法律状态公告日
法律状态信息
法律状态
2016-10-26
授权
授权
2014-03-12
实质审查的生效 IPC(主分类):B62H3/02 申请日:20120207
实质审查的生效
2013-11-06
公开
公开
技术领域
本发明涉及一种模块化车辆系统、电动车辆和用于与电动车辆连接 的模块。
背景技术
电驱动的车辆长久以来尤其针对个人短途交通由于增长的能量成 本和对交通运输减少排放的要求而越来越有意义。尤其在例如涉及电动 自行车、电动助力车和摩托车、但是也涉及轮椅和四轮摩托车的轻型电 动车辆的领域中，同时能够购买多种车辆类型。
所有的这种类型的车辆具有电动马达，所述电动马达用于唯一的或 辅助的驱动并且经由一个或多个电池供电。因此，必要的是，设计电动 车辆的电系统，使得得出电动马达的可靠且无干扰的功率供给。
尤其地，将各个组件、例如将充电设备或电池无意地分开或连接能 够造成干扰或在最不利的情况下也造成电动车辆的电系统的损坏。
目前在公共区域中，例如在公共的静态的充电柱上或在提供出租的 情况下在公众可自由接近的自助站上，不对是否在充电柱或站和车辆之 间进行规定的连接进行任何控制。此外，已知的连接系统不保证可靠地 防止第三者侵入到充电站和电池之间的连接中。
发明内容
因此，本发明的目的在于，实现一种具有提高的工作可靠性的车辆 系统，其中与模块的连接能够以尤其简单、可靠并且防止无授权人员侵 入的方式实现。
所述目的通过根据权利要求1所述的模块化车辆系统、根据权利要 求13所述的电动车辆、根据权利要求14所述的模块和根据权利要求15 所述的相应的方法来实现。本发明的优选的实施形式在从属权利要求中 描述。
本发明的核心方面是电动车辆的接口和模块的至少一个接头元件 之间的能够分开的连接，其中接口和接头元件在连接的工作状态下建立 车辆和模块之间的电连接并且同时能够实现部件的机械锁紧。
因此，本发明能够实现车辆和模块之间的可靠的连接，这提高了工 作可靠性并且降低了无授权人员的侵入的危险。在此，尤其有利的是， 不仅电连接而且机械锁紧经由车辆的至少一个接口和模块的接头元件 进行。因此，系统是尤其用户友好的并且能够快速且简单地操作。
在本发明的范围中，将电动车辆理解成单辙或多辙的电驱动的车辆 并且尤其理解成公路行驶车辆。优选地，电动车辆是轻型电动车辆，例 如电的二轮车或三轮车或电动自行车、电动助力车、摩托车、轮椅、四 轮摩托车或小型赛车。尤其优选地，轻型电动车辆分别在没有配件、例 如在没有电池的情况下具有不大于500kg、更优选不大于350kg的净重。
根据本发明，电动车辆具有：至少一个车载功率网络，以用于电驱 动单元的能量供给；与车载功率网络连接的、用于连接至少一个模块的 一个或多个接口。此外，在接口上设有第一锁紧机构。
至少一个模块具有能够以可分开的方式与电动车辆的接口连接的 至少一个接头元件、电装置和设置在接头元件上的第二锁紧机构，所述 第二锁紧机构构成为用于与第一锁紧机构接合。车辆和模块当然能够具 有其他的部件，然而，目前不对所述其他的部件进行详细说明。
电动车辆的车载功率网络设计成用于电驱动单元的能量供给并且 至少将驱动单元与至少一个接口连接。车载功率网络原则上当然能够连 接车辆的其他的相应构成的接口、电部件或组件，例如一个或多个内部 电池、发电机、燃料电池、DC/DC转换器、马达或其他部件。
由于在电驱动单元的能量供给的方面的要求，车载功率网络在电压 为10V至100V、尤其为24V至60V的情况下优选地设计成用于至少为 3A、尤其至少为5A的电流。尤其优选地，车载功率网络是直流功率网 络，尤其优选地是42V DC功率网络。
根据车辆的设计方案和类型，除了车载功率网络之外，能够优选地 设有单独的车载辅助网络，所述车载辅助网络对其他的电组件，例如控 制装置、电枢、操作元件和/或照明装置供给电能。尤其优选地，车载 辅助网络设计成用于12V或14V的电压。车载辅助网络能够具有特有 的电源、例如电池，或者例如借助于转换器由车载功率网络供电。
在本发明的范围中，当然将电池理解成能够再充电的电池，例如一 个或多个蓄电池。
电驱动单元用于将电能转换成机械功并且例如能够具有一个或多 个电动马达。在此，电驱动单元优选地用作主驱动装置；然而，替选地 或补充地，同样能够考虑的是，电驱动单元用作辅助驱动装置，例如在 电动自行车的情况下辅助于脚踏板驱动装置。
电驱动单元能够构成为直接驱动装置，也就是说没有传动机构的驱 动装置，这在能量效率的方面是有利的。在轻型电动车辆中，电驱动单 元优选为盘式马达。尤其优选地，电驱动单元是变速马达。根据驱动单 元的设计方案，设有马达控制装置，所述马达控制装置构成为用于调节 驱动功率，例如借助于电流和/或电压调节和/或脉冲宽度调制（PWM） 来调节驱动功率。
车辆的至少一个接口构成为用于与模块的接头元件连接。接口和接 头元件在此能够具有所有合适的在模块和车载功率网络之间提供可靠 的电连接的设计方案。当然，接口和接头元件能够相应地构成为是相互 机械匹配的。
由于通过车辆用户的可能的操作，所有的导电部分应当适当地以接 触保护的方式来实施，相应地接口和接头元件也如此。
电模块除接头元件之外还具有电装置，如同已经提及的。电装置设 计成用于与车载功率网络连接并且能够具有所有合适的设计方案。在 此，在最简单的情况下例如能够是电导线装置，所述电导线装置设计成 用于与车载功率网络经由接头元件连接并且例如将车载功率网络必要 时借助于其他的插拔连接器与其他的组件或与其他的模块连接。然而， 电装置尤其包括一个或多个电的或电子的组件和/或电路。
适当地，电装置是功率装置。功率装置的术语在本发明的范围中包 括所有下述电路装置和电组件，所述电路装置和电组件构成为用于与车 载功率网络或驱动单元连接并且尤其用于为驱动单元输送电能或者尤 其用于将在驱动单元方面产生的电能导出。那么，后者尤其能够是下述 情况，驱动单元用作再生制动器或发电机。优选地，功率装置设计成用 于将至少为1A、尤其优选地至少为5A的电流导入或导出。
适当地，电装置是电压源或电流源、也就是能量源，并且例如具有 电池、充电设备、太阳能电池板、燃料电池和/或发电机。因此，模块 尤其能够构成为充电设备或充电站，也就是说构成为“充电模块”。
替选地或补充地，电装置也能够构成为用电器、例如耗能器并且例 如具有制动电阻、充电工作中的电池、转换器或必要时用于带有用于“汽 车电网（Vehicle-to-Grid）”耦合的逆变器的电流网络的功率馈送装置。
根据本发明设有的锁紧机构能够具有所有合适的设计方案，以便将 接头元件和接口在锁紧位置中相互锁紧，也就是说以机械的方式相互固 定，使得避免模块与车辆的无授权的分开。因此，例如可避免车辆和模 块的分开，这显著地提高了工作可靠性。此外，根据设计方案，也能够 阻止将模块无授权地从车辆移开，由此得到一定的防盗性。
优选地，锁紧机构作为相配合的元件来实施。在此，锁紧元件中的 一个例如能够构成为槽、凹部或开口，相应的另一锁紧元件接入到所述 锁紧元件中，所述另一锁紧元件优选地构成为销或螺栓。尤其优选地， 第二锁紧机构构成为用于与第一锁紧机构以形状配合的方式接合。
锁紧机构能够一件式地或多件式地构成，其中第一锁紧机构优选地 与接口一体化地构成。适当地，第二锁紧机构与接头元件一体化地构成。
如果车辆具有多个接口，那么优选地，接口中的每一个能够具有相 关联的锁紧机构。
根据本发明，至少第一锁紧机构或第二锁紧机构能够从自由位置移 动到锁紧位置中和反之。然而，两个锁紧机构也能够都构成为是能够移 动的。优选地，至少第二、也就是模块侧的锁紧机构构成为是能够移动 的，由此车辆侧的接口能够有利地以极其简单且紧凑的方式构成。
相应的锁紧机构例如能够构成为，使得所述锁紧机构能够线性地从 自由位置移动到锁紧位置中。然而，根据应用，相应的锁紧机构也能够 在此构成有多个叠加的移动，例如替选地或补充地构成为能够枢转或能 够转动的，其中锁紧机构能够优选地通过以极其简单的方式实现的推动 移动从自由位置移动到锁紧位置中。优选地，至少一个锁紧机构能够在 垂直于接口和接头元件的连接方向或分开方向的方向上、也就是说垂直 于接口或接头元件要移动的方向移动，以便能够相互接合或将连接分 开。
在本发明的范围中，“自由位置”或“解锁位置”理解成锁紧机构 的下述位置，所述位置原则上允许接头元件与接口分开。当然，能够在 车辆和/或模块上设有另外的锁定装置或闭锁装置，所述锁定装置或闭 锁装置自身在自由位置中阻止接头元件与接口自主地分开，所述锁定装 置或闭锁装置例如为附加的机械的和/或磁性的止动装置或固定装置。
如同已经在开始所讨论的，在锁紧位置中，接头元件和接口相互锁 紧，也就是说机械地固定成，使得避免模块与车辆的无授权的分开。两 个锁紧机构在该位置中相互接合，使得阻止接头元件和接口的分开、也 就是阻止所述组件在分开方向上相对于彼此的较大的移动。接头元件和 接口之间的连接的通过锁紧产生的保持力优选为，使得在锁紧状态下， 阻止接口和接头元件藉由人的体重而相互失衡（Auseinanderwuchten）。 对此，接头元件和接口之间的锁紧连接能够优选地构成为用于至少为 500N、优选为1000N、尤其优选为至少2000N、优选为至少4000N并 且有利地至少为6000N的保持力。
至少一个锁紧机构能够构成为能够手动地在自由位置和锁紧位置 之间移动。对此，相应的锁紧机构能够构成为具有合适的操作元件，例 如具有能够相应地手动操作的按钮或操纵杆。
优选地，锁紧机构构成有能够锁上的操作元件，例如锁并且尤其为 锁芯。由此，能够实现改进地保护免于第三方的侵入，例如偷窃。
除了手动操作之外，锁紧机构也能够补充地或替选地构成为能够借 助马达式锁紧驱动装置在自由位置和锁紧位置之间移动，例如借助于一 个或多个弹簧和/或气动的、液压的或其他的马达式锁紧驱动装置。
优选地，锁紧机构与弹簧装置连接，以便提供回复力。由此，马达 式锁紧驱动装置能够以极其简单的方式构成，因为仅必须以马达的方式 驱动锁紧机构的移动方向，即反向于弹簧力进行驱动。
根据一个优选的实施形式，在第一和/或第二锁紧机构上设置能够以 电的方式进行操作的锁紧驱动装置，所述锁紧驱动装置设计成用于，使 锁紧机构中的至少一个、也就是说将第一和/或第二锁紧机构在自由位 置和锁紧位置之间移动。
能够以电的方式进行操作的锁紧驱动装置为此能够具有所有合适 的设计方案并且例如构成为电动马达。锁紧驱动装置能够直接地或经由 另外的机械系统、例如经由驱动蜗杆或齿轮系统与相应的锁紧机构连 接，以便使所述锁紧机构在自由位置和锁紧位置之间移动。
用于锁紧机构的驱动装置不仅能够设置在车辆上、而且能够设置在 模块上。只要两个锁紧机构构成为是能够移动的，那么能够在车辆和模 块上分别设置相关联的锁紧驱动装置。
尤其优选地，将锁紧驱动装置设置在模块侧的接头元件上。由此， 能够实现极其简单且紧凑的车辆侧的接口。此外，因此，在充电模块的 情况下，能够机械移动的部分不设置在车辆侧，由此提供针对外部影响 例如湿气和通过在车辆工作期间的震动引起的机械损坏的尤其有利的 保护。此外，例如在故障的情况下，能够与电动车辆无关地访问锁紧驱 动装置，例如以便在维修或维护工作时将车辆和模块容易地相互分开。
锁紧驱动装置的激活能够通过所有合适的装置进行。例如能够考虑 设有开关接触装置，所述开关接触装置在将接头元件与接口连接时对锁 紧驱动装置进行操作，以便将部件锁紧。作为开关接触装置例如能够使 用机械传感器和无接触传感器，例如声学或光学传感器。
适当地，模块具有与锁紧驱动装置连接的模块控制器。模块控制器 在此尤其用于，确定第二锁紧机构的位置并且相应地控制锁紧驱动装 置。
模块控制器在此例如能够具有微控制器或其他合适的电子组件，必 要时具有相应的程序。
因此，例如能够考虑的是，在充电模块的情况下，模块控制器在将 接口与接头元件连接时将锁紧驱动装置激活并且将锁紧机构锁紧。在存 在于车辆中的电池的充电过程完成之后，锁紧驱动装置再次被激活并且 接口和接头元件相应地自动解锁。由此，能够阻止充电过程过早中断， 充电过程过早中断对通常的电池可能是不利的。
替选地或补充地，模块控制器能够与操作区连接，使得锁紧和/或解 锁仅在输入PIN代码后才进行。因此，尤其能够在公共区域中避免无授 权地移开模块或车辆。
根据本发明的一个尤其优选的改进形式，电动车辆还具有控制装 置。模块控制器构成为用于与控制装置通信，并且尤其用于在将接头元 件与接口连接时将至少一个标识信号发送给控制装置。控制装置构成为 用于，将至少一个标识信号接收，与至少一个兼容性参数进行比较并且 在标识信号与兼容性参数一致的情况下将第一激活信号发送给至少一 个锁紧驱动装置，以便将接头元件与接口锁紧。
有利地，因此，例如当确定了对此的兼容性和授权性时，才将电动 车辆的接口与模块的接头元件锁紧。因此，例如能够确保，能够仅将兼 容的或授权的车辆在模块上、例如在充电站上或者仅将兼容的或授权的 模块、例如原装电池与车辆一起使用且锁紧。
激活信号在此能够直接地由控制装置或间接地例如经由模块控制 器发送给锁紧驱动装置。激活信号在此能够是相应适合的、优选为电的 信号；尤其优选地，激活信号是数字信号。
控制装置能够为了与至少一个模块通信而尤其具有带有相应的、存 放在存储器中的程序的相应设计的计算机单元或者一个或多个微控制 器。
控制装置能够一件式地或多件式地构成，其中中央控制装置是优选 的。控制装置也能够与车辆的其他部件、例如与电驱动单元的马达控制 装置一体化地构成。优选地，控制装置对应于“能源总线控制器 （Energybus-Controller）（EBC）”。
如同在开始所提及的，模块控制器设计成，使得至少在将模块的接 头元件与电动车辆的接口连接时将标识信号发送给控制装置。
通信例如能够以无线的方式借助合适的协议而进行。控制单元和模 块控制器能够在无线通信的情况下具有相应的接收或发送单元。不强制 需要地，在此，双向的通信也是优选的；其中原则上足够的是，模块控 制器能够将标识信号发送给控制装置。因此，例如也可能的是，控制装 置具有RFID（无线射频识别）读设备，所述RFID读设备对构成有RFID 芯片的模块控制器在将接头元件与接口连接时或连接之前不久进行询 问。模块控制器因此能够以有源的和无源的方式构成、例如构成为应答 器。
对无线通信替选地，控制装置和模块控制器也能够构成为用于经由 相应的通信导线来通信；例如，能够考虑的是，例如将标识信号以根据 “电力线通信”进行调制的方式传递，通过以上方式不仅控制装置、而 且模块控制器经由车载功率网络和/或必要时存在的车载辅助网络相互 通信。优选地，标识信号是数字信号，这尤其在可靠性方面是有利的。
控制装置的标识信号能够实现与至少一个兼容性参数的比较进而 在用于模块与车辆的工作的兼容性或授权性的方面的判断。例如，控制 装置的标识信号能够实现在模块的电装置与车载功率网络的兼容性的 方面做出判断，也就是检验：装置是否能够可靠地与车载功率网络连接。
在最简单的情况下，标识信号允许模块的标识，使得必要时在对相 应的设在控制装置中的存储单元进行询问之后，能够检验是否允许模块 与电动车辆连接或者模块是否与车载功率网络、进而与车辆兼容。因此， 标识信号能够对应于标识参数，例如输入代码或PIN代码、序列号和/ 或必要时具有制造商ID的类型ID。替选地或补充地，标识信号能够对 应于关于电部件的功能性的功能ID，例如“能量源”或“耗能器”，或 “电池”、“充电设备”或“太阳能电池板”。
至少一个兼容性参数例如能够具有一个或多个比较值和/或一个或 多个阈值。当然，控制装置也能够构成为用于比较多个兼容性参数。至 少一个兼容性参数能够在控制装置中固定地预设或者优选地从存储单 元中由控制单元询问。替选地或补充地，测量单元能够与控制单元连接， 以便测量车载功率网络的电学参数、例如电压或电流并且从中相应地确 定一个或多个兼容性参数。
优选地，控制装置在完成兼容性检验之后、因此在标识信号与兼容 性参数一致的情况下将第二激活信号发送给至少一个开关单元，以便将 电装置与车载功率网络连接。
开关单元用于模块的电装置与车载功率网络的能够切换的、能够分 开的连接。原则上，开关单元应当构成为，使得在通过控制装置激活开 关单元之前，电装置与车载功率网络可靠地分开，因此，在将接头元件 与接口连接和通过控制装置激活开关单元之间的时间间隔中也如此。
因此，本构成方案确保模块的电装置与车载功率网络在兼容性检验 之前可靠地分开。在标识信号与兼容性参数一致的情况下，例如，首先 能够通过发送第一激活信号进行接口和接头元件的在上文中描述的锁 紧，并且随后建立车载功率网络和模块的电装置之间的电连接。因此， 通过在建立车载功率网络和模块的电装置之间的电连接之前，首先确保 模块在车辆上的符合规定的连接和锁紧，提高了工作可靠性。
因此，优选地，控制装置构成为首先将第一激活信号发送给锁紧驱 动装置并且随后将第二激活信号发送给开关单元。
为了操作开关单元，所述开关单元与控制装置适合地连接以用于接 收第二激活信号，其中除了直接的连接之外，例如经由车辆的或模块的 另外的组件的间接的连接当然也是可行的。
开关单元能够构成为用于电装置和车载功率网络之间的连接的单 极的或多级的通断，只要保证，在通过控制装置激活之前，没有显著的 电流在装置和车载功率网络之间流动。优选地，开关单元构成为用于电 装置和车载功率网络之间的连接的全级的通断，这进一步有利地提高了 工作可靠性。开关单元能够直接地例如构成为继电器或接触器，或者构 成为集成电路，例如构成为MOSFET（金氧半场效晶体管）。
开关单元在此能够一件式地或多件式地构成并且原则上设置在车 辆中，这在模块的重量和结构尺寸的方面是有利的。然而，优选地，开 关单元设在至少一个模块中。由此，车载功率网络能够以简单的方式通 过添加另外的接口而扩展，类似于总线系统。在多个模块的情况下，每 个模块当然应当具有相应的开关单元。
优选地，开关单元与接头元件一体化地构成，由此实现极其紧凑的 结构形状。尤其优选地，模块控制器与接头元件一体化地并且尤其与开 关单元一体化地构成。适当地，光学指示器、例如LED与开关单元连 接以用于指示连接状态。
根据本发明的一个优选的改进形式，控制装置能够设计成用于：从 标识信号中确定装置的至少一个电学的工作参数并且将工作参数与车 载功率网络的至少一个电学的兼容性参数进行比较。
由此，根据要连接的网络的电学特性能够实现有利的兼容性检验， 这进一步提高了系统的可靠性。装置的电学的工作参数和车载功率网络 的电学的兼容性参数在此能够是适合于进行比较的任意的电学参数或 范围，例如电压、电流、功率和/或电池容量。
当然能够提出：将装置的多个电学的工作参数与相应的兼容性参数 进行比较。
模块控制器例如能够构成为对模块侧的存储器中的至少一个电学 的工作参数进行询问并且随后将相应的标识信号发送给车辆的控制单 元。那么这在下述情况下是尤其有利的：电学的工作参数对应于模块的 电装置的工作范围，例如装置的允许的电压范围和/或最大允许的电流。
替选地或补充地，模块控制器能够分别具有至少一个测量单元，以 便通过测量来确定电学的工作参数。因此，在电压源的情况下，例如在 电池或充电设备的情况下，可确定当前的电压并且将相应的标识信号发 送给控制装置。
如同在开始所提及的，以相同的方式，控制装置能够从存储单元或 设在车辆中的测量单元确定车载功率网络的至少一个电学的兼容性参 数。
尤其优选地，不仅模块控制器具有至少一个测量单元以用于测量电 装置的电压，而且控制装置具有车辆侧的测量单元以用于测量车载功率 网络的电压。适当地，模块控制器能够具有第二测量单元，以便在与接 口中的一个连接之后确定，车载功率网络究竟是否被供应电压。
优选地，模块控制器传递标识信号，所述标识信号至少对应于电装 置的电压。控制装置从标识信号中确定电装置的电压并且将电装置的电 压与车载功率网络的电压进行比较。当两个电压相互偏差不大时，也就 是说当偏差优选地不大于±0.5V、尤其不大于±0.15V并且尤其优选地 不大于±0.05V时，控制装置在该情况下将激活信号发送给开关单元。
当然，根据应用不排除，标识信号对应于多个工作参数和/或标识参 数并且控制装置构成为用于将所述工作参数和/或标识参数与相应的兼 容性参数进行比较。
在一个尤其优选的实施形式中，控制装置还构成为用于，将解除信 号发送给至少一个锁紧驱动装置，以便将接头元件和接口解锁。
对此，控制装置能够例如与相应的操作台连接，使得例如当用户需 要将模块与车辆分开时根据用户输入来发送解除信号。替选地或补充 地，控制装置能够构成为例如在连接充电模块的情况下当充电过程结束 时自动地发送解除信号。
根据本发明的一个优选的改进形式，接口和/或接头元件构成为插拔 连接器。适当地，接口和接头元件构成为以相配合的方式构成的插拔连 接器。
在本发明的范围中，将插拔连接器理解成能够分开的组件，所述组 件将以尽可能简单的方式与相配合的组件连接并且在连接状态下允许 车辆与模块的电连接。
插拔连接器应当优选地构成为，使得车辆的车载功率网络和模块的 电装置之间的可靠的连接是可能的。尤其地，插拔连接器应当尤其在电 流和电压方面根据相应装置的电学要求构造。适当地，插拔连接器在电 压为10V至100V、尤其为12V至48V的情况下设计成用于至少为3A、 尤其至少为5A的电流。
通常的插拔连接器例如为插座，所述插座设计成用于插头的容纳 部。在此，可能的是，接头元件或接口作为插座或插头来实施。因为尤 其少维修且易于维护而有利的是，模块侧的接头元件实施为插座。在该 情况下，接口能够实施为与插座相对应的插头。
优选地，插拔连接器具有至少两个电接触元件，使得车载功率网络 能够与电装置连接。尤其优选地，插拔连接器还具有用于传递例如CAN 总线系统的通信信号的接触元件。适当地，插拔连接器构造为替选于或 补充于在前面所讨论的车载辅助网络与模块的电连接。
根据本发明的一个尤其优选的改进形式，在接口和电动车辆之间和 /或在接头元件和模块之间设置有柔性的连接机构。由此，车辆系统的 可操作性进一步地简化并且模块与车辆的连接进一步地简化。
在此，连接机构能够一件式地或多件式地构成。优选地，连接机构 软管状地或电缆状地构造并且除了相应的用于将车载功率网络与模块 的电装置连接的电导体之外具有由对机械负荷耐抗的材料制成的锁定 元件，例如金属的钢筋或钢索。
通过柔性的连接机构，为车辆用户得出模块和电动车辆之间的改进 的连接可能性。因此，自行车例如能够间隔地放置在充电站上并且与所 述充电站连接并锁紧。例如也可能的是，将模块与车辆连接并锁紧，其 中模块然而能够灵活地定位、例如定位在车辆的把手上。此外，车辆例 如能够借助连接机构以极其简单的方式连接在对象、例如撑脚架上并且 附加地与模块连接。
尤其优选的是下述实施形式，其中在车辆上存在附加的具有用于接 口的锁紧机构的容纳部，使得具有接口的柔性的连接机构能够插入到容 纳部中并且锁紧。由此，具有柔性的连接机构的接口也能够用作“电缆 锁”。
根据本发明的一个尤其优选的实施形式，第一或第二锁紧机构构成 为锁紧螺栓。螺栓的准确的设计方案应当根据应用来选择；螺栓例如能 够构成为圆柱形或球形。螺栓能够具有附加的凹部或凸起、例如一个或 多个槽。锁紧螺栓能够极其简单地制造、是少维护的并且能够极其简单 地与能够线性移动的锁紧机构的优选实施形式组合。适当地，相应的另 外的锁紧机构构成为用于锁紧螺栓的凹部，使得模块和车辆的可靠的连 接是可能的。
根据另一个优选的实施形式，设有磁性的固定装置，以便将接口和 接头元件相互固定并且以松动的方式定位。磁性的固定装置能够设置在 接头元件上和/或接口上。所述固定装置允许接口和接头元件相互间的 准确的定位，以便能够实现无干扰且精密的锁紧。此外，由此，在完成 解锁之后，接头元件也留在接口上，使得所述接头元件例如在构成有柔 性的连接结构的情况下没有不可控地离开其位置并且意外被损坏。
适当地，电动车辆构成为用于连接两个或更多个模块。在此，尤其 地，通过兼容性检验得出明显的优点。当然，电动车辆优选地具有两个 或更多个接口。
开关单元能够在该情况下构成为用于两个或更多个模块与车载功 率网络的单独的连接，使得在不兼容的情况下，相应的模块虽然没有与 车载功率网络连接，然而，另外的模块可连接。
替选地或补充地，控制单元能够在连接两个或更多个模块的情况下 适当地具有优先权控制装置，以便除兼容性检验之外根据优先权来确 定，相应的模块是否能够与车载功率网络连接。对此，控制单元能够优 选地构成为，将标识信号与一个或多个优先权参数进行比较，使得仅在 标识信号与至少一个优先权参数一致时，才将激活信号发送给开关单 元。
例如在连接多个电池模块的情况下能够考虑，根据电驱动单元的当 前的功率需求来区分优先权。同样可能的是，根据模块类型来区分优先 权，例如使得首先将太阳能电池板的能量用于驱动装置并且只有在太阳 能电池板不输送足够的电功率时才接通电池模块。当然，没有接通的模 块也仍然能够保持锁紧在车辆上。
此外，电动车辆能够具有与车载功率网络分开的通信网络，所述通 信网络将控制装置与至少一个接口连接。通信网络在此用于在模块与车 辆的接口连接之后至少传递模块控制器的标识信号。当然，通信网络能 够构成为用于连接车辆的或模块的其他的组件，例如锁紧驱动装置、开 关单元、仪表板、操作装置和/或马达控制装置。通信网络在此例如能 够具有电信号导线；适当地，通信网络是光学网络，例如相应地构成有 光学信号导线和/或发送/接收装置的传输网络。优选地，通信网络构成 为总线系统，尤其优选地，通信网络是CAN总线系统。尤其优选地， 控制单元和模块控制器构成为用于经由CAN开放协议进行通信。
适当地，接口和/或接头元件构成为将电装置与车载功率网络连接并 且将模块控制器与通信网络连接。因此，接头元件允许为驱动单元传输 电能并且同样允许单独地传输标识或激活信号。由此，有利地，用户友 好性进一步提高，因为仅必须在将模块与车辆连接时建立连接。
尤其优选地，接口和/或接头元件还构成为用于将模块控制器与必要 时设有的车载辅助网络连接，以便对模块控制器供给电能。尤其优选地， 接口和/或接头元件构成为用于连接42V的车载功率网络、12V的车载 辅助网络和CAN总线系统（CAN高位，CAN低位）。
根据本发明的另一方面，设有一种用于将电动车辆、尤其是轻型电 动车辆与模块连接的方法，其中电动车辆具有至少一个车载功率网络、 与车载功率网络连接的接口和设置在接口上的第一锁紧机构，并且模块 具有能够与接口以能够分开的方式连接的至少一个接头元件和设置在 接头元件上的第二锁紧机构，所述第二锁紧机构构成为用于与第一锁紧 机构接合。在此，第一锁紧机构和/或第二锁紧机构被从自由位置带到 锁紧位置中，以便将接头元件在接口处锁紧。
电动车辆和模块之间的在上文中阐明的锁紧也能够有利地用在模 块化充电系统的范围中。因此，本发明的另一方面涉及具有充电单元和 至少一个模块的模块化充电系统。
充电单元具有充电导线和与充电导线连接的一个或多个接口以用 于连接至少一个能够充电的模块。此外，充电单元具有设置在接口上的 第一锁紧机构。
至少一个能够充电的模块具有能够与接口以能够分开的方式连接 的接头元件和用于与充电导线连接的电装置。第二锁紧机构设置在接头 元件上并且构成为用于与第一锁紧机构接合。
在此，锁紧机构中的至少一个能够在自由位置和锁紧位置之间移 动，其中在自由位置中，接头元件与接口是能够分开的，并且在锁紧位 置中，接头元件与接口机械锁紧。
因此，通过例如用于保护能够充电的模块免于被无授权取走的根据 本发明的锁紧，根据本方面的设计方案即使在能够充电的模块与充电单 元连接时也允许工作可靠性有利地提高。
电装置优选地具有电能量存储器并且尤其优选地具有电池装置， 例如一个或多个蓄电池。适当地，因此，能够充电的模块是电池模块。
充电单元优选地设计成用于与供应网络、例如与220V或110V的 供电网络连接。适当地，充电单元具有下述网络部分，所述网络部分将 供应网络与充电导线连接并且设计成用于匹配并且必要时监控电流和/ 或电压。充电导线在此还能够构成为相应于在上文中描述的车载功率网 络。
在充电单元的和能够充电的模块的各个部件的构成方面，参考在 上文中对模块化车辆系统的描述，其中充电单元的部件的构成对应于车 辆的相应的部件。
附图说明
在下文中根据实施例来描述本发明。附图示出：
图1示出具有电动自行车和模块的模块化车辆系统的一个实施例 的示意图；
图2示出图1中的实施例的部分水平剖面图；
图3示出图1中的实施例在连接和锁紧状态下的部分水平剖面图；
图4示出模块化车辆系统的第二实施例在锁紧状态下的示意图；
图5a和5b示出用于用在根据图4的模块化车辆系统中的电动车 辆的实施例；
图6示出电动车辆的电系统的实施例的示意图；
图7示出模块的实施例的示意图；
图8示出根据图7的模块的接头元件的详细图；
图9示出根据图6的电系统的实施例与连接的根据图7的模块； 以及
图10示出在模块与电动车辆连接时通信的实施例的示意流程图。
具体实施方式
图1示出模块化车辆系统1的实施例的示意图，所述模块化车辆 系统由电动车辆2、当前为电动自行车和呈充电模块、即充电柱3的形 式的模块组成。构成为充电柱3的模块目前设计成用于与例如在室外的 地面31固定地连接，从而例如能够用作城市环境中的公共的充电终端。
车辆2具有构成为插拔连接器的接口4，所述接口能够与充电柱3 连接，因此例如以便对设置在自行车侧的电池（没有示出）经由充电柱 3来充电。对此，车辆2具有车载功率网络13（参看图2），所述车载功 率网络至少将接口4与车辆中的电池以及电驱动单元（没有示出）连接。 车载功率网络13根据本实施例是工作电压为42V DC的直流网络。接 口4和车载功率网络13设计为用于大约20A至100A的电流。
为了将车辆2与充电柱3连接，将所述车辆相对于充电柱3移动， 使得接口4与构成为圆锥形的用于接口4的容纳部5接合，这参考下面 的图2至3来详细阐明。
图2示出根据图1的模块化车辆系统1的沿着线A-A的示意的水 平剖面图，其中车辆2在图2中仅部分示出。如所示出的，充电柱3具 有椭圆形的基本形状，其中容纳部5（也参见图1）设置成侧向地与车 辆2连接。
容纳部5与移动引导装置8连接，在所述移动引导装置中以能够 线性移动的方式设置接头元件6。接头元件6用于将电装置、也就是说 目前将充电控制装置14与车辆2连接并且作为圆柱形的插拔连接器来 实施。充电控制装置14目前用于提供大约20A的充电电流和控制充电 过程，并且因此具有带有相应的程序的微控制器。接头元件6由电动马 达30来驱动，所述电动马达为了控制与充电控制装置14连接。
在接头元件6的端侧上存在第二接触元件11，所述第二接触元件 构成为与设置在电动车辆2上的第一接触元件10相对应，以便建立车 辆2和充电控制装置14之间的电连接。此外，接头元件6的第二接触 元件11目前也用作第一锁紧机构，以用于将模块3与车辆2锁紧，如 同在下文中所阐明的。模块侧的充电控制装置14与接头元件6进而与 第二接触元件11经由柔性的连接电缆12连接。
如同在开始所讨论的，在图2中以剖面图示出的车辆侧的接口4 具有第一接触元件10。如同示出的，所述第一接触元件设置在盲孔式的 凹部9中，所述凹部与模块侧的接触元件11接合从而用作锁紧机构。
为了将车辆2与充电柱3连接，将接口4沿着根据图2的箭头方 向移入圆锥形的容纳部5中。如同在图2中示出的，接头元件6位于自 由位置，使得接口能够移入容纳部5中。
一旦接口4已经达到其在容纳部5中的最终位置，充电控制装置 14就激活电动马达30从而操作接头元件6。对此，在容纳部5上设有 微型开关（没有示出），所述微型开关将要与充电柱3连接的车辆2用 信号报告给充电控制装置14。对微型开关替选地，也能够应用光学传感 器或霍尔传感器。
将接头元件6相应地带入到锁紧位置中，所述锁紧位置在图3中 的另一个示意的剖视图中示出。
如同在图3中示出的，电动车辆2以接口4移动到容纳部5中。 接头元件6位于锁紧位置中，在所述锁紧位置中，第一接触元件10与 第二接触元件11连接，从而建立充电控制装置14和车载功率网络13 之间的电连接。此外，模块侧的第二接触元件11与车辆侧的凹部9接 合，由此车辆2和充电柱3以机械的方式锁紧，也就是说，车辆2以抵 抗无授权的移开或偷窃的方式锁定在静态的充电柱3上。因此，有利地， 同时实现电连接和机械的锁紧。
为了将车辆2和充电柱3解锁，充电控制装置14重新激活电动马 达30。对此，例如能够将操作元件（没有示出）设在充电柱3上，使得 仅在通过用户输入预设的PIN代码后实现解锁。恰好如果当前的充电柱 3安置在公共区域中，这种锁定装置能够是适当的。
接触元件10、11能够附加地设计成用于：建立车辆2和充电柱3 之间的数据通信。优选地，接触元件10、11实施为各具有2至6个电 接触部的插头和插座。
图4示出模块化车辆系统1’的第二实施例的根据电动车辆2’与另 外的模块、目前为充电设备17连接的示意图。出于概括的原因，车辆2’ 在图4中仅简略示出。本实施例在很大程度上对应于参考图1至3阐明 的实施例，因此，相应地，相对应的元件用相同的附图标记示出。
如同能够从图4中推出的，当前，接口4’也构成为插拔连接器。 接口4’借助合适的电缆18与车辆1的车载功率网络（在图4中没有示 出）连接。电缆18一体化地设有金属的钢筋或钢缆，以便避免无授权 的接合。
充电设备17具有实施为插座的接头元件6’，插头形的接口4’能 够如同示出的那样插在所述接头元件中。接口4’实施为圆柱形的螺栓并 且具有构成为环形的槽19，所述槽与锁销22接合以用于锁紧车辆2’和 充电设备17，如同在图4中示出的。
如同在上文中参考图1至3所阐明的，接口4’具有第一接触元件 10’并且接头元件6’具有第二接触元件11’，以便将车载功率网络（在图 4中没有示出）与充电控制装置14电连接。
此外，在接头元件6’上设置螺栓形的锁销22。锁销22能够经由 电动马达30在移动引导装置23中线性地移动。在示出的锁紧位置中， 锁销22接入到接口4’的环形的槽19中并且阻止接口4’从连结元件6’ 拉出或松开。
车辆2’与充电设备17的连接如同参考图1至3所阐明的那样进 行。在初始位置中，锁销22位于自由位置中（在图4中没有示出），在 所述自由位置中，接口4’能够插入到插座形的接头元件6’中。充电控制 装置14识别出插入的接口4’并且操作电动马达30，所述电动马达将锁 销22移动到在图4中示出的锁紧位置中。因此，车辆1’与充电设备17 电连接并且同样与其以机械的方式锁紧。
如果车辆2’没有与相应的模块、例如与充电设备17连接，那么接 口4’能够固定在车辆2’上的附加的保持设备15中，如同在图5a和5b 的示意图中示出的。
如同在图5b中示出的，接口4’插入到插座形的容纳部29中。此 外，在保持设备15上设置有锁紧螺栓16，所述锁紧螺栓能够借助于转 筒锁31移入环形的槽19中或者从环形的槽19中移出。
在借助于示出的转筒锁31将锁紧螺栓16解锁之后，接口4’能够 从凹部29中拉出。通过柔性的连接机构18，接口4’能够以尤其简单的 方式例如如同在上文中阐明的那样与模块的接头元件（在此没有示出） 连接并且锁紧。附加地，此外，由接口4’和电缆18组成的装置能够通 过在车辆2’上设置保持设备15而用于将电动自行车2’例如与撑脚架或 路灯柱连接。
在上文中阐明的模块化车辆系统的实施例能够补充地以与兼容性 检验装置组合的方式使用，如同在下文中参考图6至10阐明的。
图6示出模块化车辆系统1的电系统的示意图，所述模块化车辆 系统当前为电动自行车。为了概括，在此，电动自行车的其他的尤其为 机械的组件，例如框架和车轮没有示出。此外，所有的组件在其机械结 构方面仅示意示出，以便示出：在下文中阐明的兼容性检验装置能够与 所有的在上文中阐明的实施例有利地一起使用。
如同能够从图6推出的，电系统100总计具有三个车载网络系统， 即车载功率网络101、CAN总线系统102和车载辅助网络103。在此， 车载功率网络101主要用于车辆的电驱动单元104的电能供给。车载功 率网络101针对大约为20A至100A的电流设计成工作电压为42V DC 的直流电流网络。车载功率网络101由内部的、能够再充电的车辆电池 105供给电能。
车载辅助网络103设计成用于工作电压为12V的直流电并且用于 其他的车辆部件的、例如操作单元106和控制装置107的能量供给。在 此，车载辅助网络103经由电池105和中间接入的42V/12V转换器109 供给电能。
CAN总线系统102用于车辆部件的控制和通信，如同在下文中详 细阐明的。CAN总线系统102当前构成为具有电信号导线；通信协议 对应于根据CiA454（LEV）的“CAN-开放”协议。
电驱动单元104包括电动马达110，所述电动马达经由马达控制 装置111与车载功率网络101连接。马达控制装置111为了接收控制指 令还与CAN总线102连接并且借助于脉冲宽度调制（PWM）对从车载 功率网络101输送给马达的电压进行调制，以便能够实现对驱动功率的 调节。
为了控制电动车辆，设有已经提及的中央控制装置107，所述中 央控制装置相应地与CAN总线102连接并且为了电压供给还与车载辅 助网络103连接。控制装置107是微处理器控制装置，所述微处理器控 制装置经由存放在连接的且可变的存储单元112中的程序来控制。在此， 控制单元107例如用于：根据车辆用户的经由操作单元106输入的控制 指令对马达控制装置111进行操控以用于行驶工作。
控制单元107还监控车载功率网络101并且为此与测量单元13 连接，所述测量单元检测车载功率网络上的电压和电流并且将相应的数 字测量值传送到控制装置107上。存储单元112具有在数据库中的兼容 性参数，这在下文中详细阐明。
电动车辆的电系统100还具有两个接口114，所述接口构成为用 于与相应的模块120连接的插拔联接器，并且车载功率网络101、车载 辅助网络103和通信网络102相应地与连接在接口114处的模块120以 能够分开的方式连接。
电动车辆的电系统100以及尤其车载网络101、102和103当然能 够具有或连接其他的组件和部件，例如通过虚线示出的。
设为用于与接口114连接的模块120的实施例以示意图在图7中 示出。模块120具有接头元件120，所述接头元件目前构成为插座以用 于与接口114中的一个接合。
模块120还具有电装置，即42V电池122，所述电池为了将电能 输送到车载功率网络101中而经由供给导线123与接头元件121连接。 替选地，模块120尤其能够构成为充电柱3或充电设备17，如同在图2 至4中示出的。
接口114和接头元件121能够机械地对应于例如在上文中参考图 1至4阐明的实施例。尤其地，接头元件121能够具有电动马达驱动的 锁销（在图7中没有示出），所述锁销接入到设置在接口114中环形槽 （在图7中没有示出）中以用于锁紧。
接头元件121的示意图在图8中示出。如同能够从图8推出的， 接头元件121总计具有三个接触元件，以便将模块120与车载功率网络 101、CAN总线系统102和车载辅助网络103连接。
接头元件121与第一开关单元124一体化地构成，借助所述第一 开关单元，能够将供给导线123进而电池122与车载功率网络101的连 接接通。附加地，开关单元128将42V/12V转换器129以能够切换的方 式与车载辅助网络103连接，例如以便在故障情况下，车辆的电的车载 辅助网络103供电。开关单元124和128目前构成为具有MOSFET开 关并且经由微处理器模块控制器125来控制，所述微处理器模块控制器 与CAN总线系统102连接。模块控制器125经由转换器129并由此通 过模块120的电池122被供给电能。
设有探测器126，以便测量供给导线123上的电压进而通过电池 122提供的电压并且将相应的测量值传送给模块控制器125。
此外，设有监控单元127，所述监控单元对模块120和车载功率 网络101之间的、以及模块120和车载辅助网络103之间的最大允许的 电流以及最大允许的电压进行监控，例如使得在短路的情况下，蓄电器 122能够可靠地与车辆的电系统100分开。对此，监控单元127通常将 相应的测量值传递给模块控制器125，所述模块控制器相应地操作开关 单元124和128。
在本实例中，在供给导线123和车载功率网络101之间不能够超 过100A的电流以及在转换器129和车载辅助网络103之间不能够超过 20A的电流。
监控单元127、开关单元124、128和探测器126当然与模块控制 器125经由合适的通信导线连接（没有示出）。
附加地，设有电动马达121a，所述电动马达驱动在上文中描述的 锁销（没有示出）。电动马达121a由模块控制器125驱动并且经由转换 器129供给电能。
带有连接的模块120的模块化车辆的电系统100的实施例在图9 中示出。那么，当内部的车辆电池105用尽时或者当车辆的活动范围增 大时，连接附加的电池122例如能够是必要的。用户为此将模块120连 接到接口114上，由此控制装置107和模块控制器125以兼容模式彼此 经由CAN总线102进行通信，以便一方面检验模块120的连接授权性， 并且另一方面在将所述模块与车载功率网络101连接和锁紧之前检验模 块120的兼容性、更确切地说模块120的电池120的兼容性。
在将模块120与接口114连接时的方法在下文中参考根据图10的 实施例来阐明，所述实施例根据流程图示出各个步骤。
根据步骤50，首先通过用户将模块120的接头元件121与接口114 中的一个连接，如同在图9中示出的。开关单元124和128在该状态下 首先是断开的，使得电池122没有与车载功率网络101连接。当然，接 头元件121用于将监控单元127与车载辅助网络103和车载功率网络 101连接。
一旦监控单元127确定车载辅助网络103或车载功率网络101上 的电压，所述监控单元就将信号发送给模块控制器125，所述模块控制 器在步骤51中对探测器126关于供给导线123上的当前的电池电压进 行询问。
此外，模块控制器125并行地从内部存储器中测定多个标识参数， 所述标识参数在类型和制造商方面描述模块120的特性。在步骤52中， 模块控制器125将标识信号经由CAN总线系统102发送给控制装置 107。标识信号在本实例中包含下面的信息：
制造商ID：005
类型ID：125
电池电压：42.5V
在此，制造商ID对应于特定的、相应地与ID相关联的模块制造 商。类型ID对应于“能量源电池”的功能。
控制装置107在步骤53中接收到标识信号并且从存放在存储单元 112中的数据库询问车辆的兼容性参数。在本实例中，数据库包括下述 参数：
允许的制造商：002-008，057，062，118-255
允许的模块类型：014-042，48，87，125，144
车载功率网络的最大电压：43.8V
车载功率网络的最小电压：30.0V
控制装置107在步骤54中首先将在标识信号中得到的参数与从数 据库中得到的兼容性参数进行比较。如同从上面的表格中得出的，模块 120原则上与车辆是兼容的并且对于连接是授权的。控制装置107根据 步骤55将激活信号发送给模块控制器125，所述模块控制器在步骤56 中控制电动马达121a并且将模块120锁紧在车辆上。根据步骤57，控 制装置107随后对测量装置113关于车载功率网络101的当前电压进行 询问。
测量装置在步骤57中的询问是必需的，因为车辆也具有内部的车 辆电池105并且电池122的电压因此能够仅稍微不同于电池105的电压。 在本实例中，车载功率网络101上的电压为42.5V。
控制装置107在步骤58中将所述值与标识信号中的电池电压进行 比较并且检验，模块120的电池电压是否偏离车载功率网络101的电压 不超过±0.05V。
因为这在本实例中是下述情况，控制装置107在步骤59中将第二 激活信号发送给与模块控制器125连接的开关单元124，由此供给导线 123、进而电池122与车载功率网络101连接。兼容性检验在步骤60中 结束。
成功的连接将通过设置在接头元件121中的绿色的指示灯（没有 示出）、例如LED显示给用户。在其他情况下，接头元件121中的红色 的指示灯（没有示出）示出，模块120与车辆的连接由于缺乏兼容性是 不可行的。在该情况下，电动马达121a再次被操作，以便将模块121 与接口114解锁。
在工作期间，监控单元127保持是激活的。如果能够超过针对电 流或电压预设的最大值，那么监控单元127将信号发送给马达控制装置 125，使得开关单元124将车辆的电系统1和电池122之间的连接分开， 以便避免损坏。
当然，本发明不局限于模块120与车辆2，2’连接的应用情况。第 一模块例如充电站或充电单元以及第二模块例如能够再充电的模块与 蓄电池的连接也是能够考虑的。
在上文中阐明的实施例允许多种改变或补充。例如能够考虑的是：
-控制单元107与操作单元106和/或马达控制单元111一体化地构成，
-开关单元124在车辆侧例如构成在充电单元的一侧上，
-开关单元124与接口114一体化地构成，
-设置仅一个或多于两个的接口114，以用于与车辆的电系统100中或 充电单元中的相应的模块120连接，
-内部的车辆电池105经由接头元件121与接口114以能够分开的方式 连接，
-对所示出的电信号导线补充地或替选地，CAN总线系统102具有光学 信号导线，
-替代在接头元件121中，将指示灯设置在车辆侧或充电单元中，和/ 或
-开关单元124构成为用于分开地接通设在模块120和车载功率网络 101之间的馈电导线和充电导线，
-模块（3，17，120）设计成无源部件，例如设计成延长电缆或跨接电 缆，并且除了接头元件（6，6’，121）之外具有用于与另一模块连接的 另一插接连接器或接口（4，4’，114）。
机译： 模块化车辆系统，电动车辆，用于连接至电动车辆的模块和方法以及模块化充电系统
机译： 模块化车辆系统，电动车辆以及用于连接至电动车辆的模块
机译： 模块化车辆系统，电动车辆和用于连接至电动车辆的模块
