充电装置及充电方法与流程

本发明涉及一种尤其适用于车辆的充电装置。

此外，本发明还涉及一种所述充电装置的用途。

此外，本发明还涉及使用这类充电装置的电动汽车。

此外，本发明还涉及一种用于尤其是使用这种类型的充电装置来对尤其是车辆进行充电的方法。

多年以来，众多汽车制造商一直在生产或销售电动汽车或插电式混合动力汽车，尤其是采用部分电驱动的汽车。

基于现有技术的许多电动汽车或插电式混合动力汽车是通过安装在导电电缆上的连接元件感应充电的，这种连接元件与安装在汽车上的另一个连接元件建立通电连接。有线充电的优点在于，该装置可通过相匹配的电缆近似无损地实现高度的充电效率。此外，电动汽车有线充电还由于造价相对便宜的电缆和连接器或连接元件，因此成本更低。

不同的汽车制造商往往在汽车的不同位置上布置插座或连接元件，用于连接到安装在电缆上的连接元件。例如，该装置可以集成在汽车的侧面、前面、后面或里面。因此，如果要为电动汽车充电，则必须将其定位或安置在不同于电缆或安装在电缆上的连接元件的位置上，或者必须建立足够长的电缆，以便建立汽车充电线路。电动汽车的指定定位相对不便，而需要较长的电缆，因而增加了其成本。此外，通常还需要手动连接两个连接元件，这又增加了成本。另外，还有可能忘记连接，从而导致电动汽车不能充电，因而不能运行。而且，松散放置的过长的电缆，也可能导致许多问题：电缆可能很快变脏，可能发生绊倒危险，可能打结和导致被破坏。

为了避免这些缺点，一段时间以来人们一直在研究可量产的感应式充电装置。相较于有线充电，感应式充电更加方便，因为其无需手动插拔接口，而且感应式充电可以完全自动化地进行。然而，这需要安装在汽车底部的次级线圈在安装在停车场地面上的初级线圈上方非常精确的定位。目前，感应式充电装置只能实现约3kw至4kw的充电功率，并且效率也很低。此外，必要的电子设备的生产成本也很昂贵，安装在汽车上的整个充电装置自重也很大。感应式充电的另一个缺点在于其电磁兼容性以及与此相关的必要的屏蔽和/或过滤措施，其成本很高。此外，电磁场或电磁能量传输的社会接受度还很低，因此在降低生产成本的同时出售配有感应式充电装置的电动汽车可能还很困难。

根据现有技术水平，虽然汽车充电装置都具有一系列的优点，但是也都有一些缺点。

本发明旨在解决上述问题。本发明的任务在于提供文首所述的充电装置，可为汽车提供具有更高充电功率的舒适和自动化的充电。

本发明的另一个目的在于，提供这类充电装置的一种用途。

本发明的另一个目的在于，提供开头所述的能够高效、舒适和自动化充电的电动汽车。

本发明的另一个目的在于，提供开头所述的能够舒适和自动化交换能量的方法。

为了实现这些任务，所开发出的符合上述要求的充电装置具有配有多个定位元件的接触板和至少一个用于电力传输的连接元件，其中该连接元件在与接触板组合时与位置无关，并且可以弹性嵌入到其中一个定位元件中。

本发明的其中一个优点在于，通过连接元件与接触板的组合可以舒适地为汽车或者安装在汽车中的电力存储单元充电。接触板可设计为能安装在汽车上或汽车内。或者，接触板也可固定安装在充电站上。根据本发明，可以自动进行组合或嵌合。因此，相比于现有技术，在建立电源和汽车之间的连接时无需复杂的手动干预。通过众多的定位元件以及连接元件独立于位置的自动嵌合，不再需要接触板所在汽车的精确定位。特别是相比于电动汽车或插电式混合动力汽车的感应式充电，此设计具有巨大的优势，因为感应式充电的效率随着线圈位移的增加而显著下降。优选地，具有定位元件的接触板应设计为，在将连接元件独立于位移嵌入到其中一个定位元件时，优选是形状配合的。通过符合本发明的充电装置，一方面可以为汽车中的电力存储单元充电，另一方面可以将电力存储单元中存储的电力回输到电网中。所以此装置可用于两个电力系统之间的双向能量交换。

优选地，接触板应具有多层结构，其中在其一个截面中交替设置至少一个绝缘层和至少一个接触层。绝缘层可以由塑料材质制成，例如聚酯，特别是聚乳酸(pla)。pla可以具有高达20000v/mm的介电强度，从而使得绝缘层可以相对很薄，而接触层为了建立电接触或传输电力而应设计为可导电的。其优点在于，绝缘层也可以由聚氯乙烯(pvc)，聚乙烯对苯二甲酸酯(pet)或丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(abs)制成。总体来说，接触板可以尽可能薄，以最小化其自重。但是，最好设计为绝缘层比构成材料的介电强度要厚，例如20倍。

接触板最好包含分别具有定位元件的多个电池单元，后者俯视图最好是多边形的，特别是六边形的。这些单元有规律地布置在接触板上，并且因此包括其总面积。可以设计为一个单元的直径约为40mm至120mm，例如70mm。

也可以设计为，接触板为细长型的，因此只有一行单元，并且每个单元包括定位元件。在这里，需要连接元件的二维运动，以便将其与一个定位元件相结合。这种接触板仅需占用电动汽车底部的很小空间，例如横向布置在车底。当连接元件和定位元件组合安装在电动汽车底部时，除了向上运动，还需要连接元件的纵向运动。

另一种充电装置设计形式的特征在于，接触板只包括定位元件或电池单元。为此需要连接元件更加精确的定位，以及符合单元大小的公差范围。

在这种情况下，可以优选设计为，每个单元具有锥形凹部，以及位于单元中心的顶点。这些凹部优选地包括接触板的整个高度或厚度，例如10mm至30mm厚。具有锥形凹部的每个单元代表一个定位元件。凹部角度最好具有一定的最小陡度，其范围约为15°至35°，最好是20°至30°，优选为大约25°。

每个锥形凹部最好具有至少一个中空圆柱形同轴凹槽。根据本发明，可以设置一个，三个，五个凹槽或更多个凹槽。如果设置多个凹槽，则其最好具有不同的深度，并且布置在最内侧或者靠近锥形凹部顶点位置上的凹槽可以具有相对更大的深度，或者在接触板下端的方向上最大延伸。

为此，最好在至少一个同轴凹槽中设置至少一个接触层。根据本发明，可以设计为，整个接触板由作为绝缘层的非导电或绝缘材料制成。然后，可以在至少一个凹槽中布置至少一个接触层或导电层。如果要建立接触板或定位元件和连接元件之间的交变电压或交变电流或三相电流传输的三相连接，最好设计为，在每个单元或者每个定位元件中设置三个同轴凹槽。同时，在每个凹槽中分别环形或同轴设置一个接触层。通过至少一个接触层的环形设计，其厚度可以非常薄，例如厚度小于2mm，最好是约1mm，并且仍然具有很大的横截面积，因为接触层的周向长度至少比其厚度大一个数量等级。通过更大的横截面积，可实现更大的充电效率，从而降低充电时间。

也可以设计为，在三相连接时除了三个凹槽及其各自的接触层，还可以为保护导体和中性导体提供另外两个凹槽，以及额外的一个或两个凹槽。在这些凹槽中，根据需要，为电动汽车和充电站之间的通信设置了信号线或信号触点。如果只为两个信号触点配备一个额外的凹槽，并且其将被继续分割，或者其中两个信号触点与一个绝缘体堆叠放置，以便将这两个信号触点彼此分开，则更为有利。在定位元件与连接元件组合时，信号触点感应式彼此连接。通过信号触点几乎没有传输能量，因此厚度非常薄，甚至比用于电力传输的接触层更薄。

在最好包括三个外导体、一个中性导体、一个保护导体和两个控制或信号触点的三相连接或电力传输系统中，电动汽车的充电端口最好连接到汽车电池管理系统的导线，例如所谓的车载充电器。接触板对应的接触层与这些导线平行连接。如果通过接触板充电，则有必要中断电动汽车充电端口和接触板并联支路之间的信号触点，以避免同时通过接触板和通常的电动汽车充电端口充电，否则可能会造成短路。

此外，对应于三个外部导体和中性导体的接触板的接触层，应始终通过继电器或半导体开关(例如晶闸管或三端双向可控硅)与电动汽车断开电路连接，只要不是直接通过接触板充电。一旦开始通过接触板充电并且已经通电，那么接触层之间的电压(例如外部导体和中性导体之间)可用于切换所述继电器或半导体开关。

如果电动汽车要进行有线充电，则有必要避免同时通过接触板自动充电。这可通过中断相应的信号线或者相应的电子装置来避免同时通过接触板充电。

在采用单相连接时，在每个单元或每个定位元件中布置一个同轴凹槽或另一个用于零线的凹槽。此外，还为信号线提供了一个或两个凹槽。然而，由此所产生的三相电路最好是不对称负载的，因为在这种情况下相应电路只能达到一定的功率负载。在这种单相结构中，接触层的尺寸应足够大，从而流通或传输更大的电流。此外，两个导电触点在直流充电时可被用作正极或负极。

接触层或导电层可以在各个定位元件之间互连，优选是通过接触板或者在整个接触板中互连。在三相连接的情况下，相同相位的接触层在整个接触板上延伸，因此从一个定位元件延伸到另一个定位元件。因此，为每个导体提供接触层。为了使得每个接触层的横截面积是相同的，接触层在锥体顶点的方向上越靠近内侧布置，其接触层越厚。

每个接触层之间分别布置一个绝缘层，该绝缘层同时也在整个接触板上延伸，并且每个绝缘层分别向下和向上封闭接触板。在三相连接的情况下，提供了四个绝缘层。此外，最好设计为，接触层分别具有小于绝缘层的高度，或者没有完全延伸到绝缘层的顶端，以避免不必要的电弧放电和接触。接触层和绝缘层优选通过一次性的较高的力作用不可分离地彼此连接。这种连接可通过压制、胶合或螺合等建立。最好设计为，各层是层或夹形式彼此连接，而无侧凹，从而节约接触板的生产成本。

除了三相连接，该充电装置还可以设计为用于接触板或定位元件和连接元件之间的交变电压传输的五相连接。为此，在每个单元中提供五个同轴凹槽，并且在每个凹槽中设置一个接触层。根据三相连接情况，设置接触板的分层结构。

为了实现接触板与存储单元之间的电力传输，可以在接触板的整个长度或宽度上以及在接触板的一个或两个侧面的边缘上为每个导电接触层连接一条电源线。电源线最好是固定在接触板上，从而避免点状过高的电流负载。

此装置可以设计为，接触板位于电动汽车上，最好是在车底中间，从而实现电动汽车尽可能灵活的定位。优选地，可以设计为，接触板的大小至少为40cm*25cm，例如80cm*60cm。或者也可以设计为一行，其长度约为40cm，对应于电池单元的宽度。但是，其体积最好足够大，以便电动汽车可以停放在停车场的任意位置上。同时，应该具有足够小的重量，以便可以自动嵌合连接元件，并且不会不必要地增加电动汽车的重量。

还可以设计为，接触板位于插电式混合动力汽车的底侧。此外，接触板也可以安装在汽车前部或后部牌照板的旁边，或者车内。

接触板也可以通过单一的单元标识，并且其尺寸基本对应于单个单元的尺寸。

最好是提供盖板装置，以便在不使用时盖住接触板。不使用的情况是指汽车充电装置不充电，或者接触板没有连接到连接元件的情况。盖板装置优选设计为可折叠形式，并且可以防止灰尘和/或湿气。盖板装置最好可自动打开和关闭，并且最好采用磁铁等方式固定。该装置还可以配备弹簧，以使盖板装置可从一个位置切换到另一个位置。盖板装置最好是可以在连接状态下覆盖接触板没有连接到连接元件的区域。

盖板装置最好设计为板条结构，并且每个板条都可以可拆卸地连接到彼此。在一个、两个、三个或多个板条内，优选设置一个铁磁材料，并且该铁磁材料通过三个纵肋向外延伸，并且优选地布置在板条的整个长度上。优选地，铁磁材料应基本布置在相应板条的中间，并且包括其宽度的约50％。每个板条两侧的外边缘由非铁磁材料构成，例如塑料或非铁磁性金属。由多个板条并排布置形成的板条状盖板装置，由铁磁和非铁磁区域交替形成，并且两者具有基本相同的宽度。

为了实现完全自动化的充电，还可以设计为，连接元件可安装在定位元件中，并且连接元件最好是具有钝头的圆锥形结构。这可确保连接元件形状配合地定位在接触板的每个定位元件中。钝头或平端可以实现连接元件自动和弹性嵌合到其中一个定位元件中。在这种设计中无需克服较大的阻力。特别是当连接元件在安装在接触板上两个定位元件之间的位置上时，通过连接元件的成形可以实现自动嵌合到其中一个所需的位置中。优选地，连接元件的端部应具有半球状倒圆形，并且其半径小于5mm，最好是1mm或更小。在选择连接元件材料时，应特别注意的是，其应具有所需的硬度，以便尽可能减小可能的材料磨损以及组合时的摩擦力。为此，连接元件的表面可以涂层，例如使用用聚四氟乙烯(ptfe)，并且最好是定位元件的表面也使用ptfe涂层，以尽可能减小组合时的摩擦力。

根据本发明，还可以设计为，连接元件的锥体或圆锥具有50°至80°的角度或圆锥状缩小，最好是55°至75°，优选65°。这样其在组合或者固定在接触板上时可以在定位元件上流畅地滑动，不必克服很大的摩擦阻力。

最好设计为，在连接元件内部设置至少一个接触体，后者在力作用下可部分地离开连接元件，以便连接到定位元件的接触层，同时在接触板中布置一个接触区域。最好设计为，在连接元件中设置多个接触体，并且其对应于布置在接触板同轴凹槽中的接触层而同轴布置。根据在交变电压传输时是要建立三相还是五相连接，可以相应地配置三个或五个中空圆柱形或环形接触体。可以设计为，每个同轴接触体分别由多个，例如三个，六个或八个部分或节段组成。通过至少一个接触体的中空圆柱形设计，厚度可以非常小，例如厚度小于2mm，最好是约1mm，并且仍然具有很大的横截面积，因为接触体的长度或周长至少比其厚度大一个数量等级。通过更大的横截面积，可实现更大的充电效率，从而降低充电时间。

根据本发明，还可提供直流电的传输。为此，可以提供两个连接元件，其中分别布置一个接触体和各一个相位。为了容纳连接元件，定位元件可以成对设计，并且分别包括一个接触层和一个相位。

最好设计为，接触体总是布置在连接元件内，并且只有在定位元件形状配合地容纳了连接元件后，才能部分地从其中挺出，以避免接触体或类似物的弯曲和/或接触。对于部分超出连接元件的位置或者连接元件形状变化的位置，在连接元件锥体方向上的节段分别在所有方向上被其限制，并且锥体优选地由不导电的材料或绝缘材料制成。接触体可以在外部直至电气接触所需的区域都是绝缘的。根据需要，在锥体顶部的相对侧上应配置压力传动介质，通过其接触体在力作用下从连接元件的锥体中挺出，并且接触体最好在此位置上可拆卸地固定在连接装置的外部。同时可以设计为，其可通过压力传动介质的重新致动而从这个位置上释放，并且可以重新回到连接装置内部的这个起始位置上。根据本发明，还可以设计为，首先进行连接元件与定位元件之间的形状配合的连接，然后这两个元件最好在建立至少一个接触层和至少一个接触体之间的连接的同时，建立彼此之间可拆卸地力配合地连接。只有完成这些步骤之后，电力才能传输到车中蓄电池或其控制和/或动力电子设备中。

为此，可以配备第一机械开关或传感器，以确定，接触体是否已完全被推出连接元件。此外，还可以安装第二开关或传感器，其可以位于外部的连接元件的定位锥体上，并且在与定位元件接触时被致动。两个传感器或开关可以优选地通过and链接彼此连接，并且其必须同时操作，以实现电流。此外，这些传感器还可以立即中断电流，如果这些元件彼此分离。

特别有利的是，连接元件位于升降装置上。升降装置最好是通过线性致动器驱动和/或被设计为机械臂形式，并且位于停车场的地面上，并且在不使用时尽可能平坦和与地面平齐。特别有利的是，连接元件位于升降装置上，并且其始终大致平行于地面和/或接触板。此外，连接元件可移动或偏转地布置在升降装置上，以便在固定在接触板上时可以自动和弹性地嵌合到其中一个定位元件中。在x方向和y方向上的侧向或横向偏转可以通过弹簧等实现。x-y平面所对应的平面用于安装接触板的各个单元，并且垂直于z方向。定位元件基于该平面在x和y方向上偏转。这种弹簧可以在松开连接时使得连接元件自动回复到其初始位置。

最好设计为，升降装置可自动移动。因此，连接元件在接触板定位元件中的定位以及电力传输都可以自动自发进行。无需连接元件和汽车的手动匹配，以及汽车的精确定位，因为其提供了多种方法和定位元件来接收所述连接元件。因此，例如，机械臂形式的升降装置可以在轴线方向上移动(z方向)，并且只需执行上下运动。为了实现最终嵌合，安装在升降装置上的连接元件可侧面围绕至少一个单元轨道半径偏转(x方向和y方向)，从而始终占据离散位置。还可以设计为，连接元件和定位元件之间的通电连接也可自主或自动地通过升降装置建立，以便自动为汽车中的电力存储单元充电。

根据本发明的充电装置可以确保电动汽车或插电式混合动力汽车与电网的永久连接。从而实现受控充电，并避免昂贵的用电高峰时间。为此可以提供控制单元和/或通信单元，借助其实现汽车或存储单元与电网或充电装置固定部分之间的通信。这种通信的优点在于无线和自动化。

根据本发明的充电装置适合用于电动汽车电力存储单元的自动充电。在开头所述的电动汽车中，配有多个定位元件的接触板被特别布置在电动汽车的底侧，并且至少具有一个用于电力传输的连接元件，其在与接触板组合时与位置无关，并且可以弹性地嵌入到其中一个定位元件中，通过这种设计实现了本发明的另一个目标。

本发明的特别优点在于，通过连接元件独立于位置地弹性嵌合到接触板的定位元件中，可以实现电动汽车或者电力存储单元的自动自主充电。这一方面可以为存储单元充电，另一方面也可以将其中存储的电力反馈到电网中。接触板被优选布置在电动汽车上，使得汽车可以停在停车场的任意位置上。通过自动嵌合，还省略了电缆或类似物的处理。根据本发明，还可以设计为，接触板具有更小的自重，从而不会显著增加电动汽车的重量。

在开头所述的方法中，至少一个用于电力传输的连接元件与安装在车内的接触板组合，并且所述连接元件在与接触板接触时与位置无关，并且可以弹性地嵌入到其中一个定位元件中，通过这种设计实现了本发明的方法目标。

本发明所述方法的优点尤其在于，通过连接元件独立于位置地弹性嵌合，自动建立接触板和连接元件之间的连接。如果连接元件被固定在接触板的任意位置上，则其它会自动自发地嵌合到位于接触板上的一个定位元件中。为此，应优选设计为，连接元件被形状配合地安装在其中一个定位元件中。同时，定位元件被固定在六边形单元中，同时每个单元具有锥形凹部，并且接触板的每个定位元件都具有相同的形状。通过本发明所述的方法，可以高效和舒适地为电动汽车或插电式混合动力汽车充电，并且接触板优选布置在车上或车内。

优选地，可以设计为，在连接元件与定位元件形状配合地结合时，至少一个布置在连接元件内的接触体被压入位于定位元件同轴凹槽中的接触层部分中，并且建立可拆卸和力配合的连接。为此，除了建立通电连接，接触体应始终位于连接元件之内。最好设计为，提供多个同轴布置的接触体，该接触器为建立通电连接而被压入同样同轴形式的定位元件的凹槽中。在建立通电连接的同时，两个元件也应力配合地彼此连接，以实现电力的不间断传输。在建立三相连接时，三个同轴布置的接触体在力作用下被定位在定位元件的三个同轴布置的凹槽中，同时连接元件的三个接触体分别被分为多个部分或节段，例如三个，六个或八个。在定位元件的凹槽中，分别布置一个接触层，并在其方向上移动接触体。

根据需要，按照汽车和接触板的预定位置，连接元件通过升降装置自动移动到接触板。升降装置可以通过线性致动器驱动和/或被设计为机械臂形式。升降装置优选布置在停车场或类似场所的地面上，并且可以在轴线方向上移动(z方向)，以便停在接触板的任意位置上，同时接触板优选布置在汽车的底侧。接触板和连接元件之间的连接无需手动干预即可建立。连接元件优选大致平行于地面朝向接触板移动，同时接触板可以布置在汽车的底侧。在固定在接触板上时，连接元件侧向围绕单元轨道半径偏转(x方向和y方向)，从而在定位元件中始终占据离散位置。为此，连接元件优选可移动或偏转地布置在升降装置上，例如通过至少一个弹簧。为了在不使用时保护升降装置，可以为此提供盖板装置。

同时可以提供定位系统，通过其可以向驾驶员说明，汽车已经或即将占有的位置是否可以进行连接元件与接触板定位元件之间的自动连接。

可优选设计为，在连接元件接触体与定位元件接触层完全接触时，以及在定位元件与连接元件自动建立附着力配合连接后，可以为汽车存储单元充电。首先，自动建立接触板和连接元件之间的连接，然后再次自动为汽车存储单元充电。通过至少一个接触层和至少一个接触体之间的同轴结构，其厚度可非常薄，但是又具有很大的横截面积，从而确保充电循环的高效率。

优选地，可以设计为，在完成充电循环后，力配合的连接自动松开，并且连接元件通过升降装置移动到初始位置。初始位置可以设置在汽车停车场的地面上。为了给汽车或车内存储单元充电，汽车要停在停车场的任意位置上，然后连接元件与安装在车上的接触板建立连接，然后为汽车充电装置充电。整个过程都是自动自主进行的，无需驾驶员的干预。在充电完成后，也无需手动干预，因为连接元件会自动自主地与接触板断开连接。

还可优化设计为，在接触板不使用时通过盖板装置防水覆盖。在确定充电位置后，盖板装置的打开和/或关闭也可以是自动进行的。通过盖板装置，可以防止接触板污染和/或损坏。为此，可以给盖板装置涂层。此外，还可以配备加热器，以便在冬季避免盖板装置结冰等。

更多特征、优点和作用见下列实施例。相关附图如下所示：

图1所示是本发明的充电装置；

图2a所示是本发明充电装置的接触板示意图；

图2b所示是图2a所示接触板的截面示意图；

图2c所示是图2a所示接触板的另一个截面示意图；

图3a所示是本发明充电装置的接触板的另一个视图；

图3b所示是图3a所示接触板的截面图；

图3c所示是图3a所示接触板的另一个截面图；

图4所示是本发明充电装置的接触板的仰视图；

图5所示是本发明充电装置的接触板的另一个视图；

图6a所示是本发明充电装置的无触点版本；

图6b所示是图6a所示本发明充电装置的截面图；

图6c所示是图6a所示本发明充电装置的另一个截面图；

图7a所示是本发明充电装置的带触点版本；

图7b所示是图7a所示本发明充电装置的截面图；

图7c所示是图7a所示本发明充电装置的另一个截面图；

图7d所示是图7a所示本发明充电装置的另一个视图；

图8a所示是本发明充电装置的带触点版本的另一个视图；

图8b所示是图8a所示本发明充电装置的带触点版本的一个细节图；

图9所示是汽车充电循环；

图10a所示是升降装置；

图10b所示是升降装置的另一个视图；

图11所示是汽车在停车场上的停放位置选项；

图12a所示是另一个升降装置；

图12b所示是一个开口装置；

图12c所示是开口装置的另一个视图；

图13所示是盖板装置的截面细节图；

图14所示是带部分去除外铁芯的电磁铁的截面图；

图15所示是带两个电磁铁和一个连接元件的盖板装置的截面细节图；

图16所示是接触板及盖板装置的示意图；

图17a所示是本发明方法的示意图；

图17b所示是图17a所示本发明方法的另一个示意图；

图17c所示是图17a所示本发明方法的另一个示意图；

图18a所示是根据现有技术的方法的示意图；

图18b所示是本发明方法的另一个示意图。

图1所示是本发明所述的充电装置1，其中具有接触板2，其上设有多个定位元件3。图1上还显示了连接元件4，该元件安装在定位元件3上。因此接触板2是多层结构的。

在图2a至2c中所示是接触板2的结构示意图。如图2a所示，其中被分成均匀的六边形单元7，并且这些单元7被规则地排列。如图2b和2c所示，每个单元7包括锥形凹部8朝向中心点方向，其穿过接触板2的截面如图2a所示。

图3a至3c所示是接触板2的其他视图，其中可以看出其采用分层结构，并且图3a所示是接触板朝向外侧的视图，而图3b和3c则分别示出了图3a所示的接触板的截面图。在接触板2中交替布置了接触层6和绝缘层5，其中三个接触层6用于建立三相连接，以便传输交变电压和三相电流。在图3a所示的俯视图中，还可以看出，在锥形凹部8中设置了凹槽9，并在其中布置接触层6。凹槽9优选设计为空心圆柱形和同轴结构。另外，其中还可以具有不同的深度，并且凹槽9可以具有大致相同的深度。此外，还可以设计为，接触层6在整个接触板2上延伸，或者一个定位元件3的凹槽9的每个接触层6分别与下一个定位元件3相应接触层6连接。最好设计为，接触板2的整个剩余部分由这些或者更多绝缘层5组成。

接触板2内侧的仰视图或视图如图4所示，其中可以看出，凹部8之间的区域从接触板2取出，以减小材料和重量。

接触板2的另一个视图如图5所示，其中可以看出其层状结构，并且接触层6分别置于凹槽9中。整个接触板2为层状结构，并且绝缘层5和接触层6交替布置。

图6a至6c示出的是充电装置1及接触板2和置于其上的连接元件4，其中没有建立通电连接。然而，连接元件4形状配合地安装在接触板2的定位元件3上，或者连接元件4离散地对准单元7的中心。为此可以设计为，连接元件4是带有钝头或略圆形顶端或末端的圆锥形结构。这确保了连接元件4形状配合地定位在接触板2的每个定位元件3中。钝头可以实现连接元件4自动和弹性嵌合到其中一个定位元件3中。通过这种设计可无需克服较大阻力。此外，连接元件4的锥形可以通过支撑面密封，后者直径大于锥体的直径。这确保连接元件4在其中一个定位元件3中占据一个直立端位，而不是倾斜地卡在其中。为此，连接元件4的旋转轴可以与定位元件3圆锥形凹槽8同轴布置。

在图7a至7d中示出了充电装置1及接触板2和置于其上的连接元件4，其中后者形状配合地连接到其中一个定位元件3并且建立通电连接。为此，接触体10被部分从连接元件4中推出，并且在元件3,4建立形状配合的接触时彼此连接，以便之后可以进行无间断地充电。要配备至少一个接触体10，而且最好是在连接元件4中设置多个同轴布置的接触体10，且其对应于接触层6而形成。实践表明，每个同轴接触体10被分为至少六个节段，以增加其弹性，从而增加与接触板2之间的机械接触电阻，这样各个节段通过一定的压力压到定位元件3的接触层6上，从而减少接触电阻。在建立通电连接的同时，连接元件4与接触板2的定位元件3力配合和可拆卸地连接，例如通过弹簧。为了确保在两个连接元件3,4建立形状配合的连接之后才能建立通电连接，可以在连接元件4中安装磁铁。磁铁用于确保，连接元件4在单元7接触板2的一个表面上对准，而无需提前将接触体10从连接元件4中推出。

图8a还示出了一种充电装置1，其中连接元件4的接触体10与定位元件3的接触层6建立通电连接。图8b所示是图8a连接的细节图。连接元件4的接触体10与定位元件3的接触层6接触。在接触层6之间设置绝缘层5。图8a和8b所示是接触板2或定位元件3与连接元件4之间用于交变电压传输的三相连接线路。为此，在每个单元7和每个定位元件3中设有三个同轴凹槽9，在每个凹槽9中分别环形或同轴设置一个接触层6。通过接触层6的环形设计，其厚度可以非常薄，例如厚度小于2mm，最好是约1mm，并且仍然具有很大的横截面积，因为接触层6的周向长度至少比其厚度大一个数量等级。通过更大的横截面积，可实现更大的充电效率，从而降低充电时间。相应地，在连接元件4中设置三个环形接触体10，每个环被分为若干节段。特别优选地，接触层6应略微向上倾斜延伸，这样在与接触体10组合时可以克服轻微的阻力，从而形成全表面接触。

除了三相连接，充电装置1还可以针对接触板2或定位元件3和连接元件4之间的五相连接进行相应的设计。为此，在每个单元7中提供五个同轴凹槽9，并且在每个凹槽9中设置接触层6。根据三相连接情况，设置接触板2的分层结构。

根据本发明的充电装置1还可以设计用于直流电的传输。为此，可以提供两个连接元件4，其中分别布置一个接触体10和各一个相位。为了容纳连接元件4，定位元件3可以成对设计，并且分别包括接触层6和相位。

接触板2也可以设计为，包括锥形连接元件4，并且为了建立连接，可以将带锥形凹部的定位元件3置于其中一个连接元件4上。

优选地，可以设计为，接触板2如图9所示大致居中位于汽车f的底侧，例如电动汽车或插电式混合动力汽车。其大小可以大约80cm*60cm。连接元件4可以优先地布置在升降装置11上，其中后者可以大致位于停车场地面的中部，并且在驶入位置上或者在不使用时与地面齐平。通过接触板2在汽车f上的这种布置，以及连接元件4或升降装置11的布置，可以实现连接元件4与接触板2或其上布置的定位元件3之间的简单和自动连接。升降装置11最好设计为机械臂形式。

图10a和10b示出了带连接元件4的升降装置11。升降装置11可以布置在私人停车场的地面上，或者公共区域的地面上，例如购物中心、高速公路服务区或者的士站，用于给汽车f充电。接触板2和连接元件4之间的连接总是可以通过充电装置1自动建立。最好设计为，汽车f可以与充电装置1的固定部分进行无线通信，并且接触板2具有唯一的识别号。

还可以设计为，连接元件4位于升降装置11上，并且总是大致与地面平行。为此，升降装置11可以包含端部保持装置12，并在其上布置连接元件4，如图10a和10b所示。连接元件4还可以通过弹簧等可移动地布置在端部的保持装置12上，以便为了嵌合到其中一个定位元件3中而执行x方向和y方向的侧向或横向运动。还可以在端部保持装置12和升降装置11的机械臂14之间配备机械装置13，以便将其与端部的保持装置12可偏转地连接在一起。图10a所示是处于回缩状态的升降装置11。该装置可以位于停车场的地面上，并且与地面齐平。为此，端部保持装置12通过机械装置13相比机械臂14下降，如图10a所示。图10b所示是处于伸展状态的升降装置11，其中端部保持装置12通过机械装置12向上延伸，尤其是延伸到高于升降装置11机械臂14的位置上。这样，安装在端部保持装置12上的连接元件4占据最高位置，并且可以之后嵌合到其中一个定位元件3中。优选地，升降装置11上的连接电缆应采用柔性设计，以便不影响连接元件4的位置平衡。连接电缆可以设计为铜或铝材质的细或极细线束，并且通过柔性或可拉伸材料绝缘，例如橡胶或硅树脂。此外，还可以在相应的电缆中分别设置相位，以再次增加柔性。

汽车f在停车场上的定位方案如图11所示，其中通过不同的阴影或线条表示了汽车f的多种定位选项。这种停车场可以有2.3米宽。可以设计为，升降装置11与连接元件4大致居中地布置在这种停车场的地面上。汽车f及大致居中位于车底的接触板2可以定位在这种停车场的任意位置上，如图11所示。最好设计为，选择合适的接触板2的尺寸，使得连接元件4始终可以定位在置于其上的其中一个定位元件3上，无论汽车f位于停车场的什么位置上。对于宽度约为2.3米的停车场，接触板2的大小可以是80cm*60cm。

当接触板2不使用时或者没有连接到连接元件4时，应该通过盖板装置17覆盖，以保护接触板2免受污染或破坏。本图中未示出的盖板装置17可以设计为可折叠形式，并且可通过至少一个磁铁固定在位置上，或者通过弹簧改变位置。可以设计为，接触板2可以自动自主地被覆盖，只要汽车f在充电位置上就位。此外，还需设计为，其在完成充电后可以自动关闭。盖板装置17可以设计为扁平板条结构，并且这些板条只有几毫米厚，例如2mm至3mm。这些板条可以通过槽和栓彼此啮合，从而在闭合状态下形成致密而平坦的单元，以便覆盖整个接触板2。各个板条可以在轨道上串联和移动。在相邻板条之间，该装置可以在槽和栓彼此啮合的位置上彼此分开。从而在盖板装置17中形成一个开口，并在其中暴露出接触板2的一部分。板条在轨道上的最大运动可以在轨道的起点和终点用挡块限制。此外，板条可以通过弹簧压缩，以便自动关闭开口。每个板条的宽度可以是接触板2单元7宽度的一半，并且板条可以至少部分由磁性材料构成。

为了实现连接元件4与接触板2其中一个定位元件3的自动连接，可以在升降装置11上安装开口装置15，这样盖板装置17的板条会在与开口装置15接触时自动在正确的位置上打开。升降装置11及开口装置15如图12a所示。开口装置15最好位于升降装置上，并使得开口装置15始终大致平行于地面。图12b示出了开口装置15。其中包括两个分别成180°或三个分别成120°偏移并围绕至少一个轴旋转的机械臂，其上可以布置至少部分可旋转的磁铁16，尤其是永久电磁铁。这种磁铁16在未通电时有磁性，但是在通电后可以增强这种磁铁16的作用，或者通过反向电流被抵消。当开口装置15与图中未示出的接触板2的盖板装置17接触时，机械臂通过磁铁16附着在盖板装置17的板条上。当在盖板装置17的方向上或者在z向上通过开口装置15施加压力时，机械臂与盖板装置17的板条在两个相反的方向上(在x-y平面上)彼此分开，而磁铁16不会在x或y方向上滑动。为此，可以设计合适的磁铁16或板条的表面，例如带结子或凹槽。机械臂的彼此分离如图12c所示。在分离时，磁铁16或其正向力和/或附着力的效果可通过磁铁16的通电来增强。为了再次关闭盖板装置17，可通过反向通电再次从盖板装置17的板条上松开磁铁16。这种开口装置15或用于盖板装置17自动开关的整个机械单元也可以独立于充电装置1使用。

图13所示是另一种盖板装置17的截面图，其中各个板条18可拆卸地彼此连接。在一个、两个、三个或多个板条18内，优选设置一个铁磁材料19，并且该铁磁材料通过三个纵肋20a向外延伸，并且优选地布置在板条18的整个长度上。优选地，铁磁材料19应基本布置在相应板条18的中间，并且包括其宽度的约50％。每个板条18两侧的外边缘由非铁磁材料构成，例如塑料或非铁磁性金属。由多个板条18并排布置形成的板条状盖板装置17，由铁磁和非铁磁区域交替形成，并且两者最好具有相同的宽度。

为了自动打开盖板装置17，然后建立连接元件4与接触板2其中一个定位元件3的连接，在升降装置11上布置了开口装置(未标示)。其中包括至少一个，优选两个，盖板，其下布置了一个，两个或多个电磁铁21。如图14所示，这样的电磁铁21通过选择性地移除或操纵外侧铁芯而具有类似于圆柱形永久磁铁的磁场分布，并且在其外端上具有三个纵肋20b。此外，这种优选圆柱形的电磁铁21的宽度或直径对应于板条18铁磁材料19的尺寸。连接元件4优选布置在尤其是两个电磁铁21的下面。优选地，在升降装置11的上端布置用于盖板通过相应电磁铁21的侧向位移的装置，例如线性滑块，线性导轨系统或可枢转的并联机构。如果配备可枢转的并联机构，则可以在其上，尤其是在其顶部纵向布置具有导轨和滑块的线性滑动系统，并且在线性滑动系统的导轨上布置电磁铁21。应在电磁铁21和线性滑动系统或可枢转的并联机构之间设置合适的机械装置，例如剪切机构，并确保其通过施加到盖板装置17板条18上的压力彼此分开，从而在打开的区域中连接元件4可以按照单元结构对齐。为此，连接元件4必须主要在纵向方向上移动，从而使其嵌合在定位元件3中。通过在适当位置放置的弹簧，可以自动关闭盖板装置17或将其重置为初始状态。

在将电磁铁21与盖板装置17的板条18组合时，需要注意的是，电磁铁21应接触板条的铁磁材料19，而不能接触盖板装置17的非铁磁部分。如果电磁铁21不通电，可能出现这种不良情况。因此，有必要为电磁铁21通电。通过由此所形成的磁场，电磁铁21由于板条18的铁磁材料19的吸引力被对齐和偏转，以使电磁铁21至少部分地重叠或与板条18的铁磁材料19居中对齐。具体情况参见图15所示。为此，电磁铁21需要与连接元件4一起偏转。

如果已通电或短时间过载的电磁铁21与板条18的铁磁材料19连接，那么连接元件4大致居中对齐两个板条18接触的位置，如图15所示。图16所示是接触板2及盖板装置17的示意图。可以看出，板条18的宽度相对于接触板的六边形单元结构，尤其对应于两个相邻、倾斜偏移、六边形单元7的中心点之间的距离。如果盖板装置17要在这两个板条18之间打开，那么这两个板条和其余板条18在连接元件4的两侧移动，特别是略多于板条宽度的一半。板条18的位移优选在两侧上通过挡块限制。这样，连接元件4侧面大致与接触板2的六边形单元结构对齐；因此，为了连接元件4形状配合地嵌入定位元件3中，仅需要其在纵向方向上的位移。具体情况参见图16所示。

为了确保电磁铁21具有有利于铁磁材料19横向引力的磁场分布，电磁铁21最好设计为，具有类似于圆柱形永久磁铁的性质或磁场分布。为此，电磁铁21最好设计为没有外部铁芯。

此外，还可以设计为，充电装置1和升降装置11的整个电子控制单元和保护机构位于所谓的壁箱中。该装置可以具有20cm*30cm*8cm的尺寸，并且包括至少一个按钮或类似的交互元件。在其前部可以安装一个led环，其中可以具有大约16cm的直径，并且由60个三色led灯组成。通过各个led灯的动画，例如闪烁，走灯，颜色变化，亮度变化等为用户提供当前状态：如待机，准备充电，正在充电，充电完成，出错等。例如，如果正在充电并且电动汽车要投入运行，则只需按下按钮就可以停止充电，同时升降装置11手动自动触发驶入。此外，按住按钮三秒或更多秒，还可以切换到电流强度编程模式，以设置、更改或调整电流强度或充电功率。通过反复按下按钮，可以增量提高电流强度，并通过不同数量的led灯环显示。如果达到了最大电流强度，可以通过再次按下按钮切换到最低等级。例如，如果五秒、七秒或更多秒不按按钮，则可以自动结束电流强度编程模式。

此外，通过led灯环还可以显示汽车的正确或错误的位置，或者通过定位系统在停车期间通过led灯的动画或闪烁箭头显示车辆的行进方向，从而使得接触板2位于自动连接的公差范围内。此外，通过这种led灯环还可以显示其他参数或运行状态。此外，还可以在壁箱中设置无线连接，例如蓝牙，以便通过智能手机或类似设备建立连接。通过智能手机可以读取所有参数，并调节充电开始时间或充电功率等参数。或者，壁箱也可直接联网，或者可以连接到电力公司，以确定电网的负荷。此外，壁箱还可以配备储能器，以便在发生电力故障时可以自动启动升降装置11。

在本发明所述的方法中，连接元件4与接触板2组合，如图17a至17c所示。接触板2应设计为，连接元件4在与其接触时可以自动和弹性地嵌合到其中一个定位元件3中。这最好独立于连接元件4在接触板2上的位置进行。在图17a至17c中，显示了连接元件4在接触板2上的三种可能位置或情况a,b,c。第一种最佳情况a是直接位于定位元件3中。这时无需执行其他的步骤，因为连接元件4已经占据了所需的端位。在第二种情况b中，连接元件4(图17a至17c中显示为锥形)位于六边形单元7的边缘上，然后滑动并从而再次占据一个端位。在第三种情况c中，连接元件4被安置在三个单元7接触的点上。但是，充电装置1应被设计为，连接元件4即使被定位在接触板2上的这个位置上，也能向下滑动到其中一个相邻的定位元件3中。各个锥体的可能的滑动方向如图17c箭头所示。连接元件4总是在定位元件3中占据一个离散位置，无论其在接触板2上的定位如何。在本发明所述的方法中，连接元件4正交(在z方向上)移动到单元7中作为接触板2夹紧的结构，并侧向(在x和y方向上)围绕单元7的圆周半径偏转。

在图18a和18b中，显示了连接元件4与接触板2或定位元件3连接的空间偏移三轴定位，与按照本发明所述方法的单轴定位的比较。如图18a中所示，按照现有技术水平，首先确定实际位置和目标位置，例如通过相机等装置。然而通过至少三轴定位建立连接。这种三轴定位可通过机械臂等实现。这种机械臂结构复杂、造价昂贵。此外，按照现有技术水平，电动汽车或插电式混合动力汽车定位元件3的各种设置也很难实现。

图18b所示则是按照本发明所述方法的连接元件4的定位。其中，连接元件4通过任意点或定位元件3连接到接触板2。这样，运动流动相比图18a减少到一个轴，因为在连接时只需在z方向上运动。此外，还不需要定位。