-
Die vorliegende Erfindung betrifft eine stationär angeordnete Kontaktplatte mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruch 1, einer hierzu kompatibel ausgebildeten Sekundäreinrichtung sowie das gesamte Ladesystem.
-
Stationär anordbare Kontaktplatten dienen zum Laden von batteriebetriebenen Fahrzeugen, welche meist autonom entlang einer Fahrspur fahren. Die Kontaktplatte weist an ihrer Oberseite in der Regel zwei oder mehr Kontaktflächen auf. Die Fahrzeuge haben an ihrer Unterseite meist zwei oder mehr Stromabnehmerkontakte, welche beim Überfahren der Kontaktplatten in elektrischen Kontakt mit den elektrischen Kontaktflächen der Kontaktplatte kommen, wodurch die Batterie des Fahrzeugs geladen werden kann. Die elektrischen Kontakte bzw. die Kontaktfläche der Kontaktplatte sind über Kabel oder Stromschienen mit einer Quelle verbunden. Die Vorrichtung, welche die fahrzeugseitigen Stromabnehmerkontakte umfasst, wird nachfolgend Sekundäranordnung genannt.
-
Damit das Fahrzeug über die Kontaktplatte fahren kann, weist diese in der Regel angeformte Rampen an ihren Seiten auf. Meist sind die Kontaktplatten durch ein Kunststoffgehäuse gebildet, wobei die Rampen integraler Bestandteil der Kontaktplatte sind. Die Kontaktplatten weisen dabei unveränderbare Abmessungen und eine fest vorgegebene Anzahl von Kontaktflächen auf.
-
Die Kontaktplatte kann auch zum Steuern der Fahrzeuge dienen, indem Befehle über die elektrischen Kontakte an das Fahrzeug übermittelt werden. Auch kann eine Kommunikation oder ein Datenaustausch zwischen dem Fahrzeug und einer entfernt angeordneten Daten- und/oder Steuerungseinheit über die Kontaktplatte erfolgen.
-
Nachteilig bei bestehenden Kontaktplatten ist, dass die Kontakte meint unter Spannung stehen, so dass hierdurch eine Gefahr für Personen oder Tiere ausgeht, die versehentlich auf die Kontaktplatten treten. Auch kann es sein, dass das Fahrzeug falsch herum über die die Kontaktplatte fährt, so dass die Kontakte elektrisch falsch verpolt miteinander kontaktieren, was zu schweren Beschädigungen führen kann.
-
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine bestehende Kontaktplatte dahingehend weiterzubilden, die die vorgenannten Nachteile einzeln oder in Kombination verhindert.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass mindestens eine Spule an oder in der Kontaktplatte angeordnet wird. Diese kann bzw. können Bestandteil von elektrischen Schwingkreisen sein. Die mindestens eine an der Sekundäranordnung angeordnete Spule kann ebenfalls Bestandteil eines elektrischen Schwingkreises sein, so dass es zu einer magnetischen Kopplung kommt, sobald die Spulen der Kontaktplatte und die der Sekundäranordnung hinreichend dicht beieinander platziert sind. Wenn eine hinreichende magnetische Kopplung vorhanden ist, ist dies ein Indiz dafür, dass die richtigen Kontakte der Sekundäranordnung die zugehörigen Kontakte der Kontaktplatte kontaktieren. In diesem Fall können die elektrischen Kontakte der Kontaktplatte z.B. elektrisch mit einer Versorgungsquelle verbunden werden, so dass eine Energieübertragung hin zu der Sekundäranordnung erfolgt. Bis zum Zeitpunkt der richtigen Positionierung der Sekundäranordnung zur Kontaktplatte würden dann die elektrischen Kontakte der Kontaktplatte aus Sicherheitsgründen strom- bzw. spannungslos geschaltet.
-
Ein Verpolungsschutz kann auch dadurch realisiert werden, indem mindestens zwei Schwingkreise mit den mindestens zwei Spulen der Kontaktplatte gebildet werden, wobei diese unterschiedliche Resonanzfrequenzen aufweisen können. Die korrespondierenden Schwingkreise der Sekundäranordnung sind dabei auf die jeweils zugehörigen korrespondierenden Spulen und Schwingkreise der Kontaktplatte abgestimmt, so dass beide oder alle Schwingkreise nur dann miteinander richtig koppeln, wenn die Sekundäranordnung richtig, d.h. in der vorbestimmten Position, in der sie mit ihren elektrischen Kontakten bestimmte Kontakte der Kontaktplatte berührt, positioniert ist.
-
Selbstverständlich ist es auch möglich, dass durch unterschiedliche Einschaltdauern, Spulen-Formfaktoren oder Datenmodulation bzw. Signalmodulation herausgefunden werden kann, ob die jeweils zueinander gehörenden Spulen bzw. Schwingkreise der Kontaktplatte und der Sekundäranordnung richtig übereinander positioniert sind.
-
Die erfindungsgemäße Kontaktplatte mit der Sekundäranordnung bilden zusammen mit zusätzlichen Komponenten das Ladesystem, welches vorteilhaft eine sichere kontaktlose Detektion eines zu ladenden Fahrzeuges ermöglicht. Die elektrischen Kontakte müssen dafür nicht bestromt oder unter Spannung gesetzt werden. Allein über die Spulen wird kontaktlos festgestellt, ob die Sekundäranordnung richtig zur Kontaktplatte positioniert worden ist, d.h. die richtigen elektrischen Kontakte miteinander in Kontakt sind. Hierbei kann aufgrund der elektrischen Auslegung der Schwingkreise festgelegt werden, mit welchen Positionstoleranzen die Sekundäranordnung zur Kontaktplatte positioniert sein darf, so dass ein Laden freigegeben wird.
-
Allein aufgrund der seitlichen Fehlpositionierung der Spulen kann die notwendige Kopplung verhindert werden, so dass die elektrische Energieübertragung nicht gestartet wird. Jedoch hat auch der Höhenabstand zwischen den Spulen einen maßgeblichen Einfluss auf die magnetische Kopplung, so dass auch festgestellt werden kann, ob die Ladekontakte der Sekundäranordnung tatsächlich elektrischen Kontakt mit den Kontakten der Kontaktplatte haben oder im Fehlerfalle sich zu hoch über den Kontakten befinden, so dass kein elektrischer Kontakt gegeben ist.
-
Auch kann über die entsprechend abgestimmten Schwingkreise eine Fahrzeugdetektion stattfinden, so dass nur bestimmte Fahrzeuge, deren Sekundäranordnung mit ihren Spulen auf die Schwingkreise der Kontaktplatte abgestimmt sind, über die Kontaktplatte geladen werden.
-
Es ist jedoch auch möglich, dass eine berührungslose Kommunikation zwischen der Sekundäranordnung und der Kontaktplatte bzw. dem stationären Teil des Ladesystems erfolgt und hierdurch der zu ladende Fahrzeugtyp, etc. ermittelt wird, woraufhin der Ladevorgang entsprechend gestaltet werden kann.
-
Auch kann über das Ladesystem das Fahrzeug, an dem die Sekundäranordnung angeordnet ist, mit entfernt angeordneten Datenverarbeitungseinheiten kommunizieren.
-
Ferner kann das Ladesystem mittels des von den Spulen erzeugten Magnetfeldes überwachen, ob ein Fahrzeug mit Ladekontakten in der Nähe oder richtig zur Kontaktplatte positioniert ist. Auch umgekehrt kann das Fahrzeug überwachen prüfen, ob es sich im Bereich einer Kontaktplatte befindet bzw. in der richtigen Position zur Kontaktplatte befindet. Ebenso ist es vorteilhaft möglich, dass mittels des von den Spulen erzeugten Magnetfeldes das Ladesystem die Position, Ausrichtung und/oder Entfernung der Spulen bzw. des Fahrzeugs relativ zur Kontaktplatte ermittelt. Die Spulen können dabei als Sende und Empfangsantennen verwendet werden. Dabei kann z.B. über die Signalstärke und/oder die Signallaufzeiten die Anwesenheit des Fahrzeuges oberhalb der Kontaktplatte bzw. die Anwesenheit einer Kontaktplatte unterhalb eines Fahrzeuges, die relative Position von Kontaktplatte zu Fahrzeug bzw. deren Ausrichtung und/oder Entfernung zueinander ermittelt werden.
-
Ebenso können die Spulen Bestandteil von elektrischen Schwingkreisen sein, wobei dann über die magnetische Kopplung der Schwingkreise der Kontaktplatte und der Spulen des Fahrzeuges die Anwesenheit des Fahrzeuges oberhalb der Kontaktplatte bzw. die Anwesenheit einer Kontaktplatte unterhalb eines Fahrzeuges, die relative Position von Kontaktplatte zu Fahrzeug bzw. deren Ausrichtung und/oder Entfernung zueinander ermittelt werden.
-
Beim erfindungsgemäßen Ladesystem können beide Seiten, d.h. die Kontaktplatte und das Fahrzeug mit einer eigenen Stromversorgung versehen werden, welche die Spulen und die notwendige Elektronik jeweils speisen. In diesem Falle kann auch davon gesprochen werden, dass beide Seiten aktiv betrieben sind. Es ist jedoch auch möglich nur eine Seite aktiv und die andere Seite passiv, d.h. ohne eigene Stromversorgung betrieben werden. In diesem Fall muss die aktive Seite mittels der erzeugten magnetischen und/oder elektromagnetischen Felder die passive Seite mit Energie versorgen, wie dies z.B. auch bei der RFID-Technik der Fall ist. Die Spulen des erfindungsgemäßen Ladesystems können somit auch Bestandteil von RFID-Schwingkreisen sein.
-
Auch kann das erfindungsgemäße Ladesystem vorteilhaft dazu genutzt werden, um festzustellen und zu überwachen, ob sich auf der Kontaktplatte, insbesondere auf den Ladekontakten und/oder den Spulen, Fremdobjekte, insbesondere Metallgegenstände, befinden. Die Fremdobjekte können z.B. über die Veränderung der magnetischen Kopplung oder die Verstimmung der elektrischen Schwingkreise aufgrund der Fremdobjekte erkannt werden. Die mindestens eine Spule ist vorteilhaft zwischen zwei Ladekontakten angeordnet oder neben einem Ladekontakt angeordnet, wodurch der ohnehin vorhandene Platz neben oder zwischen den Ladekontakten vorteilhaft genutzt wird. Die erfindungsgemäße Kontaktplatte baut daher wenn überhaupt nur unwesentlich größer als herkömmliche Kontaktplatten.
-
Nachfolgend wird anhand von Zeichnungen die erfindungsgemäße Kontaktplatte, Sekundäranordnung und das Ladesystem näher erläutert.
-
Es zeigen:
- 1: Draufsicht auf eine erste mögliche Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kontaktplatte mit zwei elektrischen Ladekontakten und zwei Spulen;
- 2: Querschnittsdarstellung durch die Kontaktplatte gemäß 1;
- 3: perspektivische Darstellung der Kontaktplatte gemäß 1;
- 4: Seitenansicht der Kontaktplatte gemäß 1;
- 5: Draufsicht auf die Unterseite einer Sekundäranordnung gemäß einer ersten möglichen Ausführungsform;
- 6: Seitenansicht auf die Sekundäranordnung gemäß 5;
- 7: perspektivische Ansicht auf die Unterseite der Sekundäranordnung gemäß 5;
- 8: Draufsicht auf das Ladesystem bestehend aus Kontaktplatte und darüber angeordneter Sekundäranordnung;
- 9: Seitenansicht auf das Ladesystem gemäß 8;
- 10: Darstellung durch das Ladesystem gemäß 8;
- 11: Seitenansicht auf die Längsseite des Ladesystems gemäß 8;
- 12: perspektivische Ansicht auf das Ladesystem gemäß 8;
- 13: Draufsicht auf eine zweite mögliche Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kontaktplatte mit zwei elektrischen Ladekontakten und lediglich einer Spule;
- 14: Draufsicht auf die Unterseite der Sekundäranordnung gemäß der 2. Ausführungsform;
- 15: perspektivische Ansicht auf der Unterseite der Sekundäranordnung gemäß 14.
-
Die 1 zeigt eine 1. mögliche Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kontaktplatte 1, an deren Oberseite 3O zwei elektrische Ladekontakte 2a und 2b voneinander beanstandet und parallel zueinander angeordnet sind. Die Kontakte 2a und 2b sind mittels Befestigungsschrauben 7 an dem länglichen flachen Grundkörper befestigt. Elektrische Kontaktschrauben 8 durchgreifen von oben die Ladekontakte 2a und 2b und dienen an der Unterseite der Kontaktplatte zur Befestigung von elektrischen Verbindungsleitern. Die Kontaktplatte 1 weist an ihren schmalen Längsseiten 3a und 3b Abschreibungen auf, so dass die Sekundäranordnung oder deren elektrische Ladekontakte 11a und 11b (siehe 5-7) eines sich in Richtung der Kontaktplatte 1 bewegenden Fahrzeugs angehoben beziehungsweise eingedrückt werden und die Ladekontakte 11 a und 11 b mit genügender Antriebskraft gegen die Ladekontakte 2a und 2b gedrückt werden. Zwischen den Ladekontakten 2a und 2b sind 2 elektrische Spulen 4a und 4b angeordnet, deren Verbindungsleitungen 4aa und 4bb durch die Kontaktplatte 1 nach unten weggeführt sind, so dass sie von oben mechanisch nicht beeinträchtigt werden können. Zusätzlich können an der Oberseite 3o der Kontaktplatte 1 Linksschlitze 6 eingearbeitet oder eingeformt sein, die zur exakten Positionierung der Sekundäranordnung 10 relativ zur Kontaktplatte 1 dienen können. Die Spulen 4a und 4b können Bestandteil von elektrischen Schwingkreisen sein und dienen zur Positionierung und zum Vertonungsschutz der Sekundäranordnung 10 gegenüber der Kontaktplatte 1. Die Spulen liegen sozusagen als Sende- und Empfangsspule. Durch die Messung der magnetischen Kopplung der mobilen und stationären Spulen kann das Vorhandensein eines Fahrzeugs innerhalb der Positionstoleranzen detektiert werden. Dies erfolgt beim Senden eines Signals über die Sendespule der Kontaktplatte an die Empfangsspule der Sekundäranordnung und anschließendes Messen der kopplungsabhängigen elektrischen Größen, wie die induzierte Spannung, den daraus resultierenden Strom, Resonanzfrequenz, Phasenverschiebung, etc.. Zur Signaleinkopplung bzw. Signalauskopplung können die Spulen mit Kondensatoren zu Schwingkreisen geschaltet sein. Durch die Anbringung von mindestens zwei Spulen jeweils auf der mobilen und der stationären Seite, kann ein Verbot um Schutz gewährleistet werden ?????. Dies ist durch Zuordnung von jeweils einer mobilen zu einer stationären Spule gegeben. Die Differenzierung kann z.B. durch Frequenz-Unterschied, Signal-Einschaltdauer, Spulenformfaktor oder Datenmodulation bzw. Signalmodulation erfolgen. Das gesendete Signal kann moduliert werden. Damit ist eine Information-Übermittlung möglich. Die Informationen können als digitale Daten oder als analoges Signal übertragen werden. Die eindeutige Fahrzeug-Identifikation kann über die Information-Übermittlung oder Variation von elektrischen Parametern wie Sendefrequenz, Pulsweite, Einschaltdauer, etc. erfolgen. Eine flache Bauweise der Spulen ermöglicht die Ausführung als Leiterplatte. Dies bietet auch den Platz für die Sende- und im Empfangselektronik. Die Sende- und Empfangselektronik kann in separaten Modulen oder Gehäusen untergebracht sein, wobei die Module bzw. Gehäuse in Aussparungen der Kontaktplatte 1 und der Sekundäranordnung 1 untergebracht werden kann.
-
Zur Anpassung der Positionstoleranzen, der Drehwinkeltoleranz, Luftspalt-Abhängigkeit und des Verpolungsschutzes, kann eine Vielzahl von Spulen eingesetzt werden, die getrennt und/oder elektrisch verbunden, mehr Informationen zur relativen Lage der Sekundäranordnung 10 zur Kontaktplatte 1 liefern.
-
In einer besonders vorteilhaft deren Ausführungsform der Erfindung werden die elektrischen Kontakte 2a und 2b zur Energieübertragung erst dann freigegeben, wenn eine hinreichend genaue Positionierung des Fahrzeugs relativ zur Kontaktplatte mit seiner Sekundäranordnung erfolgt ist. Aufgrund der technischen Eigenschaften und der Verwendung der elektrischen Schwingkreise ist das Ladesystem schwer zu überlisten. Vorteilhaft ist das Ladesystem auch für Spannungen größer 60 V geeignet.
-
Bei Veränderung der magnetischen Umgebung der Ladekontakte durch metallische Gegenstände, kann das Ladesystem abschalten. Dies ist von Vorteil, da die Kurzschluss-Gefahr der Kontakte abgewendet wird.
-
Die 2 zeigt eine Querschnittsdarstellung durch die Kontaktplatte 1 gemäß der 1. Die elektrischen Kontakte 2a und 2b sind in Ausnehmungen der Oberfläche der Oberseite der Kontaktplatte 1 angeordnet. Die elektrischen Spulen 4a und 4b sind zwischen den Ladekontakten 2a und 2b angeordnet. Die 3 und 4 zeigen perspektivische und Seitenansichten der Kontaktplatte 1 gemäß 1. Wie aus 4 ersichtlich, sind die elektrischen Anschlüsse 9 und 4aa bzw. 4bb nach unten herausgeführt. Die elektrischen Anschlussleitungen sind nicht dargestellt.
-
Die 5 zeigt eine Draufsicht auf die Unterseite der Sekundäranordnung 10, an der die elektrischen Ladekontakte 11a und 11b mit ihren Halterungen 13a und 13b angeordnet sind. Die Ladekontakte 11a und 11b können gegen einen Federdruck in die Halterungen 13a und 13b ein gedrückt werden. Die Halterungen 13a und 13b sind mittels Befestigungsschrauben 14 an der Grundplatte 15 der Sekundäranordnung 10 befestigt. Zwischen den Halterungen 13a und 13b ist ein Steg 17 angeordnet, an dessen Unterseite 2 elektrische Spulen 12a und 12b im Abstand zueinander angeordnet sind. In den Ecken der Platte 15 sind Bohrungen 18 vorgesehen mittels denen und den nicht dargestellter Befestigungsschrauben die Sekundäranordnung 10 an einer Fahrzeugunterseite befestigt sind.
-
Die 6 zeigt eine Seitendarstellung durch die Sekundäranordnung 10 gemäß 5. Wie bereits bei 5 beschrieben, sind an der Unterseite 10u der Platte 15 die Halterungen 13a und 13b mit den Ladekontakten 11a und 11b, sowie der Steg 17 mit den beiden Spulen 12a und 12b angeordnet. An der Oberseite 10o der Platte 15 sind die Anschlüsse 16 für die Ladekontakte 11a und 11b sowie die Anschlüsse 12aa und 12bb für die Spulen 12a und 12b angeordnet. Die 7 zeigt eine perspektivische Ansicht auf die Sekundäranordnung 10 gemäß 6.
-
Die 8 zeigt eine Draufsicht auf die Kontaktplatte 1 mit darüber angeordneter Sekundäranordnung 10 in einer Stellung, in der die Sekundäranordnung 10 richtig zur Kontaktplatte positioniert ist, sodass die Spulen gegenüberliegend angeordnet sind und die elektrischen Kontakte der Sekundäreinheit richtig mit den Ladekontakten 2a und 2b der Kontaktplatte 1 elektrisch verbunden sind. Die 9 zeigt eine Seitenansicht durch das Ladesystem gemäß 8, die 10 eine Querschnittsdarstellung durch das Ladesystem gemäß 8. Die 11 zeigt eine Seitendarstellung durch auf die Längsseite der Kontaktplatte und der Sekundäranordnung 10. Die 12 zeigt eine perspektivische Darstellung des Ladesystems gemäß der vorherigen Figuren.
-
Die 13 bis ???zeigen eine 2. mögliche Ausführungsform des Ladesystems, wobei lediglich eine Spule 4' in der Oberseite der Kontaktplatte 1 angeordnet ist, welche sich über mehr als die Hälfte der Längserstreckungsrichtung der Ladekontakte 2a und 2b erstreckt. Die Sekundäranordnung 10 weist eine entsprechend ausgebildete Spule 12' auf, welche den Abmessungen der Spule 4' der Kontaktplatte 1 entspricht. Die 15 zeigt eine perspektivische Darstellung auf die Unterseite der Sekundäranordnung 10 mit lediglich einer Spule 12'.
