DE102022108027A1 - Electrical charging infrastructure - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine elektrische Ladeinfrastruktur (12) zum Herstellen einer konduktiven Verbindung zu einer Fahrzeugkontakteinheit (16). Die Ladeinfrastruktur (12) hat eine Bodenkontakteinheit (18), die einen plattenförmigen Grundkörper (26) und mehrere Kontakte (30) aufweist, die auf einer Ladefläche (28) des Grundkörpers (26) angeordnet sind. Die mehreren Kontakte (30) umfassen Leistungskontakte (32), die wenigstens einer Potenziallage zugeordnet sind. Die Leistungskontakte (32) sind jeweils mit einem Kontaktschalter (38) in Reihe verbunden. Die Kontaktschalter (38) sind als Spiegelkontakte ausgebildet, sodass jeder Kontaktschalter (38) einen Hauptkontakt (40) und einen Überwachungskontakt (42) umfasst, die mechanisch gekoppelt sind, aber voneinander galvanisch getrennt sind. Die Ladeinfrastruktur (12) hat einen Überwachungsschaltkreis (20), der eingerichtet ist, zumindest die jeweilige Schaltstellung der Überwachungskontakte (42) der Kontaktschalter (38) zu überwachen, die Leistungskontakten (32) zugeordnet sind, die beim Vorliegen einer konduktiven Verbindung nicht kontaktiert sind. Der Überwachungsschaltkreis (20) ist eingerichtet, eine Abschalteinrichtung (22) anzusteuern.The invention relates to an electrical charging infrastructure (12) for establishing a conductive connection to a vehicle contact unit (16). The charging infrastructure (12) has a ground contact unit (18) which has a plate-shaped base body (26) and a plurality of contacts (30) which are arranged on a loading surface (28) of the base body (26). The plurality of contacts (30) include power contacts (32) that are assigned to at least one potential level. The power contacts (32) are each connected in series to a contact switch (38). The contact switches (38) are designed as mirror contacts, so that each contact switch (38) comprises a main contact (40) and a monitoring contact (42), which are mechanically coupled but are galvanically isolated from one another. The charging infrastructure (12) has a monitoring circuit (20) which is set up to monitor at least the respective switching position of the monitoring contacts (42) of the contact switches (38), which are assigned to power contacts (32) which are not contacted when there is a conductive connection . The monitoring circuit (20) is set up to control a shutdown device (22).
Description
Die Erfindung betrifft eine elektrische Ladeinfrastruktur zum Herstellen einer konduktiven Verbindung zu einer Fahrzeugkontakteinheit.The invention relates to an electrical charging infrastructure for establishing a conductive connection to a vehicle contact unit.
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.In the case of at least partially electrically powered vehicles, such as plug-in hybrid vehicles and purely electric vehicles, the vehicle batteries must be charged regularly, preferably after each journey. For this purpose, the vehicle is connected to a corresponding power source, usually using a plug, for example a so-called Type 2 plug, which must be manually plugged into a corresponding socket on the vehicle by a person.
Aus dem Stand der Technik, beispielsweise der
Beispielsweise ist die Bodenkontakteinheit als ein sogenanntes Matrix-Charging-Pad ausgebildet, wie dies in der
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. Zudem werden typischerweise pro Leistungskontakt zwei Relais in Serie geschaltet, um eine entsprechende Redundanz und Ausfallsicherheit zu garantieren. Zudem wird über die mehreren Relais sichergestellt, dass die Bodenkontakteinheit bereit ist, einen Ladevorgang durchzuführen, indem zunächst alle Relais geöffnet werden, sodass sämtliche Leistungskontakte potenzialfrei geschaltet sind.Typically, the occupied contact areas are switched on using separate relays that are assigned to each power contact of the ground contact unit. This results in a so-called matrix relay, which, among other things, ensures the safety-relevant requirements regarding the insulation distance of the individual switches. In addition, two relays are typically connected in series per power contact to guarantee appropriate redundancy and reliability. In addition, the multiple relays ensure that the ground contact unit is ready to carry out a charging process by first opening all relays so that all power contacts are switched potential-free.
Die hohe Anzahl an Relais sowie deren Verschaltung führen jedoch zu entsprechend hohen Kosten.However, the large number of relays and their interconnection lead to correspondingly high costs.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, die Ladeinfrastruktur hinsichtlich ihres Aufbaus effizienter zu gestalten.The object of the invention is to make the charging infrastructure more efficient in terms of its structure.
Die Aufgabe wird 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 angeordnet sind, an der die Fahrzeugkontakteinheit zur Anlage kommen kann. Die mehreren Kontakte umfassen zumindest Leistungskontakte, die wenigstens einer Potenziallage zugeordnet sind. Die Leistungskontakte sind jeweils mit einem Kontaktschalter in Reihe verbunden. Die Kontaktschalter sind jeweils als Spiegelkontakte ausgebildet, sodass jeder Kontaktschalter einen Hauptkontakt und einen Überwachungskontakt umfasst, die mechanisch gekoppelt sind, aber voneinander galvanisch getrennt sind. Die Ladeinfrastruktur weist einen Überwachungsschaltkreis auf, der eingerichtet ist, zumindest die jeweilige Schaltstellung der Überwachungskontakte der Kontaktschalter zu überwachen, die Leistungskontakten zugeordnet sind, die beim Vorliegen einer konduktiven Verbindung nicht kontaktiert sind. Der Überwachungsschaltkreis ist eingerichtet, eine Abschalteinrichtung anzusteuern.The object is achieved according to the invention by an electrical charging infrastructure for establishing a conductive connection to a vehicle contact unit. The charging infrastructure has a ground contact unit which has a plate-shaped base body and a plurality of contacts which are arranged on a loading area of the base body, against which the vehicle contact unit can come into contact. The multiple contacts include at least power contacts that are assigned to at least one potential layer. The power contacts are each connected in series with a contact switch. The contact switches are each designed as mirror contacts, so that each contact switch includes a main contact and a monitoring contact, which are mechanically coupled but are galvanically isolated from each other. The charging infrastructure has a monitoring circuit that is set up to monitor at least the respective switching position of the monitoring contacts of the contact switches, which are assigned to power contacts that are not contacted when there is a conductive connection. The monitoring circuit is set up to control a shutdown device.
Der Grundgedanke der Erfindung ist es, die Bodenkontakteinheit dahingehend einfacher zu gestalten, dass die Leistungskontakte nur einem Kontaktschalter zugeordnet sind anstatt zwei in Serie geschalteter Relais, wodurch die Anzahl der verwendeten Relais deutlich reduziert werden kann, was die Effizienz steigert und gleichzeitig die Kosten senkt. Die Kontaktschalter sind als Spiegelkontakte ausgebildet, sodass über deren Hauptkontakt ein Strom fließen kann, wenn dieser geschlossen ist, wobei gleichzeitig die Schaltstellung überwacht wird, indem der Überwachungskontakt vom Überwachungsschaltkreis überwacht wird, insbesondere die Stellung des Überwachungskontakts. Durch die Überwachung des Überwachungskontakts ist es möglich, die entsprechende Stellung des Hauptkontakts des als Spiegelkontakt ausgebildeten Kontaktschalters zu überprüfen, da der Hauptkontakt und der Überwachungskontakt mechanisch miteinander gekoppelt sind. Mit anderen Worten ist hierdurch gewährleistet, dass der als Relais ausgebildete Hauptkontakt die geforderte Öffnungsstrecke tatsächlich erreicht hat, um die gewünschte galvanische Trennung sicherzustellen, da nur dann der Überwachungskontakt in der geschlossenen Stellung ist, was vom Überwachungsschaltkreis entsprechend festgestellt wird. Ein unerwünschtes Verschweißen oder Verkleben des Hauptkontakts würde somit unter anderem festgestellt werden können, sodass entsprechende Maßnahmen vorgenommen werden könnten.The basic idea of the invention is to make the ground contact unit simpler in that the power contacts are only assigned to one contact switch instead of two relays connected in series, whereby the number of relays used can be significantly reduced, which increases efficiency and at the same time reduces costs. The contact switches are designed as mirror contacts, so that a current can flow through their main contact when it is closed, with the switching position being monitored at the same time by the monitoring contact being monitored by the monitoring circuit, in particular the position of the monitoring contact. By monitoring the monitoring contact, it is possible to check the corresponding position of the main contact of the contact switch designed as a mirror contact, since the main contact and the monitoring contact are mechanically coupled to one another. In other words, this ensures that the main contact designed as a relay has actually reached the required opening distance in order to ensure the desired galvanic isolation, since only then is the monitoring contact in the closed position, which corresponds to the monitoring circuit is determined accordingly. Undesirable welding or sticking of the main contact would thus be able to be detected, among other things, so that appropriate measures could be taken.
Darüber hinaus kann erfindungsgemäß grundsätzlich eine fehlerhafte Ansteuerung eines der Kontaktschalter festgestellt werden, beispielsweise verursacht durch ein Problem mit der (Ansteuerungs-)Elektronik und/oder durch ein Softwareproblem. Eine derartige Feststellung ist insbesondere während eines durchgeführten Ladevorgangs relevant.In addition, according to the invention, incorrect control of one of the contact switches can generally be detected, for example caused by a problem with the (control) electronics and/or by a software problem. Such a determination is particularly relevant during a charging process.
Zudem ist es für diese Art der Überwachung möglich, dass die Stellung der Kontaktschalter, insbesondere die Stellung der Hauptkontakte der Kontaktschalter, überwacht wird, wenn sich die Kontaktschalter in der nicht stromführenden Stellung befinden, also wenn der Hauptkontakt geöffnet ist. Dies entspricht der vorgesehenen Stellung der Leistungskontakte, die nicht kontaktiert sind, wenn die konduktive Verbindung hergestellt ist. Bei anderen Überwachungen kann dagegen nur die geschlossene Stellung überwacht werden, da ein entsprechender Signalpfad oder Stromfluss notwendig ist, der ausgewertet wird, um eine fehlerhafte Stellung zu detektieren.In addition, for this type of monitoring it is possible for the position of the contact switches, in particular the position of the main contacts of the contact switches, to be monitored when the contact switches are in the non-current-carrying position, i.e. when the main contact is open. This corresponds to the intended position of the power contacts, which are not contacted when the conductive connection is established. With other monitoring systems, however, only the closed position can be monitored, since a corresponding signal path or current flow is necessary, which is evaluated in order to detect a faulty position.
Selbstverständlich kann der Überwachungsschaltkreis zusätzlich die jeweiligen Schaltstellungen der Kontaktschalter überwachen, welche von der Fahrzeugkontakteinheit kontaktiert sind. Dies wird, wie oben erläutert, aufgrund der mechanischen Kopplung ebenfalls über den zugeordneten Überwachungskontakt der Kontaktschalter erfolgen, der dann in der geöffneten Stellung ist, da sich der zugeordnete Hauptkontakt in der geschlossenen Stellung befindet.Of course, the monitoring circuit can additionally monitor the respective switching positions of the contact switches, which are contacted by the vehicle contact unit. As explained above, due to the mechanical coupling, this will also take place via the associated monitoring contact of the contact switch, which is then in the open position since the associated main contact is in the closed position.
Die Bodenkontakteinheit kann grundsätzlich auf einer Fahrbahnfläche aufgesetzt oder in diese eingelassen sein. Dementsprechend wird die Bodenkontakteinheit auch als ein „Pad“ bezeichnet.The ground contact unit can basically be placed on a road surface or embedded in it. Accordingly, the ground contact unit is also referred to as a “pad”.
Die mehreren Kontakte, die auf der Ladefläche des Grundkörpers der Bodenkontakteinheit angeordnet sind, können unterschiedlicher Art sein. In jedem Fall umfassen die Kontakte Leistungskontakte, die für den Ladevorgang notwendig sind, da über die Leistungskontakte der Ladestrom geführt wird. Bei den Leistungskontakten handelt es sich um Kontakte, die einer neutralen Potenziallage („Neutral“) oder einer bestimmten Phase zugeordnet sind. Es können bis zu drei Phasen (P1, P2, P3) oder sogar mehr Phasen vorgesehen sein. Die Zuordnung der jeweiligen Potenziallage zu den Leistungskontakten kann zudem variabel gestaltet werden, sodass ein Umschalten der Potenziallage möglich ist.The multiple contacts that are arranged on the loading surface of the base body of the ground contact unit can be of different types. In any case, the contacts include power contacts that are necessary for the charging process, since the charging current is conducted via the power contacts. The power contacts are contacts that are assigned to a neutral potential position (“neutral”) or to a specific phase. Up to three phases (P1, P2, P3) or even more phases can be provided. The assignment of the respective potential level to the power contacts can also be designed variably, so that switching the potential level is possible.
Neben den Leistungskontakten können die mehreren Kontakte zudem noch zumindest einen Steuerkontakt (CP-Kontakt) aufweisen, über den ein Steuersignal geführt wird, um eine Kontaktierung der Bodenkontakteinheit bei einer Kontaktierungsüberprüfung festzustellen, insbesondere den tatsächlichen Kontaktierungsbereich der Ladefläche durch die Fahrzeugkontakteinheit.In addition to the power contacts, the plurality of contacts can also have at least one control contact (CP contact), via which a control signal is passed in order to determine contacting of the ground contact unit during a contacting check, in particular the actual contacting area of the loading area by the vehicle contact unit.
Alternativ oder ergänzend können die Kontakte neben den Leistungskontakten zumindest einen Schutzleiter-Kontakt aufweisen. Grundsätzlich können mehrere Schutzleiter-Kontakte, die separat ausgebildet sind, vorgesehen sein. Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass die gesamte Ladefläche als eine Schutzleiter-Ebene ausgebildet ist, durch die sich die Leistungskontakte und optional die Steuerkontakte erstrecken, wobei die andersartigen Kontakte von der Schutzleiter-Ebene mittels eines ringförmigen Isolierbereichs elektrisch isoliert sind.Alternatively or additionally, the contacts can have at least one protective conductor contact in addition to the power contacts. In principle, several protective conductor contacts, which are designed separately, can be provided. Alternatively, it can also be provided that the entire loading area is designed as a protective conductor level through which the power contacts and optionally the control contacts extend, the different types of contacts being electrically insulated from the protective conductor level by means of an annular insulating area.
Die Ladefläche des Grundkörpers ist eine freiliegende Ladefläche, sofern die Bodenkontakteinheit für den Ladevorgang vorbereitet ist. Dies bedeutet, dass die Ladefläche grundsätzlich freiliegend sein kann. Es kann auch vorgesehen sein, dass eine Abdeckung die Ladefläche im nicht genutzten Zustand zeitweise verdeckt, wobei die Abdeckung manuell oder automatisch entfernt wird, um die Ladefläche freizulegen, sodass ein Ladevorgang stattfinden kann. In jedem Fall sind die Kontakte an der Außenseite der Ladefläche angeordnet, sodass sie frei zugänglich sind, sofern die optional vorhandene Abdeckung entfernt wurde. Daher wird die Ladefläche auch als freiliegende Ladefläche bezeichnet, da vom Zustand ausgegangen wird, der vorliegt, wenn ein Ladevorgang stattfindet bzw. kurz davor.The loading area of the base body is an exposed loading area, provided that the ground contact unit is prepared for the charging process. This means that the loading area can basically be exposed. It can also be provided that a cover temporarily covers the loading area when not in use, with the cover being removed manually or automatically to expose the loading area so that a charging process can take place. In any case, the contacts are located on the outside of the loading area so that they are freely accessible provided the optional cover has been removed. The loading area is therefore also referred to as an exposed loading area, as it is based on the condition that exists when a charging process takes place or shortly before.
Der Überwachungsschaltkreis der Ladeinfrastruktur kann vollständig in der Bodenkontakteinheit selbst integriert sein, sodass die gesamte Überwachung in der Bodenkontakteinheit durchgeführt wird. Alternativ kann vorgesehen sein, dass der Überwachungsschaltkreis aus mehreren Teilschaltkreisen besteht, die in der Bodenkontakteinheit und in zumindest einer separat ausgebildeten Überwachungseinheit vorgesehen sind, wodurch der Überwachungsschaltkreis zwei- oder mehrgeteilt ausgebildet ist. Ebenso kann vorgesehen sein, dass der Überwachungsschaltkreis der Ladeinfrastruktur vollständig außerhalb der Bodenkontakteinheit vorgesehen ist.The charging infrastructure monitoring circuitry may be fully integrated into the ground contact unit itself, so that all monitoring is performed in the ground contact unit. Alternatively, it can be provided that the monitoring circuit consists of several sub-circuits which are provided in the ground contact unit and in at least one separately designed monitoring unit, whereby the monitoring circuit is designed in two or more parts. It can also be provided that the monitoring circuit of the charging infrastructure is provided completely outside the ground contact unit.
Die Abschalteinrichtung, welche von dem Überwachungsschaltkreis angesteuert werden kann, wird insbesondere dann angesteuert, wenn der Überwachungsschaltkreis eine Fehlstellung zumindest eines der Kontaktschalter feststellt, also wenn sich einer der Hauptkontakte in einer geschlossenen Stellung befindet, obwohl dieser in der geöffneten Stellung sein sollte, da der Hauptkontakt zu einem Kontaktschalter gehört, der einem Leistungskontakt zugeordnet ist, der beim Vorliegen der konduktiven Verbindung nicht kontaktiert ist. Die Abschalteinrichtung kann daraufhin zumindest die Bodenkontakteinheit oder die gesamte Ladeinfrastruktur abschalten, sodass ein frei zugänglicher, Leistungskontakt also ein nicht kontaktierter Leistungskontakt, nicht ungewollt einer Potenziallage zugeordnet ist, also eine Spannung vorliegt. Die Abschalteinrichtung kann demnach derart ausgestaltet sein, dass ein vorliegendes Potenzial vollständig abgeschaltet wird. Alternativ kann die Abschalteinrichtung die Potenziallage auch auf ein unkritisches Niveau absenken, was ebenfalls einer Abschaltung im Sinne der Erfindung entspricht, da kein Ladestrom fließt. Dies bedeutet, dass die Abschalteinrichtung nicht zwangsläufig die Bodenkontakteinheit vollständig (galvanisch) trennen muss. In jedem Fall ist so ein Berührschutz gewährleistet.The shutdown device, which can be controlled by the monitoring circuit, is activated in particular when the monitoring circuit has a misalignment at least one of the contact switches detects, i.e. when one of the main contacts is in a closed position, although it should be in the open position, since the main contact belongs to a contact switch that is assigned to a power contact that is not contacted when the conductive connection is present . The shutdown device can then switch off at least the ground contact unit or the entire charging infrastructure, so that a freely accessible power contact, i.e. a non-contacted power contact, is not unintentionally assigned to a potential position, i.e. a voltage is present. The switch-off device can therefore be designed in such a way that an existing potential is completely switched off. Alternatively, the switch-off device can also lower the potential level to a non-critical level, which also corresponds to a switch-off in the sense of the invention, since no charging current flows. This means that the shutdown device does not necessarily have to completely (galvanically) disconnect the ground contact unit. In any case, protection against contact is guaranteed.
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.The main contact and/or the monitoring contact of the contact switch can be a switch that has an open position and a closed position. In this respect, the main contact or the monitoring contact is designed as an on or off switch. This means that the main contact or the monitoring contact can be adjusted between an open position and a closed position. The advantage if the main contact is designed as a switch with an open position and a closed position is, among other things, that the main contact cannot weld when opened if it moves from its closed position, in which the charging current flows via the main contact a second position passes, which does not correspond to an open position, but to a closed position with a different counterpart, for example ground. When opening, an arc can be generated, which would then ensure that the main contact is welded in the second (closed) position, so that the main contact and thus the entire contact switch could no longer be adjusted. This is effectively prevented if at least the main contact is designed as a switch that has an open position and a closed position.
Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass der Hauptkontakt und/oder der Überwachungskontakt zwischen zwei oder mehr unterschiedlichen, geschlossenen Stellungen hin- und herschaltbar ist.However, it can also be provided that the main contact and/or the monitoring contact can be switched back and forth between two or more different, closed positions.
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.In any case, the main contact and the monitoring contact are galvanically isolated from each other, so that a common (closed) circuit is not formed across the two contacts, i.e. the main contact and the monitoring contact. The two contacts are therefore not used to provide a charging functionality in one switching position of the contact switch and a sensor functionality or similar in the other switching position of the contact switch. Rather, the main contact and the monitoring contact are assigned to two independent circuits that are galvanically isolated from each other.
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.In principle, monitoring can take place during the charging process, but also before a charging process and/or after a charging process, in particular in connection with a self-test. Furthermore, monitoring can take place at cyclical intervals.
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.If a faulty or incorrect switching position is detected, a warning can be issued, for example a visual warning, an acoustic warning and/or a warning by means of a remote signaling contact. It can also be provided that charging is not possible, i.e. no charging process can be started, if a faulty or incorrect switching position was detected during the check.
Ein Aspekt sieht vor, dass die Kontaktschalter derart ausgebildet sind, dass sich die Schaltstellungen des Hauptkontakts und des Überwachungskontakts gegenseitig bedingen. Dies wird auch als Wechselprinzip bezeichnet, was charakteristisch für einen Spiegelkontakt ist. Sobald der Hauptkontakt von der geöffneten Stellung in die geschlossene Stellung übergeht, geht gleichzeitig der Überwachungskontakt von der geschlossenen in die geöffnete Stellung über, sodass sich die beiden Stellungen des Hauptkontakts und des Überwachungskontakts gegenseitig bedingen. Aufgrund der mechanischen Kopplung des Hauptkontakts und des Überwachungskontakts ist sichergestellt, dass der Hauptkontakt und der Überwachungskontakt nicht gleichzeitig in der geöffneten bzw. geschlossenen Stellung sein können. Hierdurch ist eine zuverlässige Überwachung des Kontaktschalters und somit des Hauptkontakts gewährleistet, der im geschlossenen Zustand stromführend ist.One aspect provides that the contact switches are designed in such a way that the switching positions of the main contact and the monitoring contact are mutually dependent. This is also known as the alternating principle, which is characteristic of a mirror contact. As soon as the main contact changes from the open position to the closed position, the monitoring contact simultaneously changes from the closed to the open position, so that the two positions of the main contact and the monitoring contact are mutually dependent. Due to the mechanical coupling of the main contact and the monitoring contact, it is ensured that the main contact and the monitoring contact cannot be in the open or closed position at the same time. This ensures reliable monitoring of the contact switch and thus of the main contact, which is live when closed.
Zudem ist die mechanische Koppelung derart, dass der Überwachungskontakt nur dann geschlossen ist, wenn der als Relais ausgebildete Hauptkontakt ausreichend weit geöffnet ist, also die Trennstrecke vorliegt.In addition, the mechanical coupling is such that the monitoring contact is only closed when the main contact, designed as a relay, is open sufficiently wide, i.e. the isolating distance is present.
Ein weiterer Aspekt sieht vor, dass der Hauptkontakt als ein NO-Kontakt, also ein normal geöffneter Kontakt („normally open“ - NO), und der Überwachungskontakt als ein NC-Kontakt ausgebildet sind, also ein normal geschlossener Kontakt („normally closed“ - NC). Dies bedeutet, dass der Kontaktschalter eine Ausgangsstellung aufweist, indem über den als Relais ausgebildeten Hauptkontakt kein Strom fließen kann, da der Hauptkontakt als ein NO-Kontakt ausgebildet ist. Gleichzeitig ist der Überwachungskontakt in der Ausgangsstellung geschlossen, sodass der Überwachungsschaltkreis feststellen kann, dass über den entsprechenden Überwachungskontakt ein Überwachungsstrom bzw. ein Überwachungssignal laufen kann, da keine Unterbrechung vorliegt.Another aspect provides that the main contact is designed as a NO contact, i.e. a normally open contact (NO), and the monitoring contact is designed as an NC contact det, i.e. a normally closed contact (“normally closed” - NC). This means that the contact switch has an initial position in which no current can flow via the main contact, which is designed as a relay, since the main contact is designed as a NO contact. At the same time, the monitoring contact is closed in the initial position, so that the monitoring circuit can determine that a monitoring current or a monitoring signal can run via the corresponding monitoring contact since there is no interruption.
Gemäß einem weiteren Aspekt steuert der Überwachungsschaltkreis die Abschalteinrichtung an, ihren Zustand zu verändern, wenn der Überwachungsschaltkreis zumindest eine falsche Schaltstellung der Überwachungskontakte der Kontaktschalter feststellt. Sobald also nur ein einziger Überwachungskontakt der Kontaktschalter eine falsche bzw. undefinierte Schaltstellung einnimmt, steuert der Überwachungsschaltkreis die Abschalteinrichtung an, ihren Zustand zu verändern. Hierbei kann ein Ausschalten der Bodenkontakteinheit bzw. der gesamten Ladeinfrastruktur vorgesehen sein. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass die Leistung auf ein unkritisches Niveau herabgeregelt wird. Insofern kann es sich bei der Abschalteinrichtung um eine Leistungsregelung handeln, die vom Überwachungsschaltkreis entsprechend angesteuert wird.According to a further aspect, the monitoring circuit controls the shutdown device to change its state if the monitoring circuit detects at least one incorrect switching position of the monitoring contacts of the contact switches. As soon as only a single monitoring contact of the contact switch assumes an incorrect or undefined switching position, the monitoring circuit controls the shutdown device to change its state. In this case, the ground contact unit or the entire charging infrastructure can be switched off. However, it can also be provided that the performance is reduced to a non-critical level. In this respect, the shutdown device can be a power control that is controlled accordingly by the monitoring circuit.
Insbesondere entspricht die falsche Schaltstellung des Überwachungskontakts der geöffneten Schaltstellung des Überwachungskontakts. Die geöffnete Schaltstellung des Überwachungskontakts hat zur Folge, dass der mit dem entsprechenden Überwachungskontakt gekoppelte Hauptkontakt geschlossen ist, wodurch ein Strom über den Kontaktschalter zum Leistungskontakt fließen kann. Dies würde bedeuten, dass der zugeordnete Leistungskontakt auf einem entsprechenden Potenzial liegt, was bei einer falschen Schaltstellung aber unerwünscht ist. Aus diesem Grund entspricht die geöffnete Schaltstellung des Überwachungskontakts, welche mit der geschlossenen Schaltstellung des zugeordneten Hauptkontakts einhergeht, der falschen Schaltstellung.In particular, the incorrect switching position of the monitoring contact corresponds to the open switching position of the monitoring contact. The open switching position of the monitoring contact results in the main contact coupled to the corresponding monitoring contact being closed, whereby a current can flow via the contact switch to the power contact. This would mean that the assigned power contact is at a corresponding potential, which is undesirable if the switching position is incorrect. For this reason, the open switching position of the monitoring contact, which corresponds to the closed switching position of the assigned main contact, corresponds to the wrong switching position.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Abschalteinrichtung einen Hauptschalter. Der Hauptschalter kann auch als Schütz bezeichnet werden, der eine galvanische Trennung sicherstellt, sofern dieser geöffnet wird, insbesondere wobei sämtliche Leistungskontakte galvanisch getrennt werden und nicht nur der Leistungskontakt, dessen zugeordneter Kontaktschalter eine falsche Schaltstellung hat, die entsprechend detektiert worden ist. Sollte somit der Überwachungsschaltkreis eine falsche bzw. undefinierte Schaltstellung feststellen, kann die den Hauptschalter umfassende Abschalteinrichtung eine galvanische Trennung vornehmen, wodurch sämtliche Leistungskontakte potenzialfrei geschaltet werden.According to one embodiment, the shutdown device comprises a main switch. The main switch can also be referred to as a contactor, which ensures galvanic isolation when it is opened, in particular where all power contacts are galvanically isolated and not just the power contact whose assigned contact switch has an incorrect switching position, which has been detected accordingly. If the monitoring circuit detects an incorrect or undefined switching position, the shutdown device comprising the main switch can carry out a galvanic isolation, whereby all power contacts are switched potential-free.
Insbesondere ist der Überwachungsschaltkreis demnach eingerichtet, den Hauptschalter zu öffnen, um eine galvanische Trennung über den Hauptschalter herzustellen. Hierdurch ist eine besonders hohe Sicherheit gewährleistet, da sämtliche Leistungskontakte gleichzeitig potenzialfrei geschaltet werden, sodass an keinem der Leistungskontakte ein Potenzial vorliegt, wodurch ein vollumfänglicher Berührschutz gegeben ist. Ein etwaiger Ladevorgang würde unterbrochen werden.In particular, the monitoring circuit is therefore set up to open the main switch in order to establish galvanic isolation via the main switch. This ensures a particularly high level of safety, as all power contacts are switched potential-free at the same time, so that there is no potential at any of the power contacts, which means that there is complete protection against contact. Any charging process would be interrupted.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die Abschalteinrichtung eine elektronische Leistungsregelung umfasst. Die elektronische Leistungsregelung ist vorgesehen, um das entsprechende Potenzial auf ein unkritisches Niveau herunter zu regeln, sodass eine Berührung möglich ist. Mit anderen Worten kann der Überwachungsschaltkreis eingerichtet sein, die elektronische Leistungsregelung anzusteuern, die anliegende Spannung auf einen unkritischen Wert zu begrenzen. 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.According to a further embodiment, it can be provided that the shutdown device includes an electronic power control. The electronic power control is intended to regulate the corresponding potential down to a non-critical level so that contact is possible. In other words, the monitoring circuit can be set up to control the electronic power control and limit the applied voltage to a non-critical value. The non-critical value can be a voltage that is harmless, in particular a voltage below 25 V AC, i.e. 25 Vac, or 60 V DC, i.e. 60 Vdc.
Der Überwachungsschaltkreis kann zumindest einen ersten Teilschaltkreis umfassen, der in der Bodenkontakteinheit integriert ist, wobei der erste Teilschaltkreis zumindest ein Ausgabesignal der Bodenkontakteinheit an einen zweiten Teilschaltkreis ausgibt, der in einer zur Bodenkontakteinheit separat ausgebildeten Überwachungseinheit vorgesehen ist. Hierdurch ergibt sich eine funktionale Trennung der Überwachung, da der Überwachungsschaltkreis mehrere Teilschaltkreise umfasst. Bei dem zumindest einen Ausgabesignal kann es sich um ein einziges Ausgabesignal handeln, wobei die Bodenkontakteinheit ihren Zustand an die separat ausgebildete Überwachungseinheit übermittelt. Bei dem Zustand der Bodenkontakteinheit kann es sich um ein binäres Signal handeln, welches beispielsweise den Zuständen „okay“ bzw. „nicht okay“ entspricht. Die Überwachungseinheit, insbesondere der zweite Teilschaltkreis, ist demnach eingerichtet, dieses Ausgabesignal der Bodenkontakteinheit auszuwerten und Maßnahmen einzuleiten, nämlich die Abschalteinrichtung entsprechend anzusteuern.The monitoring circuit can comprise at least a first sub-circuit that is integrated in the ground contact unit, wherein the first sub-circuit outputs at least one output signal of the ground contact unit to a second sub-circuit, which is provided in a monitoring unit designed separately from the ground contact unit. This results in a functional separation of the monitoring, since the monitoring circuit comprises several subcircuits. The at least one output signal can be a single output signal, with the ground contact unit transmitting its status to the separately designed monitoring unit. The state of the ground contact unit can be a binary signal, which corresponds, for example, to the states “okay” or “not okay”. The monitoring unit, in particular the second sub-circuit, is therefore set up to evaluate this output signal from the ground contact unit and to initiate measures, namely to activate the switch-off device accordingly.
Darüber hinaus kann aber auch vorgesehen sein, dass der erste Teilschaltkreis mehrere Ausgabesignale übermittelt, insbesondere jeweils ein Ausgabesignal für jeden überwachten Kontaktschalter. Die mehreren Ausgabesignale werden dann von der separat ausgebildeten Überwachungseinheit, die beispielsweise auf einem Server oder einer Recheneinheit mit höherer Rechenleistung vorgesehen ist, ausgewertet.In addition, it can also be provided that the first subcircuit transmits several output signals, in particular one output signal for each monitored contact switch. The multiple output signals are then sent by the separately designed monitoring unit, for example on a server or a Computing unit with higher computing power is provided, evaluated.
Insbesondere ist der zweite Teilschaltkreis des Überwachungsschaltkreises eingerichtet, die Abschalteinrichtung anzusteuern. In Abhängigkeit des zumindest einen Ausgabesignals, welches der zweite Teilschaltkreis vom ersten Teilschaltkreis empfängt, kann der zweite Teilschaltkreis anschließend die Abschalteinrichtung ansteuern, nachdem der zweite Teilschaltkreis das zumindest eine Ausgabesignal ausgewertet hat.In particular, the second subcircuit of the monitoring circuit is set up to control the shutdown device. Depending on the at least one output signal that the second sub-circuit receives from the first sub-circuit, the second sub-circuit can then control the shutdown device after the second sub-circuit has evaluated the at least one output signal.
Die Abschalteinrichtung kann insbesondere Teil eines übergeordneten Systems sein, beispielsweise im Falle eines Parkhauses eines Haussystems wie einem Stromversorgungssystem.The shutdown device can in particular be part of a higher-level system, for example in the case of a parking garage of a building system such as a power supply system.
Darüber hinaus kann jedem Kontaktschalter ein Steuerschaltkreis zugeordnet sein, über den der Kontaktschalter entsprechend angesteuert wird. Der Steuerschaltkreis kann einen Spulentreiber umfassen, der insbesondere redundant ausgelegt ist. Dies bedeutet, dass der Spulentreiber zumindest eine Spule aufweist, die ein erstes Spulenende und ein zweites Spulenende hat. Die beiden Spulenenden können mit einer zugeordneten Treiberschaltung verbunden sein, insbesondere einem High-Side-Treiber und einem Low-Side-Treiber. Hierdurch ist gewährleistet, dass eine Ansteuerung möglich ist, auch wenn einer der Treiber versagen sollte.In addition, each contact switch can be assigned a control circuit, via which the contact switch is controlled accordingly. The control circuit can include a coil driver, which is in particular designed to be redundant. This means that the coil driver has at least one coil that has a first coil end and a second coil end. The two coil ends can be connected to an associated driver circuit, in particular a high-side driver and a low-side driver. This ensures that control is possible even if one of the drivers fails.
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 gemäß2 , und - -
4 eine schematische Übersicht über einen Ablauf, der ein Verfahren zum Überprüfen einer Bodenkontakteinheit einer elektrischen Ladeinfrastruktur umfasst.
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1 a schematic overview of a vehicle battery charging system, which includes an electrical charging infrastructure according to the invention and a vehicle with a vehicle contact unit, - -
2 a schematic top view of a ground contact unit of an electrical charging infrastructure according to the invention, - -
3 a schematic representation of the electrical connection of the power contacts of the ground contact unit2 , and - -
4 a schematic overview of a process that includes a method for checking a ground contact unit of an electrical charging infrastructure.
In
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.The
Die separat ausgebildete Überwachungseinheit 24 ist demnach optional, weswegen sie in
In jedem Fall wäre die separat ausgebildete Überwachungseinheit 24 mit der Bodenkontakteinheit 18 elektrisch verbunden, wie dies in
Insofern umfasst die elektrische Ladeinfrastruktur 12 ein Überprüfungssystem 25, mit Überprüfungen durchgeführt werden können, wie nachfolgend noch erläutert wird.In this respect, the
In
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.The
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.However, the
Auf der Ladefläche 28 sind mehrere Kontakte 30 vorgesehen, bei denen es sich um unterschiedliche Kontaktarten bzw. Kontakttypen handeln kann.
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.In any case, the
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.In the embodiment shown, the
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.In addition to the
Alternativ zur in
Darüber hinaus können die Kontakte 30 zudem zumindest einen Steuerkontakt 36 umfassen, welcher benutzt wird, um eine Kontaktierungsüberprüfung vorzunehmen.In addition, the
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.In the embodiment shown,
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.In particular, the
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.By knowing the geometry of the
Aus
Die Kontaktschalter 38 sind demnach mit den Leistungskontakte 32 in Reihe geschaltet, wie dies aus
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.The contact switches 38 are each designed as mirror contacts, so that the contact switches 38 have a
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.In this respect, there is no switching position of the
Der Hauptkontakt 40 ist, wie in
In
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.The corresponding contact protection can be monitored by means of the charging
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.The monitoring takes place at least with the contact switches 38, which are assigned to
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.The
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.The incorrect switching position corresponds to an open switching position of the
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.The
Insofern kann die Abschalteinrichtung 22 einen Hauptschalter 44 bzw. ein Schütz umfassen, welcher die entsprechende galvanische Trennung vollzieht.In this respect, the
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.If the
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.Alternatively, the switch-
In
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.If the
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.The at least one output signal can transmit the state of the entire
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.With the help of the
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.In addition to this continuous contact protection monitoring, it can also be provided that continuous contact protection monitoring is carried out by continuously monitoring an existing contact of at least one
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.For corresponding monitoring, a signal, for example a high-frequency signal, can be fed in via one of the corresponding
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.In principle, incorrect control of one of the contact switches 38 can be detected, for example caused by a problem with the (control) electronics and/or due to a software problem. Such a determination or monitoring is possible in particular during a charging process.
Aus
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.To prepare for the charging process, a self-test of the
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.For this purpose, the positions of the contact switches 38 can be monitored by means of the
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.In addition, the preparation phase includes a compatibility check, in which communication takes place between the
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.Subsequently, positioning can take place during the preparation phase, in which the
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.The
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.For this purpose, the conductive connection between the
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.In order to determine this, the contact check is carried out, in which it is determined whether
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.For this purpose, high-frequency signals can be provided, which are routed via the
In Abhängigkeit der durchgeführten Kontaktierungsüberprüfung könnten dann die Leistungskontakte 32 bestimmten Potenziallagen 34 zugeordnet werden.Depending on the contact check carried out, the
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.During the checking phase, however, a protective conductor check still takes place, in which a test current is passed over at least one
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.For this purpose, the
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.For example, one of the
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.A resistance can then be measured to determine the contact quality. The measured resistance should not exceed a resistance value of 0.1 Ω, so that a protective conductor resistance threshold of 0.1 Ω is provided. The test current used should have a current strength of at least 200 mA.
Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass der Teststrom durch die Bodenkontakteinheit 18 bereitgestellt wird.Alternatively, it can also be provided that the test current is provided by the
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.A further step provides that an insulation check is carried out during the check in order to determine that there are no leakage currents or the like between
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.In principle, the insulation test can be carried out between two
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.The two
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.During the insulation check, the insulation from a
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.In principle, it can be provided that the insulation check is only carried out if it has previously been determined that at least a subset of the
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.In addition, the protective conductor check can only be carried out if it has previously been determined that there is a conductive connection, i.e. at least the subset of the
Nachdem die Überprüfung durchgeführt worden ist und sämtliche Überprüfungsschritte erfolgreich abgeschlossen wurden, kann der Ladevorgang beginnen.After the verification has been carried out and all verification steps have been successfully completed, the loading process can begin.
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.As already explained previously, the
Insofern werden lediglich die Leistungskontakte 32 der entsprechenden Potenziallage 34 zugeschaltet, die zur Teilmenge der kontaktierten Kontakte 30 gehören.In this respect, only the
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.A charging current then flows from the
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.Continuous touch protection monitoring takes place during the charging process, as already explained. This determines whether only the contacted
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.If it is determined that protection against contact is no longer guaranteed, the
Nachdem der Ladevorgang abgeschlossen worden ist, wird die konduktive Verbindung zwischen der Fahrzeugkontakteinheit 16 und der Bodenkontakteinheit 18 getrennt.After the charging process has been completed, the conductive connection between the
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.For this purpose, the previously connected
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.The conductive connection is then released by disengaging the
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.Finally, a new self-test can be carried out by determining whether all
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.In principle, the self-test can of course also be carried out at other times. Self-tests can therefore be carried out at several times, for example cyclically, in order to continuously check the readiness of the
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.In this respect, it is ensured that the
Der in
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- WO 2019052962 A1 [0003, 0004]WO 2019052962 A1 [0003, 0004]
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