EP3481663A1 - Verbindungseinheit und vervahren zur verbindung mit einem elektrofahrzeug sowie elektrofahrzeug - Google Patents

Verbindungseinheit und vervahren zur verbindung mit einem elektrofahrzeug sowie elektrofahrzeug

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EP3481663A1
EP3481663A1 EP17730728.7A EP17730728A EP3481663A1 EP 3481663 A1 EP3481663 A1 EP 3481663A1 EP 17730728 A EP17730728 A EP 17730728A EP 3481663 A1 EP3481663 A1 EP 3481663A1
Authority
EP
European Patent Office
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contact
electric vehicle
rail
rails
connection unit
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP17730728.7A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Sebastian Bode
Jörg Heuer
Anton Schmitt
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP3481663A1 publication Critical patent/EP3481663A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • Y02T90/14—Plug-in electric vehicles

Definitions

  • Connection unit for connection to an electric vehicle 1.
  • the present invention relates to a connection unit for connection to an electric vehicle. Furthermore, the invention relates to an electric vehicle for connection to a connection unit. Furthermore, the invention is directed to a corre sponding ⁇ method.
  • Prior Art Electric mobility is a future technology that is gaining increas ⁇ increasingly important. It is an important element ei ⁇ ner climate-friendly energy and transport policies.
  • the use of electricity as a source of energy also makes it possible to use renewable energy sources for mobility, allowing for almost C02-free locomotion. Therefore, there is a need for charging infrastructures for the efficient and cost-saving charging of electric vehicles, such as electric cars or electric buses.
  • the electric buses are also commonly referred to as "eBusse”.
  • a known charging infrastructure consists of a control unit, a voltage source (eg Umrich ⁇ ter) and a charging point at which a vehicle can connect by means of a connection unit.
  • a connection unit For example, pantographs are the connection unit of the
  • the electric vehicle is charged by means of the pantograph in one charging process.
  • FIG. 3 shows an exemplary charging infrastructure of the prior art with a charging station for charging a
  • Electric bus by means of a pantograph As previously ⁇ leads, there is a part of the charging process of establishing a wired connection between the electric vehicle 10 and the pantograph 20. For this purpose, it is necessary, the electric vehicle 10 geometrically correctly in relation to the Pantogra ⁇ phen 20 initially position. The electric vehicle 10 is arranged ⁇ below the pantograph 20 and the pantograph 20 is then lowered in the direction of the electric vehicle 10. This process is also referred to as a positioning process and is upstream of the actual charging process.
  • the electric vehicle 10 is connected to a pantograph 20 via four connections (DC +, DC-, PE, CP), as shown in FIG.
  • the electric vehicle 10 can be at ⁇ play as to the above electric bus.
  • the electric vehicle 10 and the pantograph 20 each have corresponding contact rails.
  • the contact rails are indicated in Figure 3 in a rectangular shape and hatched. Accordingly, the charging point for the electric vehicle 10 consists of a pantograph 20 at the end of contact rails 21, 22, 23, 24 are mounted.
  • the Kon ⁇ clock rails 21, 22, 23, 24 must be connected to the pantograph 20 to the contact rails 11, 12, 13, 14 of the electric vehicle 10 before the charging operation can be initiated.
  • the different four connections are also called contacts and are defined as follows:
  • the DC + connection establishes the connection between the positive pole of the accumulator in the electric vehicle and the positive connection of the voltage source of the charging infrastructure.
  • connection DC- establishes the connection between the negative pole of the accumulator in the electric vehicle and the negative connection of the voltage source of the charging infrastructure.
  • connection PE establishes the connection of the body of the electric vehicle with the earth potential of the charging infrastructure.
  • the compound CP introduces be influenced by electric vehicle and Ladesta ⁇ tion and analyzable signal, thereby allowing the direct detection of a compound of this pair of rails and with appropriate mechanical construction on ⁇ indirectly detecting the connection of the further
  • the contact rails 11, 12, 13, 14 of the electric vehicle 10 be arranged with the contact rails 21, 22, 23, 24 of the pantograph 20 such that they overlap in corresponding contact points 31, 32, 33, 34.
  • the plan view of the roof of the electric vehicle 10 on wel ⁇ chem the contact rails 11, 12, 13, are arranged in the longitudinal direction 14 is shown in FIG. 4
  • the contact rails 11, 12, 13, 14 of the electric vehicle 10 overlap in the four contact points 31, 32, 33, 34 with the contact rails 21, 22, 23, 24 of the pantograph 20, as shown.
  • the electric vehicle can continue to be positioned only within a predetermined tolerance window.
  • the largest possible To ⁇ leranzpper is desirable to position the electric vehicle with a high probability correct.
  • the tolerance window results geometrically taking into account the number of connections to be made, conventionally four, between the electric vehicle 10 and the pantograph 20.
  • FIG. 5 shows an overview of the respective tolerance windows for the four contact points.
  • the arrangement of the contact bars is selected in FIG. 5 such that the contact bars 21, 22, 23, 24 of the pantograph 20 and the contact bars 11, 12, 13, 14 of the electric vehicle 10 are simultaneously arranged in pairs in the middle points 31, 32, 33 , 34 cross. Accordingly, the length of the tolerance window is:
  • a disadvantage of the conventional tolerance windows known from the prior art and shown in FIG. 5 is their respective size.
  • the tolerance windows are not out ⁇ sufficiently large enough for a correct and rapid positioning of the electric vehicle. Due to the limited size of the Tole ⁇ ranziza the contact rails 11, 12, 13, 14 of the electric vehicle 10 with the corresponding Needlesschie ⁇ nen 21, 22, 23, 24 of the pantograph 20 must be very precisely arranged and positioned with respect to each other.
  • the pantograph 20 is first lowered during the Positionin ⁇ approximately operation on the roof of the electric vehicle 10 to produce the four points of contact points 31, 32, 33, 34 for the four compounds.
  • the preparation of the compounds can be guaranteed only insufficient. If this positioning process fails and the connections can not be made as required, the panograph 20 must be restarted in a complex manner and the positioning process must be repeated. In this case, the positioning process starts again. This means that the electric vehicle 10 has to be arranged again with respect to the pantograph 20 and the pantograph 20 has to be lowered again onto the roof of the electric vehicle 10.
  • the electric vehicle needs to be re-ran this yaws ⁇ and brought into another parked position below the pantograph.
  • the positioning process of the prior art is very disadvantageous, namely expensive and time-consuming.
  • Ran ⁇ lust at a bus stop also from the perspective of the end customer, the passenger, barely comprehensible.
  • a repositioning of the bus without endangering persons is at least temporarily prevented.
  • the disadvantage of this is further that the positioning process is the prerequisite for further charging. The loading process can be initiated only after successful positioning, thus if the connections between the
  • the electric vehicle can not be operated properly in the sense that the passengers must remain on the one hand in the bus and on the other delayed to their destinations. This results in enormous time delays in the operation, the travel times are unnecessarily extended and the costs increase accordingly.
  • the present invention therefore has the task of producing a connection of the connection unit for connection to the electric vehicle in an efficient, cost-saving and also simpler way.
  • connection unit for connection to an electric vehicle comprising:
  • the at least two contact rails can be connected to a corresponding first vehicle-side contact rail of the electric vehicle;
  • a signal can be applied, and f. a third contact rail with a korrespondie ⁇ - generating second vehicle-side contact rail of the
  • Electric vehicle can be connected. As stated above, has a connection ⁇ unit of a charging infrastructure and the electric vehicle per ⁇ stays awhile contact rails.
  • the electric vehicle is to ⁇ hen ⁇ at least partially electrically powered vehicle hen ⁇ hen, which in addition to the electric drive and otherwise can be operated, crizspielswese a Verbrennungsmo ⁇ tor.
  • the contact rails are matched with respect to one another in such a way that, after lowering the connection unit in the direction of the electric vehicle, the contact rails of the connection unit overlap one another with the contact rails of the electric vehicle at the contact points in order to connect the four connections (DC +, DC-, PE, CP) to produce.
  • four contact points are necessary for the preparation of the four connections.
  • the size of the corresponding tolerance window of the respective contact points is disadvantageously very low.
  • connection unit according to claim 1 has two or more ⁇ re contact rails .
  • a con ⁇ tact rail for the connection DC + and a contact rail for the connection DC- is provided.
  • These contact rails are somewhat dependent on each other due to the positive and negative polarity.
  • the contact rails are therefore not arranged arbitrarily, but in a certain Ab ⁇ stand from each other.
  • the distance is determined so that the distance is smaller than between two mechanically independent contact rails. Accordingly, the contact rails in the immediate vicinity of each other, preferably in the longitudinal direction, arranged. However, the distance should not be too low, since this could lead to an undesirable short circuit.
  • the contact rails can be connected to a corresponding vehicle-side contact rail of the electric vehicle.
  • Dementspre ⁇ chend is on the side of the electric vehicle advantageously only one instead of two contact rails for the preparation of the two compounds DC +, DC- with the connection ⁇ unit necessary.
  • the connecting unit a further contact rail on ⁇ on which a signal can be applied.
  • the contact rail can be connected to a corresponding vehicle-side contact rail of the electric vehicle.
  • the contact rail is extended by an additional monitoring functionality for monitoring the contact between the contact rails of the electric vehicle and the contact bars of the connection unit. Accordingly, on the side of the
  • Electric vehicle only one instead of two contact rails for the preparation of the compounds PE, CP with the connection unit necessary.
  • the number of four contact points in the prior art is reduced to two contact points by the connecting unit according to the invention and the size of the respective tolerance windows is increased.
  • the connecting unit is formed as Pantog ⁇ raph.
  • the connection unit may be, for example, a pantograph or a charging cable.
  • an electric bus is connected to a pantograph and loaded by means of a pantograph.
  • the electric vehicle is designed as an electric bus. Accordingly, the electric driving ⁇ convincing example, an electric bus, electric car, electric vehicle etc..
  • the electric bus can be used for local traffic and is charged via a corresponding loading point of the charging infrastructure.
  • the at least two contact rails are formed as a double contact. Accordingly, the distance between the two contact rails for the Links selected so small that even on the side of the connection unit only a double contact instead of two contact rails is required.
  • the double contact can therefore also advantageously overlap with a corresponding vehicle-side contact rail in only one instead of two contact points.
  • a positive voltage is applied to a first of the at least two contact rails and a negative voltage to a second of the at least two contact rails.
  • the two contact bars of the connection unit are provided in particular for the connections DC + and DC-.
  • the distance between the contact rails is chosen according to the polarity and its nature. Alternatively, however, the contact bars can be formed to other compounds or functionalities, for example, the United ⁇ bond CP or PE, and the distance can be adjusted accordingly.
  • the third contact rail is a grounding rail on which a high-frequency and / or interference-proof signal is modulated. Accordingly, the further contact rail of the connection unit for the connections fertil PE and CP is provided. Therefore, a contact rail is saved for the implementation of two compounds. Consequently, the additional and common prior art contact rail for the connection CP is eliminated.
  • the third contact rail is therefore also capable of monitoring the connection between the contact rails on the vehicle side with the contact rails on the side of the connection unit in addition to the protective function.
  • the corresponding first vehicle-side contact rail of the electric vehicle ei ⁇ ne plurality of segments is divided.
  • the polarity and / or a different function of each segment is not predetermined from the plurality of Seg ⁇ elements. Accordingly, it is not predetermined for which connection the respective segments of the contact rail are used.
  • the respective segment can therefore be used, for example, arbitrarily for the connection DC + or DC-. Consequently, the double contact of the connection unit can advantageously also be connected as desired to the respective segment.
  • the subdivision of the contact rails in + and - therefore falls away.
  • on the side of the electric vehicle advantageously only one contact rail for the connection to the double contact on the side of the connection unit is necessary instead of two contact rails for the connections DC + and DC-.
  • each segment of the plurality of segments at least two different ⁇ Seg ment sections, in particular a conducting and an insulating segment portion. Due to the fact that the Po ⁇ larity of the segments is not specified, the segments are divided into conducting and insulating sections. This advantageously prevents a short circuit.
  • the length of the insulating segment section is greater than the respective width of the at least two contact rails. The sizing ensures that the two contact bars of the connection unit can never contact the same conductive section to avoid a short circuit. This advantageous dimensioning the contact rails can be arranged denser and thus in a space-saving manner. In addition, the production costs are significantly reduced and thus saved costs. Consequently, the size of the tolerance window can be increased.
  • the lengths of the insulating and conductive segment sections could be designed so that the sum of two insulating segment sections and a conductive Segmentab ⁇ section is greater than the width of the contact rail.
  • the length of the conductive segment section corresponds to the distance between the at least two contact rails.
  • each segment of the plurality of segments via at least one diode with ei ⁇ nem of the at least two contact rails for applying a positive voltage or for applying a negative voltage is connected.
  • the invention is further directed to a method of connecting a connection unit to an electric vehicle, comprising: a. Arranging at least two contact rails with a distance spaced from each other, wherein the distance Zvi ⁇ rule the at least two contact rails is smaller than that between two mechanically independent contact bars,
  • connection unit comprising:
  • a signal can be applied and the second vehicle-side contact rail can be connected to a third contact rail of the connection unit.
  • Fig. 1 shows an illustration of an inventive
  • Fig. 2 shows a detail view of contact rails of
  • Fig. 3 shows an exemplary device of the related art for charging an electric bus means ei ⁇ nes pantograph.
  • Fig. 4 shows a top view of the roof of the electric bus with its contact rails, which overlap with those of the contact rails of the pantograph in the contact points according to the prior art.
  • Fig. 5 shows the tolerance windows for the contact points according to the prior art.
  • FIG. 1 illustrates an electric vehicle 10 according to the invention.
  • the electric vehicle 10 may, for example, as a
  • the electric traction ⁇ convincing 10 has a roof which is shown for illustration in plan view a rectangular shape.
  • a contact rail 11, 12 is ⁇ introduced .
  • the contact rail 11, 12 in this case has a plurality of segments.
  • the individual segments are divided in Figure 1 into two different segment sections, which are indicated in black and white.
  • the white segment portion is made conductive whereas the black Segmentab ⁇ cut is made insulating.
  • zusharm ⁇ Lich other segment portions may be provided.
  • the polarity of each segment of the contact rail 11, 12 just not set from the outset.
  • connection unit 20 has two contact rails.
  • the connection unit 20 is a pantograph.
  • the first contact rail 21 is provided for the connection DC +.
  • the second contact rail 22 is for the connection DC- provided.
  • the two contact rails 21, 22 of the connection unit 20 are positioned close to each other and thus advantageously designed as a double contact.
  • the double contact can rest anywhere on the contact rail 21, 22.
  • the one contact rail 11, 12 with the segments of the electric vehicle 10 may intersect with the contact rails 21, 22 of the connection unit 20 in a contact point 31, 32.
  • the dimensions of this contact rail and the two contact ⁇ dot-forming rails on the connecting unit 10 are adjusted such that conditions the following is true: in an optimal execution
  • 12 is the length of the insulating Seg ⁇ management portion of the corresponding vehicle-side contact rail 11, 12 of the electric vehicle 10, 11, the length of the conductive segment portion corresponding schseiti ⁇ gen contact rail 11, 12 of the electric vehicle, d is the distance between the first and second contact rail 21, 22 of the pantograph.
  • a contact ⁇ rail 13 is further attached, which can intersect with a corresponding third contact rail 23 of the connection unit 20 ⁇ .
  • white contact strips can be mounted on the roof of the electric vehicle 10 and / or on the connection unit 20.
  • the third contact rail of the electric vehicle 10 is connected to the vehicle body (ground) and can connect the vehicle to the ground potential.
  • a signal for example a high-frequency and / or interference-proof, can be modulated. Additionally or alternatively, an infrastructure-modulated signal can be received.
  • the third contact rail of the connection unit 20 is connected to the ground potential. Here is through the control of the Charged a signal and also checked whether the bus hangs up a signal. On the ground rail 13, the signal is modulated. This signal is a defined string for individual messages and can also be evaluated without the involvement of a CPU.
  • the pantograph 20 is lowered in the direction of the roof of the electric vehicle 10 to connect the contact rails 11, 12, 13 of the electric vehicle 10 to the contact rails 21, 22, 23 of the pantograph 20.
  • the segments of the contact rail 11, 12 of the electric vehicle 10 are connected via one or more diodes to the negative or the positive potential of the contact rail 21, 22 of the pantograph 20.
  • the contact rail 13 of the electric vehicle 13 is connected to the ground rail 23 of the pantograph 20.
  • the compound coupling capacitors can be produced.
  • the inventive arrangement of the contact rails overlap these only in two contact points 31,32 and 33rd
  • the contact rails may be configured as conductive copper and arranged in any desired longitudinal or transverse direction.
  • other arrangements or configurations of the contact rails on the electric vehicle or on the connecting unit are also conceivable. Alterna ⁇ tively, for example, the direction or nature of the contact rails could be changed.
  • a conventional arrangement of the contact rails according to the prior art requires four contact points. Due to the advantageous arrangement of the contact rails according to the invention in each case on the electric vehicle 10 and on the connection unit 20 and their coordinated superimposition, the number of contact points 31, 32, 33, 34 is reduced from four to two contact points 31, 32 and 33.
  • the number is halved.
  • the pulp ⁇ te the tolerance window is increased by two times, so just ⁇ if the translational tolerance is increased by twice.
  • the two contact points 31, 32 and 33 are inevitably in a line. This also significantly increases the maximum rotational tolerance.

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Abstract

Die erfindungsgemäße Verbindungseinheit zur Verbindung mit einem Elektrofahrzeug weist zwei oder mehrere Kontaktschienen auf. Beispielsweise ist dabei eine Kontaktschiene für die Verbindung DC+ und eine Kontaktschiene für die Verbindung DC-vorgesehen. Diese Kontaktschienen sind in gewisser Weise aufgrund der positiven und negativen Polarität voneinander abhängig. Die Kontaktschienen sind daher nicht beliebig angeordnet, sondern in einem bestimmten Abstand voneinander. Ferner weist die Verbindungseinheit eine weitere Kontaktschiene auf, auf welcher ein Signal aufgebracht werden kann. Die Kontaktschienen können mit korrespondierenden fahrzeugseitigen Kontaktschienen des Elektrofahrzeugs verbunden werden. Vorteilhafterweise wird die Anzahl der vier Kontaktpunkte aus dem Stand der Technik durch die erfindungsgemäße Verbindungseinheit auf zwei Kontaktpunkte verringert und die Größe der jeweiligen Toleranzfenster erhöht.

Description

Beschreibung
Verbindungseinheit zur Verbindung mit einem Elektrofahrzeug 1. Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verbindungseinheit zur Verbindung mit einem Elektrofahrzeug . Ferner betrifft die Erfindung ein Elektrofahrzeug zur Verbindung mit einer Ver- bindungseinheit . Ferner ist die Erfindung auf ein entspre¬ chendes Verfahren gerichtet.
2. Stand der Technik Die Elektromobilität ist eine Zukunftstechnologie, die zuneh¬ mend an Bedeutung gewinnt. Sie ist ein wichtiges Element ei¬ ner klimagerechten Energie- und Verkehrspolitik. Durch die Verwendung von Strom als Energieträger können auch erneuerbare Energiequellen für die Mobilität genutzt werden, was eine nahezu C02-freie Fortbewegung ermöglicht. Daher besteht Be¬ darf an Ladeinfrastrukturen zum effizienten und kostensparenden Laden von Elektrofahrzeugen, beispielsweise Elektroautos oder Elektrobusse. Die Elektrobusse werden auch herkömmlich als „eBusse" bezeichnet.
Die Vorrausetzung des emissionsarmen und energieeffizienten öffentlichen Nahverkehrs mit den Elektrofahrzeugen ist eine entsprechende Ladeinfrastruktur. Solche Ladeinfrastrukturen sind aus dem Stand der Technik bereits bekannt.
Üblicherweise setzt sich eine bekannte Ladeinfrastruktur aus einer Steuerungseinheit, einer Spannungsquelle (z.B. Umrich¬ ter) und einem Ladepunkt zusammen, an welchem sich ein Fahrzeug mittels einer Verbindungseinheit verbinden kann. Bei- spielsweise werden Pantographen als Verbindungseinheit der
Ladeinfrastruktur für den Ladevorgang von Elektrobussen, wie elektrisch betriebene Omnibusse, eingesetzt. In anderen Wor- ten formuliert, wird das Elektrofahrzeug mittels des Pantog- raphen in einem Ladevorgang geladen.
Aus dem Stand der Technik sind Lösungen bekannt, Busse wäh- rend ohnehin erforderlichem Halt stationär zu laden
("Opportunity Charging") . Hierzu wird die notwendige elektri¬ sche und informationstechnische Verbindung mittels des
Panthographen hergestellt. Fig. 3 zeigt eine beispielhafte Ladeinfrastruktur aus dem Stand der Technik mit einer Ladestelle zum Laden eines
Elektrobusses mittels eines Pantographen . Wie bereits ausge¬ führt, besteht ein Teil des Ladevorgangs aus dem Herstellen einer leitungsgebundenen Verbindung zwischen dem Elektrofahr- zeug 10 und dem Pantographen 20. Zu diesem Zweck ist es erforderlich, das Elektrofahrzeug 10 in Bezug auf den Pantogra¬ phen 20 zunächst geometrisch richtig zu positionieren. Das Elektrofahrzeug 10 wird unterhalb des Pantographen 20 ange¬ ordnet und der Pantograph 20 wird danach in Richtung des Elektrofahrzeugs 10 abgesenkt. Dieser Vorgang wird auch als Positionierungsvorgang bezeichnet und ist dem eigentlichen Ladevorgang vorgeschaltet.
Das Elektrofahrzeug 10 wird mit einem Pantographen 20 über vier Verbindungen (DC+, DC-, PE, CP) verbunden, wie in Figur 3 dargestellt. Bei dem Elektrofahrzeug 10 kann es sich bei¬ spielsweise um den obigen Elektrobus handeln. Für die Herstellung der benötigten vier Verbindungen weisen das Elektro- fahrzeug 10 sowie der Pantograph 20 jeweils entsprechende Kontaktschienen auf. Die Kontaktschienen sind in Figur 3 in rechteckiger Form und schraffiert angedeutet. Dementsprechend besteht der Ladepunkt für das Elektrofahrzeug 10 aus einem Pantographen 20 an dessen Ende Kontaktschienen 21, 22, 23, 24 angebracht sind.
Üblicherweise sind auf dem Dach des Elektrofahrzeugs 10 vier Kontaktschienen 11, 12, 13, 14 für die vier Verbindungen (DC+, DC-, PE, CP) in Längsrichtung angeordnet. Auf dem Pan- tographen 20 sind ebenfalls vier Kontaktschienen 21, 22, 23, 24 für die vier Verbindungen (DC+, DC-, PE, CP) angeordnet, jedoch nicht in Längsrichtung sondern in Querrichtung. Andere Anordnungen sind jedoch auch denkbar. Folglich ist jeweils eine Kontaktschiene für eine Verbindung vorgesehen. In Figur 3 ist der Pantograph 20 sowie das Elektrofahrzeug 10 nur schematisch und nur Teile dargestellt, nämlich die Kontakt¬ schienen des Pantographen 20 und das Dach des Elektrofahr- zeugs 10 mit den Kontaktschienen. Nach Absenken des Pantogra- phen 20 in Richtung des Elektrofahrzeugs 10 müssen die Kon¬ taktschienen 21, 22, 23, 24 des Pantographen 20 mit den Kontaktschienen 11, 12, 13, 14 des Elektrofahrzeugs 10 verbunden werden bevor der Ladevorgang eingeleitet werden kann. Die unterschiedlichen vier Verbindungen werden auch Kontakte genannt und werden wie folgt definiert:
Die Verbindung DC+ stellt die Verbindung zwischen dem Pluspol des Akkumulators im Elektrofahrzeug und dem positiven An- schluss der Spannungsquelle der Ladeinfrastruktur her.
Die Verbindung DC- stellt die Verbindung zwischen dem Minuspol des Akkumulators im Elektrofahrzeug und dem negativen An- schluss der Spannungsquelle der Ladeinfrastruktur her.
Die Verbindung PE stellt die Verbindung der Karosserie des Elektrofahrzeugs mit dem Erdpotential der Ladeinfrastruktur her . Die Verbindung CP führt ein von Elektrofahrzeug und Ladesta¬ tion beeinflussbares und auswertbares Signal und ermöglicht dadurch die unmittelbare Erkennung einer Verbindung dieses Schienenpaares und damit bei entsprechendem mechanischem Auf¬ bau mittelbar die Erkennung der Verbindung der weiteren
Schienenpaare.
Während des Positionierungsvorgangs ist es erforderlich, dass die Kontaktschienen 11, 12, 13, 14 des Elektrofahrzeugs 10 mit den Kontaktschienen 21, 22, 23, 24 des Pantographen 20 derart angeordnet werden, dass sich diese in entsprechenden Kontaktpunkten 31, 32, 33, 34 überschneiden. Die Draufsicht auf das Dach des Elektrofahrzeugs 10, auf wel¬ chem die Kontaktschienen 11, 12, 13, 14 in Längsrichtung angeordnet sind, ist in Figur 4 gezeigt. Die Kontaktschienen 11, 12, 13, 14 des Elektrofahrzeugs 10 überschneiden sich in den vier Kontaktpunkten 31, 32, 33, 34 mit den Kontaktschie- nen 21, 22, 23, 24 des Pantographen 20, wie dargestellt.
Dementsprechend ist beim Positionierungsvorgang zu beachten, dass nicht irgendwelche Kontaktschienen 11, 12, 13, 14 des Elektrofahrzeugs 10 mit den Kontaktschienen 21, 22, 23, 24 des Pantographen 20 in Verbindung gebracht werden, sondern mit den jeweils korrespondierenden. Beispielsweise sollte die Kontaktschiene 11 für die Verbindung DC+ des Elektrofahrzeugs 10 auch mit der korrespondierenden Kontaktschiene 21 für die Verbindung DC+ des Pantographen 20 verbunden werden. Daher gibt es für jede Kontaktschiene 11, 12, 13, 14 an dem Elekt- rofahrzeug 10 eine Kontaktschiene 21, 22, 13, 14 mit entspre¬ chender Funktionalität an dem Pantographen 20. Folglich ergeben sich im vorliegenden Beispiel insgesamt die vier Kontaktpunkte 31, 32, 33, 34 für die vier Verbindungen DC+, DC-, PE, CP im Falle der acht Kontaktschienen. Die vier Schienenpaare sind somit in Bezug auf den mechanischen Kontakt voll¬ kommen unabhängig.
Durch die Kontakte soll sichergestellt werden, dass a) Ein im Elektrofahrzeug befindlicher Akkumulator zweipolig mit einer an den Ladepunkt angeschlossenen Spannungsquelle der Ladeinfrastruktur verbunden werden kann b) Das Elektrofahrzeug geerdet ist und die Erdung eine Strom¬ tragfähigkeit aufweist, die ausreichend hoch ist um den maxi¬ mal möglichen Fehlerstrom im Falle eines Erdschlusses aufzu¬ nehmen c) Elektrofahrzeug und das zum Ladepunkt gehörige Steuerungs¬ system eine Trennung der Verbindung der Kontaktschienen, wie sie beispielsweise durch Anheben des Pantographen oder Anfah- ren des Busses möglich wären voneinander unabhängig erkennen können .
Während des Positionierungsvorgangs kann das Elektrofahrzeug weiterhin auch nur innerhalb eines vorgegebenen Toleranzfens- ters positioniert werden. Dabei ist ein möglichst großes To¬ leranzfenster wünschenswert, um das Elektrofahrzeug mit einer hohen Wahrscheinlichkeit korrekt positionieren zu können. Das Toleranzfenster ergibt sich geometrisch unter Berücksichtigung der Anzahl der herzustellenden Verbindungen, herkömmlich vier, zwischen dem Elektrofahrzeug 10 und dem Pantographen 20.
Figur 5 zeigt eine Übersicht über die jeweiligen Toleranzfenster für die vier Kontaktpunkte. Die Anordnung der Kon- taktschienen ist in Figur 5 derart gewählt, dass sich die Kontaktschienen 21, 22, 23, 24 des Pantographen 20 und die Kontaktschienen 11, 12, 13, 14 des Elektrofahrzeugs 10 gleichzeitig paarweise in den Mittelpunkten 31, 32, 33, 34 kreuzen. Demnach beträgt die Länge des Toleranzfensters:
min (xa d) und die Höhe min (ya d) , wobei:
Yi = l2i— ba für i E {a, b, c, d]
Dabei sind bei Positionierungen des Elektrofahrzeugs ohne Winkelfehler
In die Länge der i-ten in x-Richtung verlaufenden Kontaktschiene
l2i die Länge der i-ten in y-Richtung verlaufenden Kontakt¬ schiene
bn die Breite der i-ten in x-Richtung verlaufenden Kontaktschiene
b2i die Breite der i-ten in y-Richtung verlaufenden Kontakt- schiene
Bei Positionierung mit Winkelfehler berechnen sich die Werte: i = In ~ 0.5 tan(oc)■ dx
hu = b' + 0-5 tan(oc)■ ö2
^2 t = ^2t + 0-5 tan(oc)■ b1
Ein Nachteil der aus dem Stand der Technik bekannten und in Figur 5 dargestellten herkömmlichen Toleranzfenster ist ihre jeweilige Größe. Die Toleranzfenster sind für eine korrekte und schnelle Positionierung des Elektrofahrzeugs nicht hin¬ reichend groß genug. Durch die beschränkte Größe der Tole¬ ranzfenster müssen die Kontaktschienen 11, 12, 13, 14 des Elektrofahrzeugs 10 mit den korrespondierenden Kontaktschie¬ nen 21, 22, 23, 24 des Pantographen 20 sehr präzise in Bezug zueinander angeordnet und positioniert werden.
Im Folgenden wird der Vorgang noch einmal im Detail beschrieben. Der Pantograph 20 wird zunächst während des Positionie¬ rungsvorgangs auf das Dach des Elektrofahrzeugs 10 abgesenkt, um die vier Kontaktpunktepunkte 31, 32, 33, 34 für die vier Verbindungen herzustellen. Die Herstellung der Verbindungen kann jedoch nur unzureichend gewährleistet werden. Schlägt dieser Positionierungsvorgang fehl und die Verbindungen können nicht wie erforderlich hergestellt werden, muss der Pan- tograph 20 in aufwendiger Weise wieder hochgefahren werden und der Positionierungsvorgang muss wiederholt werden. In diesem Fall beginnt der Positionierungsvorgang von Neuem. Das bedeutet, dass das Elektrofahrzeug 10 erneut bezüglich des Pantographen 20 angeordnet werden muss und der Pantograph 20 erneut auf das Dach des Elektrofahrzeugs 10 abgesenkt werden muss. Beispielsweise muss das Elektrofahrzeug hierzu neu ran¬ giert werden und in eine andere Parkposition unterhalb des Pantographen gebracht werden. Dadurch ist der Positionierungsvorgang aus dem Stand der Technik sehr nachteilig, näm- lieh aufwendig und zeitintensiv. Im Busbetrieb ist ein Ran¬ gieren an einer Haltestelle zudem aus Sicht des Endkunden, dem Fahrgast, kaum nachvollziehbar. Für den Fall, dass Fahrgäste, welche zusteigen wollen in Erwartung einsteigen können auf den Bus zugehen, wird eine Neupositionierung des Busses ohne Gefährdung von Personen zumindest temporär verhindert. Nachteilig daran ist ferner, dass der Positionierungsvorgang die Voraussetzung für den weiteren Ladevorgang ist. Der Ladevorgang kann erst nach erfolgreicher Positionierung eingeleitet werden, folglich wenn die Verbindungen zwischen dem
Elektrofahrzeug und dem Pantographen eingerichtet sind.
Während des gesamten Positionierungsvorgangs sowie des daran anschließenden Ladevorgangs kann das Elektrofahrzeug nicht richtig betrieben werden in dem Sinne, dass die Fahrgäste zum einen im Bus verbleiben müssen und zum anderen verspätet zu ihren Zielorten gefahren werden. Dadurch entstehen enorme zeitliche Verzögerungen im Betriebsablauf, die Fahrzeiten verlängern sich unnötigerweise und die Kosten steigen entsprechend .
Die vorliegende Erfindung stellt sich daher die Aufgabe, eine Verbindung der Verbindungseinheit zur Verbindung mit dem Elektrofahrzeug auf effiziente, kostensparende und auch ein¬ fache Weise herzustellen.
3. Zusammenfassung der Erfindung
Die oben genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Verbindungseinheit zur Verbindung mit einem Elektrofahrzeug gelöst, aufweisend:
a. mindestens zwei Kontaktschienen, wobei
b. die mindestens zwei Kontaktschienen mit einem Abstand beabstandet voneinander angeordnet werden, wobei der Ab¬ stand zwischen den mindestens zwei Kontaktschienen kleiner als zwischen zwei mechanisch voneinander unabhängigen Kontaktschienen ist, wobei
c. die mindestens zwei Kontaktschienen mit einer korrespondierenden ersten fahrzeugseitigen Kontaktschiene des Elektrofahrzeugs verbunden werden können;
d. eine dritte Kontaktschiene, wobei
e. auf der dritten Kontaktschiene ein Signal aufgebracht werden kann, und f. die eine dritte Kontaktschiene mit einer korrespondie¬ renden zweiten fahrzeugseitigen Kontaktschiene des
Elektrofahrzeugs verbunden werden kann. Wie bereits weiter oben ausgeführt, weist eine Verbindungs¬ einheit einer Ladeinfrastruktur sowie das Elektrofahrzeug je¬ weilige Kontaktschienen auf. Das Elektrofahrzeug ist als zu¬ mindest teilweise elektrisch betriebenes Fahrzeug zu verste¬ hen, welches neben dem Elektroantrieb auch anderweitig be- trieben werden kann, beispielswese über einen Verbrennungsmo¬ tor. Die Kontaktschienen sind derart in Bezug zueinander abgestimmt, dass sich die Kontaktschienen der Verbindungseinheit nach dem Absenken der Verbindungseinheit in die Richtung des Elektrofahrzeugs mit den Kontaktschienen des Elektrofahr- zeugs in den Kontaktpunkten miteinander überschneiden, um die vier Verbindungen (DC+, DC-, PE, CP) herstellen zu können. Im Stand der Technik sind vier Kontaktpunkte für die Herstellung der vier Verbindungen notwendig. Die Größe der entsprechenden Toleranzfenster der jeweiligen Kontaktpunkte ist jedoch nach- teilig sehr gering.
Die Verbindungseinheit nach Anspruch 1 weist zwei oder mehre¬ re Kontaktschienen auf. Beispielsweise ist dabei eine Kon¬ taktschiene für die Verbindung DC+ und eine Kontaktschiene für die Verbindung DC- vorgesehen. Diese Kontaktschienen sind in gewisser Weise aufgrund der positiven und negativen Polarität voneinander abhängig. Die Kontaktschienen sind daher nicht beliebig angeordnet, sondern in einem bestimmten Ab¬ stand voneinander. Der Abstand wird derart bestimmt, dass der Abstand kleiner als zwischen zwei mechanisch voneinander unabhängigen Kontaktschienen ist. Dementsprechend sind die Kontaktschienen in nächster Nähe nebeneinander, vorzugsweise auch in Längsrichtung, angeordnet. Der Abstand sollte jedoch auch nicht zu gering gewählt werden, da dies zu einem uner- wünschten Kurzschluss führen könnte. Die Kontaktschienen können mit einer korrespondierenden fahrzeugseitigen Kontaktschiene des Elektrofahrzeugs verbunden werden. Dementspre¬ chend ist auf der Seite des Elektrofahrzeugs vorteilhafter- weise nur noch eine statt zwei Kontaktschienen für die Herstellung der zwei Verbindungen DC+, DC- mit der Verbindungs¬ einheit notwendig. Ferner weist die Verbindungseinheit eine weitere Kontakt¬ schiene auf, auf welcher ein Signal aufgebracht werden kann. Die Kontaktschiene kann mit einer korrespondierenden fahr- zeugseitigen Kontaktschiene des Elektrofahrzeugs verbunden werden. Durch das Aufbringen eines Signals wird die Kontakt- schiene um eine zusätzliche Überwachungsfunktionalität zur Überwachung des Kontakts zwischen den Kontaktschienen des Elektrofahrzeugs und den Kontaktschienen der Verbindungseinheit erweitert. Dementsprechend ist auf der Seite des
Elektrofahrzeugs nur noch eine statt zwei Kontaktschienen für die Herstellung der Verbindungen PE, CP mit der Verbindungseinheit notwendig.
Vorteilhafterweise wird die Anzahl der vier Kontaktpunkte aus dem Stand der Technik durch die erfindungsgemäße Verbindungs- einheit auf zwei Kontaktpunkte verringert und die Größe der jeweiligen Toleranzfenster erhöht.
In einer Ausgestaltung ist die Verbindungseinheit als Pantog¬ raph ausgebildet. Dementsprechend kann die Verbindungseinheit beispielsweise ein Pantograph oder ein Ladekabel sein. In ei¬ ner Ausgestaltung wird ein Elektrobus mit einem Pantographen verbunden und mittels eines Pantographen geladen.
In einer weiteren Ausgestaltung ist das Elektrofahrzeug als Elektrobus ausgebildet. Dementsprechend kann das Elektrofahr¬ zeug beispielsweise ein Elektrobus, Elektroauto, Elektrofahr- zeug etc. sein. Der Elektrobus kann für den Nahverkehr Anwendung finden und wird über eine entsprechende Ladestelle der Ladeinfrastruktur geladen.
In einer weiteren Ausgestaltung sind die mindestens zwei Kontaktschienen als Doppelkontakt ausgebildet. Dementsprechend, wird der Abstand zwischen den beiden Kontaktschienen für die Verbindungen derart gering gewählt, dass auch auf Seite der Verbindungseinheit nur ein Doppelkontakt anstelle von zwei Kontaktschienen erforderlich ist. Der Doppelkontakt kann sich folglich auch vorteilhafterweise mit einer korrespondierenden fahrzeugseitigen Kontaktschiene in nur noch einem statt zwei Kontaktpunkten überschneiden.
In einer weiteren Ausgestaltung liegen an einer ersten der mindestens zwei Kontaktschienen eine positive Spannung und an einer zweiten der mindestens zwei kontaktschienen eine negative Spannung an. Wie bereits weiter oben beschrieben, sind die zwei Kontaktschienen der Verbindungseinheit insbesondere für die Verbindungen DC+ und DC- vorgesehen. Der Abstand zwischen den Kontaktschienen wird aufgrund der Polarität und ih- rer Beschaffenheit entsprechend gewählt. Alternativ können die Kontaktschienen jedoch auch für andere Verbindungen oder Funktionalitäten ausgebildet werden, beispielsweise die Ver¬ bindung CP oder PE, und der Abstand kann entsprechend ange- passt werden.
In einer weiteren Ausgestaltung ist die dritte Kontaktschiene eine Erdungsschiene, auf welcher ein hochfrequentes und/oder ein störfestes Signal aufmoduliert . Dementsprechend ist die weitere Kontaktschiene der Verbindungseinheit für die Verbin- düngen PE und CP vorgesehen. Daher wird für die Umsetzung von zwei Verbindungen eine Kontaktschiene eingespart. Folglich fällt die zusätzliche und übliche Kontaktschiene aus dem Stand der Technik für die Verbindung CP weg. Die dritte Kontaktschiene ist neben der Schutzfunktion somit ebenfalls zur Überwachung der Verbindung zwischen den Kontaktschienen auf der Fahrzeugseite mit den Kontaktschienen auf der Seite der Verbindungseinheit fähig.
In einer weiteren Ausgestaltung weist die korrespondierende erste fahrzeugseitige Kontaktschiene des Elektrofahrzeugs ei¬ ne Mehrzahl von Segmenten auf. Dementsprechend ist die erste fahrzeugseitige Kontaktschiene des Elektrofahrzeugs in Seg¬ mente unterteilt. In einer weiteren Ausgestaltung ist die Polarität und/oder eine andere Funktion jedes Segments aus der Mehrzahl der Seg¬ mente nicht vorbestimmt. Dementsprechend ist nicht vorab festgelegt, für welche Verbindung die jeweiligen Segmente der Kontaktschiene eingesetzt werden. Das jeweilige Segment kann daher beispielsweise beliebig für die Verbindung DC+ oder DC- verwendet werden. Folglich kann der Doppelkontakt der Verbindungseinheit vorteilhafterweise auch mit dem jeweiligen Seg- ment beliebig verbunden werden. Die Unterteilung der Kontaktschienen in + und - fällt daher weg. Dadurch ist auf Seite des Elektrofahrzeugs vorteilhafterweise anstelle von zwei Kontaktschienen für die Verbindungen DC+ und DC- nur noch eine Kontaktschiene für die Verbindung mit dem Doppelkontakt auf der Seite der Verbindungseinheit notwendig.
In einer weiteren Ausgestaltung weist jedes Segment aus der Mehrzahl der Segmente mindestens zwei unterschiedliche Seg¬ mentabschnitte auf, insbesondere einen leitenden und einen isolierenden Segmentabschnitt. Auf Grund dessen, dass die Po¬ larität der Segmente nicht vorgegeben ist, sind die Segmente in leitende und isolierende Abschnitte unterteilt. Dadurch wird vorteilhafterweise ein Kurzschluss verhindert. In einer weiteren Ausgestaltung ist die Länge des isolierenden Segmentabschnitts größer als die jeweilige Breite der mindestens zwei Kontaktschienen. Die Dimensionierung stellt sicher, dass die zwei Kontaktschienen der Verbindungseinheit niemals den gleichen leitenden Abschnitt kontaktieren können, um einen Kurzschluss zu vermeiden. Durch diese vorteilhafte Dimensionierung können die Kontaktschienen dichter und somit auf platzsparende Weise angeordnet werden. Zusätzlich wird der Fertigungsaufwand deutlich verringert und somit Kosten eingespart. Folglich kann die Größe des Toleranzfensters er- höht werden. Alternativ oder zusätzlich könnten andere Dimensionierungen und Größenverhältnisse gewählt werden. Bei¬ spielsweise könnten die Längen der isolierenden und leitenden Segmentabschnitte so ausgelegt werden, dass die Summe zweier isolierender Segmentabschnitte und einem leitenden Segmentab¬ schnitt größer ist als die Breite der Kontaktschiene.
In einer weiteren Ausgestaltung entspricht die Länge des lei- tenden Segmentabschnitts dem Abstand zwischen den mindestens zwei Kontaktschienen. Durch diese vorteilhafte Dimensionie¬ rung können die Kontaktschienen dichter angeordnet und somit auf platzsparende Weise. Zusätzlich wird der Fertigungsauf¬ wand deutlich verringert und somit Kosten gespart.
In einer weiteren Ausgestaltung ist jedes Segment der Mehrzahl der Segmente über jeweils mindestens eine Diode mit ei¬ nem der mindestens zwei Kontaktschienen zum Anlegen einer positiven Spannung oder zum Anlegen einer negativen Spannung verbunden.
Die Erfindung ist ferner auf ein Verfahren zur Verbindung einer Verbindungseinheit mit einem Elektrofahrzeug gerichtet, aufweisend : a. Anordnen von mindestens zwei Kontaktschienen mit einem Abstand beabstandet voneinander, wobei der Abstand zwi¬ schen den mindestens zwei Kontaktschienen kleiner als zwischen zwei mechanisch voneinander unabhängigen Kontaktschienen ist,
b. Verbinden der mindestens zwei Kontaktschienen mit einer korrespondierenden ersten fahrzeugseitigen Kontaktschiene des Elektrofahrzeugs ,
c. Aufbringen eines Signals auf der dritten Kontaktschiene, und
d. Verbinden der dritten Kontaktschiene mit einer korres¬ pondierenden zweiten fahrzeugseitigen Kontaktschiene des Elektrofahrzeugs . Die Erfindung ist auch auf ein Elektrofahrzeug zur Verbindung mit einer Verbindungseinheit gerichtet, aufweisend:
a. eine erste fahrzeugseitige Kontaktschiene, wobei b. die erste fahrzeugseitige Kontaktschiene derart mit kor¬ respondierenden zwei Kontaktschienen der Verbindungseinheit verbunden werden kann, dass die mindestens zwei Kontaktschienen untereinander isoliert bleiben,
c. eine zweite fahrzeugseitige Kontaktschiene,
wobei
d. auf der zweiten fahrzeugseitigen Kontaktschiene ein Signal aufgebracht werden kann und die zweite fahrzeugsei- tige Kontaktschiene mit einer dritten Kontaktschiene der Verbindungseinheit verbunden werden kann.
Die Funktionalitäten und Vorteile der Kontaktschienen auf der Seite des Elektrofahrzeugs und auch auf der Seite der Verbin¬ dungseinheit wurden bereits im Kontext mit dem unabhängigen Anspruch 1 und den abhängigen Ansprüchen erläutert. Um unnötige Wiederholungen zu vermeiden, wird auf diese Ausführungen und die folgende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen verwiesen.
4. Kurze Beschreibung der Zeichnungen
In der folgenden detaillierten Beschreibung werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung weiter beschrieben mit Bezug auf die folgenden Figuren.
Fig. 1 zeigt eine Darstellung eines erfindungsgemäßen
Elektrofahrzeugs zur Verbindung mit einer Verbindungseinheit .
Fig. 2 zeigt eine Detailansicht von Kontaktschienen des
Elektrofahrzeugs und derjenigen der Verbindungseinheit gemäß der Erfindung.
Fig. 3 zeigt eine beispielhafte Vorrichtung aus dem Stand der Technik zum Laden eines Elektrobusses mittels ei¬ nes Pantographen . Fig. 4 zeigt eine Draufsicht auf das Dach des Elektrobusses mit seinen Kontaktschienen, welche sich mit denjenigen der Kontaktschienen des Pantographen in den Kontaktpunkten überschneiden nach dem Stand der Technik.
Fig. 5 zeigt die Toleranzfenster für die Kontaktpunkte nach dem Stand der Technik.
5. Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in Bezug auf die begleitenden Figuren beschrieben . Figur 1 stellt ein Elektrofahrzeug 10 gemäß der Erfindung dar. Das Elektrofahrzeug 10 kann beispielsweise als ein
Elektrobus ausgebildet werden. Jedoch sind auch andere Elekt¬ rofahrzeuge möglich, wie eingangs erwähnt. Das Elektrofahr¬ zeug 10 weist ein Dach auf, welches zur Veranschaulichung in Draufsicht in rechteckiger Form gezeigt ist. Auf dem Dach des Elektrofahrzeugs 10 ist eine Kontaktschiene 11, 12 ange¬ bracht. Die Kontaktschiene 11, 12 weist dabei eine Mehrzahl von Segmenten auf. Die einzelnen Segmente sind in Figur 1 in zwei unterschiedliche Segmentabschnitte unterteilt, welche in schwarz und weiß angedeutet sind. Der weiße Segmentabschnitt ist leitend ausgebildet wohingegen der schwarze Segmentab¬ schnitt isolierend ausgebildet ist. Alternativ oder zusätz¬ lich können andere Segmentabschnitte vorgesehen sein. Vorteilhafterweise ist die Polarität eines jeden Segments der Kontaktschiene 11, 12 gerade nicht von vornherein festgelegt. Im Gegensatz zum Stand der Technik ist folglich nur noch eine anstelle von zwei Kontaktschienen auf der Seite des Elektro- fahrzeugs 10 vorgesehen. Weiterhin weist die Verbindungseinheit zwei Kontaktschienen auf. Beispielsweise ist die Verbindungseinheit 20 ein Pantog- raph. Die erste Kontaktschiene 21 ist für die Verbindung DC+ vorgesehen. Die zweite Kontaktschiene 22 ist für die Verbin- dung DC- vorgesehen. Die beiden Kontaktschienen 21, 22 der Verbindungseinheit 20 werden eng nebeneinander positioniert und somit vorteilhafterweise als Doppelkontakt ausgeführt. Der Doppelkontakt kann dabei an beliebiger Stelle auf der Kontaktschiene 21, 22 aufliegen. Die eine Kontaktschiene 11, 12 mit den Segmenten des Elektrofahrzeugs 10 kann sich mit den Kontaktschienen 21, 22 der Verbindungseinheit 20 in einem Kontaktpunkt 31, 32 überschneiden. Die Abmaße dieser Kontaktschiene und der zwei einen Kontakt¬ punkt bildenden Schienen an der Verbindungseinheit 10 sind dabei derart abgestimmt, das folgend Bedingungen erfüllt ist: wobei in einer optimalen Ausführung
i ■ 11 = d mit i E IN , mit i = 1
gewählt würde. Dabei ist 12 die Länge des isolierenden Seg¬ mentabschnitts der korrespondierenden fahrzeugseitigen Kontaktschiene 11, 12 des Elektrofahrzeugs 10, 11 die Länge des leitenden Segmentabschnitts korrespondierenden fahrzeugseiti¬ gen Kontaktschiene 11, 12 des Elektrofahrzeugs , d der Abstand zwischen der ersten und zweiten Kontaktschiene 21, 22 des Pantographen .
Auf dem Dach des Elektrofahrzeugs 10 ist ferner eine Kontakt¬ schiene 13 angebracht, welche sich mit einer entsprechenden dritten Kontaktschiene 23 der Verbindungseinheit 20 über¬ schneiden kann. Zusätzlich können auf dem Dach des Elektro- fahrzeugs 10 und/oder an der Verbindungseinheit 20 noch wei¬ tere Kontaktschienen angebracht werden. Die dritte Kontaktschiene des Elektrofahrzeugs 10 ist mit der Fahrzeugkarosserie (Masse) verbunden und kann das Fahrzeug mit dem Erdpotential verbinden. Außerdem kann auch ein Signal, beispielsweise ein hochfrequentes und/oder störfestes, aufmoduliert werden. Zusätzlich oder alternativ kann ein inf- rastrukturseitig aufmoduliertes Signal empfangen werden.
Die dritte Kontaktschiene der Verbindungseinheit 20 ist mit dem Erdpotential verbunden. Hier wird durch die Steuerung des Ladepunkts ein Signal aufgelegt und außerdem geprüft, ob der Bus ein Signal auflegt. Auf der Erdungsschiene 13 wird das Signal aufmoduliert . Dieses Signal ist dabei eine definierte Zeichenfolge für einzelne Nachrichten und kann auch ohne Be- teiligung einer CPU ausgewertet werden.
Im Gegensatz zum Stand der Technik ist keine weitere Kontakt¬ schiene 14 für die Verbindung CP auf dem Dach des Elektro- fahrzeugs 10 vorgesehen. Die Verbindung CP dient der Überwa- chung des Kontakts zwischen den Kontaktschienen 11, 12, 13 an dem Elektrofahrzeug und den Kontaktschienen 21, 22, 23 an dem Pantographen 20. Diese Überwachungsfunktionalität auf die Er¬ dungsschiene verlagert. Dementsprechend ist die Erdungsschie¬ ne neben der Schutzfunktion für den Informationsaustausch auch mit der Überwachungsfunktionalität ausgestattet. Dies bedeutet, in anderen Worten, dass die Überwachung der Erdungsschiene nunmehr vorteilhafterweise direkt erfolgt, im Gegensatz zum Stand der Technik, bei der die Überwachung indirekt darüber erfolgt, indem der Kontakt von CP verloren geht, wenn einer der anderen Kontakte verloren geht. Dies wird bisher beispielsweise mechanisch.
Während des Positionierungsvorgangs wird der Pantograph 20 in die Richtung des Daches des Elektrofahrzeugs 10 abgesenkt, um die Kontaktschienen 11, 12, 13 des Elektrofahrzeugs 10 mit den Kontaktschienen 21, 22, 23 des Pantographen 20 zu verbinden .
Hierzu werden zum einen die Segmente der Kontaktschiene 11, 12 des Elektrofahrzeugs 10 über eine oder mehrere Dioden mit dem negativen oder dem positiven Potential der Kontaktschiene 21, 22 des Pantographen 20 verbunden. Ferner wird die Kontaktschiene 13 des Elektrofahrzeugs 13 mit der Erdungsschiene 23 des Pantographen 20 verbunden. Beispielsweise kann die Verbindung Koppelkondensatoren hergestellt werden. Durch die erfindungsgemäße Anordnung der Kontaktschienen überschneiden sich diese nur noch in zwei Kontaktpunkten 31,32 und 33. Die Kontaktschienen können als leitender Kupfer ausgestaltet werden und auf beliebige Weise in Längsrichtung oder Querrichtung angeordnet werden. Andere Anordnungen oder Ausgestaltungen der Kontaktschienen auf dem Elektrofahrzeug oder auf der Verbindungseinheit sind jedoch auch denkbar. Alterna¬ tiv könnte beispielsweise die Richtung oder Beschaffenheit der Kontaktschienen verändert werden.
Wie bereits weiter oben beschrieben, benötig eine herkömmli- che Anordnung der Kontaktschienen nach dem Stand der Technik vier Kontaktpunkte. Durch die vorteilhafte erfindungsgemäße Anordnung der Kontaktschienen jeweils an dem Elektrofahrzeug 10 und an der Verbindungseinheit 20 und deren abgestimmte Überlagerung wird die Anzahl der Kontaktpunkte 31, 32, 33, 34 von vier auf zwei Kontaktpunkte 31, 32 und 33 verringert.
Demnach wird die Anzahl halbiert. Dadurch wird auch die Brei¬ te des Toleranzfensters um das Doppelte erhöht, so dass eben¬ falls die translatorische Toleranz um das Doppelte erhöht wird .
Die beiden Kontaktpunkte 31, 32 und 33 liegen zwangsläufig in einer Linie. Dadurch wird ferner die maximale rotatorische Toleranz deutlich erhöht.

Claims

Patentansprüche
1. Verbindungseinheit (20) zur Verbindung (DC+, DC-, PE, CP) mit einem Elektrofahrzeug (10), aufweisend:
a. mindestens zwei Kontaktschienen (21, 22), wobei b. die mindestens zwei Kontaktschienen (21, 22) mit einem Abstand (d) beabstandet voneinander angeord¬ net werden, wobei der Abstand (d) zwischen den mindestens zwei Kontaktschienen (21, 22) kleiner als zwischen zwei mechanisch voneinander unabhängigen
Kontaktschienen (21, 23) ist, wobei
c. die mindestens zwei Kontaktschienen (21, 22) mit einer korrespondierenden ersten fahrzeugseitigen Kontaktschiene (11, 12) des Elektrofahrzeugs (10) verbunden werden können;
d. eine dritte Kontaktschiene (23) , wobei
e. auf der dritten Kontaktschiene (23) ein Signal auf¬ gebracht werden kann,
f. die eine dritte Kontaktschiene (23) mit einer kor- respondierenden zweiten fahrzeugseitigen Kontaktschiene (13) des Elektrofahrzeugs (10) verbunden werden kann.
2. Verbindungseinheit nach Anspruch 1, wobei die Verbindungs- einheit als Pantograph ausgebildet ist.
3. Verbindungseinheit nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei das Elektrofahrzeug als Elektrobus ausgebildet ist.
4. Verbindungseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mindestens zwei Kontaktschienen (21, 22) als Doppelkontakt ausgebildet sind.
5. Verbindungseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprü- che, wobei an einer ersten der mindestens zwei Kontaktschie¬ nen (21) eine positive Spannung (DC+) und an einer zweiten der mindestens zwei Kontaktschienen (22) eine negative Spannung (DC-) anliegt.
6. Verbindungseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprü¬ che, wobei die dritte Kontaktschiene (23) eine Erdungsschiene ist, auf welcher ein hochfrequentes und/oder ein störfestes Signal aufmoduliert wird.
7. Verbindungseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die korrespondierende erste fahrzeugseitige Kon¬ taktschiene (11, 12) des Elektrofahrzeugs (10) eine Mehrzahl von Segmenten aufweist.
8. Verbindungseinheit nach Anspruch 7, wobei die Polarität und/oder eine andere Funktion jedes Segments aus der Mehrzahl der Segmente nicht vorbestimmt ist.
9. Verbindungseinheit nach einem der Ansprüche 7 bis 8, wobei jedes Segment aus der Mehrzahl der Segmente mindestens zwei unterschiedliche Segmentabschnitte aufweist, insbesondere ei¬ nen leitenden und einen isolierenden Segmentabschnitt.
10. Verbindungseinheit nach Anspruch 9, wobei die Länge des isolierenden Segmentabschnitts (12) größer als die jeweilige Breite (b) der mindestens zwei Kontaktschienen (21, 22) ist.
11. Verbindungseinheit nach Anspruch 9 oder 10, wobei die Länge des leitenden Segmentabschnitts ( I i ) dem Abstand (d) zwischen den mindestens zwei Kontaktschienen (21, 22) entspricht .
12. Verbindungseinheit nach einem der Ansprüche 8 bis 11, wo¬ bei jedes Segment der Mehrzahl der Segmente über jeweils min¬ destens eine Diode mit einem der mindestens zwei Kontakt¬ schienen (21, 22) zum Anlegen einer positiven Spannung oder zum Anlegen einer negativen Spannung verbunden ist.
13. Verfahren zur Verbindung (DC+, DC-, PE, CP) einer Verbindungseinheit (20) mit einem Elektrofahrzeugs (10), aufwei¬ send : a. Anordnen von mindestens zwei Kontaktschienen (21, 22) mit einem Abstand (d) beabstandet voneinander, wobei der Abstand (d) zwischen den mindestens zwei Kontaktschienen (21, 22) kleiner als zwischen zwei mechanisch voneinander unabhängigen Kontaktschienen
(21, 23) ist,
b. Verbinden der mindestens zwei Kontaktschienen (21, 22) mit einer korrespondierenden ersten fahrzeug- seitigen Kontaktschiene (11, 12) des Elektrofahr- zeugs (10) ,
c. Aufbringen eines Signals auf der dritten Kontakt¬ schiene (23) , und
d. Verbinden der dritten Kontaktschiene (23) mit einer korrespondierenden zweiten fahrzeugseitigen Kon- taktschiene (13) des Elektrofahrzeugs (10).
14. Elektrofahrzeug (10) zur Verbindung mit einer Verbindungseinheit (20), aufweisend:
a. eine erste fahrzeugseitige Kontaktschiene (11,
12 ) , wobei
b. die erste fahrzeugseitige Kontaktschiene (11, 12) derart mit korrespondierenden zwei Kontaktschienen (21, 22) der Verbindungseinheit (20) verbunden werden kann, dass die mindestens zwei Kontaktschienen (21, 22) untereinander isoliert bleiben, c. eine zweite fahrzeugseitige Kontaktschiene (13), wobei
d. auf der zweiten fahrzeugseitigen Kontaktschiene
(13) ein Signal aufgebracht werden kann und die zweite fahrzeugseitige Kontaktschiene (13) mit ei¬ ner dritten Kontaktschiene (23) der Verbindungseinheit (20), verbunden werden kann.
EP17730728.7A 2016-07-11 2017-06-07 Verbindungseinheit und vervahren zur verbindung mit einem elektrofahrzeug sowie elektrofahrzeug Withdrawn EP3481663A1 (de)

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