DE102022117653A1

DE102022117653A1 - Ladeinfrastruktur, Fahrzeugkontakteinheit, System sowie Verfahren zum Herstellen einer konduktiven Verbindung

Info

Publication number: DE102022117653A1
Application number: DE102022117653.3A
Authority: DE
Inventors: Friedrich Lobenstock; Fabian Luttenberger; Thomas Schanzer; Sebastian Lassacher
Original assignee: Ease Link GmbH
Current assignee: Ease Link GmbH
Priority date: 2022-04-04
Filing date: 2022-07-14
Publication date: 2023-10-05
Also published as: DE102022117658A1; DE202022103788U1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Ladeinfrastruktur (12) zum Herstellen einer konduktiven Verbindung mit 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, an der die Fahrzeugkontakteinheit (16) zur Anlage kommen kann. Die mehreren Kontakte (30) umfassen zumindest einen Schutzleiter-Kontakt (36), Leistungskontakte (32) sowie wenigstens einen Steuerkontakt (40) zur Detektion einer Kontaktierung. Der zumindest eine Schutzleiter-Kontakt (36) ist fest verdrahtet. Die Leistungskontakte (32) sind wenigstens einer Potenziallage (34) zugeordnet. Der wenigstens eine Steuerkontakt (40) ist separat zu den Leistungskontakten (32) und separat zu dem zumindest einen Schutzleiter-Kontakt (36) ausgebildet. Ferner sind eine Fahrzeugkontakteinheit (16), ein System (10) sowie ein Verfahren zum Herstellen einer konduktiven Verbindung beschrieben.

Description

Die Erfindung betrifft eine Ladeinfrastruktur zum Herstellen einer konduktiven Verbindung mit einer Fahrzeugkontakteinheit. Ferner betrifft die Erfindung eine Fahrzeugkontakteinheit zum Herstellen einer konduktiven Verbindung mit einer Bodenkontakteinheit. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein System zum Herstellen einer konduktiven Verbindung. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer konduktiven Verbindung zwischen einer Bodenkontakteinheit und einer Fahrzeugkontakteinheit.
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. Hierdurch ist gleichzeitig sichergestellt, dass der Stecker geführt ist, sodass die Kontaktierung in einer definierten Weise erfolgt.
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.
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 Kontakten, die matrixartig angeordnet sind, wobei die Kontakte mittels der Fahrzeugkontakteinheit kontaktiert werden können, um eine elektrische Verbindung zwischen der Bodenkontakteinheit und der Fahrzeugkontakteinheit herzustellen.
Es kann vorgesehen sein, dass die Fahrzeugkontakteinheit in Bezug auf die Bodenkontakteinheit zielgenau ausgerichtet wird, bevor ein Konnektor der Fahrzeugkontakteinheit die Bodenkontakteinheit an einer definierten Stelle kontaktiert. Alternativ kann vorgesehen sein, dass keine Führung für die Fahrzeugkontakteinheit und/oder keine zielgenaue Kontaktierung vorgesehen ist, wobei dann ein Aufsetzpunkt des Konnektors der Fahrzeugkontakteinheit auf der Bodenkontakteinheit detektiert werden muss. Je nach Aufsetzpunkt werden die entsprechend belegten Kontakte der Bodenkontakteinheit zugeschaltet, um die elektrische Verbindung über diese Kontakte herzustellen.
Die bisher aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren zur Detektion des Aufsetzpunktes sind jedoch kompliziert bzw. mit hohen Kosten verbunden.
Insofern ist es die Aufgabe der Erfindung, eine kostengünstige Möglichkeit bereitzustellen, eine Kontaktierung zu detektieren.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Ladeinfrastruktur zum Herstellen einer konduktiven Verbindung mit einer Fahrzeugkontakteinheit. Die Ladeinfrastruktur umfasst eine Bodenkontakteinheit, 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 einen Schutzleiter-Kontakt, Leistungskontakte sowie wenigstens einen Steuerkontakt zur Detektion einer Kontaktierung. Der zumindest eine Schutzleiter-Kontakt ist fest verdrahtet. Die Leistungskontakte sind wenigstens einer Potenziallage zugeordnet. Der wenigstens eine Steuerkontakt ist separat zu den Leistungskontakten und separat zu dem zumindest einen Schutzleiter-Kontakt ausgebildet.
Ferner wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch eine Fahrzeugkontakteinheit zum Herstellen einer konduktiven Verbindung mit einer Bodenkontakteinheit. Die Fahrzeugkontakteinheit weist mehrere Kontakte auf, die auf einer Ladefläche der Bodenkontakteinheit zur Anlage kommen können. Die mehreren Kontakte umfassen zumindest einen Schutzleiter-Kontakt, Leistungskontakte sowie wenigstens einen Steuerkontakt zur Detektion einer Kontaktierung. Der zumindest eine Schutzleiter-Kontakt ist fest verdrahtet. Die Leistungskontakte sind wenigstens einer Potenziallage zugeordnet. Der wenigstens eine Steuerkontakt ist separat zu den Leistungskontakten und separat zu dem zumindest einen Schutzleiter-Kontakt ausgebildet.
Der Grundgedanke der Erfindung ist es, eine Kontaktierung der Bodenkontakteinheit bzw. der Fahrzeugkontakteinheit beim Herstellen der konduktiven Verbindung zu detektieren, indem ein separat ausgebildeter Steuerkontakt vorgesehen ist, über den ein Steuersignal geführt werden kann, wodurch festgestellt wird, ob eine Kontaktierung zwischen der Fahrzeugkontakteinheit und der Bodenkontakteinheit vorliegt, also eine konduktive Verbindung. Der Steuerkontakt ist dabei separat zu den Leistungskontakten und separat zu dem zumindest einen Schutzleiter-Kontakt ausgebildet, sodass ein dezidiertes Steuersignal verwendet werden kann, um die entsprechende Kontaktierung zu erkennen. Mit anderen Worten handelt es sich bei dem Steuersignal nicht um eine Modulation oder eine Hochfrequenz-Eigenschaft eines Signals, welches über einen der Leistungskontakte bereitgestellt und ausgewertet wird, sondern um ein eigens dezidiertes Steuersignal. Es ist jedoch denkbar, dass es sich bei dem Steuersignal um ein Signal handelt, welches auf den Schutzleiter („protective earth“ - PE) bezogen ist, also PE-bezogen.
Grundsätzlich ist der zumindest eine Schutzleiter-Kontakt fest verdrahtet, was bedeutet, dass der entsprechende Schutzleiter-Kontakt stets als Schutzleiter dient. Es ist also nicht möglich, dass der Schutzleiter-Kontakt mit einer zum Laden des Fahrzeugs vorgesehenen Potenziallage verbunden wird, wodurch der Schutzleiter-Kontakt als Leistungskontakt fungieren könnte.
Es kann vorgesehen sein, dass die jeweiligen Leistungskontakte der wenigstens einen Potenziallage über zumindest einen Kontaktschalter zugeordnet sind, wodurch es möglich ist, die einzelnen Leistungskontakte potenzialfrei zu schalten. Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn bei einer hergestellten Kontaktierung nicht alle Leistungskontakte zur konduktiven Verbindung beitragen. Die entsprechenden Leistungskontakte, die nicht nur konduktiven Verbindung beitragen, können demnach über die Kontaktschalter potenzialfrei geschaltet werden.
Ein Aspekt sieht vor, dass wenigstens zwei Leistungskontakte einer gleichen Potenziallage zugeordnet sind. Insofern sind pro Potenziallage mehr als ein Leistungskontakt vorgesehen. Die mehreren Leistungskontakte, die mit einer Potenziallage verbunden sind, stellen demnach eine Leistungskontaktebene dar. Die jeweiligen Leistungskontakte einer Leistungskontaktebene können gruppenweise mit unterschiedlichen Potenziallagen verbunden werden, indem eine entsprechende Schalteinheit vorgesehen ist. Die Schalteinheit kann dabei eingerichtet sein, wahlweise Leistungskontakte einer ersten Leistungskontaktebene mit einer ersten Potenziallage oder einer zweiten Potenziallage zu verbinden. Insofern lassen sich über die Schalteinheit sämtliche Leistungskontakte einer Leistungskontaktebene mit einer ausgewählten Potenziallage verbinden. Es jedoch nicht möglich, einzelne Leistungskontakte einer zugeordneten Leistungskontaktebene mit unterschiedlichen Potenziallagen zu verbinden. Ferner kann auch vorgesehen sein, dass Leistungskontakte unterschiedlicher Leistungskontaktebenen nicht mit einer gemeinsamen Potenziallage verbunden sind.
Insbesondere sind mehrere Potenziallagen vorgesehen, wobei jeder Potenziallage wenigstens zwei Leistungskontakte zugeordnet sind. Beispielsweise sind zwei Potenziallagen oder vier Potenziallagen vorgesehen. Dies hängt davon ab, ob es sich beispielsweise um eine Gleichstrom-Anwendung („DC-Anwendung“) oder um eine Wechselstrom-Anwendung („AC-Anwendung“) handelt, insbesondere um eine Drehstrom-Anwendung. Bei vier Potenziallagen können diese durch eine Neutrallage (N) sowie drei Phasenlagen (L1, L2, L3) ausgebildet sein.
Ein weiterer Aspekt sieht vor, dass die Ladeinfrastruktur einen Überwachungsschaltkreis umfasst, der eingerichtet ist, die Kontaktierung des wenigstens einen Steuerkontakts zu überwachen. Insbesondere kann der Überwachungsschaltkreis eingerichtet sein, eine Aufsetzposition der Fahrzeugkontakteinheit zu bestimmen. Die Detektion der Kontaktierung stellt lediglich sicher, dass irgendwo auf der Ladefläche der Bodenkontakteinheit ein Kontakt mit der Fahrzeugkontakteinheit vorliegt, was entsprechend vom Überwachungsschaltkreis festgestellt werden kann, der hierzu das über den Steuerkontakt laufende Steuersignal erkennt. In einfacher Weise werden hierzu alle Steuerkontakte mit einem Steuersignal beaufschlagt, wobei bei der Kontaktierung eine durchgehende Verbindung über einen der Steuerkontakte erkannt wird.
Hierbei ist es jedoch noch nicht möglich, die Aufsetzposition zu bestimmen, also wo die Fahrzeugkontakteinheit die Bodenkontakteinheit kontaktiert.
Der Überwachungsschaltkreis kann aber ebenfalls eingerichtet sein, die Aufsetzposition der Fahrzeugkontakteinheit auf der Ladefläche der Bodenkontakteinheit zu bestimmen. Dies bedeutet, dass die Position auf der Bodenkontakteinheit, insbesondere der Ladefläche, festgestellt werden kann, an der die Fahrzeugkontakteinheit die Ladefläche kontaktiert. Dies ist beispielsweise dadurch möglich, dass die Steuerkontakte einzeln oder gruppenweise mit dem Steuersignal beaufschlagt werden, um so zunächst einen groben Bereich auf der Ladefläche der Bodenkontakteinheit zu ermitteln. Auch könnten theoretisch die Steuerkontakte mit unterschiedlichen Steuersignalen beaufschlagt werden, wobei eine Auswertung des Steuersignals der durchgehenden Verbindung dann einen Rückschluss auf die Aufsetzposition der Fahrzeugkontakteinheit zulässt.
Bei der Überwachung mittels des Überwachungsschaltkreises kann zudem festgestellt werden, ob eine Verschiebung der Fahrzeugkontakteinheit relativ zur Bodenkontakteinheit und/oder eine Rotation um eine hierzu senkrechte Achse erfolgt, welche einen Abbruch einer Steuerkontaktverbindung zur Folge hat, also der Verbindung über den zumindest einen Steuerkontakt.
Insbesondere ist der wenigstens eine Steuerkontakt sowie die Leistungskontakte derart ausgebildet, dass zunächst die Verbindung über den wenigstens einen Steuerkontakt abreißt, bevor die Verbindung über die Leistungskontakte abreißt. Hierdurch ist es möglich, dass der Überwachungsschaltkreis, der das Abreißen der Verbindung über den Steuerkontakt feststellt, eine Abschalteinrichtung ansteuert, sodass die entsprechenden Leistungskontakte potenzialfrei geschaltet werden, bevor die Verbindung über die Leistungskontakte abreißt. Hierdurch werden Lichtbögen oder andere zu vermeidende Effekte wirkungsvoll verhindert.
Das Abreißen der konduktiven Verbindung kann dabei insbesondere in einer Richtung festgestellt werden, die senkrecht zur Kontaktierungsrichtung ist, also in der Ebene, in der die Kontaktierung vorliegt. Es wird festgestellt, ob die Fahrzeugkontakteinheit relativ zur Bodenkontakteinheit verrutscht bzw. sich verschiebt, wodurch die Verbindung über den wenigstens einen Steuerkontakt abreißen kann.
Die Abschalteinrichtung kann einen Hauptschalter umfassen, beispielsweise ein Schütz. Der Hauptschalter kann dann geöffnet werden, um eine galvanische Trennung herzustellen. Alternativ oder ergänzend kann die Abschalteinrichtung eine elektronische Leistungsregelung umfassen, die das anliegende Potenzial auf einen unkritischen Wert reduziert.
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.
Grundsätzlich kann der Überwachungsschaltkreis als Teil der Ladeinfrastruktur oder im Fahrzeug vorgesehen sein, sodass auch fahrzeugseitig die entsprechende Überwachung durchgeführt werden kann.
Beispielsweise hat der wenigstens eine Steuerkontakt eine kleinere Fläche als der zumindest eine Schutzleiter-Kontakt und/oder als einer der Leistungskontakte, insbesondere als jeder der Leistungskontakte. Hierdurch ist sichergestellt, dass bei einer Relativverschiebung der Fahrzeugkontakteinheit zur Bodenkontakteinheit zunächst die über den wenigstens einen Steuerkontakt hergestellte Verbindung abreißt, bevor die Verbindung über die Leistungskontakte und/oder die Verbindung über den Schutzleiter-Kontakt abreißt. Insofern können die Leistungskontakte aktiv potenzialfrei geschaltet werden, bevor deren Verbindung abreißt und/oder ein Lichtbogen entstehen würde.
Gemäß einem weiteren Aspekt umfassen die mehreren Kontakte wenigstens zwei Steuerkontakte, sodass die Ladeinfrastruktur eingerichtet ist, mittels der wenigstens zwei Steuerkontakte eine Kontaktierungsorientierung der Fahrzeugkontakteinheit an der Ladefläche zu erfassen. Insbesondere umfassen die mehreren Kontakte zwei Kategorien von Steuerkontakten, die sich hinsichtlich verwendeter Steuersignale unterscheiden, die über die Steuerkontakte geleitet werden. Beispielsweise sind die Steuersignale zueinander invertiert und/oder haben diese unterschiedliche Signalformen, sodass diese voneinander unterschieden werden können. Elektrische Fehler wie Kurz- oder Nebenschlüsse lassen sich so zuverlässig erkennen. Ebenfalls kann vorgesehen sein, dass die entsprechenden Steuersignale, die über die wenigstens zwei unterschiedlichen Steuerkontakte laufen, zeitlich versetzt zueinander erzeugt werden, wodurch bei
etwaigen Kurz- oder Nebenschlüssen kein gültiges Signal erzeugt werden würde. Grundsätzlich kann aufgrund der wenigstens zwei Steuerkontakte, die in einem Kontaktierungsbereich liegen, welcher ausgebildet ist, wenn die konduktive Verbindung zwischen der Fahrzeugkontakteinheit und der Bodenkontakteinheit hergestellt ist, sichergestellt werden, dass sich die relative Orientierung der Fahrzeugkontakteinheit zur Bodenkontakteinheit feststellen lässt. Basierend auf der festgestellten Orientierung können die Leistungskontakte dann mit entsprechenden Potenziallagen verbunden werden, um eine in Bezug auf die festgestellte relative Orientierung abgestimmte Verschaltung der Leistungskontakte bereitzustellen.
Darüber hinaus kann der zumindest eine Schutzleiter-Kontakt durch eine durchgehende Fläche ausgebildet sein, die eine Schutzleiter-Ebene bereitstellt, die durch die Leistungskontakte und/oder den wenigstens einen Steuerkontakt durchbrochen ist. Die entsprechende Schutzleiter-Ebene wird auch als PE-Ebene („PE-plane“) bezeichnet. Mit anderen Worten kann eine Anschlussfläche, beispielsweise eine Ladefläche der Bodenkontakteinheit, größtenteils durch den Schutzleiter-Kontakt ausgebildet sein, 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. Ebenso kann der Steuerkontakt mit einem ringförmigen Isolierbereich von der Schutzleiter-Ebene elektrisch isoliert sein.
Ein Aspekt sieht vor, dass die Kontakte derart ausgebildet sind, dass der wenigstens eine Steuerkontakt bei einer Relativbewegung der Fahrzeugkontakteinheit zur Bodenkontakteinheit früher als die Leistungskontakte und/oder der zumindest eine Schutzleiter-Kontakt die Kontaktierung zur Bodenkontakteinheit verliert. Alternativ oder ergänzend kann der zumindest eine Schutzleiter-Kontakt bei einer Relativbewegung der Fahrzeugkontakteinheit zur Bodenkontakteinheit später als die Leistungskontakte die Kontaktierung zur Bodenkontakteinheit verlieren. Beispielsweise ist der wenigstens eine Steuerkontakt kleiner und/oder kürzer bzw. mit einem geringeren Federweg als die Leistungskontakte und/oder der zumindest eine Schutzleiter-Kontakt ausgebildet. Ferner kann vorgesehen sein, dass der zumindest eine Steuerkontakt kleiner und/oder kürzer bzw. mit einem kleineren Federweg als die Leistungskontakte ausgebildet ist. Hierdurch ist sichergestellt, dass zunächst eine über den wenigstens einen Steuerkontakt hergestellte Verbindung abreißt, bevor eine Verbindung bei den Leistungskontakten bzw. bei dem zumindest einen Schutzleiter-Kontakt abreißen würde.
Bei der Fahrzeugkontakteinheit kann insbesondere vorgesehen sein, dass die entsprechenden Kontakte federnd ausgebildet sind, wobei die entsprechenden Federwege unterschiedlich sind, um so sicherstellen, dass die entsprechenden Verbindungen bei einer Relativbewegung der Fahrzeugkontakteinheit zur Bodenkontakteinheit zu unterschiedlichen Zeitpunkten abreißen.
Die Aufgabe wird ferner erfindungsgemäß gelöst durch ein System zum Herstellen einer konduktiven Verbindung, wobei das System eine Fahrzeugkontakteinheit mit mehreren Kontakten aufweist, die zumindest einen Schutzleiter-Kontakt, Leistungskontakte sowie wenigstens einen Steuerkontakt zur Detektion einer Kontaktierung umfassen. Das System weist ferner eine Bodenkontakteinheit mit mehreren Kontakten auf, die zumindest einen Schutzleiter-Kontakt, Leistungskontakte sowie wenigstens einen Steuerkontakt zur Detektion einer Kontaktierung umfassen. Der zumindest eine Schutzleiter-Kontakt ist jeweils fest verdrahtet, also der der Fahrzeugkontakteinheit sowie der der Bodenkontakteinheit. Die jeweiligen Leistungskontakte, also die der Fahrzeugkontakteinheit sowie die der Bodenkontakteinheit, sind wenigstens einer Potenziallage zugeordnet. Der jeweilige wenigstens eine Steuerkontakt, also derjenige der Fahrzeugkontakteinheit sowie derjenige der Bodenkontakteinheit, ist separat zu den Leistungskontakten und separat zu dem zumindest einen Schutzleiter-Kontakt ausgebildet. Das System umfasst einen Überwachungsschaltkreis und einen Signalgenerator. Zudem ist das System eingerichtet, ein Steuersignal mittels des Signalgenerators an wenigstens einen Steuerkontakt der Bodenkontakteinheit oder der Fahrzeugkontakteinheit anzulegen. Das System ist zudem eingerichtet, eine Kontaktierung der Bodenkontakteinheit mittels des Überwachungsschaltkreises zu detektieren, der eingerichtet ist, das vom Signalgenerator erzeugte Steuersignal zu empfangen und auszuwerten, welches im kontaktierten Zustand über den wenigstens einen Steuerkontakt der Fahrzeugkontakteinheit und/oder den wenigstens einen Steuerkontakt der Bodenkontakteinheit läuft. Mit dem entsprechenden System kann demnach bei einer hergestellten konduktiven Verbindung festgestellt werden, ob die entsprechende Kontaktierung vorliegt, insbesondere hinsichtlich der Position und Orientierung, indem das entsprechende Steuersignal über wenigstens einen der Steuerkontakte läuft und entsprechend ausgewertet wird.
Ein Aspekt sieht vor, dass die Kontakte der Bodenkontakteinheit und die Kontakte der Fahrzeugkontakteinheit derart ausgebildet sind, dass eine Verbindung über den Schutzleiter-Kontakt der Bodenkontakteinheit und den Schutzleiter-Kontakt der Fahrzeugkontakteinheit bestehen bleibt, wenn die Verbindungen über die Leistungskontakte bei einer Relativbewegung der Fahrzeugkontakteinheit zur Bodenkontakteinheit bereits abgerissen sind, insbesondere aufgrund einer Relativbewegung der Fahrzeugkontakteinheit zur Bodenkontakteinheit. Insbesondere wird dabei eine Relativverschiebung der Fahrzeugkontakteinheit zur Bodenkontakteinheit festgestellt, die senkrecht zur Kontaktierungsrichtung ist, sofern diese zur Folge hat, dass die über den Schutzleiter-Kontakt hergestellte Verbindung abreißt.
Ein weiterer Aspekt sieht vor, dass der wenigstens eine Steuerkontakt der Bodenkontakteinheit und/oder der wenigstens eine Steuerkontakt der Fahrzeugkontakteinheit derart ausgebildet sind bzw. ist, dass eine Verbindung über den Steuerkontakt der Bodenkontakteinheit und den Steuerkontakt der Fahrzeugkontakteinheit bei einer Relativbewegung der Fahrzeugkontakteinheit zur Bodenkontakteinheit abreißt, bevor die Verbindungen über die Leistungskontakte abreißen. Hierzu kann der entsprechende Steuerkontakt beispielsweise hinsichtlich der Fläche kleiner ausgebildet sein als die anderen Kontakte. In jedem Fall ist sichergestellt, dass der Überwachungsschaltkreis zunächst detektiert, dass die über den Steuerkontakt laufende Verbindung nicht mehr vorliegt, wodurch der Überwachungsschaltkreis eine Abschalteinrichtung entsprechend ansteuern kann, die beispielsweise die Leistungskontakte potenzialfrei schaltet.
Des Weiteren wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zum Herstellen einer konduktiven Verbindung zwischen einer Bodenkontakteinheit und einer Fahrzeugkontakteinheit. Die Fahrzeugkontakteinheit weist mehrere Kontakte auf, die zumindest einen Schutzleiter-Kontakt, Leistungskontakte sowie wenigstens einen Steuerkontakt zur Detektion einer Kontaktierung umfassen. Die Bodenkontakteinheit weist mehrere Kontakte auf, die zumindest einen Schutzleiter-Kontakt, Leistungskontakte sowie wenigstens einen Steuerkontakt zur Detektion einer Kontaktierung umfassen. Der zumindest eine Schutzleiter-Kontakt ist jeweils fest verdrahtet. Die jeweiligen Leistungskontakte sind wenigstens einer Potenziallage zugeordnet, wobei der jeweilige wenigstens eine Steuerkontakt separat zu den Leistungskontakten separat zu dem zumindest einen Schutzleiter-Kontakt ausgebildet ist. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:

- Anlegen eines Steuersignals an den wenigstens einen Steuerkontakt der Bodenkontakteinheit oder der Fahrzeugkontakteinheit und
- Messen, ob das Steuersignal über eine durchgehende Verbindung übertragen wird, die zumindest den Steuerkontakt der Bodenkontakteinheit und/oder den Steuerkontakt der Fahrzeugkontakteinheit umfasst.

Insbesondere kann die durchgehende Verbindung zwischen dem Steuerkontakt der Bodenkontakteinheit und dem Steuerkontakt der Fahrzeugkontakteinheit vorgesehen sein. Alternativ kann jedoch auch vorgesehen sein, dass beispielsweise der Steuerkontakt der Bodenkontakteinheit eine durchgehende Verbindung mit dem Schutzleiter-Kontakt der Fahrzeugkontakteinheit ausbildet, wobei ebenfalls eine durchgehende Verbindung hergestellt ist. In einer bestimmten Ausführungsform stellt auch diese Positionierung eine gewünschte Kontaktierung der Bodenkontakteinheit dar, bei der ein Ladestrom freigegeben werden kann, der über die entsprechenden Leistungskontakte fließen kann, um die Batterie des Fahrzeugs zu laden.
Ein Aspekt sieht vor, dass ein Kontaktierungsbereich der Fahrzeugkontakteinheit an der Bodenkontakteinheit identifiziert wird, indem die Fahrzeugkontakteinheit relativ zur Bodenkontakteinheit rotiert wird und/oder mehrere Steuerkontakte der Bodenkontakteinheit jeweils einzeln und/oder gruppenweise durchgeschaltet werden. Auf der Bodenkontakteinheit können mehrere Steuerkontakte vorgesehen sein, die beispielsweise einzeln beziehungsweise gruppenweise durchgeschaltet werden, um festzustellen, ob eine konduktive Verbindung über einen der Steuerkontakte vorliegt, die entsprechend durchgeschaltet werden. Hierdurch lässt sich zunächst grob eine Position der Fahrzeugkontakteinheit auf der Bodenkontakteinheit feststellen.
Ein weiterer Aspekt sieht vor, dass eine Orientierung der Fahrzeugkontakteinheit relativ zur Bodenkontakteinheit identifiziert wird, indem zumindest zwei Steuerkontakte der Bodenkontakteinheit oder der Fahrzeugkontakteinheit mit unterschiedlichen Steuersignalen beaufschlagt werden. Nachdem eine entsprechende Kontaktierung der Bodenkontakteinheit durch die Fahrzeugkontakteinheit identifiziert worden ist, insbesondere auch die Position des Kontaktierungsbereichs, kann die relative Orientierung ermittelt werden. Hierzu werden zwei unterschiedliche Steuersignale auf zwei Steuerkontakte gelegt, die in dem Kontaktierungsbereich liegen. Hiermit lässt sich dann feststellen, wie die entsprechende Orientierung der Fahrzeugkontakteinheit relativ zur Bodenkontakteinheit ist. Aufgrund der erfassten Orientierung können anschließend die entsprechenden Leistungskontakte mit bestimmten Potenziallagen verbunden werden, um einen optimalen Ladevorgang zu gewährleisten.
Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass eine Reinigungsüberprüfung durchgeführt wird, indem eine Kleinschutzspannung an dem wenigstens einen Steuerkontakt der Bodenkontakteinheit angelegt wird, wobei eine Isolationsüberprüfung zwischen zwei Kontakten der Bodenkontakteinheit durchgeführt wird. Hierbei kann festgestellt werden, ob die Isolationsstrecke zwischen zwei Kontakten eingehalten wird, also keine Verschmutzung vorliegt, die dies verhindern würde.
Grundsätzlich kann eine Berührschutzüberwachung durchgeführt werden, um sicherzustellen, dass ein unbeabsichtigtes Kontaktieren von zugänglichen Kontakten 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.
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 zu einer Teilmenge der kontaktierten Kontakte gehört, weswegen diese von außen zugänglich sind. Die Teilmenge der kontaktierten Kontakte entspricht dem Kontaktierungsbereich. Die Teilmenge der mehreren Kontakte ist demnach einem Kontaktierungsbereich der Ladefläche zugeordnet, 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 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, beispielsweise ein Konnektor der Fahrzeugkontakteinheit.
Die 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.
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 den Steuerkontakt handeln, über den das Steuersignal geleitet wird, was entsprechend überwacht wird.
Die Berührschutzüberwachung kann mithilfe des Überwachungsschaltkreises erfolgen, der die Schaltstellung der Kontaktschalter und/oder die durchgehende Kontaktierung des entsprechenden Kontakts der Teilmenge überwacht, also die des Steuerkontakts.
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 Fahrzeug 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 Fahrzeugs in Richtung der Bodenkontakteinheit bewegt wird, um die konduktive Verbindung herzustellen. Das bewegliche Teil der Fahrzeugkontakteinheit kann auch allgemein als Konnektor bezeichnet werden.
Grundsätzlich kann über den wenigstens einen Steuerkontakt der Fahrzeugkontakteinheit oder der Bodenkontakteinheit ein definiertes Steuersignal eingespeist werden, welches mit einem zugehörigen Kontakt der anderen Einheit zusammenwirkt, beispielsweise einen Steuerkontakt, wodurch ein Stromkreis geschlossen wird, bei dem das entsprechende Steuersignal ausgewertet werden kann.
Sofern zwei Steuerkontakte bei der der Fahrzeugkontakteinheit und/oder der Bodenkontakteinheit vorgesehen sind, die zudem mit unterschiedlichen Steuersignalen 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.
Bei dem Steuersignal kann es sich um eine Sicherheitskleinspannung handeln.
Insbesondere sind die Kontakte derart ausgebildet und angeordnet, dass in einem Kontaktierungsbereich stets mindestens zwei Steuerkontakte der Fahrzeugkontakteinheit und/oder zwei Steuerkontakte der Bodenkontakteinheit Teil der kontaktierten Kontakte sind.
Die jeweiligen Kontakte sind ferner derart angeordnet und dimensioniert, dass bei einer vorliegenden Kontaktierung kein Kurzschluss vorliegt. Dies gilt auch für den Fall, dass sich die Fahrzeugkontakteinheit relativ zur Bodenkontakteinheit verschiebt, insbesondere in der Kontaktierungsebene.
Weitere Vorteile und Eigenschaften der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibungen und Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:

- 1 eine schematische Übersicht eines erfindungsgemäßen Systems mit einer erfindungsgemäßen Ladeinfrastruktur sowie einer erfindungsgemäßen Fahrzeugkontakteinheit,
- 2 eine schematische Draufsicht auf eine Bodenkontakteinheit einer erfindungsgemäßen Ladeinfrastruktur gemäß einer Ausführungsform,
- 3 eine schematische Draufsicht auf eine Bodenkontakteinheit einer erfindungsgemäßen Ladeninfrastruktur gemäß einer zweiten Ausführungsform,
- 4 eine schematische Darstellung der elektrischen Verschaltung der Leistungskontakte bei einer erfindungsgemäßen Ladeinfrastruktur, und
- 5 eine schematische Übersicht über einen Ablauf, der ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Herstellen einer konduktiven Verbindung zwischen einer Bodenkontakteinheit und einer Fahrzeugkontakteinheit darstellt.

In 1 ist ein System 10 gezeigt, das eine elektrische Ladeinfrastruktur 12 sowie ein zumindest teilweise elektrisch betriebenes Fahrzeug 14 zeigt. Das System 10 kann auch als Fahrzeugbatterie-Ladesystem bezeichnet werden.
Das Fahrzeug 14 weist eine Fahrzeugkontakteinheit 16 auf, 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.
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.
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. In jedem Fall wäre die separat ausgebildete Überwachungseinheit 24 mit der Bodenkontakteinheit 18 elektrisch verbunden, wie dies in 1 angedeutet ist.
Alternativ kann aber auch vorgesehen sein, dass der Überwachungsschaltkreis 20 und/oder die Abschalteinrichtung 22 fahrzeugseitig vorgesehen sind bzw. ist.
In 2 ist die Bodenkontakteinheit 18 der Ladeinfrastruktur 12 in einer Draufsicht gemäß einer Ausführungsform gezeigt.
Die Bodenkontakteinheit 18 weist einen plattenförmigen Grundkörper 26 auf, der eine Ladefläche 28 hat, welche vor dem Herstellen der konduktiven Verbindung freiliegend ist. Es handelt sich bei der Ladefläche 28 um eine freiliegende Ladefläche, wenn die Kontaktierung zwischen der Bodenkontakteinheit 18 und der Fahrzeugkontakteinheit 16 hergestellt wird.
Die Ladefläche 28 kann jedoch grundsätzlich im nichtbenutzten Zustand von einer (hier nicht dargestellten) Abdeckung verdeckt sein, sodass die Ladefläche 28 unter anderem vor Umwelteinflüssen geschützt ist. Die entsprechende Abdeckung kann manuell oder automatisch entfernt werden, wodurch die Ladefläche 28 frei zugänglich wird.
Auf der Ladefläche 28 sind mehrere Kontakte 30 vorgesehen, bei denen es sich um unterschiedliche Kontaktarten bzw. Kontakttypen handelt.
In jedem Fall umfassen die Kontakte 30 unter anderem mehrere Leistungskontakte 32, welche zum Ladevorgang der Batterie des Fahrzeugs 14 genutzt werden. Es fließt beim Laden des Fahrzeugs 14, insbesondere beim Laden der Batterie des Fahrzeugs 14, ein Ladestrom über zumindest einen Teil der Leistungskontakte 32. Die entsprechenden Leistungskontakte 32 sind hierzu grundsätzlich wenigstens einer Potenziallage 34 zugeordnet, wie nachfolgend noch erläutert wird.
In der gezeigten Ausführungsform ist die Bodenkontakteinheit 18 als dreiphasige Bodenkontakteinheit 18 ausgebildet, was bedeutet, dass die einzelnen Leistungskontakte 32 vier unterschiedlichen Potenziallagen 34 zugeordnet werden können, nämlich der Neutrallage N sowie den Phasenlagen L1, L2 und L3. Die Neutrallage N wird auch als Neutralleiter bezeichnet. Es handelt sich demnach um die entsprechenden Potenziallagen N, P1, P2 und P3.
Wie aus 2 hervorgeht, ist daher ein entsprechender dreiphasiger Anschluss 35 vorgesehen, insbesondere bei der Bodenkontakteinheit 18.
Die Leistungskontakte 32 sind demnach in Leistungskontaktebenen P1, P2, P3, P4 unterteilt bzw. den Leistungskontaktebenen zugeordnet, die auch als „Pin-Layer“ bezeichnet werden.
Insofern gibt es vier Arten von Leistungskontakten 32, nämlich erste Leistungskontakte 32-1, die der ersten Leistungskontaktebene P1 zugeordnet sind, zweite Leistungskontakte 32-2, die der zweiten Leistungskontaktebene P2 zugeordnet sind, dritte Leistungskontakte 32-3, die der dritten Leistungskontaktebene P3 zugeordnet sind, sowie vierte Leistungskontakte 32-4, die der vierten Leistungskontaktebene P4 zugeordnet sind. Anschaulich geht dies aus 4 hervor, worauf nachfolgend noch Bezug genommen wird, wenn die Verschaltung der Leistungskontakte 32 beschrieben wird.
Aus der 2 geht bereits hervor, dass die vier Arten von Leistungskontakten 32 in einem Rechteck angeordnet sind, insbesondere in einem Rechteck auf der Ladefläche 28.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist der erste Leistungskontakt 32-1 in einer oberen rechten Ecke des Rechtecks vorgesehen, wohingegen der zweite Leistungskontakt 32-2 im unteren rechten Eck des Rechtecks vorgesehen ist. Der dritte Leistungskontakt 32-3 ist in einem unteren linken Eck des Rechtecks vorgesehen, wohingegen der vierte Leistungskontakt 32-4 in einem oberen linken Eck des Rechtecks vorgesehen ist. Insofern bilden die vier Arten der Leistungskontakte 32 gemeinsam das Rechteck in der entsprechenden Ebene aus.
Neben den Leistungskontakten 32 umfassen die Kontakte 30 zudem wenigstens einen Schutzleiter-Kontakt 36, also einen PE-Kontakt. In der in 2 gezeigten Ausführungsform sind mehrere Schutzleiter-Kontakte 36 vorgesehen, die separat und isoliert von den Leistungskontakten 32 auf der Ladefläche 28 angeordnet sind.
Ferner geht aus der in 2 gezeigten Ausführungsform hervor, dass die Schutzleiter-Kontakte 36 jeweils im Zentrum der Rechtecke angeordnet sind.
Die Rechtecke sind dabei insbesondere als Quadrate ausgebildet, sodass der im Zentrum angeordnete Schutzleiter-Kontakt 36 den gleichen Abstand zu jedem der Leistungskontakte 32 aufweist. Insofern ist in 2 ein zentriertquadratisches Muster hinsichtlich der Leistungskontakte 32 und der Schutzleiter-Kontakte 36 vorgesehen.
Alternativ zu der in 2 gezeigten Ausführungsform kann die Bodenkontakteinheit 18 eine durchgehende Schutzleiter-Ebene 38 aufweisen, die demnach im Wesentlichen der Fläche des Grundkörpers 26 bzw. der Grundfläche der Ladefläche 28 entspricht, wie dies in 3 gezeigt ist.
Die einzelnen Leistungskontakte 32 durchbrechen dann die entsprechende Schutzleiter-Ebene 38, wobei die Leistungskontakte 32 jeweils isoliert zur Schutzleiter-Ebene 38 angeordnet sind, beispielsweise durch ringförmige Isolierabschnitte 39, die die Leistungskontakte 32 von der Schutzleiter-Ebene 38 isolieren.
Zudem können die Kontakte 30 grundsätzlich wenigstens einen Steuerkontakt 40 umfassen, welcher benutzt wird, um eine Kontaktierungsüberprüfung vorzunehmen, also um festzustellen, ob die Fahrzeugkontakteinheit 16 die Bodenkontakteinheit 18 kontaktiert, worauf nachfolgend noch eingegangen wird.
In den gezeigten Ausführungsformen der 2 und 3 sind mehrere Steuerkontakte 40 vorgesehen.
Grundsätzlich können die Steuerkontakte 40 und/oder die Schutzleiter-Kontakte 36 als magnetische Kontakte 41 ausgebildet sein, also magnetisierbar sein. Hierdurch ist es möglich, dass die hergestellte konduktive Verbindung nur in definierter Weise erfolgt, nämlich derart, dass wenigstens ein magnetischer Kontakt 41 der Fahrzeugkontakteinheit 16 mit einem magnetischen Kontakt 41 der Bodenkontakteinheit 18 koppelt.
Die definierte Verbindung ist sichergestellt, da die magnetischen Kontakte 41 jeweils mittig in einem zugeordneten Rechteck, insbesondere einem Quadrat, angeordnet sind, in dessen Ecken jeweils eine Art der Leistungskontakte 32 vorgesehen sind, also ein erster Leistungskontakt 32-1, ein zweiter Leistungskontakt 32-2, ein dritter Leistungskontakt 32-3 sowie ein vierter Leistungskontakt 32-4. Folglich kann entweder ein Schutzleiter-Kontakt 36 oder ein Steuerkontakt 40 im Zentrum des jeweiligen Rechtecks vorgesehen sein.
Insbesondere sind die Kontakte 30 grundsätzlich so auf der Ladefläche 28 verteilt und zueinander angeordnet, dass zumindest zwei Steuerkontakte 40 in einem Kontaktierungsbereich A der Ladefläche 28 liegen, welcher von der Fahrzeugkontakteinheit 16 überdeckt ist, wenn die konduktive Verbindung hergestellt ist. Über die zwei Steuerkontakte 40 im Kontaktierungsbereich A kann dann festgestellt werden, in welcher Orientierung die Bodenkontakteinheit 18 kontaktiert worden ist.
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 gehören, die im Kontaktierungsbereich A der Ladefläche 28 liegen.
Basierend auf diesen Informationen können die entsprechenden Leistungskontakte 32 dann geschaltet werden, um eine bestimmte Potenziallage 34 den unterschiedlichen Leistungskontaktebenen P1 bis P4 zuzuordnen bzw. damit zu verbinden.
In 4 ist am Beispiel einer Ausführungsform gezeigt, wie die Verschaltung der Leistungskontakte 32 erfolgt. Dies trifft grundsätzlich auf die Verschaltung der Leistungskontakte 32 der Fahrzeugkontakteinheit 16 sowie auf die Verschaltung der Leistungskontakte 32 der Bodenkontakteinheit 18 zu.
Die einzelnen Leistungskontakte 32 können jeweils über Kontaktschalter 42 mit einer entsprechenden Leistungskontaktebene P1 bis P4 verbunden werden, sodass die einzelnen Leistungskontakte 32 über die Kontaktschalter 42 zu- bzw. weggeschaltet werden können. Hierdurch ist es möglich, dass lediglich die Leistungskontakte 32 einer entsprechenden Potenziallage 34 zugeschaltet werden, die im Kontaktierungsbereich A liegen, sodass freiliegende Leistungskontakte 32 potenzialfrei sind.
Aus 4 geht ferner hervor, dass die jeweiligen Kontaktschalter 42 als Spiegelkontakte ausgebildet sind, sodass die Kontaktschalter 42 einen Hauptkontakt 44 sowie einen Überwachungskontakt 46 aufweisen. Aufgrund der Ausbildung als Spiegelkontakt ist sichergestellt, dass der Hauptkontakt 44, welcher als ein Relais fungiert, mit dem Überwachungskontakt 46 mechanisch gekoppelt ist, sodass sich die jeweiligen Schaltstellungen des Hauptkontakts 44 und des Überwachungskontakts 46 gegenseitig bedingen bzw. voneinander abhängen. Der Hauptkontakt 44 und der Überwachungskontakt 46 sind jedoch voneinander galvanisch getrennt, sodass beide Kontakte 44, 46 nicht einem gemeinsamen Stromkreis zugeordnet sind. Vielmehr sind beide Kontakte 44, 46 unterschiedlichen Stromkreisen zugeordnet, die voneinander unabhängig und zudem galvanisch voneinander getrennt sind.
Insofern gibt es keine Schaltstellung des Kontaktschalters 42, in der ein geschlossener Stromkreis gebildet ist, in dem sowohl der Hauptkontakt 44 als auch der Überwachungskontakt 46 eingebunden sind, sodass ein Strom über beide Kontakte 44, 46 des Kontaktschalters 42 fließen könnte. Der Hauptkontakt 44 ist, wie in 4 gezeigt, als ein normalerweise geöffneter Kontakt, also ein NO-Kontakt, ausgebildet, wohingegen der Überwachungskontakt 46 als ein normalerweise geschlossener Kontakt, also ein NC-Kontakt, ausgebildet ist.
In 4 ist demnach die Ausgangsstellung der Kontaktschalter 42 gezeigt, da sich die Kontaktschalter 42 jeweils in einer entsprechenden Schaltstellung befinden, bei denen die Hauptkontakte 44 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.
Der entsprechende Berührschutz kann überwacht werden, indem der Überwachungsschaltkreis 20 unter anderem die jeweilige Schaltstellung der Überwachungskontakte 46 der entsprechenden Kontaktschalter 42 überwacht.
Die Überwachung findet dabei zumindest bei den Kontaktschaltern 42 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.
Der Überwachungsschaltkreis 20 steuert die Abschalteinrichtung 22 an, sofern der Überwachungsschaltkreis 20 feststellt, dass eine falsche Schaltstellung bei einem der Überwachungskontakte 46 vorliegt, was zur Folge hat, dass einer der Hauptkontakte 44 ebenfalls eine falsche Schaltstellung hat, da die Überwachungskontakte 46 und die Hauptkontakte 44 mechanisch miteinander gekoppelt sind.
Die falsche Schaltstellung entspricht dabei einer geöffneten Schaltstellung des Überwachungskontakts 46, welche mit einer geschlossenen Schaltstellung des zugeordneten Hauptkontakts 44 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.
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.
Insofern kann die Abschalteinrichtung 22 einen Hauptschalter 46 bzw. ein Schütz umfassen, welcher die entsprechende galvanische Trennung vollzieht.
Alternativ kann die Abschalteinrichtung 22 eine elektronische Leistungsregelung 50 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 44 des Kontaktschalters 42 gekoppelt ist, eine so niedrige Spannung an, dass keine Gefahr besteht.
Darüber hinaus geht aus 4 hervor, dass eine Eingangsschnittstelle 52 vorgesehen ist, die dem Anschluss 35 und den Potenziallagen 34 zugeordnet ist.
Des Weiteren ist eine Ausgangsschnittstelle 54 vorgesehen, die mit den Leistungskontakten 32 verbunden ist, insbesondere den Leistungskontaktebenen P1 bis P4.
Zudem ist eine Schalteinheit 56 vorgesehen, welche zwischen der Eingangsschnittstelle 52 und der Ausgangsschnittstelle 54 vorgesehen ist.
Die Schalteinheit 56 weist mehrere Schalter 58 auf, die grundsätzlich dazu eingerichtet sind, die jeweils einer Leistungskontaktebene P1 bis P4 zugehörigen Leistungskontakte 32 gemeinsam zwischen einer ersten Potenziallage 34 und einer zweiten Potenziallage 34 wahlweise hin- bzw. herzuschalten, beispielsweise zwischen der Neutrallage N und der ersten Phase L1.
Dies geschieht insbesondere in Abhängigkeit der über die Steuerkontakte 40 ermittelten Orientierung der Fahrzeugkontakteinheit 16 zur Bodenkontakteinheit 18.
Die Schalteinheit 56 stellt beispielsweise sicher, dass zumindest die ersten Leistungskontakte 32-1, also die Leistungskontakte 32, die der ersten Leistungskontaktebene P1 zugeordnet sind, wahlweise mit der ersten Potenziallage 34 (Neutrallage N) oder mit der zweiten Potenziallage 34 (erste Phasenlage L1) verbindbar sind.
In der in 4 dargestellten Ausführungsform ist die Schalteinheit 56 derart ausgebildet, dass sämtliche Leistungskontaktebenen P1 bis P4, also die jeweiligen Leistungskontakte 32 gruppenweise, wahlweise mit jeder der vorliegenden Potenziallagen 34 verbunden werden können, sodass eine maximale Flexibilität gewährleistet ist.
In dem in 4 gezeigten Ausschnitt sind die vier unterschiedlichen Arten der Leistungskontakte 32 gezeigt, also jeweils ein erster Leistungskontakt 32-1, ein zweiter Leistungskontakt 32-2, ein dritter Leistungskontakt 32-3 sowie ein vierter Leistungskontakt 32-4. Anders ausgedrückt sind also Leistungskontakte 32 gezeigt, die der ersten Leistungskontaktebene P1, der zweiten Leistungskontaktebene P2, der dritten Leistungskontaktebene P3 sowie der vierten Leistungskontaktebene P4 zugeordnet sind bzw. über die entsprechenden Kontaktschalter 42 mit diesen verbunden sind.
Grundsätzlich können auch die Schalter 58 - wie die Kontaktschalter 42 - als Spiegelkontakte ausgebildet sein, sodass die Schalter 58 einen Hauptkontakt 60 sowie einen Überwachungskontakt 62 aufweisen.
Im Gegensatz zu den Leistungskontakten 32 ist der wenigstens eine Schutzleiter-Kontakt 36 fest verdrahtet, was bedeutet, dass der wenigstens eine Schutzleiter-Kontakt 36 bzw. die Schutzleiter-Ebene 38 fix ist, also nicht mit einer der Potenziallagen 34 verbunden werden kann.
Dies gilt in gleicher Weise für die Steuerkontakte 40, welche ebenfalls fest verdrahtet sind.
Wie vorstehend bereits erläutert, ist der zumindest eine zumindest eine Steuerkontakt 40 vorgesehen, um eine Kontaktierungsüberprüfung vorzunehmen, also um festzustellen, ob die Fahrzeugkontakteinheit 16 die Bodenkontakteinheit 18 kontaktiert hat.
Insbesondere sind die Kontakte 30 grundsätzlich so verteilt, dimensioniert und/oder zueinander angeordnet, dass zumindest zwei Steuerkontakte 40 in dem Kontaktierungsbereich A liegen, welcher von der Fahrzeugkontakteinheit 16 überdeckt ist, wenn die konduktive Verbindung hergestellt ist, wie aus den 2 und 3 zu entnehmen ist.
Aus 5 geht ein Ablauf hervor, der zeigt, welche Schritte durchgeführt werden, um einen Ladevorgang zu initiieren und zu beenden.
Zur Vorbereitung des Ladevorgangs kann zunächst ein Selbsttest der Leistungskontakte 32 durchgeführt werden, um sicherzustellen, dass die Kontaktschalter 42 aller Leistungskontakte 32 geöffnet sind. Dies kann zu Beginn durchgeführt werden, um sicherzustellen, dass sich die Bodenkontakteinheit 18 und/oder die Fahrzeugkontakteinheit 16 grundsätzlich in einem Zustand befindet, um einen Ladevorgang überhaupt ausführen zu können.
Hierzu kann mittels des Überwachungsschaltkreises 20 die Stellungen der Kontaktschalter 42 überwacht werden, insbesondere der Überwachungskontakte 46.
Darüber hinaus kann die Vorbereitungsphase einen Kompatibilitätscheck aufweisen, 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 werden entsprechende Signale miteinander ausgetauscht, um festzustellen, ob die Kontakteinheiten 16, 18 kompatibel zueinander sind.
Anschließend kann während der Vorbereitungsphase eine Positionierung erfolgen, bei der das Fahrzeug 14 über die Bodenkontakteinheit 18 bzw. in Bezug hierzu positioniert wird, indem entsprechende Signale ausgegeben werden, sodass bspw. ein Fahrer des Fahrzeugs 14 das Fahrzeug 14 möglichst exakt über die Bodenkontakteinheit 18 parkt, wodurch eine konduktive Verbindung hergestellt werden kann. Bei den Signalen kann es sich um optische und/oder akustische Signale handeln. Bei einem zumindest teilweise autonom betriebenen Fahrzeug kann die Positionierung auch automatisch erfolgen. In jedem Fall ist es hierdurch möglich, die Größe der Bodenkontakteinheit 18 zu minimieren.
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.
Hierzu wird zunächst die konduktive Verbindung zwischen der Fahrzeugkontakteinheit 16 und der Bodenkontakteinheit 18 hergestellt, indem zumindest ein Bauteil der Fahrzeugkontakteinheit 16, beispielsweise ein Konnektor, 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.
Um dies festzustellen, wird eine Kontaktierungsüberprüfung durchgeführt, bei der festgestellt wird, ob Kontakte 30 der Bodenkontakteinheit 18 kontaktiert sind.
Die Kontaktierungsüberprüfung erfolgt über die Steuerkontakte 40. Hierzu liegt wenigstens ein Steuersignal, beispielsweise eine Kleinschutzspannung, an den Steuerkontakten 40 an, insbesondere an zumindest einem der Steuerkontakte 40. Das Steuersignal kann von einem Signalgenerator 64 erzeugt werden, der beispielsweise fahrzeugseitig vorgesehen ist, beispielsweise als Teil der Fahrzeugkontakteinheit 16. Alternativ kann der Signalgenerator 64 infrastrukturseitig vorgesehen sein, beispielsweise als Teil der Ladeinfrastruktur 12.
Zudem wird gemessen, ob das Steuersignal über eine durchgehende Verbindung übertragen wird, die zumindest den Steuerkontakt 40 der Bodenkontakteinheit 18 und/oder den Steuerkontakt 40 der Fahrzeugkontakteinheit 16 umfasst, an den das Steuersignal angelegt worden ist. Hierzu kann der Überwachungsschaltkreis 20 entsprechend verwendet werden.
Zudem kann festgestellt werden, welche der entsprechenden Kontakte 30 kontaktiert sind, indem die Steuerkontakte 40 einzeln und/oder gruppenweise durchgeschaltet werden. Sofern dabei festgestellt wird, dass eine durchgehende Verbindung an einem der Steuerkontakte 40 vorliegt, so ist ermittelt worden, dass der entsprechende Steuerkontakt 40 kontaktiert ist.
Durch gezieltes Durschalten der Steuerkontakte 40 lässt sich der Kontaktierungsbereich A der Fahrzeugkontakteinheit 16 an der Bodenkontakteinheit 18 identifizieren.
Anschließend kann das Umfeld des ermittelten Steuerkontakts 40 ebenfalls zugeschaltet werden, um zu überprüfen, welche (benachbarten) Steuerkontakte 40 kontaktiert sind.
Hierdurch wird sichergestellt, dass eine Aufsetzposition der Fahrzeugkontakteinheit 16 bestimmt wird, da sich aufgrund der Kenntnis der kontaktierten Steuerkontakte 40 zudem ermitteln lässt, welche weiteren Kontakte 30 kontaktiert sind.
Hierzu wird ausgenutzt, dass die magnetischen Kontakte 41 vorgesehen sind, wodurch die Fahrzeugkontakteinheit 16 die Bodenkontakteinheit 18 nur in definierter Weise kontaktiert, nämlich derart, dass eine Koppelung über zwei magnetische Kontakte 41 vorliegt, was auch als „Schnappung“ bezeichnet wird.
Die Steuerkontakte 40 können zudem unterschiedliche Steuersignale führen, wodurch zusätzlich festgestellt werden kann, wie die Kontaktierungsorientierung der Fahrzeugkontakteinheit 16 in Bezug auf die Bodenkontakteinheit 18 ist. Auch dies kann wiederum mittels des Überwachungsschaltkreises 20 erfolgen.
Die Ladeinfrastruktur 12 und/oder die Fahrzeugkontakteinheit 16 sind bzw. ist demnach eingerichtet, mittels der wenigstens zwei Steuerkontakte 40 eine Kontaktierungsorientierung der Fahrzeugkontakteinheit 16 an der Ladefläche 28 zu erfassen.
In Abhängigkeit der durchgeführten Kontaktierungsüberprüfung und der dabei ermittelten Kontaktierungsposition, also der Aufsetzposition, sowie der optional festgestellten Kontaktierungsorientierung könnten dann die kontaktierten Leistungskontakte 32 mit bestimmten Potenziallagen 34 verbunden werden, insbesondere über die entsprechende Schalteinheit 56.
Während der Überprüfungsphase kann jedoch noch eine Schutzleiterüberprüfung stattfinden, 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.
Hierzu kann das Fahrzeug 14 einen Stromgenerator oder einen Signalgenerator umfassen, welcher den Teststrom bereitstellt, der über einen der Kontakte der Fahrzeugkontakteinheit 16 auf einen hiermit gekoppelten Kontakt 30 der Kontakte 30 der Bodenkontakteinheit 18 geleitet wird.
Beispielsweise kann einer der Leistungskontakte 32 genutzt werden, welcher mit einem korrespondierenden Leistungskontakt 32 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 36 entspricht. Hierzu kann ein Relais vorgesehen sein, über das der entsprechende Kontakt 30 mit dem Schutzleiter-Niveau verbunden wird.
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. Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass der Teststrom durch die Bodenkontakteinheit 18 bereitgestellt wird.
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 Kriech- oder Nebenströme oder ähnliches vorliegen. 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.
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 36 durchgeführt wird. Auch kann die Isolationsüberprüfung zwischen zumindest einem Leitungskontakt 32 und dem Steuerkontakt 40 durchgeführt werden.
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.
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.
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.
Die Isolationsüberprüfung kann auch als Teil einer Reinigungsüberprüfung angesehen werden, bei der eine Kleinschutzspannung an den wenigstens einen Steuerkontakt 40 der Bodenkontakteinheit 18 angelegt wird. Anschließend wird die Isolationsüberprüfung zwischen zwei Kontakten 30 der Bodenkontakteinheit 18 durchgeführt.
Nachdem die Überprüfung durchgeführt worden ist und sämtliche Überprüfungsschritte erfolgreich abgeschlossen wurden, kann der Ladevorgang beginnen.
Wie zuvor bereits erläutert, wurden die Leistungskontakte 32, die nicht zur Teilmenge der kontaktierten Kontakte 30 gehören, bereits über die Kontaktschalter 42 potenzialfrei geschaltet, was zudem während des Selbsttests während der Vorbereitung überprüft worden ist.
Insofern werden lediglich die Leistungskontakte 32 der entsprechenden Potenziallage 34 zugeschaltet, die zur Teilmenge der kontaktierten Kontakte 30 gehören.
Hierbei wird auf die Informationen zurückgegriffen, die während der Kontaktierungsüberprüfung gewonnen worden sind, da nur die Leistungskontakte 32 über die zugeordneten Kontaktschalter 42 mit einer Potenziallage 34 verbunden werden, die überhaupt kontaktiert sind, um den Berührschutz sicherzustellen. Diese Information wird aufgrund der erfassten Aufsetzposition gewonnen.
Die jeweilige Potenziallage 34 wird ferner aufgrund der bei der Kontaktierungsüberprüfung ermittelten Kontaktierungsorientierung ausgewählt.
Wie vorstehend erläutert, ist die Schalteinheit 56, insbesondere die Schalter 58, derart eingerichtet, dass die Leistungskontaktebenen P1, P2, P3, P4 mit den unterschiedlichen Potenziallagen 34 verbunden werden können, also beispielsweise der Neutrallage N oder eine der Phasenlagen L1, L2, L3. Insofern kann hierüber eingestellt werden, ob in der oberen rechten Ecke eines jeweiligen Rechtecks die Neutrallage N oder eine der Phasenlagen L1, L2, L3 vorliegt.
Dies kann in analoger Weise für sämtliche Ecken des Rechtecks gelten, sofern die Schalteinheit 56 wie in 4 gezeigt ausgebildet ist. Daher kann die jeweilige Potenziallage der Ecken des Rechtecks aufgrund der erfassten Kontaktierungsorientierung eingestellt werden.
Insbesondere werden zunächst die Leistungskontaktebenen P1, P2, P3, P4 mit den unterschiedlichen Potenziallagen 34 verbunden, bevor die entsprechend kontaktierten Leistungskontakte 32 über die Kontaktschalter 42 mit den Leistungskontaktebenen P1, P2, P3, P4 verbunden werden, also auf ein Potenzial gelegt werden.
Nachdem die elektrische Verbindung zwischen den kontaktierten Leistungskontakten 32 und den entsprechenden Potenziallagen 34 hergestellt worden ist, kann ein Ladestrom von der Bodenkontakteinheit 18 über die Fahrzeugkontakteinheit 16 in die Batterie des Fahrzeugs 14 fließen, wodurch die Batterie entsprechend geladen wird.
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.
Des Weiteren wird hierbei überprüft, ob die bestehende Kontaktierung während des Ladevorgangs abreißt, indem ein Kontakt 30 der Teilmenge der kontaktierten Kontakte kontinuierlich überwacht wird, nämlich der Steuerkontakt 40.
Hierbei ist unter anderem vorgesehen, dass der wenigstens eine Steuerkontakt 40 eine kleinere Fläche als der zumindest eine Schutzleiter-Kontakt 36 und/oder als einer der Leistungskontakte 32 hat, insbesondere als jeder der Leistungskontakte 32. Insofern würde zunächst die Verbindung über den wenigstens einen Steuerkontakt 40 abreißen, bevor die Verbindungen über die Leistungskontakte 32 und/oder die Verbindung über den Schutzleiter-Kontakt 36 abreißen bzw. abreißt.
Sollte festgestellt werden, dass der Berührschutz nicht mehr gewährleistet ist, also die Verbindung über den wenigstens einen Steuerkontakt 40 abgerissen ist, so wird die Abschalteinrichtung 22 vom Überwachungsschaltkreis 20 angesteuert, wodurch entweder der Hauptschalter 48 geöffnet wird, um eine galvanische Trennung vorzunehmen, und/oder die elektronische Leistungsregelung 50 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.
Alternativ oder ergänzend zur kleineren Fläche des wenigstens einen Steuerkontakts 40 kann auch vorgesehen sein, dass die Steuerkontakte 40 mit einem geringeren Federweg als die Leistungskontakte 32 und/oder der zumindest eine Schutzleiter-Kontakt 36 ausgebildet sind, insbesondere die Steuerkontakte 40 der Fahrzeugkontakteinheit 16. Ebenso können die Steuerkontakte 40 kürzer sein als die Leistungskontakte 32 und/oder der zumindest eine Schutzleiter-Kontakt 36.
In jedem Fall ist so gewährleistet, dass bei einer Relativverschiebung der Fahrzeugkontakteinheit 16 zur Bodenkontakteinheit 18 zunächst die über den wenigstens einen Steuerkontakt 40 hergestellte Verbindung abreißt, bevor die Verbindung über die Leistungskontakte 32 und/oder die Verbindung über den Schutzleiter-Kontakt 36 abreißt. Die Leistungskontakte 32 lassen sich so aktiv potenzialfrei schalten bzw. das Spannungsniveau aktiv absenken, bevor deren Verbindung abreißt und/oder ein Lichtbogen entstehen würde.
Das Abreißen der konduktiven Verbindung wird insbesondere in einer Richtung festgestellt, die senkrecht zur Kontaktierungsrichtung ist, also in der Ebene, in der die Kontaktierung vorliegt. Es wird demnach festgestellt, ob die Fahrzeugkontakteinheit 16 relativ zur Bodenkontakteinheit 18 verrutscht bzw. sich verschiebt, wodurch die Verbindung über den wenigstens einen Steuerkontakt 40 abreißt, insbesondere als erstes.
Sollte kein ungewünschtes Abreißen der konduktiven Verbindung erkannt werden, wird der Ladevorgang bis zum Ende durchgeführt. Die Kontaktierungsüberwachung findet dabei kontinuierlich statt, wie vorstehend schon erläutert.
Nachdem der Ladevorgang abgeschlossen worden ist, wird die konduktive Verbindung zwischen der Fahrzeugkontakteinheit 16 und der Bodenkontakteinheit 18 aktiv getrennt.
Hierzu werden zunächst die zuvor zugeschalteten Leistungskontakte 32, welche der Teilmenge angehören, potenzialfrei geschaltet, indem die entsprechenden Kontaktschalter 42 angesteuert werden.
Zudem kann auch die Abschalteinrichtung 22 entsprechend angesteuert werden, um beispielsweise eine galvanische Trennung über den Hauptschalter 48 durchzuführen. Dies schafft eine Redundanz. Zusätzlich kann noch einmal überprüft werden, ob die Leistungskontakte 32 alle potenzialfrei sind, indem die zugeordneten Überwachungskontakte 46 über den Überwachungsschaltkreis 20 überwacht werden.
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.
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 42 allesamt im nichtstromführenden Zustand sind, der vorliegt, wenn die entsprechenden Hauptkontakte 44 geöffnet bzw. die Überwachungskontakte 46 geschlossen sind.
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.
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.
Der in 5 gezeigte Ablauf und das zugehörige Verfahren kann grundsätzlich von der elektrischen Ladeinfrastruktur 12 ausgeführt werden, die hierzu entsprechend eingerichtet ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 2019/052962 A1 [0003, 0004]

Claims

Ladeinfrastruktur (12) zum Herstellen einer konduktiven Verbindung mit einer Fahrzeugkontakteinheit (16), wobei die Ladeinfrastruktur (12) eine Bodenkontakteinheit (18) umfasst, die einen plattenförmigen Grundkörper (26) und mehrere Kontakte (30) aufweist, die auf einer Ladefläche (28) des Grundkörpers (26) angeordnet sind, an der die Fahrzeugkontakteinheit (16) zur Anlage kommen kann, wobei die mehreren Kontakte (30) zumindest einen Schutzleiter-Kontakt (36), Leistungskontakte (32) sowie wenigstens einen Steuerkontakt (40) zur Detektion einer Kontaktierung umfassen, wobei der zumindest eine Schutzleiter-Kontakt (36) fest verdrahtet ist, wobei die Leistungskontakte (32) wenigstens einer Potenziallage (34) zugeordnet sind, wobei der wenigstens eine Steuerkontakt (40) separat zu den Leistungskontakten (32) und separat zu dem zumindest einen Schutzleiter-Kontakt (36) ausgebildet ist.
Ladeinfrastruktur (12) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Leistungskontakte (32) einer gleichen Potenziallage (34) zugeordnet sind, insbesondere wobei mehrere Potenziallagen (34) vorgesehen sind, wobei jeder Potenziallage (34) wenigstens zwei Leistungskontakte (32) zugeordnet sind.
Ladeinfrastruktur (12) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladeinfrastruktur (12) einen Überwachungsschaltkreis (20) umfasst, der eingerichtet ist, die Kontaktierung des wenigstens einen Steuerkontakts (40) zu überwachen, insbesondere wobei der Überwachungsschaltkreis (20) eingerichtet ist, eine Aufsetzposition der Fahrzeugkontakteinheit zu bestimmen.
Ladeinfrastruktur (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Steuerkontakt (40) eine kleinere Fläche als der zumindest eine Schutzleiter-Kontakt (36) und/oder als einer der Leistungskontakte (32) hat, insbesondere als jeder der Leistungskontakte (32).
Ladeinfrastruktur (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren Kontakte (30) wenigstens zwei Steuerkontakte (40) umfassen, sodass die Ladeinfrastruktur (12) eingerichtet ist, mittels der wenigstens zwei Steuerkontakte (40) eine Kontaktierungsorientierung der Fahrzeugkontakteinheit (16) an der Ladefläche (28) zu erfassen, insbesondere wobei die mehreren Kontakte (30) zwei Kategorien von Steuerkontakten (40) umfassen, die sich hinsichtlich verwendeter Steuersignale unterscheiden, die über die Steuerkontakte (40) geleitet sind.
Ladeinfrastruktur (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Schutzleiter-Kontakt (36) durch eine durchgehende Fläche ausgebildet ist, die eine Schutzleiter-Ebene (38) bereitstellt, die durch die Leistungskontakte (32) und/oder den wenigstens einen Steuerkontakt (40) durchbrochen ist.
Fahrzeugkontakteinheit (16) zum Herstellen einer konduktiven Verbindung mit einer Bodenkontakteinheit (18), wobei die Fahrzeugkontakteinheit (16) mehrere Kontakte (30) aufweist, die auf einer Ladefläche (28) der Bodenkontakteinheit (18) zur Anlage kommen können, wobei die mehreren Kontakte (30) zumindest einen Schutzleiter-Kontakt (36), Leistungskontakte (32) sowie wenigstens einen Steuerkontakt (40) zur Detektion einer Kontaktierung umfassen, wobei der zumindest eine Schutzleiter-Kontakt (36) fest verdrahtet ist, wobei die Leistungskontakte (32) wenigstens einer Potenziallage (34) zugeordnet sind, wobei der wenigstens eine Steuerkontakt (40) separat zu den Leistungskontakten (32) und separat zu dem zumindest einen Schutzleiter-Kontakt (36) ausgebildet ist.
Fahrzeugkontakteinheit (16) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontakte (30) derart ausgebildet sind, dass der wenigstens eine Steuerkontakt (40) bei einer Relativbewegung der Fahrzeugkontakteinheit (16) zur Bodenkontakteinheit (18) früher als die Leistungskontakte (32) und/oder der zumindest eine Schutzleiter-Kontakt (36) die Kontaktierung zur Bodenkontakteinheit (18) verliert und/oder dass der zumindest eine Schutzleiter-Kontakt (36) bei einer Relativbewegung der Fahrzeugkontakteinheit (16) zur Bodenkontakteinheit (18) später als die Leistungskontakte (32) die Kontaktierung zur Bodenkontakteinheit (18) verliert.
System (10) zum Herstellen einer konduktiven Verbindung, wobei das System (10) eine Fahrzeugkontakteinheit (16) mit mehreren Kontakten (30) aufweist, die zumindest einen Schutzleiter-Kontakt (36), Leistungskontakte (32) sowie wenigstens einen Steuerkontakt (40) zur Detektion einer Kontaktierung umfassen, wobei das System (10) eine Bodenkontakteinheit (18) mit mehreren Kontakten (30) aufweist, die zumindest einen Schutzleiter-Kontakt (36), Leistungskontakte (32) sowie wenigstens einen Steuerkontakt (40) zur Detektion einer Kontaktierung umfassen, wobei der zumindest eine Schutzleiter-Kontakt (36) jeweils fest verdrahtet ist, wobei die jeweiligen Leistungskontakte (32) wenigstens einer Potenziallage (34) zugeordnet sind, wobei der jeweilige wenigstens eine Steuerkontakt (40) separat zu den Leistungskontakten (32) und separat zu dem zumindest einen Schutzleiter-Kontakt (36) ausgebildet ist, wobei das System (10) einen Überwachungsschaltkreis (20) und einen Signalgenerator (64) umfasst, wobei das System (10) eingerichtet ist, ein Steuersignal mittels des Signalgenerators (64) an wenigstens einen Steuerkontakt (40) der Bodenkontakteinheit (18) oder der Fahrzeugkontakteinheit (16) anzulegen, und wobei das System (10) eingerichtet ist, eine Kontaktierung der Bodenkontakteinheit (18) mittels des Überwachungsschaltkreises (20) zu detektieren, der eingerichtet ist, das vom Signalgenerator (64) erzeugte Steuersignal zu empfangen und auszuwerten, welches im kontaktierten Zustand über den wenigstens einen Steuerkontakt (40) der Fahrzeugkontakteinheit (16) und/oder den wenigstens einen Steuerkontakt (40) der Bodenkontakteinheit (18) läuft.
System (10) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontakte (30) der Bodenkontakteinheit (18) und die Kontakte (30) der Fahrzeugkontakteinheit (16) derart ausgebildet sind, dass eine Verbindung über den Schutzleiter-Kontakt (36) der Bodenkontakteinheit (18) und den Schutzleiter-Kontakt (36) der Fahrzeugkontakteinheit (16) bestehen bleibt, wenn die Verbindungen über die Leistungskontakte (32) bei einer Relativbewegung der Fahrzeugkontakteinheit (16) zur Bodenkontakteinheit (18) bereits abgerissen sind, insbesondere aufgrund einer Relativbewegung der Fahrzeugkontakteinheit (16) zur Bodenkontakteinheit (18).
System (10) nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Steuerkontakt (40) der Bodenkontakteinheit (18) und/oder der wenigstens eine Steuerkontakt (40) der Fahrzeugkontakteinheit (16) derart ausgebildet sind bzw. ist, dass eine Verbindung über den Steuerkontakt (40) der Bodenkontakteinheit (18) und den Steuerkontakt (40) der Fahrzeugkontakteinheit (16) bei einer Relativbewegung der Fahrzeugkontakteinheit (16) zur Bodenkontakteinheit (18) abreißt, bevor die Verbindungen über die Leistungskontakte (32) abreißen.
Verfahren zum Herstellen einer konduktiven Verbindung zwischen einer Bodenkontakteinheit (18) und einer Fahrzeugkontakteinheit (16), wobei die Fahrzeugkontakteinheit (16) mehrere Kontakte (30) aufweist, die zumindest einen Schutzleiter-Kontakt (36), Leistungskontakte (32) sowie wenigstens einen Steuerkontakt (40) zur Detektion einer Kontaktierung umfassen, wobei die Bodenkontakteinheit (18) mehrere Kontakte (30) aufweist, die zumindest einen Schutzleiter-Kontakt (36), Leistungskontakte (32) sowie wenigstens einen Steuerkontakt (40) zur Detektion einer Kontaktierung umfassen, wobei der zumindest eine Schutzleiter-Kontakt (36) jeweils fest verdrahtet ist, wobei die jeweiligen Leistungskontakte (32) wenigstens einer Potenziallage (34) zugeordnet sind, wobei der jeweilige wenigstens eine Steuerkontakt (40) separat zu den Leistungskontakten (32) und separat zu dem zumindest einen Schutzleiter-Kontakt (36) ausgebildet ist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: - Anlegen eines Steuersignals an dem wenigstens einen Steuerkontakt (40) der Bodenkontakteinheit (18) oder der Fahrzeugkontakteinheit (16), und - Messen, ob das Steuersignal über eine durchgehende Verbindung übertragen wird, die zumindest den Steuerkontakt (40) der Bodenkontakteinheit (18) und/oder den Steuerkontakt (40) der Fahrzeugkontakteinheit (16) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kontaktierungsbereich (A) der Fahrzeugkontakteinheit (16) an der Bodenkontakteinheit (18) identifiziert wird, indem die Fahrzeugkontakteinheit (16) relativ zur Bodenkontakteinheit (18) rotiert wird und/oder mehrere Steuerkontakte (40) der Bodenkontakteinheit (18) jeweils einzeln und/oder gruppenweise durchgeschaltet werden.
Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine Orientierung der Fahrzeugkontakteinheit (16) relativ zur Bodenkontakteinheit (18) identifiziert wird, indem zumindest zwei Steuerkontakte (40) der Bodenkontakteinheit (18) oder der Fahrzeugkontakteinheit (16) mit unterschiedlichen Steuersignalen beaufschlagt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine Reinigungsüberprüfung durchgeführt wird, indem eine Kleinschutzspannung an den wenigstens einen Steuerkontakt (40) der Bodenkontakteinheit (18) angelegt wird, wobei eine Isolationsüberprüfung zwischen zwei Kontakten (30) der Bodenkontakteinheit (18) durchgeführt wird.