WO2024125698A1 - Konduktives ladesystem mit schutzleiter als kontaktfläche, elektrofahrzeug mit ladesystem - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a conductive charging system for charging an electric vehicle, such as a passenger car, a commercial vehicle, for example a truck, or another land-based motor vehicle, with a plate which has a plurality of recesses in which electrically conductive contact pieces are inserted, which are provided for contacting mating contact pieces, wherein a protective conductor is present, which is provided for contacting at least one counter-protective conductor.
- an electric vehicle such as a passenger car, a commercial vehicle, for example a truck, or another land-based motor vehicle
- a plate which has a plurality of recesses in which electrically conductive contact pieces are inserted, which are provided for contacting mating contact pieces, wherein a protective conductor is present, which is provided for contacting at least one counter-protective conductor.
- a contacting system for establishing an electrical connection between a primary device and a secondary device is already known from the prior art, for example EP 3 433 908 B1.
- the invention is therefore in the field of conductive charging of vehicles.
- the invention relates to a base unit in which a perforated plate is used as a single PE contact, i.e. as a protective conductor, i.e. earthing or protective contact, whereby the plate/perforated plate occupies a surface of a base part and has recesses for power and information contacts.
- the perforated plate is made of electrically conductive but non-magnetizable material, for example stainless steel.
- the perforated plate is provided with a protective conductor at at least one point. Support elements transfer a load from a vehicle etc. very well to a bottom of the base unit in a preferred embodiment.
- a protective conductor protective earth
- this connection is created first and broken last. With longitudinally pluggable contacts, this is done via leading contacts. With flat-contacting contacts, on the one hand, via increased spring travel of contacts, and on the other hand (in the case of significant displacement) via larger surface areas of the PE contacts compared to the power contacts.
- the inventive solution to the problem is to replace the individual PE contacts with a perforated sheet that now occupies the surface of the base part and has recesses for the power and information contacts.
- the perforated sheet is made of electrically conductive but non-magnetizable material. made of stainless steel, for example.
- the perforated sheet is connected to the protective conductor at least in one place. Since contact is no longer required instead of the previous PE pin contacts, support elements can now be used instead, which can easily transfer a load from vehicles etc. to the underside of the floor unit. This reduces the assembly effort and reduces costs.
- Such conductive charging systems are units that can be installed sunk into the ground or attached to the ground, comprising a base unit with the said plate. If a car drives over this charging system, either a contact part that is attached to the vehicle can be lowered onto the charging system or a corresponding contact part can be moved from the charging system to the vehicle. Such a lowering or lifting movement can be automated. This allows automated charging to take place.
- the surface of the plate can be designed as a protective conductor surface with recesses for the power contacts and other control contacts.
- Power contacts such as those embedded/cast into the surface, can be separated from the P E contact surface with insulating material. Power contacts can be connected to a circuit board, for example.
- Support elements/support elements can be made from an iron material, for example, so that a magnet can interact with them from the outside. If the support elements are not necessary for structural reasons, flatter implementations can also be introduced so that the magnetic force can be effectively absorbed. Such implementations are understood to be plates.
- a perforated plate is used as a single PE contact, i.e. earthing or protective contact, which occupies a surface of a base part and has recesses for power and information contacts.
- the perforated plate is made of electrically conductive but non-magnetizable material, for example stainless steel.
- the perforated plate is connected to a protective conductor at least in one place. Protective elements / columns, transfer a load from a vehicle etc. very well to an underside of the floor unit / base unit.
- the plate is made of a metallic and/or non-magnetizable material or is at least partially constructed on it, a particularly robust design that is not susceptible to external influences can be realized.
- the plate is advisable for the plate to be made of stainless steel or perhaps plastic, as this will result in a particularly aesthetically pleasing appearance and will significantly reduce costs. This will also make it easy to clean.
- An advantageous embodiment is also characterized in that the contact pieces are preferably cast or embedded in the plate with the respective insulation/seal. This results in a particularly durable and resilient embodiment.
- support elements for the plate are arranged/present adjacent to the contact pieces, for example between or next to the contact pieces.
- the support elements are designed as columns, beams, sleeves, pins or struts, it is particularly easy to implement options that ensure force transfer.
- the support elements are designed as separate components from the plate and the contact pieces, preferably made of plastic or a ferrous material.
- the use of ferrous materials is particularly advantageous, as already indicated.
- contact pieces are designed as power and/or control contacts, automated charging can be implemented particularly easily.
- the invention also relates to an electric vehicle which is connected to a conductive charging system according to the invention, wherein the electric vehicle has mating contact pieces which are electrically connected to the contact pieces of the conductive charging system and a charging process then occurs during operation.
- Fig. 1 shows a first embodiment of a conductive charging system according to the invention in a plan view, wherein a base unit with a PE protective circuit board including a hole pattern / openings for the electrical contact surfaces is used, and around the contacts Individual insulations are present, with supports / support elements / support elements inserted under the PE plate, which can optionally be actuated with magnetic force,
- Fig. 2 is a cross-section through the charging system of Fig. 1 , as part of a floor unit of an automated charging station in cross-section along the line II of Fig. 1 , and
- Fig. 3 the cross section from Fig. 2 with support elements completing the structure.
- Fig. 1 shows a conductive charging system 1 according to the invention. It is intended for installation in the floor or on the floor. It is therefore a floor unit. It has a plate 2.
- the plate 2 contains a large number of recesses 3.
- the recesses 3 are intended to accommodate contact pieces 4.
- the contact pieces 4 are in turn surrounded by a seal 5 or insulation/an electrical insulator s. In the present embodiment, a single component forms both the seal 5 and the insulation 6.
- the plate 2 sits in a housing 7 of the base unit.
- Support elements 8 which are designed as columns 9, are located in the housing 7 and support the plate 2 from below. They are thus in direct contact with the plate 2.
- the contact pieces 4 are in electrically conductive contact with a circuit board 10.
- neither the protective conductor, nor the counter-contact pieces, nor the counter-protective conductor are shown.
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein konduktives Ladesystem (1) für das Laden eines Elektrofahrzeugs, mit einer Platte (2), die eine Vielzahl von Aussparungen (3) besitzt, in denen elektrisch leitende Kontaktstücke (4) eingesetzt sind, die zur Kontaktierung mit Gegenkontaktstücken vorgesehen sind, wobei ein Schutzleiter vorhanden ist, der zur Kontaktierung von wenigstens einem Gegenschutzleiter vorgesehen ist, wobei die Platte (2) elektrisch leitend ausgestattet ist und mit dem Schutzleiter elektrisch leitend verbunden ist. Die Erfindung betrifft auch ein Elektrofahrzeug mit einem solchen Ladesystem (1 ).
Description
Konduktives Ladesystem mit Schutzleiter als Kontaktfläche, Elektrofahrzeug mit Ladesystem
Die Erfindung betrifft ein konduktives Ladesystem für das Laden eines Elektrofahrzeugs, wie eines Pkws, eines Nutzfahrzeugs, beispielsweise eines Lkws, oder eines anderen landgebundenen Kraftfahrzeugs, mit einer Platte, die eine Vielzahl von Aussparungen besitzt, in denen elektrisch leitende Kontaktstücke eingesetzt sind, die zur Kontaktierung mit Gegenkontaktstücken vorgesehen sind, wobei ein Schutzleiter vorhanden ist, der zur Kontaktierung von wenigstens einem Gegenschutzleiter vorgesehen ist.
Aus dem Stand der Technik, etwa der EP 3 433 908 B1 ist bereits ein Kontaktierungssystem zum Herstellen einer elektrischen Verbindung zwischen einem primären Gerät und einem sekundären Gerät bekannt.
Die Erfindung befindet sich somit auf dem Gebiet des konduktiven Ladens von Fahrzeugen.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein verbessertes Ladesystem zur Verfügung zu stellen, da die bekannten Lösungen immer gewisse Nachteile aufweisen.
Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen konduktiven Ladungssystem erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Platte elektrisch leitend ausgestaltet ist und mit dem Schutzleiter elektrisch leitend verbunden ist.
Mit anderen Worten betrifft die Erfindung eine Basiseinheit, in der eine Lochplatte als einzelner PE-Kontakt, also als Schutzleiter, das heißt Erdungs- oder Schutzkontakt, verwendet wird, wobei die Platte / Lochplatte eine Fläche eines Basisteils einnimmt und Aussparungen für Strom- und Informationskontakte aufweist. Das Lochblech besteht aus elektrisch leitfähigen, aber nicht magnetisierbarem Material, zum Beispiel aus Edelstahl. Das Lochblech ist an mindestens einer Stelle mit einem Schutzleiter
verbunden. Stützelemente leiten eine Last von einem Fahrzeug etc. sehr gut an eine Unterseite der Basiseinheit in einer bevorzugten Ausführungsform weiter.
Es sei als Hintergrund verstanden, dass beim Erstellen einer konduktiven Verbindung zum elektrischen Laden von zum Beispiel Fahrzeugen, immer ein Schutzleiter (PE=Protective Earth) in geeigneter Weise mit kontaktiert werden soll / muss. Idealerweise derart, dass diese Verbindung als erste erstellt / geschaffen und als letzte getrennt wird. Bei längssteckbaren Kontakten erfolgt dies über voreilende Kontakte. Bei flachkontaktierenden Kontakten einerseits über erhöhte Federwege von Kontakten, andererseits (bei deutlicher Verschiebung) durch größere Flächenanteile der PE-Kontakte im Vergleich zu den Leistungskontakten.
Bei der vorgestellten Lösung ist es nicht mehr nötig, dass die Kontakte beständig mit einem Schutzleiter verbunden sind, wobei andere Kontakte über Schalteinrichtungen im Normalzustand ebenfalls mit dem Schutzleiter verbunden sind, wobei im geschalteten Zustand diese jedoch mit einem elektrischen Strompfad verbunden sind.
Es stellen sich zahlreiche Vorteile ein. So muss nun nicht mehr auf eine große Anzahl einzelner Kontakte gesetzt werden, wodurch der Bestückungsaufwand geringer wird und sich die Kosten reduzieren. Während bisher viel Platz für die Schutzleiterkontaktierung benötigt wurde, wird nun unterhalb der Oberfläche viel Platz geschaffen. Darüber hinaus werden die Durchdringungen reduziert. Viele Durchdringungen der Kontakte durch eine Gehäuseoberfläche bergen immer die Gefahr potenzieller Undichtigkeiten. Dies wird nun ausgeschlossen. Gerade bei einem Einlassen oder Eingießen können Nachteile von empfindlichem isolierendem Material, das bisher die Kontakte umgibt, und beispielsweise Kunststoff umfasst, vermieden.
Bedeutsam ist vor allem, dass nun eine viel größere aktive Schutzleiterfläche zur Verfügung gestellt wird.
Die erfinderische Lösung der Aufgabe besteht also darin, die einzelnen PE-Kontakte durch ein gelochtes Blech zu ersetzen, das nun die Oberfläche des Bodenteils einnimmt und Aussparungen für die Leistungs- und Informationskontakte aufweist. Das Lochblech ist aus elektrisch leitendem, jedoch nicht magnetisierbarem Werkstoff
hergestellt, zum Beispiel Edelstahl. Das Lochblech ist an mindestens einer Stelle mit dem Schutzleiter verbunden. Durch die nicht mehr nötige Kontaktierung anstelle der bisherigen P E-Pin-Kontakte, können nun stattdessen Abstützelemente eingesetzt werden, welche eine Auflast durch Fahrzeuge etc. sehr gut an die Unterseite der Bodeneinheit weiterleiten können. Dadurch reduziert sich der Bestückungsaufwand und die Kosten werden reduziert.
Solch konduktive Ladesysteme sind solche im Boden versenkt anbringbare oder am Boden angebrachte Einheiten, aufweisend eine Basiseinheit mit der besagten Platte. Fährt ein Auto über dieses Ladesystem, kann sich entweder ein Kontaktierteil, das am Fahrzeug angebracht ist, auf das Ladesystem senken oder vom Ladesystem ein entsprechendes Kontaktierteil zum Fahrzeug hinbewegen. Eine solche Senk- oder Hebebewegung kann automatisiert erfolgen. Somit kann ein automatisiertes Laden erfolgen.
Im Detail kann die Oberfläche der Platte als Schutzleiterfläche mit Aussparungen für die Leistungskontakte und weitere Steuerungskontakte gestaltet werden.
Leistungskontakte, wie in der Oberfläche eingelassen / eingegossen sind, können mit Isolationswerkstoff zur P E-Kontaktfläche abgegrenzt sein. Leistungskontakte können dabei mit zum Beispiel einer Leiterplatte verbunden sein. Abstützelemente / Abstützungselemente können beispielsweise aus einem Eisenwerkstoff hergestellt werden, damit ein Magnet von außen damit wechselwirken kann. Falls die Abstützelemente nicht aus strukturellen Gründen nötig sind, können auch flachere Umsetzungen eingebracht werden, damit die Magnetkraft wirksam aufgenommen werden kann. Unter solchen Umsetzungen werden Platten verstanden.
In einer Basiseinheit wird eine Lochplatte als einzelner PE-Kontakt, das heißt Erdungs- oder Schutzkontakt, verwendet, die eine Fläche eines Basisteils einnimmt und Aussparungen für Strom- und Informationskontakte aufweist. Das Lochblech besteht aus elektrisch leitfähigem, aber nicht magnetisierbarem Material, zum Beispiel aus Edelstahl. Das Lochblech ist an mindestens einer Stelle mit einem Schutzleiter verbunden. Schutzelemente / Säulen, leiten eine Last von einem Fahrzeug etc. sehr gut an eine Unterseite der Bodeneinheit / Basiseinheit weiter.
Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beansprucht und werden nachfolgend näher erläutert.
So ist es von Vorteil, wenn eine elektrische Isolierung zwischen den Kontaktstücken und der Platte vorhanden ist und/oder eine Dichtung zwischen den Kontaktstücken und der Platte vorhanden ist. Auf diese Weise können ungewollte Fehlströme und/oder Korrosionsschäden vermieden werden. Eine größere und bessere Langlebigkeit ist die Folge.
Es hat sich bewährt, wenn die Isolierung die Dichtung stellt und vice versa. Wenn die Isolierung die Dichtung darstellt oder so ausgebildet ist, dass sie als Dichtung gegen Schmutz, Feuchte und desgleichen wirkt, stellen sich ergo besondere Vorteile ein.
Wenn die Platte aus einem metallischen und/oder nicht-magnetisierbaren Werkstoff besteht oder zumindest partiell darauf aufgebaut ist, so kann eine besonders robuste und fremdeinwirkungsunanfällige Ausgestaltung realisiert werden.
Dabei ist es zweckmäßig, wenn die Platte aus Edelstahl oder eventuell Kunststoff besteht, da dann ein ästhetisch besonders ansprechendes Äußeres erreichbar ist oder die Kosten besonders reduziert werden. Auch eine leichte Reinigbarkeit ist die Folge.
Eine vorteilhafte Ausführungsform ist auch dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktstücke vorzugsweise mit der jeweiligen Isolierung / Dichtung in die Platte eingegossen oder eingelassen sind. Eine besonders langlebige und belastbare Ausführungsform ist dann die Folge.
Um das Durchhängen, insbesondere Biegungen und Wölbungen, bei Beaufschlagung mit Last zu vermeiden, ist es von Vorteil, wenn benachbart zu den Kontaktstücken, beispielsweise zwischen oder neben den Kontaktstücken, Stützelemente für die Platte angeordnet sind / vorhanden sind.
Wenn die Stützelemente als Säulen, Balken, Hülsen, Zapfen oder Streben ausgebildet sind, so lassen sich besonders einfach Möglichkeiten realisieren, die eine Kraftweitergabe gewährleisten. Natürlich ist es möglich, dass die unterschiedlichen Stützelemente miteinander kombiniert werden, somit unterschiedliche Arten an Stützelementen eingesetzt sind. Dies kann Vorteile bei der Bauraumausrüstung nach sich ziehen.
Es hat sich bewährt, wenn die Stützelemente als von der Platte und den Kontaktstücken separate Bauteile ausgebildet sind, vorzugsweise aus Kunststoff oder aus einem Eisenwerkstoff. Gerade die Verwendung von Eisenwerkstoffen ist, wie bereits angedeutet, von Vorteil.
Es ist von Vorteil, wenn eine gesamthafte Fläche nur an einer Stelle mit dem Schutzleiter kontaktiert wird (anstelle bei jedem PE-Pin) und darüber hinaus der Kontakt an bisherigen PE-Pin-Stellen entfällt und/oder für Abstützelemente oder sonstige Komponenten verwendet wird.
Wenn die Kontaktstücke als Leistungs- und/oder Steuerungskontakte ausgebildet sind, so kann ein automatisiertes Laden besonders einfach umgesetzt werden.
Die Erfindung betrifft auch ein Elektrofahrzeug, das mit einem konduktiven Ladesystem gemäß der Erfindung verbunden ist, wobei das Elektrofahrzeug Gegenkontaktstücke aufweist, welche mit den Kontaktstücken des konduktiven Ladesystems elektrisch in Verbindung stehen und sich im Betrieb dann ein Ladevorgang einstellt.
Die Erfindung wird nachfolgend auch mit Hilfe einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen konduktiven Ladesystems in einer Draufsicht, wobei eine Bodeneinheit mit einer PE- Schutzleiterplatte inklusive einem Lochmuster / Durchbrüchen für die elektrischen Kontaktflächen verwendet ist, und um die Kontakte herum
Einzel-Isolierungen vorhanden sind, wobei unter der PE-Platte Abstützungen / Abstützelemente / Stützelemente eingesetzt sind, welche optional mit Magnetkraft aktuiert werden können,
Fig. 2 einen Querschnitt durch das Ladesystem aus Fig. 1 , als Teil einer Bodeneinheit einer automatisierten Ladestation im Querschnitt entlang der Linie II aus Fig. 1 , und
Fig. 3 der Querschnitt aus Fig. 2 mit dem Aufbau komplettierenden Stützelementen.
Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen nur dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen.
In der Fig. 1 ist ein erfindungsgemäßes konduktives Ladesystem 1 dargestellt. Es ist zum Einbau im Boden bzw. am Boden vorgesehen. Es ist somit eine Bodeneinheit. Es besitzt eine Platte 2. In der Platte 2 ist eine Vielzahl an Aussparungen 3 enthalten. Die Aussparungen 3 sind vorgesehen, um Kontaktstücke 4 aufzunehmen. Dabei sind die Kontaktstücke 4 ihrerseits von einer Dichtung 5 bzw. einer Isolierung / einem elektrischen Isolator s umgeben. Ein einzelnes Bauteil bildet in der vorliegenden Ausführungsform sowohl die Dichtung 5, als auch die Isolierung 6.
Die Platte 2 sitzt in einem Gehäuse 7 der Bodeneinheit.
Wie in den Fign. 1 bis 3 gut zu erkennen ist, sind die Kontaktstücke 4 gleich verteilt.
Die Verstärkung des Ladesystems 1 wird durch den Einsatz von Stützelementen 8, wie sie in der Fig. 3 dargestellt sind, komplettiert. Dabei sitzen Stützelemente 8, die als Säulen 9 ausgestaltet sind, im Gehäuse 7 und stützen von unten die Platte 2. Sie sind somit in direktem Kontakt mit der Platte 2.
Die Kontaktstücke 4, wie in den Fign. 2 und 3 gut zu erkennen, sind in elektrisch leitendem Kontakt mit einer Leiterplatte 10.
ln den Figuren sind weder der Schutzleiter, noch die Gegenkontaktstücke, noch der Gegenschutzleiter dargestellt.
Bezuqszeichenliste Ladesystem Platte Aussparung Kontaktstück Dichtung Isolierung / elektrischer Isolator Gehäuse Stützelement Säule Leiterplatte
Claims
Patentansprüche Konduktives Ladesystem (1 ) für das Laden eines Elektrofahrzeugs, mit einer Platte (2), die eine Vielzahl von Aussparungen (3) besitzt, in denen elektrisch leitende Kontaktstücke (4) eingesetzt sind, die zur Kontaktierung mit Gegenkontaktstücken vorgesehen sind, wobei ein Schutzleiter vorhanden ist, der zur Kontaktierung von wenigstens einem Gegenschutzleiter vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Platte (2) elektrisch leitend ausgestattet ist und mit dem Schutzleiter elektrisch leitend verbunden ist. Ladesystem (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass eine elektrische Isolierung (6) zwischen den Kontaktstücken (4) und der Platte (2) vorhanden ist und/oder eine Dichtung (5) zwischen den Kontaktstücken (4) und der Platte (2) vorhanden ist. Ladesystem (1 ) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierung (6) die Dichtung (5) darstellt. Ladesystem (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Platte (2) aus einem elektrisch leitfähigem metallischen und/oder elektrisch leitfähigem nicht-magnetisierbaren Werkstoff besteht. Ladesystem (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Platte (2) aus Edelstahl besteht. Ladesystem(l ) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktstücke (4) in die Platte (2) eingegossen oder eingelassen sind. Ladesystem (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass benachbart zu den Kontaktstücken (4) Stützelemente (8) für die Platte (2) vorhanden sind. Ladesystem (1 ) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützelemente (8) als Säulen (8), Balken, Hülsen, Zapfen oder Streben ausgebildet sind.
Ladesystem (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktstücke (4) als Leistungs- und/oder Steuerungskontakte ausgebildet sind. Elektrofahrzeug, das mit dem konduktiven Ladesystem (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche verbunden ist, wobei das Elektrofahrzeug Gegenkontaktstücke aufweist, welche mit den Kontaktstücken (4) des konduktiven Ladesystems (1 ) elektrisch in Verbindung stehen und sich im Betrieb somit ein Ladevorgang einstellt.
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