EP4504550A1 - System zum herstellen einer konduktiven verbindung - Google Patents

System zum herstellen einer konduktiven verbindung

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EP4504550A1
EP4504550A1 EP23716857.0A EP23716857A EP4504550A1 EP 4504550 A1 EP4504550 A1 EP 4504550A1 EP 23716857 A EP23716857 A EP 23716857A EP 4504550 A1 EP4504550 A1 EP 4504550A1
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EP
European Patent Office
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contact
power
contacts
power contacts
potential
Prior art date
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Pending
Application number
EP23716857.0A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Friedrich Lobenstock
Martin ZAVERSKY
Jernej Günther
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Ease Link GmbH
Original Assignee
Ease Link GmbH
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Filing date
Publication date
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Application filed by Ease Link GmbH filed Critical Ease Link GmbH
Publication of EP4504550A1 publication Critical patent/EP4504550A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Definitions

  • the invention relates to a system for establishing a conductive connection, in particular between a vehicle contact unit and a ground contact unit.
  • the vehicle batteries In the case of at least partially electrically powered vehicles, such as plug-in hybrid vehicles and purely electric vehicles, the vehicle batteries must be charged regularly, preferably after each journey.
  • the vehicle is connected to a corresponding power source, usually using a plug, for example a so-called type 2 plug, which must be manually plugged into a corresponding socket on the vehicle by a person. This also ensures that the plug is guided so that contact is made in a defined manner.
  • ground contact units for vehicle battery charging systems that are provided on the ground are also known.
  • the ground contact units can automatically establish a conductive connection with a corresponding vehicle contact unit provided on the vehicle to be charged in order to charge the vehicle.
  • the vehicle contact unit can be provided on the underbody of the vehicle, moving downwards in order to establish electrical contact with the ground contact unit.
  • the ground contact unit is designed as a so-called matrix charging pad, as shown in WO 2019/052962 A1.
  • the ground contact unit comprises a plurality of contacts which are arranged in a matrix, wherein the contacts can be contacted by means of the vehicle contact unit in order to establish an electrical connection between the ground contact unit and the vehicle contact unit.
  • the vehicle contact unit is precisely aligned with respect to the ground contact unit before a connector is installed Vehicle contact unit contacts the ground contact unit at a defined point.
  • Vehicle contact unit contacts the ground contact unit at a defined point.
  • no guidance is provided for the vehicle contact unit and/or no precise contacting, in which case a contact point of the connector of the vehicle contact unit on the ground contact unit must be detected.
  • the correspondingly occupied contacts of the ground contact unit are switched on in order to establish the electrical connection via these contacts.
  • the occupied contacts are switched on using separate relays that are assigned to each contact of the ground contact unit. This results in a so-called matrix relay, which, among other things, ensures the safety-relevant requirements regarding the insulation distance. However, this comes at a high cost because each contact has its own relay.
  • the task is to provide a system for establishing a conductive connection with which the conductive connection can be established easily and inexpensively.
  • the object is achieved according to the invention by a system for establishing a conductive connection, in particular between a vehicle contact unit and a ground contact unit.
  • the system has a plurality of contacts, which include at least one protective conductor contact and power contacts, with the at least one protective conductor contact being hard-wired.
  • the power contacts are assigned to at least two different potential levels, which include a first potential level and a second potential level.
  • a switching unit is provided which is assigned to at least first power contacts of the power contacts, wherein the switching unit is set up to selectively connect at least the first power contacts to the first potential position or the second potential position.
  • the basic idea of the invention is to have several power contacts, namely the first power contacts, share a certain potential level to be assigned by the switching unit connecting the corresponding power contacts, i.e. the first power contacts, either to the first potential position or the second potential position.
  • the switching unit ensures that the first power contacts are connected to either the first potential level or the second potential level.
  • all first power contacts are connected either to the first potential position or to the second potential position. All first power contacts are assigned to a first power contact level.
  • the power contacts are the contacts through which a charging current is conducted when a motor vehicle, in particular its battery storage, is being charged.
  • the contacts include at least one protective conductor contact, which, in contrast to the first power contacts, is hard-wired.
  • the at least one protective conductor contact there is a fixed connection of the at least one protective conductor contact, so that it is not connected to or assigned to the switching unit.
  • the protective conductor contact it is also not possible for the protective conductor contact to be connected to a potential level, for example, as is the case, for example, in the prior art when all contacts are connected to the switching unit.
  • the position of at least one protective conductor contact is therefore fixed, i.e. cannot be changed.
  • the positions of the contacts that are assigned to the first potential level or the second potential level can be changed, since at least the first power contacts can optionally be connected to the first potential level or the second potential level.
  • the contacts also have second power contacts, which can also be optionally connected to the first potential layer or the second potential layer via the switching unit. All second power contacts are assigned to a second power contact level.
  • the switching unit is therefore also assigned to at least the second power contacts, wherein the switching unit is set up to selectively connect the second power contacts to the first potential position or the second potential position.
  • the switching unit has a first switching position in which the first power contacts are connected to the first potential position and the second power contacts are connected to the second potential position.
  • the switching unit has a second switching position in which the first power contacts are connected to the second potential position and the second power contacts are connected to the first potential position.
  • the first power contacts and the second power contacts can optionally be connected to the two potential levels, i.e. the first potential level and the second potential level. This ensures that the first power contacts and the second power contacts are never connected to the same potential.
  • the two potential positions can be two potential positions of a direct current or an alternating current application, for example a positive pole and a negative pole in the case of a direct current application or a neutral position (N) and a phase position (L1, L2 or L3) or two phase positions in the case of an AC application.
  • the first potential position is the neutral position (N).
  • the number of relays used can be reduced.
  • the at least one protective conductor contact can be designed to provide a magnetic contact via which the connection between the vehicle contact unit and the ground contact unit can be maintained.
  • the at least one protective conductor contact can be magnetized.
  • the switching unit can include several switches, for example two switches, which ensure that the first power contacts are connected to the first potential layer or the second potential layer.
  • the system can have a controller that is set up to control the switching unit, in particular the respective switching position of the switching unit.
  • the controller controls the multiple switches, for example together and/or simultaneously.
  • One aspect provides that several power contacts are each assigned to a power contact level.
  • the switching unit is set up to connect all power contacts of the assigned power contact level either to the first potential level or the second potential level.
  • the power contacts are switched in groups via the switching unit, since all power contacts of a corresponding power contact level are connected or switched on together with the first potential layer or the second potential layer.
  • all power contacts are assigned to four power contact levels, which can be connected to a neutral position and three phase positions.
  • it can be a three-phase connection that has a neutral position N and three phase positions L1, L2, L3. If only two power contact levels are provided, it can be a direct current application, i.e. a DC application.
  • the power contacts are each connected to the assigned power contact level via a contact switch. This can ensure that only those power contacts of the corresponding potential level that are used for the charging process are connected. In other words, it is possible via the corresponding contact switches to switch the individual power contacts potential-free if, for example, in the case of a conductive connection, they are not in contact with other power contacts, i.e. power contacts of the other contact unit.
  • the contact switches are each designed as a mirror contact, with the contact switches having a main contact and a monitoring contact, which are mechanically coupled but are galvanically isolated from one another.
  • the main contact and/or the monitoring contact of the contact switch can be a switch that has an open position and a closed position.
  • the main contact or the monitoring contact is designed as an on or off switch. This means that the main contact or the monitoring contact can be adjusted between an open position and a closed position.
  • the main contact Since the main contact is designed as a switch with an open position and a closed position, The main contact cannot weld when opened if it moves from its closed position, in which the charging current flows via the main contact, into a second position which does not correspond to an open position, but to a closed position with a different counterpart, for example ground. When opening, an arc can be generated, which would then ensure that the main contact is welded in the second (closed) position, so that the main contact and thus the entire contact switch could no longer be adjusted. This is effectively prevented if at least the main contact is designed as a switch that has an open position and a closed position.
  • the main contact and/or the monitoring contact can be switched back and forth between two or more different, closed positions.
  • the main contact and the monitoring contact are galvanically isolated from each other, so that a common (closed) circuit is not formed across the two contacts, i.e. the main contact and the monitoring contact.
  • the two contacts are therefore not used to provide a charging functionality in one switching position of the contact switch and a sensor functionality or similar in the other switching position of the contact switch. Rather, the main contact and the monitoring contact are assigned to two independent circuits that are galvanically isolated from each other.
  • monitoring can take place during the charging process, but also before a charging process and/or after a charging process, in particular in connection with a self-test. Furthermore, monitoring can take place at cyclical intervals.
  • a warning can be issued, for example a visual warning, an acoustic warning and/or a warning by means of a remote signaling contact. It can also be provided that charging is not possible, i.e. no charging process can be started, if a faulty or incorrect switching position was detected during the check.
  • the power contacts in addition to the first power contacts, also include second power contacts, third power contacts and fourth power contacts.
  • the four types of power contacts are assigned to a neutral position and three phase positions. In particular, each of the four types of power contacts is assigned to a corresponding power contact level of the four power contact levels.
  • the power contacts therefore include first power contacts, second power contacts, third power contacts and fourth power contacts, each of which is assigned to a corresponding power contact level, so that the different power contacts can optionally be connected to the neutral position or one of the three phase positions.
  • the corresponding system is therefore designed to be used with a three-phase connection, so that the conductive connection for charging the motor vehicle, in particular its battery storage, can be made via a three-phase current.
  • the four different power contact levels each have several power contacts, which can each be connected together, i.e. all power contacts of an assigned power contact level, via the assigned switching unit of a different potential level.
  • the first power contact level i.e. the first power contacts
  • the second power contacts i.e. all power contacts of the second power contact level
  • the four power contact levels are each connected to different potential levels.
  • the switching unit is assigned to only two power contact levels, i.e. two types of power contacts, in order to provide the first power contacts and the second power contacts to be able to switch back and forth between the first potential position and the second potential position.
  • This means that the switching unit is set up to connect the first power contacts either to the first potential level or to the second potential level, with the second power contacts being connected to the corresponding other potential level at the same time. This ensures that the first power contacts and the second power contacts are always connected to different potential levels.
  • the third power contacts and the fourth power contacts may be hardwired.
  • the switching unit is also assigned to the third power contacts and the fourth power contacts.
  • the third and fourth power contacts i.e. all power contacts of the third and fourth power contact levels, are hard-wired, as is also the case for the at least one protective conductor contact.
  • the third power contacts and the fourth power contacts are connected to different potential levels, which makes it possible in principle for all types of power contacts to be connected to different potential levels.
  • one of the four types of power contacts is arranged in a rectangle.
  • the four types of power contacts together form a rectangle in one plane, with the respective corners of the rectangle being occupied by the different types of power contacts.
  • a first power contact is provided in an upper right corner of the rectangle
  • the second power contact is provided in the lower right corner of the rectangle.
  • the third power contact may be provided in a lower left corner of the rectangle
  • the fourth power contact is provided in an upper left corner of the rectangle.
  • the at least one protective conductor contact is arranged in the center of the rectangle. Accordingly, the protective conductor contact has an equal distance from the respective different types of power contacts that are arranged around it.
  • the rectangle formed by the four types of power contacts may be a square.
  • the protective conductor contacts are each arranged in the center of a rectangle, the respective corners of which are formed by the four types of power contacts.
  • the contacts can be arranged in such a way that a plurality of rectangles are formed, the respective corners of which are formed by the four types of power contacts.
  • the at least one protective conductor contact is formed by a continuous surface that provides a protective conductor level that is broken through by the power contacts.
  • the corresponding protective conductor level is also referred to as the PE level (“PE plane”).
  • PE plane a connection surface, for example a loading surface of the ground contact unit, can be formed largely by the protective conductor contact, with the corresponding power contacts being arranged in the plane formed by the protective conductor contact, in particular with an annular insulating area in order to protect the power contacts from the protective conductor.
  • Contact i.e. the corresponding protective conductor level, to be electrically isolated.
  • the switching unit consists of four switches, ten switches or sixteen switches.
  • the number of switches depends on how flexible the corresponding system is and how many power contact levels can be flexibly connected to different potential levels.
  • the first power contact level is connected to the first potential level and the second potential level via two switches
  • the second power contact level is connected to the first potential level and the second potential level via two switches.
  • the clockwise rotating field can also be maintained with twelve switches.
  • phase position used for single-phase transmission can also be freely selected, and parallel transmission from one phase position to two power contacts can be implemented.
  • the switches are each designed as a mirror contact and have a main contact and a monitoring contact, which are mechanically coupled but are galvanically isolated from one another.
  • the main contact and/or the monitoring contact (each) can be a switch that has an open position and a closed position.
  • the main contact or the monitoring contact is designed as an on or off switch. This means that the main contact or the monitoring contact can be adjusted between an open position and a closed position. Since the main contact is designed as a switch with an open position and a closed position, the main contact cannot weld when opened if it changes from its closed position, in which the charging current flows via the main contact, to a second position that is not an open position corresponds, but to a closed position with another counterpart, for example ground. However, it can also be provided that the main contact and/or the monitoring contact can be switched back and forth between two or more different, closed positions.
  • the main contact and the monitoring contact are galvanically isolated from each other, so that a common (closed) circuit is not formed across the two contacts, i.e. the main contact and the monitoring contact.
  • the two contacts are therefore not used to provide charging functionality in one switching position and sensor functionality or similar in the other switching position. Rather, the main contact and the monitoring contact are assigned to two independent circuits that are galvanically isolated from each other.
  • monitoring can take place during the charging process, but also before a charging process and/or after a charging process, in particular in connection with a self-test. Furthermore, monitoring can take place at cyclical intervals.
  • a warning can be issued, for example a visual warning, an acoustic warning and/or a warning by means of a remote signaling contact. It can also be provided that charging is not possible, i.e. no charging process can be started, if a faulty or incorrect switching position was detected during the check.
  • the system has an input interface that is connected at least to the first potential layer and the second potential layer, in particular to all potential layers, wherein the system has an output interface that is connected to the power contacts.
  • the switching unit is arranged between the input interface and the output interface.
  • the available potential levels are connected to the input interface of the system via the switching unit.
  • the switching unit switches the corresponding power contacts to the corresponding potential levels, which ensures that all power contacts of a corresponding power contact level, i.e. all power contacts of the same type, are connected to a defined potential level.
  • the contacts can also include at least one control contact for detecting contact.
  • the at least one control contact is designed separately from the power contacts and separately from the at least one protective conductor contact.
  • the control contact can be used to determine whether there is contact.
  • the control contact in particular two control contacts, to be used to determine the orientation with which the vehicle contact unit and the ground contact unit have formed the conductive connection, whereby the corresponding power contacts are connected to potential positions via the switching unit.
  • the at least one control contact can also be designed to provide a magnetic contact via which the connection between the vehicle contact unit and the ground contact unit can be maintained.
  • the at least one control contact can be magnetized.
  • the vehicle contact unit and the ground contact unit form the conductive connection in a defined manner, in particular via at least two magnetic contacts, which are provided both on the vehicle contact unit and on the ground contact unit and Collaborate.
  • the at least two magnetic contacts can be provided via two protective conductor contacts, two control contacts or via a protective conductor contact and a control contact.
  • the at least one control contact can be hard-wired.
  • the system comprises a vehicle contact unit which comprises the plurality of contacts, and/or a charging infrastructure with a ground contact unit which has a plate-shaped base body with a loading surface on which the plurality of contacts are arranged and against which the vehicle contact unit can come into contact .
  • the system can be provided both on the vehicle side and on the charging infrastructure side.
  • the power contacts can be connected to the respective potential situation both on the vehicle side and on the charging infrastructure side.
  • it can also be provided that one of the four types of power contacts are arranged in the corners of a common rectangle, in particular on the loading area of the base body.
  • a different type of power contact is provided in the corners of the rectangle.
  • the rectangle can be a square.
  • the at least one control contact can be arranged in the center of the rectangle. It can therefore be provided that instead of the at least one protective conductor contact, the at least one control contact is arranged in the center of the rectangle. This can be the case in particular if the protective conductor contact is designed as a protective conductor level, which is broken through both the power contacts and the at least one control contact.
  • a magnetic contact can be provided in the center of the respective rectangle. This ensures that defined contact points are available for establishing the conductive connection.
  • a centered square pattern can therefore be provided with regard to the power contacts. This is more advantageous than a hexagonal pattern because the number of relays necessary to ensure transmission at each placement position of the vehicle contact unit on the ground contact unit can be reduced.
  • the power contacts assigned to the neutral position are interchangeable with at least one phase position design. This ensures that the position of the power contacts assigned to the neutral position matches both connection positions (“snap positions”).
  • a maximum necessary relative rotation of the vehicle contact unit can be limited to 180°, whereby the vehicle contact unit can be designed to be correspondingly less complex compared to a vehicle contact unit in which a 360° relative rotation is necessary.
  • FIG. 1 shows a schematic overview of a vehicle battery charging system with a system according to the invention
  • FIG. 2 shows a schematic top view of a ground contact unit of an electrical charging infrastructure of a system according to the invention according to an embodiment
  • FIG. 3 shows a schematic top view of a ground contact unit of an electrical charging infrastructure of a system according to the invention according to a further embodiment
  • FIG. 5 shows a schematic representation of the electrical connection of the power contacts of the system according to the invention according to a second embodiment variant of the system according to the invention.
  • FIG. 6 shows a schematic representation of the electrical connection of the power contacts of the system according to the invention according to a third embodiment variant of the system according to the invention.
  • FIG. 1 shows a vehicle battery charging system 10, which shows an electrical charging infrastructure 12 and an at least partially electrically operated vehicle 14.
  • the vehicle 14 has a vehicle contact unit 16, which can establish a conductive connection with a ground contact unit 18 of the electrical charging infrastructure 12 in order to charge a battery of the vehicle 14, not shown here.
  • the electrical charging infrastructure 12 has a monitoring circuit 20 and a shutdown device 22, which is completely in the ground contact unit 18 can be integrated.
  • the monitoring circuit 20 can be arranged partly in the ground contact unit 18 and partly in a monitoring unit 24 which is designed separately from the ground contact unit 18.
  • the monitoring circuit 20 and the shutdown device 22 are both arranged completely in the separately designed monitoring unit 24.
  • the separately designed monitoring unit 24 is therefore optional, which is why it is shown in dashed lines in Figure 1.
  • the monitoring circuit 20 and the shutdown device 22 are shown in dashed lines, since their respective positions can be different depending on the embodiment.
  • the separately designed monitoring unit 24 would be electrically connected to the ground contact unit 18, as indicated in Figure 1.
  • the monitoring circuit 20 and/or the shutdown device 22 are provided on the vehicle side, as will be explained below.
  • both the charging infrastructure 12 and the vehicle contact unit 16 can have a system 25 for establishing a conductive connection, as will be explained below with reference to FIGS. 2 to 6.
  • the corresponding system 25 is provided to form a conductive connection between the vehicle contact unit 16 and the ground contact unit 18.
  • the monitoring circuit 20 and the shutdown device 22, in particular also the separately designed monitoring unit 24, can therefore be part of the corresponding system 25.
  • the ground contact unit 18 is shown in a top view according to an embodiment variant.
  • the ground contact unit has a plate-shaped base body 26 which has a loading surface 28 which is exposed before the conductive connection is established.
  • the loading area 28 is an exposed loading area when contact is made between the ground contact unit 18 and the vehicle contact unit.
  • the loading area can in principle be covered by a cover (not shown here) when not in use, so that the loading area 28 is protected from environmental influences, among other things.
  • the corresponding cover can be removed manually or automatically, making the loading area 28 freely accessible.
  • contacts 30 are provided on the loading surface 28, which are different types of contacts.
  • the contacts 30 include, among other things, several power contacts 32, which are used to charge the battery of the vehicle 14.
  • the corresponding power contacts 32 are basically assigned to at least one potential layer 34, as will be explained below.
  • the ground contact unit 18 is designed as a three-phase ground contact unit 18, which means that the individual power contacts 32 can be assigned to four different potential positions 34, namely the neutral position N and the phase positions L1, L2 and L3.
  • the neutral position N is also referred to as the neutral conductor. These are therefore the corresponding potential levels N, P1, P2 and P3.
  • the power contacts 32 are therefore divided into power contact levels P1, P2, P3, P4 or assigned to the power contact levels, which are also referred to as “pin layers”.
  • first power contacts 32-1 which are assigned to the first power contact level P1
  • second power contacts 32-2 which are assigned to the second power contact level P2
  • third power contacts 32-3 which are assigned to the third power contact level P3 are
  • fourth power contacts 32-4 which are assigned to the fourth power contact level P4.
  • the first power contact 32-1 is provided in an upper right corner of the rectangle, whereas the second power contact 32-2 is provided in the lower right corner of the rectangle.
  • the third power contact 32-3 is provided in a lower left corner of the rectangle, whereas the fourth power contact 32-4 is provided in an upper left corner of the rectangle.
  • the four types of power contacts 32 together form the rectangle in the corresponding plane.
  • the contacts 30 also include at least one protective conductor contact 36, i.e. a PE contact.
  • a protective conductor contact 36 i.e. a PE contact.
  • several protective conductor contacts 36 are provided, which are arranged separately and insulated from the power contacts 32 on the loading surface 28.
  • the protective conductor contacts 36 are each arranged in the center of the rectangles.
  • the rectangles are in particular designed as squares, so that the protective conductor contact 36 arranged in the center is at the same distance from each of the power contacts 32.
  • a centered square pattern is provided in FIG. 2 with regard to the power contacts 32 and the protective conductor contacts 36.
  • the ground contact unit 18 can have a continuous protective conductor level 38, which therefore essentially corresponds to the area of the base body 26 or the base area of the loading area 28, as shown in Figure 3.
  • the individual power contacts 32 then break through the corresponding protective conductor level 38, with the power contacts 32 each being isolated Protective conductor level 38 are arranged, for example by annular insulating sections 39, which isolate the power contacts 32 from the protective conductor level 38.
  • the contacts 30 can in principle include at least one control contact 40, which is used to carry out a contact check, i.e. to determine whether the vehicle contact unit 16 contacts the ground contact unit 18.
  • control contacts 40 are provided.
  • control contacts 40 and/or the protective conductor contacts 36 can be designed as magnetic contacts 41, i.e. they can be magnetized. This makes it possible for the conductive connection produced to only take place in a defined manner, namely in such a way that at least one magnetic contact 41 of the vehicle contact unit 16 couples to a magnetic contact 41 of the ground contact unit 18.
  • the magnetic contacts 41 are each arranged centrally in an assigned rectangle, in particular a square, in the corners of which a type of power contact 32 is provided, i.e. a first power contact 32-1, a second power contact 32- 2, a third power contact 32-3 and a fourth power contact 32-4. Consequently, either a protective conductor contact 36 or a control contact 40 can be provided in the center of the respective rectangle.
  • the contacts 30 are basically distributed on the loading area 28 and arranged relative to one another in such a way that at least two control contacts 40 lie in a contacting area A of the loading area 28, which is covered by the vehicle contact unit 16 when the conductive connection is established.
  • the orientation in which the ground contact unit 18 was contacted can then be determined via the two control contacts 40 in the contacting area A.
  • the corresponding power contacts 32 can then be switched in order to assign a specific potential level 34 to the different power contact levels P1 to P4.
  • FIG 4 shows how the power contacts 32 are connected using the example of an embodiment variant. This basically applies to the connection of the power contacts 32 of the vehicle contact unit 16 as well as to the connection of the power contacts 32 of the ground contact unit 18.
  • the individual power contacts 32 can each be connected to a corresponding power contact level P1 to P4 via contact switches 42, so that the individual power contacts 32 can be switched on or off via the contact switches 42. This makes it possible for only the power contacts 32 of a corresponding potential position 34 that are in the contact area A to be switched on, so that exposed power contacts 32 are potential-free.
  • the respective contact switches 42 are designed as mirror contacts, so that the contact switches 42 have a main contact 44 and a monitoring contact 46. Due to the design as a mirror contact, it is ensured that the main contact 44, which functions as a relay, is mechanically coupled to the monitoring contact 46, so that the respective switching positions of the main contact 44 and the monitoring contact 46 are mutually dependent or dependent on one another. However, the main contact 44 and the monitoring contact 46 are galvanically isolated from one another, so that both contacts 44, 46 are not assigned to a common circuit. Rather, both contacts 44, 46 are assigned to different circuits that are independent of one another and are also galvanically isolated from one another.
  • the contact switch 42 there is no switching position of the contact switch 42 in which a closed circuit is formed in which both the main contact 44 and the monitoring contact 46 are integrated, so that a current could flow via both contacts 44, 46 of the contact switch 42.
  • the main contact 44 is, as shown in Figure 4, designed as a normally open contact, i.e. a NO contact, whereas the monitoring contact 46 is designed as a normally closed contact, i.e. an NC contact.
  • the corresponding contact protection can be monitored by the monitoring circuit 20 monitoring, among other things, the respective switching position of the monitoring contacts 46 of the corresponding contact switches 42.
  • the monitoring takes place at least with the contact switches 42, which are assigned to power contacts 32, which are not contacted when there is a conductive connection between the ground contact unit 18 and the vehicle contact unit 16, i.e. with power contacts 32, which are not part of the subset of the several contacts 30 of the ground contact unit 18 belong who have been contacted.
  • the monitoring circuit 20 controls the shutdown device 22 if the monitoring circuit 20 determines that there is an incorrect switching position in one of the monitoring contacts 46, which has the result that one of the main contacts 44 also has an incorrect switching position, since the monitoring contacts 46 and the main contacts 44 are mechanically coupled to each other.
  • the incorrect switching position corresponds to an open switching position of the monitoring contact 46, which is accompanied by a closed switching position of the assigned main contact 44, which would mean that a freely accessible power contact 32 would be assigned to a potential position 34, although this is not desired since the corresponding power contact 32 is exposed.
  • the shutdown device 22 changes its state due to the control by the monitoring circuit 20, which can be accompanied by a complete shutdown or a complete separation. With others In other words, the shutdown device 22 can be designed in such a way that all power contacts 32 are electrically isolated, as a result of which all power contacts 32 would be switched potential-free.
  • the shutdown device 22 can include a main switch 51a or a contactor, which carries out the corresponding galvanic isolation.
  • the shutdown device 22 can include an electronic power control 51 b, which is intended to correspondingly reduce the voltage assigned to the potential level 34, so that the applied voltage is limited to a non-critical value, thereby ensuring contact protection.
  • the respective power contact 32 which is coupled to the incorrectly closed main contact 44 of the contact switch 42, has such a low voltage that there is no danger.
  • system 25 includes an input interface 52, which is assigned to the connection 35 and the potential layers 34.
  • system 25 includes an output interface 54 which is connected to the power contacts 32, in particular the power contact levels P1 to P4.
  • the system 25 also includes a switching unit 56, which is provided between the input interface 52 and the output interface 54.
  • the switching unit 56 has a plurality of switches 58, which are basically set up to selectively switch the power contacts 32 belonging to a power contact level P1 to P4 together between a first potential position 34 and a second potential position 34, for example between the neutral position N and the first phase L1.
  • the switching unit 56 ensures, for example, that at least the first power contacts 32-1, i.e. the power contacts 32 that are assigned to the first power contact level P1, are either connected to the first potential position 34 (neutral position N) or to the second potential position 34 (first phase position L1). are connectable.
  • the system 25 is designed such that all power contact levels P1 to P4, i.e. the respective Power contacts 32 can be connected in groups, optionally to each of the existing potential layers 34, so that maximum flexibility is guaranteed.
  • power contacts 32 i.e. a first power contact 32-1, a second power contact 32-2, a third power contact 32-3 and a fourth power contact 32-4.
  • power contacts 32 are shown, which are assigned to the first power contact level P1, the second power contact level P2, the third power contact level P3 and the fourth power contact level P4 or are connected to them via the corresponding contact switches 42.
  • the switches 58 - like the contact switches 42 - can also be designed as mirror contacts, so that the switches 58 have a main contact 60 and a monitoring contact 62.
  • the at least one protective conductor contact 36 is hard-wired, which means that the at least one protective conductor contact 36 or the protective conductor level 38 is fixed, i.e. cannot be connected to one of the potential layers 34.
  • control contacts 40 which are also hard-wired.
  • the power contacts 32 of the third power contact level P3 and those of the fourth power contact level P4, i.e. the third power contacts 32-3 and the fourth power contacts 32-4, are hard-wired. Only the power contacts 32 of the first power contact level P1 and those of the second power contact level P2, i.e. the first power contacts 32-1 and the second power contacts 32-2, can be switched back and forth between two potential layers 34 via the switching unit 56. In the present case it is the neutral position N and the first phase position L1.
  • the switching unit 56 comprises four switches 58, with two switches 58 being assigned to the first power contact level P1 and two further switches 58 to the second power contact level P2.
  • the first power contact level P1 and the second power contact level P2 are each assigned via a switch 58 to the first potential position 34, which in the present case is formed by the neutral position N, and via a switch 58 to the second potential position 34, which in the present case is formed by the first phase position L1 .
  • the switching unit 56 is designed in such a way that the individual switches 58 are controlled in such a way that each of the power contact levels P1 to P4 is assigned to exactly one potential level 34. In this respect, it is avoided, among other things, that the first power contact level P1 and the second power contact level P2 are both connected to a common potential layer 34.
  • FIG. 6 shows a further embodiment variant in which the switching unit 56 comprises a total of ten switches 58.
  • the first power contacts 32-1 i.e. the power contacts 32 of the first power contact level P1 can be connected to each of the four potential layers 34 via the switching unit 56, since four switches 58 are assigned to the first power contact level P1, each of which is assigned to one of the four potential layers 34 , i.e. the neutral position N and the three phase algae L1, L2 and L3.
  • the switching unit 56 therefore provides for the different power contacts 32, i.e. the respective types of power contacts 32, to be switched in groups.
  • all power contacts 32 which belong to a power contact level P1 - P4, are connected together to a specific potential position 34 via the switching unit 56, so that the corresponding power contacts 32 are connected to the selected potential position 34, for example all first power contacts 32-1, all second ones Power contacts 32-2, all third power contacts 32-3 or all fourth power contacts 32-4.

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Abstract

Ein System (25) zum Herstellen einer konduktiven Verbindung weist mehrere Kontakte auf, die zumindest einen Schutzleiter-Kontakt sowie Leistungskontakte (32) umfassen. Der zumindest eine Schutzleiter-Kontakt ist fest verdrahtet. Die Leistungskontakte (32) sind wenigstens zwei verschiedenen Potenziallagen (34) zugeordnet, die eine erste Potenziallage (34) und eine zweite Potenziallage (34) umfassen. Eine Schalteinheit (56) ist vorgesehen, die zumindest ersten Leistungskontakte (32-1) der Leistungskontakte (32) zugeordnet ist. Die Schalteinheit (56) ist eingerichtet, zumindest die ersten Leistungskontakte (32-1) wahlweise mit der ersten Potenziallage (34) oder der zweiten Potenzllage (34) zu verbinden.

Description

System zum Herstellen einer konduktiven Verbindung
Die Erfindung betrifft ein System zum Herstellen einer konduktiven Verbindung, insbesondere zwischen einer Fahrzeugkontakteinheit und einer Bodenkontakteinheit.
Bei zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Fahrzeugen, beispielsweise Plug-in-Hybrid-Fahrzeugen und reinen Elektrofahrzeugen, müssen die Batterien der Fahrzeuge regelmäßig aufgeladen werden, bevorzugt nach jeder Fahrt. Hierzu wird das Fahrzeug mit einer entsprechenden Stromquelle verbunden, wobei üblicherweise ein Stecker verwendet wird, beispielsweise ein sogenannter Typ-2- Stecker, der von einer Person manuell in eine entsprechende Buchse am Fahrzeug eingesteckt werden muss. Hierdurch ist gleichzeitig sichergestellt, dass der Stecker geführt ist, sodass die Kontaktierung in einer definierten Weise erfolgt.
Aus dem Stand der Technik, beispielsweise der WO 2019/052962 A1 , sind zudem Bodenkontakteinheiten für Fahrzeugbatterieladesysteme bekannt, die am Boden vorgesehen sind. Die Bodenkontakteinheiten können mit einer entsprechenden Fahrzeugkontakteinheit, die am zu ladenden Fahrzeug vorgesehen ist, automatisch eine konduktive Verbindung herstellen, um das Fahrzeug zu laden. Die Fahrzeugkontakteinheit kann dabei am Unterboden des Fahrzeugs vorgesehen sein, wobei sie sich nach unten bewegt, um die elektrische Kontaktierung mit der Bodenkontakteinheit herzustellen.
Beispielsweise ist die Bodenkontakteinheit als ein sogenanntes Matrix- Charging-Pad ausgebildet, wie dies in der WO 2019/052962 A1 gezeigt ist. Die Bodenkontakteinheit umfasst hierzu eine Vielzahl von Kontakten, die matrixartig angeordnet sind, wobei die Kontakte mittels der Fahrzeugkontakteinheit kontaktiert werden können, um eine elektrische Verbindung zwischen der Bodenkontakteinheit und der Fahrzeugkontakteinheit herzustellen.
Es kann vorgesehen sein, dass die Fahrzeugkontakteinheit in Bezug auf die Bodenkontakteinheit zielgenau ausgerichtet wird, bevor ein Konnektor der Fahrzeugkontakteinheit die Bodenkontakteinheit an einer definierten Stelle kontaktiert. Alternativ kann vorgesehen sein, dass keine Führung für die Fahrzeugkontakteinheit und/oder keine zielgenaue Kontaktierung vorgesehen ist, wobei dann ein Aufsetzpunkt des Konnektors der Fahrzeugkontakteinheit auf der Bodenkontakteinheit detektiert werden muss. Je nach Aufsetzpunkt werden die entsprechend belegten Kontakte der Bodenkontakteinheit zugeschaltet, um die elektrische Verbindung über diese Kontakte herzustellen.
Typischerweise erfolgt das Zuschalten der belegten Kontakte mittels separater Relais, die jedem Kontakt der Bodenkontakteinheit zugeordnet sind. Hierdurch ergibt sich ein sogenanntes Matrixrelais, welches die sicherheitsrelevanten Anforderungen bezüglich der Isolationsstrecke unter anderem sicherstellt. Dies ist jedoch mit hohen Kosten verbunden, da jeder Kontakt über ein eigenes Relais verfügt.
Insofern sind die aus dem Stand der Technik bekannten Systeme zur Herstellung einer konduktiven Verbindung komplex bzw. mit hohen Kosten verbunden.
Die Aufgabe ist es, ein System zum Herstellen einer konduktiven Verbindung bereitzustellen, mit dem die konduktive Verbindung einfach und kostengünstig hergestellt werden kann.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein System zum Herstellen einer konduktiven Verbindung, insbesondere zwischen einer Fahrzeugkontakteinheit und einer Bodenkontakteinheit. Das System weist mehrere Kontakte auf, die zumindest einen Schutzleiter-Kontakt sowie Leistungskontakte umfassen, wobei der zumindest eine Schutzleiter-Kontakt fest verdrahtet ist. Die Leistungskontakte sind wenigstens zwei verschiedenen Potenziallagen zugeordnet, die eine erste Potenziallage und eine zweite Potenziallage umfassen. Zudem ist eine Schalteinheit vorgesehen, die zumindest ersten Leistungskontakten der Leistungskontakte zugeordnet ist, wobei die Schalteinheit eingerichtet ist, zumindest die ersten Leistungskontakte wahlweise mit der ersten Potenziallage oder der zweiten Potenziallage zu verbinden.
Der Grundgedanke der Erfindung ist es, mehrere Leistungskontakte, nämlich die ersten Leistungskontakte, gemeinsam einer bestimmten Potenziallage zuzuordnen, indem die Schalteinheit die entsprechenden Leistungskontakte, also die ersten Leistungskontakte, entweder mit der ersten Potenziallage oder der zweiten Potenziallage verbindet. Mit anderen Worten stellt die Schalteinheit je nach ihrer Schaltstellung sicher, dass die ersten Leistungskontakte entweder mit der ersten Potenziallage oder der zweiten Potenziallage verbunden sind. In Abhängigkeit der Schaltstellung der Schalteinheit werden demnach alle ersten Leistungskontakte entweder mit der ersten Potenziallage oder der zweiten Potenziallage verbunden. Alle ersten Leistungskontakte sind einer ersten Leistungskontaktebene zugeordnet.
Grundsätzlich handelt es sich bei den Leistungskontakten um die Kontakte, über die ein Ladestrom geführt wird, wenn ein Kraftfahrzeug, insbesondere dessen Batteriespeicher, geladen wird.
Zusätzlich umfassen die Kontakte zumindest einen Schutzleiter-Kontakt, der im Gegensatz zu den ersten Leistungskontakten fest verdrahtet ist. Mit anderen Worten liegt eine fixe Verschaltung des zumindest einen Schutzleiter-Kontakts vor, sodass dieser nicht mit der Schalteinheit verbunden bzw. dieser zugeordnet ist. Insofern ist es auch nicht möglich, dass der Schutzleiter-Kontakt beispielsweise mit einer Potenziallage verbunden werden kann, wie dies beispielsweise im Stand der Technik der Fall ist, wenn alle Kontakte mit der Schalteinheit verbunden ist.
Die Position des zumindest eines Schutzleiter-Kontakts ist demnach festgelegt, also unveränderbar. Im Gegensatz hierzu sind die Positionen der Kontakte, die der ersten Potenziallage oder der zweiten Potenziallage zugeordnet sind, veränderbar, da zumindest die ersten Leistungskontakte wahlweise mit der ersten Potenziallage oder der zweiten Potenziallage verbunden sein können.
Insbesondere weisen die Kontakte auch zweite Leistungskontakte auf, die ebenfalls über die Schalteinheit wahlweise mit der ersten Potenziallage oder der zweiten Potenziallage verbindbar sind. Alle zweiten Leistungskontakte sind einer zweiten Leistungskontaktebene zugeordnet.
Insbesondere ist die Schalteinheit demnach zumindest auch den zweiten Leistungskontakten zugeordnet, wobei die Schalteinheit eingerichtet ist, die zweiten Leistungskontakte wahlweise mit der ersten Potenziallage oder der zweiten Potenziallage zu verbinden. Grundsätzlich kann dabei vorgesehen sein, dass die Schalteinheit eine erste Schaltstellung aufweist, in der die ersten Leistungskontakte mit der ersten Potenziallage und die zweiten Leistungskontakte mit der zweiten Potenziallage verbunden sind. Zudem weist die Schalteinheit eine zweite Schaltstellung auf, in der die ersten Leistungskontakte mit der zweiten Potenziallage und die zweiten Leistungskontakte mit der ersten Potenziallage verbunden sind. Insofern können die ersten Leistungskontakte und die zweiten Leistungskontakte wahlweise mit den beiden Potenziallagen verbunden sein, also der ersten Potenziallage und der zweiten Potenziallage. Dabei ist sichergestellt, dass die ersten Leistungskontakte und die zweiten Leistungskontakte nie mit derselben Potenziallage verbunden sind.
Bei den beiden Potenziallagen kann es sich um zwei Potenziallagen einer Gleichstrom- oder eine Wechselstromanwendung handeln, also beispielsweise einem Pluspol und einem Minuspol im Fall einer Gleichstromanwendung bzw. einer Neutrallage (N) und einer Phasenlage (L1, L2 oder L3) bzw. zwei Phasenlagen im Fall einer Wechselstromanwendung. Beispielsweise ist die erste Potenziallage die Neutrallage (N).
Aufgrund des fest verdrahteten Schutzleiter-Kontakts und der ersten Leistungskontakte, die wahlweise mit der ersten Potenziallage oder der zweiten Potenziallage verbunden sind, kann die Anzahl der verwendeten Relais reduziert werden.
Ferner kann der zumindest eine Schutzleiter-Kontakt ausgebildet sein, einen magnetischen Kontakt bereitzustellen, über den die Verbindung zwischen der Fahrzeugkontakteinheit und der Bodenkontakteinheit gehalten werden kann. Anders ausgedrückt ist der zumindest eine Schutzleiter-Kontakt magnetisierbar.
Die Schalteinheit kann mehrere Schalter umfassen, beispielsweise zwei Schalter, die sicherstellen, dass die ersten Leistungskontakte mit der ersten Potenziallage oder der zweiten Potenziallage verbunden sind.
Das System kann eine Steuerung aufweisen, die eingerichtet ist, die Schalteinheit anzusteuern, insbesondere die jeweilige Schaltstellung der Schalteinheit. Insbesondere steuert die Steuerung die mehreren Schalter an, beispielsweise gemeinsam und/oder gleichzeitig. Ein Aspekt sieht vor, dass mehrere Leistungskontakte jeweils einer Leistungskontaktebene zugeordnet sind. Die Schalteinheit ist eingerichtet, sämtliche Leistungskontakte der zugeordneten Leistungskontaktebene wahlweise mit der ersten Potenziallage oder der zweiten Potenziallage zu verbinden. Insofern werden über die Schalteinheit die Leistungskontakte gruppenweise geschaltet, da sämtliche Leistungskontakte einer entsprechenden Leistungskontaktebene gemeinsam mit der ersten Potenziallage oder der zweiten Potenziallage verbunden bzw. zugeschaltet werden.
Insbesondere sind alle Leistungskontakte vier Leistungskontaktebenen zugeordnet, die mit einer Neutrallage sowie drei Phasenlagen verbindbar sind. Insofern kann es sich um einen Drehstromanschluss handeln, der über eine Neutrallage N sowie drei Phasenlagen L1 , L2, L3 verfügt. Sofern lediglich zwei Leistungskontaktebenen vorgesehen sind, kann es sich dagegen um eine Gleichstromanwendung handeln, also eine DC-Anwendung.
Beispielsweise sind die Leistungskontakte jeweils über einen Kontaktschalter mit der zugeordneten Leistungskontaktebene verbunden. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass lediglich diejenigen Leistungskontakte der entsprechenden Potenziallage zugeschaltet sind, die für den Ladevorgang genutzt werden. Mit anderen Worten ist es über die entsprechenden Kontaktschalter möglich, die einzelnen Leistungskontakte potentialfrei zu schalten, wenn diese im Falle einer konduktiven Verbindung beispielsweise nicht in Kontakt mit anderen Leistungskontakten stehen, also Leistungskontakten der andere anderen Kontakteinheit.
Insbesondere sind die Kontaktschalter jeweils als Spiegelkontakt ausgebildet, wobei die Kontaktschalter einen Hauptkontakt sowie einen Überwachungskontakt aufweisen, die mechanisch gekoppelt sind, aber voneinander galvanisch getrennt sind. Es kann sich bei dem Hauptkontakt und/oder dem Überwachungskontakt des Kontaktschalters um einen Schalter handeln, der eine geöffnete Stellung und eine geschlossene Stellung hat. Insofern ist der Hauptkontakt bzw. der Überwachungskontakt als ein Ein- bzw. Ausschalter ausgebildet. Dies bedeutet, dass der Hauptkontakt bzw. der Überwachungskontakt zwischen einer geöffneten Stellung und einer geschlossenen Stellung verstellbar ist. Da der Hauptkontakt als Schalter mit einer geöffneten Stellung und einer geschlossenen Stellung ausgebildet ist, kann der Hauptkontakt beim Öffnen nicht verschweißen, wenn er aus seiner geschlossenen Stellung, in der der Ladestrom über den Hauptkontakt fließt, in eine zweite Stellung übergeht, die keiner geöffneten Stellung entspricht, sondern einer geschlossenen Stellung mit einem anderen Gegenpart, beispielsweise Masse. Beim Öffnen kann ein Lichtbogen erzeugt werden, der dann dafür sorgen würde, dass der Hauptkontakt in der zweiten (geschlossenen) Stellung verschweißt, sodass der Hauptkontakt und somit der gesamte Kontaktschalter nicht mehr verstellt werden könnte. Dies wird wirkungsvoll verhindert, wenn zumindest der Hauptkontakt als Schalter ausgebildet ist, der eine geöffnete Stellung und eine geschlossene Stellung aufweist.
Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass der Hauptkontakt und/oder der Überwachungskontakt zwischen zwei oder mehr unterschiedlichen, geschlossenen Stellungen hin- und herschaltbar ist.
In jedem Fall sind der Hauptkontakt und der Überwachungskontakt aber voneinander galvanisch getrennt, sodass über die beiden Kontakte, also den Hauptkontakt und den Überwachungskontakt, nicht ein gemeinsamer (geschlossener) Stromkreis ausgebildet ist. Die beiden Kontakte werden also nicht dazu verwendet, in einer Schaltstellung des Kontaktschalters eine Ladefunktionalität und in der anderen Schaltstellung des Kontaktschalters eine Sensorfunktionalität oder ähnliches bereitzustellen. Vielmehr sind der Hauptkontakt und der Überwachungskontakt zwei voneinander unabhängigen Stromkreisen zugeordnet, die voneinander galvanisch getrennt sind.
Die Überwachung kann grundsätzlich während des Ladevorgangs erfolgen, aber auch vor einem Ladevorgang und/oder nach einem Ladevorgang, insbesondere im Zusammenhang mit einem Selbsttest. Ferner kann die Überwachung in zyklischen Abständen erfolgen.
Sofern eine fehlerhafte bzw. falsche Schaltstellung detektiert wird, kann eine Warnung ausgegeben werden, beispielsweise eine optische Warnung, eine akustische Warnung und/oder eine Warnung mittels eines Fernmeldekontakts. Ebenso kann vorgesehen sein, dass ein Laden nicht möglich ist, also kein Ladevorgang gestartet werden kann, sofern bei der Überprüfung eine fehlerhafte bzw. falsche Schaltstellung detektiert wurde. Ein weiterer Aspekt sieht vor, dass die Leistungskontakte neben den ersten Leistungskontakten zusätzlich zweite Leistungskontakte, dritte Leistungskontakte und vierte Leistungskontakte umfasst. Die vier Arten der Leistungskontakte sind einer Neutrallage sowie drei Phasenlagen zugeordnet. Insbesondere sind jeder der vier Arten der Leistungskontakte einer korrespondierenden Leistungskontaktebene der vier Leistungskontaktebenen zugeordnet. Im Fall von vier verschiedenen Leistungskontaktebenen umfassen die Leistungskontakte demnach erste Leistungskontakte, zweite Leistungskontakte, dritte Leistungskontakte sowie vierte Leistungskontakte, welche jeweils einer entsprechenden Leistungskontaktebene zugeordnet sind, sodass die unterschiedlichen Leistungskontakte wahlweise mit der Neutrallage oder einer der drei Phasenlagen verbindbar sein kann. Das entsprechende System ist demnach ausgebildet, mit einem Drehstromanschluss verwendet zu werden, sodass die konduktive Verbindung zum Laden des Kraftfahrzeugs, insbesondere dessen Batteriespeichers, über einen Drehstrom erfolgen kann.
Die vier unterschiedlichen Leistungskontaktebenen weisen jeweils mehrere Leistungskontakte auf, die jeweils gemeinsam, also sämtliche Leistungskontakte einer zugeordneten Leistungskontaktebene, über die zugeordnete Schalteinheit einer unterschiedlichen Potenziallage zugeschaltet werden können. Dies bedeutet, dass beispielsweise die erste Leistungskontaktebene, also die ersten Leistungskontakte, wahlweise der ersten Potenziallage oder der zweiten Potenziallage verbunden werden können. Dies hat beispielsweise zur Folge, dass zumindest die zweiten Leistungskontakte, also sämtliche Leistungskontakte der zweiten Leistungskontaktebene, mit der entsprechend anderen Potenziallage verbunden werden, sodass die vier Leistungskontaktebenen, also die jeweiligen Leistungskontakte dieser Leistungskontaktebenen, mit jeweils unterschiedlichen Potenziallagen verbunden sind.
Grundsätzlich kann vorgesehen sein, dass sämtliche Leistungskontaktebenen über die Schalteinheit mit sämtlichen zur Verfügung stehenden Potenziallagen verbunden werden können, wodurch eine maximale Flexibilität gewährleistet ist.
In einer einfachen Ausbildung des Systems kann vorgesehen sein, dass die Schalteinheit jeweils nur zwei Leistungskontaktebenen, also zwei Arten von Leistungskontakten, zugeordnet ist, um die ersten Leistungskontakte sowie die zweiten Leistungskontakte jeweils wahlweise zwischen der ersten Potenziallage und der zweiten Potenziallage hin- und herschalten zu können. Dies bedeutet, dass die Schalteinheit eingerichtet ist, die ersten Leistungskontakte entweder mit der ersten Potenziallage oder der zweiten Potenziallage zu verbinden, wobei gleichzeitig die zweiten Leistungskontakte mit der entsprechenden anderen Potenziallage verbunden werden. Hierdurch ist sichergestellt, dass die ersten Leistungskontakte und die zweiten Leistungskontakte immer mit unterschiedlichen Potenziallagen verbunden sind.
Die dritten Leistungskontakte und die vierten Leistungskontakte können fest verdrahtet sein. Alternativ kann vorgesehen sein, dass die Schalteinheit auch den dritten Leistungskontakten und den vierten Leistungskontakten zugeordnet ist. In der einfachen Ausführungsform können, wie bereits erläutert, lediglich die ersten und die zweiten Leistungskontakte über die Schalteinheit zwischen unterschiedlichen Potenziallagen hin- und hergeschaltet werden. Im Gegensatz dazu sind die dritten und vierten Leistungskontakte, also sämtliche Leistungskontakte der dritten und der vierten Leistungskontaktebene, fest verdrahtet, wie dies für den zumindest ein Schutzleiter-Kontakt ebenfalls der Fall ist.
In einer flexibleren Ausgestaltung des Systems ist es dagegen möglich, dass auch die dritten Leistungskontakte und die vierten Leistungskontakte jeweils unterschiedlichen Potenziallagen zugeschaltet werden können, wodurch es grundsätzlich möglich ist, dass sämtliche Arten der Leistungskontakte mit unterschiedlichen Potenziallagen verbunden werden können.
Es kann vorgesehen sein, dass jeweils ein Leistungskontakt der vier Arten der Leistungskontakte in einem Rechteck angeordnet ist. Dies bedeutet, dass die vier Arten der Leistungskontakte gemeinsam ein Rechteck in einer Ebene ausbilden, wobei die jeweiligen Ecken des Rechtecks von den unterschiedlichen Arten der Leistungskontakte belegt sind. Beispielsweise ist ein erster Leistungskontakt in einer oberen rechten Ecke des Rechtecks vorgesehen, wohingegen der zweite Leistungskontakt im unteren rechten Eck des Rechtecks vorgesehen ist. Der dritte Leistungskontakt kann in einem unteren linken Eck des Rechtecks vorgesehen sein, wohingegen der vierte Leistungskontakt in einem oberen linken Eck des Rechtecks vorgesehen ist. Insofern bilden die vier Arten der Leistungskontakte gemeinsam ein Rechteck in der entsprechenden Ebene aus, die auch als Ladungsebene bzw. Ladungsfläche bezeichnet werden kann.
Insbesondere ist der wenigstens eine Schutzleiter-Kontakt im Zentrum des Rechtecks angeordnet. Demnach weist der Schutzleiter- Kontakt einen gleichen Abstand zu den jeweiligen unterschiedlichen Arten der Leistungskontakte auf, die um ihn herum angeordnet sind.
Bei dem Rechteck, welches von den vier Arten der Leistungskontakte gebildet ist, kann es sich um ein Quadrat handeln.
Grundsätzlich können mehrere Schutzleiter-Kontakte vorgesehen sein. Insbesondere sind die Schutzleiter-Kontakte jeweils im Zentrum von einem Rechteck angeordnet, deren jeweiligen Ecken durch die vier Arten der Leistungskontakte gebildet sind.
Die Kontakte können derart angeordnet sein, dass mehrere Rechtecke ausgebildet sind, deren jeweiligen Ecken durch die vier Arten der Leistungskontakte gebildet sind.
Es kann auch vorgesehen sein, dass der zumindest eine Schutzleiter-Kontakt durch eine durchgehende Fläche ausgebildet ist, die eine Schutzleiter-Ebene bereitstellt, die durch die Leistungskontakte durchbrochen ist. Die entsprechende Schutzleiter-Ebene wird auch als PE-Ebene („PE-plane“) bezeichnet. Mit anderen Worten kann eine Anschlussfläche, beispielsweise eine Ladefläche der Bodenkontakteinheit, größtenteils durch den Schutzleiter-Kontakt ausgebildet sein, wobei in der vom Schutzleiter-Kontakt gebildeten Ebene die entsprechenden Leistungskontakte angeordnet sind, insbesondere mit einem ringförmigen Isolierbereich, um die Leistungskontakte gegenüber dem Schutzleiter-Kontakt, also der entsprechenden Schutzleiter-Ebene, elektrisch zu isolieren.
Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Schalteinheit aus vier Schaltern, zehn Schaltern oder sechzehn Schaltern besteht. Die Anzahl der jeweiligen Schalter hängt dabei davon ab, wie flexibel das entsprechende System ausgebildet ist bzw. wie viele Leistungskontaktebenen flexibel unterschiedlichen Potenziallagen zugeschaltet werden können. In einer einfachen Ausbildung, bei der lediglich die ersten Leistungskontakte sowie die zweiten Leistungskontakte flexibel unterschiedlichen Potenziallagen zugeschaltet werden können, ist es ausreichend, wenn vier Schalter vorgesehen sind, da zwischen einer Leistungskontaktebene und zwei Potenziallagen jeweils ein Schalter vorgesehen ist, sodass zwei Leistungskontaktebenen jeweils über zwei Schalter mit zwei Potenziallagen verbunden sind. Mit anderen Worten ist die erste Leistungskontaktebene über zwei Schalter mit der ersten Potenziallage und der zweiten Potenziallage verbunden sowie die zweite Leistungskontaktebene über zwei Schalter mit der ersten Potenziallage und der zweiten Potenziallage.
Mit vier Schaltern lässt sich beispielsweise die Neutrallage mit einer Phasenlage umschalten oder zwei Phasenlagen untereinander oder der Plus-Pol mit dem Minus-Pol umschalten.
Mit zehn Schalter lässt sich beispielsweise die Neutrallage auf jede beliebige Phasenlage umschalten. Der Drehsinn würde nicht erhalten bleiben.
Mit zwölf Schalter lässt sich zusätzlich das Rechtsdrehfeld erhalten.
Mit 16 Schalter lässt sich zusätzlich die genutzte Phasenlage für eine einphasige Übertragung frei wählen, und wahlweise eine parallele Übertragung von einer Phasenlage auf zwei Leistungskontakten realisieren.
Insbesondere sind die Schalter jeweils als Spiegel kontakt ausgebildet und weisen einen Hauptkontakt sowie einen Überwachungskontakt auf, die mechanisch gekoppelt sind, aber voneinander galvanisch getrennt sind. Es kann sich bei dem Hauptkontakt und/oder dem Überwachungskontakt (jeweils) um einen Schalter handeln, der eine geöffnete Stellung und eine geschlossene Stellung hat. Insofern ist der Hauptkontakt bzw. der Überwachungskontakt als ein Ein- bzw. Ausschalter ausgebildet. Dies bedeutet, dass der Hauptkontakt bzw. der Überwachungskontakt zwischen einer geöffneten Stellung und einer geschlossenen Stellung verstellbar ist. Da der Hauptkontakt als Schalter mit einer geöffneten Stellung und einer geschlossenen Stellung ausgebildet ist, kann der Hauptkontakt beim Öffnen nicht verschweißen, wenn er aus seiner geschlossenen Stellung, in der der Ladestrom über den Hauptkontakt fließt, in eine zweite Stellung übergeht, die keiner geöffneten Stellung entspricht, sondern einer geschlossenen Stellung mit einem anderen Gegenpart, beispielsweise Masse. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass der Hauptkontakt und/oder der Überwachungskontakt zwischen zwei oder mehr unterschiedlichen, geschlossenen Stellungen hin- und herschaltbar ist.
In jedem Fall sind der Hauptkontakt und der Überwachungskontakt aber voneinander galvanisch getrennt, sodass über die beiden Kontakte, also den Hauptkontakt und den Überwachungskontakt, nicht ein gemeinsamer (geschlossener) Stromkreis ausgebildet ist. Die beiden Kontakte werden also nicht dazu verwendet, in einer Schaltstellung eine Ladefunktionalität und in der anderen Schaltstellung eine Sensorfunktionalität oder ähnliches bereitzustellen. Vielmehr sind der Hauptkontakt und der Überwachungskontakt zwei voneinander unabhängigen Stromkreisen zugeordnet, die voneinander galvanisch getrennt sind.
Die Überwachung kann grundsätzlich während des Ladevorgangs erfolgen, aber auch vor einem Ladevorgang und/oder nach einem Ladevorgang, insbesondere im Zusammenhang mit einem Selbsttest. Ferner kann die Überwachung in zyklischen Abständen erfolgen.
Sofern eine fehlerhafte bzw. falsche Schaltstellung detektiert wird, kann eine Warnung ausgegeben werden, beispielsweise eine optische Warnung, eine akustische Warnung und/oder eine Warnung mittels eines Fernmeldekontakts. Ebenso kann vorgesehen sein, dass ein Laden nicht möglich ist, also kein Ladevorgang gestartet werden kann, sofern bei der Überprüfung eine fehlerhafte bzw. falsche Schaltstellung detektiert wurde.
Ein weiterer Aspekt sieht vor, dass das System eine Eingangsschnittstelle aufweist, die zumindest mit der ersten Potenziallage und der zweiten Potenziallage verbunden ist, insbesondere mit allen Potenziallagen, wobei das System eine Ausgangsschnittstelle aufweist, die mit den Leistungskontakten verbunden ist. Die Schalteinheit ist zwischen der Eingangsschnittstelle und der Ausgangsschnittstelle angeordnet. Insofern werden die zur Verfügung stehenden Potenziallagen über die Schalteinheit mit der Eingangsschnittstelle des Systems verbunden. Die Schalteinheit schaltet je nach Schaltstellung die entsprechenden Leistungskontakte den entsprechenden Potenziallagen zu, wodurch sichergestellt ist, dass sämtliche Leistungskontakte einer entsprechenden Leistungskontaktebene, also alle Leistungskontakte derselben Art, mit einer definierten Potenziallage verbunden sind. Darüber hinaus können die Kontakte zudem wenigstens einen Steuerkontakt zur Detektion einer Kontaktierung umfassen. Der wenigstens eine Steuerkontakt ist separat zu den Leistungskontakten und separat zu dem zumindest einen Schutzleiter-Kontakt ausgebildet. Über den Steuerkontakt kann festgestellt werden, ob eine Kontaktierung vorliegt. Insbesondere ist es auch möglich, dass über den Steuerkontakt, insbesondere über zwei Steuerkontakte, festgestellt wird, mit welcher Orientierung die Fahrzeugkontakteinheit und die Bodenkontakteinheit die konduktive Verbindung ausgebildet haben, wodurch die entsprechenden Leistungskontakte über die Schalteinheit mit Potenziallagen verbunden werden.
Ferner kann der wenigstens eine Steuerkontakt ebenfalls ausgebildet sein, einen magnetischen Kontakt bereitzustellen, über den die Verbindung zwischen der Fahrzeugkontakteinheit und der Bodenkontakteinheit gehalten werden kann. Anders ausgedrückt ist der wenigstens eine Steuerkontakt magnetisierbar.
Grundsätzlich kann über den magnetischen Kontakt, beispielsweise den magnetisierbaren Steuerkontakt, sichergestellt werden, dass die Fahrzeugkontakteinheit und die Bodenkontakteinheit in definierter Weise die konduktive Verbindung ausbilden, insbesondere nämlich über wenigstens zwei magnetische Kontakte, die sowohl an der Fahrzeugkontakteinheit als auch an der Bodenkontakteinheit vorgesehen sind und Zusammenwirken. Die wenigstens zwei magnetischen Kontakte können über zwei Schutzleiter-Kontakte, zwei Steuerkontakte oder über einen Schutzleiter-Kontakt und einen Steuerkontakt bereitgestellt werden.
Der wenigstens eine Steuerkontakt kann fest verdrahtet sein.
Gemäß einem weiteren Aspekt umfasst das System eine Fahrzeugkontakteinheit, die die mehreren Kontakte umfasst, und/oder eine Ladeinfrastruktur mit einer Bodenkontakteinheit, die einen plattenförmigen Grundkörper mit einer Ladefläche aufweist, auf der die mehreren Kontakte angeordnet sind und an der die Fahrzeugkontakteinheit zur Anlage kommen kann. Insofern kann das System sowohl fahrzeugseitig als auch ladeninfrastrukturseitig vorgesehen sein. Mit anderen Worten können die Leistungskontakte mit der jeweiligen Potenziallage sowohl fahrzeugseitig als auch ladeninfrastrukturseitig verbunden werden. Grundsätzlich kann auch vorgesehen sein, dass jeweils ein Leistungskontakt der vier Arten der Leistungskontakte in den Ecken eines gemeinsamen Rechtecks angeordnet sind, insbesondere auf der Ladefläche des Grundkörpers. Mit anderen Worten ist in den Ecken des Rechtecks jeweils eine andere Art von Leistungskontakt vorgesehen. Bei dem Rechteck kann es sich um ein Quadrat handeln.
Der wenigstens eine Steuerkontakt kann im Zentrum des Rechtecks angeordnet sein. Es kann demnach vorgesehen sein, dass anstelle des wenigstens einen Schutzleiter-Kontakts der wenigsten eine Steuerkontakt in Zentrum des Rechtecks angeordnet ist. Dies kann insbesondere der Fall sein, wenn der Schutzleiter-Kontakt als Schutzleiter-Ebene ausgebildet ist, die sowohl durch die Leistungskontakte als auch den wenigstens einen Steuerkontakt durchbrochen ist.
In jedem Fall kann ein magnetischer Kontakt im Zentrum des jeweiligen Rechtecks vorgesehen sein. Hierdurch ist gewährleistet, dass definierte Kontaktierungsstellen zum Herstellen der konduktiven Verbindung gegeben sind.
Es kann also ein zentriert-quadratisches Muster hinsichtlich der Leistungskontakte vorgesehen sein. Dies ist vorteilhafter als ein hexagonales Muster, da die Anzahl der Relais reduziert werden kann, die notwendig sind, um auf jeder Aufsetzposition der Fahrzeugkontakteinheit auf der Bodenkontakteinheit die Übertragung zu gewährleisten.
Um beim zentriert-quadratischen Muster die Verbindung zwischen der Fahrzeugkontakteinheit und der Bodenkontakteinheit („Schnappung“) an zwei benachbarten Schutzleiter-Kontakten zu ermöglichen, kann es vorgesehen sein, die der Neutrallage zugeordneten Leistungskontakte, beispielsweise die ersten Leistungskontakte, mit mindestens einer Phasenlage austauschbar zu gestalten. Hierdurch ist sichergestellt, dass die Position der der Neutrallage zugeordneten Leistungskontakte zu beiden Verbindungspositionen („Schnapppositionen“) passt.
Im Endeffekt kann eine maximal notwendige Relativdrehung der Fahrzeugkontakteinheit auf 180° beschränkt werden, wodurch die Fahrzeugkontakteinheit entsprechend weniger komplex ausgebildet sein kann im Vergleich zu einer Fahrzeugkontakteinheit, bei der eine 360° Relativdrehung notwendig ist. Weitere Vorteile und Eigenschaften der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibungen und Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:
Figur 1 eine schematische Übersicht eines Fahrzeugbatterie-Ladesystems mit einem erfindungsgemäßen System,
Figur 2 eine schematische Draufsicht auf eine Bodenkontakteinheit einer elektrischen Ladeinfrastruktur eines erfindungsgemäßen Systems gemäß einer Ausführungsform,
Figur 3 eine schematische Draufsicht auf eine Bodenkontakteinheit einer elektrischen Ladeninfrastruktur eines erfindungsgemäßen Systems gemäß einer weiteren Ausführungsform,
Figur 4 eine schematische Darstellung der elektrischen Verschaltung der Leistungskontakte des Systems gemäß einer ersten Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Systems,
Figur 5 eine schematische Darstellung der elektrischen Verschaltung der Leistungskontakte des erfindungsgemäßen Systems gemäß einer zweiten Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Systems, und
Figur 6 eine schematische Darstellung der elektrischen Verschaltung der Leistungskontakte des erfindungsgemäßen Systems gemäß einer dritten Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Systems.
In Figur 1 ist ein Fahrzeugbatterie-Ladesystem 10 gezeigt, das eine elektrische Ladeinfrastruktur 12 sowie ein zumindest teilweise elektrisch betriebenes Fahrzeug 14 zeigt.
Das Fahrzeug 14 weist eine Fahrzeugkontakteinheit 16 auf, die mit einer Bodenkontakteinheit 18 der elektrischen Ladeinfrastruktur 12 eine konduktive Verbindung eingehen kann, um eine hier nicht näher dargestellte Batterie des Fahrzeugs 14 zu laden.
Die elektrische Ladeinfrastruktur 12 weist einen Überwachungsschaltkreis 20 sowie eine Abschalteinrichtung 22 auf, die vollständig in der Bodenkontakteinheit 18 integriert sein können. Alternativ kann der Überwachungsschaltkreis 20 teilweise in der Bodenkontakteinheit 18 und teilweise in einer zur Bodenkontakteinheit 18 separat ausgebildeten Überwachungseinheit 24 angeordnet sein. Ferner kann vorgesehen sein, dass der Überwachungsschaltkreis 20 und die Abschalteinrichtung 22 beide vollständig in der separat ausgebildeten Überwachungseinheit 24 angeordnet sind.
Die separat ausgebildete Überwachungseinheit 24 ist demnach optional, weswegen sie in Figur 1 gestrichelt dargestellt ist. Ebenso sind der Überwachungsschaltkreis 20 und die Abschalteinrichtung 22 gestrichelt dargestellt, da ihre jeweilige Position je nach Ausführungsart unterschiedlich sein kann.
In jedem Fall wäre die separat ausgebildete Überwachungseinheit 24 mit der Bodenkontakteinheit 18 elektrisch verbunden, wie dies in Figur 1 angedeutet ist.
Alternativ kann aber auch vorgesehen sein, dass der Überwachungsschaltkreis 20 und/oder die Abschalteinrichtung 22 fahrzeugseitig vorgesehen sind, wie nachfolgend noch erläutert wird.
Grundsätzlich können nämlich sowohl die Ladeinfrastruktur 12 als auch die Fahrzeugkontakteinheit 16 ein System 25 zum Herstellen einer konduktiven Verbindung aufweisen, wie nachfolgend anhand der Figuren 2 bis 6 noch erläutert wird. Insbesondere ist das entsprechende System 25 vorgesehen, um eine konduktive Verbindung zwischen der Fahrzeugkontakteinheit 16 und der Bodenkontakteinheit 18 auszubilden.
Der Überwachungsschaltkreis 20 sowie die Abschalteinrichtung 22, insbesondere auch die separat ausgebildete Überwachungseinheit 24, können demnach Teil des entsprechenden Systems 25 sein.
In Figur 2 ist die Bodenkontakteinheit 18 in einer Draufsicht gemäß einer Ausführungsvariante gezeigt.
Die Bodenkontakteinheit weist einen plattenförmigen Grundkörper 26 auf, der eine Ladefläche 28 hat, welche vor dem Herstellen der konduktiven Verbindung freiliegend ist. Es handelt sich bei der Ladefläche 28 um eine freiliegende Ladefläche, wenn die Kontaktierung zwischen der Bodenkontakteinheit 18 und der Fahrzeugkontakteinheit hergestellt wird. Die Ladefläche kann jedoch grundsätzlich im nichtbenutzten Zustand von einer (hier nicht dargestellten) Abdeckung verdeckt sein, sodass die Ladefläche 28 unter anderem vor Umwelteinflüssen geschützt ist. Die entsprechende Abdeckung kann manuell oder automatisch entfernt werden, wodurch die Ladefläche 28 frei zugänglich wird.
Auf der Ladefläche 28 sind mehrere Kontakte 30 vorgesehen, bei denen es sich um unterschiedliche Kontaktarten bzw. Kontakttypen handelt.
In jedem Fall umfassen die Kontakte 30 unter anderem mehrere Leistungskontakte 32, welche zum Ladevorgang der Batterie des Fahrzeugs 14 genutzt werden. Es fließt beim Laden des Fahrzeugs 14, insbesondere beim Laden der Batterie des Fahrzeugs 14, ein Ladestrom über zumindest einen Teil der Leistungskontakte 32. Die entsprechenden Leistungskontakte 32 sind hierzu grundsätzlich wenigstens einer Potenziallage 34 zugeordnet, wie nachfolgend noch erläutert wird.
In der gezeigten Ausführungsform ist die Bodenkontakteinheit 18 als dreiphasige Bodenkontakteinheit 18 ausgebildet, was bedeutet, dass die einzelnen Leistungskontakte 32 vier unterschiedlichen Potenziallagen 34 zugeordnet werden können, nämlich der Neutrallage N sowie den Phasenlagen L1 , L2 und L3. Die Neutrallage N wird auch als Neutralleiter bezeichnet. Es handelt sich demnach um die entsprechenden Potenziallagen N, P1 , P2 und P3.
Wie aus Figur 2 hervorgeht, ist daher ein entsprechender dreiphasiger Anschluss 35 vorgesehen.
Die Leistungskontakte 32 sind demnach in Leistungskontaktebenen P1 , P2, P3, P4 unterteilt bzw. den Leistungskontaktebenen zugeordnet, die auch als „Pin- Layer“ bezeichnet werden.
Insofern gibt es vier Arten von Leistungskontakten 32, nämlich erste Leistungskontakte 32-1 , die der ersten Leistungskontaktebene P1 zugeordnet sind, zweite Leistungskontakte 32-2, die der zweiten Leistungskontaktebene P2 zugeordnet sind, dritte Leistungskontakte 32-3, die der dritten Leistungskontaktebene P3 zugeordnet sind, sowie vierte Leistungskontakte 32-4, die der vierten Leistungskontaktebene P4 zugeordnet sind. Anschaulich geht dies aus den Figuren 4 bis 6 hervor, worauf nachfolgend noch Bezug genommen wird, wenn die Verschaltung der Leistungskontakte 32 beschrieben wird.
Aus der Figur 2 geht bereits hervor, dass die vier Arten von Leistungskontakten 32 in einem Rechteck angeordnet sind, insbesondere in einem Rechteck auf der Ladefläche 28.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist der erste Leistungskontakt 32-1 in einer oberen rechten Ecke des Rechtecks vorgesehen, wohingegen der zweite Leistungskontakt 32-2 im unteren rechten Eck des Rechtecks vorgesehen ist. Der dritte Leistungskontakt 32-3 ist in einem unteren linken Eck des Rechtecks vorgesehen, wohingegen der vierte Leistungskontakt 32-4 in einem oberen linken Eck des Rechtecks vorgesehen ist. Insofern bilden die vier Arten der Leistungskontakte 32 gemeinsam das Rechteck in der entsprechenden Ebene aus.
Neben den Leistungskontakten 32 umfassen die Kontakte 30 zudem wenigstens einen Schutzleiter-Kontakt 36, also einen PE-Kontakt. In der in Figur 2 gezeigten Ausführungsform sind mehrere Schutzleiter-Kontakte 36 vorgesehen, die separat und isoliert von den Leistungskontakten 32 auf der Ladefläche 28 angeordnet sind.
Ferner geht aus der in Figur 2 gezeigten Ausführungsform hervor, dass die Schutzleiter-Kontakte 36 jeweils im Zentrum der Rechtecke angeordnet sind.
Die Rechtecke sind dabei insbesondere als Quadrate ausgebildet, sodass der im Zentrum angeordnete Schutzleiter-Kontakt 36 den gleichen Abstand zu jedem der Leistungskontakte 32 aufweist. Insofern ist in Figur 2 ein zentriertquadratisches Muster hinsichtlich der Leistungskontakte 32 und der Schutzleiter- Kontakte 36 vorgesehen.
Alternativ zu der in Figur 2 gezeigten Ausführungsform kann die Bodenkontakteinheit 18 eine durchgehende Schutzleiter-Ebene 38 aufweisen, die demnach im Wesentlichen der Fläche des Grundkörpers 26 bzw. der Grundfläche der Ladefläche 28 entspricht, wie dies in Figur 3 gezeigt ist.
Die einzelnen Leistungskontakte 32 durchbrechen dann die entsprechende Schutzleiter-Ebene 38, wobei die Leistungskontakte 32 jeweils isoliert zur Schutzleiter-Ebene 38 angeordnet sind, beispielsweise durch ringförmige Isolierabschnitte 39, die die Leistungskontakte 32 von der Schutzleiter-Ebene 38 isolieren.
Zudem können die Kontakte 30 grundsätzlich wenigstens einen Steuerkontakt 40 umfassen, welcher benutzt wird, um eine Kontaktierungsüberprüfung vorzunehmen, also um festzustellen, ob die Fahrzeugkontakteinheit 16 die Bodenkontakteinheit 18 kontaktiert.
In der gezeigten Ausführungsform der Figuren 2 und 3 sind mehrere Steuerkontakte 40 vorgesehen.
Grundsätzlich können die Steuerkontakte 40 und/oder die Schutzleiter- Kontakte 36 als magnetische Kontakte 41 ausgebildet sein, also magnetisierbar sein. Hierdurch ist es möglich, dass die hergestellte konduktive Verbindung nur in definierter Weise erfolgt, nämlich derart, dass wenigstens ein magnetischer Kontakt 41 der Fahrzeugkontakteinheit 16 mit einem magnetischen Kontakt 41 der Bodenkontakteinheit 18 koppelt.
Die definierte Verbindung ist sichergestellt, da die magnetischen Kontakte 41 jeweils mittig in einem zugeordneten Rechteck, insbesondere einem Quadrat, angeordnet sind, in dessen Ecken jeweils eine Art der Leistungskontakte 32 vorgesehen sind, also ein erster Leistungskontakt 32-1 , ein zweiter Leistungskontakt 32-2, ein dritter Leistungskontakt 32-3 sowie ein vierter Leistungskontakt 32-4. Folglich kann entweder ein Schutzleiter-Kontakt 36 oder ein Steuerkontakt 40 im Zentrum des jeweiligen Rechtecks vorgesehen sein.
Insbesondere sind die Kontakte 30 grundsätzlich so auf der Ladefläche 28 verteilt und zueinander angeordnet, dass zumindest zwei Steuerkontakte 40 in einem Kontaktierungsbereich A der Ladefläche 28 liegen, welcher von der Fahrzeugkontakteinheit 16 überdeckt ist, wenn die konduktive Verbindung hergestellt ist. Über die zwei Steuerkontakte 40 im Kontaktierungsbereich A kann dann festgestellt werden, in welcher Orientierung die Bodenkontakteinheit 18 kontaktiert worden ist.
Durch Kenntnis der Geometrie der Fahrzeugkontakteinheit 16 kann darüber hinaus ermittelt werden, welche Kontakte 30 kontaktiert worden sind, also welche der Kontakte 30 zur Teilmenge der kontaktierten Kontakte 30 gehören, die im Kontaktierungsbereich A der Ladefläche 28 liegen.
Basierend auf diesen Informationen können die entsprechenden Leistungskontakte 32 dann geschaltet werden, um eine bestimmte Potenziallage 34 den unterschiedlichen Leistungskontaktebenen P1 bis P4 zuzuordnen.
In der Figur 4 ist am Beispiel einer Ausführungsvariante gezeigt, wie die Verschaltung der Leistungskontakte 32 erfolgt. Dies trifft grundsätzlich auf die Verschaltung der Leistungskontakte 32 der Fahrzeugkontakteinheit 16 sowie auf die Verschaltung der Leistungskontakte 32 der Bodenkontakteinheit 18 zu.
Die einzelnen Leistungskontakte 32 können jeweils über Kontaktschalter 42 mit einer entsprechenden Leistungskontaktebene P1 bis P4 verbunden werden, sodass die einzelnen Leistungskontakte 32 über die Kontaktschalter 42 zu- bzw. weggeschaltet werden können. Hierdurch ist es möglich, dass lediglich die Leistungskontakte 32 einer entsprechenden Potenziallage 34 zugeschaltet werden, die im Kontaktierungsbereich A liegen, sodass freiliegende Leistungskontakte 32 potenzialfrei sind.
Aus Figur 4 geht ferner hervor, dass die jeweiligen Kontaktschalter 42 als Spiegelkontakte ausgebildet sind, sodass die Kontaktschalter 42 einen Hauptkontakt 44 sowie einen Überwachungskontakt 46 aufweisen. Aufgrund der Ausbildung als Spiegelkontakt ist sichergestellt, dass der Hauptkontakt 44, welcher als ein Relais fungiert, mit dem Überwachungskontakt 46 mechanisch gekoppelt ist, sodass sich die jeweiligen Schaltstellungen des Hauptkontakts 44 und des Überwachungskontakts 46 gegenseitig bedingen bzw. voneinander abhängen. Der Hauptkontakt 44 und der Überwachungskontakt 46 sind jedoch voneinander galvanisch getrennt, sodass beide Kontakte 44, 46 nicht einem gemeinsamen Stromkreis zugeordnet sind. Vielmehr sind beide Kontakte 44, 46 unterschiedlichen Stromkreisen zugeordnet, die voneinander unabhängig und zudem galvanisch voneinander getrennt sind.
Insofern gibt es keine Schaltstellung des Kontaktschalters 42, in der ein geschlossener Stromkreis gebildet ist, in dem sowohl der Hauptkontakt 44 als auch der Überwachungskontakt 46 eingebunden sind, sodass ein Strom über beide Kontakte 44, 46 des Kontaktschalters 42 fließen könnte. Der Hauptkontakt 44 ist, wie in Figur 4 gezeigt, als ein normalerweise geöffneter Kontakt, also ein NO- Kontakt, ausgebildet, wohingegen der Überwachungskontakt 46 als ein normalerweise geschlossener Kontakt, also ein NC-Kontakt, ausgebildet ist.
In Figur 4 ist demnach die Ausgangsstellung der Kontaktschalter 42 gezeigt, da sich die Kontaktschalter 42 jeweils in einer entsprechenden Schaltstellung befinden, bei denen die Hauptkontakte 44 geöffnet sind, sodass kein Stromfluss zu den Leistungskontakten 32 möglich ist. Mit anderen Worten sind die Leistungskontakte 32 keiner Potenziallage 34 zugeschaltet, wodurch ein Berührschutz gewährleistet ist.
Der entsprechende Berührschutz kann überwacht werden, indem der Überwachungsschaltkreis 20 unter anderem die jeweilige Schaltstellung der Überwachungskontakte 46 der entsprechenden Kontaktschalter 42 überwacht.
Die Überwachung findet dabei zumindest bei den Kontaktschaltern 42 statt, die Leistungskontakten 32 zugeordnet sind, welche beim Vorliegen der konduktiven Verbindung zwischen der Bodenkontakteinheit 18 und der Fahrzeugkontakteinheit 16 nicht kontaktiert sind, also bei Leistungskontakten 32, welche nicht zur Teilmenge der mehreren Kontakte 30 der Bodenkontakteinheit 18 gehören, die kontaktiert sind.
Der Überwachungsschaltkreis 20 steuert die Abschalteinrichtung 22 an, sofern der Überwachungsschaltkreis 20 feststellt, dass eine falsche Schaltstellung bei einem der Überwachungskontakte 46 vorliegt, was zur Folge hat, dass einer der Hauptkontakte 44 ebenfalls eine falsche Schaltstellung hat, da die Überwachungskontakte 46 und die Hauptkontakte 44 mechanisch miteinander gekoppelt sind.
Die falsche Schaltstellung entspricht dabei einer geöffneten Schaltstellung des Überwachungskontakts 46, welche mit einer geschlossenen Schaltstellung des zugeordneten Hauptkontakts 44 einhergeht, was bedeuten würde, dass ein frei zugänglicher Leistungskontakt 32 einer Potenziallage 34 zugeordnet wäre, obwohl dies nicht gewünscht ist, da der entsprechende Leistungskontakt 32 freiliegend ist.
Die Abschalteinrichtung 22 ändert aufgrund der Ansteuerung durch den Überwachungsschaltkreis 20 ihren Zustand, was mit einer vollständigen Abschaltung bzw. einer vollständigen Trennung einhergehen kann. Mit anderen Worten kann die Abschalteinrichtung 22 derart ausgebildet sein, dass eine galvanische Trennung sämtlicher Leistungskontakte 32 vorgenommen wird, wodurch sämtliche Leistungskontakte 32 potenzialfrei geschaltet werden würden.
Insofern kann die Abschalteinrichtung 22 einen Hauptschalter 51a bzw. ein Schütz umfassen, welcher die entsprechende galvanische Trennung vollzieht.
Alternativ kann die Abschalteinrichtung 22 eine elektronische Leistungsregelung 51 b umfassen, die vorgesehen ist, die der Potenziallage 34 zugeordnete Spannung entsprechend zu reduzieren, sodass die anliegende Spannung auf einen unkritischen Wert begrenzt wird, wodurch der Berührschutz gewährleistet ist. Mit anderen Worten liegt an dem jeweiligen Leistungskontakt 32, der mit dem fälschlicherweise geschlossenen Hauptkontakt 44 des Kontaktschalters 42 gekoppelt ist, eine so niedrige Spannung an, dass keine Gefahr besteht.
Darüber hinaus umfasst das System 25 eine Eingangsschnittstelle 52, die dem Anschluss 35 und den Potenziallagen 34 zugeordnet ist.
Des Weiteren umfasst das System 25 eine Ausgangsschnittstelle 54, die mit den Leistungskontakten 32 verbunden ist, insbesondere den Leistungskontaktebenen P1 bis P4.
Das System 25 umfasst zudem eine Schalteinheit 56, welche zwischen der Eingangsschnittstelle 52 und der Ausgangsschnittstelle 54 vorgesehen ist.
Die Schalteinheit 56 weist mehrere Schalter 58 auf, die grundsätzlich dazu eingerichtet sind, die jeweils einer Leistungskontaktebene P1 bis P4 zugehörigen Leistungskontakte 32 gemeinsam zwischen einer ersten Potenziallage 34 und einer zweiten Potenziallage 34 wahlweise hin- bzw. herzuschalten, beispielsweise zwischen der Neutrallage N und der ersten Phase L1.
Die Schalteinheit 56 stellt beispielsweise sicher, dass zumindest die ersten Leistungskontakte 32-1 , also die Leistungskontakte 32, die der ersten Leistungskontaktebene P1 zugeordnet sind, wahlweise mit der ersten Potenziallage 34 (Neutrallage N) oder mit der zweiten Potenziallage 34 (erste Phasenlage L1) verbindbar sind.
In der in Figur 4 dargestellten Ausführungsform ist das System 25 derart ausgebildet, dass sämtliche Leistungskontaktebenen P1 bis P4, also die jeweiligen Leistungskontakte 32 gruppenweise, wahlweise mit jeder der vorliegenden Potenziallagen 34 verbunden werden können, sodass eine maximale Flexibilität gewährleistet ist.
In dem in Figur 4 gezeigten Ausschnitt sind die vier unterschiedlichen Arten der Leistungskontakte 32 gezeigt, also jeweils ein erster Leistungskontakt 32-1 , ein zweiter Leistungskontakt 32-2, ein dritter Leistungskontakt 32-3 sowie ein vierter Leistungskontakt 32-4. Anders ausgedrückt sind also Leistungskontakte 32 gezeigt, die der ersten Leistungskontaktebene P1 , der zweiten Leistungskontaktebene P2, der dritten Leistungskontaktebene P3 sowie der vierten Leistungskontaktebene P4 zugeordnet sind bzw. über die entsprechenden Kontaktschalter 42 mit diesen verbunden sind.
Grundsätzlich können auch die Schalter 58 - wie die Kontaktschalter 42 - als Spiegelkontakte ausgebildet sein, sodass die Schalter 58 einen Hauptkontakt 60 sowie einen Überwachungskontakt 62 aufweisen.
Im Gegensatz zu den Leistungskontakten 32 ist der wenigstens eine Schutzleiter-Kontakt 36 fest verdrahtet, was bedeutet, dass der wenigstens eine Schutzleiter-Kontakt 36 bzw. die Schutzleiter-Ebene 38 fix ist, also nicht mit einer der Potenziallagen 34 verbunden werden kann.
Dies gilt in gleicher Weise für die Steuerkontakte 40, welche ebenfalls fest verdrahtet sind.
In Figur 5 ist dagegen eine vereinfachte Ausführungsvariante des Systems 25 hinsichtlich der Verschaltung der Leistungskontakte 32 gezeigt.
Die Leistungskontakte 32 der dritten Leistungskontaktebene P3 sowie die der vierten Leistungskontaktebene P4, also die dritten Leistungskontakte 32-3 und die vierten Leistungskontakte 32-4, sind fest verdrahtet. Lediglich die Leistungskontakte 32 der ersten Leistungskontaktebene P1 sowie die der zweiten Leistungskontaktebene P2, also die ersten Leistungskontakte 32-1 sowie die zweiten Leistungskontakte 32-2, sind über die Schalteinheit 56 wahlweise zwischen zwei Potenziallagen 34 hin- und herschaltbar sind. Vorliegend handelt es sich um die Neutrallage N sowie die erste Phasenlage L1. Gemäß der gezeigte Ausführungsvariante umfasst die Schalteinheit 56 vier Schalter 58, wobei jeweils zwei Schalter 58 der ersten Leistungskontaktebene P1 sowie zwei weitere Schalter 58 der zweiten Leistungskontaktebene P2 zugeordnet sind. Die erste Leistungskontaktebene P1 sowie die zweite Leistungskontaktebene P2 sind jeweils über einen Schalter 58 mit der ersten Potenziallage 34, welche vorliegend durch die Neutrallage N ausgebildet ist, sowie über einen Schalter 58 der zweiten Potenziallage 34 zugeordnet, welche vorliegend durch die erste Phasenlage L1 ausgebildet ist.
Insofern ist es möglich, die ersten Leistungskontakte 32-1 zwischen der Neutrallage N und der ersten Phasenlage L1 wahlweise hin- und herzuschalten, wobei gleichzeitig die zweiten Leistungskontakte 32-2 wahlweise mit der Neutrallage N oder der ersten Phasenlage L1 verbunden werden.
Die Schalteinheit 56 ist dabei derart ausgebildet, dass die einzelnen Schalter 58 derart angesteuert werden, dass jede der Leistungskontaktebenen P1 bis P4 exakt einer Potenziallage 34 zugeordnet ist. Insofern wird unter anderem vermieden, dass die erste Leistungskontaktebene P1 und die zweite Leistungskontaktebene P2 beide mit einer gemeinsamen Potenziallage 34 verbunden sind.
In Figur 6 ist eine weitere Ausführungsvariante gezeigt, bei der die Schalteinheit 56 insgesamt zehn Schalter 58 umfasst.
Die ersten Leistungskontakte 32-1 , also die Leistungskontakte 32 der ersten Leistungskontaktebene P1 , können über die Schalteinheit 56 mit jeder der vier Potenziallagen 34 verbunden werden, da der ersten Leistungskontaktebene P1 vier Schalter 58 zugeordnet sind, die jeweils einer der vier Potenziallagen 34 zugeordnet sind, also der Neutrallage N sowie den drei Phasenalgen L1 , L2 und L3.
Dagegen sind für die drei weiteren Leistungskontaktebenen P2 bis P4 jeweils nur zwei Schalter 58 vorgesehen, sodass die entsprechenden Leistungskontakte 32 der zweiten Leistungskontaktebene P2 bis zur vierten Leistungskontaktebene P4 jeweils nur zwischen zwei unterschiedlichen Potenziallagen 34 hin- und hergeschaltet werden können, von denen eine stets die Neutrallage N ist. In der in Figur 6 gezeigten Ausführungsvariante ist es daher möglich, dass die Neutrallage N an jeder der Ecken des entsprechenden Rechtecks im Kontaktierungsbereich A geschaltet werden kann.
Grundsätzlich ist über die Schalteinheit 56 demnach vorgesehen, dass die unterschiedlichen Leistungskontakte 32, also die jeweiligen Arten der Leistungskontakte 32, gruppenweise geschaltet werden. Insofern werden über die Schalteinheit 56 sämtliche Leistungskontakte 32, die einer Leistungskontakteebene P1 - P4 angehören, gemeinsam mit einer bestimmten Potenziallage 34 verbunden, sodass die entsprechenden Leistungskontakte 32 mit der ausgewählten Potenziallage 34 verbunden werden, also beispielsweise sämtliche erste Leistungskontakte 32-1 , sämtliche zweite Leistungskontakte 32-2, sämtliche dritte Leistungskontakte 32-3 oder sämtliche vierte Leistungskontakte 32-4.

Claims

Patentansprüche
1. System (25) zum Herstellen einer konduktiven Verbindung, wobei das System (25) mehrere Kontakte (30) aufweist, die zumindest einen Schutzleiter- Kontakt (36) sowie Leistungskontakte (32) umfassen, wobei der zumindest eine Schutzleiter-Kontakt (36) fest verdrahtet ist, wobei die Leistungskontakte (32) wenigstens zwei verschiedenen Potenziallagen (34) zugeordnet sind, die eine erste Potenziallage (34) und eine zweite Potenziallage (34) umfassen, und wobei eine Schalteinheit (56) vorgesehen ist, die zumindest ersten Leistungskontakten (32-1) der Leistungskontakte (32) zugeordnet ist, wobei die Schalteinheit (56) eingerichtet ist, zumindest die ersten Leistungskontakte (32-1) wahlweise mit der ersten Potenziallage (34) oder der zweiten Potenziallage (34) zu verbinden.
2. System (25) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Leistungskontakte (32) jeweils einer Leistungskontaktebene (P1 , P2, P3, P4) zugeordnet sind, wobei die Schalteinheit (56) eingerichtet ist, sämtliche Leistungskontakte (32) der zugeordneten Leistungskontaktebene (P1-P4) wahlweise mit der ersten Potenziallage (34) oder der zweiten Potenziallage (34) zu verbinden, insbesondere wobei die Leistungskontakte (32) vier Leistungskontaktebenen (P1-P4) zugeordnet sind, die mit einer Neutrallage (N) sowie drei Phasenlagen (L1 , L2, L3) verbindbar sind.
3. System (25) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungskontakte (32) jeweils über einen Kontaktschalter (42) mit der zugeordneten Leistungskontaktebene (P1-P4) verbunden sind, insbesondere wobei die Kontaktschalter (42) jeweils als Spiegelkontakt ausgebildet sind und einen Hauptkontakt (44) sowie einen Überwachungskontakt (46) aufweisen, die mechanisch gekoppelt sind, aber voneinander galvanisch getrennt sind.
4. System (25) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungskontakte (32) neben den ersten Leistungskontakten (32-1) zusätzlich zweite Leistungskontakte (32-2), dritte Leistungskontakte (32-3) und vierte Leistungskontakte (32-4) umfasst, wobei die vier Arten der Leistungskontakte (32) einer Neutrallage (N) sowie drei Phasenlagen (L1 -L3) zugeordnet sind, insbesondere wobei jeder der vier Arten der Leistungskontakte (32) einer korrespondierenden Leistungskontaktebene (P1-P4) der vier Leistungskontaktebenen(P1-P4) zugeordnet sind.
5. System (25) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die dritten Leistungskontakte (32-3) und die vierten Leistungskontakte (32-4) fest verdrahtet sind oder dass die Schalteinheit (56) auch den dritten Leistungskontakten (32-3) und den vierten Leistungskontakten (32-4) zugeordnet ist.
6. System (25) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils ein Leistungskontakt (32) der vier Arten der Leistungskontakte (32) in einem Rechteck angeordnet ist, insbesondere wobei der wenigstens eine Schutzleiter-Kontakt (36) im Zentrum des Rechtecks angeordnet ist oder wobei der zumindest eine Schutzleiter-Kontakt (36) durch eine durchgehende Fläche ausgebildet ist, die eine Schutzleiter-Ebene (38) bereitstellt, die durch die Leistungskontakte (32) durchbrochen ist.
7. System (25) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinheit (56) aus vier Schaltern (58), zehn Schaltern (58) oder sechszehn Schaltern (58) besteht, insbesondere wobei die Schalter (58) jeweils als Spiegelkontakt ausgebildet sind und einen Hauptkontakt (60) sowie einen Überwachungskontakt (62) aufweisen, die mechanisch gekoppelt sind, aber voneinander galvanisch getrennt sind.
8. System (25) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das System (25) eine Eingangsschnittstelle (52) aufweist, die mit der ersten Potenziallage (34) und der zweiten Potenziallage (34) verbunden ist, wobei das System (25) eine Ausgangsschnittstelle (54) aufweist, die mit den Leistungskontakten (32) verbunden ist, und wobei die Schalteinheit (56) zwischen der Eingangsschnittstelle (52) und der Ausgangsschnittstelle (54) angeordnet ist.
9. System (25) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontakte (30) zudem wenigstens einen Steuerkontakt (40) zur Detektion einer Kontaktierung umfassen, wobei der wenigstens eine Steuerkontakt (40) separat zu den Leistungskontakten (32) und separat zu dem zumindest einen Schutzleiter-Kontakt (36) ausgebildet ist.
10. System (25) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das System (25) eine Fahrzeugkontakteinheit (16), die die mehreren Kontakte (30) umfasst, und/oder eine Ladeinfrastruktur (12) mit einer Bodenkontakteinheit (18) umfasst, die einen plattenförmigen Grundkörper (26) mit einer Ladefläche (28) aufweist, auf der die mehreren Kontakte (30) angeordnet sind und an der die Fahrzeugkontakteinheit (16) zur Anlage kommen kann.
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