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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überprüfen einer Bodenkontakteinheit einer elektrischen Ladeinfrastruktur. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine elektrische Ladeinfrastruktur zum Herstellen einer konduktiven Verbindung zu einer Fahrzeugkontakteinheit.
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Bei zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Fahrzeugen, beispielsweise Plug-in-Hybrid-Fahrzeugen und reinen Elektrofahrzeugen, müssen die Batterien der Fahrzeuge regelmäßig aufgeladen werden, bevorzugt nach jeder Fahrt. Hierzu wird das Fahrzeug mit einer entsprechenden Stromquelle verbunden, wobei üblicherweise ein Stecker verwendet wird, beispielsweise ein sogenannter Typ-2-Stecker, der von einer Person manuell in eine entsprechende Buchse am Fahrzeug eingesteckt werden muss.
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Aus dem Stand der Technik, beispielsweise der
WO 2019/052962 A1 , sind zudem Bodenkontakteinheiten für Fahrzeugbatterieladesysteme bekannt, die am Boden vorgesehen sind. Die Bodenkontakteinheiten können mit einer entsprechenden Fahrzeugkontakteinheit, die am zu ladenden Fahrzeug vorgesehen ist, automatisch eine konduktive Verbindung herstellen, um das Fahrzeug zu laden. Die Fahrzeugkontakteinheit kann dabei am Unterboden des Fahrzeugs vorgesehen sein, wobei sie sich nach unten bewegt, um die elektrische Kontaktierung mit der Bodenkontakteinheit herzustellen.
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Beispielsweise ist die Bodenkontakteinheit als ein sogenanntes Matrix-Charging-Pad ausgebildet, wie dies in der
WO 2019/052962 A1 gezeigt ist. Die Bodenkontakteinheit umfasst hierzu eine Vielzahl von Kontaktbereichen, die matrixartig angeordnet sind, wobei die Kontaktbereiche mittels der Fahrzeugkontakteinheit kontaktiert werden können, um eine elektrische Verbindung zwischen der Bodenkontakteinheit und der Fahrzeugkontakteinheit herzustellen. Je nach Aufsetzpunkt des Konnektors der Fahrzeugkontakteinheit werden die entsprechend belegten Kontaktbereiche der Bodenkontakteinheit zugeschaltet, um die elektrische Verbindung über diese Kontaktbereiche herzustellen.
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Typischerweise erfolgt das Zuschalten der belegten Kontaktbereiche mittels separater Relais, die jedem Leistungskontakt der Bodenkontakteinheit zugeordnet sind. Hierdurch ergibt sich ein sogenanntes Matrixrelais, welches die sicherheitsrelevanten Anforderungen bezüglich der Isolationsstrecke der einzelnen Schalter unter anderem sicherstellt. Unabhängig von den Schaltstellungen der Relais gibt es aber noch weitere Aspekte zu beachten, um einen Ladevorgang zu ermöglichen.
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Die Aufgabe ist es, die Bodenkontakteinheit der elektrischen Ladeinfrastruktur hinsichtlich ihrer Bereitschaft kostengünstig und effizient zu überprüfen.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zum Überprüfen einer Bodenkontakteinheit einer elektrischen Ladeinfrastruktur, wobei die Bodenkontakteinheit einen plattenförmigen Grundkörper und mehrere Kontakte aufweist, die auf einer Ladefläche des Grundkörpers, an der eine Fahrzeugkontakteinheit zur Anlage kommen kann, angeordnet sind. Die mehreren Kontakte umfassen zumindest einen Schutzleiter-Kontakt und Leistungskontakte, die wenigstens einer Potenziallage über zumindest einen Kontaktschalter zugeordnet sind. Das Verfahren umfasst zudem die Schritte:
- - Durchführen einer Kontaktierungsüberprüfung, um festzustellen, ob zumindest eine Teilmenge der mehreren Kontakte der Bodenkontakteinheit kontaktiert ist,
- - Durchführen einer Schutzleiterüberprüfung, um eine Kontaktgüte zu ermitteln, indem ein Teststrom über wenigstens einen Kontakt der mehreren Kontakte geführt wird, und
- - Durchführen einer kontinuierlichen Berührschutzüberwachung der Kontakte, indem Schaltstellungen der Kontaktschalter kontinuierlich überwacht werden, die Leistungskontakten zugeordnet sind, die nicht zur Teilmenge der kontaktierten Kontakte gehören, und/oder indem eine bestehende Kontaktierung zumindest eines Kontakts kontinuierlich überwacht wird, der zur Teilmenge der kontaktierten Kontakte gehört.
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Darüber hinaus wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch eine elektrische Ladeinfrastruktur zum Herstellen einer konduktiven Verbindung zu einer Fahrzeugkontakteinheit. Die Ladeinfrastruktur weist eine Bodenkontakteinheit auf, die einen plattenförmigen Grundkörper und mehrere Kontakte aufweist, die auf einer Ladefläche des Grundkörpers, an der die Fahrzeugkontakteinheit zur Anlage kommen kann, angeordnet sind. Die mehreren Kontakte umfassen zumindest einen Schutzleiter-Kontakt und Leistungskontakte, die wenigstens einer Potenziallage über zumindest einen Kontaktschalter zugeordnet sind. Die Ladeinfrastruktur weist ein Überprüfungssystem auf, das eingerichtet ist,
- - eine Kontaktierungsüberprüfung durchzuführen, um festzustellen, ob zumindest eine Teilmenge der mehreren Kontakte der Bodenkontakteinheit kontaktiert ist,
- - eine Schutzleiterüberprüfung durchzuführen, um eine Kontaktgüte zu ermitteln, wobei das Überprüfungssystem eingerichtet ist, einen Teststrom über wenigstens einen Kontakt der mehreren Kontakte zu führen, und
- - eine kontinuierliche Berührschutzüberwachung der Kontakte durchzuführen, wobei das Überprüfungssystem eingerichtet ist, Schaltstellungen der Kontaktschalter kontinuierlich zu überwachen, die Leistungskontakten zugeordnet sind, die nicht zur Teilmenge der kontaktierten Kontakte gehören, und/oder eine bestehende Kontaktierung zumindest eines Kontakts kontinuierlich zu überwachen, der zur Teilmenge der kontaktierten Kontakte gehört.
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Es ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass mehrere Überprüfungen stattfinden, bevor ein Ladestrom über die Leistungskontakte geführt wird, um ein Fahrzeug zu laden, welches über seine Fahrzeugkontakteinheit mit der entsprechenden Bodenkontakteinheit gekoppelt ist. Bei den Überprüfungen handelt es sich unter anderem um die Kontaktierungsüberprüfung, welche durchgeführt wird, um zu erfassen, ob die Kontakte der Bodenkontakteinheit überhaupt kontaktiert sind, also eine konduktive Verbindung zur Fahrzeugkontakteinheit besteht. Darüber hinaus wird bei der Schutzleiterüberprüfung wird nicht nur die Kontinuität geprüft, sondern die entsprechende Kontaktgüte ermittelt, um festzustellen, ob die Kontaktierung bestimmten Mindestanforderungen entspricht, sodass ein Ladevorgang gestartet werden kann.
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Zudem wird eine Berührschutzüberwachung durchgeführt, um sicherzustellen, dass ein unbeabsichtigtes Kontaktieren von zugänglichen Kontakten der Bodenkontakteinheit möglich ist. Die Berührschutzüberwachung wird kontinuierlich während des konduktiven Ladens durchgeführt. Zudem kann aber auch vorgesehen sein, dass die Berührschutzüberwachung unmittelbar vor dem Ladevorgang durchgeführt wird.
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Hierzu ist beispielsweise vorgesehen, dass bei der kontinuierlichen Berührschutzüberwachung die jeweiligen Schaltstellungen der Kontaktschalter überwacht werden, welche den Leistungskontakten zugeordnet sind, welche nicht kontaktiert sind. Dies sind die Leistungskontakte, die nicht zur Teilmenge der kontaktierten Kontakte gehört, weswegen diese von außen zugänglich sind. Diese zugänglichen Kontakte können auch als freiliegende Kontakte bezeichnet werden, da sie nicht von der Fahrzeugkontakteinheit überdeckt sind, wenn die konduktive Verbindung vorliegt. Mit der Berührschutzüberwachung über die Schaltstellungen der Kontaktschalter wird überprüft, ob die entsprechenden Leistungskontakte potenzialfrei geschaltet sind, wie dies für die freiliegenden Leistungskontakte vorgesehen ist, also die Leistungskontakte, die nicht mit der Fahrzeugkontakteinheit die konduktive Verbindung ausbilden.
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Alternativ oder ergänzend kann die kontinuierliche Berührschutzüberwachung darin bestehen, dass kontinuierlich überwacht wird, ob die bereits hergestellte konduktive Verbindung aufrechterhalten wird oder ob die aufgebaute konduktive Verbindung abgerissen ist. Hierzu kann es ausreichend sein, wenn zumindest einer der Kontakte der Teilmenge überprüft wird, da dieser zuvor kontaktiert worden war. Grundsätzlich kann es sich bei dem zumindest einen Kontakt der Teilmenge, der für die kontinuierliche Berührschutzüberprüfung herangezogen wird, um einen Leistungskontakt oder einen Schutzleiter-Kontakt der mehreren Kontakte handeln, sofern ein entsprechendes Signal angelegt und ausgewertet wird, beispielsweise ein hochfrequentes Signal, das eingespeist wird („HF-Schleife“). Es können aber auch weitere Kontaktarten vorgesehen sein, die für die kontinuierliche Überwachung herangezogen werden, beispielsweise ein Steuerkontakt, über den ein entsprechendes Steuersignal geleitet wird, das überwacht wird.
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Die kontinuierliche Berührschutzüberwachung kann mithilfe eines Überwachungsschaltkreises erfolgen, der die Schaltstellung der Kontaktschalter und/oder die durchgehende Kontaktierung des entsprechenden Kontakts der Teilmenge überwacht, also bspw. das Steuersignal.
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Grundsätzlich kann vorgesehen sein, dass die Bodenkontakteinheit eine durchgehende Fläche aufweist, die den Schutzleiter-Kontakt ausbildet, also eine sogenannte Schutzleiter-Ebene bereitstellt, welche durch die Leistungskontakte unter anderem durchbrochen ist. Mit anderen Worten ist die Ladefläche größtenteils durch den Schutzleiter-Kontakt ausgebildet, wobei in der vom Schutzleiter-Kontakt gebildeten Ebene die entsprechenden Leistungskontakte angeordnet sind, insbesondere mit einem ringförmigen Isolierbereich, um die Leistungskontakte gegenüber dem Schutzleiter-Kontakt, also der entsprechenden Schutzleiter-Ebene, elektrisch zu isolieren.
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Die Schutzleiterüberprüfung ist vorgesehen, um die Kontaktgüte einer hergestellten konduktiven Verbindung zu überprüfen, indem ein Teststrom über zumindest einen der Kontakte geführt wird. Der entsprechende Teststrom kann von der Bodenkontakteinheit bereitgestellt werden. Alternativ kann vorgesehen sein, dass eine Stromquelle des Kraftfahrzeugs verwendet wird, um den Teststrom bereitzustellen, welcher dann ausgehend von der Fahrzeugkontakteinheit, die mit der Bodenkontakteinheit konduktiv verbunden ist, über den zumindest einen Kontakt der Bodenkontakteinheit geführt wird. Die Messung des entsprechenden Teststroms, insbesondere eine zugeordnete Widerstandsmessung, um die Kontaktgüte zu ermitteln, kann ebenfalls in der Bodenkontakteinheit selbst vorgenommen werden oder in dem Fahrzeug, welches über seine Fahrzeugkontakteinheit mit der Bodenkontakteinheit elektrisch verbunden ist, sofern die konduktive Verbindung zwischen der Fahrzeugkontakteinheit und der Bodenkontakteinheit vorliegt.
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Insbesondere wird die Schutzleiterüberprüfung durchgeführt, bevor ein Ladevorgang durchgeführt wird.
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Die Überprüfungen stellen sicher, dass die Bodenkontakteinheit für einen Ladevorgang bereit ist. Sofern die Überprüfungen erfolgreich abgeschlossen worden sind, kann ein Ladevorgang erfolgen, indem ein Ladestrom über die entsprechend geschalteten Leistungskontakte von der Bodenkontakteinheit und die hiermit verbundene Fahrzeugkontakteinheit fließt.
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Während des Ladevorgangs, und optional bevor der Ladestrom erstmalig fließt, kann die Berührschutzüberprüfung kontinuierlich durchgeführt werden, um sicherzustellen, dass die zum Ladevorgang nicht benötigten Kontakte, insbesondere die zugänglichen Leistungskontakte, berührt werden können bzw. die Kontinuität der Kontakte der Teilmenge, also der kontaktierten Kontakte gegeben ist. Mit anderen Worten würde festgestellt werden, wenn ein bestehender Kontakt zwischen der Fahrzeugkontakteinheit und der Bodenkontakteinheit während des Ladevorgangs abreißt.
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Ein Aspekt sieht vor, dass die Teilmenge der mehreren Kontakte einem Kontaktierungsbereich der Ladefläche zugeordnet ist, welcher von einem Bauteil der Fahrzeugkontakteinheit überdeckt ist, wenn eine konduktive Verbindung zwischen der Bodenkontakteinheit und der Fahrzeugkontakteinheit hergestellt ist. Die entsprechende Teilmenge, also die Anzahl der mehreren Kontakte, die im Kontaktierungsbereich der Ladefläche liegen, hängt von der Größe der Bodenkontakteinheit und/oder der Größe des entsprechenden Bauteils der Fahrzeugkontakteinheit ab, welche zur konduktiven Verbindung mit den Kontakten der Bodenkontakteinheit interagiert.
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In einem extremen Beispiel kann vorgesehen sein, dass sämtliche Kontakte der Bodenkontakteinheit belegt sind, wodurch es im kontaktierten Zustand keine freiliegenden Kontakte gibt. Demnach kann die Teilmenge der mehreren Kontakte allen Kontakten der Bodenkontakteinheit entsprechen. Typischerweise weist die Bodenkontakteinheit jedoch mehr Kontakte auf als die Kontakte, die zur konduktiven Verbindung zwischen der Bodenkontakteinheit und der Fahrzeugkontakteinheit benötigt werden. Hierdurch ist unter anderem sichergestellt, dass das Kraftfahrzeug nicht exakt über einen bestimmten Bereich der Bodenkontakteinheit zum Stehen kommen muss, wodurch eine größere Flexibilität vorliegt. Bei dem Bauteil der Fahrzeugkontakteinheit, das den Kontaktierungsbereich überdeckt, kann es sich um ein bewegliches Teil der Fahrzeugkontakteinheit handeln, beispielsweise einen beweglichen Laderüssel oder ähnliches, welcher ausgehend von einem Unterboden des Kraftfahrzeugs in Richtung der Bodenkontakteinheit bewegt wird, um die konduktive Verbindung herzustellen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine Isolationsüberprüfung zwischen zwei Kontakten durchgeführt, indem eine Testspannung angelegt und ein Isolationswiderstand gemessen wird, der mit einem Isolationswiderstands-Schwellenwert verglichen wird. Die Isolationsüberprüfung kann ebenfalls durchgeführt werden, bevor der Ladevorgang erfolgt, sodass sich die Isolationsüberprüfung von einer Überwachung des Ladevorgangs mittels eines FI-Schutzschalters unterscheidet. Die Isolationsüberprüfung ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die Bodenkontakteinheit in einem Bereich verwendet wird, der äußeren Einflüssen ausgesetzt ist, insbesondere Feuchtigkeit und/oder Dreck, also beispielsweise an einem nicht überdachten Parkplatz.
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Beispielsweise sind die zwei Kontakte, die bei der Isolationsüberprüfung herangezogen werden, benachbarte Kontakte auf der Ladefläche, insbesondere zwei Kontakte der Teilmenge. Die Isolationsüberprüfung kann demnach zwischen zwei Kontakten erfolgen, die unmittelbar benachbart zueinander sind, da zwischen benachbarten Kontakten am ehesten eine (ungewollte) leitende Verbindung vorkommen kann, beispielsweise über einen Gegenstand, Dreck oder Feuchtigkeit. Bei der Isolationsüberprüfung können insbesondere Kontakte herangezogen werden, die zur Teilmenge gehören. Insofern wird die Isolation zwischen zwei Kontakten gemessen, die zum Ausbilden der konduktiven Verbindung benutzt werden. Insbesondere wird die Isolationsüberprüfung zwischen zwei Leistungskontakten durchgeführt. Alternativ kann vorgesehen sein, dass die Isolationsüberprüfung zwischen zumindest einem Leitungskontakt und dem zumindest einen Schutzleiter-Kontakt durchgeführt wird.
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Zum Beispiel kann im Fall einer Schutzleiter-Ebene vorgesehen sein, dass alle Leistungskontakte auf ein gemeinsames Potenzial geschaltet werden, wobei dann die Isolation zwischen den auf dem gemeinsamen Potenzial liegenden Leistungskontakten gegenüber der Schutzleiter-Ebene gemessen wird.
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In einer alternativen Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die Isolationsüberprüfung nacheinander für unterschiedliche Paarungen an Kontakten durchgeführt wird, um sicherzustellen, dass eine ausreichende Isolation gegeben ist.
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Beispielsweise hat die Testspannung bei der Isolationsüberprüfung zumindest 500 V. Der Isolationswiderstands-Schwellenwert beträgt beispielsweise 0,25 MΩ.
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Ein weiterer Aspekt sieht vor, dass die Isolationsüberprüfung nur dann durchgeführt wird, wenn zuvor festgestellt worden ist, dass zumindest die Teilmenge der mehreren Kontakte kontaktiert ist. Insofern wird die Isolationsüberprüfung nur dann durchgeführt, wenn eine konduktive Verbindung zwischen der Bodenkontakteinheit und der Fahrzeugkontakteinheit vorliegt. Darüber hinaus kann bei der Isolationsüberprüfung die Isolation von einem der Kontakte, insbesondere einem Kontakt der Teilmenge, zu einem Punkt auf der Ladefläche des Grundkörpers gemessen werden. Hierdurch wird sichergestellt, dass keine Stromflüsse über den Kontaktierungsbereich hinaus vorliegen. Hierdurch wird ein ausreichender Berührungsschutz gewährleistet.
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Ein weiterer Aspekt sieht vor, dass die Schutzleiterüberprüfung nur dann durchgeführt wird, wenn zuvor festgestellt worden ist, dass zumindest die Teilmenge der mehreren Kontakte kontaktiert ist. Auch die Schutzleiterüberprüfung findet demnach nur dann statt, wenn eine konduktive Verbindung zuvor erkannt worden ist.
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Insbesondere wird die Schutzleiterüberprüfung nur dann durchgeführt, wenn zuvor die Isolationsüberprüfung erfolgreich durchgeführt worden ist. Sollte demnach ein Isolationsfehler bei der Isolationsüberprüfung festgestellt werden, wird die Überprüfungsroutine bereits abgebrochen, sodass die Schutzleiterüberprüfung gar nicht durchgeführt wird.
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Ein weiterer Aspekt sieht vor, dass Leistungskontakte, die nicht zur Teilmenge der kontaktierten Kontakte gehören, potenzialfrei geschaltet werden. Insbesondere werden die Schaltstellungen der Kontaktschalter kontinuierlich überwacht, die den potenzialfrei geschalteten Leistungskontakten zugeordnet sind. Hierdurch wird die Berührschutzüberwachung gewährleistet, da sichergestellt wird, dass potenzialfrei geschaltete Leistungskontakte nicht versehentlich ein für den Ladevorgang vorgesehenes Potenzial aufweisen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine Abschalteinrichtung angesteuert, sofern bei der kontinuierlichen Berührschutzüberwachung festgestellt wird, dass der Berührschutz nicht gewährleistet ist. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn sich zumindest einer der Kontaktschalter nicht in der vorgesehenen Schaltstellung befindet, der einem Leistungskontakt zugeordnet ist, der nicht zur Teilmenge der kontaktierten Kontakte gehört. Alternativ oder ergänzend ist dies der Fall, wenn die bestehende Kontaktierung des zumindest einen Kontakts abgerissen ist, der zur Teilmenge der kontaktierten Kontakte gehört.
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Die Abschalteinrichtung kann einen Hauptschalter umfassen, beispielsweise ein Schütz. Der Hauptschalter kann dann geöffnet werden, um eine galvanische Trennung herzustellen.
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Alternativ oder ergänzend kann die Abschalteinrichtung eine elektronische Leistungsregelung umfassen, die das anliegende Potenzial auf einen unkritischen Wert reduziert.
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Mit anderen Worten entspricht das Ansteuern der Abschalteinrichtung einem Fehlerschutz, da der Zustand der Kontaktschalter überprüft wird, wobei im Fehlerfall der Hauptschalter geöffnet wird, um die Kontakte potenzialfrei zu schalten, und/oder wobei das anliegende Potenzial vom Wert her verringert wird. Alternativ oder ergänzend wird dies gemacht, wenn die bestehende Kontaktierung unvermittelt abreißt bzw. nicht kontrolliert beendet wird.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weisen die Leistungskontakte jeweils einen Strompfad innerhalb der Bodenkontakteinheit auf, wobei jedem Strompfad zumindest zwei Schaltelemente zugeordnet sind. Hierdurch ist eine Redundanz geschaffen, wodurch im Fehlerfall eines der Schaltelemente sichergestellt werden kann, dass die entsprechenden Leistungskontakte dennoch potenzialfrei geschaltet werden. Bei den zwei Schaltelementen handelt es sich insbesondere um einen Kontaktschalter pro Leistungskontakt sowie einen gemeinsamen Hauptschalter für alle Leistungskontakte. Wie bereits erwähnt, kann die Abschalteinrichtung dann angesteuert werden, wenn bei der Berührschutzüberwachung festgestellt wird, dass beispielsweise ein Kontaktschalter so geschaltet ist, dass der hiermit gekoppelte Leistungskontakt einer Potenziallage zugeordnet ist, obwohl dieser potenzialfrei geschaltet sein sollte. Hierdurch wird sichergestellt, dass die entsprechenden Leistungskontakte, die eigentlich potenzialfrei geschaltet werden sollten, berührt werden können, da das entsprechende Potenzial über die Abschalteinrichtung vollständig abgeschaltet oder auf ein geringes und unkritisches Niveau reduziert worden ist.
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Darüber hinaus kann ein Selbsttest der Leistungskontakte durchgeführt werden, um sicherzustellen, dass die Kontaktschalter aller Leistungskontakte geöffnet sind. Der Selbsttest kann insbesondere vor der Kontaktierungsüberprüfung und/oder nach einem erfolgten Ladevorgang und einem Lösen der Kontaktierung durchgeführt werden. Insofern können in einem Ladezyklus zwei oder mehr Selbsttests vorgesehen sein, nämlich zu Beginn des Ladezyklus, noch bevor die Fahrzeugkontakteinheit und die Bodenkontakteinheit die konduktive Verbindung ausbilden, sowie nach erfolgreichem Ladevorgang, wenn die konduktive Verbindung bewusst gelöst worden ist. Hierdurch ist sichergestellt, dass die Leistungskontakte bzw. deren Kontaktschalter in der richtigen Schaltstellung sind, sofern keine Kontaktierung vorliegt. Die richtige Stellung der entsprechenden Kontaktschalter bedeutet, dass alle Leistungskontakte potenzialfrei geschaltet sind. Grundsätzlich kann der Selbsttest natürlich auch zu anderen Zeitpunkten durchgeführt werden.
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Darüber hinaus können die mehreren Kontakte zumindest einen Steuerkontakt umfassen, mittels dem die Kontaktierungsüberprüfung erfolgt. Insbesondere umfassen die mehreren Kontakte zumindest zwei Steuerkontakte, mittels derer eine Kontaktierungsorientierung der Fahrzeugkontakteinheit erfasst wird. Bei den Steuerkontakten kann es sich um separat ausgebildete Kontakte der mehreren Kontakte handeln, also um zusätzlich zu den Leistungskontakten und dem Schutzleiter-Kontakt vorgesehene Kontakte an der Ladefläche. Über die Steuerkontakte kann ein definiertes Signal eingespeist werden, welches mit einem zugehörigen Steuerkontakt der Fahrzeugkontakteinheit zusammenwirkt, wodurch ein Stromkreis geschlossen wird, bei dem das entsprechende Signal ausgewertet werden kann. Sofern zwei Steuerkontakte vorgesehen sind, die zudem mit unterschiedlichen Signalen beaufschlagt werden, kann die Orientierung der Fahrzeugkontakteinheit in Bezug auf die Bodenkontakteinheit bestimmt werden, wenn die konduktive Verbindung vorliegt, also die Kontaktierungsorientierung. Ungeachtet dessen ist es mit zwei Steuerkontakten möglich, zwei Kanäle auszubilden, wodurch eine entsprechende Redundanz geschaffen ist.
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Grundsätzlich können anstatt der separat ausgebildeten Steuerkontakte auch spezielle Signale verwendet werden, um die Kontaktierungsüberprüfung durchzuführen, indem beispielsweise über die Leistungskontakte spezielle Signale übermittelt werden, welche ausgewertet werden, um festzustellen, ob eine konduktive Verbindung vorliegt. Hierbei kann es sich um hochfrequente Signale handeln, die entlang einer Signalschleife laufen, die die Bodenkontakteinheit und die Fahrzeugkontakteinheit umfasst.
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Ein weiterer Aspekt sieht vor, dass bei der Isolationsüberprüfung die Isolation zwischen dem zumindest einen Steuerkontakt und einem der Leistungskontakte überprüft wird. Insofern wird auch die Isolation zwischen dem Steuerkontakt und benachbarten Kontakten wie den Leistungskontakten überprüft.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird der Kontakt, über den bei der Schutzleiterüberprüfung der Teststrom geführt wird, zuvor auf ein Schutzleiter-Niveau gebracht, dem der Schutzleiter-Kontakt zugeordnet ist. Der Kontakt wird über ein Relais mit dem Schutzleiter-Niveau verbunden. Mit anderen Worten kann es sich bei dem Kontakt um einen Leistungskontakt handeln, welcher über ein entsprechendes Relais mit dem Schutzleiter-Niveau verbindbar ist, beispielsweise Masse beziehungsweise Erde. Der entsprechende Teststrom kann dann von einem Stromgenerator, beispielsweise einem fahrzeugseitigen Stromgenerator, über einen mit dem jeweiligen Leistungskontakt gekoppelten Kontakt der Fahrzeugkontakteinheit eingespeist werden, welcher dann über das entsprechend umgeschaltete Relais in das Schutzleiter-Niveau abfließt. Es kann dann ein Widerstand gemessen werden, um festzustellen, ob eine entsprechende Kontaktgüte hinsichtlich der konduktiven Verbindung vorliegt, wie dies gewünscht ist.
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Der Teststrom kann eine Stromstärke von mindestens 200 mA haben. Der bei der Schutzleiterüberprüfung gemessene Widerstand sollte einen Widerstandswert von 0,1 Ω nicht überschreiten, sodass ein Schutzleiterwiderstands-Schwellenwert von 0,1 Ω vorgesehen ist, der mit dem gemessenen Schutzleiterwiderstand verglichen wird, um die entsprechende Güte der Kontaktierung zu ermitteln.
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Grundsätzlich ist die elektrische Ladeinfrastruktur ausgebildet, ein Verfahren mit den oben genannten Merkmalen durchzuführen. Insofern stellen die zuvor genannten Merkmale ebenfalls Merkmale der elektrischen Ladeinfrastruktur dar.
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Der jeweilige Kontaktschalter kann als Spiegelkontakt ausgebildet sein und einen Hauptkontakt und einen Überwachungskontakt aufweisen, die mechanisch gekoppelt sind, aber voneinander galvanisch getrennt sind.
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Es kann sich bei dem Hauptkontakt und/oder dem Überwachungskontakt des Kontaktschalters um einen Schalter handeln, der eine geöffnete Stellung und eine geschlossene Stellung hat. Insofern ist der Hauptkontakt bzw. der Überwachungskontakt als ein Ein- bzw. Ausschalter ausgebildet. Dies bedeutet, dass der Hauptkontakt bzw. der Überwachungskontakt zwischen einer geöffneten Stellung und einer geschlossenen Stellung verstellbar ist. Der Vorteil, wenn der Hauptkontakt als Schalter mit einer geöffneten Stellung und einer geschlossenen Stellung ausgebildet ist, liegt unter anderem darin, dass der Hauptkontakt beim Öffnen nicht verschweißen kann, wenn er aus seiner geschlossenen Stellung, in der der Ladestrom über den Hauptkontakt fließt, in eine zweite Stellung übergeht, die keiner geöffneten Stellung entspricht, sondern einer geschlossenen Stellung mit einem anderen Gegenpart, beispielsweise Masse. Beim Öffnen kann ein Lichtbogen erzeugt werden, der dann dafür sorgen würde, dass der Hauptkontakt in der zweiten (geschlossenen) Stellung verschweißt, sodass der Hauptkontakt und somit der gesamte Kontaktschalter nicht mehr verstellt werden könnte. Dies wird wirkungsvoll verhindert, wenn zumindest der Hauptkontakt als Schalter ausgebildet ist, der eine geöffnete Stellung und eine geschlossene Stellung aufweist.
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Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass der Hauptkontakt und/oder der Überwachungskontakt zwischen zwei oder mehr unterschiedlichen, geschlossenen Stellungen hin- und herschaltbar ist.
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In jedem Fall sind der Hauptkontakt und der Überwachungskontakt aber voneinander galvanisch getrennt, sodass über die beiden Kontakte, also den Hauptkontakt und den Überwachungskontakt, nicht ein gemeinsamer (geschlossener) Stromkreis ausgebildet ist. Die beiden Kontakte werden also nicht dazu verwendet, in einer Schaltstellung des Kontaktschalters eine Ladefunktionalität und in der anderen Schaltstellung des Kontaktschalters eine Sensorfunktionalität oder ähnliches bereitzustellen. Vielmehr sind der Hauptkontakt und der Überwachungskontakt zwei voneinander unabhängigen Stromkreisen zugeordnet, die voneinander galvanisch getrennt sind.
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Die Überwachung kann grundsätzlich während des Ladevorgangs erfolgen, aber auch vor einem Ladevorgang und/oder nach einem Ladevorgang, insbesondere im Zusammenhang mit einem Selbsttest. Ferner kann die Überwachung in zyklischen Abständen erfolgen.
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Sofern eine fehlerhafte bzw. falsche Schaltstellung detektiert wird, kann eine Warnung ausgegeben werden, beispielsweise eine optische Warnung, eine akustische Warnung und/oder eine Warnung mittels eines Fernmeldekontakts. Ebenso kann vorgesehen sein, dass ein Laden nicht möglich ist, also kein Ladevorgang gestartet werden kann, sofern bei der Überprüfung eine fehlerhafte bzw. falsche Schaltstellung detektiert wurde.
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Weitere Vorteile und Eigenschaften der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:
- - 1 eine schematische Übersicht eines Fahrzeugbatterieladesystems, das eine erfindungsgemäße elektrische Ladeinfrastruktur sowie ein Fahrzeug mit einer Fahrzeugkontakteinheit umfasst,
- - 2 eine schematische Draufsicht auf eine Bodenkontakteinheit einer erfindungsgemäßen elektrischen Ladeinfrastruktur,
- - 3 eine schematische Darstellung der elektrischen Verschaltung der Leistungskontakte der Bodenkontakteinheit gemäß 2, und
- - 4 eine schematische Übersicht über einen Ablauf, der ein Verfahren zum Überprüfen einer Bodenkontakteinheit einer elektrischen Ladeinfrastruktur umfasst.
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In 1 ist ein Fahrzeugbatterieladesystem 10 gezeigt, das eine elektrische Ladeinfrastruktur 12 sowie ein zumindest teilweise elektrisch betriebenes Fahrzeug 14 zeigt, das eine Fahrzeugkontakteinheit 16 aufweist, die mit einer Bodenkontakteinheit 18 der elektrischen Ladeinfrastruktur 12 eine konduktive Verbindung eingehen kann, um eine hier nicht näher dargestellte Batterie des Fahrzeugs 14 zu laden.
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Die elektrische Ladeinfrastruktur 12 weist einen Überwachungsschaltkreis 20 sowie eine Abschalteinrichtung 22 auf, die vollständig in der Bodenkontakteinheit 18 integriert sein können. Alternativ kann der Überwachungsschaltkreis 20 teilweise in der Bodenkontakteinheit 18 und teilweise in einer zur Bodenkontakteinheit 18 separat ausgebildeten Überwachungseinheit 24 angeordnet sein. Ferner kann vorgesehen sein, dass der Überwachungsschaltkreis 20 und die Abschalteinrichtung 22 beide vollständig in der separat ausgebildeten Überwachungseinheit 24 angeordnet sind.
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Die separat ausgebildete Überwachungseinheit 24 ist demnach optional, weswegen sie in 1 gestrichelt dargestellt ist. Ebenso sind der Überwachungsschaltkreis 20 und die Abschalteinrichtung 22 gestrichelt dargestellt, da ihre jeweilige Position je nach Ausführungsart unterschiedlich sein kann.
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In jedem Fall wäre die separat ausgebildete Überwachungseinheit 24 mit der Bodenkontakteinheit 18 elektrisch verbunden, wie dies in 1 angedeutet ist.
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Insofern umfasst die elektrische Ladeinfrastruktur 12 ein Überprüfungssystem 25, mit Überprüfungen durchgeführt werden können, wie nachfolgend noch erläutert wird.
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In 2 ist die Bodenkontakteinheit 18 in einer Draufsicht gemäß einer Ausführungsvariante gezeigt.
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Die Bodenkontakteinheit 18 weist einen plattenförmigen Grundkörper 26 auf, der eine Ladefläche 28 hat, welche vor dem Herstellen der konduktiven Verbindung freiliegend ist. Mit anderen Worten handelt es sich bei der Ladefläche 28 demnach um eine freiliegende Ladefläche, wenn die Kontaktierung zwischen der Bodenkontakteinheit 18 und der Fahrzeugkontakteinheit 16 hergestellt wird.
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Die Ladefläche 28 kann jedoch grundsätzlich im nicht benutzten Zustand von einer (hier nicht dargestellten) Abdeckung verdeckt sein, sodass die Ladefläche 28 vor Umwelteinflüssen geschützt ist. Die entsprechende Abdeckung kann manuell oder automatisch entfernt werden, wodurch die Ladefläche 28 frei zugänglich wird.
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Auf der Ladefläche 28 sind mehrere Kontakte 30 vorgesehen, bei denen es sich um unterschiedliche Kontaktarten bzw. Kontakttypen handeln kann.
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In jedem Fall umfassen die Kontakte 30 unter anderem Leistungskontakte 32, welche zum Ladevorgang der Batterie des Fahrzeugs 14 genutzt werden, indem die entsprechenden Leistungskontakte 32 einer Potenziallage 34 zugeordnet werden.
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In der gezeigten Ausführungsform ist die Bodenkontakteinheit 18 als dreiphasige Bodenkontakteinheit ausgebildet, was bedeutet, dass die einzelnen Leistungskontakte 32 den Phasen L1, L2 und L3 sowie einer Neutralphase N, die auch als Neutralleiter bezeichnet wird, zugeordnet werden können. Hierbei handelt es sich demnach um die entsprechenden Potenziallagen N, P1, P2 und P3.
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Neben den Leistungskontakten 32 umfassen die Kontakte 30 zumindest einen Schutzleiter-Kontakt 35, also einen PE-Kontakt, wobei in der gezeigten Ausführungsform mehrere Schutzleiter-Kontakte 35 vorgesehen sind, die separat und isoliert von den Leistungskontakten 32 auf der Ladefläche 28 angeordnet sind.
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Alternativ zur in 2 gezeigten Ausführungsform kann die Bodenkontakteinheit 18 eine durchgehende Schutzleiter-Ebene aufweisen, die demnach im Wesentlichen der Fläche des Grundkörpers 26 bzw. der Grundfläche der Ladefläche 28 entspricht. Die einzelnen Leistungskontakte 32 können dann die entsprechende Schutzleiter-Schicht durchbrechen, wobei die Leistungskontakte 32 jeweils isoliert zur Schutzleiter-Ebene sind, beispielsweise durch ringförmige Abschnitte.
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Darüber hinaus können die Kontakte 30 zudem zumindest einen Steuerkontakt 36 umfassen, welcher benutzt wird, um eine Kontaktierungsüberprüfung vorzunehmen.
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In der gezeigten Ausführungsform sind mehrere Steuerkontakte 36 vorgesehen, die lediglich beispielhaft eingezeichnet worden sind. Über die Steuerkontakte 36 kann grundsätzlich festgestellt werden, ob die Fahrzeugkontakteinheit 16 die Bodenkontakteinheit 18 kontaktiert hat.
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Insbesondere sind die Kontakte 30 grundsätzlich so auf der Ladefläche 28 verteilt und zueinander angeordnet, dass zumindest zwei Steuerkontakte 36 in einem Kontaktierungsbereich der Ladefläche 28 liegen, welcher von der Fahrzeugkontakteinheit 16 überdeckt ist, wenn die konduktive Verbindung hergestellt ist. Über die zwei Steuerkontakte 36 im Kontaktierungsbereich kann zudem festgestellt werden, in welcher Orientierung die Bodenkontakteinheit 18 kontaktiert worden ist.
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Durch Kenntnis der Geometrie der Fahrzeugkontakteinheit 16 kann darüber hinaus ermittelt werden, welche Kontakte 30 kontaktiert worden sind, also welche der Kontakte 30 zur Teilmenge der kontaktierten Kontakte 30 gehört, die im Kontaktierungsbereich der Ladefläche 28 liegen.
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Aus 3 geht ferner hervor, dass die Leistungskontakte 32, die den vier unterschiedlichen Potenziallagen zugeordnet sind, nämlich den Phasen L1, L2, L3 sowie der Neutralphase N, jeweils über einen Kontaktschalter 38 der entsprechenden Potenziallage 34 zugeordnet sind.
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Die Kontaktschalter 38 sind demnach mit den Leistungskontakte 32 in Reihe geschaltet, wie dies aus 3 zu entnehmen ist.
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Die Kontaktschalter 38 sind jeweils als Spiegelkontakte ausgebildet, sodass die Kontaktschalter 38 einen Hauptkontakt 40 sowie einen Überwachungskontakt 42 aufweisen. Aufgrund der Ausbildung als Spiegelkontakte ist sichergestellt, dass der Hauptkontakt 40, welcher als ein Relais fungiert, mit dem Überwachungskontakt 42 mechanisch gekoppelt ist, sodass sich die jeweiligen Schaltstellungen des Hauptkontakts 40 und des Überwachungskontakts 42 gegenseitig bedingen bzw. voneinander abhängen. Der Hauptkontakt 40 und der Überwachungskontakt 42 sind jedoch voneinander galvanisch getrennt, sodass beide Kontakte 40, 42 nicht einem gemeinsamen Stromkreis zugeordnet sind. Vielmehr sind beide Kontakte 40, 42 unterschiedlichen Stromkreisen zugeordnet, die voneinander unabhängig und zudem galvanisch voneinander getrennt sind.
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Insofern gibt es keine Schaltstellung des Kontaktschalters 38, in der ein geschlossener Stromkreis gebildet ist, in dem sowohl der Hauptkontakt 40 als auch der Überwachungskontakt 42 eingebunden sind, sodass ein Strom über beide Kontakte 40, 42 des Kontaktschalters 38 fließen könnte.
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Der Hauptkontakt 40 ist, wie in 3 gezeigt, als ein normalerweise geöffneter Kontakt, also ein NO-Kontakt, ausgebildet, wohingegen der Überwachungskontakt 42 als ein normalerweise geschlossener Kontakt, also ein NC-Kontakt, ausgebildet ist.
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In 3 ist demnach die Ausgangsstellung der Kontaktschalter 38 gezeigt, da sich die Kontaktschalter 38 jeweils in einer entsprechenden Schaltstellung befinden, bei denen die Hauptkontakte 40 geöffnet sind, sodass kein Stromfluss zu den Leistungskontakten 32 möglich ist. Mit anderen Worten sind die Leistungskontakte 32 keiner Potenziallage 34 zugeschaltet, wodurch ein Berührschutz gewährleistet ist.
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Der entsprechende Berührschutz kann mittels der Ladeinfrastruktur 12 überwacht werden, indem der Überwachungsschaltkreis 20 unter anderem die jeweilige Schaltstellung der Überwachungskontakte 42 der entsprechenden Kontaktschalter 38 überwacht.
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Die Überwachung findet dabei zumindest bei den Kontaktschaltern 38 statt, die Leistungskontakten 32 zugeordnet sind, welche beim Vorliegen der konduktiven Verbindung zwischen der Bodenkontakteinheit 18 und der Fahrzeugkontakteinheit 16 nicht kontaktiert sind, also bei Leistungskontakten 32, welche nicht zur Teilmenge der mehreren Kontakte 30 der Bodenkontakteinheit 18 gehören, die kontaktiert sind.
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Der Überwachungsschaltkreis 20 steuert die Abschalteinrichtung 22 an, sofern der Überwachungsschaltkreis 20 feststellt, dass eine falsche Schaltstellung bei einem der Überwachungskontakte 42 vorliegt, was zur Folge hat, dass einer der Hauptkontakte 40 ebenfalls eine falsche Schaltstellung hat, da die Überwachungskontakte 42 und die Hauptkontakte 40 mechanisch miteinander gekoppelt sind.
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Die falsche Schaltstellung entspricht dabei einer geöffneten Schaltstellung des Überwachungskontakts 42, welche mit einer geschlossenen Schaltstellung des zugeordneten Hauptkontakts 40 einhergeht, was bedeuten würde, dass ein frei zugänglicher Leistungskontakt 32 einer Potenziallage 34 zugeordnet wäre, obwohl dies nicht gewünscht ist, da der entsprechende Leistungskontakt 32 freiliegend ist.
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Die Abschalteinrichtung 22 ändert aufgrund der Ansteuerung durch den Überwachungsschaltkreis 20 ihren Zustand, was mit einer vollständigen Abschaltung bzw. einer vollständigen Trennung einhergehen kann. Mit anderen Worten kann die Abschalteinrichtung 22 derart ausgebildet sein, dass eine galvanische Trennung sämtlicher Leistungskontakte 32 vorgenommen wird, wodurch sämtliche Leistungskontakte 32 potenzialfrei geschaltet werden würden.
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Insofern kann die Abschalteinrichtung 22 einen Hauptschalter 44 bzw. ein Schütz umfassen, welcher die entsprechende galvanische Trennung vollzieht.
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Sofern die Abschalteinrichtung 22 in der Bodenkontakteinheit 18 integriert ist, sind zwei Schaltelemente in einem Strompfad innerhalb der Bodenkontakteinheit 18 vorgesehen, die in Serie geschaltet sind, nämlich die jeweiligen Kontaktschalter 38 sowie der Hauptschalter 44.
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Alternativ kann die Abschalteinrichtung 22 eine elektronische Leistungsregelung 46 umfassen, die vorgesehen ist, die der Potenziallage 34 zugeordnete Spannung entsprechend zu reduzieren, sodass die anliegende Spannung auf einen unkritischen Wert begrenzt wird, wodurch der Berührschutz gewährleistet ist. Mit anderen Worten liegt an dem jeweiligen Leistungskontakt 32, der mit dem fälschlicherweise geschlossenen Hauptkontakt 40 des Kontaktschalters 38 gekoppelt ist, eine so niedrige Spannung an, dass keine Gefahr besteht.
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In 1 war bereits gezeigt, dass sowohl der Überwachungsschaltkreis 20 als auch die Abschalteinrichtung 22 teilweise in der Bodenkontakteinheit 18 sowie teilweise in der separat ausgebildeten Überwachungseinheit 24 angeordnet sein können.
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Sofern der Überwachungsschaltkreis 20 zwei Teilschaltkreise umfasst, kann vorgesehen sein, dass der erste Teilschaltkreis in der Bodenkontakteinheit 18 integriert ist und zumindest ein Ausgabesignal der Bodenkontakteinheit 18 an den zweiten Teilschaltkreis des Überwachungsschaltkreises 20 ausgibt, der in der separat ausgebildeten Überwachungseinheit 24 integriert ist.
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Das zumindest eine Ausgabesignal kann dabei den Zustand der gesamten Bodenkontakteinheit 18 übermitteln, beispielsweise in Form eines binären Signals, also „ok“ bzw. „nicht ok“, wodurch der Überwachungsschaltkreis 20, insbesondere der zweite Teilschaltkreis, dann die Abschalteinrichtung 22 entsprechend ansteuert, sodass die Abschalteinrichtung 22 ihren Zustand verändert.
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Mit Hilfe des Überwachungsschaltkreises 20 findet somit eine kontinuierliche Berührschutzüberwachung der Leistungskontakte 32 statt, indem Schaltstellungen der Kontaktschalter 38 kontinuierlich überwacht werden, welche Leistungskontakten 32 zugeordnet sind, die nicht zur Teilmenge der kontaktierten Kontakte 30 gehören.
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Neben dieser kontinuierlichen Berührschutzüberwachung kann ferner vorgesehen sein, dass eine kontinuierliche Berührschutzüberwachung durchgeführt wird, indem eine bestehende Kontaktierung zumindest eines Kontakts 30 kontinuierlich überwacht wird, der zur Teilmenge der kontaktierten Kontakte 30 gehört. Hierbei kann es sich um den Steuerkontakt 36, einen Leistungskontakt 32 und/oder einen der Schutzleiter-Kontakte 35 handeln.
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Zur entsprechenden Überwachung kann ein Signal, beispielsweise ein hochfrequentes Signal, über einen der entsprechenden Kontakte 30 eingespeist werden, wobei eine Unterbrechung des entsprechenden Signals festgestellt werden würde, wenn die konduktive Verbindung abreißt.
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Es kann so grundsätzlich eine fehlerhafte Ansteuerung eines der Kontaktschalter 38 festgestellt werden, beispielsweise verursacht durch ein Problem mit der (Ansteuerungs-)Elektronik und/oder durch ein Softwareproblem. Eine derartige Feststellung bzw. Überwachung ist insbesondere während eines durchgeführten Ladevorgangs möglich.
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Aus 4 geht ferner hervor, dass neben der kontinuierlichen Berührschutzüberwachung weitere Überprüfungen stattfinden, insbesondere bevor ein Ladevorgang initiiert wird.
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Zur Vorbereitung des Ladevorgangs kann zunächst ein Selbsttest der Leistungskontakte 32 durchgeführt werden, um sicherzustellen, dass die Kontaktschalter 38 aller Leistungskontakte 32 geöffnet sind. Dies kann zu Beginn durchgeführt werden, um sicherzustellen, dass sich die Bodenkontakteinheit 18 grundsätzlich in einem Zustand befindet, um einen Ladevorgang überhaupt ausführen zu können.
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Hierzu kann mittels des Überwachungsschaltkreises 20 die Stellungen der Kontaktschalter 38 überwacht werden, insbesondere der Überwachungskontakte 42, wie zuvor schon bzgl. der kontinuierlichen Berührschutzüberwachung beschrieben wurde.
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Darüber hinaus umfasst die Vorbereitungsphase einen Kompatibilitätscheck, bei dem eine Kommunikation zwischen der Bodenkontakteinheit 18 und der Fahrzeugkontakteinheit 16 des Fahrzeugs erfolgt, um festzustellen, ob die beiden Kontakteinheiten 16, 18 überhaupt miteinander einen Ladevorgang durchführen können. Hierbei können entsprechende Signale miteinander ausgetauscht werden, um festzustellen, ob die Kontakteinheiten 16, 18 kompatibel zueinander sind.
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Anschließend kann während der Vorbereitungsphase eine Positionierung erfolgen, bei der das Fahrzeug 14 über die Bodenkontakteinheit 18 bzw. in Bezug hierzu positioniert wird, indem bspw. einem Fahrer des Fahrzeugs 14 entsprechende Signale angezeigt werden, sodass dieser das Fahrzeug 14 möglichst exakt über die Bodenkontakteinheit 18 parkt, wodurch eine konduktive Verbindung hergestellt werden kann. Hierdurch ist es möglich, die Größe der Bodenkontakteinheit 18 zu minimieren.
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Das Fahrzeug 14 bzw. die Fahrzeugkontakteinheit 16 wird daraufhin eine Ladeanforderung an die elektrische Ladeinfrastruktur 12 schicken, insbesondere die Bodenkontakteinheit 18. Die elektrische Ladeinfrastruktur 12 verarbeitet die Ladeanforderung entsprechend. Sollte das Ergebnis positiv sein, so wird dies dem Fahrzeug 14 bzw. der Fahrzeugkontakteinheit 16 kommuniziert, woraufhin der Ladevorgang initiiert werden könnte.
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Hierzu wird zunächst die konduktive Verbindung zwischen der Fahrzeugkontakteinheit 16 und der Bodenkontakteinheit 18 hergestellt, indem zumindest ein Bauteil der Fahrzeugkontakteinheit 16 in Richtung der Bodenkontakteinheit 18 bewegt wird, wodurch dieses auf der Ladefläche 28 der Bodenkontakteinheit 18 bereichsweise zur Anlage kommt, sodass zumindest eine Teilmenge der mehreren Kontakte 30 der Bodenkontakteinheit 18 kontaktiert ist.
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Um dies festzustellen, wird die Kontaktierungsüberprüfung durchgeführt, bei der festgestellt wird, ob Kontakte 30 der Bodenkontakteinheit 18 kontaktiert sind. Zudem kann festgestellt werden, welche der entsprechenden Kontakte 30 kontaktiert sind, indem diese einzeln und/oder gruppenweise durchgeschaltet werden.
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Hierzu können hochfrequente Signale vorgesehen sein, welche über die Leistungskontakte 32 geführt werden. Alternativ kann vorgesehen sein, dass dies über die Steuerkontakte 36 erfolgt. Die Steuerkontakte 36 können dabei unterschiedliche Signale führen, wodurch neben der reinen Feststellung, welche Kontakte 30 belegt sind, zudem festgestellt werden kann, wie die Kontaktierungsorientierung der Fahrzeugkontakteinheit 16 in Bezug auf die Bodenkontakteinheit 18 ist.
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In Abhängigkeit der durchgeführten Kontaktierungsüberprüfung könnten dann die Leistungskontakte 32 bestimmten Potenziallagen 34 zugeordnet werden.
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Während der Überprüfungsphase findet jedoch noch eine Schutzleiterüberprüfung statt, bei der ein Teststrom über wenigstens einen Kontakt 30 der mehreren Kontakte 30 geführt wird, um eine Kontaktgüte der vorliegenden konduktiven Verbindung zwischen der Fahrzeugkontakteinheit 16 und der Bodenkontakteinheit 18 zu ermitteln.
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Hierzu kann das Fahrzeug 14 einen Stromgenerator oder einen Signalgenerator umfassen, welcher den Teststrom bereitstellt, der über einen der Kontakte der Fahrzeugkontakteinheit auf einen hiermit gekoppelten Kontakt 30 der Kontakte 30 der Bodenkontakteinheit 18 geleitet wird.
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Beispielsweise kann einer der Leistungskontakte 32 genutzt werden, welcher mit einem korrespondierenden Leistungskontakt der Fahrzeugkontakteinheit 16 gekoppelt ist, wobei der entsprechende Leistungskontakt 32 der Bodenkontakteinheit 18 auf das Schutzleiter-Niveau geschaltet worden ist, welches dem Niveau des Schutzleiter-Kontakts 35 entspricht. Hierzu kann ein Relais vorgesehen sein, über das der entsprechende Kontakt 30 mit dem Schutzleiter-Niveau verbunden wird.
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Anschließend kann dann ein Widerstand gemessen werden, um die Kontaktgüte zu ermitteln. Hierbei sollte der gemessene Widerstand einen Widerstandswert von 0,1 Ω nicht überschreiten, sodass ein Schutzleiterwiderstands-Schwellenwert von 0,1 Ω vorgesehen ist. Der verwendete Teststrom sollte dabei eine Stromstärke von mindestens 200 mA haben.
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Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass der Teststrom durch die Bodenkontakteinheit 18 bereitgestellt wird.
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Ein weiterer Schritt sieht vor, dass bei der Überprüfung eine Isolationsüberprüfung durchgeführt wird, um festzustellen, dass zwischen Kontakten 30 oder anderen Bereichen der Bodenkontakteinheit 18 keine Kriechströme oder ähnliches vorliegen.
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Die Isolationsüberprüfung kann grundsätzlich zwischen zwei Kontakten 30 durchgeführt werden, indem eine Testspannung angelegt und ein Isolationswiderstand gemessen wird, der mit einem vorgegebenen Isolationswiderstands-Schwellenwert verglichen wird. Beispielsweise hat die Testspannung zumindest 500 V. Der Isolationswiderstands-Schwellenwert beträgt beispielsweise 0,25 MΩ.
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Die beiden Kontakte 30, die für die Isolationsüberprüfung herangezogen werden, können benachbarte Kontakte auf der Ladefläche 28 sein, insbesondere zwei Kontakte 30 der Teilmenge der Kontakte 30, die beim Vorliegen der konduktiven Verbindung kontaktiert sind. Zwischen benachbarten Kontakten 30 kann am ehesten eine (ungewollte) leitende Verbindung vorkommen, beispielsweise über einen Gegenstand, Dreck oder Feuchtigkeit. Insbesondere wird die Isolationsüberprüfung zwischen zwei Leistungskontakten 32 durchgeführt. Alternativ oder ergänzend kann vorgesehen sein, dass die Isolationsüberprüfung zwischen zumindest einem Leitungskontakt 32 und dem zumindest einen Schutzleiter-Kontakt 35 durchgeführt wird. Auch kann die Isolationsüberprüfung zwischen zumindest einem Leitungskontakt 32 und dem Steuer-Kontakt 35 durchgeführt werden.
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Auch kann bei der Isolationsüberprüfung die Isolation von einem Kontakt 30 der Teilmenge zu einem Punkt auf der Ladefläche 28 des Grundkörpers 26 gemessen werden.
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Grundsätzlich kann vorgesehen sein, dass die Isolationsüberprüfung nur dann durchgeführt wird, wenn zuvor festgestellt worden ist, dass zumindest eine Teilmenge der mehreren Kontakte 30 überhaupt kontaktiert ist, also eine konduktive Verbindung vorliegt.
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Darüber hinaus kann die Schutzleiterüberprüfung ebenfalls nur dann durchgeführt werden, wenn zuvor festgestellt worden ist, dass eine konduktive Verbindung vorliegt, also zumindest die Teilmenge der mehreren Kontakte 30 kontaktiert ist. Darüber hinaus kann die Schutzleiterüberprüfung auch nur dann durchgeführt werden, wenn zuvor die Isolationsüberprüfung erfolgreich durchgeführt worden ist.
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Nachdem die Überprüfung durchgeführt worden ist und sämtliche Überprüfungsschritte erfolgreich abgeschlossen wurden, kann der Ladevorgang beginnen.
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Wie zuvor bereits erläutert, wurden die Leistungskontakte 32, die nicht zur Teilmenge der kontaktierten Kontakte 30 gehören, bereits potenzialfrei geschaltet, was zudem während des Selbsttests während der Vorbereitung überprüft worden ist.
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Insofern werden lediglich die Leistungskontakte 32 der entsprechenden Potenziallage 34 zugeschaltet, die zur Teilmenge der kontaktierten Kontakte 30 gehören.
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Ein Ladestrom fließt dann von der Bodenkontakteinheit 18 in die Batterie des Fahrzeugs 14 über die Fahrzeugkontakteinheit 16, welche mit der Bodenkontakteinheit 18 die konduktive Verbindung ausgebildet hat, wodurch die Batterie entsprechend geladen wird.
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Während des Ladevorgangs findet die kontinuierliche Berührschutzüberwachung statt, wie bereits erläutert wurde. Hierbei wird festgestellt, ob tatsächlich nur die kontaktierten Leistungskontakte 32 einer entsprechenden Potenziallage 34 zugeschaltet sind bzw. ob die bestehende Kontaktierung während des Ladevorgangs nicht abreißt, indem ein Kontakt 30 der Teilmenge der kontaktierten Kontakte kontinuierlich überwacht wird, beispielsweise der Steuerkontakt 36.
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Sollte festgestellt werden, dass der Berührschutz nicht mehr gewährleistet ist, so wird die Abschalteinrichtung 22 vom Überwachungsschaltkreis 20 angesteuert, wodurch entweder der Hauptschalter 44 geöffnet wird, um eine galvanische Trennung vorzunehmen, und/oder die elektronische Leistungsregelung 46 das entsprechende Potenzial herunterregelt, bis ein unkritischer Wert der Spannung erreicht worden ist. Der unkritische Wert kann eine Spannung sein, die ungefährlich ist, insbesondere eine Spannung unterhalb von 25 V Wechselspannung, also 25 Vac, bzw. 60 V Gleichspannung, also 60 Vdc.
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Nachdem der Ladevorgang abgeschlossen worden ist, wird die konduktive Verbindung zwischen der Fahrzeugkontakteinheit 16 und der Bodenkontakteinheit 18 getrennt.
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Hierzu werden zunächst die zuvor zugeschalteten Leistungskontakte 32, welche der Teilmenge angehören, potenzialfrei geschaltet, indem die entsprechenden Kontaktschalter 38 angesteuert werden. Zudem kann auch die Abschalteinrichtung 22 entsprechend angesteuert werden, um beispielsweise eine galvanische Trennung über den Hauptschalter 44 durchzuführen. Dies schafft eine Redundanz. Zusätzlich kann noch einmal überprüft werden, ob die Leistungskontakte 32 alle potenzialfrei sind, indem die zugeordneten Überwachungskontakte 42 über den Überwachungsschaltkreis 20 überwacht werden.
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Anschließend wird die konduktive Verbindung gelöst, indem die Fahrzeugkontakteinheit 16 außer Anlage gebracht wird, sodass kein Kontakt mehr mit der Bodenkontakteinheit 18 besteht. Das Fahrzeug 14 kann dann die elektrische Ladeinfrastruktur 12 verlassen.
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Abschließend kann noch ein erneuter Selbsttest durchgeführt werden, indem festgestellt wird, ob sich sämtliche Leistungskontakte 32 in ihrem potenzialfreien Zustand befinden, also ob die zugeordneten Kontaktschalter 38 allesamt im nichtstromführenden Zustand sind, der vorliegt, wenn die entsprechenden Hauptkontakte 40 geöffnet bzw. die Überwachungskontakte 42 geschlossen sind.
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Grundsätzlich kann der Selbsttest natürlich auch zu anderen Zeitpunkten durchgeführt werden. Es können also Selbsttests zu mehreren Zeitpunkten durchgeführt werden, beispielsweise zyklisch, um die Bereitschaft der elektrischen Ladeinfrastruktur 12, insbesondere die der Bodenkontakteinheit 18, kontinuierlich zu überprüfen.
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Insofern ist sichergestellt, dass das Fahrzeug 14 effizient elektrisch geladen werden kann, indem eine konduktive Verbindung vorgenommen wird. Gleichzeitig sind entsprechende Sicherheitsvorkehrungen getroffen, indem überprüft wird, ob sich die Bodenkontakteinheit 18 in einem Zustand befindet, der für einen Ladevorgang geeignet ist.
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Der in 4 gezeigte Ablauf und das zugehörige Verfahren kann grundsätzlich von der elektrischen Ladeinfrastruktur 12 ausgeführt werden, die hierzu entsprechend eingerichtet ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2019052962 A1 [0003, 0004]
