WO2019076663A1 - Bodenkontakteinheit fuer ein fahrzeugbatterieladesystem und verfahren zur schaltung eines kontaktbereiches einer bodenkontakteinheit - Google Patents

Bodenkontakteinheit fuer ein fahrzeugbatterieladesystem und verfahren zur schaltung eines kontaktbereiches einer bodenkontakteinheit Download PDF

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contact
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unit
potential
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Guenther Jernej
Manuel LEIBETSEDER
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Definitions

  • Ground contact unit for a vehicle battery charging system and method for switching a contact area of a ground contact unit
  • the batteries of the vehicles must be recharged regularly, preferably after each journey.
  • the vehicle is connected by means of a vehicle coupling system with a power source, such as the local power grid.
  • a plug such as the type 2 plug can be used, which must be manually inserted by a person in the corresponding socket of the vehicle.
  • vehicle coupling systems for vehicle battery charging systems with a contact unit of the power connection, which is provided on the ground are known. This ground-contacting ground contact unit is physically contacted by means of a movable vehicle contact unit which can move down from the underbody of the vehicle. In this way, an electrical connection of the vehicle with the local power grid is made possible.
  • the vehicle contact unit must be positioned not only above the ground contact unit when parking the vehicle, but it must also sit the correct electrodes of the vehicle contact unit on the corresponding contact surfaces of the ground contact unit and switched accordingly, since the electrodes or contact surfaces have different functions. It is important that only in the area of the vehicle contact unit lying contact surfaces of the ground contact unit are energized, so that no exposed, energized contact surfaces are present.
  • a ground contact unit for a vehicle battery charging system for automatic, conductive connection of the ground contact unit and a vehicle contact unit, with a plate-shaped base body, at least one potential layer, a plurality of contact areas, which are arranged on an exposed loading surface of the body and associated with at least one Potentiallage, a plurality of switching units and a plurality of switching lines by means of which the switching units can be actuated, wherein a plurality of switching units are provided on each of the switching lines, wherein the switching lines are divided into at least two groups each having a plurality of switching lines and each of the switching units on at least two switching lines of at least two different groups, in particular is provided on each one switching line of each group, so that the switching state of the switching unit depends on the signal state at its associated switching lines, wherein each switching unit is coupled to at least one of the contact areas such that the switching unit can electrically connect and interrupt the corresponding at least one contact area with the at least one potential layer associated with the contact area.
  • the exposed loading surface of the base body is designed so that the vehicle contact unit can be applied to it or comes to rest.
  • the switching lines are subdivided into groups and the switching units are connected to switching lines of the different group, it can be dispensed with that a separate electrical control switch or at least one separate output of the control unit (microcontroller) ground contact unit with its own direct wiring is provided for each switching unit is. Rather, an electrical control switch is now only necessary for each switching line, whereby the number of required electrical Control switches and wiring can be drastically reduced without sacrificing the functionality of the ground contact unit. In other words, the invention does not require two lines and at least one output of the microcontroller of the ground contact unit for each switching unit. Therefore, the ground contact unit is simple in construction and inexpensive to manufacture.
  • the switching units may include electromechanical switches - such as relays -, electronic switches - such as field effect transistors (e.g., MOSFET) or TRIAC (Triode for Alternating Current) - and / or other logic switches. If the switching units comprise electronic switches, e.g. TRIAC or field effect transistors, the switching units can also each have a pre-circuit through which the electronic switch is connected to the switching lines.
  • electromechanical switches - such as relays -
  • electronic switches - such as field effect transistors (e.g., MOSFET) or TRIAC (Triode for Alternating Current) - and / or other logic switches.
  • the switching units can also each have a pre-circuit through which the electronic switch is connected to the switching lines.
  • the pre-circuits produce an output signal to the electronic switch based on the signals of the switching lines, the output signal switching the corresponding electronic switch.
  • the preambles are, for example, AND gates or NAND gates.
  • the at least one potential layer can be connected to the ground potential, a neutral conductor, an outer conductor or phase, a positive pole or a negative pole of a current source, in particular of a local power network, in particular for an earth conductor, the neutral conductor, an outer conductor or ground conductor Phase, a positive pole and / or a negative pole of a power source each have their own Potential position is present.
  • phase is used for an outer conductor for simplicity.
  • the switching lines are separated from each other with voltage and / or current acted upon, whereby the switching units can be selectively and effectively switched.
  • the ground contact unit has at least one PE layer, wherein the switching units are set up so that they can electrically connect the contact region assigned to them either to their associated potential layer or to the at least one PE layer. In this way it is ensured that no current and / or voltage-carrying contact area is exposed if the corresponding contact area or the entire ground contact unit is not used.
  • the PE layers are at ground potential.
  • the ground contact unit PE can have contact regions which are permanently connected to the at least one PE layer.
  • exactly one switching unit is provided for each contact area, in particular that is not a PE contact area, whereby a particularly flexible and cost-effective construction is achieved.
  • a switching element of the switching unit can electrically connect the corresponding at least one contact region with its associated potential position if the switching lines associated with the switching unit are appropriately connected, in particular in a common circuit with the correct polarity.
  • the switching lines, on which one of the switching units is provided differ from the switching lines, on which another of the switching units is provided, in at least one switching line. In this way, a clear control of the switching units is possible.
  • control of the individual switching units takes place with a combination of at least two switching lines, wherein each switching unit can be actuated by a specific combination of switching lines or only one switching unit is assigned to each combination of switching lines. For example, only one switching line per group is provided and coupled to each switching unit.
  • the switching lines of a group are substantially in the same direction, in particular parallel and / or the switching lines form a grid at whose crossing points switch lines of different groups intersect, wherein at the crossing points in each case a switching unit is arranged, preferably wherein the Switching unit can be switched only at different potentials on its switching lines.
  • the directions of the different groups make an angle with each other, in particular wherein the angle between the different groups is 90 ° and / or equal, whereby a clear structure is possible.
  • the switching lines of the various groups are perpendicular to each other so that the switching lines of one of the groups form rows and the switching lines of another of the groups form columns.
  • each combination of a specific row and a specific column is assigned exactly one switching unit.
  • the switching lines of at least one of the groups may zigzag to allow for more complex geometries.
  • the switching units each have two switching contacts which are connected to the switching lines, whereby a simple integration of the switching unit in a circuit is possible.
  • one of the switching contacts is connected to a switching line of a group via at least one diode and the other of the switching contacts is connected to a switching line of the other group, whereby the reliability can be increased.
  • the switching unit can be set up in such a way that it assigns the contact region associated with it to it electrically connected associated potential position when there is at least a predetermined voltage difference between the switch contacts.
  • the ground contact unit has at least one control line and the switching units a double switch as a switching element, in particular a relay, wherein the double switch is designed such that the control line is only electrically connected to a certain potential position, in particular the PE layer if the contact area is also connected to the specific potential position.
  • the number of contact areas associated with the PE layer can be determined. The query of the number can be done via a voltage measurement across all control lines or by means of a multiplexer in the change over individual control lines.
  • the double switch is designed such that one of the switches of the double switch can electrically connect the control line with the contact area and the other switch of the double switch only electrically connects the contact area with the particular potential position, in particular the PE layer, although the control line with the Contact area is electrically connected.
  • the contact area is at ground potential, even though the control line is at ground potential.
  • the double switch can be forcibly guided, so that either the contact region is connected to the control line and the PE layer or the contact region is connected only to the potential layer assigned to it.
  • the contact areas and / or their contact surfaces on the loading surface may be arranged in a grid in the form of a 2-dimensional Bravais grating. This grid is also called the main grid.
  • the ground contact unit has a first potential position, a second potential position and a third potential position.
  • the contact regions associated with the first potential layer form first contact regions
  • the contact regions associated with the second potential layer form second contact regions
  • the contact regions associated with the third potential layer form third contact regions.
  • the first contact areas are in a first subgrid in the form of a 2-dimensional Bravais gratings
  • the second contact areas are in a second sublattice in the form of a 2-dimensional Bravais lattice
  • the third contact areas are arranged in a third sublattice in the form of a 2-dimensional Bravais lattice.
  • the first sublattice, the second sublattice and the third sublattice are nested in one another, and the first contact regions, the second contact regions and the third contact regions occur alternately in the direction of at least one of the base vectors of the main grid formed by the contact regions.
  • a highly functional ground contact unit with contact areas can be realized, which can be switched to different potentials.
  • the position of the contact areas with different potentials with respect to one another is always known and fixed, so that a partial area of the loading area also has different contact areas with the different potentials.
  • the object is achieved by a method for switching a contact region of a ground contact unit according to the invention to a desired potential, with the following steps: a) application of a predetermined voltage having a predetermined polarity to the switching lines, to which the switching unit associated with the contact region is applied, causing the
  • Switching unit is actuated, so that the contact region is electrically connected to the at least one potential layer associated with the contact region, and b) applying the desired potential at the at least one potential layer associated with the contact region to be switched, in particular via a main disconnect switch or a disconnect switch, which is arranged in the main body and / or upstream of the contact area.
  • the predetermined voltage is that voltage which is necessary for the actuation of the switching unit.
  • the main circuit breaker and / or the circuit breaker is, for example, a charging contactor.
  • a positive voltage in particular + 12V or + 6V
  • a negative voltage in particular -12V or -6V
  • a voltage can be determined on the control line, wherein the size of the voltage can be used to deduce the number of switched and / or non-switched contact areas.
  • the current which is applied via one of the switching lines to which the voltage has been applied is limited so that only a certain number of switching units can be switched via this switching line. In this way, unintentional errors can be prevented.
  • the object can be achieved by a vehicle battery charging system for automatic, conductive connection of a ground contact unit and a vehicle contact unit, with the ground contact unit and a main electrical connection for a power source or a power grid, wherein the ground contact unit has a plate-shaped main body, a plurality of potential layers and a plurality of contact areas, the an exposed loading area of the base body, on which the vehicle contact unit can come to rest, and at least one potentiallage assigned, the vehicle battery charging system having a main circuit breaker, for example, a main charging contactor, and a plurality of circuit breakers, such as charging contactors or relays, the main circuit breaker to is arranged to electrically isolate several, in particular all potential layers of the main terminal, each of the plurality of disconnectors is assigned to each one of the plurality of potential layers and di e disconnectors are set to their assigned Electrically isolate the potential layer from the main connection.
  • the vehicle battery charging system having a main circuit breaker, for example, a main charging contactor, and a pluralit
  • the plurality of disconnectors are adapted to selectively connect their associated potentiallage with one of at least two, in particular at least three ground connections.
  • the electrical potential of the corresponding potential position can be selected specifically.
  • the vehicle battery charging system has a switchboard having the main terminal, the main circuit breaker (e.g., the main charging contactor), and / or the plural disconnecting switches (e.g., the charging contactors).
  • the ground contact unit can be inexpensively executed without many components.
  • the main circuit breaker and / or the plurality of disconnectors may also be provided in the ground contact unit.
  • the main circuit breaker in the cabinet and the plurality of disconnectors are provided in the floor contact unit. In this way, the vehicle charging system can be adapted to different situations with different space.
  • ground contact unit can also be provided in the vehicle battery charging system and vice versa.
  • Figure 1 schematically a vehicle coupling system with a vehicle contact unit and an inventive
  • FIG. 2 a shows a plan view of a first embodiment of a ground contact unit according to the invention
  • FIG. 2 b shows a simplified sectional view of part of the ground contact unit according to FIG. 2 a
  • FIG. 3 shows schematically the arrangement of the different contact areas of the ground contact unit according to FIG.
  • FIG. 4 shows an equivalent circuit diagram for an electrical arrangement of a contact region of the ground contact unit according to FIG.
  • FIG. 5 shows an equivalent circuit diagram for the electrical arrangement of four contact regions of the ground contact unit according to FIG. 2a, FIG.
  • FIG. 6 shows a simplified embodiment of a ground contact unit according to the invention
  • FIG. 7 shows a plan view of a part of the ground contact unit according to FIG. 2a with an indicated vehicle contact unit
  • FIG. 8 shows a plan view of a part of a second embodiment of a ground contact unit according to the invention with an indicated vehicle contact unit
  • FIG. 9 is a plan view of a part of a third embodiment of a ground contact unit according to the invention with an indicated vehicle contact unit, FIG.
  • FIG. 10 shows part of an equivalent circuit diagram of the ground contact unit according to FIG. 9,
  • Figure 1 1 is a schematic structure of the bottom-side portion of a vehicle battery charging system according to the invention
  • - Figure 12 is an equivalent circuit diagram for the electrical arrangement of two control lines of the ground contact unit according to Figure 2a, and
  • FIG. 13 shows an equivalent circuit diagram for an electrical arrangement of a contact region of the ground contact unit of a further embodiment according to the invention.
  • 1 shows a vehicle 10, for example a battery-powered vehicle or a plug-in hybrid vehicle, which is parked on or above a ground contact unit 12 for charging the battery.
  • a vehicle connection device is attached to a vehicle contact unit 14 that can electrically connect the vehicle 10 to the ground contact unit 12.
  • ground contact unit 12 and the vehicle connection device 14 are part of an automatic vehicle coupling system 15, which in turn is part of a vehicle battery charging system.
  • the ground contact unit 12 is shown in plan view.
  • the floor contact unit 12 has a plate-shaped main body 16, on the upper side of a loading area 18 is provided.
  • the loading surface 18 is exposed on the upper side of the ground contact unit 12, d. H. the vehicle 10 and the vehicle contact unit 14 side facing.
  • the loading area 18 several different contact areas 20 are provided, each having at least one contact surface.
  • the contact regions 20 are each closed surfaces with a hexagonal, in particular regular hexagonal contour.
  • the corners of the hexagon may have a radius.
  • the contact regions 20 and / or the contact surfaces can lie in one plane, for example the loading surface 18 is this plane.
  • the contact areas 20 are arranged in a main pattern.
  • the main pattern in the embodiment shown is a two-dimensional Bravais grating, more precisely a hexagonal grating.
  • the main pattern is thus a main grid GH with two base vectors hi, i2 of the same length, which enclose an angle of 120 ° with each other.
  • the main pattern or the main grid GH extends over the entire loading area 18.
  • the floor contact unit 12 has a plurality of ground terminals 22, namely a first floor terminal 22.1, a second floor terminal 22.2 and a third floor terminal 22.3 connected via a main terminal 23 to corresponding terminals of the local power network (not shown) at the location of the floor contact unit 12 are connected.
  • Each of the ground terminals 22 provides a different electrical potential.
  • At least one potential layer 24 is provided for each potential of the ground terminals 22, as shown in FIG. 2b.
  • a first potential layer 24.1 a second potential layer 24.2 and a third potential layer 24.3 are present.
  • the potential layers 24 are essentially continuous or full-surface layers in the ground contact unit 12 made of a conductive material.
  • the potential layers 24 extend at least in the entire area of the loading surface 18.
  • the different potential layers 24 are insulated from one another.
  • the potential layers 24 are conductive layers of a printed circuit board.
  • potential layers 24 need not be complete or planar layers. Furthermore, the potential layers 24 can also consist of a corresponding wiring.
  • the first bottom terminal 22.1 is electrically connected to the phase or outer conductor of the local power network via the main terminal 23
  • the second floor terminal 22.2 is electrically connected to a neutral of the local power network via the main terminal 23
  • the third floor terminal 22.3 is over the main terminal 23 electrically connected to a protective conductor of the local power network.
  • the potential connections 24.1, 24.2 or 24.3 assigned to the ground terminals 22.1, 22.2 and 22.3 can be applied to the potential of the outer conductor, the neutral conductor or the protective conductor (ground potential, PE).
  • the third potential layer 24.3 is therefore also called PE layer.
  • a disconnect switch 27 (FIG. 11), for example a charging contactor or a relay, is provided for each of the potential layers 24.
  • On the circuit breaker 27 can be dispensed with in the case of the PE layer.
  • the circuit breaker 27 may be provided in the base body 16 and the
  • Contact areas 20 upstream d. H. be arranged between the bottom terminals 22 and the main terminal 23 and the contact areas 20 and the switching units 26.
  • circuit breaker 27 are provided in a cabinet 70 of the vehicle battery charging system outside the ground contact unit 12.
  • the circuit breaker 27 can separate the potential layer 24 assigned to it, for example, from the ground terminal 22 assigned to the potential layer 24 or connect it to the PE terminal of the ground terminals 22. It is also possible that the circuit breaker 27 can connect their associated potential layer 24 with one of three (or more) of the bottom terminals 22 in order to vary the electrical potential of the potential layers 24 can. This is indicated in Figure 1 1 by the dashed lines.
  • no disconnecting switches 27 are provided, since the contact areas 20 can also be separated from the ground terminal 22 assigned to the corresponding potential layer 24 by means of the switching units 26.
  • the contact areas 20 are connected to the PE terminal of the floor terminals 22.
  • a main circuit breaker 29 is provided, which is designed in the illustrated embodiment as a main charging contactor.
  • the main circuit breaker 29 is provided in the illustrated embodiment in the control cabinet 70.
  • main circuit breaker 29 As a main breaker 29 and as a circuit breaker 27 other switches can be used as charging contactors, such as relays.
  • the main circuit breaker 29 is provided between the main terminal 23 and the circuit breakers 27.
  • the first and second ground terminals 22.1, 22.2 are connected to the plus and minus poles of a DC power source for charging, respectively.
  • Each of the contact regions 20 is connected or connectable to one of the potential layers 24.
  • the electrical connection can be permanent but also switchable. With switchable contact areas 20, the electrical connection between two potential layers 24 can be switched back and forth or the electrical connection to a potential layer can be interrupted.
  • Each contact region 20 is assigned a potential layer 24, with which the contact region 20 is or is electrically connected when this contact region 20 is contacted by the vehicle contact unit 14.
  • two thirds of the contact areas 20 are switchable and the other third of the contact areas 20 are not switchable.
  • three different types of contact regions 20 are provided, wherein the first contact regions 20.1 of the first potential layer 24.1, the second contact regions 20.2 of the second potential layer 24.2 and the third contact regions 20.3 of the third potential layer 24.3 are assigned.
  • the first contact areas 20.1 and the second contact areas 20.2 are switchable. They can be connectable by means of the arrangement shown in Figure 4 switchable with the first potential layer 24.1 and second potential layer 24.2.
  • the third contact regions 20.2 are permanently electrically connected to the third potential layer 24.3, that is to say the PE layer.
  • the third contact areas 20.3 thus represent PE contact areas 25.
  • the first contact regions 20.1, the second contact regions 20.2 and the third contact regions 20.3 or PE contact regions 25 are each in one own sub-pattern, here in each case in the form of a two-dimensional Bravais grid, so a subgrid arranged.
  • the first contact regions 20.1 are arranged in a first sub-grating Gm with the basis vectors ui, i, ui, 2. Also, the first sublattice Gui is a hexagonal lattice, so that the two basis vectors ui, i and ui, 2 have the same magnitude and enclose an angle of 120 ° with each other.
  • the second contact regions 20.2 are arranged in a second sublattice Gu2 with the base vectors U2, i, U2,2, which also have the same magnitude and enclose an angle of 120 °.
  • the third contact areas 20.3 and PE contact areas 25 are also located on a hexagonal, third subgrid Gu3 with the same length base vectors U3, i, U3,2, which enclose an angle of 120 °.
  • the three sublattices Gui, Gu2, Gu3 are arranged interlaced so that the three different contact areas 20.1, 20.2, 20.3 and 25, respectively, occur in the direction of one of the basis vectors hi, i2 of the main grid GH in continuous change.
  • the contact areas 20.1, 20.2, 20.3 or 25 closest to any contemplated contact area 20.1, 20.2, 20.3 or 25 are always of a different type than the contemplated contact area 20.1, 20.2, 20.3 or 25 itself ,
  • the contact areas 20.1, 20.2, 20.3 or 25 or the contact surfaces are thus arranged rotationally symmetrical about an axis of rotation perpendicular to the loading area 18.
  • the entire ground contact unit 12 may be rotationally symmetric, i. at least the visible and required for connection to the vehicle contact unit 14 parts are arranged rotationally symmetrical.
  • FIG. 4 shows a detail of an equivalent circuit diagram of the ground contact unit 12, which shows an electrical arrangement for a switchable contact region 20.
  • the switchable contact regions 20 can be connected to different potential layers 24.
  • the contact region 20 lies in the middle of FIG. 4 and the potential layer 24 assigned to the contact region 20 is shown as the topmost conductor in FIG.
  • a switching unit 26 a control line 28 and a grounding 30 are provided for each switchable contact area 20.
  • the grounding 30 may be formed as a permanent connection to a potential layer 24, which is at ground potential, ie to the PE layer.
  • the switching unit 26 has an actuating element 32 and a switching element 34 and is in the illustrated embodiment as an electromechanical switch, designed here as a relay with a relay switch as a switching element 34 and a relay coil as an actuator 32nd
  • the switching element 34 is a double switch 36 having a first switch 38 and a second switch 40.
  • Both the first switch 38 and the second switch 40 each form a changeover contact which is always connected to the contact region 20.
  • the first, shown in the figure 4 above first switch 38 can the
  • the second switch 40 may connect the contact region 20 to either the ground 30 or the potential layer 24.
  • the double switch 36 can be operated by the actuator 32, wherein at the same time the first switch 38 and the second switch 40 are actuated.
  • the first switch 38 and the second switch 40, d. H. the double switch 36 are designed so that either the contact region 20 is electrically connected to the ground 30 and the control line 28 through them or that the contact region 20 is electrically connected only to the potential layer 24.
  • the switches 38 and 40 and the double switch 36 are forcibly guided.
  • the contact region 20 can be electrically connected to the associated potential layer 24 or disconnected from the potential layer 24, ie interrupted.
  • a circuit 42 is provided, which has a in Fig. 4 vertically (ie from top to bottom) extending first switching line 44 and in Figure 4 horizontally (ie from left to right) extending second switching line 46 ,
  • the first switching line 44 and the second switching line 46 can be acted upon separately from each other via corresponding electrical drive switch 52 with current or voltage.
  • the electrical drive switches 52 are actuated, for example, by a control unit 54 of the ground contact unit 12.
  • Both the first switching line 44 and the second switching line 46 are connected to the switching unit 26, more precisely the actuator 32.
  • the switching unit 26 and the actuating element 32 on two switching contacts 48 are electrically connected via a respective diode 50, 51 with two switching lines 44, 46.
  • the cathodes of the diodes 50, 51 are in this case, for example, facing the actuating element 32.
  • the diode 50 between the switching contact 48 and the switching line 44 has a switching function, whereas the diode 51 between the switching contact 48 and the switching line 46 is a protective diode, which protects the actuator 32 against overvoltage when turned off.
  • the other switching contact 48 is electrically connected only to one, in the embodiment shown, the second switching line 46.
  • the double switch 36 is in the unactuated state of the switching unit 26, so when no voltage is applied between the switching contacts 48, in the position shown in Figure 4, d. e., That the contact portion 20 is electrically connected to the ground 30 and the control line 28.
  • a voltage must be generated via the switching contacts 48, for example 24 V or 12 V.
  • a positive voltage to the first switching line 44 for example, of +12 V or +6 V and a negative voltage to the second switching line 46, for example, from -12 V or -6 V applied.
  • the switching state of the switching unit 26 thus depends on the signal state on the switching lines 44, 46, i. whether and with what polarity a voltage is applied to the switching lines 44, 46.
  • the contact regions 20 can thus be electrically connected to their associated potential layer 24 and thereby activated.
  • the arrangement shown in FIG. 4 is used for all switchable contact areas 20, that is to say for example for the first contact areas 20. 1 and the second contact areas 20. 2.
  • FIG. 5 shows an equivalent circuit diagram for six adjacent contact regions 20.
  • the illustrated contact regions 20 are enclosed in FIG. 3 by way of example with a dotted line. Thus, two first contact regions 20.1, two second contact regions 20.2 and two third contact regions 20.3 or PE contact regions 25 are shown.
  • first and second contact regions 20.1, 20.2 are switchable contact regions 20.
  • two potential layers 24 are shown instead of the general potential layer 24 of FIG. 3, two potential layers 24, more precisely the first potential layer 24. 1 and the second potential layer 24. 2 are shown.
  • the third potential layer 24.3 or PE potential layer is not shown continuously, but an electrical connection to it is indicated as a grounding symbol.
  • Each of the switchable contact areas 20.1, 20.2 has a switching unit 26 assigned to it.
  • the first contact regions 20.1 can be electrically connected to the first potential layer 24.1 via the switching unit 26 assigned to them, and the second contact regions 20.2 can be electrically connected to the second potential layer 24.2 via the switching unit 26 assigned to them.
  • the switchable contact areas 20.1 and 20.2 are arranged in rows and columns with regard to their wiring of the circuit 42.
  • Each row and column has exactly one switching line 44, 46.
  • each column or line is defined by the corresponding switching line 44, 46.
  • each column is formed by a vertical first switching line 44 and each line by a horizontally extending second switching line 46.
  • the first switching lines 44 thus belong to a first group of switching lines, which represents the columns, and the second switching lines 46 belong to a second group of switching lines, which represents the rows.
  • the (n) th first switching line 44 is connected to the switching units 26, more specifically the actuators 32, which correspond to the contact areas 20 of the (n) th Are assigned column and these switch. The same applies to the (n + 1) -th first switching line 44.
  • the (m) th second switching line 46 is electrically connected to the switching units 26, more specifically the actuators 32, to the contact areas 20 of the (m) th column. The same applies to the (m + 1) -th second switching line 46.
  • a ground contact unit 12 of another, simplified embodiment is shown in Figure 6, in which the contact areas 20 and the contact surfaces are square and are arranged in a square Bravais grid.
  • the first switching lines 44 and second switching lines 46 are indicated by dashed and dot-dash lines.
  • the physically geometrical arrangement of the switchable contact regions 20 also corresponds to the electrical arrangement of the switchable contact regions 20, as a result of which the division of the contact regions into lines and columns becomes more apparent.
  • the first switching lines 44 extend parallel to each other, but perpendicular to the second switching lines 46, which also extend parallel to each other.
  • the switching lines 44, 46 thus form a grid, each one
  • Crossing a switching unit 26 and a switchable contact area 20 is assigned.
  • each switchable contact region 20 or its switching unit 26 is assigned exactly a combination of first switching lines 44 and second switching lines 46, by means of which the switching unit 26 can be switched.
  • another switching unit 26 differs in that at least one other first or second switching line 44, 46 is electrically connected thereto. In particular, for each switching unit 26, only one switching line 44 or 46 per
  • the contact region 20.1 in column (n + 1) and row (m) will be connected to the potential layer 24.1, as already described for FIG. 4, a positive voltage at the (n + 1) First switching line 44 and a negative voltage on the (n) th second switching line 46 applied.
  • the remaining first and second switching lines 44, 46 remain without power or voltage.
  • a second switching line 46 is additionally connected to the (m + 1) -th line applied negative voltage.
  • a positive voltage is applied to one of the switching lines 44 of the first group of switching lines and a negative voltage to two second switching lines 46 of the second group.
  • the switching units 26 which are assigned to the contact areas 20 of the column (n + 1) and the rows (m) and (m + 1) are actuated and the contact areas 20.1 and 20.2 are electrically connected to their associated potential layers 24.1 and 24.2 ,
  • the current is limited via the first switching line 44 of the (n + 1) -th column in order to prevent substantially more than two switching units 26 from being actuated.
  • the current is limited to a value that is sufficient to operate about two switching units 26. Although in this case one or two switching units 26 can switch too much at the same time, however, it can be prevented by the current limitation that much more, such as 10 or 30 switching units 26 are switched too much.
  • a control line 28 is provided for each line, which branches if necessary, to be contacted by the double switch 36.
  • a voltage source 62 is provided for each line. To check whether all switchable contact areas 20 of the corresponding line are at ground potential, ie are not activated, the voltage is measured between the control line 28 and the ground potential or the PE potential.
  • the measured voltage depends on how many points the control line 28 is connected to the ground 30, so that it can be checked whether all the switching units 26 are in their unactuated state.
  • FIG. 12 shows an equivalent circuit diagram in which the control line 28 is shown for two contact areas 20 of a row.
  • the switching units 26 By the switching units 26, a variable voltage divider with multiple arms is realized, which divides the voltage generated by the voltage source 62.
  • Each switching unit 26 constitutes an arm.
  • a voltmeter 63 measures the voltage to ground potential across an arm of the voltage divider. The more switching units 26 connect the control line 28 to the respective ground 30, the lower the voltage measured by the voltmeter 63. Based on the measured value of the voltage, the number of unactuated switching units 26 - and thus also actuated switching units 26 - be determined.
  • switching units 26 can be recognized, which are stuck in the actuated state. This can be done, for example, by actuating the switching unit 26 while applying a high potential to the corresponding potential layer 24. Then, an arc may have arisen during the switching process, which has welded the switching element 34 to the corresponding remote station. In particular positively driven switching elements 34 can be monitored with high security.
  • a multiplexer 72 is used to measure the voltage between one of the control lines 28 and the ground potential individually in temporal change.
  • a multiplexer is indicated by dots in FIG. 12.
  • FIG 7 a portion of the loading surface 18 of the ground contact unit 12 according to the first embodiment of Figures 2 and 4 is shown enlarged, wherein the first switching lines 44 and the second switching lines 46 are additionally drawn.
  • a contact region of the vehicle contact unit 14 is indicated by a circle which circles the contacted by the vehicle contact unit 14 contact areas 20.
  • Six switchable contact areas 20 are provided around the central PE contact area 20. These are also called the first ring.
  • two potential layers 24 are provided for these six switchable contact regions 20. These can be charged for charging with DC with a positive or negative potential. In the case of alternating current, the potential layers can represent the neutral conductor and the phase.
  • the PE layer 25 represents a seventh potential position.
  • sublattices there are seven sublattices, since the sublattices Gui and Gu2 then decay into three sublattices each. These sublattices have basis vectors which are at an angle of e.g. Enclose 120 °. A pair of such base vectors u'i and U 2 are indicated by dashed lines in FIG. It is conceivable that for these six switchable contact areas 20 three potential layers 24 are provided, which represent the three phases for a charge with alternating current.
  • first switching lines 44 which are shown in FIG vertically extends and a second group of second switching lines 46, which extends horizontally in Figure 7.
  • the gaps do not run in a straight line but in a zigzag.
  • the direction of the columns is still substantially vertical and forms an angle of, for example, 90 ° with the lines.
  • the first switching lines 44 of the first group thus connect slightly offset from each other contact areas 20 and their switching units 26 with each other, so it is said that the first switching lines 44 extend in a zigzag.
  • FIG. 7 also clearly shows that the gaps run in such a way that no PE contact areas 25 are in the gaps.
  • a PE contact region 25 and the contact regions 20 of the columns (n) and (n + 1) as well as lines (m), (m + 1) and (m + 2) are within that of the vehicle contact unit 14 contacted part of the loading area 18th
  • switchable contact regions 20 and the PE contact region 25 are electrically contacted by corresponding electrodes (not shown) of the vehicle contact unit 14, the corresponding switchable contact regions 20 are activated.
  • the desired contact areas 20 are connected to their associated potential layers 24.1 and 24.2, respectively, and the potential layers 24.1 and 24.2 can in turn be electrically connected to the corresponding ground terminals 22 to provide the desired potential to the potential layers 24.1, 24.2 to apply.
  • the circuit breaker 27 of the potential layers 24.1 and 24.2 are closed.
  • circuit breaker 27 remain closed for switching the contact areas 20 (or no circuit breaker 27 are present) and for the main circuit breaker 29, so here the main charging contactor is open to the contact areas 20 and 24 potentiallagen for switching galvanically from the main terminal 23rd to separate. In this case, the main breaker 29 is now closed.
  • the respectively desired potential is then applied to the potential layers 24 and thus to the contact regions 20 of the columns (n) and (n + 1) and to lines (m), (m + 1) and (m + 2).
  • the vehicle 10 can now be loaded via the vehicle contact unit 14.
  • the potential layers 24.1 and 24.2 are separated from the ground connections 22 assigned to them. Subsequently, the respective contact areas 20 are deactivated by taking the voltage from the first and second switching lines 44, 46.
  • the corresponding switching units 26 switch in their unactuated state, whereby the electrical connection between the contact region 20 and the respective potential layer 24 is interrupted. At the same time, the corresponding contact region 20 and the control line 28 are electrically connected to the ground 30 via protective resistors.
  • a functional ground contact unit 12 with a large amount of mechanical switching units 26 and thus contact areas 20 can be realized with a comparatively small number of electrical control switches 52 and with the saving of electrical lines.
  • ground contact unit 12 according to the invention are described, which substantially correspond to the first embodiment. Therefore, only the differences are discussed and the same and functionally identical parts are provided with the same reference numerals.
  • FIG. 8 shows a ground contact unit 12 which is to be connected to a vehicle contact unit 14, which is larger than the vehicle contact unit 14 according to FIG. More specifically, not only the six switchable contact areas 20 around a central PE contact area 25 (first ring) but also the switchable contact areas 20 in the next ring around the central PE contact area 25 are to be used. A control of the contact areas via only two groups of switching lines is then no longer possible, since in this case switchable contact areas 20, which are not below the vehicle contact unit 14, would be activated. This is a security risk and should be avoided. To illustrate these switchable contact areas 20 are additionally provided with the reference numeral 64.
  • third switching lines 66 is used.
  • These third switching lines 66 define, in addition to the already existing row and the existing column, another type of column.
  • the rows or the two types of columns each extend perpendicular to the side surfaces of the hexagonal contact regions 20, so that in each case an angle of 60 ° is enclosed between the rows and columns or between the two columns.
  • the rows and the two columns are shown by lines in FIG.
  • the switching units 26 of the contact areas 20 are thus connected to three switching lines 44, 46, 66 and the corresponding switching element is only actuated when the switching lines 44, 46, 66 are provided in a certain way with voltage.
  • a suitable logic circuit (AND, NAND) and / or a transistor circuit.
  • a control line 28 can be provided for each row, by means of which it can be checked whether the corresponding contact areas 20 are deactivated, that is to say they are at earth potential.
  • FIGS. 9 and 10 show a third embodiment of the ground contact unit 12 which, like the embodiment of FIG. 8, should also be suitable for a larger vehicle contact unit 14.
  • first switching lines 44 second switching lines 46
  • third switching lines 66 third switching lines 66
  • fourth switching lines 68 fourth switching lines 68.
  • the second switching lines 46 form the rows of the array.
  • only one kind of column is provided, which is different from the other three groups of switching lines, i. H. the first switching lines 44, the third switching lines 66 and the fourth switching lines 68 is defined.
  • the columns thus correspond to the columns of the first embodiment.
  • every switchable contact region 20 or its associated switching unit 26 is electrically connected to each of the first switching line 44, the third switching line 66 and the fourth switching line 68, but only one each.
  • the first contact region 20 of a column is electrically connected to the first switching line 44, the second contact region of the column with the third switching line 66, the third contact region 20 of the column with the fourth switching line 68, the fourth contact region 20 of the column again with the first Switching line 44, etc.
  • the first column is divided by the three groups of switching lines 44, 66, 68. Each column thus has three groups of switching lines 44, 66, 68.
  • the second switching lines 46 of the lines (m), (m + 1), (m + 2), (m +3) and (m + 4) are subjected to a negative voltage.
  • column (n) only one of the switching lines 44, 46, 66, here the first
  • Switching line 44 applied with a positive voltage.
  • all three switching lines 44, 46, 66 applied to the positive voltage and in the column (n + 3) again only one of the switching lines 44, 46, 66, here again The first switching line 44. It is also achieved in this way that only those contact areas 20 are activated and thus electrically connected to their associated potential layer 24, which are contacted by the vehicle contact unit 14.
  • FIG. 13 shows a further embodiment of the ground contact unit 12.
  • the switching unit 26 has an electronic switch 56 and a pre-circuit 58, wherein the electronic switch 56 serves as a switching element 34 and the pre-circuit 58 as an actuator 32.
  • the electronic switch 56 is, for example, a MOSFET or a TRIAC.
  • the pre-circuit 58 is a logic circuit, for example an AND gate or a NAND gate, which has the switching contacts 48 as inputs.
  • the pre-circuit 58 is therefore electrically connected to the switching lines 44, 46 and possibly also the switching lines 66, 68.
  • the pre-circuit 58 is also electrically connected to the electronic switch 56 to control it.
  • the pre-circuit 58 outputs a voltage to the electronic switch 56, wherein the electronic switch 56 connects the contact region 20 with the associated potential layer 24 when the voltage output by the pre-circuit 58 exceeds a threshold value.
  • the voltage output by the pre-circuit 58 is dependent on the signals of the switching lines 44, 46, and exceeds the threshold value, for example, only if simultaneously applied to both switching lines 44, 46.
  • the operation of the switching unit 26 of the electronic switch 56 and the pre-circuit 58 is therefore the same as that of the switching unit 26 of the previously described embodiments.
  • control line 28 It can also be checked in this embodiment via the control line 28 whether the contact region 20 is connected to the associated potential layer 24 or not. For example, this is done via a voltage measurement or otherwise.
  • a multiplexer can also be used.
  • the electronic switch 56 switches the contact region 20 between the associated potential layer 24 and the PE layer 25.
  • control line 28 can also be dispensed with, since the electronic switch 56 has no moving parts.
  • the diode 51 can be dispensed with in this embodiment.
  • Figure 4 shows the circuit for the relay control and the sense line for a single contact area 20.
  • the control lines also called switching lines
  • 24V or 12V relays are used for switching a relay. These 24V and 12V are achieved by applying to the column + 12V or + 6V and to the line -12V or -6V. You could use other relays as well. It is crucial that one obtains the required switching voltage by switching a row and a column, thereby increasing safety, since two elements must be switched, thus creating an "and" connection.
  • the sense line also called control line 28
  • a test voltage is applied to the sense line and depending on the number of switched relays per line, the measured value changes. In this way, the number of switched relays per line can be determined.
  • a relay should "get stuck” (for example, by switching at high voltage and then welding due to the arc)
  • this can be detected by means of the sense line, each line having its own sense line.
  • Figure 5 shows the circuit diagram for 4 switchable contacts and with intermediate non-switchable PE contacts.
  • any switching unit can be used, in particular a triac.
  • Figure 7 shows the rows and columns (forming a grid) necessary to switch the currently required 6 contacts.
  • the rows and columns are formed by corresponding switching lines.
  • the black circle contains the 6 contacts and these can be switched through the three blue lines and the two red columns, without another contact being switched on the pedestal.
  • a "and condition" is needed, if a larger connector (ie interface of the vehicle contact unit) is to be used (as represented by a black circle in Figure 8) this can be achieved in several ways to add a second "and condition". This can be solved as shown in Fig. 8 by adding the second "And condition" through another control line and switching only those contacts / relays where the three control lines intersect .. For this circuit, the circuit of Fig. 4 can not be used It would offer a transistor circuit.
  • FIG. 10 shows the wiring for this system.
  • a so-called charging contactor can be provided with which then the high currents are switched on. This means that usually before switching on by the charging protection, the corresponding switching unit is brought into the speaking switching state in advance, and only then is the high charging current switched on via the charging contactor.

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Abstract

Eine Bodenkontakteinheit für ein Fahrzeugbatterieladesystem hat einen Grundkörper, wenigstens eine Potentiallage (24), mehrere Kontaktbereiche (20), mehrere Schalteinheiten (26) und mehrere Schaltleitungen (44, 46), mittels der die Schalteinheiten (26) betätigt werden können, wobei an jeder der Schaltleitungen (44, 46) mehrere Schalteinheiten (26) vorgesehen sind. Die Schaltleitungen (44, 46) sind in wenigstens zwei Gruppen unterteilt und jede der Schalteinheiten (26) ist an wenigstens zwei Schaltleitungen (44, 46) aus wenigstens zwei verschiedenen Gruppen vorgesehen, so dass der Schaltzustand der Schalteinheit (26) vom Signalzustand an seinen zugeordneten Schaltleitungen (44, 46) abhängt. Jede Schalteinheit (26) ist derart mit wenigstens einem Kontaktbereich (20) gekoppelt, dass die Schalteinheit (26) den entsprechenden wenigstens einen Kontaktbereich (20) mit der dem Kontaktbereich (20) zugeordneten wenigstens einen Potentiallage (24) elektrisch verbinden und unterbrechen kann. Ferner ist ein Verfahren zur Schaltung eines Kontaktbereiches gezeigt.

Description

Bodenkontakteinheit für ein Fahrzeugbatterieladesystem und Verfahren zur Schaltung eines Kontaktbereiches einer Bodenkontakteinheit
Bei elektrisch angetriebenen Fahrzeugen, wie Plug-in-Hybridfahrzeugen und reinen Elektrofahrzeugen, müssen die Batterien der Fahrzeuge regelmäßig, am besten nach jeder Fahrt, aufgeladen werden. Hierzu wird das Fahrzeug mittels eines Fahrzeugkoppelsystems mit einer Stromquelle, beispielsweise dem örtlichen Stromnetz, verbunden. Dabei kann ein Stecker, wie der Typ-2 Stecker verwendet werden, der von einer Person manuell in die entsprechende Buchse des Fahrzeugs eingesteckt werden muss. Bekannt sind beispielsweise Fahrzeugkoppelsysteme für Fahrzeugbatterieladesysteme mit einer Kontakteinheit des Stromanschlusses, die am Boden vorgesehen ist. Diese am Boden angeordnete Bodenkontakteinheit wird mittels einer verfahrbaren Fahrzeugkontakteinheit, die sich aus dem Unterboden des Fahrzeugs nach unten bewegen kann, physisch kontaktiert. Auf diese Weise wird eine elektrische Verbindung des Fahrzeugs mit dem örtlichen Stromnetz ermöglicht.
Hierbei ist es notwendig, dass die an der Fahrzeugkontakteinheit vorgesehenen Elektroden mit Kontaktflächen der Bodenkontakteinheit physisch in Berührung kommen. Dazu muss die Fahrzeugkontakteinheit nicht nur oberhalb der Bodenkontakteinheit beim Abstellen des Fahrzeugs positioniert werden, sondern es müssen auch die richtigen Elektroden der Fahrzeugkontakteinheit auf den entsprechenden Kontaktflächen der Bodenkontakteinheit sitzen und entsprechend geschaltet werden, da die Elektroden bzw. Kontaktflächen unterschiedliche Funktionen haben. Wichtig dabei ist, dass nur im Bereich der Fahrzeugkontakteinheit liegende Kontaktflächen der Bodenkontakteinheit bestromt werden, so dass keine freiliegenden, bestromten Kontaktflächen vorhanden sind.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine einfach aufgebaute und kostengünstige Bodenkontakteinheit für ein automatisches Fahrzeugbatterieladesystem sowie ein Verfahren zur Schaltung eines Kontaktbereiches einer Bodenkontakteinheit bereitzustellen, durch die eine physische elektrische Verbindung zwischen einer Fahrzeugkontakteinheit und einer Bodenkontakteinheit auf automatische Weise und unter Ausschluss von Fehlkontaktierungen ermöglicht wird.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Bodenkontakteinheit für ein Fahrzeugbatterieladesystem zur automatischen, konduktiven Verbindung der Bodenkontakteinheit und einer Fahrzeugkontakteinheit, mit einem plattenförmigen Grundkörper, wenigstens einer Potentiallage, mehreren Kontaktbereichen, die auf einer freiliegenden Ladefläche des Grundkörpers angeordnet und wenigstens einer Potentiallage zugeordnet sind, mehreren Schalteinheiten und mehreren Schaltleitungen, mittels der die Schalteinheiten betätigt werden können, wobei an jeder der Schaltleitungen mehrere Schalteinheiten vorgesehen sind, wobei die Schaltleitungen in wenigstens zwei Gruppen mit jeweils mehreren Schaltleitungen unterteilt sind und jede der Schalteinheiten an wenigstens zwei Schaltleitungen aus wenigstens zwei verschiedenen Gruppen, insbesondere an jeweils einer Schaltleitung jeder Gruppe, vorgesehen ist, so dass der Schaltzustand der Schalteinheit vom Signalzustand an seinen zugeordneten Schaltleitungen abhängt, wobei jede Schalteinheit derart mit wenigstens einem der Kontaktbereiche gekoppelt ist, dass die Schalteinheit den entsprechenden wenigstens einen Kontaktbereich mit der dem Kontaktbereich zugeordneten wenigstens einen Potentiallage elektrisch verbinden und unterbrechen kann.
Die freiliegende Ladefläche des Grundkörpers ist dabei dazu ausgebildet, dass die Fahrzeugkontakteinheit an ihr anlegbar ist bzw. zur Anlage kommt.
Dadurch, dass die Schaltleitungen in Gruppen unterteilt und die Schalteinheiten mit Schaltleitungen der verschiedenen Gruppe verbunden ist, kann darauf verzichtet werden, dass für jede Schalteinheit ein eigener elektrischer Ansteuerschalter bzw. zumindest ein eigener Ausgang der Steuereinheit (Mikrocontroller) Bodenkontakteinheit mit eigener, direkter Verkabelung vorgesehen ist. Vielmehr ist nun nur für jede Schaltleitung ein elektrischer Ansteuerschalter notwendig, wodurch die Anzahl an benötigten elektrischen Ansteuerschaltern und Verkabelung drastisch reduziert werden kann, ohne Einbußen an der Funktionalität der Bodenkontakteinheit hinnehmen zu müssen. In anderen Worten sind durch die Erfindung nicht für jede Schalteinheit zwei Leitungen und zumindest ein Ausgang des MikroControllers der Bodenkontakteinheit nötig. Daher ist die Bodenkontakteinheit einfach aufgebaut und kostengünstig herzustellen.
Die Schalteinheiten können elektromechanische Schalter - wie Relais -, elektronische Schalter - wie Feldeffektransistoren (z.B. MOSFET) oder TRIAC (Triode for Alternating Current) - und/oder andere logische Schalter umfassen. Sofern die Schalteinheiten elektronische Schalter umfassen, z.B. TRIAC oder Feldeffektransistoren, können die Schalteinheiten zudem je eine Vorschaltung aufweisen, über die der elektronische Schalter mit den Schaltleitungen verbunden ist.
Die Vorschaltungen erzeugen zum Beispiel ein Ausgangssignal an den elektronischen Schalter auf Basis der Signale der Schaltleitungen, wobei das Ausgangsignal den entsprechenden elektronischen Schalter schaltet. Die Vorschaltungen sind zum Beispiel AND-Gatter oder NAND-Gatter.
Für eine flexible Verwendung der Kontaktbereiche ist die wenigstens eine Potentiallage mit dem Erdpotential, einem Neutralleiter, einem Außenleiter bzw. Phase, einem Pluspol oder einem Minuspol einer Stromquelle, insbesondere eines lokalen Stromnetzes verbindbar, insbesondere wobei für das Erdpotential, den Neutralleiter, einem Außenleiter bzw. Phase, einem Pluspol und/oder einem Minuspol einer Stromquelle jeweils eine eigene Potentiallage vorhanden ist.
Im Rahmen dieser Erfindung wird zur Vereinfachung die veraltete Bezeichnung „Phase" für einen Außenleiter verwendet.
Zudem wird zur Vereinfachung auch bei den Lagen, die mit den Außenleitern bzw. der Phase verbunden sind, von einer Potentiallage gesprochen, obwohl diese Lagen kein konstantes elektrisches Potential aufweisen, sondern sich ihr Potential periodisch mit dem Potential des entsprechenden Außenleiters ändert. Vorzugsweise sind die Schaltleitungen voneinander getrennt mit Spannung und/oder Strom beaufschlagbar, wodurch die Schalteinheiten gezielt und effektiv geschaltet werden können.
Beispielsweise weist die Bodenkontakteinheit wenigstens eine PE-Lage auf, wobei die Schalteinheiten derart eingerichtet sind, dass sie den ihnen zugeordneten Kontaktbereich entweder mit der ihm zugeordneten Potentiallage oder mit der wenigstens einen PE-Lage elektrisch verbinden können. Auf diese Weise wird gewährleistet, dass kein ström- und/oder spannungsführender Kontaktbereich freiliegt, wenn der entsprechende Kontaktbereich bzw. die gesamte Bodenkontakteinheit nicht verwendet wird. Insbesondere liegen die PE- Lagen auf Erdpotential.
Alternativ oder zusätzlich kann die Bodenkontakteinheit PE-Kontaktbereiche aufweisen, die permanent mit der wenigstens einen PE-Lage verbunden sind.
Vorzugsweise ist genau eine Schalteinheit für jeden Kontaktbereich vorgesehen, insbesondere der kein PE-Kontaktbereich ist, wodurch ein besonders flexibler und kostengünstiger Aufbau erreicht wird.
Um das Potential eines Kontaktbereichs auf einfache Weise zu ändern, kann ein Schaltelement der Schalteinheit den entsprechenden wenigstens einen Kontaktbereich mit der ihm zugeordneten Potentiallage elektrisch verbinden, wenn die der Schalteinheit zugeordneten Schaltleitungen passend geschaltet, insbesondere in einem gemeinsamen Stromkreis mit korrekter Polarität geschaltet sind.
Vorzugweise unterscheiden sich die Schaltleitungen, an denen eine der Schalteinheiten vorgesehen ist, von den Schaltleitungen, an denen eine andere der Schalteinheiten vorgesehen ist, in wenigstens einer Schaltleitung. Auf diese Weise ist eine eindeutige Ansteuerung der Schalteinheiten möglich.
In anderen Worten erfolgt die Ansteuerung der einzelnen Schalteinheiten mit einer Kombination von wenigstens zwei Schaltleitungen, wobei jede Schalteinheit durch eine bestimmte Kombinationen von Schaltleitungen betätigt werden kann bzw. jeder Kombination von Schaltleitungen nur eine Schalteinheit zugeordnet ist. Zum Beispiel ist für jede Schalteinheit nur eine Schaltleitung pro Gruppe vorgesehen und mit ihr gekoppelt.
In einer Ausgestaltung der Erfindung verlaufen die Schaltleitungen einer Gruppe im Wesentlichen in die gleiche Richtung, insbesondere parallel und/oder die Schaltleitungen bilden ein Gitter, an dessen Kreuzungspunkten sich Schaltleitungen unterschiedlicher Gruppen kreuzen, wobei an den Kreuzungspunkten jeweils eine Schalteinheit angeordnet ist, vorzugsweise wobei die Schalteinheit nur bei unterschiedlichen Potentialen an seinen Schaltleitungen geschaltet werden kann. Dadurch lässt sich eine kompakte Anordnung der Kontaktbereiche der Bodenplatte realisieren.
Vorzugsweise schließen die Richtungen der verschiedenen Gruppen einen Winkel miteinander ein, insbesondere wobei der Winkel zwischen den verschiedenen Gruppen 90° und/oder gleich groß ist, wodurch ein übersichtlicher Aufbau möglich ist. Zum Beispiel verlaufen die Schaltleitungen der verschiedenen Gruppen senkrecht zueinander, sodass die Schaltleitungen einer der Gruppen Zeilen bilden und die Schaltleitungen einer anderen der Gruppen Spalten bilden. Dabei ist insbesondere jeder Kombination aus einer bestimmten Zeile und einer bestimmten Spalte genau eine Schalteinheit zugeordnet. Die Schaltleitungen wenigstens einer der Gruppen können im Zick-Zack verlaufen, um komplexere Geometrien zu ermöglichen.
In einer Ausführungsvariante haben die Schalteinheiten jeweils zwei Schaltkontakte, die mit den Schaltleitungen verbunden sind, wodurch eine einfache Integration der Schalteinheit in einen Stromkreis möglich ist. Beispielsweise ist einer der Schaltkontakte mit einer Schaltleitung der einen Gruppe über wenigstens eine Diode verbunden und der andere der Schaltkontakte ist mit einer Schaltleitung der anderen Gruppe verbunden, wodurch die Betriebssicherheit erhöht werden kann.
Zur zuverlässigen Schaltung des Kontaktbereiches kann die Schalteinheit derart eingerichtet sein, dass sie den ihr zugeordneten Kontaktbereich mit der ihm zugeordneten Potentiallage elektrisch verbindet, wenn zwischen den Schaltkontakten wenigstens eine vorbestimmte Spannungsdifferenz vorliegt.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist die Bodenkontakteinheit wenigstens eine Kontrollleitung und die Schalteinheiten einen Doppelschalter als Schaltelement, insbesondere ein Relais auf, wobei der Doppelschalter derart ausgebildet ist, dass die Kontrollleitung nur dann mit einer bestimmten Potentiallage, insbesondere der PE-Lage elektrisch verbunden ist, wenn auch der Kontaktbereich mit der bestimmten Potentiallage verbunden ist. Auf diese Weise lässt sich die Anzahl der mit der PE-Lage verbundenen Kontaktbereiche ermitteln. Die Abfrage der Anzahl kann über eine Spannungsmessung über alle Kontrollleitungen oder mittels eines Multiplexers im Wechsel über einzelne Kontrollleitungen erfolgen.
Beispielsweise ist der Doppelschalter derart ausgebildet, dass einer der Schalter des Doppelschalters die Kontrollleitung mit dem Kontaktbereich elektrisch verbinden kann und der andere Schalter des Doppelschalters den Kontaktbereich nur dann mit der bestimmten Potentiallage, insbesondere der PE-Lage elektrisch verbindet, wenn auch die Kontrollleitung mit dem Kontaktbereich elektrisch verbunden ist. Dadurch kann erkannt werden, dass der Kontaktbereich auf dem Erdpotential liegt, wenn auch die Kontrollleitung auf dem Erdpotential liegt. Dabei kann der Doppelschalter zwangsgeführt sein, sodass entweder der Kontaktbereich mit der Kontrollleitung und der PE-Lage verbunden ist oder der Kontaktbereich nur mit der ihm zugeordneten Potentiallage verbunden ist.
Zum Beispiel können die Kontaktbereiche und/oder deren Kontaktflächen auf der Ladefläche in einem Gitter in Form eines 2-dimensionalen Bravais-Gitters angeordnet sein. Dieses Gitter wird auch als Hauptgitter bezeichnet.
In einer Ausgestaltung der Erfindung weist die Bodenkontakteinheit eine erste Potentiallage, eine zweite Potentiallage und eine dritte Potentiallage auf. Die Kontaktbereiche, die der ersten Potentiallage zugeordnet sind, bilden erste Kontaktbereiche, die Kontaktbereiche, die der zweiten Potentiallage zugeordnet sind, bilden zweite Kontaktbereiche und die Kontaktbereiche, die der dritten Potentiallage zugeordnet sind, bilden dritte Kontaktbereiche. Die ersten Kontaktbereiche sind in einem ersten Untergitter in Form eines 2-dimensionalen Bravais-Gitters, die zweiten Kontaktbereiche sind in einem zweiten Untergitter in Form eines 2-dimensionalen Bravais-Gitters und die dritten Kontaktbereiche sind in einem dritten Untergitter in Form eines 2-dimensionalen Bravais-Gitters angeordnet. Das erste Untergitter, das zweite Untergitter und das dritte Untergitter sind dabei ineinander verschachtelt, und in Richtung zumindest einer der Basisvektoren des durch die Kontaktbereiche gebildeten Hauptgitters treten die ersten Kontaktbereiche, die zweiten Kontaktbereiche und die dritten Kontaktbereiche im Wechsel auf. Auf diese Weise lässt sich eine hochfunktionale Bodenkontakteinheit mit Kontaktbereichen realisieren, die auf verschiedene Potentiale geschaltet werden können. Durch die Anordnung im Gitter ist es außerdem die Lage der Kontaktbereiche mit verschiedenen Potentialen zueinander stets bekannt und festgelegt, sodass auch ein Teilbereich der Ladefläche verschiedene Kontaktbereiche mit den verschiedenen Potentialen aufweist. Ferner wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Schaltung eines Kontaktbereiches einer erfindungsgemäßen Bodenkontakteinheit auf ein gewünschtes Potential, mit den folgenden Schritten: a) Anlegen einer vorbestimmten Spannung mit einer vorbestimmten Polarität an den Schaltleitungen, an denen die dem zu schaltenden Kontaktbereich zugeordnete Schalteinheit anliegt, wodurch die
Schalteinheit betätigt wird, sodass der Kontaktbereich mit der dem Kontaktbereich zugeordneten wenigstens einen Potentiallage elektrisch verbunden wird, und b) Anlegen des gewünschten Potentials an der dem zu schaltenden Kontaktbereich zugeordneten wenigstens einen Potentiallage, insbesondere über einen Haupttrennschalter oder einen Trennschalter, der im Grundkörper angeordnet ist und/oder der dem Kontaktbereich vorgeschaltet ist.
Auf diese Weise kann sehr einfach und effizient das Potential eines Kontaktbereiches auf das gewünschte Potential gebracht werden. Die vorbestimmte Spannung ist dabei diejenige Spannung, die zur Betätigung der Schalteinheit nötig ist. Der Haupttrennschalter und/oder der Trennschalter ist zum Beispiel ein Ladeschütz.
Beispielsweise wird an die Schaltleitung einer der Gruppen eine positive Spannung, insbesondere +12V oder +6V, und an die Schaltleitung der anderen Gruppe eine negative Spannung, insbesondere -12V oder -6V, angelegt, wodurch ein definierter Spannungsabfall an insbesondere genau einer Schalteinheit erzeugt wird.
Zur Kontrolle des Schaltzustands mehrerer Schalteinheiten und/oder des Potentials mehrerer Kontaktbereiche, kann an der Kontrollleitung eine Spannung bestimmt werden, wobei anhand der Größe der Spannung auf die Anzahl an geschalteten und/oder nicht geschalteten Kontaktbereichen geschlossen werden kann.
In einer Ausführungsvariante wird der Strom, der über eine der Schaltleitungen, an die die Spannung angelegt wurde, so begrenzt, dass nur eine bestimmte Anzahl an Schalteinheiten über diese Schaltleitung geschaltet werden können. Auf diese Weise lassen sich unbeabsichtigte Fehlschaltungen verhindern.
Ferner kann die Aufgabe gelöst werden durch ein Fahrzeugbatterieladesystem zur automatischen, konduktiven Verbindung einer Bodenkontakteinheit und einer Fahrzeugkontakteinheit, mit der Bodenkontakteinheit und einem elektrischen Hauptanschluss für eine Stromquelle oder ein Stromnetz, wobei die Bodenkontakteinheit einen plattenförmigen Grundkörper, mehrere Potentiallagen und mehrere Kontaktbereiche aufweist, die auf einer freiliegenden Ladefläche des Grundkörpers, an der die Fahrzeugkontakteinheit zur Anlage kommen kann, angeordnet und wenigstens einer Potentiallage zugeordnet sind, wobei das Fahrzeugbatterieladesystem einen Haupttrennschalter, zum Beispiel ein Hauptladeschütz, und mehrere Trennschalter, zum Beispiel Ladeschütze oder Relais, aufweist, wobei der Haupttrennschalter dazu eingerichtet ist, mehrere, insbesondere alle Potentiallagen vom Hauptanschluss galvanisch zu trennen, wobei jedem der mehreren Trennschalter je eine der mehreren Potentiallagen zugeordnet ist und die Trennschalter dazu eingerichtet sind, die ihnen zugeordnete Potentiallage vom Hauptanschluss galvanisch zu trennen. Auf diese Weise ist eine doppelte galvanische Trennung der Kontaktflächen möglichen - durch den Haupttrennschalter bzw. Hauptlageschütz und die mehreren Trennschalter bzw. Ladeschütze - und zugleich können die Potentiallagen über die jeweiligen Trennschalter gezielt auf das gewünschte Potential gelegt werden. Durch diese Doppelfunktion der mehreren Trennschalter können Bauteile eingespart werden. Zudem müssen die Schalteinheiten der Kontaktbereiche nicht im bestromten Zustand schaltbar sein.
In einer Ausführungsvariante sind die mehreren Trennschalter dazu ausgebildet, die ihnen zugeordnete Potentiallage wahlweise mit einem von wenigstens zwei, insbesondere wenigstens drei Bodenanschlüssen zu verbinden. Dadurch kann das elektrische Potential der entsprechenden Potentiallage gezielt gewählt werden.
Beispielsweise hat das Fahrzeugbatterieladesystem einen Schaltschrank, der den Hauptanschluss, den Haupttrennschalter (z.B. den Hauptladeschütz) und/oder die mehreren Trennschalter (z.B. die Ladeschütze) aufweist. Dadurch lässt sich die Bodenkontakteinheit kostengünstig ohne viele Bauteile ausführen.
Der Haupttrennschalter und/oder die mehreren Trennschalter können auch in der Bodenkontakteinheit vorgesehen sein. Zum Beispiel ist der Haupttrennschalter im Schaltschrank und die mehreren Trennschalter sind in der Bodenkontakteinheit vorgesehen. Auf diese Weise kann das Fahrzeugladesystem an verschiedene Situationen mit unterschiedlichem Platzangebot angepasst werden.
Selbstverständlich können alle Merkmale der zuvor beschriebenen, erfindungsgemäßen Bodenkontakteinheit auch im Fahrzeugbatterieladesystem vorgesehen sein und umgekehrt.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung sowie aus den beigefügten Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:
Figur 1 schematisch ein Fahrzeugkoppelsystem mit einer Fahrzeugkontakteinheit und einer erfindungsgemäßen
Bodenkontakteinheit, Figur 2a eine Draufsicht auf eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Bodenkontakteinheit,
Figur 2b eine vereinfachte Schnittansicht eines Teils der Bodenkontakteinheit nach Figur 2a, - Figur 3 schematisch die Anordnung der verschiedenen Kontaktbereiche der Bodenkontakteinheit nach Figur 2a,
Figur 4 einen Ersatzschaltplan für eine elektrische Anordnung eines Kontaktbereiches der Bodenkontakteinheit gemäß Figur 2a,
Figur 5 einen Ersatzschaltplan für die elektrische Anordnung von vier Kontaktbereichen der Bodenkontakteinheit gemäß Figur 2a,
Figur 6 eine vereinfachte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Bodenkontakteinheit,
Figur 7 eine Draufsicht auf einen Teil der Bodenkontakteinheit nach Figur 2a mit einer angedeuteten Fahrzeugkontakteinheit, - Figur 8 eine Draufsicht auf einen Teil einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Bodenkontakteinheit mit einer angedeuteten Fahrzeugkontakteinheit,
Figur 9 eine Draufsicht auf einen Teil einer dritten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Bodenkontakteinheit mit einer angedeuteten Fahrzeugkontakteinheit,
Figur 10 einen Teil eines Ersatzschaltplans der Bodenkontakteinheit nach Figur 9,
Figur 1 1 einen schematischen Aufbau des bodenseitigen Teils eines erfindungsgemäßen Fahrzeugbatterieladesystems, - Figur 12 einen Ersatzschaltplan für die elektrische Anordnung von zwei Kontrollleitungen der Bodenkontakteinheit gemäß Figur 2a, und
Figur 13 einen Ersatzschaltplan für eine elektrische Anordnung eines Kontaktbereiches der Bodenkontakteinheit einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform. In Figur 1 ist ein Fahrzeug 10 dargestellt, beispielsweise ein batteriebetriebenes Fahrzeug oder ein Plug-in-Hybridfahrzeug, das auf oder über einer Bodenkontakteinheit 12 zum Laden der Batterie abgestellt ist.
Am Unterboden des Fahrzeugs 10 ist eine Fahrzeugverbindungsvorrichtung mit einer Fahrzeugkontakteinheit 14 befestigt, die das Fahrzeug 10 mit der Bodenkontakteinheit 12 elektrisch verbinden kann.
Die Bodenkontakteinheit 12 und die Fahrzeugverbindungsvorrichtung 14 sind Teil eines automatischen Fahrzeugkoppelsystems 15, das wiederum Teil eines Fahrzeugbatterieladesystems ist. In Figur 2 ist die Bodenkontakteinheit 12 in Draufsicht dargestellt.
Die Bodenkontakteinheit 12 weist einen plattenförmigen Grundkörper 16 auf, auf dessen Oberseite eine Ladefläche 18 vorgesehen ist.
Die Ladefläche 18 liegt frei auf der Oberseite der Bodenkontakteinheit 12, d. h. der dem Fahrzeug 10 und der Fahrzeugkontakteinheit 14 zugewandten Seite. In der Ladefläche 18 sind mehrere verschiedene Kontaktbereiche 20 vorgesehen, die jeweils wenigstens eine Kontaktfläche aufweisen.
Die Kontaktbereiche 20 sind jeweils geschlossene Flächen mit einer sechseckigen, insbesondere regelmäßigen sechseckigen Kontur. Gegebenenfalls können die Ecken des Sechsecks einen Radius aufweisen. Die Kontaktbereiche 20 und/oder die Kontaktflächen können in einer Ebene liegen, beispielsweise ist die Ladefläche 18 diese Ebene.
Die Kontaktbereiche 20 sind in einem Hauptmuster angeordnet. Das Hauptmuster ist in der gezeigten Ausführungsform ein zweidimensionales Bravais- Gitter, genauer gesagt ein hexagonales Gitter. Das Hauptmuster ist somit ein Hauptgitter GH mit zwei Basisvektoren hi , i2 mit der gleichen Länge, die einen Winkel von 120° miteinander einschließen.
Das Hauptmuster bzw. das Hauptgitter GH erstreckt sich über die gesamte Ladefläche 18. Außerdem hat die Bodenkontakteinheit 12 mehrere, im gezeigten Ausführungsbeispiel drei Bodenanschlüsse 22, nämlich einen ersten Bodenanschluss 22.1 , einen zweiten Bodenanschluss 22.2 und einen dritten Bodenanschluss 22.3, die über einen Hauptanschluss 23 mit entsprechenden Anschlüssen des örtlichen Stromnetzes (nicht gezeigt) am Ort der Bodenkontakteinheit 12 verbunden sind. Jeder der Bodenanschlüsse 22 stellt ein anderes elektrischen Potential bereit.
In der Bodenkontakteinheit 12 ist für jedes Potential der Bodenanschlüsse 22 wenigstens eine Potentiallage 24 vorgesehen, wie in Figur 2b dargestellt ist. Es ist im gezeigten Ausführungsbeispiel also eine erste Potentiallage 24.1 , eine zweite Potentiallage 24.2 und eine dritte Potentiallage 24.3 vorhanden.
Zum Beispiel sind jedoch drei Potentiallagen 24 vorhanden, wobei auch andere Anzahlen an Potentiallagen 24 möglich sind. Die Potentiallagen 24 sind im gezeigten Ausführungsbeispiel im Wesentlichen durchgehende bzw. vollflächige Lagen in der Bodenkontakteinheit 12 aus einem leitenden Material. Die Potentiallagen 24 erstrecken sich zumindest im gesamten Bereich der Ladefläche 18. Die unterschiedlichen Potentiallagen 24 sind gegeneinander isoliert.
Zum Beispiel sind die Potentiallagen 24 leitende Schichten einer Leiterplatte.
Selbstverständlich müssen die Potentiallagen 24 keine vollständigen bzw. flächigen Lagen sein. Des Weiteren können die Potentiallagen 24 auch aus einer entsprechenden Verkabelung bestehen.
Zum Beispiel ist der erste Bodenanschluss 22.1 über den Hauptanschluss 23 mit der Phase bzw. einem Außenleiter des örtlichen Stromnetzes elektrisch verbunden, der zweite Bodenanschluss 22.2 ist über den Hauptanschluss 23 mit einem Neutralleiter des örtlichen Stromnetzes elektrisch verbunden und der dritte Bodenanschluss 22.3 ist über den Hauptanschluss 23 mit einem Schutzleiter des örtlichen Stromnetzes elektrisch verbunden.
Dementsprechend können die den Bodenanschlüssen 22.1 , 22.2 und 22.3 zugeordneten Potentiallagen 24.1 , 24.2 bzw. 24.3 auf das Potential des Außenleiters, des Neutralleiters bzw. des Schutzleiters (Erdpotential; PE) gelegt werden. Die dritte Potentiallage 24.3 wird daher auch PE-Lage genannt. Um die Bodenanschlüsse 22 mit der entsprechenden Potentiallage 24 elektrisch zu verbinden, ist für jede der Potentiallagen 24 jeweils ein Trennschalter 27 (Fig. 1 1 ), zum Beispiel ein Ladeschütz oder ein Relais vorgesehen. Auf den Trennschalter 27 kann im Falle der PE-Lage verzichtet werden. Die Trennschalter 27 können im Grundkörper 16 vorgesehen sein und den
Kontaktbereichen 20 vorgeschaltet sein d. h. zwischen den Bodenanschlüssen 22 bzw. dem Hauptanschluss 23 und den Kontaktbereichen 20 bzw. den Schalteinheiten 26 angeordnet sein.
Denkbar ist auch, dass die Trennschalter 27 in einem Schaltschrank 70 des Fahrzeugbatterieladesystems außerhalb der Bodenkontakteinheit 12 vorgesehen sind.
Die Trennschalter 27 können die ihnen zugeordnete Potentiallage 24 beispielsweise von dem der Potentiallage 24 zugeordneten Bodenanschluss 22 trennen bzw. mit dem PE-Anschluss der Bodenanschlüsse 22 verbinden. Möglich ist es auch, dass die Trennschalter 27 die ihnen zugeordnete Potentiallage 24 mit einem von drei (oder mehr) der Bodenanschlüssen 22 verbinden kann, um das elektrische Potential der Potentiallagen 24 variieren zu können. Dies ist in Figur 1 1 durch die gestrichelten Leitungen angedeutet.
In einer alternative Ausführungsform sind keine Trennschalter 27 vorgesehen, da die Kontaktbereiche 20 auch mittels der Schalteinheiten 26 von dem der entsprechenden Potentiallage 24 zugeordneten Bodenanschluss 22 getrennt werden können. Hierzu werden die Kontaktbereiche 20 mit dem PE-Anschluss der Bodenanschlüsse 22 verbunden.
Außerdem ist ein Haupttrennschalter 29 vorgesehen, der im gezeigten Ausführungsbeispiel als Hauptladeschütz ausgeführt ist. Der Haupttrennschalter 29 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel im Schaltschrank 70 vorgesehen.
Selbstverständlich können sowohl als Haupttrennschalter 29 als auch als Trennschalter 27 andere Schalter als Ladeschütze zum Einsatz kommen, beispielsweise Relais. Der Haupttrennschalter 29 ist zwischen dem Hauptanschluss 23 und den Trennschaltern 27 vorgesehen. Im Fall von Gleichstromladen sind der erste und der zweite Bodenanschluss 22.1 , 22.2 mit dem Plus- bzw. Minuspol einer Gleichstromquelle zum Laden verbunden.
Jeder der Kontaktbereiche 20 ist mit einer der Potentiallagen 24 verbunden oder verbindbar. Die elektrische Verbindung kann permanent sein aber auch schaltbar. Bei schaltbaren Kontaktbereichen 20 kann die elektrische Verbindung zwischen zwei Potentiallagen 24 hin und her geschaltet werden oder die elektrische Verbindung zu einer Potentiallage kann unterbrochen werden.
Jedem Kontaktbereich 20 ist eine Potentiallage 24 zugeordnet, mit der der Kontaktbereich 20 elektrisch verbunden wird bzw. ist, wenn dieser Kontaktbereich 20 von der Fahrzeugkontakteinheit 14 kontaktiert wird.
Zum Beispiel sind zwei Drittel der Kontaktbereiche 20 schaltbar und das andere Drittel der Kontaktbereiche 20 ist nicht schaltbar.
In der ersten Ausführungsform sind drei verschiedene Arten von Kontaktbereichen 20 vorgesehen, wobei die ersten Kontaktbereiche 20.1 der ersten Potentiallage 24.1 , die zweiten Kontaktbereiche 20.2 der zweiten Potentiallage 24.2 und die dritten Kontaktbereiche 20.3 der dritten Potentiallage 24.3 zugeordnet sind.
Die ersten Kontaktbereiche 20.1 und die zweiten Kontaktbereiche 20.2 sind schaltbar. Sie können mittels der in Figur 4 gezeigten Anordnung schaltbar mit der ersten Potentiallage 24.1 bzw. zweiten Potentiallage 24.2 verbindbar sein.
Die dritten Kontaktbereiche 20.2 sind im gezeigten Ausführungsbeispiel permanent mit der dritten Potentiallage 24.3, also der PE-Lage elektrisch verbunden. Die dritten Kontaktbereiche 20.3 stellen somit PE-Kontaktbereiche 25 dar.
In Figur 3 ist das Hauptgitter GH aus den Kontaktbereichen 20 bzw. 20.1 , 20.2, 20.3 ausschnittsweise dargestellt. Zur Vereinfachung sind die Kontaktbereiche 20 als Kreise dargestellt.
Die ersten Kontaktbereiche 20.1 , die zweiten Kontaktbereiche 20.2 und die dritten Kontaktbereiche 20.3 bzw. PE-Kontaktbereiche 25 sind jeweils in einem eigenen Untermuster, hier jeweils in Form eines zweidimensionalen Bravais- Gitters, also einem Untergitter, angeordnet.
Die ersten Kontaktbereiche 20.1 sind in einem ersten Untergitter Gm mit den Basisvektoren ui,i, ui,2 angeordnet. Auch das erste Untergitter Gui ist ein hexagonales Gitter, sodass die beiden Basisvektoren ui,i und ui,2 den gleichen Betrag haben und einen Winkel von 120° miteinander einschließen.
Gleichermaßen sind die zweiten Kontaktbereiche 20.2 in einem zweiten Untergitter Gu2 mit den Basisvektoren U2,i, U2,2 angeordnet, die ebenfalls den gleichen Betrag haben und einen Winkel von 120° einschließen. Auch die dritten Kontaktbereiche 20.3 bzw. PE- Kontaktbereiche 25 liegen auf einem hexagonalen, dritten Untergitter Gu3 mit den gleich langen Basisvektoren U3,i, U3,2, die einen Winkel von 120° einschließen.
Die drei Untergitter Gui, Gu2, Gu3 sind ineinander verschachtelt angeordnet, sodass die drei verschiedenen Kontaktbereiche 20.1 , 20.2, 20.3 bzw. 25 entlang der Richtung einer der Basisvektoren hi, i2 des Hauptgitters GH im durchlaufenden Wechsel auftreten.
In anderen Worten sind die zu einem beliebigen betrachteten Kontaktbereich 20.1 , 20.2, 20.3 bzw. 25 am nächsten benachbarten Kontaktbereiche 20.1 , 20.2, 20.3 bzw. 25 immer von einem anderen Typ als es der betrachtete Kontaktbereich 20.1 , 20.2, 20.3 bzw. 25 selbst ist.
Die Kontaktbereiche 20.1 , 20.2, 20.3 bzw. 25 bzw. die Kontaktflächen sind somit drehsymmetrisch um eine Drehachse senkrecht zur Ladefläche 18 angeordnet. Auch kann die gesamte Bodenkontakteinheit 12 drehsymmetrisch ausgeführt sein, d.h. wenigstens die sichtbaren und zur Verbindung mit der Fahrzeugkontakteinheit 14 benötigen Teile sind drehsymmetrisch angeordnet.
In Figur 4 ist ein Ausschnitt aus einem Ersatzschaltplan der Bodenkontakteinheit 12 dargestellt, der eine elektrische Anordnung für einen schaltbaren Kontaktbereich 20 zeigt.
Mithilfe der elektrischen Anordnung kann der schaltbare Kontaktbereiche 20, mit verschiedenen Potentiallagen 24 verbunden werden. Der Kontaktbereich 20 liegt in der Mitte der Figur 4 und die dem Kontaktbereich 20 zugeordnete Potentiallage 24 ist als oberste Leitung in Figur 4 dargestellt.
Zudem ist für jeden schaltbaren Kontaktbereich 20 eine Schalteinheit 26, eine Kontrollleitung 28 sowie eine Erdung 30 vorgesehen. Die Erdung 30 kann als permanente Verbindung zu einer Potentiallage 24 ausgebildet sein, die auf Erdpotential liegt, also zur PE-Lage.
Die Schalteinheit 26 weist ein Betätigungselement 32 und ein Schaltelement 34 auf und ist im gezeigten Ausführungsbeispiel als elektromechanischer Schalter, hier als Relais ausgeführt mit einem Relaisschalter als Schaltelement 34 und einer Relaisspule als Betätigungselement 32.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Schaltelement 34 ein Doppelschalter 36 mit einem ersten Schalter 38 und einem zweiten Schalter 40.
Sowohl der erste Schalter 38 als auch der zweite Schalter 40 bilden jeweils einen Wechselkontakt, der stets mit dem Kontaktbereich 20 verbunden ist. Der erste, in der Figur 4 oben dargestellte erste Schalter 38 kann den
Kontaktbereich 20 entweder mit der Kontrollleitung 28 oder mit der Potentiallage 24 elektrisch verbinden.
Der unten dargestellte zweite Schalter 40 kann den Kontaktbereich 20 entweder mit der Erdung 30 oder mit der Potentiallage 24 verbinden. Der Doppelschalter 36 kann vom Betätigungselement 32 betätigt werden, wobei gleichzeitig der erste Schalter 38 und der zweite Schalter 40 betätigt werden.
Der erste Schalter 38 und der zweite Schalter 40, d. h. der Doppelschalter 36 sind dabei so ausgeführt, dass durch sie entweder der Kontaktbereich 20 mit der Erdung 30 und der Kontrollleitung 28 elektrisch verbunden ist oder dass der Kontaktbereich 20 nur mit der Potentiallage 24 elektrisch verbunden ist.
In anderen Worten sind die Schalter 38 und 40 bzw. der Doppelschalter 36 zwangsgeführt. Mittels der Schalteinheit 26 kann also der Kontaktbereich 20 mit der zugeordneten Potentiallage 24 elektrisch verbunden werden oder von der Potentiallage 24 getrennt, d. h. unterbrochen werden.
Zur elektrischen Betätigung bzw. Schaltung der Schalteinheit 26 ist ein Stromkreis 42 vorgesehen, der eine in Figur 4 vertikal (d.h. von oben nach unten) verlaufende erste Schaltleitung 44 und eine in Figur 4 horizontal (d.h. von links nach rechts) verlaufende zweite Schaltleitung 46 hat.
Die erste Schaltleitung 44 und die zweite Schaltleitung 46 können getrennt voneinander über entsprechende elektrische Ansteuerschalter 52 mit Strom bzw. Spannung beaufschlagt werden. Die elektrischen Ansteuerschalter 52 werden beispielsweise von einer Steuereinheit 54 der Bodenkontakteinheit 12 betätigt.
Sowohl die erste Schaltleitung 44 als auch die zweite Schaltleitung 46 sind mit der Schalteinheit 26, genauer gesagt dem Betätigungselement 32 verbunden.
Hierzu weist die Schalteinheit 26 bzw. das Betätigungselement 32 zwei Schaltkontakte 48 auf. Einer der beiden Schaltkontakte 48 ist über jeweils eine Diode 50, 51 mit beiden Schaltleitungen 44, 46 elektrisch verbunden. Die Kathoden der Dioden 50, 51 sind dabei zum Beispiel dem Betätigungselement 32 zugewandt.
Die Diode 50 zwischen dem Schaltkontakt 48 und der Schaltleitung 44 hat eine Schaltfunktion, wohingegen die Diode 51 zwischen dem Schaltkontakt 48 und der Schaltleitung 46 eine Schutzdiode ist, die das Betätigungselement 32 vor Überspannung beim Ausschalten schützt.
Der andere Schaltkontakt 48 ist nur mit einer, im gezeigten Ausführungsbeispiel der zweiten Schaltleitung 46 elektrisch verbunden. Der Doppelschalter 36 ist in unbetätigtem Zustand der Schalteinheit 26, also wenn keine Spannung zwischen den Schaltkontakten 48 anliegt, in der in Figur 4 dargestellten Stellung, d. h., dass der Kontaktbereich 20 mit der Erdung 30 und der Kontrollleitung 28 elektrisch verbunden ist.
Um die Schalteinheit 26 zu schalten und damit den Kontaktbereich 20 mit der zugeordneten Potentiallage 24 elektrisch zu verbinden, muss eine Spannung über die Schaltkontakte 48 erzeugt werden, beispielsweise von 24 V oder 12 V. Hierzu wird beispielsweise eine positive Spannung an die erste Schaltleitung 44, beispielsweise von +12 V oder +6 V und eine negative Spannung an die zweite Schaltleitung 46, beispielsweise von -12 V oder -6 V angelegt.
Dadurch, dass die Diode 50 der ersten Schaltleitung 44 nun in Schaltrichtung mit Spannung beaufschlagt wird, liegt eine Spannung von 24 V bzw. 12 V zwischen den Schaltkontakten 48 und damit am Betätigungselement 32 an, wodurch das Schaltelement 34 also der Doppelschalter 36 umgelegt wird.
Wird nur eine der Schaltleitungen 44, 46 mit einer Spannung beaufschlagt oder mit verkehrter Polarität mit Spannung beaufschlagt, entsteht aufgrund der Diode 50 keine Potentialdifferenz bzw. Spannung an den Schaltkontakten 48 und dem Betätigungselement 32, sodass der Doppelschalter 36 in seine Ausgangsstellung zurückfällt wird.
Der Schaltzustand der Schalteinheit 26 hängt somit vom Signalzustand an den Schaltleitungen 44, 46 ab, d.h. ob und mit welcher Polarität eine Spannung an den Schaltleitungen 44, 46 anliegt.
Die Kontaktbereiche 20 können somit mit der ihnen zugeordneten Potentiallage 24 elektrisch verbunden und dadurch aktiviert werden.
Die in Figur 4 gezeigte Anordnung wird für alle schaltbaren Kontaktbereiche 20 verwendet, also zum Beispiel für die ersten Kontaktbereiche 20.1 und die zweiten Kontaktbereiche 20.2.
In Figur 5 ist ein Ersatzschaltplan für sechs benachbarte Kontaktbereiche 20 dargestellt.
Die dargestellten Kontaktbereiche 20 sind in Figur 3 beispielhaft mit einer gepunkteten Linie umschlossen. Es sind somit zwei erste Kontaktbereiche 20.1 , zwei zweite Kontaktbereiche 20.2 und zwei dritte Kontaktbereiche 20.3 bzw. PE- Kontaktbereiche 25 dargestellt.
Gut zu erkennen ist, dass die ersten und zweiten Kontaktbereiche 20.1 , 20.2 schaltbare Kontaktbereiche 20 sind. Selbstverständlich sind anstelle der allgemeinen Potentiallage 24 der Figur 3 nun zwei Potentiallagen 24, genauer gesagt die erste Potentiallage 24.1 und die zweite Potentiallage 24.2 dargestellt.
Die dritte Potentiallage 24.3 bzw. PE-Potentiallage ist nicht durchgängig dargestellt, sondern eine elektrische Verbindung zu ihr ist als Erdungssymbol angedeutet.
Jeder der schaltbaren Kontaktbereiche 20.1 , 20.2 weist eine ihm zugeordnete Schalteinheit 26 auf.
Die ersten Kontaktbereiche 20.1 können über die ihnen zugeordnete Schalteinheit 26 mit der ersten Potentiallage 24.1 und die zweiten Kontaktbereiche 20.2 können über die ihnen zugeordnete Schalteinheit 26 mit der zweiten Potentiallage 24.2 elektrisch verbunden werden.
In Figur 5 ist gut zu erkennen, dass die schaltbaren Kontaktbereiche 20.1 und 20.2 im Hinblick auf ihre Verkabelung des Stromkreises 42 in Zeilen und Spalten angeordnet sind.
In Figur 5 sind beispielsweise die Spalten (n) und (n+1 ) und die Zeilen (m) und (m+1 ) teilweise dargestellt. Der in Figur 5 oben rechts dargestellte Kontaktbereich 20.1 liegt z. B. in Spalte (n+1 ) und Zeile (m).
Jede Zeile und Spalte hat genau eine Schaltleitung 44, 46. In anderen Worten wird jede Spalte bzw. Zeile durch die entsprechende Schaltleitung 44, 46 definiert.
Beispielsweise wird jede Spalte durch eine vertikale erste Schaltleitung 44 und jede Zeile durch eine horizontal verlaufende zweite Schaltleitung 46 gebildet.
Die ersten Schaltleitungen 44 gehören somit zu einer ersten Gruppe Schaltleitungen, die die Spalten darstellt, und die zweiten Schaltleitungen 46 gehören zu einer zweiten Gruppe Schaltleitungen, die die Zeilen darstellt.
In Figur 5 sind folglich die (n)-te und (n+1 )-te erste Schaltleitung 46 sowie die (m)-te und (m+1 )-te zweite Schaltleitung 46 gezeigt.
Die (n)-te erste Schaltleitung 44 ist mit den Schalteinheiten 26, genauer gesagt den Betätigungselementen 32 verbunden, die den Kontaktbereichen 20 der (n)-ten Spalte zugeordnet sind und diese schalten. Gleiches gilt für die (n+1 )-te erste Schaltleitung 44.
In ähnlicherWeise ist die (m)-te zweite Schaltleitung 46 mit den Schalteinheiten 26, genauer gesagt den Betätigungselementen 32 zu den Kontaktbereichen 20 der (m)-ten Spalte elektrisch verbunden. Gleiches gilt für die (m+1 )-te zweite Schaltleitung 46.
Zur Veranschaulichung ist in Figur 6 eine Bodenkontakteinheit 12 einer anderen, vereinfachten Ausführungsform dargestellt, in denen die Kontaktbereiche 20 bzw. die Kontaktflächen quadratisch sind und in einem quadratischen Bravais- Gitter angeordnet sind.
Die ersten Schaltleitungen 44 und zweiten Schaltleitungen 46 sind durch gestrichelte bzw. strichpunktierte Linien angedeutet. In dieser Ausführungsform entspricht die physikalisch geometrische Anordnung der schaltbaren Kontaktbereiche 20 auch der elektrischen Anordnung der schaltbaren Kontaktbereiche 20, wodurch die Einteilung der Kontaktbereiche in Zeilen und Spalten deutlicher zum Vorschein kommt.
In dieser vereinfachten Ausführungsform verlaufen die ersten Schaltleitungen 44 parallel zueinander, jedoch senkrecht zu den zweiten Schaltleitungen 46, die ebenfalls parallel zueinander verlaufen. Die Schaltleitungen 44, 46 bilden somit ein Gitter, wobei jedem
Kreuzungspunkt eine Schalteinheit 26 bzw. ein schaltbarer Kontaktbereich 20 zugeordnet ist.
Somit ist jedem schaltbaren Kontaktbereich 20 bzw. seiner Schalteinheit 26 genau eine Kombination von ersten Schaltleitungen 44 und zweiten Schaltleitungen 46 zugeordnet, mittels der die Schalteinheit 26 geschaltet werden kann.
Von einer beliebigen Schalteinheit 26 unterscheidet sich eine andere Schalteinheit 26 dadurch, dass zumindest eine andere erste oder zweite Schaltleitung 44, 46 mit dieser elektrisch verbunden ist. Insbesondere ist für jede Schalteinheit 26 nur eine Schaltleitung 44 bzw. 46 pro
Gruppe vorgesehen. Um beispielsweise in der ersten Ausführungsform nach Figur 5 nun den Kontaktbereich 20.1 in Spalte (n+1 ) und Zeile (m) mit der Potentiallage 24.1 zu verbinden wird, wie bereits zu Figur 4 beschrieben, eine positive Spannung an der (n+1 )-ten ersten Schaltleitung 44 und eine negative Spannung an der (n)-ten zweiten Schaltleitung 46 angelegt. Die übrigen ersten und zweiten Schaltleitungen 44, 46 bleiben ohne Strom bzw. Spannung.
Soll zusätzlich auch der schaltbare Kontaktbereich 20.2 der (n+1 )-ten Spalte und (m+1 )-ten Zeile mit der ihm zugeordneten Potentiallage 24.2 elektrisch verbunden werden, wird zusätzlich an die (m+1 )-te zweite Schaltleitung 46 eine negative Spannung angelegt.
Somit liegt an einer der Schaltleitungen 44 der ersten Gruppe an Schaltleitungen eine positive und an zwei zweiten Schaltleitungen 46 der zweiten Gruppe eine negative Spannung an. Dadurch werden die Schalteinheiten 26, die den Kontaktbereichen 20 der Spalte (n+1 ) und den Zeilen (m) und (m+1 ) zugeordnet sind, betätigt und die Kontaktbereiche 20.1 und 20.2 mit den ihnen zugeordneten Potentiallagen 24.1 bzw. 24.2 elektrisch verbunden.
Gleichzeitig wird der Strom über die erste Schaltleitung 44 der (n+1 )-ten Spalte begrenzt, um zu verhindern, dass wesentlich mehr als zwei Schalteinheiten 26 betätigt werden. Der Strom wird dazu auf einen Wert begrenzt, der dafür ausreichend ist, etwa zwei Schalteinheiten 26 zu betätigen. Zwar können in diesem Falle ein oder zwei Schalteinheiten 26 zu viel gleichzeitig schalten, allerdings kann durch die Strombegrenzung verhindert werden, dass wesentlich mehr, wie 10 oder 30 Schalteinheiten 26 zu viel geschaltet werden. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist für jede Zeile eine Kontrollleitung 28 vorgesehen, die sich ggf. verzweigt, um durch den Doppelschalter 36 kontaktiert zu werden.
An jeder Kontrollleitung 28 ist eine Spannungsquelle 62 für jede Zeile vorgesehen. Zur Überprüfung, ob alle schaltbaren Kontaktbereiche 20 der entsprechenden Zeile auf dem Erdpotential liegen, d. h. nicht aktiviert sind, wird die Spannung zwischen der Kontrollleitung 28 und dem Erdpotential bzw. dem PE-Potential gemessen.
Die gemessene Spannung ist abhängig davon, an wie vielen Stellen die Kontrollleitung 28 mit der Erdung 30 verbunden ist, sodass überprüft werden kann, ob alle Schalteinheiten 26 in ihrem unbetätigten Zustand sind.
Als Beispiel zeigt Figur 12 hierzu ein Ersatzschaltbild, in dem die Kontrollleitung 28 für zwei Kontaktbereiche 20 einer Zeile dargestellt ist. Durch die Schalteinheiten 26 wird ein variabler Spannungsteiler mit mehreren Armen realisiert, der die von der Spannungsquelle 62 erzeugte Spannung teilt. Jede Schalteinheit 26 stellt einen Arm dar.
Ein Spannungsmesser 63 misst die Spannung zum Erdpotential über einen Arm des Spannungsteilers. Je mehr Schalteinheiten 26 die Kontrollleitung 28 mit der jeweiligen Erdung 30 verbinden, desto geringer ist die vom Spannungsmesser 63 gemessene Spannung. Anhand des Messwertes der Spannung kann die Anzahl an unbetätigten Schalteinheiten 26 - und damit auch an betätigten Schalteinheiten 26 - bestimmt werden.
Auf diese Weise können Schalteinheiten 26 erkannt werden, die im betätigten Zustand hängengeblieben sind. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, dass die Schalteinheit 26 betätigt wurde, während ein hohes Potential auf der entsprechenden Potentiallage 24 angelegt war. Dann kann beim Schaltvorgang ein Lichtbogen entstanden sein, der das Schaltelement 34 an der entsprechenden Gegenstelle verschweißt hat. Insbesondere zwangsgeführte Schaltelemente 34 lassen sich so mit hoher Sicherheit überwachen.
Denkbar ist auch, dass ein Multiplexer 72 verwendet wird, um die Spannung zwischen einer der Kontrollleitungen 28 und dem Erdpotential einzeln im zeitlichen Wechsel zu messen. Ein Multiplexer ist in Figur 12 gepunktet angedeutet.
In Figur 7 ist ein Teil der Ladefläche 18 der Bodenkontakteinheit 12 gemäß der ersten Ausführungsform der Figuren 2 und 4 vergrößert dargestellt, wobei die ersten Schaltleitungen 44 und die zweiten Schaltleitungen 46 zusätzlich eingezeichnet sind. Außerdem ist ein Kontaktbereich der Fahrzeugkontakteinheit 14 durch einen Kreis angedeutet, der die von der Fahrzeugkontakteinheit 14 kontaktierten Kontaktbereiche 20 einkreist.
Um den zentralen PE-Kontaktbereich 20 herum sind sechs schaltbare Kontaktbereiche 20 vorgesehen. Diese werden auch als erster Ring bezeichnet.
Denkbar ist, dass für diese sechs schaltbaren Kontaktbereiche 20 sechs Potentiallagen 24 vorgesehen sind, wobei jeder dieser sechs Kontaktbereiche 20 je eine Potentiallage 24 zugeordnet ist.
Denkbar ist ebenfalls, dass für diese sechs schaltbaren Kontaktbereiche 20 zwei Potentiallagen 24 vorgesehen sind. Diese können zum Laden mit Gleichstrom mit einem positiven bzw. negativen Potential beaufschlagt werden. Im Fall von Wechselstrom können die Potentiallagen den Neutralleiter und die Phase darstellen.
Auch ist es denkbar, dass für diese sechs schaltbaren Kontaktbereiche 20 vier Potentiallagen 24 vorgesehen sind, nämlich drei Potentiallagen für die Phasen und eine für den Neutralleiter beim Wechselstromladen.
Auch ist es denkbar, dass für diese sechs schaltbaren Kontaktbereiche 20 sechs Potentiallagen 24 vorgesehen sind, nämlich drei Potentiallagen für die Phasen und drei Potentiallagen für den Neutralleiter beim Wechselstromladen. Die PE-Lage 25 stellt dabei eine siebte Potentiallage dar.
In diesem Fall ergeben sich sieben Untergitter, da die Untergitter Gui und Gu2 dann in jeweils drei Untergitter zerfallen. Diese Untergitter haben Basisvektoren, die einen Winkel von z.B. 120° einschließen. Ein Paar solcher Basisvektoren u'i und U 2 ist in Figur 3 gestrichelt angedeutet. Denkbar ist, dass für diese sechs schaltbaren Kontaktbereiche 20 drei Potentiallagen 24 vorgesehen sind, die die drei Phasen für eine Ladung mit Wechselstrom darstellen.
Wie auch in der vereinfachten Ausführungsform nach Figur 6 gibt es in der ersten Ausführungsform eine Gruppe von ersten Schaltleitungen 44, die in Figur 7 vertikal verläuft und eine zweite Gruppe von zweiten Schaltleitungen 46, die in Figur 7 horizontal verläuft.
Aufgrund der hexagonalen Form der Kontaktbereiche 20 bzw. Kontaktflächen verlaufen die Spalten nicht in einer Geraden, sondern im Zickzack. Die Richtung der Spalten ist jedoch trotzdem im Wesentlichen vertikal und bildet einen Winkel von beispielsweise 90° mit den Zeilen.
Die ersten Schaltleitungen 44 der ersten Gruppe verbinden somit leicht versetzt zueinander angeordnete Kontaktbereiche 20 bzw. deren Schalteinheiten 26 miteinander, sodass davon gesprochen wird, dass auch die ersten Schaltleitungen 44 im Zickzack verlaufen.
In Figur 7 ist ebenfalls gut zu erkennen, dass die Spalten so verlaufen, dass keine PE-Kontaktbereiche 25 in den Spalten liegen.
In dem in Figur 7 gezeigten Beispiel liegen ein PE-Kontaktbereich 25 und die Kontaktbereiche 20 der Spalten (n) und (n+1 ) sowie Zeilen (m), (m+1 ) und (m+2) innerhalb des von der Fahrzeugkontakteinheit 14 kontaktierten Teils der Ladefläche 18.
Sobald diese schaltbaren Kontaktbereiche 20 sowie der PE-Kontaktbereich 25 von entsprechenden Elektroden (nicht gezeigt) der Fahrzeugkontakteinheit 14 elektrisch kontaktiert sind, werden die entsprechenden schaltbaren Kontaktbereiche 20 aktiviert.
Hierzu werden, wie zu Figur 5 beschrieben, die ersten Schaltleitungen 44 der Spalten (n) und (n+1 ) sowie die zweiten Schaltleitungen 46 der Zeilen (m), (m+1 ) und (m+2) mit den vorbestimmten positiven bzw. negativen Spannungen zur Schaltung der Schalteinheiten 26 beaufschlagt, sodass die sechs schaltbaren Kontaktbereiche 20 mit den ihnen zugeordneten Potentiallagen 24.1 und 24.2 verbunden werden.
Nun sind die gewünschten Kontaktbereiche 20 mit den ihnen zugeordneten Potentiallagen 24.1 bzw. 24.2 verbunden und die Potentiallage 24.1 und 24.2 können nun ihrerseits mit den entsprechenden Bodenanschlüssen 22 elektrisch verbunden werden, um das gewünschte Potential an die Potentiallagen 24.1 , 24.2 anzulegen. Hierzu werden die Trennschalter 27 der Potentiallagen 24.1 und 24.2 geschlossen.
Denkbar ist auch, dass die Trennschalter 27 zum Schalten der Kontaktbereiche 20 geschlossen bleiben (oder keine Trennschalter 27 vorhanden sind) und dafür der Haupttrennschalter 29, hier also der Hauptladeschütz geöffnet ist, um die Kontaktbereiche 20 bzw. Potentiallagen 24 zum Schalten galvanisch vom Hauptanschluss 23 zu trennen. In diesem Fall wird nun der Haupttrennschalter 29 geschlossen.
Das jeweils gewünschte Potential liegt dann an den Potentiallagen 24 und damit den Kontaktbereichen 20 der Spalten (n) und (n+1 ) sowie Zeilen (m), (m+1 ) und (m+2) an. Das Fahrzeug 10 kann nun über die Fahrzeugkontakteinheit 14 geladen werden.
Nach abgeschlossenem Ladevorgang werden die Potentiallagen 24.1 und 24.2 von den ihnen zugeordneten Bodenanschlüssen 22 getrennt. Anschließend werden die entsprechenden Kontaktbereiche 20 deaktiviert, indem die Spannung von den ersten und zweiten Schaltleitungen 44, 46 genommen wird.
Die entsprechenden Schalteinheiten 26 schalten in ihrem unbetätigten Zustand, wodurch die elektrische Verbindung zwischen dem Kontaktbereich 20 und der jeweiligen Potentiallage 24 unterbrochen wird. Gleichzeitig wird der entsprechende Kontaktbereich 20 und die Kontrollleitung 28 über Schutzwiderstände mit der Erdung 30 elektrisch verbunden.
Über die Kontrollleitung 28 kann dann überprüft werden, ob die Kontaktbereiche 20 von ihrer zugehörigen Potentiallage 24.1 bzw. 24.2 vollständig getrennt wurden.
Auf diese Weise kann eine funktionale Bodenkontakteinheit 12 mit einer großen Menge an mechanischen Schalteinheiten 26 und damit Kontaktbereichen 20 mit einer vergleichsweise geringen Anzahl an elektrischen Ansteuerschaltern 52 und unter Einsparung von elektrischen Leitungen realisiert werden. Im diskutierten Ausführungsbeispiel sind beispielsweise für eine Anordnung der Kontaktbereiche 20 mit x Spalten und y Zeilen, d. h. einer Menge von x-y mechanischen Schalteinheiten 26 lediglich x+y elektrische Ansteuerschalter 52 notwendig.
Dies führt zu einer deutlichen Vereinfachung der Bodenkontakteinheit 12.
Im Folgenden sind weitere Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Bodenkontakteinheit 12 beschrieben, die im Wesentlichen der ersten Ausführungsform entsprechen. Daher wird nur auf die Unterschiede eingegangen und gleiche sowie funktionsgleiche Teile sind mit denselben Bezugszeichen versehen.
In Figur 8 ist eine Bodenkontakteinheit 12 dargestellt, die mit einer Fahrzeugkontakteinheit 14 verbunden werden soll, die größer ist als die Fahrzeugkontakteinheit 14 gemäß Figur 7 ist. Genauer gesagt sollen nicht nur die sechs schaltbaren Kontaktbereiche 20 um einen zentralen PE-Kontaktbereich 25 (erster Ring) herum, sondern auch die schaltbaren Kontaktbereiche 20 im nächsten Ring um den zentralen PE-Kontaktbereich 25 herum verwendet werden. Eine Ansteuerung der Kontaktbereiche über lediglich zwei Gruppen an Schaltleitungen ist dann nicht mehr möglich, da in diesem Falle schaltbare Kontaktbereiche 20, die nicht unterhalb der Fahrzeugkontakteinheit 14 liegen, aktiviert würden. Dies stellt ein Sicherheitsrisiko dar und ist zu vermeiden. Zur Veranschaulichung sind diese schaltbaren Kontaktbereiche 20 zusätzlich mit dem Bezugszeichen 64 versehen.
Um eine gezieltere Ansteuerung der schaltbaren Kontaktbereiche 20 zu erreichen, wird eine dritte Gruppe von Schaltleitungen, nämlich dritte Schaltleitungen 66 verwendet.
Diese dritten Schaltleitungen 66 definieren neben der bereits vorhandenen Zeile und der vorhandenen Spalte eine weitere Art von Spalte.
Die Zeilen bzw. die beiden Arten von Spalten verlaufen jeweils senkrecht zu den Seitenflächen der sechseckigen Kontaktbereiche 20, sodass zwischen den Zeilen und Spalten bzw. zwischen den beiden Spalten jeweils ein Winkel von 60° eingeschlossen wird. Die Zeilen und die beiden Spalten sind in Figur 8 durch Linien dargestellt. Die Schalteinheiten 26 der Kontaktbereiche 20 sind somit mit jeweils drei Schaltleitungen 44, 46, 66 verbunden und das entsprechende Schaltelement wird nur betätigt, wenn die Schaltleitungen 44, 46, 66 in einer bestimmten Weise mit Spannung versehen werden. Hierzu bietet sich beispielsweise eine geeignete logische Schaltung (AND, NAND) und/oder eine Transistorschaltung an.
Auch in dieser Ausführungsform kann zu jeder Zeile eine Kontrollleitung 28 vorgesehen sein, mittels der überprüft werden kann, ob die entsprechenden Kontaktbereiche 20 deaktiviert sind, also auf Erdpotential liegen.
In den Figuren 9 und 10 ist eine dritte Ausführungsform der Bodenkontakteinheit 12 dargestellt, die ebenfalls wie die Ausführungsform der Figur 8 für eine größere Fahrzeugkontakteinheit 14 geeignet sein soll.
In dieser dritten Ausführungsform sind vier Gruppen an Schaltleitungen vorgesehen, nämlich erste Schaltleitungen 44, zweite Schaltleitungen 46, dritte Schaltleitungen 66 und vierte Schaltleitungen 68. Wie in den vorherigen Ausführungsformen bilden die zweiten Schaltleitungen 46 die Zeilen der Anordnung. Allerdings ist in der dritten Ausführungsform nur eine Art von Spalte vorgesehen, die von den drei übrigen Gruppen an Schaltleitungen, d. h. den ersten Schaltleitungen 44, den dritten Schaltleitungen 66 und den vierten Schaltleitungen 68 definiert wird. Die Spalten entsprechen somit den Spalten der ersten Ausführungsform.
Im Unterschied zur ersten Ausführungsform ist jedoch nicht jeder schaltbare Kontaktbereich 20 bzw. dessen zugeordnete Schalteinheit 26 mit jeder der ersten Schaltleitung 44, der dritten Schaltleitung 66 und der vierten Schaltleitung 68 elektrisch verbunden, sondern nur mit jeweils einer. Beispielsweise ist der erste Kontaktbereich 20 einer Spalte mit der ersten Schaltleitung 44 elektrisch verbunden, der zweite Kontaktbereich der Spalte mit der dritten Schaltleitung 66, der dritte Kontaktbereich 20 der Spalte mit der vierten Schaltleitung 68, der vierte Kontaktbereich 20 der Spalte dann wieder mit der ersten Schaltleitung 44, usw. In anderen Worten wird die erste Spalte durch die drei Gruppen an Schaltleitungen 44, 66, 68 unterteilt. Jede Spalte hat somit drei Gruppen von Schaltleitungen 44, 66, 68.
Dies ist besonders gut in Figur 10 zu erkennen, in dem wieder ein Ersatzschaltbild dargestellt ist.
Um beispielsweise die in Figur 9 mit den ausgefüllten Punkten markierten schaltbaren Kontaktbereiche 20 zu aktivieren, die von der Fahrzeugkontakteinheit 14 kontaktiert sind, werden die zweiten Schaltleitungen 46 der Zeilen (m), (m+1 ), (m+2), (m+3) und (m+4) mit einer negativen Spannung beaufschlagt. In der Spalte (n) wird lediglich eine der Schaltleitungen 44, 46, 66, hier die erste
Schaltleitung 44, mit einer positiven Spannung beaufschlagt. In den Spalten (n+1 ) und (n+2) werden alle drei Schaltleitungen 44, 46, 66 mit der positiven Spannung beaufschlagt und in der Spalte (n+3) wieder nur eine der Schaltleitungen 44, 46, 66, hier wieder die erste Schaltleitung 44. Auch auf diese Weise wird erreicht, dass lediglich diejenigen Kontaktbereiche 20 aktiviert und damit mit ihrer zugeordneten Potentiallage 24 elektrisch verbunden sind, die von der Fahrzeugkontakteinheit 14 kontaktiert werden.
In Figur 13 ist eine weitere Ausführungsform der Bodenkontakteinheit 12 dargestellt. In dieser Ausführungsform weist die Schalteinheit 26 einen elektronischen Schalter 56 und eine Vorschaltung 58 auf, wobei der elektronische Schalter 56 als Schaltelement 34 und die Vorschaltung 58 als Betätigungselement 32 dient.
Der elektronische Schalter 56 ist zum Beispiel ein MOSFET oder ein TRIAC.
Die Vorschaltung 58 ist eine logische Schaltung, beispielsweise ein AND- Gatter oder ein NAND-Gatter, die die Schaltkontakte 48 als Eingänge aufweist. Die Vorschaltung 58 ist daher mit den Schaltleitungen 44, 46 und ggf. auch den Schaltleitungen 66, 68 elektrisch verbunden.
Die Vorschaltung 58 ist zudem elektrisch mit dem elektronischen Schalter 56 verbunden, um diesen zu steuern. Hierzu gibt die Vorschaltung 58 eine Spannung an den elektronischen Schalter 56 aus, wobei der elektronische Schalter 56 den Kontaktbereich 20 mit der zugeordneten Potentiallage 24 verbindet, wenn die von der Vorschaltung 58 ausgegebene Spannung einen Schwellwert übersteigt. Die von der Vorschaltung 58 ausgegebene Spannung ist dabei abhängig von den Signalen der Schaltleitungen 44, 46, und übersteigt den Schwellwert beispielsweise nur, wenn gleichzeitig Signale an beiden Schaltleitungen 44, 46 anliegen.
Die Funktionsweise der Schalteinheit 26 aus dem elektronischen Schalter 56 und der Vorschaltung 58 ist daher die gleiche, wie die der Schalteinheit 26 der zuvor beschriebenen Ausführungsformen.
Über die Kontrollleitung 28 kann auch in dieser Ausführungsform überprüft werden, ob der Kontaktbereich 20 mit der zugeordneten Potentiallage 24 verbunden ist oder nicht. Zum Beispiel geschieht dies über eine Spannungsmessung oder anderweitig. Auch ein Multiplexer kann zum Einsatz kommen.
Auch ist es denkbar, dass der elektronische Schalter 56 den Kontaktbereich 20 zwischen der zugeordneten Potentiallage 24 und der PE-Lage 25 schaltet.
Auf die Kontrollleitung 28 kann jedoch auch verzichtet werden, da der elektronische Schalter 56 keine beweglichen Teile aufweist.
Außerdem kann auf die Diode 51 in dieser Ausführungsform verzichtet werden.
Selbstverständlich können die Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen beliebig miteinander kombiniert werden.
In anderen Worten lassen sich die Ausführungsformen der Erfindung wie folgt beschreiben:
Für die Freischaltung der üblicherweise auf der Oberseite des Grundkörpers freiliegenden Kontakte (im Folgenden: Kontaktbereiche) wird insbesondere eine Zeilen- und Spaltenansteuerung verwendet. Der Grund ist, dass durch diese Herangehensweise Leitungen eingespart werden können und gleichzeitig die Sicherheit erhöht werden kann. Nachfolgend wird die Steuerung der Kontaktbereiche auf dem Grundkörper erläutert.
Figur 4 zeigt die Schaltung für die Relaissteuerung und die Senseleitung für einen einzelnen Kontaktbereich 20. Durch das Schalten des Trennschalters 27 bzw. des Haupttrennschalters 29 liegt auf der entsprechenden Leitung entweder L1 , L2, L3 oder N an. Damit die Phase bzw. N-Leiter auch wirklich am Kontakt anliegt, muss das Relais geschaltet werden. Für das Schalten eines Relais werden die Steuerleitungen (auch Schaltleitungen genannt) der entsprechenden Spalte und Zeile verwendet. Vorzugsweise werden 24V oder 12V Relais verwendet. Diese 24V bzw. 12V werden erreicht, indem man auf die Spalte +12V bzw. +6V und auf die Zeile -12V bzw. -6V anlegt. Man könnte genauso andere Relais verwenden. Entscheidend ist, dass man die benötigte Schaltspannung durch das Schalten einer Zeile und einer Spalte erhält und dadurch die Sicherheit erhöht, da zwei Elemente geschaltet werden müssen und somit eine„Und" Verknüpfung schafft.
Um zu detektieren, ob ein Relais wirklich geschaltet ist, wird die Sense-Leitung (auch Kontrollleitung 28 genannt) verwendet. Dazu wird eine Prüfspannung an die Sense-Leitung angelegt und je nach Anzahl der geschalteten Relais pro Zeile ändert sich der Messwert. Auf diese Weise kann die Anzahl der geschalteten Relais pro Zeile bestimmt werden. Sollte also ein Relais „hängenbleiben" (beispielsweise durch einen Schaltvorgang bei hoher Spannung und anschließendem verschweißen aufgrund des Lichtbogens) kann dies mittels der Sense-Leitung detektiert werden. Jede Zeile hat eine eigene Sense Leitung.
Figur 5 zeigt den Schaltplan für 4 schaltbare Kontakte und mit dazwischenliegenden nicht schaltbaren PE-Kontakten.
Anstelle der Relais kann auch jede beliebige Schalteinheit verwendet werden, insbesondere auch ein Triac.
Als weitere Sicherheitsfunktion wird die maximale Anzahl an schaltbaren Relais pro Zeile und Spalte durch eine Strombegrenzung pro Zeile und Spalte begrenzt. So wird sichergestellt, dass pro Zeile und Spalte nur die notwendige Anzahl geschaltet werden kann. Figur 7 zeigt die Zeilen und Spalten (unter Bildung eines Gitters), die notwendig sind, um die aktuell benötigten 6 Kontakte zu schalten. Die Zeilen und Spalten sind durch entsprechende Schaltleitungen gebildet. Der schwarze Kreis beinhaltet die 6 Kontakte und diese können durch die drei blauen Zeilen und die zwei roten Spalten geschaltet werden, ohne dass ein weiterer Kontakt auf dem Päd geschaltet wird.
Steuerung Kontaktfläche groß
Um ein Relais zu schalten, wird eine „Und Bedingung" benötigt. Soll ein größerer Konnektor (d.h. Schnittstelle der Fahrzeugkontakteinheit) verwendet werden (wie in Figur 8 durch einen schwarzen Kreis dargestellt), kann dies durch mehrere Möglichkeiten erreicht werden. Eine Möglichkeit ist es noch eine zweite „Und Bedingung" hinzuzufügen. Dies kann wie in Figur 8 dargestellt gelöst werden, indem die zweite„Und Bedingung" durch eine weitere Steuerleitung hinzugefügt wird und nur jene Kontakte/Relais geschalten werden, wo sich die drei Steuerleitungen kreuzen. Für diese Schaltung kann nicht die Schaltung aus Figur 4 verwendet werden. Es würde sich eine Transistorschaltung anbieten.
Eine Möglichkeit für die Beschaltung des größeren Konnektors mit der Schaltung aus Figur 4 ist es, jede Spalte um zwei Steuerleitungen zu ergänzen und somit drei Steuerleitungsgruppen pro Spalte zu erzeugen und die Spaltenleitungen alternierend mit den Relais in der jeweiligen Spalte zu verbinden (siehe Figur 9). In Figur 10 ist die Beschaltung für dieses System dargestellt.
Im plattenartigen Grundkörper sind mehrere Potenziallagen unterhalb des Kontaktbereichs vorgesehen, die auch als Layer bezeichnet werden. Die Potenziallagen sind insbesondere als Schichten in einer Leiterplatte ausgebildet. Im Grundkörper oder außerhalb des Grundkörpers in einem Schaltschrank kann ein sogenannter Ladeschütz vorgesehen sein, mit dem dann die hohen Ströme zugeschaltet werden. Das bedeutet, üblicherweise wird vor dem Zuschalten durch den Ladeschutz die entsprechende Schalteinheit vorab in den sprechenden Schaltzustand gebracht, und erst anschließend wird der hohe Ladestrom über den Ladeschütz zugeschaltet.
Üblicherweise sind sieben Potentiallagen vorhanden, mit denen über Drehstrom, Wechselstrom oder Gleichstrom geladen werden kann. In Figur 7 ist zu sehen, dass als kleinste Einheit auf dem Kontaktbereich ein PE Kontakt und um ihn herum sechs in einem Sechseck angeordnete Kontaktbereiche liegen, also insgesamt sieben Kontaktbereiche inkl. des PE vorhanden sind. Jede dieser Kontaktbereiche hat seine eigene Potentiallage. Bei der Ausführungsform nach Figur 9 können die Zeilen und Spalten, die durch die Steuerleitungen gebildet werden, auch vertauscht werden. Gezeigt sind drei Schaltleitungen pro Spalte. Da normalerweise pro Schaltleitung ein Transistor vorgesehen ist, können die elektronischen Bauteile durch Tauschen von Zeilen und Spalten reduziert werden. In Abhängigkeit der Padgröße (Geometrie) und somit der Anzahl der Zeilen und Spalten kann es sinnvoll sein, die Zeilen und Spalten zu vertauschen, um Bauteile einzusparen.

Claims

Patentansprüche
1 . Bodenkontakteinheit für ein Fahrzeugbatterieladesystem zur automatischen, konduktiven Verbindung der Bodenkontakteinheit (12) und einer Fahrzeugkontakteinheit (14), mit einem plattenförmigen Grundkörper (16), wenigstens einer Potentiallage (24), mehreren Kontaktbereichen (20), die auf einer freiliegenden Ladefläche (18) des Grundkörpers (16), an der die Fahrzeugkontakteinheit (14) zur Anlage kommen kann, angeordnet und wenigstens einer Potentiallage (24) zugeordnet sind, mehreren Schalteinheiten (26) und mehreren Schaltleitungen (44, 46, 66, 68), mittels der die Schalteinheiten (26) betätigt werden können, wobei an jeder der Schaltleitungen (44, 46, 66, 68) mehrere Schalteinheiten (26) vorgesehen sind, wobei die Schaltleitungen (44, 46, 66, 68) in wenigstens zwei Gruppen mit jeweils mehreren Schaltleitungen (44, 46, 66, 68) unterteilt sind und jede der Schalteinheiten (26) an wenigstens zwei Schaltleitungen (44, 46, 66, 68) aus wenigstens zwei verschiedenen Gruppen, insbesondere an jeweils einer Schaltleitung (44, 46, 66) jeder Gruppe, vorgesehen ist, so dass der Schaltzustand der Schalteinheit (26) vom Signalzustand an seinen zugeordneten Schaltleitungen (44, 46, 66, 68) abhängt, wobei jede Schalteinheit (26) derart mit wenigstens einem der Kontaktbereiche (20) gekoppelt ist, dass die Schalteinheit (26) den entsprechenden wenigstens einen Kontaktbereich (20) mit der dem Kontaktbereich (20) zugeordneten wenigstens einen Potentiallage (24) elektrisch verbinden und unterbrechen kann.
2. Bodenkontakteinheit nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Potentiallage (24) mit dem Erdpotential, einem Neutralleiter, einem Außenleiter, einer Phase, einem Pluspol oder einem Minuspol einer Stromquelle, insbesondere eines lokalen Stromnetzes verbindbar ist, insbesondere wobei für das Erdpotential, den Neutralleiter, einem Außenleiter einer Phase, einem Pluspol und/oder einem Minuspol einer Stromquelle jeweils eine eigene Potentiallage (24) vorhanden ist.
3. Bodenkontakteinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltleitungen (44, 46, 66, 68) voneinander getrennt mit Spannung und/oder Strom beaufschlagbar sind.
4. Bodenkontakteinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bodenkontakteinheit (12) wenigstens eine PE-
Lage aufweist, wobei die Schalteinheiten (26) derart eingerichtet sind, dass sie den ihnen zugeordneten Kontaktbereich (20) entweder mit der ihm zugeordneten Potentiallage (24.1 , 24.2) oder mit der wenigstens einen PE-Lage elektrisch verbinden können.
5. Bodenkontakteinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass genau eine der Schalteinheiten (26) für jeden Kontaktbereich (20) vorgesehen ist, insbesondere der kein PE-Kontaktbereich (25) ist.
6. Bodenkontakteinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schaltelement (34) der Schalteinheit (26) den entsprechenden wenigstens einen Kontaktbereich (20) mit der ihm zugeordneten Potentiallage (24) elektrisch verbindet, wenn die der Schalteinheit (26) zugeordneten Schaltleitungen (44, 46, 66, 68) passend geschaltet, insbesondere in einem gemeinsamen Stromkreis (42) mit korrekter Polarität geschaltet sind.
7. Bodenkontakteinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Schaltleitungen (44, 46, 66, 68), an denen eine der Schalteinheiten (26) vorgesehen ist, von den Schaltleitungen (44, 46, 66, 68), an denen eine andere der Schalteinheiten (26) vorgesehen ist, in wenigstens einer Schaltleitung (44, 46, 66, 68) unterscheiden.
8. Bodenkontakteinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltleitungen (44, 46, 66, 68) einer Gruppe im Wesentlichen in die gleiche Richtung, insbesondere parallel verlaufen und/oder dass die Schaltleitungen (44, 46, 66, 68) ein Gitter bilden, an dessen Kreuzungspunkten sich Schaltleitungen (44, 46, 66, 68) unterschiedlicher Gruppen kreuzen, wobei an den Kreuzungspunkten jeweils eine Schalteinheit (26) angeordnet ist, vorzugsweise wobei die Schalteinheit (26) nur bei unterschiedlichen Potentialen an seinen Schaltleitungen (44, 46, 66, 68) geschaltet werden kann.
9. Bodenkontakteinheit nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Richtungen der verschiedenen Gruppen einen Winkel miteinander einschließen, insbesondere wobei der Winkel zwischen den verschiedenen Gruppen 90° und/oder gleich groß ist.
10. Bodenkontakteinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinheiten (26) jeweils zwei Schaltkontakte (48) haben, die mit den Schaltleitungen (44, 46, 66, 68) verbunden sind.
1 1 . Bodenkontakteinheit nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Gruppen an Schaltleitungen (44, 46) vorgesehen sind, wobei einer der Schaltkontakte (48) mit einer Schaltleitung (44) der einen Gruppe über wenigstens eine Diode (50) verbunden ist und der andere der Schaltkontakte (48) mit einer Schaltleitung (46) der anderen Gruppe verbunden ist.
12. Bodenkontakteinheit nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinheit (26) derart eingerichtet ist, dass sie den ihr zugeordneten Kontaktbereich (20) mit der ihm zugeordneten Potentiallage (24) elektrisch verbindet, wenn zwischen den Schaltkontakten (48) wenigstens eine vorbestimmte Spannungsdifferenz vorliegt.
13. Bodenkontakteinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bodenkontakteinheit (12) wenigstens eine Kontrollleitung (28) und die Schalteinheiten (26) einen Doppelschalter (36) als Schaltelement (34), insbesondere ein Relais aufweist, wobei der Doppelschalter (36) derart ausgebildet ist, dass die Kontrollleitung (28) nur dann mit einer bestimmten Potentiallage (24), insbesondere der PE-Lage elektrisch verbunden ist, wenn auch der Kontaktbereich (20) mit der bestimmten Potentiallage (24) verbunden ist.
14. Bodenkontakteinheit nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Doppelschalter (36) derart ausgebildet ist, dass einer der Schalter (40) des
Doppelschalters (36) die Kontrollleitung (28) mit dem Kontaktbereich (20) elektrisch verbinden kann und der andere Schalter (40) des Doppelschalters (36) den Kontaktbereich (20) nur dann mit der bestimmten Potentiallage (24), insbesondere der PE-Lage elektrisch verbindet, wenn auch die Kontrollleitung (28) mit dem Kontaktbereich (20) elektrisch verbunden ist.
15. Bodenkontakteinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bodenkontakteinheit (12) eine erste Potentiallage (24.1 ), eine zweite Potentiallage (24.2) und eine dritte Potentiallage (24.3) aufweist, wobei die Kontaktbereiche (20.1 ), die der ersten Potentiallage (24.1 ) zugeordnet sind, erste Kontaktbereiche (20.1 ) bilden, wobei die Kontaktbereiche (20.2), die der zweiten Potentiallage (24.2) zugeordnet sind, zweite Kontaktbereiche (20.2) bilden, wobei die Kontaktbereiche (20.3), die der dritten Potentiallage (24.3) zugeordnet sind, dritte Kontaktbereiche (20.3) bilden, wobei die ersten Kontaktbereiche (20.1 ) in einem ersten Untergitter (Gui) in Form eines 2-dimensionalen Bravais-Gitters, die zweiten Kontaktbereiche (20.2) in einem zweiten Untergitter (Gu2) in Form eines 2-dimensionalen Bravais-Gitters und die dritten Kontaktbereiche (20.3) in einem dritten Untergitter (Guß) in Form eines 2-dimensionalen Bravais-Gitters angeordnet sind, wobei das erste Untergitter (Gui), das zweite Untergitter (Gu2) und das dritte Untergitter (Guß) ineinander verschachtelt sind, und wobei in Richtung zumindest einer der Basisvektoren des durch die Kontaktbereiche (20) gebildeten Hauptgitters (GH) die ersten Kontaktbereiche (20.1 ), die zweiten Kontaktbereiche (20.2) und die dritten Kontaktbereiche (20.3) im Wechsel auftreten.
16. Verfahren zur Schaltung eines Kontaktbereiches (20) einer
Bodenkontakteinheit (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche auf ein gewünschtes Potential, mit den folgenden Schritten: a) Anlegen einer vorbestimmten Spannung mit einer vorbestimmten entsprechenden Polarität an den Schaltleitungen (44, 46, 66, 68), an denen die dem zu schaltenden Kontaktbereich (20) zugeordnete Schalteinheit (26) anliegt, wodurch die Schalteinheit (26) betätigt wird, sodass der Kontaktbereich (20) mit der dem Kontaktbereich (20) zugeordneten wenigstens einen Potentiallage (24) elektrisch verbunden wird, und b) Anlegen des gewünschten Potentials an der dem zu schaltenden Kontaktbereich (20) zugeordneten wenigstens einen Potentiallage (24), insbesondere über einen Haupttrennschalter (29) oder einen Trennschalter (27), der im Grundkörper (16) angeordnet ist und/oder der dem Kontaktbereich (20) vorgeschaltet ist.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass an die Schaltleitung (44, 66, 68) einer der Gruppen eine positive Spannung, insbesondere +12V oder +6V, und an die Schaltleitung (46) der anderen Gruppe eine negative Spannung, insbesondere -12V oder -6V, angelegt wird.
18. Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass an der Kontrollleitung (28) die Spannung bestimmt wird, wobei anhand der Größe der Spannung auf die Anzahl an geschalteten und/oder nicht geschalteten Kontaktbereichen (20) geschlossen wird.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Strom, der über eine der Schaltleitungen (44, 46, 66, 68), an die die Spannung angelegt wurde, so begrenzt wird, dass nur eine bestimmte Anzahl an Schalteinheiten (26) über diese Schaltleitung (44, 46, 66, 68) geschaltet werden kann.
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