DE102019213055A1 - Charging system and method for conductive charging of an energy store of a vehicle with a safe-to-touch charging voltage - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Ladesystem (100) zum konduktiven Laden eines Energiespeichers (200) eines Fahrzeugs mit einer berührsicheren Ladespannung. Dazu umfasst eine Primärseite (110) eine Primärkontakteinheit (111) mit einem flächig ausgebildeten Grundkörper (112), welcher wenigstens zwei erste und wenigstens einen zweiten Primärkontaktbereich (113, 114) aufweist. Weiterhin umfasst eine Sekundärseite (120) eine Sekundärkontakteinheit (121) mit einem flächig ausgebildeten Grundkörper (122), welcher wenigstens einen ersten und wenigstens einen zweiten Sekundärkontaktbereich (123, 124) aufweist. Eine Kontaktierungseinrichtung (130) ist ausgebildet, den wenigstens einen ersten Sekundärkontaktbereich (123) mit wenigstens einem der ersten Primärkontaktbereiche (113) und den wenigstens einen zweiten Sekundärkontaktbereich (124) mit dem wenigstens einen zweiten Primärkontaktbereich (114) zu verbinden. Schließlich ist eine Steuereinrichtung (140) ausgebildet, in Abhängigkeit von einem Verbindungszustand der jeweiligen Kontaktbereiche (113, 114, 123, 124) in einem ersten Betriebsmodus des Fahrzeugs die Primärseite (110) zum Bereitstellen der berührsicheren Ladespannung über die Primärkontaktbereiche (113, 114) anzusteuern.The invention relates to a method and a charging system (100) for conductive charging of an energy store (200) of a vehicle with a touch-safe charging voltage. For this purpose, a primary side (110) comprises a primary contact unit (111) with a flat base body (112) which has at least two first and at least one second primary contact areas (113, 114). Furthermore, a secondary side (120) comprises a secondary contact unit (121) with a flat base body (122) which has at least one first and at least one second secondary contact area (123, 124). A contacting device (130) is designed to connect the at least one first secondary contact area (123) to at least one of the first primary contact areas (113) and the at least one second secondary contact area (124) to the at least one second primary contact area (114). Finally, a control device (140) is designed, depending on a connection state of the respective contact areas (113, 114, 123, 124) in a first operating mode of the vehicle, the primary side (110) for providing the safe-to-touch charging voltage via the primary contact areas (113, 114) head for.

Description

Die Erfindung betrifft ein Ladesystem zum konduktiven Laden eines Energiespeichers eines Fahrzeugs mit einer berührsicheren Ladespannung. Weiterhin betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zum Laden eines Energiespeichers eines Fahrzeugs mit einer berührsicheren Ladespannung. Mit Energiespeicher ist in diesem Zusammenhang bevorzugt eine Fahrzeugbatterie, insbesondere eine Hochvoltbatterie gemeint. Deshalb wird im Folgenden der Begriff „Hochvoltbatterie“ als Synonym für den Energiespeicher verwendet.The invention relates to a charging system for conductive charging of an energy store of a vehicle with a safe-to-touch charging voltage. The invention also relates to a method for charging an energy store of a vehicle with a safe-to-touch charging voltage. In this context, energy storage means preferably a vehicle battery, in particular a high-voltage battery. This is why the term “high-voltage battery” is used as a synonym for the energy storage system in the following.

Bei Ladesystemen zum konduktiven Laden werden in der Regel komplementär ausgebildete Kontakteinheiten, zum Beispiel ein Stecker und eine Buchse, eines Senders (Ladevorrichtung oder Ladeinfrastruktur) und eines Empfängers (Fahrzeugs) physikalisch miteinander verbunden. Beim korrekten Verbinden oder Anschließen der Kontakteinheiten entsteht somit eine elektrisch leitende Verbindung und es kann eine Ladespannung zum Übertragen von elektrischer Energie von dem Sender an den Empfänger angelegt werden.In charging systems for conductive charging, complementary contact units, for example a plug and a socket, a transmitter (charging device or charging infrastructure) and a receiver (vehicle) are usually physically connected to one another. When the contact units are correctly connected or connected, an electrically conductive connection is thus created and a charging voltage for transmitting electrical energy can be applied from the transmitter to the receiver.

Derartige Ladesysteme sind häufig als kabelgebundene standardisierte Steckersysteme ausgebildet. Dabei sind die Kontakteinheiten in der Regel als Kontaktstifte und dazugehörige Kontaktbuchsen ausgebildet, sodass sich beim Verbinden der Kontakteinheiten eine Punkt-zu-Punkt-Verbindung ergibt. Bekannte Beispiele für kabelgebundene Ladesysteme sind das Combined Charging System (CCS; kombiniertes Ladesystem) oder das Chademo System. Bei derartigen kabelgebundenen Ladesystemen erfordert das Laden dabei einen Steckvorgang. Dieser kann entweder manuell, zum Beispiel von einer Bedienperson, oder automatisiert ausgeführt werden. Insbesondere bei einem automatisch ausgeführten Steckvorgang, stellt die exakte Positionierung der komplementär ausgebildeten Kontakteinheiten bei der Realisierung eine große Herausforderung dar.Such charging systems are often designed as cable-based standardized plug systems. The contact units are usually designed as contact pins and associated contact sockets, so that a point-to-point connection is obtained when the contact units are connected. Well-known examples of wired charging systems are the Combined Charging System (CCS; combined charging system) or the Chademo system. In wired charging systems of this type, charging requires a plug-in process. This can either be carried out manually, for example by an operator, or automatically. The exact positioning of the complementary contact units represents a major challenge in the implementation, especially in the case of an automatically performed plugging process.

Beispiele zum exakten Positionieren der Kontakteinheiten zueinander sind aus der DE 10 2016 008 982 A1 und der DE 20 2018 100 805 U1 bekannt. Das jeweils beschriebene Ladesystem umfasst dabei eine Ladestation, welche vertieft am Untergrund angeordnet ist. Die Ladestation weist zum Koppeln mit der Fahrzeugbatterie einen ein- und ausfahrbaren Ladearm als Kontakteinheit auf. Das Kraftfahrzeug weist zum Bespiel eine dazu komplementär ausgebildete beispielsweise trichterförmige Buchse als komplementäre Kontakteinheit auf, die den Ladearm aufnehmen kann. Alternativ zu einer trichterförmigen Ladebuchse kann auch eine automatische Positionierungseinrichtung zum Verstellen des Ladearms in einer horizontalen x-y-Richtung vorgesehen sein. Befindet sich das Fahrzeug nun in einer entsprechenden Position über der Ladestation kann der Ladearm automatisiert ausgefahren werden, damit er mit der Ladebuchse gekoppelt werden kann.Examples for the exact positioning of the contact units to one another are from DE 10 2016 008 982 A1 and the DE 20 2018 100 805 U1 known. The charging system described in each case comprises a charging station which is arranged recessed on the ground. The charging station has an extendable and retractable charging arm as a contact unit for coupling with the vehicle battery. The motor vehicle has, for example, a, for example, funnel-shaped socket, which is designed to be complementary thereto, as a complementary contact unit which can accommodate the loading arm. As an alternative to a funnel-shaped charging socket, an automatic positioning device for adjusting the charging arm in a horizontal xy direction can also be provided. If the vehicle is now in a corresponding position above the charging station, the charging arm can be extended automatically so that it can be coupled to the charging socket.

Eine alternative Ausgestaltung eines Ladesystems zum konduktiven Laden mit dem eine möglichst exakte Positionierung erreicht werden soll, ist aus der WO 2019/052962 A1 bekannt. Zum Übertragen einer Ladespannung weist eine Fahrzeugkontakteinheit dabei wenigstens drei Kontaktelektronen auf und kann zum Kontaktieren mit einer Bodenkontakteinheit in eine Kontaktierungsrichtung zu der Bodenkontakteinheit hinbewegt und um eine Drehachse, die im Wesentlichen in die Kontaktierungsrichtung verläuft, verdreht werden. Die Bodenkontakteinheit weist eine Vielzahl an zu den drei Kontaktelektroden der Fahrzeugkontakteinheit komplementär ausgebildeten Kontaktelektroden auf, die in einem zweidimensionalen Bravais-Gitter angeordnet sind. Dadurch kann die Wahrscheinlichkeit des Herstellens einer elektrisch leitenden Verbindung zwischen der Fahrzeugkontakteinheit und der Bodenkontakteinheit erhöht werden.An alternative embodiment of a charging system for conductive charging, with which positioning is to be achieved as precisely as possible, is shown in FIG WO 2019/052962 A1 known. To transfer a charging voltage, a vehicle contact unit has at least three contact electrons and, for contacting a ground contact unit, can be moved in a contacting direction towards the ground contact unit and rotated about an axis of rotation that runs essentially in the contacting direction. The ground contact unit has a multiplicity of contact electrodes which are designed to be complementary to the three contact electrodes of the vehicle contact unit and which are arranged in a two-dimensional Bravais lattice. This can increase the probability of establishing an electrically conductive connection between the vehicle contact unit and the ground contact unit.

Durch den genannten Stand der Technik ergibt sich jedoch der Nachteil, dass es sich bei der Verbindung zum Übertragen der Ladespannung immer um eine Punkt-zu-Punkt-Verbindung handelt. Das heißt, die Kontakte der beiden Steckersysteme müssen immer exakt zueinander positioniert werden. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass es sich bei der übertragenen Ladespannung um eine Hochvoltspannung handelt. Dadurch sind immer Schutzmaßnahmen nötig, um eine Personengefährdung zu vermeiden. In der vorliegenden Anmeldung bezieht sich die Bezeichnung „Hochvolt“ dabei insbesondere auf eine Spannung oder eine Potentialdifferenz ≥ 60 Volt für Gleichspannungen (DC) oder ≥ 25 Volt für Wechselspannungen (AC). Die aus dem Stand der Technik bekannten konduktiven Ladesysteme weisen somit aufgrund des Übertragens von elektrischer Energie im Hochvoltbereich und der Notwendigkeit der exakten Positionierung der Kontakteinheiten zueinander entweder einen mechanisch und kinematisch und elektrotechnisch hohen Aufwand oder Einschränkungen in ihrer Robustheit auf. Diese Ladesysteme sind deshalb in der Regel sehr komplex, was sich in erhöhten Kosten, erhöhtem Materialeinsatz und einer erhöhten Baugröße wiederspiegelt.However, the stated prior art has the disadvantage that the connection for transmitting the charging voltage is always a point-to-point connection. This means that the contacts of the two connector systems must always be positioned exactly to one another. Another disadvantage is that the transferred charging voltage is high-voltage. This means that protective measures are always necessary to avoid personal injury. In the present application, the term “high voltage” refers in particular to a voltage or a potential difference ≥ 60 volts for direct voltages (DC) or 25 volts for alternating voltages (AC). The conductive charging systems known from the prior art thus either have a high mechanical, kinematic and electrotechnical complexity or limitations in their robustness due to the transfer of electrical energy in the high-voltage range and the need for the exact positioning of the contact units to one another. These charging systems are therefore usually very complex, which is reflected in increased costs, increased use of materials and an increased size.

Eine Alternative zu den genannten automatisierten Steckersystemen stellt die exakte Positionierung eines Fahrzeugs auf einer im Untergrund eingearbeiteten Ladevorrichtung mittels eines Einparkassistenzsystems dar. Jedoch ist auch hier eine exakte Positionierung im Zentimeterbereich der Steckersysteme nur schwer zu erreichen.An alternative to the aforementioned automated connector systems is the exact positioning of a vehicle on a charging device built into the ground by means of a parking assistance system. However, an exact positioning in the centimeter range of the connector systems is difficult to achieve here as well.

Aus dem internen Stand der Technik ist nun ein Ladesystem bekannt, durch welches eine berührsichere Ladespannung zum Laden eines Energiespeichers beziehungsweise einer Hochvoltbatterie eines Kraftfahrzeugs bereitgestellt werden kann. Dadurch benötigt das Ladesystem keinen Berührschutz, um eine Personengefährdung zu vermeiden, sodass die Kontakteinheiten oder Kontakte zum Beispiel großflächig als Kontaktflächen ausgebildet sein können. Der Begriff „berührsicher“ ergibt sich dabei insbesondere aus der Norm IEC 60449. Dementsprechend gilt eine Spannung als berührungssicher, wenn folgende Grenzwerte eingehalten werden: für Wechselspannung ≤ 25 Volt und für Gleichspannung ≤ 60 Volt. Eine berührsichere Ladespannung kann auch als Schutzkleinspannung bezeichnet werden. Mit einer entsprechend ausgelegten Ladespannung kann sowohl ein hoher Wirkungsgrad der Ladevorrichtung beim Übertragen der elektrischen Energie gleichzeitig mit einer geringen Gefahr für den Nutzer oder eine Bedienperson verbunden werden. Weiterhin kann auch die Komplexität der Ausgestaltung der Kontakte reduziert werden.A charging system is now known from the internal prior art, by means of which a safe-to-touch charging voltage can be provided for charging an energy store or a high-voltage battery of a motor vehicle. As a result, the charging system does not require any protection against accidental contact in order to avoid endangering persons, so that the contact units or contacts can, for example, be designed as contact surfaces over a large area. The term “safe to touch” results in particular from the IEC 60449 standard. Accordingly, a voltage is considered safe to touch if the following limit values are adhered to: for alternating voltage ≤ 25 volts and for direct voltage ≤ 60 volts. A safe-to-touch charging voltage can also be referred to as a protective extra-low voltage. With an appropriately designed charging voltage, a high degree of efficiency of the charging device when transmitting electrical energy can be combined at the same time with a low risk for the user or an operator. Furthermore, the complexity of the design of the contacts can also be reduced.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Akzeptanz von Nutzern gegenüber Ladesystemen zum Laden eines Energiespeichers eines Fahrzeugs zu erhöhen, indem eine korrekte Verbindung oder Kontaktierung der Kontakteinheiten eines derartigen Ladesystems vereinfacht wird.The object of the present invention is to increase user acceptance of charging systems for charging an energy store of a vehicle by simplifying correct connection or contacting of the contact units of such a charging system.

Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die abhängigen Patentansprüche, die folgende Beschreibung sowie die Figuren offenbart.The object is achieved by the subjects of the independent claims. Advantageous developments of the invention are disclosed by the dependent claims, the following description and the figures.

Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass die Akzeptanz von konduktiven Ladesystemen zum Übertragen einer berührsicheren Ladespannung erhöht werden kann, wenn ein Bauraumbedarf eines entsprechenden Ladesystems und ein Materialeinsatz reduziert und dadurch die Kosten für ein entsprechendes Ladesystem gesenkt werden können. Dies kann erreicht werden, indem eine Toleranzfläche von komplementären, flächig ausgebildeten Kontakteinheiten optimiert, insbesondere vergrößert wird. Mit Toleranzfläche ist eine Fläche gemeint, innerhalb derer es beim Annähern der Kontakteinheiten zum Verbinden der Kontaktflächen zur erfolgreichen oder elektrisch leitfähigen Kontaktierung kommt. Dazu werden in einer Kontakteinheit mehrere Kontaktflächen oder Kontaktbereiche, die jeweils zwei unterschiedliche Potentiale aufweisen, angeordnet. Die Kontaktflächen stellen dabei die elektrischen Anschlüsse einer jeweiligen Kontakteinheit dar. Somit kann auf komplexe Justier- oder Positioniersysteme, wie sie aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannt sind, verzichtet werden und das korrekte Verbinden der Kontakteinheiten kann vereinfacht werden. Alternativ dazu kann die Akzeptanz von konduktiven Ladesystemen auch verbessert werden, indem die Toleranzfläche der Kontakteinheiten bei gleichem Bauraumbedarf vergrößert wird. Somit wird die Wahrscheinlichkeit einer erfolgreichen Kontaktierung ebenfalls erhöht.The invention is based on the knowledge that the acceptance of conductive charging systems for transmitting a safe-to-touch charging voltage can be increased if the installation space requirement of a corresponding charging system and the use of materials can be reduced and the costs for a corresponding charging system can be lowered as a result. This can be achieved in that a tolerance area of complementary, flat contact units is optimized, in particular enlarged. The tolerance area means an area within which, when the contact units approach the contact areas to connect, successful or electrically conductive contact is made. For this purpose, a plurality of contact surfaces or contact areas, each of which has two different potentials, are arranged in a contact unit. The contact surfaces represent the electrical connections of a respective contact unit. Complex adjustment or positioning systems, as are known from the general prior art, can thus be dispensed with and the correct connection of the contact units can be simplified. As an alternative to this, the acceptance of conductive charging systems can also be improved by increasing the tolerance area of the contact units with the same installation space requirement. This also increases the likelihood of successful contact.

Um dies zu realisieren, umfasst das Ladesystem eine Primärseite mit einer Primärkontakteinheit, die einen flächig ausgebildeten Grundkörper aufweist. Der Grundkörper kann somit beispielsweise im Wesentlichen plattenförmig oder scheibenförmig ausgebildet sein. Als elektrische Anschlüsse weist der Grundkörper zudem wenigstens zwei erste Primärkontaktbereiche und wenigstens einen zweiten Primärkontaktbereich auf. Die wenigstens zwei ersten Primärkontaktbereiche weisen zum Beispiel ein erstes Potential auf und der wenigstens eine zweite Kontaktbereich weist ein von dem ersten Potential unterschiedliches zweites Potential auf. Die Primärkontaktbereiche bilden somit sozusagen wenigstens ein Polpaar, über welches die berührsichere Ladespannung bereitgestellt oder empfangen werden kann. Zum Beispiel können die wenigstens zwei ersten Primärkontaktbereiche jeweils als erster Leiter oder Plusleiter oder Phasenleiter (Außenleiter) ausgebildet sein, während der wenigstens eine zweite Primärkontaktbereich als zweiter Leiter oder Minusleiter oder Neutralleiter (Nullleiter) ausgebildet ist. Analog ist natürlich auch eine umgekehrte Ausgestaltung der Primärkontaktbereiche möglich. Somit umfasst der Grundkörper der Primärseite drei oder mehr Primärkontaktbereiche, die ausgebildet sind, wenigstens zwei unterschiedliche Potentiale aufzuweisen und die berührsichere Ladespannung bereitzustellen oder zu empfangen.In order to realize this, the charging system comprises a primary side with a primary contact unit which has a flat base body. The base body can thus, for example, be essentially plate-shaped or disk-shaped. The base body also has at least two first primary contact areas and at least one second primary contact area as electrical connections. The at least two first primary contact areas have a first potential, for example, and the at least one second contact area has a second potential that is different from the first potential. The primary contact areas thus form at least one pole pair, so to speak, via which the safe-to-touch charging voltage can be provided or received. For example, the at least two first primary contact areas can each be designed as a first conductor or plus conductor or phase conductor (outer conductor), while the at least one second primary contact area is designed as a second conductor or minus conductor or neutral conductor (neutral conductor). Similarly, a reverse configuration of the primary contact areas is of course also possible. The main body of the primary side thus comprises three or more primary contact areas which are designed to have at least two different potentials and to provide or receive the safe-to-touch charging voltage.

Als komplementäre Kontakteinheit zu der Primärkontakteinheit umfasst das Ladesystem auch eine Sekundärkontakteinheit einer Sekundärseite. Diese weist einen flächig ausgebildeten, insbesondere plattenförmigen oder scheibenförmigen, Grundkörper auf, welcher wenigstens einen ersten Sekundärkontaktbereich und wenigstens einen zweiten Sekundärkontaktbereich umfasst. Der jeweilige erste Sekundärkontaktbereich kann dabei beispielsweise einen ersten Leiter oder Plusleiter oder Phasenleiter (Außenleiter) darstellen, während der jeweilige zweite Sekundärkontaktbereich beispielsweise einen zweiten Leiter oder Minusleiter oder Neutralleiter (Nullleiter) darstellt. Der Grundkörper der Sekundärseite umfasst somit wenigstens zwei oder mehr Kontaktbereiche, welche die Anschlüsse der Sekundärseite bilden. Dabei ist der wenigstens eine erste Sekundärkontaktbereich bevorzugt dazu ausgebildet, ein erstes Potential aufzuweisen und der wenigstens eine zweite Sekundärkontaktbereich ist bevorzugt dazu ausgebildet, ein zweites Potential aufzuweisen. Die ersten und zweiten Sekundärkontaktbereiche bilden somit vorzugsweise ein Polpaar, und sind dadurch ausgebildet, die berührsichere Ladespannung bereitzustellen oder zu empfangen.As a complementary contact unit to the primary contact unit, the charging system also includes a secondary contact unit on a secondary side. This has a flat, in particular plate-shaped or disk-shaped, base body which comprises at least one first secondary contact area and at least one second secondary contact area. The respective first secondary contact area can represent, for example, a first conductor or positive conductor or phase conductor (outer conductor), while the respective second secondary contact area represents, for example, a second conductor or negative conductor or neutral conductor (neutral conductor). The main body of the secondary side thus comprises at least two or more contact areas which form the connections of the secondary side. The at least one first secondary contact area is preferably designed to have a first potential and the at least one second secondary contact area is preferably designed to have a second potential. The first and second secondary contact areas thus preferably form a pole pair, and are designed to provide or receive the safe-to-touch charging voltage.

In vorteilhafter Weise sind die Primärkontaktbereiche und/oder die Sekundärkontaktbereiche als flächige Kontaktbereiche oder Anschlüsse ausgebildet. Alternativ dazu können die Primärkontaktbereiche und/oder die Sekundärkontaktberieche zum Beispiel auch als zylinderförmige Querstreben, insbesondere ähnlich wie Rohre, in den jeweiligen Grundkörper eingelassen oder eingearbeitet sein. Dadurch kann wenigstens einer der Grundkörper in einer Seitansicht eine dreidimensionale Oberflächenstruktur aufweisen. Sie stellen somit bevorzugt offenliegende Anschlüsse oder Anschlussflächen dar, bei denen im Gegensatz zum Stand der Technik keine Abschirmungsmaßnahmen, wie eine Ummantelung oder ein Schutzleiter, nötig sind. Die jeweiligen Kontaktbereiche (Primärkontaktbereiche und Sekundärkontaktbereiche) können dabei vorzugsweise alternierend oder nacheinander, zum Beispiel ähnlich wie ein Zebrastreifenmuster, in dem jeweiligen Grundkörper ausgebildet sein. Somit kann also beispielsweise abwechselnd jeweils ein erster Kontaktbereich und ein zweiter Kontaktbereich nebeneinander angeordnet sein. Bevorzugt sind die jeweiligen Kontaktbereiche in ihrem jeweiligen Grundkörper elektrisch isolierend zueinander angeordnet. Sie können zum Beispiel durch einer Isolierschicht oder einen Isolierbereich physikalisch und elektrisch leitend getrennt voneinander angeordnet sein. Die Isolierschicht umfasst vorzugsweise ein Material mit einer vernachlässigbar geringen oder nicht vorhandenen elektrischen Leitendfähigkeit, wie zum Beispiel Luft oder Keramiken oder Thermoplasten, wie beispielsweise Polyethylen. Zum Kontaktieren der beiden Kontakteinheiten umfasst das Ladesystem auch eine Kontaktierungseinrichtung, die ausgebildet ist, den wenigstens einen ersten Sekundärkontaktbereich mit wenigstens einem der ersten Primärkontaktbereiche und den wenigstens einen zweiten Sekundärkontaktbereich mit dem wenigstens einen zweiten Primärkontaktbereich zu verbinden. Mit Verbinden ist in diesem Zusammenhang ein physisches Kontaktieren zum Herstellen einer elektrisch leitenden Verbindung zwischen den jeweiligen Primärkontaktbereichen mit den zugehörigen Sekundärkontaktbereichen gemeint. Vorzugsweise ist die Kontaktierungseinrichtung ausgebildet, die jeweiligen Kontaktbereiche automatisiert aneinander anzuschließen.The primary contact areas and / or the secondary contact areas are advantageously designed as flat contact areas or connections. As an alternative to this, the primary contact areas and / or the secondary contact areas can, for example, also be embedded or incorporated into the respective base body as cylindrical transverse struts, in particular similar to tubes. As a result, at least one of the base bodies can have a three-dimensional surface structure in a side view. They thus preferably represent exposed connections or connection surfaces in which, in contrast to the prior art, no shielding measures, such as a sheathing or a protective conductor, are necessary. The respective contact areas (primary contact areas and secondary contact areas) can preferably be formed alternately or one after the other, for example similar to a zebra stripe pattern, in the respective base body. Thus, for example, a first contact area and a second contact area can alternately be arranged next to one another. The respective contact areas are preferably arranged in their respective base bodies so as to be electrically insulating from one another. For example, they can be arranged physically and electrically conductively separated from one another by an insulating layer or an insulating region. The insulating layer preferably comprises a material with a negligibly low or non-existent electrical conductivity, such as, for example, air or ceramics or thermoplastics, such as, for example, polyethylene. To contact the two contact units, the charging system also includes a contacting device which is designed to connect the at least one first secondary contact area to at least one of the first primary contact areas and the at least one second secondary contact area to the at least one second primary contact area. In this context, “connecting” means physical contact to produce an electrically conductive connection between the respective primary contact areas and the associated secondary contact areas. The contacting device is preferably designed to automatically connect the respective contact areas to one another.

Schließlich umfasst das Ladesystem auch eine Steuereinrichtung, die ausgebildet ist, in Abhängigkeit von einem Verbindungszustand der jeweiligen Primärkontaktbereiche mit den jeweiligen Sekundärkontaktbereichen in einem ersten Betriebsmodus des Fahrzeugs die Primärseite zum Bereitstellen der berührsicheren Ladespannung über wenigstens einen der ersten Primärkontaktbereiche und den wenigstens einen zweiten Primärkontaktbereich anzusteuern. Bei dem ersten Betriebsmodus kann es sich also zum Beispiel um einen Ladebetrieb des Fahrzeugs zum Laden der Fahrzeugbatterie handeln In dem ersten Betriebsmodus des Fahrzeugs stellt die Primärseite somit insbesondere einen Sender der berührsicheren Ladespannung dar, während die Sekundärseite einen Empfänger der berührsicheren Ladespannung darstellt. Somit kann die Primärseite beispielsweise Teil einer Ladevorrichtung oder Ladeinfrastruktur sein und die Sekundärseite kann beispielsweise Teil des Fahrzeugs sein und bevorzugt an den Energiespeicher (Hochvoltbatterie) angeschlossen sein. Anders ausgedrückt, ist die Steuereinrichtung ausgebildet, die Ladespannung unter Berücksichtigung des Verbindungszustands der jeweils zugeordneten Kontaktbereiche freizugeben und in Abhängigkeit oder unter Berücksichtigung eines Betriebsmodus des Fahrzeugs eine Übertragungsrichtung der Ladespannung zu bestimmen. Der Verbindungszustand kann beispielsweise auch als Kontaktierungsstatus bezeichnet werden und gibt bevorzugt an, ob die jeweils einander zugeordneten Kontaktbereiche kontaktiert, also elektrisch leitend verbunden sind, oder nicht, ob die Hochvoltbatterie ladebereit ist und welche Ladeart (Höhe der Spannung und Stromstärke, AC, DC) für die Hochvoltbatterie genutzt werden kann. Finally, the charging system also includes a control device which is designed to control the primary side for providing the touch-safe charging voltage via at least one of the first primary contact areas and the at least one second primary contact area as a function of a connection state of the respective primary contact areas with the respective secondary contact areas in a first operating mode of the vehicle . The first operating mode can therefore be, for example, a charging mode of the vehicle for charging the vehicle battery.In the first operating mode of the vehicle, the primary side thus represents, in particular, a transmitter of the safe-to-touch charging voltage, while the secondary side represents a receiver of the safe-to-touch charging voltage. The primary side can thus be part of a charging device or charging infrastructure, for example, and the secondary side can be part of the vehicle, for example, and preferably be connected to the energy store (high-voltage battery). In other words, the control device is designed to enable the charging voltage taking into account the connection state of the respectively assigned contact areas and to determine a transmission direction of the charging voltage depending on or taking into account an operating mode of the vehicle. The connection status can, for example, also be referred to as the contacting status and preferably indicates whether the contact areas assigned to one another are in contact, i.e. are connected in an electrically conductive manner, or not, whether the high-voltage battery is ready for charging and which type of charging (level of voltage and current, AC, DC) can be used for the high-voltage battery.

Durch eine Ausgestaltung der Kontakteinheiten (Primärkontakteinheit und Sekundärkontakteinheit) mit jeweils mehreren Kontaktbereichen (Primärkontaktbereiche und Sekundärkontaktbereiche) in jeweils einem Grundkörper, also einer Kontaktfläche, ergibt sich der Vorteil, dass eine Baugröße eines entsprechenden Ladesystems, also insbesondere ein Bedarfsvolumen oder eine Bedarfsfläche der Primärkontakteinheit und der Sekundärkontakteinheit im Fahrzeug und der Ladeinfrastruktur reduziert werden kann. Anstelle von zwei Kontaktbereichen in zwei separaten Grundkörpern, sind nun nämlich mehrere Kontaktbereiche in einem Grundkörper möglich. Dadurch kann auch der Materialeinsatz und die Kosten für ein derartiges Ladesystem reduziert werden. Durch Reduktion der Kosten kann auch die Akzeptanz von Nutzern oder Kunden gegenüber dem Ladesystem verbessert werden. Weiterhin ergibt sich auch durch eine derartige Ausgestaltung eines Ladesystems auch eine Reduktion der Komplexität in Bezug auf eine Kontaktierung der beiden Kontakteinheiten. Zudem kann somit auch eine Toleranzfläche beim Kontaktieren der Kontakteinheiten optimiert werden, sodass eine korrekte Kontaktierung erfolgen kann, ohne dass eine exakte Positionierung der Kontakteinheiten im Zentimeterbereich erfolgen braucht.By designing the contact units (primary contact unit and secondary contact unit) with a plurality of contact areas (primary contact areas and secondary contact areas) each in a base body, i.e. a contact surface, there is the advantage that a size of a corresponding charging system, i.e. in particular a required volume or a required area of the primary contact unit and the secondary contact unit in the vehicle and the charging infrastructure can be reduced. Instead of two contact areas in two separate base bodies, several contact areas are now possible in one base body. As a result, the use of materials and the costs for such a charging system can also be reduced. By reducing costs, user or customer acceptance of the charging system can also be improved. Furthermore, such a configuration of a charging system also results in a reduction in the complexity with regard to making contact with the two contact units. In addition, a tolerance area when contacting the contact units can thus also be optimized, so that correct contacting can take place without the need for an exact positioning of the contact units in the centimeter range.

Zu der Erfindung gehören auch Ausführungsformen, durch die sich zusätzliche Vorteile ergeben.The invention also includes embodiments which result in additional advantages.

Um das Kontaktieren oder Verbinden der Primärkontakteinheit mit der Sekundärkontakteinheit zu ermöglichen, ist in einer Ausführungsform vorgesehen, dass die wenigstens eine Kontaktierungseinrichtung eine Aktoreinheit aufweist, die ausgebildet ist, die Primärkontakteinheit und/oder die Sekundärkontakteinheit zum Verbinden der jeweiligen Primärkontaktbereiche mit den jeweilige Sekundärkontaktbereichen entlang einer vorgegebenen Kontaktierungsrichtung zueinander hin zu bewegen. Gemäß der Kontaktierungsrichtung können die Kontakteinheiten dabei bevorzugt entlang einer Senkrechten durch deren jeweilige Grundkörper aufeinander zu bewegt werden. Die Aktoreinheit kann bevorzugt als elektrisch angetriebene Höhenverstellmechanik, also als Hub- oder Absenkmechanik mit einem Elektromotor als Antrieb, ausgebildet sein. Alternative ist auch eine pneumatische oder ähnliche mechanische Höhenverstellmechanik denkbar. Für den Fall, dass die Sekundärkontakteinheit beispielsweise im Unterboden eines Fahrzeugs eingelassen ist, und die Primärkontakteinheit beispielsweise als Bodenkontakt ausgebildet ist entspricht die Kontaktierungsrichtung somit einer Verschiebung einer oder beider der Kontakteinheiten in eine z-Richtung. Die Aktoreinheit kann in diesem Fall auch als z-Mover bezeichnet werden.In order to contact or connect the primary contact unit to the secondary contact unit allow, it is provided in one embodiment that the at least one contacting device has an actuator unit which is designed to move the primary contact unit and / or the secondary contact unit for connecting the respective primary contact areas to the respective secondary contact areas along a predetermined contacting direction towards one another. According to the contacting direction, the contact units can preferably be moved towards one another along a perpendicular through their respective base bodies. The actuator unit can preferably be designed as an electrically driven height adjustment mechanism, that is to say as a lifting or lowering mechanism with an electric motor as the drive. Alternatively, a pneumatic or similar mechanical height adjustment mechanism is also conceivable. In the event that the secondary contact unit is embedded, for example, in the underbody of a vehicle, and the primary contact unit is designed, for example, as a floor contact, the contacting direction thus corresponds to a displacement of one or both of the contact units in a z-direction. In this case, the actuator unit can also be referred to as a z-mover.

Um nun die jeweils ersten und zweiten Primärkontaktbereiche mit den jeweils ersten und zweiten Sekundärkontaktbereichen zum Kontaktieren exakt zueinander positionieren zu können, ist in einer weiteren Ausführungsform vorgesehen, dass die Aktoreinheit ausgebildet ist, die Primärkontakteinheit und/oder die Sekundärkontakteinheit zum Verbinden der jeweiligen Primärkontaktbereiche mit den jeweiligen Sekundärkontaktbereichen in Bezug auf ihre Grundkörper parallel zueinander zu verschieben oder zu drehen. Die Aktoreinheit kann somit die Primärkontakteinheit und/oder die Sekundärkontakteinheit aktiv lateral beziehungsweise vertikal und somit in x-y-Richtung in einer zweidimensionalen Ebene zueinander verschieben. Dazu kann die Aktoreinheit insbesondere zusätzlich eine elektrisch angetriebene Lateralverstellmechanik oder Verschiebemechanik mit einem Elektromotor als Antrieb aufweisen. Die Aktoreinheit kann in diesem Fall auch als x-y-Mover bezeichnet werden.In order to be able to position the respective first and second primary contact areas with the respective first and second secondary contact areas exactly to one another for contacting, a further embodiment provides that the actuator unit is designed, the primary contact unit and / or the secondary contact unit for connecting the respective primary contact areas to the move or rotate respective secondary contact areas in relation to their base bodies parallel to one another. The actuator unit can thus actively move the primary contact unit and / or the secondary contact unit laterally or vertically and thus in the x-y direction in a two-dimensional plane with respect to one another. For this purpose, the actuator unit can in particular additionally have an electrically driven lateral adjustment mechanism or displacement mechanism with an electric motor as the drive. In this case, the actuator unit can also be referred to as an x-y mover.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Ladesystem jedoch passiv geführt oder zwangsgeführt ausgebildet, sodass das aktive Bewegen der Primärkontakteinheit und der Sekundärkontakteinheit parallel zueinander entfällt. Dazu weisen die Grundkörper jeweils zueinander komplementäre dreidimensionale Oberflächenstrukturen auf, die ausgebildet sind, beim Inkontaktbringen gegeneinander bis in eine finale Kontaktposition zu gleiten. In der finalen Kontaktposition ist dabei jeweils einer der ersten Primärkontaktbereiche mit dem ersten Sekundärkontaktbereich und einer der zweiten Primärkontakte mit dem zweiten Sekundärkontaktbereich elektrisch leitend verbunden. Zum Gleiten der Grundkörper gegeneinander ist bevorzugt wenigstens einer der Grundkörper lateral oder vertikal also in einer zweidimensionalen Ebene bewegbar gelagert. Im Gegensatz dazu ist der andere der Grundkörper bevorzugt in dieser zweidimensionalen Ebene starr oder unbewegbar ausgebildet. Beim Inkontaktbringen der Kontakteinheiten kann sich einer der Grundkörper somit verschieben, sodass die Grundkörper aufgrund ihrer Oberflächenstrukturen ineinander eingefasst, eingefädelt oder eingespurt werden können. Der elektrisch leitende Kontakt zwischen den Primärkontaktbereichen und den jeweils zugeordneten Sekundärkontaktbereichen entsteht bevorzugt jedoch erst dann, wenn die finale Kontaktposition erreicht ist und die Grundkörper somit korrekt eingefasst, eingefädelt oder eingespurt sind. Bei den Oberflächenstrukturen kann es sich beispielsweise um eine zacken- oder dreieckförmige Oberflächenstruktur handeln. Dabei umfasst jeder der Grundkörper eine Vielzahl an im Wesentlichen dreieckförmigen Erhebungen und Vertiefungen, sodass eine Oberflächenstruktur aus Bergen und Tälern entsteht. Bei Dekontaktierung, also beim physikalischen und elektrischen Lösen der Kontakteinheiten voneinander, kann der wenigstens eine beweglich gelagerte Grundkörper dann wieder in seine ursprüngliche Position oder Nullstellung zurückgestellt werden.In a preferred embodiment, however, the charging system is passively guided or positively guided, so that there is no need to actively move the primary contact unit and the secondary contact unit parallel to one another. For this purpose, the base bodies each have three-dimensional surface structures which are complementary to one another and which are designed to slide against one another into a final contact position when they are brought into contact. In the final contact position, one of the first primary contact areas is connected in an electrically conductive manner to the first secondary contact area and one of the second primary contacts is connected to the second secondary contact area. In order to slide the base bodies against one another, at least one of the base bodies is preferably mounted so as to be movable laterally or vertically, that is, in a two-dimensional plane. In contrast to this, the other of the base bodies is preferably designed to be rigid or immovable in this two-dimensional plane. When the contact units are brought into contact, one of the base bodies can thus shift so that the base bodies can be framed, threaded or meshed into one another due to their surface structures. However, the electrically conductive contact between the primary contact areas and the respectively assigned secondary contact areas is preferably only created when the final contact position has been reached and the base bodies are thus correctly enclosed, threaded or meshed. The surface structures can be, for example, a jagged or triangular surface structure. Each of the base bodies includes a large number of essentially triangular elevations and depressions, so that a surface structure of mountains and valleys is created. When decontacting, that is, when the contact units are physically and electrically detached from one another, the at least one movably mounted base body can then be returned to its original position or zero position.

In diesem Zusammenhang ist in einer weiteren Ausführungsform bevorzugt vorgesehen, dass wenigstens einer der Grundkörper, das heißt einer oder beide Grundkörper, federnd gelagert ausgebildet ist. Das heißt, die zuvor beschriebene bewegbare Lagerung des wenigsten einen Grundkörpers kann beispielsweise mittels Federn erfolgen. Dadurch ist der jeweilige Grundkörper ausgelegt, sich in Folge des Gleitens parallel in Bezug auf den jeweiligen anderen Grundkörper zu verschieben. Die Federlagerung bewirkt somit, dass der jeweilige Grundkörper in lateraler oder vertikaler Richtung, das heißt bevorzugt in x-y-Richtung bewegbar ist.In this context, in a further embodiment it is preferably provided that at least one of the base bodies, that is to say one or both base bodies, is designed to be resiliently mounted. That is, the above-described movable mounting of the at least one base body can be done, for example, by means of springs. As a result, the respective base body is designed to move in parallel with respect to the respective other base body as a result of the sliding. The spring mounting thus has the effect that the respective base body can be moved in the lateral or vertical direction, that is to say preferably in the x-y direction.

Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass die jeweiligen Primärkontaktbereiche und/oder die jeweiligen Sekundärkontaktbereiche in Bezug auf ihr jeweiliges Potential schaltbar ausgebildet sind. Die jeweiligen Kontaktbereiche weisen somit kein festes oder vorgegebenes Potential mehr auf. Stattdessen kann ihr jeweiliges Potential umgeschaltet werden. Das heißt, jeder der Kontaktbereiche kann in Abhängigkeit von einer Polung oder Schaltung entweder als Nullleiter (Minusleiter) oder als Phasenleiter (Plusleiter) ausgebildet sein. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass auf eine aktive Aktoreinheit zum Bewegen oder Drehen der Grundkörper parallel zueinander oder auf eine Ausgestaltung der Grundkörper mit zueinander komplementären dreidimensionalen Oberflächenstrukturen verzichtet werden kann. Die jeweiligen Kontaktbereiche können stattdessen beim Inkontaktbringen beziehungsweise im verbundenen Zustand miteinander so geschaltet werden, dass wenigstens einer der ersten Primärkontaktbereiche mit dem wenigstens einen ersten Sekundärkontaktbereich und der wenigstens eine zweite Primärkontaktbereich mit dem wenigstens einen zweiten Sekundärkontaktbereich verbunden ist. Somit kann die Komplexität der Kontaktierungseinrichtung und ein Bauraumbedarf der jeweiligen Grundkörper reduziert werden. Zum Schalten der jeweiligen Kontaktbereiche können die Primärseite und/oder die Sekundärseite bevorzugt eine Schaltungseinrichtung oder Umschalteinrichtung umfassen. Diese Schaltungseinrichtung kann beispielsweise als Brückenschaltung aus Halbleiterschaltern, wie beispielsweise Transistoren ausgebildet sein.Another embodiment provides that the respective primary contact areas and / or the respective secondary contact areas are designed to be switchable with respect to their respective potential. The respective contact areas therefore no longer have a fixed or predetermined potential. Instead, their respective potential can be switched. This means that each of the contact areas can be designed either as a neutral conductor (minus conductor) or as a phase conductor (plus conductor), depending on a polarity or circuit. This results in the advantage that it is possible to dispense with an active actuator unit for moving or rotating the base bodies parallel to one another or with a configuration of the base bodies with mutually complementary three-dimensional surface structures. The respective contact areas can instead be brought into contact or are switched in the connected state with one another in such a way that at least one of the first primary contact areas is connected to the at least one first secondary contact area and the at least one second primary contact area is connected to the at least one second secondary contact area. In this way, the complexity of the contacting device and the installation space required for the respective base body can be reduced. For switching the respective contact areas, the primary side and / or the secondary side can preferably comprise a switching device or switching device. This circuit device can be designed, for example, as a bridge circuit made up of semiconductor switches, such as, for example, transistors.

In vorteilhafter Weise sind die Primärkontakteinheit und die Sekundärkontakteinheit im Fahrzeug, insbesondere im Fahrzeugunterboden oder in einer Wand oder im Boden versenkbar ausgebildet. Dadurch können die Kontakteinheiten vor Verschmutzungen, insbesondere vor Staub oder Dreck oder Wasserablagerungen, geschützt gelagert werden, bis ein Kontaktieren der Kontakteinheiten gewünscht ist. Dazu können die Primärseite und die Sekundärseite jeweils eine Schutzeinrichtung zum Beispiel mit einem Versenkelement und einer Schutzklappe aufweisen, wobei das Versenkelement ausgebildet ist, die jeweilige Kontakteinheit zu versenken und die Schutzklappe als Abdeckung der jeweiligen Kontakteinheit dient.The primary contact unit and the secondary contact unit in the vehicle, in particular in the vehicle underbody or in a wall or in the floor, are advantageously designed to be retractable. As a result, the contact units can be stored protected from contamination, in particular from dust or dirt or water deposits, until contacting the contact units is desired. For this purpose, the primary side and the secondary side can each have a protective device, for example with a countersink element and a protective flap, the countersunk element being designed to countersunk the respective contact unit and the protective flap serving as a cover for the respective contact unit.

In vorteilhafter Weise kann weiterhin vorgesehen sein, dass die Primärkontakteinheit und/oder die Sekundärkontakteinheit beheizbar ausgebildet ist. Dadurch können Vereisungen oder Abwasserablagerungen an der jeweiligen Kontakteinheit vermieden werden. Dazu kann die Primärseite und/oder die Sekundärseite ein Heizelement, wie zum Beispiel einen Heizdraht oder eine Heizwendel oder ein Peltierelement, umfassen.In an advantageous manner, it can also be provided that the primary contact unit and / or the secondary contact unit is designed to be heatable. In this way, icing or waste water deposits on the respective contact unit can be avoided. For this purpose, the primary side and / or the secondary side can comprise a heating element, such as, for example, a heating wire or a heating coil or a Peltier element.

In den folgenden Ausführungsformen ist nun eine Ausgestaltung der genannten Steuereinrichtung beschrieben.In the following embodiments, an embodiment of the aforementioned control device will now be described.

Um nämlich den beschriebenen Verbindungszustand der jeweiligen Kontaktbereiche erkennen zu können, ist die Steuereinrichtung in einer Ausführungsform dazu ausgebildet, Bilddaten, die einen Verbindungsvorgang der jeweiligen Primärkontaktbereiche mit den jeweiligen Sekundärkontaktbereichen abbilden, auszuwerten und/oder die Primärseite oder die Sekundärseite zum Bereitstellen einer Testspannung als Ladespannung zum Prüfen der Verbindung der jeweiligen Primärkontaktbereiche mit den jeweiligen Sekundärkontaktbereichen anzusteuern. Somit kann das Ladesystem beispielsweise eine Bilderfassungseinrichtung oder Kamera umfassen, durch die die Primärkontakteinheit und die Sekundärkontakteinheit, und insbesondere die Position der jeweiligen Kontaktbereiche zueinander, erfassen und daraus Bilddaten erzeugen kann. Die Steuereinrichtung kann entsprechend einen Objekt- oder Bilderkennungsalgorithmus nutzen und die von der Bilderfassungseinrichtung bereitgestellten Bilddaten auswerten. Alternativ oder zusätzlich zu der Bilderfassungseinrichtung kann das Ladesystem auch eine Prüfeinheit in Form einer elektrischen Schaltung aufweisen, die ausgebildet ist, die Testspannung zu erzeugen und bereitzustellen. Bei der Testspannung handelt es sich dabei bevorzugt um eine Spannung, die sehr viel geringer ist als die eigentliche Ladespannung. Zum Beispiel kann die Testspannung 5 Volt betragen. Durch Ansteuern der Prüfeinheit kann die Steuereinrichtung die Testspannung freigeben und so prüfen, ob eine korrekte Verbindung der jeweiligen Kontaktbereiche vorliegt. Mit korrekter Verbindung oder Kontaktierung ist in diesem Zusammenhang gemeint, ob die Kontaktbereiche sich überhaupt in dem elektrisch leitfähigen Kontakt befinden, und ob die jeweiligen Kontaktbereiche polrichtig, das heißt die ersten Primärkontaktbereiche mit dem ersten Sekundärkontaktbereich und die zweiten Primärkontaktbereiche mit dem zweiten Sekundärkontaktbereich, verbunden sind. Somit kann durch die Steuereinrichtung ein Verpolschutz der Kontaktbereiche erreicht werden. Vorzugsweise kann nach dem Testen der Kontaktierung noch eine Vierleitermessung durchgeführt werden, um zu überprüfen, wie gut der elektrische Kontakt zwischen den jeweiligen Kontaktbereichen ist. Das heißt, es kamm insbesondere bei Feststellen einer elektrisch leitfähigen Verbindung entsprechend die Primärseite oder die Sekundärseite zum Durchführen eine Vierleitermessung zum Verifizieren der Verbindung angesteuert werden. Das Durchführen einer entsprechenden Vierpunktmessung ist im späteren Verlauf noch einmal genauer beschrieben.In order to be able to recognize the described connection state of the respective contact areas, the control device is designed in one embodiment to evaluate image data that depict a connection process of the respective primary contact areas with the respective secondary contact areas and / or the primary side or the secondary side for providing a test voltage as charging voltage to check the connection of the respective primary contact areas with the respective secondary contact areas. Thus, the charging system can include, for example, an image acquisition device or camera, by means of which the primary contact unit and the secondary contact unit, and in particular the position of the respective contact areas with respect to one another, can acquire and generate image data therefrom. The control device can accordingly use an object or image recognition algorithm and evaluate the image data provided by the image acquisition device. As an alternative or in addition to the image acquisition device, the charging system can also have a test unit in the form of an electrical circuit which is designed to generate and provide the test voltage. The test voltage is preferably a voltage that is much lower than the actual charging voltage. For example, the test voltage can be 5 volts. By activating the test unit, the control device can release the test voltage and thus check whether there is a correct connection between the respective contact areas. In this context, correct connection or contacting means whether the contact areas are actually in the electrically conductive contact and whether the respective contact areas are connected with the correct polarity, i.e. the first primary contact areas are connected to the first secondary contact area and the second primary contact areas are connected to the second secondary contact area . Reverse polarity protection of the contact areas can thus be achieved by the control device. After testing the contact, a four-wire measurement can preferably be carried out in order to check how good the electrical contact is between the respective contact areas. That is to say, when an electrically conductive connection is determined, the primary side or the secondary side can be activated to carry out a four-wire measurement to verify the connection. Carrying out a corresponding four-point measurement is described in more detail below.

Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass die Steuereinrichtung ausgebildet ist, die Kontaktierungseinrichtung in Abhängigkeit von einer Position der Primärkontakteinheit und der Sekundärkontakteinheit zueinander zum Verbinden der jeweiligen Primärkontaktbereiche mit den jeweiligen Sekundärkontaktbereichen anzusteuern. Somit kann die Steuereinrichtung ausgebildet sein, die Position, insbesondere in Bezug auf eine laterale oder vertikale Ausrichtung der Grundkörper der Primärkontakteinheit und der Sekundärkontakteinheit, zueinander zu bestimmen. Dazu kann die Steuereinrichtung beispielsweise die zuvor genannte Bilderfassungseinrichtung oder Kamera nutzen. Nur wenn eine korrekte Position, insbesondere eine Position, bei der sich die Flächen der Grundkörper der Kontakteinheiten bevorzugt vollständig überlappen, von der Steuereinrichtung festgestellt wird, kann die Steuereinrichtung ein Steuersignal zum Ansteuern der Kontaktierungseinrichtung zum Bewegen der jeweiligen Grundkörper zueinander bereitstellen.A further embodiment provides that the control device is designed to control the contacting device as a function of a position of the primary contact unit and the secondary contact unit with respect to one another in order to connect the respective primary contact areas to the respective secondary contact areas. The control device can thus be designed to determine the position relative to one another, in particular with regard to a lateral or vertical alignment of the base bodies of the primary contact unit and the secondary contact unit. For this purpose, the control device can use the aforementioned image acquisition device or camera, for example. Only when a correct position, in particular a position in which the surfaces of the base bodies of the contact units preferably completely overlap, is determined by the control device, the control device can provide a control signal for activating the contacting device for moving the respective base bodies to one another.

In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Steuereinrichtung ausgebildet ist, in einem zweiten Betriebsmodus des Fahrzeugs die Sekundärseite zum Bereitstellen der berührsicheren Ladespannung über den wenigstens einen ersten Sekundärkontaktbereich und den wenigstens einen zweiten Sekundärkontaktbereich anzusteuern. Somit kann in diesem Fall die Sekundärseite als Sender der berührsicheren Ladespannung und die Primärseite als Empfänger der berührsicheren Ladespannung ausgebildet sein. Ist nun die Sekundärseite Teil des Fahrzeugs und die Primärseite Teil einer Ladevorrichtung oder Ladeinfrastruktur kann somit beispielsweise die Hochvoltbatterie des Fahrzeugs über die Ladeinfrastruktur entladen werden. Das heißt, der zweite Betriebsmodus kann als zum Beispiel eine Entladebetrieb des Fahrzeugs zum Entladen der Fahrzeugbatterie darstellen. Somit kann beispielsweise überschüssige in der Hochvoltbatterie gespeicherte Energie zurück in ein Energienetz, an das die Ladeinfrastruktur angeschlossen ist, geführt oder eingespeist werden. Bei dem Energienetz kann es sich beispielsweise um ein Energienetz eines Haushalts handeln, sodass beispielsweise Haushaltsgeräte mittels der überschüssigen Energie der Hochvoltbatterie versorgt werden können.In a further embodiment it is provided that the control device is designed to control the secondary side in a second operating mode of the vehicle to provide the safe-to-touch charging voltage via the at least one first secondary contact area and the at least one second secondary contact area. Thus, in this case, the secondary side can be designed as a transmitter of the safe-to-touch charging voltage and the primary side as a receiver of the safe-to-touch charging voltage. If the secondary side is part of the vehicle and the primary side is part of a charging device or charging infrastructure, the high-voltage battery of the vehicle, for example, can be discharged via the charging infrastructure. That is to say, the second operating mode can represent, for example, a discharging operation of the vehicle for discharging the vehicle battery. Thus, for example, excess energy stored in the high-voltage battery can be fed back into an energy network to which the charging infrastructure is connected. The energy network can be a household energy network, for example, so that household appliances, for example, can be supplied using the excess energy of the high-voltage battery.

In Bezug auf eine Ausgestaltung der wenigstens einen Kontaktierungseinrichtung ist in einer weiteren Ausführungsform vorgesehen, dass die wenigstens eine Kontaktierungseinrichtung wenigstens eine Halteeinheit aufweist, die ausgebildet ist, die jeweiligen Primärkontaktbereiche mit den jeweiligen Sekundärkontaktbereichen lösbar in Kontakt zu halten. Bevorzugt können die jeweiligen Kontaktbereiche dabei zerstörungsfrei lösbar in Kontakt gehalten oder verbunden werden. Das heißt, ein Lösen der Verbindung kann ohne Zerstörung oder Beschädigung der jeweiligen Kontaktbereiche erfolgen. Somit kann durch die Kontaktierungseinrichtung beispielsweise eine Haltekraft erzeugt werden, durch die die jeweiligen Kontaktbereiche aneinander gehalten werden können. Dazu kann die Halteeinheit beispielsweise als federgelagerte Haltemechanik für die jeweilige Primär- oder Sekundärkontakteinheit ausgebildet sein. Dementsprechend kann die jeweilige Kontakteinheit, wie es zum Beispiel von federgelagerten Kontaktstiften bekannt ist, beim Inkontaktbringen mit der jeweils anderen Kontakteinheit nachgeben. Alternativ kann die Halteeinheit auch als magnetische Halteeinheit ausgebildet sein, sodass eine Haltekraft zum Halten der Primär- und der Sekundärkontakteinheit aneinander ein Magnetfeld erzeugt wird.With regard to an embodiment of the at least one contacting device, a further embodiment provides that the at least one contacting device has at least one holding unit which is designed to hold the respective primary contact areas detachably in contact with the respective secondary contact areas. The respective contact areas can preferably be held in contact or connected in a non-destructive manner in a detachable manner. This means that the connection can be released without destroying or damaging the respective contact areas. Thus, for example, a holding force can be generated by the contacting device, by means of which the respective contact areas can be held against one another. For this purpose, the holding unit can be designed, for example, as a spring-loaded holding mechanism for the respective primary or secondary contact unit. Accordingly, as is known, for example, from spring-loaded contact pins, the respective contact unit can yield when it is brought into contact with the respective other contact unit. Alternatively, the holding unit can also be designed as a magnetic holding unit, so that a holding force for holding the primary and secondary contact units to one another is generated in a magnetic field.

Da eine Versorgungseinrichtung, wie beispielsweise ein öffentliches Energieversorgungsnetz in der Regel eine Versorgungsspannung von 230 Volt bereitstellt, und auch eine Hochvoltbatterie zum Laden eine Hochvoltspannung größer 60 Volt benötigt, ist in einer weiteren Ausführungsform vorgesehen, dass die Primärseite eine Primärwandlereinheit aufweist und die Sekundärseite eine Sekundärwandlereinheit aufweist, die ausgebildet sind, eine jeweilige ladesystemexterne Hochvoltspannung in die berührsichere Ladespannung umzuwandeln. Bei den Wandlereinheiten handelt es sich bevorzugt um Spannungswandler, wie zum Beispiel einen Gleichspannungswandler (DC/DC-Wandler) oder einen Wechselspannungswandler (AC/DC-Wandler) oder und/oder als Tiefsetzsteller oder als Hochsetzsteller ausgebildet sein.Since a supply device, such as a public energy supply network, usually provides a supply voltage of 230 volts, and a high-voltage battery also requires a high-voltage voltage greater than 60 volts for charging, a further embodiment provides that the primary side has a primary converter unit and the secondary side has a secondary converter unit which are designed to convert a respective high-voltage voltage external to the charging system into the safe-to-touch charging voltage. The converter units are preferably voltage converters, such as a direct voltage converter (DC / DC converter) or an alternating voltage converter (AC / DC converter) or and / or be designed as a step-down converter or a step-up converter.

Die Erfindung betrifft auch eine Ladevorrichtung zum Laden einer Hochvoltbatterie eines Fahrzeugs mit einer berührsicheren Ladespannung, wobei die Ladevorrichtung die Primärseite des Ladesystems, wie sie zuvor beschrieben wurde, umfasst. Die Ladevorrichtung und insbesondere die Primärseite ist dabei bevorzugt an ein Versorgungsnetz, insbesondere ein öffentliches Energieversorgungsnetz, angeschlossen.The invention also relates to a charging device for charging a high-voltage battery of a vehicle with a touch-safe charging voltage, the charging device comprising the primary side of the charging system, as described above. The charging device and in particular the primary side is preferably connected to a supply network, in particular a public energy supply network.

Die Erfindung betrifft auch ein Fahrzeug, insbesondre ein Kraftfahrzeug mit einem elektrischen Energiespeicher, insbesondere einer Hochvoltbatterie, die zum Laden mit einer berührsicheren Ladespannung ausgebildet ist, wobei der Energiespeicher an die Sekundärseite des Ladesystems, wie es zuvor beschrieben wurde, angeschlossen ist. Das Kraftfahrzeug ist dabei vorzugsweise als ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug, also zum Beispiel als Elektrofahrzeug oder Hybridfahrzeug, ausgebildet. Das Kraftfahrzeug ist bevorzugt als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen, oder als Personenbus oder Motorrad ausgestaltet.The invention also relates to a vehicle, in particular a motor vehicle with an electrical energy store, in particular a high-voltage battery, which is designed for charging with a touch-safe charging voltage, the energy store being connected to the secondary side of the charging system, as described above. The motor vehicle is preferably designed as an electrically drivable motor vehicle, that is to say, for example, as an electric vehicle or hybrid vehicle. The motor vehicle is preferably designed as a motor vehicle, in particular as a passenger vehicle or truck, or as a passenger bus or motorcycle.

Die Erfindung betrifft schließlich auch ein Verfahren zum konduktiven Laden eines Energiespeichers, welcher vorzugsweise als Hochvoltbatterie ausgebildet ist, eines Fahrzeugs mit einer berührsicheren Ladespannung. Das Verfahren umfasst dabei folgende Schritte: Zunächst erfolgt ein Bereitstellen einer Primärseite mit einer Primärkontakteinheit, die einen flächig ausgebildeten Grundkörper aufweist, welcher wenigstens zwei erste Primärkontaktbereiche und wenigstens einen zweiten Primärkontaktbereich umfasst, und einer Sekundärseite mit einer Sekundärkontakteinheit, die einen flächig ausgebildeten Grundkörper aufweist, welcher wenigstens einen ersten Sekundärkontaktbereich und wenigstens einen zweiten Sekundärkontaktbereich umfasst. Anschließend erfolgt ein Verbinden des wenigstens einen ersten Sekundärkontaktbereichs mit wenigstens einem der ersten Primärkontaktbereiche und des wenigstens einen zweiten Sekundärkontaktbereichs mit dem wenigstens einen zweiten Primärkontaktbereich. Anschließend wird ein Verbindungszustand der jeweiligen Primärkontaktbereiche mit den jeweiligen Sekundärkontaktbereichen geprüft. Weiterhin wird auch geprüft, ob sich das Fahrzeug in einem ersten Betriebsmodus befindet. Für den Fall, dass sich das Fahrzeug in dem ersten Betriebsmodus befindet, und in Abhängigkeit von einem Ergebnis des Prüfens des Verbindungszustands wird schließlich die Primärseite zum Bereitstellen der berührsicheren Ladespannung über wenigstens einen der ersten Primärkontaktbereiche und den wenigstens einen zweiten Primärkontaktbereich angesteuert.Finally, the invention also relates to a method for conductive charging of an energy store, which is preferably designed as a high-voltage battery, of a vehicle with a touch-safe charging voltage. The method comprises the following steps: First, a primary side is provided with a primary contact unit, which has a flat base body which comprises at least two first primary contact areas and at least one second primary contact area, and a secondary side with a secondary contact unit which has a flat base body, which comprises at least one first secondary contact area and at least one second secondary contact area. The at least one first secondary contact area is then connected to at least one of the first primary contact areas and the at least one second secondary contact area is connected to the at least one second primary contact area. A connection state of the respective primary contact areas with the respective secondary contact areas is then checked. Farther it is also checked whether the vehicle is in a first operating mode. In the event that the vehicle is in the first operating mode, and depending on a result of the checking of the connection status, the primary side is finally controlled to provide the safe-to-touch charging voltage via at least one of the first primary contact areas and the at least one second primary contact area.

Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens, der erfindungsgemäßen Ladevorrichtung und des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Ladesystems beschrieben worden sind. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens, der erfindungsgemä-ßen Ladevorrichtung und des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs hier nicht noch einmal beschrieben.The invention also includes developments of the method according to the invention, the charging device according to the invention and the motor vehicle according to the invention which have features as they have already been described in connection with the further developments of the charging system according to the invention. For this reason, the corresponding developments of the method according to the invention, the charging device according to the invention and the motor vehicle according to the invention are not described again here.

Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen.The invention also includes the combinations of the features of the described embodiments.

Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:

  • 1 eine schematische Darstellung einer Ausgestaltung eines konduktiven Ladesystems mit Toleranzflächenoptimierung;
  • 2 eine schematische Darstellung von verschiedenen Ausgestaltungsmöglichkeiten einer Primärkontakteinheit und einer Sekundärkontakteinheit, und
  • 3 eine schematische Darstellung von verschiedenen Ausgestaltungsmöglichkeiten einer Oberflächenstruktur der Primärkontakteinheit und der Sekundärkontakteinheit.
Exemplary embodiments of the invention are described below. This shows:
  • 1 a schematic representation of an embodiment of a conductive charging system with tolerance area optimization;
  • 2 a schematic representation of various design options of a primary contact unit and a secondary contact unit, and
  • 3rd a schematic representation of various design options for a surface structure of the primary contact unit and the secondary contact unit.

Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden. Daher soll die Offenbarung auch andere als die dargestellten Kombinationen der Merkmale der Ausführungsformen umfassen. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.The exemplary embodiments explained below are preferred embodiments of the invention. In the exemplary embodiments, the described components of the embodiments each represent individual features of the invention which are to be considered independently of one another and which also further develop the invention in each case independently of one another. Therefore, the disclosure is also intended to include combinations of the features of the embodiments other than those illustrated. Furthermore, the described embodiments can also be supplemented by further features of the invention already described.

In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen jeweils funktionsgleiche Elemente.In the figures, the same reference symbols denote functionally identical elements.

Bisherige konduktive Ladesysteme basieren in der Regel auf Steckersystemen, bei denen ein Steckvorgang zum Kontaktieren von gegensätzlich oder komplementär ausgebildeten Kontakteinheiten einer Ladeinfrastruktur und eines Fahrzeugs von einem Nutzer oder automatisch ausgeführt wird. Die Anschlüsse oder Kontakte eines derartigen Steckersystems sind dabei in der Regel als Punktanschlüsse, wie beispielsweise Kontaktstifte und komplementäre Kontaktbuchsen ausgebildet, die zum Kontaktieren exakt zueinander ausgerichtet werden müssen. Insbesondere bei automatisiert ausgeführten Steckvorgängen fehlt es jedoch in der Regel an Genauigkeit, die Anschlüsse oder Kontakte korrekt elektrisch leitend zu verbinden oder es müssen aufwendige Justiersysteme genutzt werden, damit die Anschlüsse korrekt zueinander ausgerichtet oder positioniert werden können. Zudem werden bei entsprechenden Steckersystemen Hochvoltspannungen übertragen, wodurch aufwendige Schutzmaßnahmen, wie zum Beispiel einer Ummantelung der Anschlüsse oder ein zusätzlicher Schutzleiter vorzusehen sind. Dadurch sind entsprechende automatisierte Ladesysteme in der Regel teuer und werden von Nutzern weniger akzeptiert.Previous conductive charging systems are usually based on connector systems in which a plugging process for contacting oppositely or complementarily designed contact units of a charging infrastructure and a vehicle is carried out by a user or automatically. The connections or contacts of such a plug system are usually designed as point connections, such as contact pins and complementary contact sockets, which must be precisely aligned with one another for contacting. In particular in the case of automated plug-in processes, however, there is generally a lack of accuracy to connect the connections or contacts in a correctly electrically conductive manner, or complex adjustment systems have to be used so that the connections can be correctly aligned or positioned with respect to one another. In addition, high-voltage voltages are transmitted with the corresponding connector systems, which means that complex protective measures, such as sheathing the connections or an additional protective conductor, have to be provided. As a result, corresponding automated charging systems are usually expensive and are less accepted by users.

Um das Positionieren der Kontakteinheiten zu vereinfachen und einen Bauraum und Materialaufwand zum Bereitstellen eines konduktiven Ladesystems zu reduzieren und dadurch die Akzeptanz von Nutzern gegenüber einem derartigen Ladesystem zu erhöhen kann, wie in 1 gezeigt, ein Ladesystem 100, welches eine berührschere Ladespannung überträgt, mit einer optimierten Toleranzfläche der Kontakteinheiten zueinander genutzt werden. Durch Nutzen einer berührsicheren Ladespannung oder Schutzkleinspannung können die Anschlüsse statt als Punktanschlüsse als flächige und große Kontaktbereiche im Quadratzentimeter- bis Quadratmeterbereich ausgebildet sein. Anstelle einer Punkt-zu-Punkt-Verbindung kann somit beispielsweise eine Punkt-zu-Fläche-Verbindung oder Fläche-zu-Fläche-Verbindung realisiert werden. Zum Optimieren der Toleranzfläche, das heißt einem Bereich, in dem es zu einer korrekten Kontaktierung, also zu einer elektrisch leitenden Verbindung zwischen den Kontaktflächen von zwei komplementär ausgebildeten Kontakteinheiten kommt, werden außerdem mehrerer Kontaktbereiche in einer Kontakteinheit, die zueinander jeweils zwei verschiedene Potentiale aufweisen, angeordnet. Wenigstens zwei dieser Kontaktbereiche mit unterschiedlichem Potential stellen somit ein Polpaar oder Anschlusspaar dar, über das die berührsichere Ladespannung übertragen werden kann. Dadurch kann der Bauraum und Materialeinsatz jeder der Kontakteinheiten reduziert werden und dennoch ein Toleranzbereich für ein korrektes Kontaktieren der Kontakteinheiten geschaffen werden.In order to simplify the positioning of the contact units and to reduce installation space and material costs for providing a conductive charging system and thereby to increase the acceptance of users towards such a charging system, as in FIG 1 shown a charging system 100 , which transmits a touch-scissors charging voltage, can be used with an optimized tolerance area of the contact units to one another. By using a safe-to-touch charging voltage or protective extra-low voltage, the connections can be designed as flat and large contact areas in the square centimeter to square meter area instead of as point connections. Instead of a point-to-point connection, a point-to-surface connection or a surface-to-surface connection can thus be implemented, for example. In order to optimize the tolerance area, i.e. an area in which there is correct contact, i.e. an electrically conductive connection between the contact areas of two complementary contact units, several contact areas are also used in one contact unit, each of which has two different potentials, arranged. At least two of these contact areas with different potentials thus represent a pole pair or connection pair via which the safe-to-touch charging voltage can be transmitted. As a result, the installation space and use of material for each of the contact units can be reduced and a tolerance range for correct contacting of the contact units can still be created.

1 zeigt nun eine beispielhafte Ausgestaltung eines entsprechenden Ladesystems 100. Das Ladesystem 100 weist eine Primärseite 110 und eine Sekundärseite 120 auf. Die Primärseite 110 ist in 1 beispielhaft als Ladevorrichtung oder Ladeinfrastruktur ausgebildet und an ein externes Energienetz 300 angeschlossen sein. Hingegen ist die Sekundärseite 120 in ein Kraftfahrzeug integriert und an die Hochvoltbatterie 200 als elektrischer Energiespeicher des Kraftfahrzeugs angeschlossen. 1 now shows an exemplary embodiment of a corresponding charging system 100 . The charging system 100 has a primary side 110 and a secondary side 120 on. The primary side 110 is in 1 for example designed as a charging device or charging infrastructure and connected to an external energy network 300 be connected. On the other hand is the secondary side 120 integrated in a motor vehicle and connected to the high-voltage battery 200 connected as an electrical energy store of the motor vehicle.

Somit kann elektrische Energie von dem externen Energieversorgungsnetz 300 über das Ladesystem 100 zum Laden der Hochvoltbatterie 200 bereitgestellt werden. Umgekehrt kann auch von der Hochvoltbatterie 200 elektrische Energie über das Ladesystem 100 an die externe Energieübertragungsvorrichtung 300 bereitgestellt werden. Zum Übertragen der elektrischen Energie wird dabei die Primärseite 110 mit der Sekundärseite 120 gekoppelt, also elektrisch leitend verbunden oder kontaktiert.Electrical energy can thus be obtained from the external energy supply network 300 via the charging system 100 for charging the high-voltage battery 200 to be provided. The reverse can also be done from the high-voltage battery 200 electrical energy via the charging system 100 to the external energy transfer device 300 to be provided. The primary side is used to transmit the electrical energy 110 with the secondary side 120 coupled, i.e. electrically connected or contacted.

Zum Kontaktieren umfasst die Primärseite 110 dabei eine Primärkontakteinheit 111, die einen flächig ausgebildeten Grundkörper 112 aufweist. An diesem flächig ausgebildeten Grundkörper 112 sind als elektrische Anschlüsse oder Anschlusspole wenigstens zwei erste Primärkontaktbereiche 113 und wenigstens ein zweiter Primärkontaktbereich 114 angeordnet. Die ersten Primärkontaktbereiche 113 weisen dabei ein unterschiedliches Potential zu dem zweiten Primärkontaktbereich 114 auf. Zum Beispiel können die ersten Primärkontaktbereiche 113 als Plusleiter oder Phasenleiter ausgebildet sein, während der zweite Primärkontaktbereich 114 als Minusleiter oder Neutralleiter ausgebildet ist. Zwischen wenigstens einem der ersten Primärkontaktbereiche 113 und dem zweiten Primärkontaktbereich 114 kann dabei die berührsichere Ladespannung angelegt oder bereitgestellt werden.To contact the primary side includes 110 thereby a primary contact unit 111 that have a flat base body 112 having. On this two-dimensional base body 112 are at least two first primary contact areas as electrical connections or connection poles 113 and at least one second primary contact area 114 arranged. The first primary contact areas 113 have a different potential to the second primary contact area 114 on. For example, the first primary contact areas 113 be designed as a positive conductor or phase conductor, while the second primary contact area 114 is designed as a negative conductor or neutral conductor. Between at least one of the first primary contact areas 113 and the second primary contact area 114 the safe-to-touch charging voltage can be applied or made available.

In 1 ist der Grundkörper 112 als quadratische Platte ausgebildet. Die jeweiligen Primärkontaktbereiche 113, 114 sind als Längskontaktflächen an dem Grundkörper 112 alternierend oder nebeneinander angeordnet und sind jeweils durch eine Isolierschicht oder einen Isolierbereich 115, wie zum Beispiel eine Schicht aus Polypropylen, elektrisch voneinander getrennt. Somit ergibt sich, wie in 1 gezeigt, ein Zebrastreifenmuster aus Primärkontaktbereichen 113, 114 und Isolierbereichen 115. Alternativ dazu können die Primärkontaktbereiche 113, 114 auch als Rohre oder Halbrohre ausgebildet sein, sodass sich, insbesondere in einer Seitansicht eine dreidimensionale Oberflächenstruktur des Grundkörpers 112 ergibt. Diese Ausgestaltung der Primärkontakteinheit 111 ist im späteren Verlauf noch einmal genauer beschrieben.In 1 is the basic body 112 designed as a square plate. The respective primary contact areas 113 , 114 are as longitudinal contact surfaces on the base body 112 arranged alternately or next to one another and are each covered by an insulating layer or an insulating area 115 such as a layer of polypropylene, electrically separated from each other. Thus, as in 1 shown, a zebra stripe pattern of primary contact areas 113 , 114 and isolation areas 115 . Alternatively, the primary contact areas 113 , 114 can also be designed as tubes or half tubes, so that, in particular in a side view, a three-dimensional surface structure of the base body 112 results. This configuration of the primary contact unit 111 is described in more detail later on.

Da von dem externen Energienetz 300, wie beispielsweise dem öffentlichen Energieversorgungsnetz, in der Regel keine berührsichere Spannung bereitgestellt wird, sondern in der Regel eine Hochvolt-Wechselspannung von in etwa 230 Volt, weist die Primärseite 110 zusätzlich eine Primärwandlereinheit 116 auf. Wie in 1 gezeigt, kann die Primärkontakteinheit 111 ist über eine Verbindung A an die Primärwandlereinheit 116 und das externe Energienetz 300 angeschlossen sein. Diese Primärwandlereinheit 116 ist einerseits dazu ausgebildet, die von dem Energienetz 300 bereitgestellte Hochvoltspannung in die berührsichere Ladespannung herunterzusetzen. Somit kann die Primärwandlereinheit 116 zum Beispiel einen Tiefsetzsteller umfassen. Andererseits kann die Primärwandlereinheit 116, wie in 1 gezeigt, auch einen AC/DC-Wandler umfassen, um die von dem Energienetz 300 bereitgestellte Wechselspannung in eine Gleichspannung zum Laden der Hochvoltbatterie 200 umwandeln zu können und umgekehrt. Wie in 1 dargestellt, kann die Primärseite 110 in vorteilhafter Weise noch eine weitere Verbindung A1 aufweisen, über die beispielsweise eine zweite Primärkontakteinheit an die Primärwandlereinheit 116 angeschlossen werden kann.Since from the external energy network 300 , such as the public power supply network, as a rule no safe-to-touch voltage is provided, but rather a high-voltage alternating voltage of approximately 230 volts, has the primary side 110 additionally a primary converter unit 116 on. As in 1 shown, the primary contact unit 111 is via a connection A to the primary converter unit 116 and the external energy network 300 be connected. This primary converter unit 116 is on the one hand designed to be used by the energy network 300 to reduce the high-voltage voltage provided to the safe-to-touch charging voltage. Thus, the primary converter unit 116 for example include a buck converter. On the other hand, the primary converter unit 116 , as in 1 also include an AC / DC converter to power the grid 300 AC voltage provided to DC voltage for charging the high-voltage battery 200 to be able to convert and vice versa. As in 1 shown, the primary side 110 in an advantageous manner still another connection A1 have, via which, for example, a second primary contact unit to the primary converter unit 116 can be connected.

Zum Kontaktieren mit der Primärseite 110, umfasst die genannte Sekundärseite 120 eine Sekundärkontakteinheit 121. Diese weist ebenfalls einen flächig ausgebildeten Grundkörper 122 auf, welcher gemäß der Ausgestaltung des Ladesystems in 1 einen ersten Sekundärkontaktbereich 123 und einen zweiten Sekundärkontaktbereich 124 umfasst. Die Sekundärkontaktbereiche 123, 124 bilden somit die Anschlüsse oder Anschlusspole der Sekundärseite 120. Die Sekundärkontaktbereiche weisen dabei verschiedene Potentiale auf, sodass über die Sekundärkontaktbereiche 123, 124 die berührsichere Ladespannung übertragen oder empfangen werden kann. Zum Beispiel kann der erste Sekundärkontaktbereich 123 als Plusleiter oder Außenleiter ausgebildet sein, während der zweite Sekundärkontaktbereich 124 als Minusleiter oder Neutralleiter ausgebildet sein kann.For contacting the primary side 110 , includes said secondary side 120 a secondary contact unit 121 . This also has a flat base body 122 on, which according to the configuration of the charging system in 1 a first secondary contact area 123 and a second secondary contact area 124 includes. The secondary contact areas 123 , 124 thus form the connections or connection poles of the secondary side 120 . The secondary contact areas have different potentials, so that over the secondary contact areas 123 , 124 the touch-safe charging voltage can be transmitted or received. For example, the first secondary contact area 123 be designed as a positive conductor or outer conductor, while the second secondary contact area 124 can be designed as a negative conductor or neutral conductor.

Wie in 1 gezeigt, ist der Grundkörper 122 als längliche Platte mit einer geringen Fläche als der Grundkörper 111 ausgebildet. Die Sekundärkontaktbereiche 123, 124 sind dabei in unterschiedlichen Abschnitten entlang einer Längserstreckungsrichtung des Grundkörpers 122 ausgebildet. Eine Isolierschicht oder einen Isolierbereich 125 trennt oder isoliert die Sekundärkontaktbereiche 123, 124 dabei elektrisch voneinander.As in 1 shown is the base body 122 as an elongated plate with a smaller area than the base body 111 educated. The secondary contact areas 123 , 124 are in different sections along a longitudinal direction of the main body 122 educated. An insulating layer or area 125 separates or isolates the secondary contact areas 123 , 124 thereby electrically from each other.

Die Isolierbereiche 115, 125 zwischen den jeweiligen Kontaktbereichen 113, 114, 123, 124 können bevorzugt auch als Erdungskontakte oder als Erdungsleiter ausgeführt sein.The isolation areas 115 , 125 between the respective contact areas 113 , 114 , 123 , 124 can preferably also be designed as grounding contacts or as grounding conductors.

Da die Hochvoltbatterie 200 zum Laden eine Hochvoltspannung, also eine Gleichspannung größer 60 Volt benötigt und beim Entladen eine entspreche Gleichspannung bereitstellt, umfasst die Sekundärseite 120 eine Sekundärwandlereinheit 126. Die Sekundärkontakteinheit 121 ist dabei über eine Verbindung A an die Sekundärwandlereinheit 126 und die Hochvoltbatterie 200 angeschlossen. Die Sekundärwandlereinheit 126 umfasst dabei beispielsweise einen Hochsetzsteller und ist ausgebildet, die berührsichere Ladespannung in eine Hochvoltspannung zum Laden der Hochvoltbatterie 200 hochzusetzen und umgekehrt.As the high-voltage battery 200 A high-voltage voltage, i.e. a DC voltage greater than 60 volts, is required for charging and a corresponding one for discharging Provides DC voltage, includes the secondary side 120 a secondary converter unit 126 . The secondary contact unit 121 is via a connection A to the secondary converter unit 126 and the high-voltage battery 200 connected. The secondary converter unit 126 comprises, for example, a step-up converter and is designed to convert the safe-to-touch charging voltage into a high-voltage voltage for charging the high-voltage battery 200 raise and vice versa.

Um die Primärseite 110 und die Sekundärseite 120 zum konduktiven Laden der Hochvoltbatterie 200 miteinander koppeln zu können, weist das Ladesystem 100 weiterhin eine Kontaktierungseinrichtung 130 auf. Diese ist gemäß der Ausgestaltung in 1 von der Sekundärseite 120 umfasst. Die Kontaktierungseinrichtung 130 ist ausgebildet, den ersten Sekundärkontaktbereich 123 mit wenigstens einem der ersten Primärkontaktbereiche elektrisch leitend zu verbinden und den zweiten Sekundärkontaktbereich 124 mit dem zweiten Primärkontaktbereich 114 elektrisch leitend zu verbinden. Zum Verbinden oder Kontaktieren der Primärkontaktbereiche 113, 114 mit den jeweils zugeordneten Sekundärkontaktbereichen 123, 124 kann die Kontaktierungseinrichtung 130 beispielsweise eine Aktoreinheit 131 umfassen. Diese ist ausgebildet, die Primärkontakteinheit und/oder die Sekundärkontakteinheit zum Verbinden der jeweiligen Primärkontaktbereiche mit den jeweiligen Sekundärkontaktbereichen entlang einer vorgegebenen Kontaktierungsrichtung R zueinander hin zu bewegen. Die Aktoreinheit 131 kann dabei beispielsweise einen Elektromotor und eine Höhenverstellmechanik umfassen. Die Höhenverstellmechanik kann beispielsweise als mechanischer Arm ausgebildet sein, der durch den Elektromotor bewegt werden kann. Vorzugsweise kann die Kontaktierungseinrichtung 130 auch ausgebildet sein, die jeweiligen Kontaktbereiche 113, 114, 123, 124 in Bezug auf eine Längs- und Querausrichtung zueinander zu positionieren. Dazu kann die Aktoreinheit 131 zusätzlich eine Lateralverstellmechanik umfassten, mittels der die Sekundärkontakteinheit 121 parallel in einer Ebene zu der Primärkontakteinheit 111 zu verschieben oder zu drehen.
Um die Kontaktierungseinrichtung 130 ansteuern zu können weist das Ladesystem 100 zudem eine Steuereinrichtung 140 auf. Bevorzugt kann die Steuereinrichtung 114 die Kontaktierungseinrichtung 130 zum Herstellen der elektrisch leitenden Verbindung zwischen den jeweiligen Kontaktbereichen 113, 114, 123, 124 in Abhängigkeit von einer Position, also einer Ausrichtung, der Kontakteinheiten 111 und 121 zueinander anzusteuern.
To the primary side 110 and the secondary side 120 for conductive charging of the high-voltage battery 200 The charging system 100 furthermore a contacting device 130 on. This is according to the design in 1 from the secondary side 120 includes. The contacting device 130 is formed, the first secondary contact area 123 to be electrically conductively connected to at least one of the first primary contact areas and the second secondary contact area 124 with the second primary contact area 114 to connect electrically conductive. For connecting or contacting the primary contact areas 113 , 114 with the respectively assigned secondary contact areas 123 , 124 can the contacting device 130 for example an actuator unit 131 include. This is designed to move the primary contact unit and / or the secondary contact unit for connecting the respective primary contact areas to the respective secondary contact areas along a predetermined contacting direction R towards one another. The actuator unit 131 can include, for example, an electric motor and a height adjustment mechanism. The height adjustment mechanism can be designed, for example, as a mechanical arm that can be moved by the electric motor. The contacting device can preferably 130 also be formed, the respective contact areas 113 , 114 , 123 , 124 to be positioned in relation to longitudinal and transverse alignment to one another. The actuator unit 131 additionally included a lateral adjustment mechanism by means of which the secondary contact unit 121 parallel in a plane to the primary contact unit 111 to move or rotate.
To the contacting device 130 The charging system tells you to be able to control it 100 also a control device 140 on. The control device can preferably 114 the contacting device 130 for establishing the electrically conductive connection between the respective contact areas 113 , 114 , 123 , 124 depending on a position, i.e. an alignment, of the contact units 111 and 121 to steer towards each other.

Die Steuereinrichtung 140 ist außerdem dazu ausgebildet, in Abhängigkeit von einem Verbindungszustand der jeweiligen Primärkontaktbereiche 113, 114 mit den jeweiligen Sekundärkontaktbereichen 123, 124 und in Abhängigkeit von einem Betriebsmodus des Fahrzeugs die Primärseite 110 oder die Sekundärseite 120 zum Bereitstellen oder Empfangen der berührsicheren Ladespannung anzusteuern. In einem ersten Betriebsmodus des Fahrzeugs kann zum Beispiel vorgesehen sein, dass die Hochvoltbatterie 200 des Fahrzeugs geladen werden soll. Dementsprechend kann die Steuereinrichtung die Primärseite 110 zum Bereitstellen der berührsicheren Ladespannung über wenigstens einen der ersten Primärkontaktbereiche 113 und den zweiten Primärkontaktbereich 114 ansteuern. Hingegen kann in einem zweiten Betriebsmodus vorgesehen sein, dass die Hochvoltbatterie 200 des Fahrzeugs entladen werden soll. Dementsprechend kann die Steuereinrichtung in dem zweiten Betriebsmodus die Sekundärseite 120 zum Bereitstellen der berührsicheren Ladespannung über den ersten Sekundärkontaktbereich 123 und den zweiten Sekundärkontaktbereich 124 ansteuern. Dazu kann die Steuereinrichtung 140, wie in 1 gezeigt, beispielsweise ein Betriebsmodussignal B von dem Fahrzeug erfassen und daraufhin die Primärseite 110 oder die Sekundärseite 120 zum Bereitstellen der berührsicheren Ladespannung mit einem ein jeweiliges Steuersignal F ansteuern.The control device 140 is also designed to be dependent on a connection state of the respective primary contact areas 113 , 114 with the respective secondary contact areas 123 , 124 and the primary side as a function of an operating mode of the vehicle 110 or the secondary side 120 to provide or receive the touch-safe charging voltage. In a first operating mode of the vehicle, it can be provided, for example, that the high-voltage battery 200 of the vehicle is to be charged. Accordingly, the control device can use the primary side 110 for providing the safe-to-touch charging voltage via at least one of the first primary contact areas 113 and the second primary contact area 114 drive. In contrast, it can be provided in a second operating mode that the high-voltage battery 200 of the vehicle is to be unloaded. Accordingly, the control device can use the secondary side in the second operating mode 120 to provide the safe-to-touch charging voltage via the first secondary contact area 123 and the second secondary contact area 124 drive. The control device 140 , as in 1 shown, for example, detect an operating mode signal B from the vehicle and then the primary side 110 or the secondary side 120 control a respective control signal F to provide the safe-to-touch charging voltage.

Wie zuvor beschrieben, erfolgt das Bereitstellen der berührsicheren Ladespannung dabei jedoch auch in Abhängigkeit von einem Verbindungszustand der jeweiligen Primärkontaktbereiche 113, 114 mit den jeweiligen Sekundärkontaktbereichen 123, 124. Der Verbindungszustand gibt dabei an, ob die jeweiligen Kontaktbereiche 113, 114, 123, 124 elektrisch leitend verbunden sind. Weiterhin kann der Verbindungszustand auch angeben, welche Ladeart, das heißt eine Wechselspannung oder Gleichspannung, das Fahrzeug zum Laden der Hochvoltbatterie 200 benötigt, und wie groß die Ladespannung sein muss. Den Verbindungszustand die Steuereinrichtung 140, wie in 1 gezeigt, als Zustandssignal Z erfassen.As described above, the provision of the safe-to-touch charging voltage also takes place as a function of a connection state of the respective primary contact areas 113 , 114 with the respective secondary contact areas 123 , 124 . The connection status indicates whether the respective contact areas 113 , 114 , 123 , 124 are electrically connected. Furthermore, the connection status can also indicate which charging type, that is to say an alternating voltage or direct voltage, the vehicle is used to charge the high-voltage battery 200 required, and how large the charging voltage must be. The connection status of the control device 140 , as in 1 shown as a status signal Z capture.

In einer bevorzugt Ausgestaltung des Ladesystems 100 kann das Zustandssignal Z darstellen, dass ein elektrischer Kontakt zwischen der Primärkontakteinheit 111 und der Sekundärkontakteinheit 121 hergestellt worden ist. Dazu kann die Steuereinrichtung 140 ausgebildet sein, die Primärseite 110 und/oder die Sekundärseite 120 zum Übertragen einer jeweiligen Testspannung als Ladespannung zum Prüfen der Verbindung der jeweiligen Kontaktbereiche 113, 114, 123, 124 bereitzustellen. Die Testspannung kann dabei sehr viel kleiner sein als die Ladespannung und beispielsweise 5 Volt betragen. Dazu können die Primärwandlereinheit 116 und die Sekundärwandlereinheit 126 beispielsweise schaltbar ausgebildet sein, sodass sie die von dem Energienetz 300 oder der Hochvoltbatterie 200 bereitgestellte Hochvoltspannung entweder in die berührsichere Ladespannung oder in die Testspannung wandeln können. Bei einem polrichtigen Verbinden der jeweiligen Kontaktbereiche 113, 114, 123, 124 ergibt sich somit ein geschlossener Stromkreislauf, wodurch ein Stromfluss zwischen der Primärseite 110 und der Sekundärseite 120 festgestellt werden kann. Dies kann beispielsweise mittels eines entsprechenden Strom- oder Spannungssensors in der Primärwandlereinheit 116 und/oder der Sekundärwandlereinheit 126 erfolgen. Durch die Testspannung kann somit sowohl ein Berührtest als auch Test bezüglich einer korrekten oder polrichtigen Verbindung der Kontaktbereiche 113, 114, 123, 124 erfolgen.In a preferred embodiment of the charging system 100 can be the state signal Z represent that an electrical contact between the primary contact unit 111 and the secondary contact unit 121 has been made. The control device 140 be formed, the primary side 110 and / or the secondary side 120 for transmitting a respective test voltage as charging voltage for checking the connection of the respective contact areas 113 , 114 , 123 , 124 provide. The test voltage can be much smaller than the charging voltage and can be, for example, 5 volts. The primary converter unit 116 and the secondary converter unit 126 be designed, for example, switchable, so that they are powered by the power grid 300 or the high-voltage battery 200 can convert the high-voltage voltage provided either into the touch-safe charging voltage or into the test voltage. With a correct polarity connection of the respective contact areas 113 , 114 , 123 , 124 This results in a closed circuit, whereby a current flow between the primary side 110 and the secondary side 120 can be determined. This can be done, for example, by means of a corresponding current or voltage sensor in the primary converter unit 116 and / or the secondary converter unit 126 respectively. The test voltage can thus be used both for a touch test and for a test with regard to a correct or correct polarity connection of the contact areas 113 , 114 , 123 , 124 respectively.

Nach dem Testen oder Überprüfen, ob die elektrisch leitfähige Verbindung zwischen den jeweiligen Kontaktbereichen 113, 114, 123, 124 hergestellt ist, kann zusätzlich noch eine Qualität oder Güte der elektrischen Verbindung überprüft werden. Dazu kann zum Beispiel mittels einer Vierleitermessung ein Übergangswiderstand an den jeweiligen kontaktierten Flächen der Kontaktbereiche 113, 114, 123, 124 bestimmt oder ermittelt werden. Zum Beispiel kann die Steuereinrichtung 140 eine der Wandlereinheiten 116, 126 zum Bereitstellen eines bekannten und konstanten Stroms (zum Laden bei sehr kleiner Spannung und Leistung) ansteuern. Dieser Strom kann somit in das Ladesystem 100 eingespeist. werden. Durch eine Vierleitermessanordnung, die zum Beispiel in der jeweiligen Wandlereinheit 116, 126 integriert sein kann, wird dann die resultierende Spannung zwischen wenigstens zwei unterschiedlich gepolten Kontaktbereichen 113, 114, 123, 124 gemessen. Der Übergangswiderstand kann dann anhand des ohmschen Gesetzes aus dem bekannten Strom und der gemessenen Spannung ermittelt werden. In diesem Fall kann die Steuereinrichtung 140 dann den ermittelten Übergangswiderstand als Zustandssignal Z erfassen und zum Beispiel mit einem Widerstandsgrenzwert vergleichen. Wird bei dem Vergleich zum Beispiel festgestellt, dass der Übergangswiderstand kleiner ist als der Widerstandsgrenzwert, kann die elektrisch leitfähige Kontaktierung der jeweiligen Kontaktbereiche 113, 114, 123, 124 bestätigt werden und die Steuereinrichtung 140 kann das genannte Steuersignal F bereitstellen. Ist der Übergangswiderstand hingegen größer als der Widerstandsgrenzwert, kann die elektrisch leitfähige Kontaktierung der jeweiligen Kontaktbereiche 113, 114, 123, 124 verneint werden und die Steuereinrichtung 140 kann beispielsweise die Kontaktierungseinrichtung 130 für einen erneuten Kontaktierungsversuch ansteuern. Alternativ kann die Steuereinrichtung auch über einen Bildschirm ein Warnsignal an einen Nutzer des Kraftfahrzeugs ausgeben. Der Nutzer kann daraufhin sein Kraftfahrzeug umparken oder bewegen sodass ein erneuter Kontaktierungsvorgang ausgeführt werden kann.After testing or checking whether the electrically conductive connection between the respective contact areas 113 , 114 , 123 , 124 is established, a quality or goodness of the electrical connection can also be checked. For this purpose, for example, a four-wire measurement can be used to establish a contact resistance on the respective contacted surfaces of the contact areas 113 , 114 , 123 , 124 determined or determined. For example, the control device 140 one of the converter units 116 , 126 to provide a known and constant current (for charging with very low voltage and power). This electricity can then be fed into the charging system 100 fed in. become. With a four-wire measuring arrangement, for example in the respective transducer unit 116 , 126 can be integrated, then the resulting voltage between at least two differently polarized contact areas 113 , 114 , 123 , 124 measured. The contact resistance can then be determined using Ohm's law from the known current and the measured voltage. In this case, the control device 140 then the determined contact resistance as a status signal Z record and compare, for example, with a resistance limit value. If, during the comparison, it is found, for example, that the contact resistance is less than the resistance limit value, the electrically conductive contacting of the respective contact areas can be made 113 , 114 , 123 , 124 be confirmed and the control device 140 can provide said control signal F. If, on the other hand, the contact resistance is greater than the resistance limit value, the electrically conductive contacting of the respective contact areas can 113 , 114 , 123 , 124 be answered in the negative and the control device 140 can, for example, the contacting device 130 for a new contact attempt. Alternatively, the control device can also output a warning signal to a user of the motor vehicle via a screen. The user can then park or move his motor vehicle so that a new contacting process can be carried out.

In einer alternativen Ausgestaltung des Ladesystems 100 kann das Zustandssignal Z der Steuereinrichtung 140 auch von einer Primärkommunikationseinheit 118 und einer Sekundärkommunikationseinheit 128 bereitgestellt werden. Diese Kommunikationseinheiten 118, 128 können dabei insbesondere als drahtlose Kommunikationseinheiten ausgebildet sein und das Zustandssignal Z über eine in allgemein bekannter Weise drahtlose Kommunikationsverbindung K an die Steuereinrichtung 140 senden. Dazu kann wenigstens einer der Kommunikationseinheiten 118, 128 eine Kamera umfassen, durch die ein Verbindungsvorgang, das heißt ein Annähern der Primärkontakteinheit 111 und der Sekundärkontakteinheit 121 erfasst oder gefilmt werden kann. Die resultierenden Bilddaten kann die jeweilige Kommunikationseinheit 118, 128 dann bevorzugt drahtlos als das Zustandssignal Z an die Steuereinrichtung 140 übertragen. Diese kann anschließend die Bilddaten auswerten, um den Verbindungszustand zu überprüfen.In an alternative embodiment of the charging system 100 can be the state signal Z the control device 140 also from a primary communication unit 118 and a secondary communication unit 128 to be provided. These communication units 118 , 128 can in particular be designed as wireless communication units and the status signal Z via a generally known wireless communication link K to the control device 140 send. At least one of the communication units can do this 118 , 128 comprise a camera by means of which a connection process, that is to say an approaching of the primary contact unit 111 and the secondary contact unit 121 can be captured or filmed. The resulting image data can be sent to the respective communication unit 118 , 128 then preferably wirelessly as the status signal Z to the control device 140 transfer. This can then evaluate the image data in order to check the connection status.

Alternativ dazu können die Kommunikationseinheiten 118, 128 beispielsweise als Nahfeldkommunikationseinheiten ausgebildet sein. In diesem Fall können sie zum erstmaligen Koppeln der Primärseite 110 und der Sekundärseite 120 genutzt werden. Zum Beispiel kann die Sekundärseite 120 über eine Nahfeldkommunikation oder eine Bluetooth-Verbindung oder eine WLAN-Verbindung ein Annäherungssignal an die Primärseite 110 senden, welches das Annähern des Fahrzeugs an die Ladeinfrastruktur ankündigt. Bei Erfassen des Annäherungssignals kann die Primärseite 110 die Steuereinrichtung 140 „aufwecken“ und zum Beispiel aus einem Schlafmodus oder Energiesparmodus in einen Betriebsmodus versetzten. Somit kann zum Beispiel die Steuereinrichtung 140 darauf aufmerksam gemacht werden, dass demnächst ein Kontaktierungsvorgang stattfinden soll.Alternatively, the communication units 118 , 128 be designed for example as near-field communication units. In this case you can pair the primary side for the first time 110 and the secondary side 120 be used. For example, the secondary side 120 an approach signal to the primary side via near field communication or a Bluetooth connection or a WLAN connection 110 send, which announces the approach of the vehicle to the charging infrastructure. When the approach signal is detected, the primary side 110 the control device 140 "Wake up" and, for example, switch from a sleep mode or energy-saving mode to an operating mode. Thus, for example, the control device 140 attention should be drawn to the fact that a contacting process is to take place soon.

Der Ausgestaltung des Ladesystems 100 gemäß 1 könnte nun beispielhaft folgende Situation zugrunde liegen. Ein Nutzer eines Kraftfahrzeugs möchte seine Hochvoltbatterie 200 laden. Das Kraftfahrzeug weist dabei die zuvor beschriebene Primärseite 120 auf, wobei die Primärkontakteinheit versteckt in einem Unterboden des Kraftfahrzeugs angeordnet. Eine entsprechende Ladeinfrastruktur oder Ladevorrichtung, welche die zuvor genannte Primärseite und beispielsweise die Steuervorrichtung 140 umfasst, kann entsprechend als Bodenkontakteinheit ausgebildet sein. Fährt der Nutzer des Kraftfahrzeugs sein Kraftfahrzeug nun zum Laden der Hochvoltbatterie 200 auf die als Bodenplatte ausgebildete Primärkontakteinheit 111 kann die Steuereinrichtung 140 eine Position der Sekundärkontakteinheit 121 an dem Kraftfahrzeug erfassen und die relative Position der Sekundärkontakteinheit zu der Primärkontakteinheit 111 zum Beispiel mittels einer Kamera in einer der Kommunikationseinheiten 118, 128 überprüfen. Überlappen sich die Flächen der Grundkörper 112, 122, der Primärkontakteinheit 111 und der Sekundärkontakteinheit 121 bevorzugt beispielsweise vollständig, kann die Steuereinrichtung 140 die Kontaktierungseinrichtung 130 ansteuern, wodurch die Sekundärkontakteinheit 121 in Richtung der Primärkontakteinheit 111 zum Kontaktieren bewegt wird. Der Kontaktierungsvorgang kann dabei beispielsweise wieder mittels der Kamera erfasst werden und die Bilddaten können zum Auswerten an die Steuereinrichtung 140 übertragen werden. Bevorzugt erfolgt das Überwachen des Kontaktierungsvorgangs jedoch mittels des Übertragens der zuvor beschriebenen Testspannung und der genannten Vieleitermessung. Das heißt, die Steuereinrichtung 140 kann beispielsweise die Primärwandlereinheit 116 ansteuern, um die Testspannung von der Primärkontakteinheit 111 an die Sekundärkontakteinheit 121 zu übertragen. Bei Feststellen einer erfolgreichen Übertragung der Testspannung kann die Steuereinrichtung 140 anschließend erneut die Primärwandlereinheit 116 zum Durchführen der Vierleitermessung ansteuern. Wird dabei ein passend geringer Übertragungswiderstand festgestellt, kann die Steuereinrichtung 140 schließlich die Primärseite 110, also insbesondere die Primärwandlereinheit 116, zum Freigeben der berührsicheren Ladespannung ansteuern. Somit kann konduktiv die berührsichere Ladespannung von dem externen Energienetz 300 über das Ladesystem 100 an die Hochvoltbatterie 200 übertragen werden.The design of the charging system 100 according to 1 could now be based on the following situation as an example. A user of a motor vehicle wants his high-voltage battery 200 load. The motor vehicle has the primary side described above 120 on, wherein the primary contact unit is arranged hidden in an underbody of the motor vehicle. A corresponding charging infrastructure or charging device, which has the aforementioned primary side and, for example, the control device 140 comprises, can accordingly be designed as a ground contact unit. If the user of the motor vehicle drives his motor vehicle to charge the high-voltage battery 200 on the primary contact unit designed as a base plate 111 can the control device 140 a position of the secondary contact unit 121 on the motor vehicle and detect the relative position of the secondary contact unit to the primary contact unit 111 for example by means of a camera in one of the communication units 118 , 128 check. The surfaces of the base bodies overlap 112 , 122 , the primary contact unit 111 and the secondary contact unit 121 preferred for example completely, the control device can 140 the contacting device 130 drive, whereby the secondary contact unit 121 towards the primary contact unit 111 is moved to contact. The contacting process can for example be recorded again by means of the camera and the image data can be sent to the control device for evaluation 140 be transmitted. The contacting process is preferably monitored, however, by means of the transmission of the test voltage described above and the aforementioned multiplicity measurement. That is, the control device 140 can for example be the primary converter unit 116 drive to the test voltage from the primary contact unit 111 to the secondary contact unit 121 transferred to. If a successful transmission of the test voltage is determined, the control device can 140 then the primary converter unit again 116 to perform the four-wire measurement. If a suitably low transmission resistance is found, the control device can 140 finally the primary side 110 , so in particular the primary converter unit 116 , to enable the touch-safe charging voltage. The safe-to-touch charging voltage from the external energy network can thus be conductive 300 via the charging system 100 to the high-voltage battery 200 be transmitted.

Um ein korrektes Kontaktieren der jeweiligen Kontaktbereiche 113 mit 123 und 114 mit 124 gewährleisten zu können, die Primärkontaktbereiche 113, 114 gemäß 1 in ihrem Potential schaltbar ausgebildet. Das heißt, das jeweilige Potential eines Kontaktbereichs kann nach Belieben eingestellt werden. Somit kann für jeden der Primärkontaktbereiche 113, 114 festgelegt werden, ob er als Neutralleiter oder Außenleiter ausgebildet sein soll. Dazu umfasst die Primärseite 110 in 1 eine Umschalteinrichtung 117, die ausgebildet ist, die Primärkontaktbereiche als erste Primärkontaktbereiche oder als zweite Primärkontaktbereiche zu schalten oder einzustellen. Die Schaltungseinheit 117 kann dabei beispielsweise als Brückenschaltung aus Halbleiterschaltern, wie beispielsweise Transistoren, ausgebildet sein. Dadurch ist kann auf eine aufwendige Justierung der Position der jeweiligen Kontakteinheiten 111, 121 zueinander verzichtet werden. Die zuvor beschriebene Aktoreinheit 140 zum vertikalen Verschieben oder Drehen der Sekundärkontakteinheit 121 kann somit entfallen.To correctly contact the respective contact areas 113 With 123 and 114 With 124 to be able to ensure the primary contact areas 113 , 114 according to 1 designed to be switchable in their potential. That is, the respective potential of a contact area can be adjusted as desired. Thus, for each of the primary contact areas 113 , 114 determine whether it should be designed as a neutral conductor or an external conductor. This includes the primary side 110 in 1 a switching device 117 which is designed to switch or set the primary contact areas as first primary contact areas or as second primary contact areas. The circuit unit 117 can be designed, for example, as a bridge circuit made up of semiconductor switches, such as, for example, transistors. As a result, a complex adjustment of the position of the respective contact units is possible 111 , 121 to each other are waived. The actuator unit described above 140 to move or rotate the secondary contact unit vertically 121 can therefore be omitted.

In 2 sind nun alternative beispielhafte Ausgestaltungsmöglichkeiten der Primärkontakteinheit 111 und der Sekundärkontakteinheit 121 dargestellt. In 2 sind die beiden Kontakteinheiten 111 und 121 dabei in einer Draufsicht beziehungsweise aus der Vogelperspektive dargestelltIn 2 are now alternative exemplary design options for the primary contact unit 111 and the secondary contact unit 121 shown. In 2 are the two contact units 111 and 121 shown in a top view or from a bird's eye view

Zum Beispiel kann der Grundkörper, wie in 2a im Wesentlichen quadratisch ausgebildet sein. Der Grundkörper 112 weist dabei drei erste Primärkontaktbereiche 113 und drei zweite Primärkontaktbereiche 114 auf, die als längliche Kontaktflächen an dem Grundkörper angeordnet sind. Die ersten Primärkontaktbereiche 113 und die zweiten Primärkontaktbereiche 114 sind ähnlich wie beispielsweise bei einem Zebrastreifen alternierend nebeneinander angeordnet und durch Isolationsbereiche 115 elektrisch voneinander getrennt. Im Gegensatz dazu weist die Sekundärkontakteinheit 121 einen Grundkörper 122 auf, dessen Fläche wesentlich kleiner ausgebildet ist als eine Fläche des Grundkörpers 112 der Primärkontakteinheit 111. Bevorzugt kann die Fläche des Grundkörpers 122 wenigstens um einen Faktor 2, bevorzugt um einen Faktor 4, insbesondere um einen Faktor 8, kleiner sein als eine Fläche des Grundkörpers 112. Im Gegensatz zu der Primärkontakteinheit 111 weist die Sekundärkontakteinheit 121 nur einen ersten Sekundärkontaktbereich 123 und einen zweiten Sekundärkontaktbereich 124 auf, die entlang einer Längserstreckungsrichtung nebeneinander durch einen Isolierbereich 125 elektrisch getrennt voneinander an dem Grundkörper 122 angeordnet sind.For example, as in 2a be essentially square. The basic body 112 has three first primary contact areas 113 and three second primary contact areas 114 which are arranged as elongated contact surfaces on the base body. The first primary contact areas 113 and the second primary contact areas 114 are arranged alternately next to one another, similar to a zebra crossing, for example, and are provided with isolation areas 115 electrically separated from each other. In contrast, the secondary contact unit 121 a base body 122 on, the area of which is made much smaller than an area of the base body 112 the primary contact unit 111 . The surface of the base body can preferably 122 by at least one factor 2 , preferred by a factor 4th , in particular by one factor 8th , be smaller than an area of the base body 112 . In contrast to the primary contact unit 111 has the secondary contact unit 121 only a first secondary contact area 123 and a second secondary contact area 124 on, which along a longitudinal direction of extension side by side by an insulating region 125 electrically separated from one another on the base body 122 are arranged.

In der in 2b gezeigten Ausgestaltung weist die Primärkontakteinheit 111 einen längsförmigen im Wesentlichen rechteckförmigen Grundkörper 112 auf, welcher jeweils drei erste Primärkontaktbereiche 113 und drei zweite Primärkontaktbereiche 114 umfasst. Diese sind analog zu 2a entlang einer Längserstreckungsrichtung des Grundkörpers 112 alternierend und durch Isolationsbereiche 115 getrennt voneinander ausgebildet. Die Sekundärkontakteinheit 121 weist ebenfalls einen längsförmigen im Wesentlichen rechteckigen Grundkörper 122 auf, mit einer ersten Sekundärkontakteinheit 123 und einer zweiten Sekundärkontakteinheit 124. Die erste Sekundärkontakteinheit 123 und die zweite Sekundärkontakteinheit 124 sind dabei senkrecht zur Längserstreckungsrichtung des Grundkörpers durch den Isolierbereich 125 elektrisch getrennt nebeneinander ausgebildet. Vorzugsweise entspricht eine Fläche des Grundkörpers 112 dabei einer Fläche des Grundkörpers 122. Um die Toleranzfläche zu optimieren sind die Grundkörper 112 und 122 jedoch um jeweils 90 Grad in einer x-y-Ausrichtung gedreht zueinander ausgebildet. Beim Überlagern der Primärkontakteinheit 111 und der Sekundärkontakteinheit 122 würde sich somit ein Kreuzmuster ergeben.In the in 2 B The embodiment shown has the primary contact unit 111 an elongated, substantially rectangular base body 112 on which three first primary contact areas 113 and three second primary contact areas 114 includes. These are analogous to 2a along a longitudinal extension direction of the base body 112 alternating and through isolation areas 115 formed separately from each other. The secondary contact unit 121 likewise has an elongate, essentially rectangular base body 122 on, with a first secondary contact unit 123 and a second secondary contact unit 124 . The first secondary contact unit 123 and the second secondary contact unit 124 are perpendicular to the direction of longitudinal extent of the base body through the insulating area 125 electrically separated next to each other. Preferably one area corresponds to the base body 112 thereby a surface of the base body 122 . The base bodies are used to optimize the tolerance area 112 and 122 however, rotated by 90 degrees in an xy orientation with respect to one another. When overlaying the primary contact unit 111 and the secondary contact unit 122 a cross pattern would result.

In der Ausgestaltung in 2c weist die Primärkontakteinheit 111 erneut einen länglichen im Wesentlichen rechteckförmigen Grundkörper 112 auf. Dieser umfasst dabei zwei erste Primärkontaktbereiche 113 und zwei zweite Primärkontaktbereiche 114, die jeweils als längliche Kontaktbereiche in je einer der vier Ecken des Grundkörpers 112 angeordnet sind. Dabei sind jeweils ein erster Primärkontaktbereich 113 und ein zweiter Primärkontaktbereich 114 entlang einer Längserstreckungsrichtung des Grundkörpers 112 nacheinander angeordnet. Weiterhin sind die ersten Primärkontaktbereiche 113 und die zweiten Primärkontaktbereiche 114 senkrecht zur Längserstreckungsrichtung des Grundkörpers nebeneinander angeordnet. Die Primärkontaktbereiche 113, 114 sind dabei analog durch einen durchgehenden Isolierbereich 115 voneinander elektrisch getrennt. Die Sekundärkontakteinheit 121 weist ebenfalls einen länglichen, im Wesentlichen rechteckförmigen Grundkörper 122 auf. Der Grundkörper 122 umfasst einen ersten Sekundärkontaktbereich 124 und einen zweiten Sekundärkontaktbereich 125 auf, die entlang einer Längserstreckungsrichtung des Grundkörpers 122 in unterschiedlichen Abschnitten (an unterschiedlichen Enden) ausgebildet sind. Sie sind durch den Isolierbereich 125 elektrisch voneinander getrennt, wobei eine Fläche des Isolierbereichs 125 gemäß 2c sehr viel größer ausgebildet ist als eine Fläche des jeweiligen Sekundärkontaktbereichs 123, 124. In the design in 2c has the primary contact unit 111 again an elongated, substantially rectangular base body 112 on. This includes two first primary contact areas 113 and two second primary contact areas 114 , each as elongated contact areas in one of the four corners of the base body 112 are arranged. There is a first primary contact area in each case 113 and a second primary contact area 114 along a Longitudinal direction of the base body 112 arranged one after the other. Furthermore, the first are primary contact areas 113 and the second primary contact areas 114 arranged side by side perpendicular to the direction of longitudinal extension of the base body. The primary contact areas 113 , 114 are analogous through a continuous isolation area 115 electrically separated from each other. The secondary contact unit 121 likewise has an elongated, essentially rectangular base body 122 on. The basic body 122 comprises a first secondary contact area 124 and a second secondary contact area 125 on, along a longitudinal direction of extent of the base body 122 are formed in different sections (at different ends). You are through the isolation area 125 electrically isolated from one another, with one surface of the insulating region 125 according to 2c is made much larger than an area of the respective secondary contact area 123 , 124 .

Beim Überlagern der Grundkörper 112, 122 der Primärkontakteinheit 111 und der Sekundärkontakteinheit 121 gemäß 2c kann festgestellt werden, dass ein Abstand der beiden ersten Primärkontaktbereiche 113 und der beiden zweiten Primärkontaktbereiche 114 kleiner ist, als eine Längserstreckungsrichtung des ersten Sekundärkontaktbereichs 123 und des zweiten Sekundärkontaktbereichs 124. Weiterhin kann festgestellt werden, dass ein Abstand zwischen dem jeweiligen ersten Sekundärkontaktbereich 123 und dem jeweiligen zweiten Sekundärkontaktbereich 124 größer ist als eine Längserstreckungsrichtung eines der jeweiligen Primärkontaktbereiche 113, 114. Durch diese Bauform der Kontakteinheiten 111, 121 kann vermieden werden, dass eine Verpolung, das heißt ein Kontaktieren eines Phasenleiters (Plusleiters) mit einem Neutralleiter (Minusleiter) erfolgt.When superimposing the base body 112 , 122 the primary contact unit 111 and the secondary contact unit 121 according to 2c it can be determined that a distance between the first two primary contact areas 113 and the two second primary contact areas 114 is smaller than a longitudinal extension direction of the first secondary contact area 123 and the second secondary contact area 124 . Furthermore, it can be determined that a distance between the respective first secondary contact area 123 and the respective second secondary contact area 124 is greater than a longitudinal direction of one of the respective primary contact areas 113 , 114 . This design of the contact units 111 , 121 it can be avoided that a polarity reversal, i.e. a contact between a phase conductor (positive conductor) and a neutral conductor (negative conductor) occurs.

Gemäß der Ausgestaltung in 2d können die Primärkontaktbereiche 113, 114 auch schaltbar ausgebildet sein. Das heißt, sie können entweder als Phasenleiter (Plusleiter) oder als Neutralleiter (Minusleiter) geschaltet sein. In 2d umfasst die Primärkontakteinheit 111 dazu einen länglich und im Wesentlichen rechteckförmig ausgebildeten Grundkörper 112, bei dem entlang einer Längserstreckungsrichtung die Primärkontaktbereiche durch einen jeweiligen Isolierbereich 113 getrennt abwechselnd nacheinander angeordnet sind. Die Sekundärkontakteinheit 121 weist ebenfalls einen länglichen im Wesentlichen rechteckförmigen Grundkörper 122 auf, bei dem ein erster Sekundärkontaktbereich 124 und ein zweiter Sekundärkontaktbereich 125 durch einen Isolierbereich 125 getrennt nebeneinander angeordnet sind. Die Abmessungen eines der Sekundärkontaktbereiche 124, 125 in Längserstreckungsrichtung sind dabei bevorzugt kleiner als ein Abstand zwischen zwei der Primärkontaktbereiche 113, 114. Werden nun die Grundkörper 112, 122 der Primärkontakteinheit 111 und der Sekundärkontakteinheit 121 zum elektrischen Verbinden überlagert und aneinander angeordnet, können die Primärkontaktbereiche 113, 114, je nachdem welcher der Sekundärkontaktbereiche 124, 125 an dem jeweiligen Primärkontaktbereich 113, 114 anliegt, entsprechend geschaltet werden.According to the configuration in 2d can use the primary contact areas 113 , 114 also be designed to be switchable. This means that they can be connected either as a phase conductor (plus conductor) or as a neutral conductor (minus conductor). In 2d includes the primary contact unit 111 for this purpose an elongated and essentially rectangular base body 112 , in which the primary contact areas through a respective insulating area along a longitudinal extension direction 113 are arranged separately alternately one after the other. The secondary contact unit 121 likewise has an elongated, substantially rectangular base body 122 in which a first secondary contact area 124 and a second secondary contact area 125 through an isolation area 125 are arranged separately next to each other. The dimensions of one of the secondary contact areas 124 , 125 in the longitudinal direction are preferably smaller than a distance between two of the primary contact areas 113 , 114 . Now become the basic body 112 , 122 the primary contact unit 111 and the secondary contact unit 121 superimposed and arranged next to one another for electrical connection, the primary contact areas 113 , 114 , depending on which of the secondary contact areas 124 , 125 at the respective primary contact area 113 , 114 is applied, must be switched accordingly.

Alternativ zu der in 2 gezeigten Ausgestaltungsmöglichkeiten kann natürlich auch eine jeweils umgekehrte Ausgestaltung der Primärkontakteinheit 111 und der Sekundärkontakteinheit 121 möglich sein.As an alternative to the in 2 The design options shown can, of course, also have a reverse design of the primary contact unit 111 and the secondary contact unit 121 to be possible.

In 3 zeigt eine Seitansicht der beiden Kontakteinheiten 111 und 121. Um das Notwendigsein einer exakten Positionierung der jeweils ersten Primär- und Sekundärkontaktbereiche 113, 123 und der jeweils zweiten Primär- und Sekundärkontaktbereiche 114, 124 mittels einer aufwendigen Justiereinrichtung zu vermeiden, kann wie in 3 gezeigt, vorgesehen sein, dass die jeweiligen Grundkörper 112, 122 eine jeweils komplementär zueinander ausgebildete Oberflächenstruktur O aufweisen. Durch diese können die Primärkontakteinheit 111 und die Sekundärkontakteinheit 121 beim Inkontaktbringen gegeneinander bis in eine finale Kontaktposition zu gleiten. In der finalen Kontaktposition ist dabei genau ein erster Primärkontaktbereich 113 mit einem ersten Sekundärkontaktbereich 123 und ein zweiter Primärkontaktbereich 114 mit einem zweiten Sekundärkontaktbereich 124 elektrisch leitend verbunden. 3a bis 3c zeigen nun beispielhafte Ausgestaltungen einer jeweiligen Oberflächenstruktur O der Grundkörpers 112, 122. Dabei weist jeweils die Primärkontakteinheit 111 zwei erste Primärkontaktbereiche 113 und zwei zweite Primärkontaktbereiche 114 auf. Diese sind abwechseln nebeneinander durch Isolierbereiche 115 getrennt in dem Grundkörper 112 ausgebildet. Entsprechend weist jeweils die Sekundärkontakteinheit 111 einen ersten Sekundärkontaktbereich 123 und einen zweiten Sekundärkontaktbereich 124 auf. Diese sind abwechseln nebeneinander durch einen Isolierbereiche 125 getrennt in dem Grundkörper 122 ausgebildet.In 3rd shows a side view of the two contact units 111 and 121 . About the need for an exact positioning of the respective first primary and secondary contact areas 113 , 123 and the respective second primary and secondary contact areas 114 , 124 Avoid using a complex adjustment device, as in 3rd shown, be provided that the respective base body 112 , 122 each have a complementary surface structure O to one another. This allows the primary contact unit 111 and the secondary contact unit 121 when they are brought into contact with one another to slide into a final contact position. In the final contact position, there is exactly a first primary contact area 113 with a first secondary contact area 123 and a second primary contact area 114 with a second secondary contact area 124 electrically connected. 3a to 3c now show exemplary configurations of a respective surface structure O of the base body 112 , 122 . The primary contact unit 111 two first primary contact areas 113 and two second primary contact areas 114 on. These are alternately next to each other by insulating areas 115 separated in the main body 112 educated. The secondary contact unit in each case has a corresponding 111 a first secondary contact area 123 and a second secondary contact area 124 on. These are alternately next to each other through an insulating area 125 separated in the main body 122 educated.

Gemäß 3a können die Grundkörper 112, 122 dabei im Wesentlichen dreieckförmige Erhebungen und Vertiefungen aufweisen, die die Oberflächenstruktur O bilden. Die finale Kontaktposition gemäß 3a ergibt sich dabei somit bei einem korrekten Eingleiten oder Einphasen oder Einfädeln einer Erhebung der Sekundärkontakteinheit 121 in eine Vertiefung der Primärkontakteinheit 111 und umgekehrt. Wird nun beispielsweise die Sekundärkontakteinheit 121 in eine vorgegebene Kontaktierungsrichtung R also beispielsweise in z-Richtung auf die Primärkontakteinheit 111 zubewegt, wobei eine Erhebung wie in 3a dargestellt, nicht direkt über einer Vertiefung der Primärkontakteinheit 111 angeordnet ist, erfolgt beim Inkontaktbringen der Primärkontakteinheit 111 und der Sekundärkontakteinheit 121 ein Gleiten oder Verschieben der Grundkörper zueinander in eine Verschieberichtung V, die hier insbesondere als x-Richtung ausgebildet ist. Um das Verschieben der Grundkörper 112, 122 in x-Richtung also parallel zueinander zu ermöglichen kann, wie in 3a gezeigt, beispielsweise die Primärkontakteinheit 111 über einen Federmechanismus 119 federgelagert ausgebildet sein. Durch den Federmechanismus kann der Grundkörper 112 in einer Ebene, zum Beispiel in x-y-Richtung verschoben werden. Somit ergibt sich beim Annähern der Kontakteinheiten 111, 121 eine Zwangsführung der Primärkontakteinheit 111 bis die finale Kontaktposition erreicht ist.According to 3a can use the basic body 112 , 122 essentially have triangular elevations and depressions which form the surface structure O. The final contact position according to 3a This results in a correct sliding-in or phase-in or threading-in of an elevation of the secondary contact unit 121 into a recess in the primary contact unit 111 and vice versa. Now, for example, the secondary contact unit 121 in a predetermined contacting direction R, for example, in the z-direction onto the primary contact unit 111 moved towards, with an elevation as in 3a shown, not directly above a recess of the primary contact unit 111 is arranged, takes place when the primary contact unit is brought into contact 111 and the secondary contact unit 121 sliding or shifting of the base bodies with respect to one another in a shifting direction V, which is designed here in particular as an x-direction. To move the base body 112 , 122 in the x-direction so parallel to each other, as in 3a shown, for example, the primary contact unit 111 via a spring mechanism 119 be designed to be spring-loaded. Due to the spring mechanism, the base body 112 be moved in one plane, for example in the xy direction. This results in the approach of the contact units 111 , 121 forced guidance of the primary contact unit 111 until the final contact position is reached.

In 3b sind die Primärkontakteinheit 111 und die Sekundärkontakteinheit 121 im Wesentlichen analog zu der 3a ausgebildet. In 3b sind jedoch die Spitzen der im Wesentlichen dreieckförmigen Erhebungen des Grundkörpers 122 der Sekundärkontakteinheit 121 abgeschnitten beziehungsweise abgeflacht ausgebildet. Somit entsteht beim Anordnen einer Erhebung des Grundkörpers 122 in eine Vertiefung des Grundkörpers 112 ein Hohlraum im unteren Bereich der Vertiefung. Die Kontaktierung der Primärkontakteinheit 111 und der Sekundärkontakteinheit 121 erfolgt somit bevorzugt über die Seitenflächen der Erhebungen beziehungsweise der Vertiefungen. In diesem Hohlraum kann sich dann zum Beispiel Schmutz oder Wasser ablagern, ohne dass die Kontaktfläche der ersten Kontakteinheit 111 und der zweiten Kontakteinheit 121 reduziert wird.In 3b are the primary contact unit 111 and the secondary contact unit 121 essentially analogous to that 3a educated. In 3b however, are the tips of the essentially triangular elevations of the base body 122 the secondary contact unit 121 cut off or flattened. Thus, when arranging an elevation of the base body 122 into a recess in the base body 112 a cavity in the lower part of the recess. The contacting of the primary contact unit 111 and the secondary contact unit 121 is thus preferably carried out over the side surfaces of the elevations or the depressions. In this cavity, for example, dirt or water can then be deposited without the contact surface of the first contact unit 111 and the second contact unit 121 is reduced.

In 3c umfassen die Grundkörper 112, 121 eine Oberflächenstruktur O, welche im Wesentlichen kugelförmige Erhebungen aufweist. Zwischen den kugelförmigen Erhebungen ist die Oberflächenstruktur des jeweiligen Grundkörpers 112, 122 dabei planar ausgebildet. Auch hier ergibt sich der Vorteil, dass beim Kontaktieren der Primärkontakteinheit 111 mit der Sekundärkontakteinheit 121 ein Kontakt im Wesentlichen durch die Seitenflächen der kugelförmigen Erhebungen zwischen der Primärkontakteinheit 111 und der Sekundärkontakteinheit 121 hergestellt werden wird. Weiterhin sind in dieser Ausgestaltung beim Kontaktieren Hohlräume vorhanden, in denen sich Schmutz und Dreck ablagern kann, ohne den Kontakt, insbesondere eine Kontaktfläche, der Primärkontakteinheit 111 beziehungsweise der der Sekundärkontakteinheit 121 zu beeinträchtigen.In 3c include the basic body 112 , 121 a surface structure O which has essentially spherical elevations. The surface structure of the respective base body is between the spherical elevations 112 , 122 thereby formed planar. Here, too, there is the advantage that when contacting the primary contact unit 111 with the secondary contact unit 121 a contact essentially through the side surfaces of the spherical elevations between the primary contact unit 111 and the secondary contact unit 121 will be produced. Furthermore, in this embodiment, when making contact, there are cavities in which dirt and grime can be deposited without the contact, in particular a contact surface, of the primary contact unit 111 or that of the secondary contact unit 121 to affect.

In 3d ist eine alternative Ausgestaltung der Primärkontakteinheit 111 und der Sekundärkontakteinheit 121 dargestellt. Hierbei weist nur die Primärkontakteinheit 111 einen Grundkörper 112 mit einer dreidimensionalen Oberflächenstruktur O auf. Dabei weist der Grundkörper 112 in der Seitansicht kreisförmige (in dreidimensionaler Ansicht zylinderförmige oder rohrförmige) Vertiefungen V oder Aussparungen auf. In diese Vertiefungen V sind die alternierend nacheinander die vier Primärkontaktflächen 113, 114 als im Wesentlichen kreisförmige (in dreidimensionaler Ansicht insbesondere rohrförmige oder zylinderförmige) Anschlüsse passgenau oder formschlüssig eingebettet oder eingearbeitet. Die Isolierschicht 115 ist in diesem Fall durch den Grundkörper 112, insbesondre das Material des Grundkörpers 112, gebildet. Im Gegensatz dazu ist eine Oberflächenstruktur P des Grundkörpers 122 der Sekundärkontakteinheit 121 im Wesentlichen planar oder eben ausgebildet. Die zwei Sekundärkontaktbereiche 123, 124 sind dabei in der Seitansicht als rechteckförmige (in dreidimensionaler Ansicht als längliche Platten) Anschlüsse nebeneinander ausgebildet. Die Isolierschicht 125 ist dabei durch Luft gebildet. Somit ergibt sich die flächige Form des Grundkörpers 122 in diesem Fall indirekt durch eine Luftlinie (strichliert dargestellt) oder gedachte Verbindung zwischen den Sekundärkontaktbereichen 123, 124.In 3d is an alternative embodiment of the primary contact unit 111 and the secondary contact unit 121 shown. Here only the primary contact unit has 111 a base body 112 with a three-dimensional surface structure O on. The main body 112 in the side view circular (in three-dimensional view cylindrical or tubular) depressions V or recesses. In these depressions V, the four primary contact surfaces are alternating one after the other 113 , 114 embedded or incorporated as essentially circular (in three-dimensional view in particular tubular or cylindrical) connections with an accurate fit or form-fitting. The insulating layer 115 is in this case through the main body 112 , in particular the material of the base body 112 , educated. In contrast to this, there is a surface structure P of the base body 122 the secondary contact unit 121 essentially planar or flat. The two secondary contact areas 123 , 124 are in the side view as rectangular (in three-dimensional view as elongated plates) connections side by side. The insulating layer 125 is formed by air. This results in the flat shape of the base body 122 in this case indirectly through a straight line (shown in dashed lines) or imaginary connection between the secondary contact areas 123 , 124 .

Insgesamt zeigen die Beispiele somit eine Mehrpoltoleranzflächenoptimierung beim automatisierten kontaktgebundenen Laden von Elektrofahrzeugen beziehungsweise elektrifizierten Fahrzeugen. Die Kontaktbereiche 113, 114, 123, 124 sind dabei als Flächen, Schleif- oder Berührkontakte ausgebildet. Durch eine mechanisch geschickt ausgewählte Anordnung der Kontaktbereiche 113, 114 zueinander und 123, 124 zueinander kann somit eine Toleranzfläche bei einer Anzahl von x Polen auf eine Toleranzfläche von einem Pol reduziert werden. Das heißt die geschickte Anordnung der Kontaktbereiche 113, 114, 123, 124 ist dabei so gewählt, dass ein Einphasen oder Einfädeln oder Einspuren der einen Kontakteinheit zu der anderen Kontakteinheit stattfindet, wobei eine Quer- oder Längstoleranz zum korrekten Einphasen gewährleistet sein muss. Diese Quer- oder Längstoleranz kann durch entsprechende Lagerung, wie zum Beispiel durch Federmechanismen an einem der Kontakteinheiten 111, 121 realisiert werden. Erst beim vollständigen Einphasen entsteht der elektrische Kontakt, sodass die finale Kontaktposition erreicht ist.Overall, the examples thus show a multipole tolerance area optimization in automated contact-based charging of electric vehicles or electrified vehicles. The contact areas 113 , 114 , 123 , 124 are designed as surfaces, sliding or touch contacts. Through a mechanically cleverly selected arrangement of the contact areas 113 , 114 to each other and 123 , 124 In relation to one another, a tolerance area with a number of x poles can thus be reduced to a tolerance area of one pole. That means the clever arrangement of the contact areas 113 , 114 , 123 , 124 is selected in such a way that the one contact unit is phased in or threaded in or meshed with the other contact unit, whereby a transverse or longitudinal tolerance must be ensured for correct phasing. This transverse or longitudinal tolerance can be achieved by appropriate mounting, such as, for example, by spring mechanisms on one of the contact units 111 , 121 will be realized. The electrical contact is only established once the phase has been fully phased in, so that the final contact position is reached.

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • DE 102016008982 A1 [0004]DE 102016008982 A1 [0004]
  • DE 202018100805 U1 [0004]DE 202018100805 U1 [0004]
  • WO 2019/052962 A1 [0005]WO 2019/052962 A1 [0005]

Claims (14)

Ladesystem (100) zum konduktiven Laden eines Energiespeichers (200) eines Fahrzeugs mit einer berührsicheren Ladespannung, umfassend eine Primärseite (110) mit einer Primärkontakteinheit (111), die einen flächig ausgebildeten Grundkörper (112) aufweist, welcher wenigstens zwei erste Primärkontaktbereiche (113) und wenigstens einen zweiten Primärkontaktbereich (114) umfasst, eine Sekundärseite (120) mit einer Sekundärkontakteinheit (121), die einen flächig ausgebildeten Grundkörper (122) aufweist, welcher wenigstens einen ersten Sekundärkontaktbereich (123) und wenigstens einen zweiten Sekundärkontaktbereich (124) umfasst, wenigstens eine Kontaktierungseinrichtung (130), die ausgebildet ist, den wenigstens einen ersten Sekundärkontaktbereich (123) mit wenigstens einem der ersten Primärkontaktbereiche (113) und den wenigstens einen zweiten Sekundärkontaktbereich (124) mit dem wenigstens einen zweiten Primärkontaktbereich (114) zu verbinden, und eine Steuereinrichtung (140), die ausgebildet ist, in Abhängigkeit von einem Verbindungszustand der jeweiligen Primärkontaktbereiche (113, 114) mit den jeweiligen Sekundärkontaktbereichen (123, 124) in einem ersten Betriebsmodus des Fahrzeugs die Primärseite (110) zum Bereitstellen der berührsicheren Ladespannung über wenigstens einen der ersten Primärkontaktbereiche (113) und den wenigstens einen zweiten Primärkontaktbereich (114) anzusteuern.Charging system (100) for conductive charging of an energy store (200) of a vehicle with a safe-to-touch charging voltage, comprising a primary side (110) with a primary contact unit (111) which has a flat base body (112) which comprises at least two first primary contact areas (113) and at least one second primary contact area (114), a secondary side (120) with a secondary contact unit (121) which has a flat base body (122) which comprises at least one first secondary contact area (123) and at least one second secondary contact area (124), at least one contacting device (130) which is designed to connect the at least one first secondary contact area (123) to at least one of the first primary contact areas (113) and the at least one second secondary contact area (124) to the at least one second primary contact area (114), and a control device (140) which is designed, depending on a connection state of the respective primary contact areas (113, 114) with the respective secondary contact areas (123, 124) in a first operating mode of the vehicle, the primary side (110) for providing the safe-to-touch charging voltage via at least to control one of the first primary contact areas (113) and the at least one second primary contact area (114). Ladesystem (100) nach Anspruch 1, wobei die wenigstens eine Kontaktierungseinrichtung (130) eine Aktoreinheit (131) aufweist, die ausgebildet ist, die Primärkontakteinheit (111) und/oder die Sekundärkontakteinheit (121) zum Verbinden der jeweiligen Primärkontaktbereiche (113, 114) mit den jeweiligen Sekundärkontaktbereichen (123, 124) entlang einer vorgegebenen Kontaktierungsrichtung (R) zueinander hin zu bewegen.Charging system (100) Claim 1 , wherein the at least one contacting device (130) has an actuator unit (131) which is designed, the primary contact unit (111) and / or the secondary contact unit (121) for connecting the respective primary contact areas (113, 114) to the respective secondary contact areas (123, 124) to move towards one another along a predetermined contacting direction (R). Ladesystem (100) nach Anspruch 2, wobei die Aktoreinheit (131) ausgebildet ist, die Primärkontakteinheit (110) und/oder die Sekundärkontakteinheit (120) zum Verbinden der jeweiligen Primärkontaktbereiche (113, 114) mit den jeweiligen Sekundärkontaktbereichen (123, 124) in Bezug auf ihre Grundkörper (112, 122) parallel zueinander zu verschieben oder zu drehen.Charging system (100) Claim 2 , wherein the actuator unit (131) is designed, the primary contact unit (110) and / or the secondary contact unit (120) for connecting the respective primary contact areas (113, 114) to the respective secondary contact areas (123, 124) in relation to their base bodies (112, 122) to move or rotate parallel to each other. Ladesystem (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Grundkörper (112, 122) jeweils zueinander komplementäre dreidimensionale Oberflächenstrukturen (O) aufweisen, die ausgebildet sind, beim in Kontakt bringen gegeneinander bis in eine finale Kontaktposition zu gleiten, wobei in der finalen Kontaktposition jeweils einer der ersten Primärkontaktbereiche (113) mit dem wenigstens einen ersten Sekundärkontaktbereich (123) und der wenigstens eine zweite Primärkontaktbereich (114) mit dem wenigstens einen zweiten Sekundärkontaktbereich (124) elektrisch leitend verbunden ist.The charging system (100) according to any one of the preceding claims, wherein the base bodies (112, 122) each have complementary three-dimensional surface structures (O) which are designed to slide against one another when brought into contact up to a final contact position, wherein in the final contact position in each case one of the first primary contact areas (113) is electrically conductively connected to the at least one first secondary contact area (123) and the at least one second primary contact area (114) is electrically conductively connected to the at least one second secondary contact area (124). Ladesystem (100) nach Anspruch 4, wobei wenigstens einer der Grundkörper (112, 122) federnd gelagert ausgebildet ist, und dadurch ausgelegt ist, sich in Folge des Gleitens parallel in Bezug auf den jeweiligen anderen Grundkörper (112, 122) zu verschieben.Charging system (100) Claim 4 , wherein at least one of the base bodies (112, 122) is designed to be resiliently mounted and is thereby designed to move parallel to the respective other base body (112, 122) as a result of the sliding. Ladesystem (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die jeweiligen Primärkontaktbereiche (113, 114) und/oder die jeweiligen Sekundärkontaktbereiche (123, 124) in Bezug auf ihr jeweiliges Potential schaltbar ausgebildet sind.Charging system (100) according to one of the preceding claims, wherein the respective primary contact areas (113, 114) and / or the respective secondary contact areas (123, 124) are designed to be switchable with respect to their respective potential. Ladesystem (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinrichtung (140) ausgebildet ist, zum Erkennen des Verbindungszustands Bilddaten, die einen Verbindungsvorgang der jeweiligen Primärkontaktbereiche (113, 114) mit den jeweiligen Sekundärkontaktbereichen (123, 124) abbilden, auszuwerten, und/oder die Primärseite (110) oder die Sekundärseite (120) zum Bereitstellen einer Testspannung als Ladespannung zum Prüfen der Verbindung anzusteuern und insbesondere bei Feststellen einer elektrisch leitfähigen Verbindung entsprechend die die Primärseite (110) oder die Sekundärseite (120) zum Durchführen eine Vierleitermessung zum Verifizieren der Verbindung anzusteuern.The charging system (100) according to any one of the preceding claims, wherein the control device (140) is designed to detect the connection state, and to evaluate image data which depict a connection process of the respective primary contact areas (113, 114) with the respective secondary contact areas (123, 124) / or to control the primary side (110) or the secondary side (120) to provide a test voltage as charging voltage to test the connection and, in particular when an electrically conductive connection is detected, the primary side (110) or the secondary side (120) to carry out a four-wire measurement for Verify the connection to control. Ladesystem (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinrichtung (140) ausgebildet ist, in einem zweiten Betriebsmodus des Fahrzeugs die Sekundärseite (120) zum Breitstellen der berührsicheren Ladespannung über den wenigstens einen ersten Sekundärkontaktbereich (123) und den wenigstens einen zweiten Sekundärkontaktbereich (124) anzusteuern.Charging system (100) according to one of the preceding claims, wherein the control device (140) is designed, in a second operating mode of the vehicle, the secondary side (120) to provide the safe-to-touch charging voltage via the at least one first secondary contact area (123) and the at least one second secondary contact area (124) to control. Ladesystem (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinrichtung (140) ausgebildet ist, die Kontaktierungseinrichtung (130) in Abhängigkeit von einer Position der Primärkontakteinheit (111) und der Sekundärkontakteinheit (121) zueinander zum Verbinden der jeweiligen Primärkontaktbereiche (113, 114) mit den jeweiligen Sekundärkontaktbereichen (123, 124) anzusteuern.Charging system (100) according to one of the preceding claims, wherein the control device (140) is designed, the contacting device (130) depending on a position of the primary contact unit (111) and the secondary contact unit (121) to each other for connecting the respective primary contact areas (113, 114 ) to be controlled with the respective secondary contact areas (123, 124). Ladesystem (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die wenigstens eine Kontaktierungseinrichtung (130) wenigstens eine Halteeinheit aufweist, die ausgebildet ist, die jeweiligen Primärkontaktbereiche (113, 114) mit den jeweiligen Sekundärkontaktbereichen(123, 124) lösbar in Kontakt zu halten.The charging system (100) according to any one of the preceding claims, wherein the at least one contacting device (130) has at least one holding unit which is designed to releasably hold the respective primary contact areas (113, 114) in contact with the respective secondary contact areas (123, 124). Ladesystem (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Primärseite (110) eine Primärwandlereinheit (116) aufweist und die Sekundärseite (120) eine Sekundärwandlereinheit (126) aufweist, die ausgebildet sind, eine jeweilige ladesystemexterne Hochvolt-Spannung in die berührsichere Ladespannung zu wandeln.The charging system (100) according to any one of the preceding claims, wherein the primary side (110) has a primary converter unit (116) and the secondary side (120) has a secondary converter unit (126) which are designed to convert a respective high-voltage voltage external to the charging system into the safe-to-touch charging voltage walk. Ladevorrichtung zum Laden eines Energiespeichers (200) eines Fahrzeugs mit einer berührsicheren Ladespannung, wobei die Ladevorrichtung die Primärseite (110) des Ladesystems (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche umfasst.Charging device for charging an energy store (200) of a vehicle with a touch-safe charging voltage, wherein the charging device comprises the primary side (110) of the charging system (100) according to one of the preceding claims. Kraftfahrzeug mit einem Energiespeicher (200), die zum Laden mit einer berührsicheren Ladespannung ausgebildet ist, wobei der Energiespeicher (200) an die Sekundärseite (120) des Ladesystems (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche angeschlossen ist.Motor vehicle with an energy store (200) which is designed for charging with a safe-to-touch charging voltage, the energy store (200) being connected to the secondary side (120) of the charging system (100) according to one of the preceding claims. Verfahren zum konduktiven Laden eines Energiespeichers (200) eines Fahrzeugs mit einer berührsicheren Ladespannung, folgende Schritte umfassend: - Bereitstellen einer Primärseite (110) mit einer Primärkontakteinheit (111), die einen flächig ausgebildeten Grundkörper (112) aufweist, welcher wenigstens zwei erste Primärkontaktbereiche (113) und wenigstens einen zweiten Primärkontaktbereich (114) umfasst, und einer Sekundärseite (120) mit einer Sekundärkontakteinheit (121), die einen flächig ausgebildeten Grundkörper (122) aufweist, welcher wenigstens einen ersten Sekundärkontaktbereich (123) und wenigstens einen zweiten Sekundärkontaktbereich (124) umfasst, -Verbinden des wenigstens einen ersten Sekundärkontaktbereichs (123) mit wenigstens einem der ersten Primärkontaktbereiche (113) und des wenigstens einen zweiten Sekundärkontaktbereichs (124) mit dem wenigstens einen zweiten Primärkontaktbereich (114), - Prüfen eines Verbindungszustands der jeweiligen Primärkontaktbereiche (113, 114) mit den jeweiligen Sekundärkontaktbereichen (123, 124), - Prüfen, ob sich das Fahrzeug in einem ersten Betriebsmodus befindet, und - für den Fall, dass sich das Fahrzeug in dem ersten Betriebsmodus befindet und in Abhängigkeit von einem Ergebnis des Prüfen des Verbindungszustands: Ansteuern der Primärseite (110) zum Bereitstellen der berührsicheren Ladespannung über wenigstens einen der ersten Primärkontaktbereiche (113) und den wenigstens einen zweiten Primärkontaktbereich (124).Method for conductive charging of an energy store (200) of a vehicle with a safe-to-touch charging voltage, comprising the following steps: - Providing a primary side (110) with a primary contact unit (111) which has a flat base body (112) which comprises at least two first primary contact areas (113) and at least one second primary contact area (114), and a secondary side (120) with a Secondary contact unit (121) which has a flat base body (122) which comprises at least one first secondary contact area (123) and at least one second secondary contact area (124), - connecting the at least one first secondary contact area (123) to at least one of the first primary contact areas (113) and the at least one second secondary contact area (124) to the at least one second primary contact area (114), - checking a connection state of the respective primary contact areas (113, 114) with the respective secondary contact areas (123, 124), - Check whether the vehicle is in a first operating mode, and - In the event that the vehicle is in the first operating mode and depending on a result of the checking of the connection status: controlling the primary side (110) to provide the safe-to-touch charging voltage via at least one of the first primary contact areas (113) and the at least one second Primary contact area (124).
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