EP4504549A1 - Verfahren zum überprüfen einer bodenkontakteinheit sowie elektrische ladeinfrastruktur - Google Patents

Verfahren zum überprüfen einer bodenkontakteinheit sowie elektrische ladeinfrastruktur

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EP4504549A1
EP4504549A1 EP23716856.2A EP23716856A EP4504549A1 EP 4504549 A1 EP4504549 A1 EP 4504549A1 EP 23716856 A EP23716856 A EP 23716856A EP 4504549 A1 EP4504549 A1 EP 4504549A1
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EP
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contact
contacts
subset
contact unit
check
Prior art date
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Pending
Application number
EP23716856.2A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Andreas SULZENBACHER
Fabian Luttenberger
Friedrich Lobenstock
Hermann STOCKINGER
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Ease Link GmbH
Original Assignee
Ease Link GmbH
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Filing date
Publication date
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    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
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    • B60L53/10—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles characterised by the energy transfer between the charging station and the vehicle
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    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
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    • G01R31/66—Testing of connections, e.g. of plugs or non-disconnectable joints
    • G01R31/68—Testing of releasable connections, e.g. of terminals mounted on a printed circuit board
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    • Y02T10/7072—Electromobility specific charging systems or methods for batteries, ultracapacitors, supercapacitors or double-layer capacitors

Definitions

  • the invention relates to a method for checking a ground contact unit of an electrical charging infrastructure.
  • the invention further relates to an electrical charging infrastructure for establishing a conductive connection to a vehicle contact unit.
  • the vehicle batteries In the case of at least partially electrically powered vehicles, such as plug-in hybrid vehicles and purely electric vehicles, the vehicle batteries must be charged regularly, preferably after each journey.
  • the vehicle is connected to a corresponding power source, usually using a plug, for example a so-called type 2 plug, which must be manually plugged into a corresponding socket on the vehicle by a person.
  • ground contact units for vehicle battery charging systems that are provided on the ground are also known.
  • the ground contact units can automatically establish a conductive connection with a corresponding vehicle contact unit provided on the vehicle to be charged in order to charge the vehicle.
  • the vehicle contact unit can be provided on the underbody of the vehicle, moving downwards in order to establish electrical contact with the ground contact unit.
  • the ground contact unit is designed as a so-called matrix charging pad, as shown in WO 2019/052962 A1.
  • the ground contact unit comprises a plurality of contact areas which are arranged in a matrix, wherein the contact areas can be contacted by means of the vehicle contact unit in order to establish an electrical connection between the ground contact unit and the vehicle contact unit.
  • the contact areas can be contacted by means of the vehicle contact unit in order to establish an electrical connection between the ground contact unit and the vehicle contact unit.
  • correspondingly occupied contact areas of the ground contact unit are switched on in order to establish the electrical connection via these contact areas.
  • the occupied contact areas are switched on using separate relays that are assigned to each power contact of the ground contact unit. This results in a so-called matrix relay, which, among other things, ensures the safety-relevant requirements regarding the insulation distance of the individual switches. Regardless of the switching positions of the relays, there are other aspects to consider in order to enable charging.
  • the task is to check the ground contact unit of the electrical charging infrastructure for its readiness cost-effectively and efficiently.
  • the object is achieved according to the invention by a method for checking a ground contact unit of an electrical charging infrastructure, the ground contact unit having a plate-shaped base body and a plurality of contacts which are arranged on a loading area of the base body, against which a vehicle contact unit can come into contact.
  • the multiple contacts include at least one protective conductor contact and power contacts, which are assigned to at least one potential layer via at least one contact switch.
  • the procedure also includes the steps:
  • Carrying out continuous touch protection monitoring of the contacts by continuously monitoring switching positions of the contact switches that are assigned to power contacts that do not belong to the subset of the contacted contacts, and / or by continuously monitoring an existing contact of at least one contact that belongs to the subset of the contacted contacts and/or by carrying out a voltage measurement on at least one of the contacts.
  • an electrical charging infrastructure for establishing a conductive connection to a vehicle contact unit.
  • the charging infrastructure has a ground contact unit which has a plate-shaped base body and a plurality of contacts which are arranged on a loading surface of the base body, against which the vehicle contact unit can come into contact.
  • the multiple contacts include at least one protective conductor contact and power contacts, which are assigned to at least one potential layer via at least one contact switch.
  • the charging infrastructure has a checking system that is set up to carry out a contact check in order to determine whether at least a subset of the multiple contacts of the ground contact unit is contacted, to carry out a protective conductor check in order to determine a contact quality, wherein the checking system is set up to carry out a test current via at least to guide a contact of the plurality of contacts, and to carry out continuous contact protection monitoring of the contacts, wherein the checking system is set up to continuously monitor switching positions of the contact switches that are assigned to power contacts that do not belong to the subset of the contacted contacts, and / or at least an existing contact to continuously monitor a contact that belongs to the subset of the contacted contacts and / or to carry out a voltage measurement on at least one of the contacts.
  • the checks include, among other things, the contact check, which is carried out to determine whether the contacts of the ground contact unit are in contact at all, i.e. whether there is a conductive connection to the vehicle contact unit. Over and beyond When checking the protective conductor, not only is the continuity checked, but the corresponding contact quality is determined to determine whether the contact meets certain minimum requirements so that a charging process can be started.
  • contact protection monitoring is carried out to ensure that unintentional contact with accessible contacts of the ground contact unit is possible. Touch protection monitoring is carried out continuously during conductive charging. In addition, it can also be provided that the contact protection monitoring is carried out immediately before the charging process.
  • the respective switching positions of the contact switches are monitored, which are assigned to the power contacts which are not contacted. These are the power contacts that do not belong to the subset of contacted contacts, which is why they are accessible from outside. These accessible contacts can also be referred to as exposed contacts because they are not covered by the vehicle contact unit when the conductive connection is present.
  • the touch protection monitoring via the switching positions of the contact switches checks whether the corresponding power contacts are switched potential-free, as is intended for the exposed power contacts, i.e. the power contacts that do not form the conductive connection with the vehicle contact unit.
  • the continuous contact protection monitoring can consist of continuously monitoring whether the conductive connection that has already been established is maintained or whether the conductive connection that has been established has been broken. For this purpose, it may be sufficient if at least one of the contacts in the subset is checked because it had previously been contacted.
  • the at least one contact of the subset that is used for the continuous touch protection check can be a power contact or a protective conductor contact of the several contacts, provided that a corresponding signal is applied and evaluated, for example a high-frequency signal that is fed in (“HF loop”).
  • HF loop high-frequency signal that is fed in
  • other types of contact can also be provided for the continuous monitoring can be used, for example a control contact through which a corresponding control signal is passed that is monitored.
  • the continuous touch protection monitoring can be carried out using a monitoring circuit that monitors the switching position of the contact switches and/or the continuous contacting of the corresponding contact of the subset, for example the control signal.
  • At least one contact in particular on a power contact.
  • This at least one contact can be referred to as a monitored contact.
  • a measuring circuit can be provided for this purpose, which is set up to carry out the voltage measurement on the at least one contact.
  • the measuring circuit is set up to detect an impermissible voltage applied to the monitored contact.
  • the measuring circuit can be designed as part of the monitoring circuit or separately from it.
  • the measuring circuit can therefore be used to protect against contact, since an impermissibly applied voltage would be detected.
  • the ground contact unit has a continuous surface which forms the protective conductor contact, i.e. provides a so-called protective conductor level, which is broken through, among other things, by the power contacts.
  • the loading area is largely formed by the protective conductor contact, with the corresponding power contacts being arranged in the plane formed by the protective conductor contact, in particular with an annular insulating area around the power contacts relative to the protective conductor contact, i.e. the corresponding protective conductor level to insulate electrically.
  • the protective conductor test is intended to check the contact quality of an established conductive connection by passing a test current through at least one of the contacts.
  • the corresponding test current can be provided by the ground contact unit.
  • a power source of the motor vehicle is used to provide the test current, which is then conducted from the vehicle contact unit, which is conductively connected to the ground contact unit, via the at least one contact of the ground contact unit.
  • the measurement of the corresponding test current in particular an associated resistance measurement, in order to determine the contact quality, can also be carried out in the ground contact unit itself or in the vehicle, which is electrically connected to the ground contact unit via its vehicle contact unit, provided that the conductive connection between the vehicle contact unit and the Ground contact unit is present.
  • the protective conductor check is carried out before a charging process is carried out.
  • the checks ensure that the ground contact unit is ready for charging. If the checks have been completed successfully, a charging process can take place by flowing a charging current via the correspondingly switched power contacts of the ground contact unit and the vehicle contact unit connected to it.
  • the contact protection check can be carried out continuously to ensure that the contacts not required for the charging process, in particular the accessible power contacts, can be touched or the continuity of the contacts of the subset, i.e. the contacted ones Contacts are given. In other words, it would be determined if an existing contact between the vehicle contact unit and the ground contact unit breaks off during the charging process.
  • the subset of the plurality of contacts is assigned to a contacting area of the loading area, which is covered by a component of the vehicle contact unit when a conductive connection is established between the ground contact unit and the vehicle contact unit.
  • the corresponding subset i.e. the number of multiple contacts that are in the contacting area of the loading area, depends on the size of the ground contact unit and / or the size of the corresponding component Vehicle contact unit, which interacts with the contacts of the ground contact unit for a conductive connection.
  • the ground contact unit has more contacts than the contacts that are required for the conductive connection between the ground contact unit and the vehicle contact unit. This ensures, among other things, that the motor vehicle does not have to come to a stop exactly over a specific area of the ground contact unit, which results in greater flexibility.
  • the component of the vehicle contact unit that covers the contact area can be a movable part of the vehicle contact unit, for example a movable loading trunk or similar, which is moved starting from an underbody of the motor vehicle in the direction of the ground contact unit in order to establish the conductive connection.
  • an insulation test is performed between two contacts by applying a test voltage and measuring an insulation resistance that is compared to an insulation resistance threshold.
  • the insulation check can also be carried out before charging occurs, so the insulation check is different from monitoring the charging process using a GFCI.
  • the insulation check is particularly advantageous if the ground contact unit is used in an area that is exposed to external influences, in particular moisture and / or dirt, for example in an uncovered parking lot.
  • the two contacts that are used in the insulation check are adjacent contacts on the loading area, in particular two contacts of the subset.
  • the insulation test can therefore be carried out between two contacts that are immediately adjacent to one another, since an (unintentional) conductive connection is most likely to occur between adjacent contacts, for example via an object, dirt or moisture.
  • contacts in particular can be used are used that belong to the subset.
  • the insulation is measured between two contacts that are used to form the conductive connection.
  • the insulation check is carried out between two power contacts.
  • the insulation check is carried out between at least one line contact and the at least one protective conductor contact.
  • the insulation check is carried out one after the other for different pairs of contacts in order to ensure that there is sufficient insulation.
  • the test voltage when checking the insulation is at least 500 V.
  • the insulation resistance threshold is, for example, 0.25 MQ.
  • the isolation check is only carried out if it has previously been determined that at least the subset of the several contacts has been contacted.
  • the insulation check is only carried out if there is a conductive connection between the ground contact unit and the vehicle contact unit.
  • the insulation from one of the contacts, in particular a contact of the subset, to a point on the loading surface of the base body can be measured. This ensures that there are no current flows beyond the contact area. This ensures adequate protection against contact.
  • the protective conductor check is only carried out if it has previously been determined that at least a subset of the several contacts is contacted.
  • the protective conductor check only takes place if a conductive connection has previously been detected.
  • the protective conductor check is only carried out if the insulation check has been carried out successfully beforehand. If an insulation fault is detected during the insulation check, the checking routine is already canceled so that the protective conductor check is not carried out at all.
  • Another aspect provides that power contacts that do not belong to the subset of contacted contacts are switched potential-free.
  • the switching positions of the contact switches, which are assigned to the potential-free switched power contacts are continuously monitored. This ensures touch protection monitoring, as it ensures that potential-free switched power contacts do not accidentally have a potential intended for the charging process.
  • a switch-off device is activated if it is determined during continuous contact protection monitoring that contact protection is not guaranteed. This is particularly the case if at least one of the contact switches is not in the intended switching position, which is assigned to a power contact that does not belong to the subset of the contacted contacts. Alternatively or additionally, this is the case if the existing contact of the at least one contact, which belongs to the subset of the contacted contacts, has been torn off.
  • the shutdown device can include a main switch, for example a contactor.
  • the main switch can then be opened to create galvanic isolation.
  • the shutdown device can include an electronic power control that reduces the applied potential to a non-critical value.
  • activating the shutdown device corresponds to error protection, since the state of the contact switches is checked, with the main switch being opened in the event of a fault in order to switch the contacts potential-free and/or the value of the applied potential being reduced. Alternatively or additionally, this is done if the existing contact suddenly breaks off or is not terminated in a controlled manner.
  • the power contacts each have a current path within the ground contact unit, with at least two switching elements being assigned to each current path. This creates redundancy, which means that in the event of a fault in one of the switching elements it can be ensured that the corresponding power contacts are still switched potential-free.
  • the two switching elements are in particular a contact switch per power contact and a common main switch for all power contacts.
  • the shutdown device can be activated if, during touch protection monitoring, it is determined that, for example, a contact switch is switched in such a way that the power contact coupled to it is assigned to a potential position, although it should be switched potential-free. This ensures that the corresponding power contacts, which should actually be switched potential-free, can be touched, since the corresponding potential has been completely switched off via the shutdown device or reduced to a low and uncritical level.
  • a power contact self-test can be performed to ensure that the contact switches of all power contacts are open.
  • the self-test can be carried out in particular before the contact check and/or after a charging process has taken place and the contact has been released.
  • two or more self-tests can be provided in a charging cycle, namely at the beginning of the charging cycle, before the vehicle contact unit and the ground contact unit form the conductive connection, and after a successful charging process, when the conductive connection has been deliberately released. This ensures that the power contacts or their contact switches are in the correct switching position if there is no contact.
  • the correct position of the corresponding contact switches means that all power contacts are switched potential-free.
  • the self-test can of course also be carried out at other times.
  • the multiple contacts can include at least one control contact, by means of which the contact check is carried out.
  • the plurality of contacts include at least two control contacts, by means of which a contacting orientation of the vehicle contact unit is detected.
  • Both Control contacts can be separately designed contacts of the several contacts, i.e. contacts provided on the loading area in addition to the power contacts and the protective conductor contact.
  • a defined signal can be fed in via the control contacts, which interacts with an associated control contact of the vehicle contact unit, thereby closing a circuit in which the corresponding signal can be evaluated.
  • the orientation of the vehicle contact unit in relation to the ground contact unit can be determined when the conductive connection is present, i.e. the contacting orientation. Regardless of this, it is possible to form two channels with two control contacts, which creates appropriate redundancy.
  • special signals can also be used to carry out the contact check, for example by transmitting special signals via the power contacts, which are evaluated to determine whether a conductive connection is present.
  • These can be high-frequency signals that run along a signal loop that includes the ground contact unit and the vehicle contact unit.
  • Another aspect provides that the insulation between the at least one control contact and one of the power contacts is checked during the insulation check. In this respect, the insulation between the control contact and neighboring contacts such as the power contacts is also checked.
  • the contact through which the test current is conducted during the protective conductor check is previously brought to a protective conductor level to which the protective conductor contact is assigned.
  • the contact is connected to the protective conductor level via a relay.
  • the contact can be a power contact, which can be connected to the protective conductor level via a corresponding relay, for example ground or earth.
  • the corresponding test current can then be fed in from a power generator, for example a vehicle-side power generator, via a contact of the vehicle contact unit that is coupled to the respective power contact, which then via the corresponding switched relay flows into the protective conductor level.
  • a resistance can then be measured to determine whether there is an appropriate contact quality with regard to the conductive connection, as desired.
  • the test current can have a current strength of at least 200 mA.
  • the resistance measured during the protective conductor check should not exceed a resistance value of 0.1 Q, so that a protective conductor resistance threshold of 0.1 Q is provided, which is compared with the measured protective conductor resistance in order to determine the corresponding quality of the contacting.
  • the electrical charging infrastructure is designed to carry out a process with the above-mentioned features.
  • the aforementioned features also represent features of the electrical charging infrastructure.
  • the respective contact switch can be designed as a mirror contact and have a main contact and a monitoring contact, which are mechanically coupled but are galvanically isolated from one another.
  • the main contact and/or the monitoring contact of the contact switch can be a switch that has an open position and a closed position.
  • the main contact or the monitoring contact is designed as an on or off switch. This means that the main contact or the monitoring contact can be adjusted between an open position and a closed position.
  • the advantage if the main contact is designed as a switch with an open position and a closed position is, among other things, that the main contact cannot weld when opened if it moves from its closed position, in which the charging current flows via the main contact a second position passes, which does not correspond to an open position, but to a closed position with a different counterpart, for example ground.
  • the main contact and the monitoring contact are galvanically isolated from each other, so that a common (closed) circuit is not formed across the two contacts, i.e. the main contact and the monitoring contact.
  • the two contacts are therefore not used to provide a charging functionality in one switching position of the contact switch and a sensor functionality or similar in the other switching position of the contact switch. Rather, the main contact and the monitoring contact are assigned to two independent circuits that are galvanically isolated from each other.
  • monitoring can take place during the charging process, but also before a charging process and/or after a charging process, in particular in connection with a self-test. Furthermore, monitoring can take place at cyclical intervals.
  • a warning can be issued, for example a visual warning, an acoustic warning and/or a warning by means of a remote signaling contact. It can also be provided that charging is not possible, i.e. no charging process can be started, if a faulty or incorrect switching position was detected during the check.
  • the measuring circuit with which the voltage measurement is carried out on the at least one contact comprises a voltage divider and a comparator to which a reference voltage is applied.
  • the voltage divider may include a first resistor (or a first capacitor) and a second resistor (or a second capacitor).
  • two resistors are provided (ohmic voltage divider), they differ in resistance value by at least a factor of 10, in particular by a factor of 100.
  • a first resistor can have a resistance value of 1 M ohm, whereas a second resistor has a resistance value of 10 k ohm has.
  • the first resistor (or the first capacitor) can be arranged between the monitored contact and a center tap.
  • the second resistor i.e. the one with the smaller resistance value, or the second capacitor is arranged between the center tap and the protective conductor level.
  • the voltage divider is a capacitive voltage divider, provided two capacitors are provided.
  • a hybrid voltage divider can also be provided, which has, for example, the first resistor and the second capacitor.
  • FIG. 1 shows a schematic overview of a vehicle battery charging system, which includes an electrical charging infrastructure according to the invention and a vehicle with a vehicle contact unit,
  • FIG. 2 shows a schematic top view of a ground contact unit of an electrical charging infrastructure according to the invention
  • FIG 3 is a schematic representation of the electrical connection of the power contacts of the ground contact unit according to Figure 2
  • Figure 4 shows a schematic overview of a process that includes a method for checking a ground contact unit of an electrical charging infrastructure.
  • FIG. 1 shows a vehicle battery charging system 10, which shows an electrical charging infrastructure 12 and an at least partially electrically operated vehicle 14, which has a vehicle contact unit 16, which can establish a conductive connection with a ground contact unit 18 of the electrical charging infrastructure 12, for details not given here to charge the battery of the vehicle 14 shown.
  • the electrical charging infrastructure 12 has a monitoring circuit 20 and a shutdown device 22, which can be completely integrated in the ground contact unit 18.
  • the monitoring circuit 20 can be arranged partly in the ground contact unit 18 and partly in a monitoring unit 24 which is designed separately from the ground contact unit 18.
  • the monitoring circuit 20 and the shutdown device 22 are both arranged completely in the separately designed monitoring unit 24.
  • the separately designed monitoring unit 24 is therefore optional, which is why it is shown in dashed lines in Figure 1.
  • the monitoring circuit 20 and the shutdown device 22 are shown in dashed lines, since their respective positions can be different depending on the embodiment.
  • the separately designed monitoring unit 24 would be electrically connected to the ground contact unit 18, as indicated in Figure 1.
  • the electrical charging infrastructure 12 includes a checking system 25 with which checks can be carried out, as will be explained below.
  • the ground contact unit 18 is shown in a top view according to an embodiment variant.
  • the ground contact unit 18 has a plate-shaped base body 26 which has a loading surface 28 which is exposed before the conductive connection is established.
  • the loading area 28 is therefore an exposed loading area when the contact between the ground contact unit 18 and the vehicle contact unit 16 is established.
  • the loading area 28 can in principle be covered by a cover (not shown here) when not in use, so that the loading area 28 is protected from environmental influences.
  • the corresponding cover can be removed manually or automatically, making the loading area 28 freely accessible.
  • contacts 30 are provided on the loading surface 28, which can be different types of contacts.
  • the contacts 30 include, among other things, power contacts 32, which are used to charge the battery of the vehicle 14 by assigning the corresponding power contacts 32 to a potential position 34.
  • the ground contact unit 18 is designed as a three-phase ground contact unit, which means that the individual power contacts 32 can be assigned to the phases L1, L2 and L3 as well as a neutral phase N, which is also referred to as the neutral conductor. These are therefore the corresponding potential levels N, P1, P2 and P3.
  • the contacts 30 include at least one protective conductor contact 35, i.e. a PE contact, with several protective conductor contacts 35 being provided in the embodiment shown, which are arranged separately and insulated from the power contacts 32 on the loading area 28.
  • a protective conductor contact 35 i.e. a PE contact
  • the ground contact unit 18 can have a continuous protective conductor level, which therefore essentially corresponds to the area of the base body 26 or the base area of the loading area 28.
  • the individual power contacts 32 can then break through the corresponding protective conductor layer, with the power contacts 32 each being insulated from the protective conductor level, for example by annular sections.
  • the contacts 30 can also include at least one control contact 36, which is used to carry out a contact check.
  • control contacts 36 are provided, which have only been shown as examples. In principle, it can be determined via the control contacts 36 whether the vehicle contact unit 16 has contacted the ground contact unit 18.
  • the contacts 30 are basically distributed on the loading area 28 and arranged relative to one another in such a way that at least two control contacts 36 lie in a contacting area of the loading area 28, which is covered by the vehicle contact unit 16 when the conductive connection is established. Via the two control contacts 36 in the contacting area It can also be determined in which orientation the ground contact unit 18 was contacted.
  • the power contacts 32 which are assigned to the four different potential levels, namely the phases L1, L2, L3 and the neutral phase N, are each assigned to the corresponding potential level 34 via a contact switch 38.
  • the contact switches 38 are therefore connected in series with the power contacts 32, as can be seen from Figure 3.
  • the contact switches 38 are each designed as mirror contacts, so that the contact switches 38 have a main contact 40 and a monitoring contact 42. Due to the design as mirror contacts, it is ensured that the main contact 40, which functions as a relay, is mechanically coupled to the monitoring contact 42, so that the respective switching positions of the main contact 40 and the monitoring contact 42 are mutually dependent or dependent on one another. However, the main contact 40 and the monitoring contact 42 are galvanically isolated from one another, so that both contacts 40, 42 are not assigned to a common circuit. Rather, both contacts 40, 42 are assigned to different circuits that are independent of one another and are also galvanically isolated from one another.
  • the main contact 40 is, as shown in Figure 3, designed as a normally open contact, i.e. a NO contact, whereas the monitoring contact 42 is designed as a normally closed contact, i.e. an NC contact. 3 therefore shows the initial position of the contact switches 38, since the contact switches 38 are each in a corresponding switching position in which the main contacts 40 are open, so that no current flow to the power contacts 32 is possible. In other words, the power contacts 32 are not connected to any potential layer 34, which ensures protection against contact.
  • the corresponding contact protection can be monitored by means of the charging infrastructure 12 in that the monitoring circuit 20 monitors, among other things, the respective switching position of the monitoring contacts 42 of the corresponding contact switches 38.
  • the monitoring takes place at least with the contact switches 38, which are assigned to power contacts 32, which are not contacted when there is a conductive connection between the ground contact unit 18 and the vehicle contact unit 16, i.e. with power contacts 32, which are not part of the subset of the several contacts 30 of the ground contact unit 18 belong who have been contacted.
  • a measuring circuit 43 can be provided, for example as part of the monitoring circuit 20 and/or the checking system 25.
  • the measuring circuit 43 is set up to carry out the voltage measurement on at least one of the contacts 30, in particular on one of the power contacts 32. This contact 30 can therefore also be referred to as monitored contact.
  • the measuring circuit 43 is set up to detect an impermissible voltage on the monitored contact. By means of the measuring circuit 43, contact protection can be formed, since an impermissibly applied voltage would be detected.
  • the monitoring circuit 20 controls the shutdown device 22 if the monitoring circuit 20 determines that there is an incorrect switching position in one of the monitoring contacts 42 and/or an impermissible voltage is present, which results in one of the main contacts 40 also has an incorrect switching position because the Monitoring contacts 42 and the main contacts 40 are mechanically coupled to one another.
  • the incorrect switching position corresponds to an open switching position of the monitoring contact 42, which is accompanied by a closed switching position of the assigned main contact 40, which would mean that a freely accessible power contact 32 would be assigned to a potential position 34, although this is not desired since the corresponding power contact 32 is exposed.
  • An impermissibly applied voltage corresponds to a voltage that is applied to a freely accessible contact 30.
  • the shutdown device 22 changes its state due to the control by the monitoring circuit 20, which can be accompanied by a complete shutdown or a complete separation.
  • the shutdown device 22 can be designed in such a way that a galvanic isolation of all power contacts 32 is carried out, whereby all power contacts 32 would be switched potential-free.
  • the shutdown device 22 can include a main switch 44 or a contactor, which carries out the corresponding galvanic isolation.
  • the shutdown device 22 is integrated in the ground contact unit 18, two switching elements are provided in a current path within the ground contact unit 18, which are connected in series, namely the respective contact switches 38 and the main switch 44.
  • the switch-off device 22 can include an electronic power control 46, which is intended to correspondingly reduce the voltage assigned to the potential level 34, so that the applied voltage is limited to a non-critical value, thereby ensuring contact protection.
  • the respective power contact 32 which is coupled to the incorrectly closed main contact 40 of the contact switch 38, has such a low voltage that there is no danger.
  • the measuring circuit 43 can also be checked accordingly by the measuring circuit 43 by measuring the voltage again at the monitored contact is carried out. After regulation by the electronic power control 46, the measured voltage should now be below a limit value. This ensures contact protection.
  • both the monitoring circuit 20 and the shutdown device 22 can be arranged partly in the ground contact unit 18 and partly in the separately designed monitoring unit 24.
  • the monitoring circuit 20 comprises two sub-circuits, it can be provided that the first sub-circuit is integrated in the ground contact unit 18 and outputs at least one output signal of the ground contact unit 18 to the second sub-circuit of the monitoring circuit 20, which is integrated in the separately designed monitoring unit 24.
  • the at least one output signal can transmit the state of the entire ground contact unit 18, for example in the form of a binary signal, i.e. “ok” or “not ok”, whereby the monitoring circuit 20, in particular the second sub-circuit, then controls the shutdown device 22 accordingly, so that the shutdown device 22 changes its state.
  • a continuous touch protection monitoring of the power contacts 32 takes place by continuously monitoring switching positions of the contact switches 38, which are assigned to power contacts 32 that do not belong to the subset of the contacted contacts 30.
  • a voltage measurement can be carried out on at least one of the contacts 30, in particular on one of the power contacts 32.
  • continuous contact protection monitoring is carried out by continuously monitoring an existing contact of at least one contact 30, which belongs to the subset of the contacted contacts 30. This can be the control contact 36, a power contact 32 and/or one of the protective conductor contacts 35.
  • a signal for example a high-frequency signal
  • a signal can be fed in via one of the corresponding contacts 30 whereby an interruption of the corresponding signal would be detected if the conductive connection breaks off.
  • incorrect control of one of the contact switches 38 can be detected, for example caused by a problem with the (control) electronics and/or by a software problem. Such a determination or monitoring is possible in particular during a charging process.
  • a self-test of the power contacts 32 can first be carried out to ensure that the contact switches 38 of all power contacts 32 are open. This can be done at the beginning to ensure that the ground contact unit 18 is basically in a state to be able to carry out a charging process at all.
  • the positions of the contact switches 38 can be monitored by means of the monitoring circuit 20, in particular the monitoring contacts 42, as has already been described previously with regard to continuous touch protection monitoring.
  • the preparation phase includes a compatibility check, in which communication takes place between the ground contact unit 18 and the vehicle contact unit 16 of the vehicle in order to determine whether the two contact units 16, 18 can even carry out a charging process with one another. Corresponding signals can be exchanged with one another in order to determine whether the contact units 16, 18 are compatible with one another.
  • positioning can take place during the preparation phase, in which the vehicle 14 is positioned via the ground contact unit 18 or in relation thereto, for example by displaying corresponding signals to a driver of the vehicle 14 so that he can move the vehicle 14 as precisely as possible via the ground contact unit 18 parks, creating a conductive connection can be established. This makes it possible to minimize the size of the ground contact unit 18.
  • the vehicle 14 or the vehicle contact unit 16 will then send a charging request to the electrical charging infrastructure 12, in particular the ground contact unit 18.
  • the electrical charging infrastructure 12 processes the charging request accordingly. If the result is positive, this will be communicated to the vehicle 14 or the vehicle contact unit 16, whereupon the charging process could be initiated.
  • the conductive connection between the vehicle contact unit 16 and the ground contact unit 18 is first established by moving at least one component of the vehicle contact unit 16 in the direction of the ground contact unit 18, as a result of which this comes into contact with areas on the loading surface 28 of the ground contact unit 18, so that at least a subset of the several contacts 30 of the ground contact unit 18 are contacted.
  • the contact check is carried out, in which it is determined whether contacts 30 of the ground contact unit 18 are contacted. In addition, it can be determined which of the corresponding contacts 30 are contacted by switching them through individually and/or in groups.
  • high-frequency signals can be provided, which are routed via the power contacts 32.
  • the control contacts 36 can carry different signals, which means that in addition to simply determining which contacts 30 are occupied, it can also be determined what the contacting orientation of the vehicle contact unit 16 is in relation to the ground contact unit 18.
  • the power contacts 32 could then be assigned to specific potential levels 34.
  • a protective conductor check still takes place, in which a test current is passed through at least one contact 30 of the several contacts 30 in order to check the contact quality of the present one to determine the conductive connection between the vehicle contact unit 16 and the ground contact unit 18.
  • the vehicle 14 can include a current generator or a signal generator, which provides the test current, which is conducted via one of the contacts of the vehicle contact unit to a contact 30 of the contacts 30 of the ground contact unit 18 coupled thereto.
  • one of the power contacts 32 can be used, which is coupled to a corresponding power contact of the vehicle contact unit 16, the corresponding power contact 32 of the ground contact unit 18 being switched to the protective conductor level, which corresponds to the level of the protective conductor contact 35.
  • a relay can be provided, via which the corresponding contact 30 is connected to the protective conductor level.
  • a resistance can then be measured to determine the contact quality.
  • the measured resistance should not exceed a resistance value of 0.1 Q, so that a protective conductor resistance threshold of 0.1 Q is provided.
  • the test current used should have a current strength of at least 200 mA.
  • test current is provided by the ground contact unit 18.
  • a further step provides that an insulation check is carried out during the check in order to determine that there are no leakage currents or the like between contacts 30 or other areas of the ground contact unit 18.
  • the insulation test can be carried out between two contacts 30 by applying a test voltage and measuring an insulation resistance, which is compared with a predetermined insulation resistance threshold.
  • the test voltage is at least 500 V.
  • the insulation resistance threshold is, for example, 0.25 MQ.
  • the two contacts 30 that are used for the insulation check can be adjacent contacts on the loading surface 28, in particular two contacts 30 of the subset of the contacts 30 that are contacted when the conductive connection is present. An (unintentional) conductive connection is most likely to occur between adjacent contacts 30, for example via an object, dirt or moisture.
  • the insulation check is carried out between two power contacts 32.
  • it can be provided that the insulation check is carried out between at least one line contact 32 and the at least one protective conductor contact 35.
  • the insulation check can also be carried out between at least one line contact 32 and the control contact 35.
  • the insulation from a contact 30 of the subset to a point on the loading surface 28 of the base body 26 can also be measured.
  • the insulation check is only carried out if it has previously been determined that at least a subset of the several contacts 30 are contacted at all, i.e. there is a conductive connection.
  • the protective conductor check can only be carried out if it has previously been determined that there is a conductive connection, i.e. at least the subset of the several contacts 30 is contacted. In addition, the protective conductor check can only be carried out if the insulation check has been carried out successfully beforehand.
  • the power contacts 32 which do not belong to the subset of the contacted contacts 30, have already been switched potential-free, which was also checked during the self-test during preparation. In this respect, only the power contacts 32 of the corresponding potential position 34, which belong to the subset of the contacted contacts 30, are switched on.
  • a charging current then flows from the ground contact unit 18 into the battery of the vehicle 14 via the vehicle contact unit 16, which has formed the conductive connection with the ground contact unit 18, whereby the battery is charged accordingly.
  • Continuous touch protection monitoring takes place during the charging process, as already explained. This determines whether only the contacted power contacts 32 are actually connected to a corresponding potential position 34 or whether the existing contacting does not break off during the charging process by continuously monitoring a contact 30 of the subset of the contacted contacts, for example the control contact 36.
  • the shutdown device 22 is controlled by the monitoring circuit 20, whereby either the main switch 44 is opened in order to carry out galvanic isolation and/or the electronic power control 46 regulates the corresponding potential down until a uncritical voltage value has been reached.
  • the non-critical value can be a voltage that is harmless, in particular a voltage below 25 V AC, i.e. 25 Vac, or 60 V DC, i.e. 60 Vdc.
  • the previously connected power contacts 32 which belong to the subset, are first switched potential-free by controlling the corresponding contact switches 38.
  • the shutdown device 22 can also be controlled accordingly, for example to carry out galvanic isolation via the main switch 44. This creates redundancy.
  • it can be checked again whether the Power contacts 32 are all potential-free by monitoring the associated monitoring contacts 42 via the monitoring circuit 20.
  • the conductive connection is then released by disengaging the vehicle contact unit 16 so that there is no longer any contact with the ground contact unit 18.
  • the vehicle 14 can then leave the electrical charging infrastructure 12.
  • a new self-test can be carried out by determining whether all power contacts 32 are in their potential-free state, i.e. whether the assigned contact switches 38 are all in the non-current-carrying state, which is present when the corresponding main contacts 40 are opened or the monitoring contacts 42 are closed.
  • the self-test can of course also be carried out at other times. Self-tests can therefore be carried out at several times, for example cyclically, in order to continuously check the readiness of the electrical charging infrastructure 12, in particular that of the ground contact unit 18.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überprüfen einer Bodenkontakteinheit (12) einer elektrischen Ladeinfrastruktur (12). Die Bodenkontakteinheit (18) weist einen plattenförmigen Grundkörper (26) und mehrere Kontakte (30) auf, die auf einer Ladefläche (18) des Grundkörpers (26) angeordnet sind, an der eine Fahrzeugkontakteinheit (16) zur Anlage kommen kann. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte: - Durchführen einer Kontaktierungsüberprüfung, um festzustellen, ob zumindest eine Teilmenge der mehreren Kontakte (30) der Bodenkontakteinheit (18) kontaktiert ist, - Durchführen einer Schutzleiterüberprüfung, um eine Kontaktgüte zu ermitteln, indem ein Teststrom über wenigstens einen Kontakt (30) der mehreren Kontakte (30) geführt wird, und - Durchführen einer kontinuierlichen Berührschutzüberwachung der Kontakte (30), indem Schaltstellungen der Kontaktschalter (38) kontinuierlich überwacht werden, die Leistungskontakten (32) zugeordnet sind, die nicht zur Teilmenge der kontaktierten Kontakte (30) gehören, und/oder indem eine bestehende Kontaktierung zumindest eines Kontakts (30) kontinuierlich überwacht wird, der zur Teilmenge der kontaktierten Kontakte (30) gehört und/oder indem eine Spannungsmessung an wenigstens einem der Kontakte (30) durchgeführt wird. Zudem ist eine elektrische Ladeinfrastruktur (12) beschrieben.

Description

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Verfahren zum Überprüfen einer Bodenkontakteinheit sowie elektrische Ladeinfrastruktur
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überprüfen einer Bodenkontakteinheit einer elektrischen Ladeinfrastruktur. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine elektrische Ladeinfrastruktur zum Herstellen einer konduktiven Verbindung zu einer Fahrzeugkontakteinheit.
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.
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 Kontaktbereichen, die matrixartig angeordnet sind, wobei die Kontaktbereiche mittels der Fahrzeugkontakteinheit kontaktiert werden können, um eine elektrische Verbindung zwischen der Bodenkontakteinheit und der Fahrzeugkontakteinheit herzustellen. Je nach Aufsetzpunkt des Konnektors der Fahrzeugkontakteinheit werden die entsprechend belegten Kontaktbereiche der Bodenkontakteinheit zugeschaltet, um die elektrische Verbindung über diese Kontaktbereiche herzustellen.
Typischerweise erfolgt das Zuschalten der belegten Kontaktbereiche mittels separater Relais, die jedem Leistungskontakt der Bodenkontakteinheit zugeordnet sind. Hierdurch ergibt sich ein sogenanntes Matrixrelais, welches die sicherheitsrelevanten Anforderungen bezüglich der Isolationsstrecke der einzelnen Schalter unter anderem sicherstellt. Unabhängig von den Schaltstellungen der Relais gibt es aber noch weitere Aspekte zu beachten, um einen Ladevorgang zu ermöglichen.
Die Aufgabe ist es, die Bodenkontakteinheit der elektrischen Ladeinfrastruktur hinsichtlich ihrer Bereitschaft kostengünstig und effizient zu überprüfen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zum Überprüfen einer Bodenkontakteinheit einer elektrischen Ladeinfrastruktur, wobei die Bodenkontakteinheit einen plattenförmigen Grundkörper und mehrere Kontakte aufweist, die auf einer Ladefläche des Grundkörpers, an der eine Fahrzeugkontakteinheit zur Anlage kommen kann, angeordnet sind. Die mehreren Kontakte umfassen zumindest einen Schutzleiter-Kontakt und Leistungskontakte, die wenigstens einer Potenziallage über zumindest einen Kontaktschalter zugeordnet sind. Das Verfahren umfasst zudem die Schritte:
Durchführen einer Kontaktierungsüberprüfung, um festzustellen, ob zumindest eine Teilmenge der mehreren Kontakte der Bodenkontakteinheit kontaktiert ist,
Durchführen einer Schutzleiterüberprüfung, um eine Kontaktgüte zu ermitteln, indem ein Teststrom über wenigstens einen Kontakt der mehreren Kontakte geführt wird, und
Durchführen einer kontinuierlichen Berührschutzüberwachung der Kontakte, indem Schaltstellungen der Kontaktschalter kontinuierlich überwacht werden, die Leistungskontakten zugeordnet sind, die nicht zur Teilmenge der kontaktierten Kontakte gehören, und/oder indem eine bestehende Kontaktierung zumindest eines Kontakts kontinuierlich überwacht wird, der zur Teilmenge der kontaktierten Kontakte gehört und/oder indem eine Spannungsmessung an wenigstens einem der Kontakte durchgeführt wird.
Darüber hinaus wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch eine elektrische Ladeinfrastruktur zum Herstellen einer konduktiven Verbindung zu einer Fahrzeugkontakteinheit. Die Ladeinfrastruktur weist eine Bodenkontakteinheit auf, die einen plattenförmigen Grundkörper und mehrere Kontakte aufweist, die auf einer Ladefläche des Grundkörpers, an der die Fahrzeugkontakteinheit zur Anlage kommen kann, angeordnet sind. Die mehreren Kontakte umfassen zumindest einen Schutzleiter-Kontakt und Leistungskontakte, die wenigstens einer Potenziallage über zumindest einen Kontaktschalter zugeordnet sind. Die Ladeinfrastruktur weist ein Überprüfungssystem auf, das eingerichtet ist, eine Kontaktierungsüberprüfung durchzuführen, um festzustellen, ob zumindest eine Teilmenge der mehreren Kontakte der Bodenkontakteinheit kontaktiert ist, eine Schutzleiterüberprüfung durchzuführen, um eine Kontaktgüte zu ermitteln, wobei das Überprüfungssystem eingerichtet ist, einen Teststrom über wenigstens einen Kontakt der mehreren Kontakte zu führen, und eine kontinuierliche Berührschutzüberwachung der Kontakte durchzuführen, wobei das Überprüfungssystem eingerichtet ist, Schaltstellungen der Kontaktschalter kontinuierlich zu überwachen, die Leistungskontakten zugeordnet sind, die nicht zur Teilmenge der kontaktierten Kontakte gehören, und/oder eine bestehende Kontaktierung zumindest eines Kontakts kontinuierlich zu überwachen, der zur Teilmenge der kontaktierten Kontakte gehört und/oder eine Spannungsmessung an wenigstens einem der Kontakte durchzuführen.
Es ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass mehrere Überprüfungen stattfinden, bevor ein Ladestrom über die Leistungskontakte geführt wird, um ein Fahrzeug zu laden, welches über seine Fahrzeugkontakteinheit mit der entsprechenden Bodenkontakteinheit gekoppelt ist. Bei den Überprüfungen handelt es sich unter anderem um die Kontaktierungsüberprüfung, welche durchgeführt wird, um zu erfassen, ob die Kontakte der Bodenkontakteinheit überhaupt kontaktiert sind, also eine konduktive Verbindung zur Fahrzeugkontakteinheit besteht. Darüber hinaus wird bei der Schutzleiterüberprüfung wird nicht nur die Kontinuität geprüft, sondern die entsprechende Kontaktgüte ermittelt, um festzustellen, ob die Kontaktierung bestimmten Mindestanforderungen entspricht, sodass ein Ladevorgang gestartet werden kann.
Zudem wird eine Berührschutzüberwachung durchgeführt, um sicherzustellen, dass ein unbeabsichtigtes Kontaktieren von zugänglichen Kontakten der Bodenkontakteinheit möglich ist. Die Berührschutzüberwachung wird kontinuierlich während des konduktiven Ladens durchgeführt. Zudem kann aber auch vorgesehen sein, dass die Berührschutzüberwachung unmittelbar vor dem Ladevorgang durchgeführt wird.
Hierzu ist beispielsweise vorgesehen, dass bei der kontinuierlichen Berührschutzüberwachung die jeweiligen Schaltstellungen der Kontaktschalter überwacht werden, welche den Leistungskontakten zugeordnet sind, welche nicht kontaktiert sind. Dies sind die Leistungskontakte, die nicht zur Teilmenge der kontaktierten Kontakte gehört, weswegen diese von außen zugänglich sind. Diese zugänglichen Kontakte können auch als freiliegende Kontakte bezeichnet werden, da sie nicht von der Fahrzeugkontakteinheit überdeckt sind, wenn die konduktive Verbindung vorliegt. Mit der Berührschutzüberwachung über die Schaltstellungen der Kontaktschalter wird überprüft, ob die entsprechenden Leistungskontakte potenzialfrei geschaltet sind, wie dies für die freiliegenden Leistungskontakte vorgesehen ist, also die Leistungskontakte, die nicht mit der Fahrzeugkontakteinheit die konduktive Verbindung ausbilden.
Alternativ oder ergänzend kann die kontinuierliche Berührschutzüberwachung darin bestehen, dass kontinuierlich überwacht wird, ob die bereits hergestellte konduktive Verbindung aufrechterhalten wird oder ob die aufgebaute konduktive Verbindung abgerissen ist. Hierzu kann es ausreichend sein, wenn zumindest einer der Kontakte der Teilmenge überprüft wird, da dieser zuvor kontaktiert worden war. Grundsätzlich kann es sich bei dem zumindest einen Kontakt der Teilmenge, der für die kontinuierliche Berührschutzüberprüfung herangezogen wird, um einen Leistungskontakt oder einen Schutzleiter-Kontakt der mehreren Kontakte handeln, sofern ein entsprechendes Signal angelegt und ausgewertet wird, beispielsweise ein hochfrequentes Signal, das eingespeist wird („HF- Schleife“). Es können aber auch weitere Kontaktarten vorgesehen sein, die für die kontinuierliche Überwachung herangezogen werden, beispielsweise ein Steuerkontakt, über den ein entsprechendes Steuersignal geleitet wird, das überwacht wird.
Die kontinuierliche Berührschutzüberwachung kann mithilfe eines Überwachungsschaltkreises erfolgen, der die Schaltstellung der Kontaktschalter und/oder die durchgehende Kontaktierung des entsprechenden Kontakts der Teilmenge überwacht, also bspw. das Steuersignal.
Alternativ oder ergänzend kann vorgesehen sein, eine Spannungsmessung an wenigstens einem Kontakt durchzuführen, insbesondere an einem Leistungskontakt. Dieser wenigstens eine Kontakt kann als überwachter Kontakt bezeichnet werden.
Es kann eine Messschaltung hierzu vorgesehen sein, die eingerichtet ist, die Spannungsmessung an dem wenigstens einen Kontakt durchzuführen.
Insbesondere ist die Messschaltung eingerichtet, eine unzulässig anliegende Spannung an dem überwachten Kontakt festzustellen.
Die Messschaltung kann als Teil der Überwachungsschaltung oder separat hierzu ausgebildet sein.
Mittels der Messschaltung kann also ein Berührschutz ausgebildet sein, da eine unzulässig anliegende Spannung detektiert werden würde.
Grundsätzlich kann vorgesehen sein, dass die Bodenkontakteinheit eine durchgehende Fläche aufweist, die den Schutzleiter-Kontakt ausbildet, also eine sogenannte Schutzleiter-Ebene bereitstellt, welche durch die Leistungskontakte unter anderem durchbrochen ist. Mit anderen Worten ist die Ladefläche größtenteils durch den Schutzleiter-Kontakt ausgebildet, wobei in der vom Schutzleiter-Kontakt gebildeten Ebene die entsprechenden Leistungskontakte angeordnet sind, insbesondere mit einem ringförmigen Isolierbereich, um die Leistungskontakte gegenüber dem Schutzleiter-Kontakt, also der entsprechenden Schutzleiter-Ebene, elektrisch zu isolieren.
Die Schutzleiterüberprüfung ist vorgesehen, um die Kontaktgüte einer hergestellten konduktiven Verbindung zu überprüfen, indem ein Teststrom über zumindest einen der Kontakte geführt wird. Der entsprechende Teststrom kann von der Bodenkontakteinheit bereitgestellt werden. Alternativ kann vorgesehen sein, dass eine Stromquelle des Kraftfahrzeugs verwendet wird, um den Teststrom bereitzustellen, welcher dann ausgehend von der Fahrzeugkontakteinheit, die mit der Bodenkontakteinheit konduktiv verbunden ist, über den zumindest einen Kontakt der Bodenkontakteinheit geführt wird. Die Messung des entsprechenden Teststroms, insbesondere eine zugeordnete Widerstandsmessung, um die Kontaktgüte zu ermitteln, kann ebenfalls in der Bodenkontakteinheit selbst vorgenommen werden oder in dem Fahrzeug, welches über seine Fahrzeugkontakteinheit mit der Bodenkontakteinheit elektrisch verbunden ist, sofern die konduktive Verbindung zwischen der Fahrzeugkontakteinheit und der Bodenkontakteinheit vorliegt.
Insbesondere wird die Schutzleiterüberprüfung durchgeführt, bevor ein Ladevorgang durchgeführt wird.
Die Überprüfungen stellen sicher, dass die Bodenkontakteinheit für einen Ladevorgang bereit ist. Sofern die Überprüfungen erfolgreich abgeschlossen worden sind, kann ein Ladevorgang erfolgen, indem ein Ladestrom über die entsprechend geschalteten Leistungskontakte von der Bodenkontakteinheit und die hiermit verbundene Fahrzeugkontakteinheit fließt.
Während des Ladevorgangs, und optional bevor der Ladestrom erstmalig fließt, kann die Berührschutzüberprüfung kontinuierlich durchgeführt werden, um sicherzustellen, dass die zum Ladevorgang nicht benötigten Kontakte, insbesondere die zugänglichen Leistungskontakte, berührt werden können bzw. die Kontinuität der Kontakte der Teilmenge, also der kontaktierten Kontakte gegeben ist. Mit anderen Worten würde festgestellt werden, wenn ein bestehender Kontakt zwischen der Fahrzeugkontakteinheit und der Bodenkontakteinheit während des Ladevorgangs abreißt.
Ein Aspekt sieht vor, dass die Teilmenge der mehreren Kontakte einem Kontaktierungsbereich der Ladefläche zugeordnet ist, welcher von einem Bauteil der Fahrzeugkontakteinheit überdeckt ist, wenn eine konduktive Verbindung zwischen der Bodenkontakteinheit und der Fahrzeugkontakteinheit hergestellt ist. Die entsprechende Teilmenge, also die Anzahl der mehreren Kontakte, die im Kontaktierungsbereich der Ladefläche liegen, hängt von der Größe der Bodenkontakteinheit und/oder der Größe des entsprechenden Bauteils der Fahrzeugkontakteinheit ab, welche zur konduktiven Verbindung mit den Kontakten der Bodenkontakteinheit interagiert.
In einem extremen Beispiel kann vorgesehen sein, dass sämtliche Kontakte der Bodenkontakteinheit belegt sind, wodurch es im kontaktierten Zustand keine freiliegenden Kontakte gibt. Demnach kann die Teilmenge der mehreren Kontakte allen Kontakten der Bodenkontakteinheit entsprechen. Typischerweise weist die Bodenkontakteinheit jedoch mehr Kontakte auf als die Kontakte, die zur konduktiven Verbindung zwischen der Bodenkontakteinheit und der Fahrzeugkontakteinheit benötigt werden. Hierdurch ist unter anderem sichergestellt, dass das Kraftfahrzeug nicht exakt über einen bestimmten Bereich der Bodenkontakteinheit zum Stehen kommen muss, wodurch eine größere Flexibilität vorliegt. Bei dem Bauteil der Fahrzeugkontakteinheit, das den Kontaktierungsbereich überdeckt, kann es sich um ein bewegliches Teil der Fahrzeugkontakteinheit handeln, beispielsweise einen beweglichen Laderüssel oder ähnliches, welcher ausgehend von einem Unterboden des Kraftfahrzeugs in Richtung der Bodenkontakteinheit bewegt wird, um die konduktive Verbindung herzustellen.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine Isolationsüberprüfung zwischen zwei Kontakten durchgeführt, indem eine Testspannung angelegt und ein Isolationswiderstand gemessen wird, der mit einem Isolationswiderstands-Schwellenwert verglichen wird. Die Isolationsüberprüfung kann ebenfalls durchgeführt werden, bevor der Ladevorgang erfolgt, sodass sich die Isolationsüberprüfung von einer Überwachung des Ladevorgangs mittels eines FI-Schutzschalters unterscheidet. Die Isolationsüberprüfung ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die Bodenkontakteinheit in einem Bereich verwendet wird, der äußeren Einflüssen ausgesetzt ist, insbesondere Feuchtigkeit und/oder Dreck, also beispielsweise an einem nicht überdachten Parkplatz.
Beispielsweise sind die zwei Kontakte, die bei der Isolationsüberprüfung herangezogen werden, benachbarte Kontakte auf der Ladefläche, insbesondere zwei Kontakte der Teilmenge. Die Isolationsüberprüfung kann demnach zwischen zwei Kontakten erfolgen, die unmittelbar benachbart zueinander sind, da zwischen benachbarten Kontakten am ehesten eine (ungewollte) leitende Verbindung vorkommen kann, beispielsweise über einen Gegenstand, Dreck oder Feuchtigkeit. Bei der Isolationsüberprüfung können insbesondere Kontakte herangezogen werden, die zur Teilmenge gehören. Insofern wird die Isolation zwischen zwei Kontakten gemessen, die zum Ausbilden der konduktiven Verbindung benutzt werden. Insbesondere wird die Isolationsüberprüfung zwischen zwei Leistungskontakten durchgeführt. Alternativ kann vorgesehen sein, dass die Isolationsüberprüfung zwischen zumindest einem Leitungskontakt und dem zumindest einen Schutzleiter-Kontakt durchgeführt wird.
Zum Beispiel kann im Fall einer Schutzleiter-Ebene vorgesehen sein, dass alle Leistungskontakte auf ein gemeinsames Potenzial geschaltet werden, wobei dann die Isolation zwischen den auf dem gemeinsamen Potenzial liegenden Leistungskontakten gegenüber der Schutzleiter-Ebene gemessen wird.
In einer alternativen Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die Isolationsüberprüfung nacheinander für unterschiedliche Paarungen an Kontakten durchgeführt wird, um sicherzustellen, dass eine ausreichende Isolation gegeben ist.
Beispielsweise hat die Testspannung bei der Isolationsüberprüfung zumindest 500 V. Der Isolationswiderstands-Schwellenwert beträgt beispielsweise 0,25 MQ.
Ein weiterer Aspekt sieht vor, dass die Isolationsüberprüfung nur dann durchgeführtwird, wenn zuvor festgestellt worden ist, dass zumindest die Teilmenge der mehreren Kontakte kontaktiert ist. Insofern wird die Isolationsüberprüfung nur dann durchgeführt, wenn eine konduktive Verbindung zwischen der Bodenkontakteinheit und der Fahrzeugkontakteinheit vorliegt. Darüber hinaus kann bei der Isolationsüberprüfung die Isolation von einem der Kontakte, insbesondere einem Kontakt der Teilmenge, zu einem Punkt auf der Ladefläche des Grundkörpers gemessen werden. Hierdurch wird sichergestellt, dass keine Stromflüsse über den Kontaktierungsbereich hinaus vorliegen. Hierdurch wird ein ausreichender Berührungsschutz gewährleistet.
Ein weiterer Aspekt sieht vor, dass die Schutzleiterüberprüfung nur dann durchgeführt wird, wenn zuvor festgestellt worden ist, dass zumindest die Teilmenge der mehreren Kontakte kontaktiert ist. Auch die Schutzleiterüberprüfung findet demnach nur dann statt, wenn eine konduktive Verbindung zuvor erkannt worden ist. Insbesondere wird die Schutzleiterüberprüfung nur dann durchgeführt, wenn zuvor die Isolationsüberprüfung erfolgreich durchgeführt worden ist. Sollte demnach ein Isolationsfehler bei der Isolationsüberprüfung festgestellt werden, wird die Überprüfungsroutine bereits abgebrochen, sodass die Schutzleiterüberprüfung gar nicht durchgeführt wird.
Ein weiterer Aspekt sieht vor, dass Leistungskontakte, die nicht zur Teilmenge der kontaktierten Kontakte gehören, potenzialfrei geschaltet werden. Insbesondere werden die Schaltstellungen der Kontaktschalter kontinuierlich überwacht, die den potenzialfrei geschalteten Leistungskontakten zugeordnet sind. Hierdurch wird die Berührschutzüberwachung gewährleistet, da sichergestellt wird, dass potenzialfrei geschaltete Leistungskontakte nicht versehentlich ein für den Ladevorgang vorgesehenes Potenzial aufweisen.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine Abschalteinrichtung angesteuert, sofern bei der kontinuierlichen Berührschutzüberwachung festgestellt wird, dass der Berührschutz nicht gewährleistet ist. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn sich zumindest einer der Kontaktschalter nicht in der vorgesehenen Schaltstellung befindet, der einem Leistungskontakt zugeordnet ist, der nicht zur Teilmenge der kontaktierten Kontakte gehört. Alternativ oder ergänzend ist dies der Fall, wenn die bestehende Kontaktierung des zumindest einen Kontakts abgerissen ist, der zur Teilmenge der kontaktierten Kontakte gehört.
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. Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weisen die Leistungskontakte jeweils einen Strompfad innerhalb der Bodenkontakteinheit auf, wobei jedem Strompfad zumindest zwei Schaltelemente zugeordnet sind. Hierdurch ist eine Redundanz geschaffen, wodurch im Fehlerfall eines der Schaltelemente sichergestellt werden kann, dass die entsprechenden Leistungskontakte dennoch potenzialfrei geschaltet werden. Bei den zwei Schaltelementen handelt es sich insbesondere um einen Kontaktschalter pro Leistungskontakt sowie einen gemeinsamen Hauptschalter für alle Leistungskontakte. Wie bereits erwähnt, kann die Abschalteinrichtung dann angesteuert werden, wenn bei der Berührschutzüberwachung festgestellt wird, dass beispielsweise ein Kontaktschalter so geschaltet ist, dass der hiermit gekoppelte Leistungskontakt einer Potenziallage zugeordnet ist, obwohl dieser potenzialfrei geschaltet sein sollte. Hierdurch wird sichergestellt, dass die entsprechenden Leistungskontakte, die eigentlich potenzialfrei geschaltet werden sollten, berührt werden können, da das entsprechende Potenzial über die Abschalteinrichtung vollständig abgeschaltet oder auf ein geringes und unkritisches Niveau reduziert worden ist.
Darüber hinaus kann ein Selbsttest der Leistungskontakte durchgeführt werden, um sicherzustellen, dass die Kontaktschalter aller Leistungskontakte geöffnet sind. Der Selbsttest kann insbesondere vor der Kontaktierungsüberprüfung und/oder nach einem erfolgten Ladevorgang und einem Lösen der Kontaktierung durchgeführt werden. Insofern können in einem Ladezyklus zwei oder mehr Selbsttests vorgesehen sein, nämlich zu Beginn des Ladezyklus, noch bevor die Fahrzeugkontakteinheit und die Bodenkontakteinheit die konduktive Verbindung ausbilden, sowie nach erfolgreichem Ladevorgang, wenn die konduktive Verbindung bewusst gelöst worden ist. Hierdurch ist sichergestellt, dass die Leistungskontakte bzw. deren Kontaktschalter in der richtigen Schaltstellung sind, sofern keine Kontaktierung vorliegt. Die richtige Stellung der entsprechenden Kontaktschalter bedeutet, dass alle Leistungskontakte potenzialfrei geschaltet sind. Grundsätzlich kann der Selbsttest natürlich auch zu anderen Zeitpunkten durchgeführt werden.
Darüber hinaus können die mehreren Kontakte zumindest einen Steuerkontakt umfassen, mittels dem die Kontaktierungsüberprüfung erfolgt. Insbesondere umfassen die mehreren Kontakte zumindest zwei Steuerkontakte, mittels derer eine Kontaktierungsorientierung der Fahrzeugkontakteinheit erfasst wird. Bei den Steuerkontakten kann es sich um separat ausgebildete Kontakte der mehreren Kontakte handeln, also um zusätzlich zu den Leistungskontakten und dem Schutzleiter-Kontakt vorgesehene Kontakte an der Ladefläche. Über die Steuerkontakte kann ein definiertes Signal eingespeist werden, welches mit einem zugehörigen Steuerkontakt der Fahrzeugkontakteinheit zusammenwirkt, wodurch ein Stromkreis geschlossen wird, bei dem das entsprechende Signal ausgewertet werden kann. Sofern zwei Steuerkontakte vorgesehen sind, die zudem mit unterschiedlichen Signalen beaufschlagt werden, kann die Orientierung der Fahrzeugkontakteinheit in Bezug auf die Bodenkontakteinheit bestimmt werden, wenn die konduktive Verbindung vorliegt, also die Kontaktierungsorientierung. Ungeachtet dessen ist es mit zwei Steuerkontakten möglich, zwei Kanäle auszubilden, wodurch eine entsprechende Redundanz geschaffen ist.
Grundsätzlich können anstatt der separat ausgebildeten Steuerkontakte auch spezielle Signale verwendet werden, um die Kontaktierungsüberprüfung durchzuführen, indem beispielsweise über die Leistungskontakte spezielle Signale übermittelt werden, welche ausgewertet werden, um festzustellen, ob eine konduktive Verbindung vorliegt. Hierbei kann es sich um hochfrequente Signale handeln, die entlang einer Signalschleife laufen, die die Bodenkontakteinheit und die Fahrzeugkontakteinheit umfasst.
Ein weiterer Aspekt sieht vor, dass bei der Isolationsüberprüfung die Isolation zwischen dem zumindest einen Steuerkontakt und einem der Leistungskontakte überprüft wird. Insofern wird auch die Isolation zwischen dem Steuerkontakt und benachbarten Kontakten wie den Leistungskontakten überprüft.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird der Kontakt, über den bei der Schutzleiterüberprüfung der Teststrom geführt wird, zuvor auf ein Schutzleiter-Niveau gebracht, dem der Schutzleiter-Kontakt zugeordnet ist. Der Kontakt wird über ein Relais mit dem Schutzleiter-Niveau verbunden. Mit anderen Worten kann es sich bei dem Kontakt um einen Leistungskontakt handeln, welcher über ein entsprechendes Relais mit dem Schutzleiter-Niveau verbindbar ist, beispielsweise Masse beziehungsweise Erde. Der entsprechende Teststrom kann dann von einem Stromgenerator, beispielsweise einem fahrzeugseitigen Stromgenerator, über einen mit dem jeweiligen Leistungskontakt gekoppelten Kontakt der Fahrzeugkontakteinheit eingespeist werden, welcher dann über das entsprechend umgeschaltete Relais in das Schutzleiter-Niveau abfließt. Es kann dann ein Widerstand gemessen werden, um festzustellen, ob eine entsprechende Kontaktgüte hinsichtlich der konduktiven Verbindung vorliegt, wie dies gewünscht ist.
Der Teststrom kann eine Stromstärke von mindestens 200 mA haben. Der bei der Schutzleiterüberprüfung gemessene Widerstand sollte einen Widerstandswert von 0,1 Q nicht überschreiten, sodass ein Schutzleiterwiderstands-Schwellenwert von 0,1 Q vorgesehen ist, der mit dem gemessenen Schutzleiterwiderstand verglichen wird, um die entsprechende Güte der Kontaktierung zu ermitteln.
Grundsätzlich ist die elektrische Ladeinfrastruktur ausgebildet, ein Verfahren mit den oben genannten Merkmalen durchzuführen. Insofern stellen die zuvor genannten Merkmale ebenfalls Merkmale der elektrischen Ladeinfrastruktur dar.
Der jeweilige Kontaktschalter kann als Spiegelkontakt ausgebildet sein und einen Hauptkontakt und einen Überwachungskontakt aufweisen, die mechanisch gekoppelt sind, aber voneinander galvanisch getrennt sind.
Es kann sich bei dem Hauptkontakt und/oder dem Überwachungskontakt des Kontaktschalters um einen Schalter handeln, der eine geöffnete Stellung und eine geschlossene Stellung hat. Insofern ist der Hauptkontakt bzw. der Überwachungskontakt als ein Ein- bzw. Ausschalter ausgebildet. Dies bedeutet, dass der Hauptkontakt bzw. der Überwachungskontakt zwischen einer geöffneten Stellung und einer geschlossenen Stellung verstellbar ist. Der Vorteil, wenn der Hauptkontakt als Schalter mit einer geöffneten Stellung und einer geschlossenen Stellung ausgebildet ist, liegt unter anderem darin, dass der Hauptkontakt beim Öffnen nicht verschweißen kann, wenn er aus seiner geschlossenen Stellung, in der der Ladestrom über den Hauptkontakt fließt, in eine zweite Stellung übergeht, die keiner geöffneten Stellung entspricht, sondern einer geschlossenen Stellung mit einem anderen Gegenpart, beispielsweise Masse. Beim Öffnen kann ein Lichtbogen erzeugt werden, der dann dafür sorgen würde, dass der Hauptkontakt in der zweiten (geschlossenen) Stellung verschweißt, sodass der Hauptkontakt und somit der gesamte Kontaktschalter nicht mehr verstellt werden könnte. Dies wird wirkungsvoll verhindert, wenn zumindest der Hauptkontakt als Schalter ausgebildet ist, der eine geöffnete Stellung und eine geschlossene Stellung aufweist. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass der Hauptkontakt und/oder der Überwachungskontakt zwischen zwei oder mehr unterschiedlichen, geschlossenen Stellungen hin- und herschaltbar ist.
In jedem Fall sind der Hauptkontakt und der Überwachungskontakt aber voneinander galvanisch getrennt, sodass über die beiden Kontakte, also den Hauptkontakt und den Überwachungskontakt, nicht ein gemeinsamer (geschlossener) Stromkreis ausgebildet ist. Die beiden Kontakte werden also nicht dazu verwendet, in einer Schaltstellung des Kontaktschalters eine Ladefunktionalität und in der anderen Schaltstellung des Kontaktschalters eine Sensorfunktionalität oder ähnliches bereitzustellen. Vielmehr sind der Hauptkontakt und der Überwachungskontakt zwei voneinander unabhängigen Stromkreisen zugeordnet, die voneinander galvanisch getrennt sind.
Die Überwachung kann grundsätzlich während des Ladevorgangs erfolgen, aber auch vor einem Ladevorgang und/oder nach einem Ladevorgang, insbesondere im Zusammenhang mit einem Selbsttest. Ferner kann die Überwachung in zyklischen Abständen erfolgen.
Sofern eine fehlerhafte bzw. falsche Schaltstellung detektiert wird, kann eine Warnung ausgegeben werden, beispielsweise eine optische Warnung, eine akustische Warnung und/oder eine Warnung mittels eines Fernmeldekontakts. Ebenso kann vorgesehen sein, dass ein Laden nicht möglich ist, also kein Ladevorgang gestartet werden kann, sofern bei der Überprüfung eine fehlerhafte bzw. falsche Schaltstellung detektiert wurde.
Beispielsweise umfasst die Messschaltung, mit der die Spannungsmessung an dem wenigstens einen Kontakt durchgeführt wird, einen Spannungsteiler sowie einen Komparator, an dem eine Referenzspannung anliegt. Der Spannungsteiler kann einen ersten Widerstand (oder einen ersten Kondensator) sowie einen zweiten Widerstand (oder einen zweiten Kondensator) umfassen.
Sofern zwei Widerstände vorgesehen sind (ohmscher Spannungsteiler), unterscheiden die sich bezüglich des Widerstandswert um wenigstens einen Faktor 10, insbesondere um einen Faktor 100. Ein erster Widerstand kann einen Widerstandswert von 1 M Ohm haben, wohingegen ein zweiter Widerstand einen Widerstandswert von 10 k Ohm hat. Bei dem Spannungsteiler kann der erste Widerstand (oder der erste Kondensator) zwischen dem überwachten Kontakt und einem Mittelabgriff angeordnet sein.
Der zweite Widerstand, also derjenige mit dem kleineren Widerstandswert, oder der zweite Kondensator ist zwischen dem Mittelabgriff und dem Schutzleiter- Niveau angeordnet.
Insofern kann vorgesehen sein, dass der Spannungsteiler ein kapazitiver Spannungsteiler ist, sofern zwei Kondensatoren vorgesehen sind. Auch kann ein hybridweise ausgebildeter Spannungsteiler vorgesehen sein, der beispielsweise den ersten Widerstand und den zweiten Kondensator aufweist.
Weitere Vorteile und Eigenschaften der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:
Figur 1 eine schematische Übersicht eines Fahrzeugbatterieladesystems, das eine erfindungsgemäße elektrische Ladeinfrastruktur sowie ein Fahrzeug mit einer Fahrzeugkontakteinheit umfasst,
Figur 2 eine schematische Draufsicht auf eine Bodenkontakteinheit einer erfindungsgemäßen elektrischen Ladeinfrastruktur,
Figur 3 eine schematische Darstellung der elektrischen Verschaltung der Leistungskontakte der Bodenkontakteinheit gemäß Figur 2, und
Figur 4 eine schematische Übersicht über einen Ablauf, der ein Verfahren zum Überprüfen einer Bodenkontakteinheit einer elektrischen Ladeinfrastruktur umfasst.
In Figur 1 ist ein Fahrzeugbatterieladesystem 10 gezeigt, das eine elektrische Ladeinfrastruktur 12 sowie ein zumindest teilweise elektrisch betriebenes Fahrzeug 14 zeigt, das eine Fahrzeugkontakteinheit 16 aufweist, die mit einer Bodenkontakteinheit 18 der elektrischen Ladeinfrastruktur 12 eine konduktive Verbindung eingehen kann, um eine hier nicht näher dargestellte Batterie des Fahrzeugs 14 zu laden. 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 Figur 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 Figur 1 angedeutet ist.
Insofern umfasst die elektrische Ladeinfrastruktur 12 ein Überprüfungssystem 25, mit Überprüfungen durchgeführt werden können, wie nachfolgend noch erläutert wird.
In Figur 2 ist die Bodenkontakteinheit 18 in einer Draufsicht gemäß einer Ausführungsvariante gezeigt.
Die Bodenkontakteinheit 18 weist einen plattenförmigen Grundkörper 26 auf, der eine Ladefläche 28 hat, welche vor dem Herstellen der konduktiven Verbindung freiliegend ist. Mit anderen Worten handelt es sich bei der Ladefläche 28 demnach um eine freiliegende Ladefläche, wenn die Kontaktierung zwischen der Bodenkontakteinheit 18 und der Fahrzeugkontakteinheit 16 hergestellt wird.
Die Ladefläche 28 kann jedoch grundsätzlich im nicht benutzten Zustand von einer (hier nicht dargestellten) Abdeckung verdeckt sein, sodass die Ladefläche 28 vor Umwelteinflüssen geschützt ist. Die entsprechende Abdeckung kann manuell oder automatisch entfernt werden, wodurch die Ladefläche 28 frei zugänglich wird.
Auf der Ladefläche 28 sind mehrere Kontakte 30 vorgesehen, bei denen es sich um unterschiedliche Kontaktarten bzw. Kontakttypen handeln kann. In jedem Fall umfassen die Kontakte 30 unter anderem Leistungskontakte 32, welche zum Ladevorgang der Batterie des Fahrzeugs 14 genutzt werden, indem die entsprechenden Leistungskontakte 32 einer Potenziallage 34 zugeordnet werden.
In der gezeigten Ausführungsform ist die Bodenkontakteinheit 18 als dreiphasige Bodenkontakteinheit ausgebildet, was bedeutet, dass die einzelnen Leistungskontakte 32 den Phasen L1 , L2 und L3 sowie einer Neutralphase N, die auch als Neutralleiter bezeichnet wird, zugeordnet werden können. Hierbei handelt es sich demnach um die entsprechenden Potenziallagen N, P1 , P2 und P3.
Neben den Leistungskontakten 32 umfassen die Kontakte 30 zumindest einen Schutzleiter-Kontakt 35, also einen PE-Kontakt, wobei in der gezeigten Ausführungsform mehrere Schutzleiter-Kontakte 35 vorgesehen sind, die separat und isoliert von den Leistungskontakten 32 auf der Ladefläche 28 angeordnet sind.
Alternativ zur in Figur 2 gezeigten Ausführungsform kann die Bodenkontakteinheit 18 eine durchgehende Schutzleiter-Ebene aufweisen, die demnach im Wesentlichen der Fläche des Grundkörpers 26 bzw. der Grundfläche der Ladefläche 28 entspricht. Die einzelnen Leistungskontakte 32 können dann die entsprechende Schutzleiter-Schicht durchbrechen, wobei die Leistungskontakte 32 jeweils isoliert zur Schutzleiter-Ebene sind, beispielsweise durch ringförmige Abschnitte.
Darüber hinaus können die Kontakte 30 zudem zumindest einen Steuerkontakt 36 umfassen, welcher benutzt wird, um eine Kontaktierungsüberprüfung vorzunehmen.
In der gezeigten Ausführungsform sind mehrere Steuerkontakte 36 vorgesehen, die lediglich beispielhaft eingezeichnet worden sind. Über die Steuerkontakte 36 kann grundsätzlich festgestellt werden, ob die Fahrzeugkontakteinheit 16 die Bodenkontakteinheit 18 kontaktiert hat.
Insbesondere sind die Kontakte 30 grundsätzlich so auf der Ladefläche 28 verteilt und zueinander angeordnet, dass zumindest zwei Steuerkontakte 36 in einem Kontaktierungsbereich der Ladefläche 28 liegen, welcher von der Fahrzeugkontakteinheit 16 überdeckt ist, wenn die konduktive Verbindung hergestellt ist. Über die zwei Steuerkontakte 36 im Kontaktierungsbereich kann zudem festgestellt werden, in welcher Orientierung die Bodenkontakteinheit 18 kontaktiert worden ist.
Durch Kenntnis der Geometrie der Fahrzeugkontakteinheit 16 kann darüber hinaus ermittelt werden, welche Kontakte 30 kontaktiert worden sind, also welche der Kontakte 30 zur Teilmenge der kontaktierten Kontakte 30 gehört, die im Kontaktierungsbereich der Ladefläche 28 liegen.
Aus Figur 3 geht ferner hervor, dass die Leistungskontakte 32, die den vier unterschiedlichen Potenziallagen zugeordnet sind, nämlich den Phasen L1 , L2, L3 sowie der Neutralphase N, jeweils über einen Kontaktschalter 38 der entsprechenden Potenziallage 34 zugeordnet sind.
Die Kontaktschalter 38 sind demnach mit den Leistungskontakte 32 in Reihe geschaltet, wie dies aus Figur 3 zu entnehmen ist.
Die Kontaktschalter 38 sind jeweils als Spiegel kontakte ausgebildet, sodass die Kontaktschalter 38 einen Hauptkontakt 40 sowie einen Überwachungskontakt 42 aufweisen. Aufgrund der Ausbildung als Spiegelkontakte ist sichergestellt, dass der Hauptkontakt 40, welcher als ein Relais fungiert, mit dem Überwachungskontakt 42 mechanisch gekoppelt ist, sodass sich die jeweiligen Schaltstellungen des Hauptkontakts 40 und des Überwachungskontakts 42 gegenseitig bedingen bzw. voneinander abhängen. Der Hauptkontakt 40 und der Überwachungskontakt 42 sind jedoch voneinander galvanisch getrennt, sodass beide Kontakte 40, 42 nicht einem gemeinsamen Stromkreis zugeordnet sind. Vielmehr sind beide Kontakte 40, 42 unterschiedlichen Stromkreisen zugeordnet, die voneinander unabhängig und zudem galvanisch voneinander getrennt sind.
Insofern gibt es keine Schaltstellung des Kontaktschalters 38, in der ein geschlossener Stromkreis gebildet ist, in dem sowohl der Hauptkontakt 40 als auch der Überwachungskontakt 42 eingebunden sind, sodass ein Strom über beide Kontakte 40, 42 des Kontaktschalters 38 fließen könnte.
Der Hauptkontakt 40 ist, wie in Figur 3 gezeigt, als ein normalerweise geöffneter Kontakt, also ein NO-Kontakt, ausgebildet, wohingegen der Überwachungskontakt 42 als ein normalerweise geschlossener Kontakt, also ein NC-Kontakt, ausgebildet ist. In Figur 3 ist demnach die Ausgangsstellung der Kontaktschalter 38 gezeigt, da sich die Kontaktschalter 38 jeweils in einer entsprechenden Schaltstellung befinden, bei denen die Hauptkontakte 40 geöffnet sind, sodass kein Stromfluss zu den Leistungskontakten 32 möglich ist. Mit anderen Worten sind die Leistungskontakte 32 keiner Potenziallage 34 zugeschaltet, wodurch ein Berührschutz gewährleistet ist.
Der entsprechende Berührschutz kann mittels der Ladeinfrastruktur 12 überwacht werden, indem der Überwachungsschaltkreis 20 unter anderem die jeweilige Schaltstellung der Überwachungskontakte 42 der entsprechenden Kontaktschalter 38 überwacht.
Die Überwachung findet dabei zumindest bei den Kontaktschaltern 38 statt, die Leistungskontakten 32 zugeordnet sind, welche beim Vorliegen der konduktiven Verbindung zwischen der Bodenkontakteinheit 18 und der Fahrzeugkontakteinheit 16 nicht kontaktiert sind, also bei Leistungskontakten 32, welche nicht zur Teilmenge der mehreren Kontakte 30 der Bodenkontakteinheit 18 gehören, die kontaktiert sind.
Alternativ oder ergänzend kann eine Messschaltung 43 vorgesehen sein, beispielsweise als Teil des Überwachungsschaltkreises 20 und/oder des Überprüfungssystems 25. Die Messschaltung 43 ist eingerichtet, die Spannungsmessung an dem wenigstens einen der Kontakte 30 durchzuführen, insbesondere an einem der Leistungskontakte 32. Dieser Kontakt 30 kann daher auch als überwachter Kontakt bezeichnet werden.
Die Messschaltung 43 ist eingerichtet, eine unzulässig anliegende Spannung an dem überwachten Kontakt festzustellen. Mittels der Messschaltung 43 kann also ein Berührschutz ausgebildet sein, da eine unzulässig anliegende Spannung detektiert werden würde.
Unabhängig von der Art der Detektion steuert der Überwachungsschaltkreis 20 die Abschalteinrichtung 22 an, sofern der Überwachungsschaltkreis 20 feststellt, dass eine falsche Schaltstellung bei einem der Überwachungskontakte 42 und/oder eine unzulässig anliegende Spannung vorliegt, was zur Folge hat, dass einer der Hauptkontakte 40 ebenfalls eine falsche Schaltstellung hat, da die Überwachungskontakte 42 und die Hauptkontakte 40 mechanisch miteinander gekoppelt sind.
Die falsche Schaltstellung entspricht dabei einer geöffneten Schaltstellung des Überwachungskontakts 42, welche mit einer geschlossenen Schaltstellung des zugeordneten Hauptkontakts 40 einhergeht, was bedeuten würde, dass ein frei zugänglicher Leistungskontakt 32 einer Potenziallage 34 zugeordnet wäre, obwohl dies nicht gewünscht ist, da der entsprechende Leistungskontakt 32 freiliegend ist.
Eine unzulässig anliegende Spannung entspricht dabei eine Spannung, die an einem frei zugänglichen Kontakt 30 anliegt.
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 44 bzw. ein Schütz umfassen, welcher die entsprechende galvanische Trennung vollzieht.
Sofern die Abschalteinrichtung 22 in der Bodenkontakteinheit 18 integriert ist, sind zwei Schaltelemente in einem Strompfad innerhalb der Bodenkontakteinheit 18 vorgesehen, die in Serie geschaltet sind, nämlich die jeweiligen Kontaktschalter 38 sowie der Hauptschalter 44.
Alternativ kann die Abschalteinrichtung 22 eine elektronische Leistungsregelung 46 umfassen, die vorgesehen ist, die der Potenziallage 34 zugeordnete Spannung entsprechend zu reduzieren, sodass die anliegende Spannung auf einen unkritischen Wert begrenzt wird, wodurch der Berührschutz gewährleistet ist. Mit anderen Worten liegt an dem jeweiligen Leistungskontakt 32, der mit dem fälschlicherweise geschlossenen Hauptkontakt 40 des Kontaktschalters 38 gekoppelt ist, eine so niedrige Spannung an, dass keine Gefahr besteht.
Dies kann durch die Messschaltung 43 auch entsprechend überprüft werden, indem eine erneute Spannungsmessung an dem überwachten Kontakt durchgeführt wird. Nach erfolgter Regulierung durch die elektronische Leistungsregelung 46 sollte die gemessene Spannung nun unterhalb eines Grenzwerts liegen. Hierdurch ist der Berührschutz gewährleistet.
In Figur 1 war bereits gezeigt, dass sowohl der Überwachungsschaltkreis 20 als auch die Abschalteinrichtung 22 teilweise in der Bodenkontakteinheit 18 sowie teilweise in der separat ausgebildeten Überwachungseinheit 24 angeordnet sein können.
Sofern der Überwachungsschaltkreis 20 zwei Teilschaltkreise umfasst, kann vorgesehen sein, dass der erste Teilschaltkreis in der Bodenkontakteinheit 18 integriert ist und zumindest ein Ausgabesignal der Bodenkontakteinheit 18 an den zweiten Teilschaltkreis des Überwachungsschaltkreises 20 ausgibt, der in der separat ausgebildeten Überwachungseinheit 24 integriert ist.
Das zumindest eine Ausgabesignal kann dabei den Zustand der gesamten Bodenkontakteinheit 18 übermitteln, beispielsweise in Form eines binären Signals, also „ok“ bzw. „nicht ok“, wodurch der Überwachungsschaltkreis 20, insbesondere der zweite Teilschaltkreis, dann die Abschalteinrichtung 22 entsprechend ansteuert, sodass die Abschalteinrichtung 22 ihren Zustand verändert.
Mit Hilfe des Überwachungsschaltkreises 20 findet somit eine kontinuierliche Berührschutzüberwachung der Leistungskontakte 32 statt, indem Schaltstellungen der Kontaktschalter 38 kontinuierlich überwacht werden, welche Leistungskontakten 32 zugeordnet sind, die nicht zur Teilmenge der kontaktierten Kontakte 30 gehören. Alternativ oder ergänzend kann eine Spannungsmessung an wenigstens einem der Kontakte 30 durchgeführt werden, insbesondere an einem der Leistungskontakte 32.
Neben dieser kontinuierlichen Berührschutzüberwachung kann ferner vorgesehen sein, dass eine kontinuierliche Berührschutzüberwachung durchgeführt wird, indem eine bestehende Kontaktierung zumindest eines Kontakts 30 kontinuierlich überwacht wird, der zur Teilmenge der kontaktierten Kontakte 30 gehört. Hierbei kann es sich um den Steuerkontakt 36, einen Leistungskontakt 32 und/oder einen der Schutzleiter-Kontakte 35 handeln.
Zur entsprechenden Überwachung kann ein Signal, beispielsweise ein hochfrequentes Signal, über einen der entsprechenden Kontakte 30 eingespeist werden, wobei eine Unterbrechung des entsprechenden Signals festgestellt werden würde, wenn die konduktive Verbindung abreißt.
Es kann so grundsätzlich eine fehlerhafte Ansteuerung eines der Kontaktschalter 38 festgestellt werden, beispielsweise verursacht durch ein Problem mit der (Ansteuerungs-)Elektronik und/oder durch ein Softwareproblem. Eine derartige Feststellung bzw. Überwachung ist insbesondere während eines durchgeführten Ladevorgangs möglich.
Aus Figur 4 geht ferner hervor, dass neben der kontinuierlichen Berührschutzüberwachung weitere Überprüfungen stattfinden, insbesondere bevor ein Ladevorgang initiiert wird.
Zur Vorbereitung des Ladevorgangs kann zunächst ein Selbsttest der Leistungskontakte 32 durchgeführt werden, um sicherzustellen, dass die Kontaktschalter 38 aller Leistungskontakte 32 geöffnet sind. Dies kann zu Beginn durchgeführt werden, um sicherzustellen, dass sich die Bodenkontakteinheit 18 grundsätzlich in einem Zustand befindet, um einen Ladevorgang überhaupt ausführen zu können.
Hierzu kann mittels des Überwachungsschaltkreises 20 die Stellungen der Kontaktschalter 38 überwacht werden, insbesondere der Überwachungskontakte 42, wie zuvor schon bzgl. der kontinuierlichen Berührschutzüberwachung beschrieben wurde.
Darüber hinaus umfasst die Vorbereitungsphase einen Kompatibilitätscheck, bei dem eine Kommunikation zwischen der Bodenkontakteinheit 18 und der Fahrzeugkontakteinheit 16 des Fahrzeugs erfolgt, um festzustellen, ob die beiden Kontakteinheiten 16, 18 überhaupt miteinander einen Ladevorgang durchführen können. Hierbei können entsprechende Signale miteinander ausgetauscht werden, um festzustellen, ob die Kontakteinheiten 16, 18 kompatibel zueinander sind.
Anschließend kann während der Vorbereitungsphase eine Positionierung erfolgen, bei der das Fahrzeug 14 über die Bodenkontakteinheit 18 bzw. in Bezug hierzu positioniert wird, indem bspw. einem Fahrer des Fahrzeugs 14 entsprechende Signale angezeigt werden, sodass dieser das Fahrzeug 14 möglichst exakt über die Bodenkontakteinheit 18 parkt, wodurch eine konduktive Verbindung hergestellt werden kann. Hierdurch ist es möglich, die Größe der Bodenkontakteinheit 18 zu minimieren.
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 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 die Kontaktierungsüberprüfung durchgeführt, bei der festgestellt wird, ob Kontakte 30 der Bodenkontakteinheit 18 kontaktiert sind. Zudem kann festgestellt werden, welche der entsprechenden Kontakte 30 kontaktiert sind, indem diese einzeln und/oder gruppenweise durchgeschaltet werden.
Hierzu können hochfrequente Signale vorgesehen sein, welche über die Leistungskontakte 32 geführt werden. Alternativ kann vorgesehen sein, dass dies über die Steuerkontakte 36 erfolgt. Die Steuerkontakte 36 können dabei unterschiedliche Signale führen, wodurch neben der reinen Feststellung, welche Kontakte 30 belegt sind, zudem festgestellt werden kann, wie die Kontaktierungsorientierung der Fahrzeugkontakteinheit 16 in Bezug auf die Bodenkontakteinheit 18 ist.
In Abhängigkeit der durchgeführten Kontaktierungsüberprüfung könnten dann die Leistungskontakte 32 bestimmten Potenziallagen 34 zugeordnet werden.
Während der Überprüfungsphase findet jedoch noch eine Schutzleiterüberprüfung statt, bei der ein Teststrom über wenigstens einen Kontakt 30 der mehreren Kontakte 30 geführt wird, um eine Kontaktgüte der vorliegenden konduktiven Verbindung zwischen der Fahrzeugkontakteinheit 16 und der Bodenkontakteinheit 18 zu ermitteln.
Hierzu kann das Fahrzeug 14 einen Stromgenerator oder einen Signalgenerator umfassen, welcher den Teststrom bereitstellt, der über einen der Kontakte der Fahrzeugkontakteinheit auf einen hiermit gekoppelten Kontakt 30 der Kontakte 30 der Bodenkontakteinheit 18 geleitet wird.
Beispielsweise kann einer der Leistungskontakte 32 genutzt werden, welcher mit einem korrespondierenden Leistungskontakt der Fahrzeugkontakteinheit 16 gekoppelt ist, wobei der entsprechende Leistungskontakt 32 der Bodenkontakteinheit 18 auf das Schutzleiter-Niveau geschaltet worden ist, welches dem Niveau des Schutzleiter-Kontakts 35 entspricht. Hierzu kann ein Relais vorgesehen sein, über das der entsprechende Kontakt 30 mit dem Schutzleiter-Niveau verbunden wird.
Anschließend kann dann ein Widerstand gemessen werden, um die Kontaktgüte zu ermitteln. Hierbei sollte der gemessene Widerstand einen Widerstandswert von 0,1 Q nicht überschreiten, sodass ein Schutzleiterwiderstands-Schwellenwert von 0,1 Q 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 Kriechströme 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 MQ. Die beiden Kontakte 30, die für die Isolationsüberprüfung herangezogen werden, können benachbarte Kontakte auf der Ladefläche 28 sein, insbesondere zwei Kontakte 30 der Teilmenge der Kontakte 30, die beim Vorliegen der konduktiven Verbindung kontaktiert sind. Zwischen benachbarten Kontakten 30 kann am ehesten eine (ungewollte) leitende Verbindung vorkommen, beispielsweise über einen Gegenstand, Dreck oder Feuchtigkeit. Insbesondere wird die Isolationsüberprüfung zwischen zwei Leistungskontakten 32 durchgeführt. Alternativ oder ergänzend kann vorgesehen sein, dass die Isolationsüberprüfung zwischen zumindest einem Leitungskontakt 32 und dem zumindest einen Schutzleiter-Kontakt 35 durchgeführt wird. Auch kann die Isolationsüberprüfung zwischen zumindest einem Leitungskontakt 32 und dem Steuer-Kontakt 35 durchgeführt werden.
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.
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 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.
Ein Ladestrom fließt dann von der Bodenkontakteinheit 18 in die Batterie des Fahrzeugs 14 über die Fahrzeugkontakteinheit 16, welche mit der Bodenkontakteinheit 18 die konduktive Verbindung ausgebildet hat, wodurch die Batterie entsprechend geladen wird.
Während des Ladevorgangs findet die kontinuierliche Berührschutzüberwachung statt, wie bereits erläutert wurde. Hierbei wird festgestellt, ob tatsächlich nur die kontaktierten Leistungskontakte 32 einer entsprechenden Potenziallage 34 zugeschaltet sind bzw. ob die bestehende Kontaktierung während des Ladevorgangs nicht abreißt, indem ein Kontakt 30 der Teilmenge der kontaktierten Kontakte kontinuierlich überwacht wird, beispielsweise der Steuerkontakt 36.
Sollte festgestellt werden, dass der Berührschutz nicht mehr gewährleistet ist, so wird die Abschalteinrichtung 22 vom Überwachungsschaltkreis 20 angesteuert, wodurch entweder der Hauptschalter 44 geöffnet wird, um eine galvanische Trennung vorzunehmen, und/oder die elektronische Leistungsregelung 46 das entsprechende Potenzial herunterregelt, bis ein unkritischer Wert der Spannung erreicht worden ist. Der unkritische Wert kann eine Spannung sein, die ungefährlich ist, insbesondere eine Spannung unterhalb von 25 V Wechselspannung, also 25 Vac, bzw. 60 V Gleichspannung, also 60 Vdc.
Nachdem der Ladevorgang abgeschlossen worden ist, wird die konduktive Verbindung zwischen der Fahrzeugkontakteinheit 16 und der Bodenkontakteinheit 18 getrennt.
Hierzu werden zunächst die zuvor zugeschalteten Leistungskontakte 32, welche der Teilmenge angehören, potenzialfrei geschaltet, indem die entsprechenden Kontaktschalter 38 angesteuert werden. Zudem kann auch die Abschalteinrichtung 22 entsprechend angesteuert werden, um beispielsweise eine galvanische T rennung über den Hauptschalter 44 durchzuführen. Dies schafft eine Redundanz. Zusätzlich kann noch einmal überprüft werden, ob die Leistungskontakte 32 alle potenzialfrei sind, indem die zugeordneten Über- wachungskontakte 42 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 38 allesamt im nichtstromführenden Zustand sind, der vorliegt, wenn die entsprechenden Hauptkontakte 40 geöffnet bzw. die Überwachungskontakte 42 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 Figur 4 gezeigte Ablauf und das zugehörige Verfahren kann grundsätzlich von der elektrischen Ladeinfrastruktur 12 ausgeführt werden, die hierzu entsprechend eingerichtet ist.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Überprüfen einer Bodenkontakteinheit (12) einer elektrischen Ladeinfrastruktur (12), wobei die Bodenkontakteinheit (18) einen plattenförmigen Grundkörper (26) und mehrere Kontakte (30) aufweist, die auf einer Ladefläche (18) des Grundkörpers (26) angeordnet sind, an der eine Fahrzeugkontakteinheit (16) zur Anlage kommen kann, wobei die mehreren Kontakte (30) zumindest einen Schutzleiter-Kontakt (35) und Leistungskontakte (32) umfassen, die wenigstens einer Potenziallage (34) über zumindest einen Kontaktschalter (38) zugeordnet sind, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
Durchführen einer Kontaktierungsüberprüfung, um festzustellen, ob zumindest eine Teilmenge der mehreren Kontakte (30) der Bodenkontakteinheit (18) kontaktiert ist,
Durchführen einer Schutzleiterüberprüfung, um eine Kontaktgüte zu ermitteln, indem ein Teststrom über wenigstens einen Kontakt (30) der mehreren Kontakte (30) geführt wird, und
Durchführen einer kontinuierlichen Berührschutzüberwachung der Kontakte (30), indem Schaltstellungen der Kontaktschalter (38) kontinuierlich überwacht werden, die Leistungskontakten (32) zugeordnet sind, die nicht zur Teilmenge der kontaktierten Kontakte (30) gehören, und/oder indem eine bestehende Kontaktierung zumindest eines Kontakts (30) kontinuierlich überwacht wird, der zur Teilmenge der kontaktierten Kontakte (30) gehört und/oder indem eine Spannungsmessung an wenigstens einem der Kontakte (30) durchgeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Teilmenge der mehreren Kontakte (30) einem Kontaktierungsbereich der Ladefläche (28) zugeordnet ist, welcher von einem Bauteil der Fahrzeugkontakteinheit (16) überdeckt ist, wenn eine konduktive Verbindung zwischen der Bodenkontakteinheit (18) und der Fahrzeugkontakteinheit (16) hergestellt ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Isolationsüberprüfung zwischen zwei Kontakten (30) durchgeführt wird, indem eine Testspannung angelegt und ein Isolationswiderstand gemessen wird, der mit einem vorgegebenen Isolationswiderstands-Schwellenwert verglichen wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Kontakte (30), die bei der Isolationsüberprüfung herangezogen werden, benachbarte Kontakte (30) auf der Ladefläche (28) sind, insbesondere zwei Kontakte (30) der Teilmenge.
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolationsüberprüfung nur dann durchgeführt wird, wenn zuvor festgestellt worden ist, dass zumindest die Teilmenge der mehreren Kontakte (30) kontaktiert ist.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Isolationsüberprüfung die Isolation von einem der Kontakte (30), insbesondere einem Kontakt (30) der Teilmenge, zu einem Punkt auf der Ladefläche (28) des Grundkörpers (26) gemessen wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzleiterüberprüfung nur dann durchgeführt wird, wenn zuvor festgestellt worden ist, dass zumindest die Teilmenge der mehreren Kontakte (30) kontaktiert ist.
8. Verfahren nach Anspruch 7 soweit rückbezogen auf Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzleiterüberprüfung nur dann durchgeführt wird, wenn zuvor die Isolationsüberprüfung erfolgreich durchgeführt worden ist.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Leistungskontakte (32), die nicht zur Teilmenge der kontaktierten Kontakte (30) gehören, potenzialfrei geschaltet werden, insbesondere wobei die jeweiligen Schaltstellungen der Kontaktschalter (38), die den potenzialfrei geschalteten Leistungskontakten (32) zugeordnet sind, kontinuierlich überwacht werden.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Abschalteinrichtung (22) angesteuert wird, sofern bei der kontinuierlichen Berührschutzüberwachung festgestellt wird, dass der Berührschutz nicht gewährleistet ist, insbesondere wenn sich zumindest einer der Kontaktschalter (38) nicht in der vorgesehenen Schaltstellung befindet, der einem Leistungskontakt (32) zugeordnet ist, der nicht zur Teilmenge der kontaktierten Kontakte (30) gehört und/oder die bestehende Kontaktierung des zumindest einen Kontakts (30) abgerissen ist, der zur Teilmenge der kontaktierten Kontakte (30) gehört.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungskontakte (32) jeweils einen Strompfad innerhalb der Bodenkontakteinheit (18) aufweisen, wobei jedem Strompfad zumindest zwei Schaltelemente zugeordnet sind, insbesondere ein Kontaktschalter (38) pro Leistungskontakt (32) und ein gemeinsamer Hauptschalter (44) für alle Leistungskontakte (32).
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Selbsttest der Leistungskontakte (32) durchgeführt wird, um sicherzustellen, dass die Kontaktschalter (38) aller Leistungskontakte (32) geöffnet sind, insbesondere wobei der Selbsttest vor der Kontaktierungsüberprüfung und/oder nach einem erfolgten Ladevorgang und einem Lösen der Kontaktierung durchgeführt wird.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren Kontakte (30) zumindest einen Steuerkontakt (36) umfassen, mittels dem die Kontaktierungsüberprüfung erfolgt, insbesondere wobei die mehreren Kontakte (30) zumindest zwei Steuerkontakte (36) umfassen, mittels derer eine Kontaktierungsorientierung der Fahrzeugkontakteinheit (16) erfasst wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13 soweit rückbezogen auf Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Isolationsüberprüfung die Isolation zwischen dem zumindest einen Steuerkontakt (36) und einem der Leistungskontakte (32) überprüft wird.
15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontakt (30), über den bei der Schutzleiterüberprüfung der Teststrom geführt wird, zuvor auf ein Schutzleiter-Niveau gebracht worden ist, dem der Schutzleiter-Kontakt (35) zugeordnet ist, insbesondere wobei der Kontakt (30) über ein Relais mit dem Schutzleiter-Niveau verbunden wird.
16. Elektrische Ladeinfrastruktur zum Herstellen einer konduktiven Verbindung zu einer Fahrzeugkontakteinheit (14), wobei die Ladeinfrastruktur (12) eine Bodenkontakteinheit (18) aufweist, 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 (35) und Leistungskontakte (32) umfassen, die wenigstens einer Potenziallage (34) über zumindest einen Kontaktschalter (38) zugeordnet sind, und wobei die Ladeinfrastruktur (12) ein Überprüfungssystem (25) aufweist, das eingerichtet ist, eine Kontaktierungsüberprüfung durchzuführen, um festzustellen, ob zumindest eine Teilmenge der mehreren Kontakte (30) der Bodenkontakteinheit (18) kontaktiert ist, eine Schutzleiterüberprüfung durchzuführen, um eine Kontaktgüte zu ermitteln, wobei das Überprüfungssystem (25) eingerichtet ist, einen Teststrom über wenigstens einen Kontakt (30) der mehreren Kontakte (30) zu führen, und eine kontinuierliche Berührschutzüberwachung der Kontakte (30) durchzuführen, wobei das Überprüfungssystem (25) eingerichtet ist, Schaltstellungen der Kontaktschalter (28) kontinuierlich zu überwachen, die Leistungskontakten (32) zugeordnet sind, die nicht zur Teilmenge der kontaktierten Kontakte (30) gehören, und/oder eine bestehende Kontaktierung zumindest eines Kontakts (30) kontinuierlich zu überwachen, der zur Teilmenge der kontaktierten Kontakte (30) gehört und/oder eine Spannungsmessung an wenigstens einem der Kontakte (30) durchzuführen.
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