以设置这种驱动器，例如以电动的或电磁式的伺服驱动器的形式。

本发明的一个改进方案提出，充电插头能借助于升降装置仅在竖直方向上平动地移动。升降装置是充电站的一部分，用于沿竖直方向移动充电插头。优选将竖直方向理解为以基体的纵向中轴线为基准的轴向方向。升降装置被设计成，使得充电插头可以借助于升降装置移入到充电插座中，使得在移入之后，电触点处于充电插座的插头接纳部中并且与电配合触点导电连接。充电插头仅在竖直方向上的移动使得充电站的设计特别简单且廉价。

本发明的另一改进方案提出，充电插座可以借助于移位装置在平行于机动车底部的至少一个空间方向上平动地移位。移位装置用于使充电插座平行于机动车的底部移位，即，沿着平行于底部的直线或在平行于底部的平面中移位。充电插座的借助于移位装置实现的移位实现了在机动车静止期间充电插座的位置能与充电插头的位置匹配。移位装置因此使得充电插座能够在机动车不移位的情况下与充电插头的位置相匹配。

优选地，充电插座能仅平行于机动车的底部移动。至少一个空间方向应被理解为沿着上述直线延伸或位于假想平面中的方向。例如，该空间方向平行于机动车的纵轴线或垂直于机动车的纵轴线延伸。特别优选地，充电插座可以借助于移位装置在两个相互垂直的空间方向上移位，从而通过移位装置的相应设计可以实现充电插座的二维移动。例如，空间方向之一平行于机动车的纵轴线延伸，而空间方向中的另一个垂直于机动车的纵轴线。由此能够特别灵活和可靠地建立导电式插接连接。

本发明的一个改进方案提出，保护环朝向第一位置的方向受到弹簧力作用。弹簧力例如通过弹簧元件产生，该弹簧元件优选一方面作用在保护环上，另一方面作用在基体上。只要保护环不受外力的影响，例如通过将保护环抵靠在充电插座或支承环上，则弹簧力将保护环朝向第一位置的方向挤压，特别是直至挤压到第一位置。由此确保了，在将充电插头从充电插座中拔出后，保护环会尽快重新包围电触点，从而保护电触点免受外部影响。相应地，实现了电触点的长的使用寿命。

本发明的一个改进方案提出，充电插头通过柔性元件与可借助于升降装置移位的基本元件连接，其中，该柔性元件至少暂时地允许充电插头相对于基本元件柔性倾斜。就此而言，升降装置不直接与充电插头或充电插头的基体共同作用以用于使该充电插头移位，而是通过基本元件和柔性元件连接到充电插头。在此，升降装置直接引起基本元件的移位，该基本元件又通过柔性元件与充电插头连接。

柔性元件优选地是弹性的，并且允许充电插头至少暂时地相对于基本元件柔性地倾斜。倾斜应理解为，充电插头或基体的通常与基本元件的纵向中轴线重合的纵向中轴线在倾斜期间或倾斜之后相对于基本元件的纵向中轴线成角度，即，与之围成一个不同于0°和180°的角度。由于充电插头相对于充电元件的柔性倾斜，因此实现了公差补偿，从而可以始终可靠地将充电插头插入充电插座中，以建立导电式插接连接。

本发明的一个改进方案提出，柔性元件在基本元件的缩回位置中被固定并且在伸出位置中被释放。充电插头相对于基本元件的柔性倾斜仅在基本元件的伸出位置下，也就是说，在基本元件从其缩回位置中移动出来以使充电插头朝向充电插座的方向移位期间，是可能的。例如，当基本元件处于缩回位置时，柔性元件被管状体包围，该管状体阻止柔性倾斜。而在伸出位置中，柔性元件布置在管状体的外部，并且相应地允许柔性倾斜。

特别优选的是，当基本元件从伸出位置移动到缩回位置时，柔性元件移动入管状体中，并且此时从可能存在的倾斜位置中朝向未倾斜的位置的方向被挤压，从而通过基本元件缩回到缩回位置中，充电插头相对于基本元件非倾斜地取向。由此实现了充电插头的可靠缩回。

本发明的一个改进方案提出，充电插头和保护环在基本元件的缩回位置中与充电站的底板齐平。如已经说过的，充电插头和保护环的端面或顶侧应与底板齐平，以使充电插头和保护环不会超出于底板。由此实现对充电插头和保护环的出色的保护。

本发明的一个改进方案提出，移位装置具有用于充电插头的清洁装置。能够实现充电插座的平动移动的移位装置还具有清洁装置，该清洁装置用于清洁充电插头。例如，清洁装置被设计为清洁刷等。该移位装置被设置和设计成，不仅用于移动充电插座，而且还用于移动清洁装置、例如清洁刷。

可以提出，移位装置首先将充电插座布置成远离充电插头，从而当充电插头朝向机动车的方向伸出时，充电插头不是进入充电插座中，而是被布置用于由清洁装置进行清洁，例如抵靠清洁装置。在后一种情况下，清洁装置优选地被移位以清洁充电插头，例如来回移动至少一次或甚至多次。

然后，借助于移位装置使充电插座与充电插头重叠，并且充电插头进一步伸出，直至充电插头接合在充电插座中。特别优选地提出，在通过清洁装置清洁之后使充电插头又略微缩回，即仅部分缩回，以使充电插座借助于移位装置与充电插头对准，而充电插头与充电插座和/或清洁装置之间不接触。然后将充电插头再次伸出，即直至充电插头接合到充电插座中。

本发明的一个改进方案提出，触点设计为能量传输触点，并且充电插头除所述能量传输触点外还具有信号传输触点，其中，所述能量传输触点和所述信号传输触点在充电插头的基体的周部上交替布置，并且能量传输触点在周向方向上的尺寸大于信号传输触点。能量传输触点用于以比信号传输触点高的功率传输电能。例如，可借助于能量传输触点传输的电功率是可借助于信号传输触点传输的电功率的至少10倍、至少100倍或至少1000倍。

优选地，通过能量传输触点建立用于向机动车供应电能的导电式插接连接，即最终在充电站和/或能量源与机动车的耗能器之间建立电连接。信号传输触点优选仅用于确定是否正确地建立了导电式插接连接和/或用于例如借助于脉宽调制或电力线通信建立供能装置与机动车之间的数据传输。优选地提出，能量传输触点与能量源完全电隔离，直到信号传输触点指示出已经正确地建立了导电式插接连接为止。然后才在能量传输触点和能量源之间建立电连接，从而通过能量传输触点向机动车或耗能器供应电能。

在每种情况下，能量传输触点和信号传输触点都在周向方向上间隔开，使得确保足够的击穿强度并且避免触点之间的爬电距离。能量传输触点在周向上的尺寸大于信号传递触点。附加地或另选地，能量传输触点在轴向方向上的尺寸也大于信号传输触点。通过能量传输触点和信号传输触点的这种构造，确保了，一旦信号传输触点指示出已经正确地建立了导电式插接连接，就可以可靠地通过能量传输触点实现能量传输。

根据以上陈述，充电插座具有用于充电插头的触点的配合触点。与能量传输触点共同作用的配合触点被称为能量传输配合触点，与信号传输触点共同作用的配合触点被称为信号传输配合触点。能量传输配合触点在周向方向上的尺寸优选与能量传输触点在相同方向上的尺寸不同。

能量传输触点在周向方向上的尺寸优选比能量传输配合触点的尺寸大至少50％、至少75％或至少100％，或反之。信号传输触点在周向方向上的尺寸例如比信号传输配合触点在相同方向上的尺寸大至少100％、至少150％、至少200％或至少250％，或反之。由此实现了良好的角度公差。

附加地或另选地，分别在周向方向上和/或在轴向方向上，信号传输配合触点的尺寸与信号传输触点的尺寸之间的比例大于能量传输触点的尺寸与能量传输配合触点的尺寸之间的比例。通过这种构造，当可以可靠地推断出，能量传输触点和能量传输配合触点可靠地彼此处于导电连接时，才借助于信号传输触点识别出已经正确地建立了导电式插接连接。

本发明的一个改进方案提出，充电插头和/或充电插座可以借助转动驱动器转动。借助转动驱动器，可以简单地补偿充电插头和充电插座之间的角度偏差。例如，充电插头或充电插座借助于转动驱动器一直转动，直到借助于信号传输触点识别到导电式插接连接的存在。然后，能量传输触点才与能量源电连接。

本发明还涉及一种用于运行供能装置的方法，该供能装置通过导电式插接连接为机动车供应电能，该供能装置特别是根据在本说明书的范围内的实施方式所述的供能装置，其中，该供能装置具有固定的充电站和布置在机动车上的充电插座，其中，充电站具有可朝向机动车的方向伸出的充电插头。在此提出，充电插头具有柱形的基体，在基体的周面上布置有多个电触点，其中，该基体被保护环包围，该保护环在第一位置覆盖触点并且在第二位置释放触点，以用于接触充电插座的配合触点。

已经说明了供能装置或这种方法的这种设计方案的优点。供能装置及其运行方法都可以根据本说明书范围内的实施方式进行改进，因此在这方面可以参考说明书。

附图说明

下面参照附图中所示的实施例更详细地解释本发明，但本发明并不局限于此。在此示出：

图1示出了供能装置的示意性剖面图，其中充电插头布置在第一位置，

图2示出了供能装置的示意性剖面图，其中充电插头布置在第二位置，

图3示出了供能装置的示意图，其中充电插头布置在第三位置，

图4示出了供能装置的示意性剖面图，其中充电插头布置在第四位置，

图5示出了具有供能装置的充电插座的机动车区域的示意图，

图6示出了布置在充电插座中的充电插头的示意性剖面图。

附图标记列表：

1 供能装置

2 机动车

3 充电站

4 充电插座

5 充电插头

6 基体

7 周面

8 触点

9 保护环

10 柔性元件

11 基本元件

12 管状体

13 端面

14 端面

15 底板

16 配合触点

17 周面

18 插头接纳部

19 开口

20 支承环

21 箭头

22 移位装置

23 清洁装置

24 传送带

25 信号传输触点

26 能量传输配合触点

27 信号传输配合触点

具体实施方式

图1示出了供能装置1的示意性剖面图，该供能装置1用于通过导电式插接连接为机动车2提供电能。供能装置1具有固定的充电站3和布置在机动车2上的充电插座4。充电站3具有充电插头5，该充电插头可以朝向机动车2或充电插座4的方向移出。充电插头5具有柱形的基体6，在该基体的周面7上布置有多个电触点8。基体6至少暂时地被保护环9包围，使得触点8被保护环9覆盖。

充电插头5通过柔性元件10与基本元件11连接，该基本元件可通过在此未示出的升降装置在竖直方向上、即朝向机动车2的方向移动。柔性元件10至少在充电插头5的在这里示出的第一位置中布置在管状体12中，由此防止了充电插头5相对于基本元件11的柔性倾斜。在充电插头5的所示的第一位置中，基体6的端面13和保护环9的端面14与充电站3的底板15齐平，也就是说，充电插头5和保护环9不会超出于底板。就此而言，充电插头5在其第一位置中相对于外部影响受到了很好的保护。

充电插座4具有多个配合触点16，以在充电插头5和充电插座4之间建立电连接。这些配合触点布置在柱形的周面17中，该周面在径向方向上界定了一个插头接纳部18。插头接纳部18至少在其具有开口19的侧上被支承环20包围，该支承环被设置并且构造成使保护环9相对于基体6移位。

图2以示意图示出了在充电插头5的第二位置中的供能装置1。在该第二位置中，充电插头5已经沿箭头21的方向朝向机动车2或充电插座4的方向进行了移位。显然，保护环9继续包围触点8，并且管状体12继续接纳柔性元件10。

图3再次示意性地示出了供能装置1，其中充电插头5被布置在第三位置。在该第三位置中，保护环9继续包围触点8，但是抵靠支承环20。柔性元件10部分地布置在管状体12的外部。

图4示出了供能装置1的示意图，其中充电插头5布置在第四位置。与第三位置相比，充电插头5已经朝向机动车2的方向进一步移位了，从而保护环9被接支承环20挤压到第二位置，在该第二位置中保护环位于电触点8稍远处，即释放电触点。充电插头5在第四位置中完全布置在充电插座4或插头接纳部18中，即，使得触点8与配合触点16处于导电连接。柔性元件10现在布置在管状体12的外部，使得柔性元件10允许充电插头5相对于基本元件11倾斜，从而实现了公差补偿。

图5示出了机动车2的一个区域、即机动车2的底部的示意图。在该底部上存在充电插座4，该充电插座可以借助于移位装置22平动地移位。移位装置22优选地使充电插座4能够在一个平行于机动车2底部的假想平面内在相互垂直的两个空间方向上移位。移位装置22优选地还具有用于充电插座4的接纳部，当充电插座不需要与充电插头5建立导电式插接连接时，充电插座4布置在该接纳部中。充电插座在该接纳部中相对于外界环境的外部影响受到保护。

移位装置22具有用于清洁充电插头5的清洁装置23。清洁装置23例如按照清洁刷的方式设计。移位装置22优选地具有传送带24，借助于该传送带使充电插座4可至少在空间方向中的一个上移位，优选地平行于机动车2的纵轴线。在横向方向上，即垂直于机动车2的纵轴线地，充电插座4优选地可借助于移位装置22的未详细示出的滑架移位。

图6示出了布置在充电插座4中的充电插头5的剖面图。充电插头5的触点8作为能量传输触点存在。除此之外，充电插头5还具有信号传输触点25。每个能量传输触点8分配有充电插座4的能量传输配合触点26。与此类似，每个信号传输触点25分配有充电插座4的信号传输配合触点27。可以看出，能量传输触点8在周向方向上具有比信号传输触点25大的尺寸。此外，能量传输触点8在周向方向上优选具有比能量传输配合触点26大的尺寸。附加地或另选地，信号传输触点25在周向方向上的尺寸大于信号传输配合触点27在周向方向上的尺寸。由此实现角度容差。

信号传输触点25与信号传输配合触点27结合使用，以便识别出正确的、导电式插接连接的建立。一旦借助于信号传输触点25和信号传输配合触点27确定了这种导电式插接连接的建立，就开始通过能量传输触点8和能量传输配合触点26传输电能。为此，例如从该时刻起，信号传输触点8才通过充电站3与能量源连接。

所描述的供能装置1的设计方案的优点在于，总是能可靠地建立导电式插接连接，并且可靠地避免了由于外部影响而对触点8的污染或损坏。