Login| Sign Up| Help| Contact|

Patent Searching and Data


Title:
CONNECTING UNIT AND METHOD FOR CONNECTION TO AN ELECTRIC VEHICLE, AND ELECTRIC VEHICLE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2018/010896
Kind Code:
A1
Abstract:
The connecting unit according to the invention for connection to an electric vehicle has two or more contact rails. By way of example, one contact rail is provided for the connection DC+ and one contact rail is provided for the connection DC- in this case. These contact rails are dependent on one another to a certain degree on account of the positive and negative polarity. Therefore, the contact rails are not arranged in any desired manner, but rather at a specific distance from one another. Furthermore, the connecting unit has a further contact rail to which a signal can be applied. The contact rails can be connected to corresponding vehicle-side contact rails of the electric vehicle. Owing to the connecting unit according to the invention, the number of four contact points from the prior art is advantageously reduced to two contact points and the size of the respective tolerance windows is increased.

Inventors:
BODE, Sebastian (Im Kreuzkamp 16, Ahlen, 59229, DE)
HEUER, Jörg (Gänslerweg 24, Oberhaching, 82041, DE)
SCHMITT, Anton (Steinröschenstr. 6, Vaterstetten, 85591, DE)
Application Number:
EP2017/063806
Publication Date:
January 18, 2018
Filing Date:
June 07, 2017
Export Citation:
Click for automatic bibliography generation   Help
Assignee:
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT (Werner-von-Siemens-Straße 1, München, 80333, DE)
International Classes:
B60L11/18; B60L5/36; B60L5/12
Domestic Patent References:
WO2016012184A12016-01-28
WO2016012173A12016-01-28
Foreign References:
GB2526118A2015-11-18
JPS5769404U1982-04-26
JPS5271011A1977-06-14
Other References:
None
Download PDF:
Claims:
Patentansprüche

1. Verbindungseinheit (20) zur Verbindung (DC+, DC-, PE, CP) mit einem Elektrofahrzeug (10), aufweisend:

a. mindestens zwei Kontaktschienen (21, 22), wobei b. die mindestens zwei Kontaktschienen (21, 22) mit einem Abstand (d) beabstandet voneinander angeord¬ net werden, wobei der Abstand (d) zwischen den mindestens zwei Kontaktschienen (21, 22) kleiner als zwischen zwei mechanisch voneinander unabhängigen

Kontaktschienen (21, 23) ist, wobei

c. die mindestens zwei Kontaktschienen (21, 22) mit einer korrespondierenden ersten fahrzeugseitigen Kontaktschiene (11, 12) des Elektrofahrzeugs (10) verbunden werden können;

d. eine dritte Kontaktschiene (23) , wobei

e. auf der dritten Kontaktschiene (23) ein Signal auf¬ gebracht werden kann,

f. die eine dritte Kontaktschiene (23) mit einer kor- respondierenden zweiten fahrzeugseitigen Kontaktschiene (13) des Elektrofahrzeugs (10) verbunden werden kann.

2. Verbindungseinheit nach Anspruch 1, wobei die Verbindungs- einheit als Pantograph ausgebildet ist.

3. Verbindungseinheit nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei das Elektrofahrzeug als Elektrobus ausgebildet ist. 4. Verbindungseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mindestens zwei Kontaktschienen (21, 22) als Doppelkontakt ausgebildet sind.

5. Verbindungseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprü- che, wobei an einer ersten der mindestens zwei Kontaktschie¬ nen (21) eine positive Spannung (DC+) und an einer zweiten der mindestens zwei Kontaktschienen (22) eine negative Spannung (DC-) anliegt.

6. Verbindungseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprü¬ che, wobei die dritte Kontaktschiene (23) eine Erdungsschiene ist, auf welcher ein hochfrequentes und/oder ein störfestes Signal aufmoduliert wird.

7. Verbindungseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die korrespondierende erste fahrzeugseitige Kon¬ taktschiene (11, 12) des Elektrofahrzeugs (10) eine Mehrzahl von Segmenten aufweist.

8. Verbindungseinheit nach Anspruch 7, wobei die Polarität und/oder eine andere Funktion jedes Segments aus der Mehrzahl der Segmente nicht vorbestimmt ist.

9. Verbindungseinheit nach einem der Ansprüche 7 bis 8, wobei jedes Segment aus der Mehrzahl der Segmente mindestens zwei unterschiedliche Segmentabschnitte aufweist, insbesondere ei¬ nen leitenden und einen isolierenden Segmentabschnitt.

10. Verbindungseinheit nach Anspruch 9, wobei die Länge des isolierenden Segmentabschnitts (12) größer als die jeweilige Breite (b) der mindestens zwei Kontaktschienen (21, 22) ist. 11. Verbindungseinheit nach Anspruch 9 oder 10, wobei die Länge des leitenden Segmentabschnitts ( I i ) dem Abstand (d) zwischen den mindestens zwei Kontaktschienen (21, 22) entspricht . 12. Verbindungseinheit nach einem der Ansprüche 8 bis 11, wo¬ bei jedes Segment der Mehrzahl der Segmente über jeweils min¬ destens eine Diode mit einem der mindestens zwei Kontakt¬ schienen (21, 22) zum Anlegen einer positiven Spannung oder zum Anlegen einer negativen Spannung verbunden ist.

13. Verfahren zur Verbindung (DC+, DC-, PE, CP) einer Verbindungseinheit (20) mit einem Elektrofahrzeugs (10), aufwei¬ send : a. Anordnen von mindestens zwei Kontaktschienen (21, 22) mit einem Abstand (d) beabstandet voneinander, wobei der Abstand (d) zwischen den mindestens zwei Kontaktschienen (21, 22) kleiner als zwischen zwei mechanisch voneinander unabhängigen Kontaktschienen

(21, 23) ist,

b. Verbinden der mindestens zwei Kontaktschienen (21, 22) mit einer korrespondierenden ersten fahrzeug- seitigen Kontaktschiene (11, 12) des Elektrofahr- zeugs (10) ,

c. Aufbringen eines Signals auf der dritten Kontakt¬ schiene (23) , und

d. Verbinden der dritten Kontaktschiene (23) mit einer korrespondierenden zweiten fahrzeugseitigen Kon- taktschiene (13) des Elektrofahrzeugs (10).

14. Elektrofahrzeug (10) zur Verbindung mit einer Verbindungseinheit (20), aufweisend:

a. eine erste fahrzeugseitige Kontaktschiene (11,

12 ) , wobei

b. die erste fahrzeugseitige Kontaktschiene (11, 12) derart mit korrespondierenden zwei Kontaktschienen (21, 22) der Verbindungseinheit (20) verbunden werden kann, dass die mindestens zwei Kontaktschienen (21, 22) untereinander isoliert bleiben, c. eine zweite fahrzeugseitige Kontaktschiene (13), wobei

d. auf der zweiten fahrzeugseitigen Kontaktschiene

(13) ein Signal aufgebracht werden kann und die zweite fahrzeugseitige Kontaktschiene (13) mit ei¬ ner dritten Kontaktschiene (23) der Verbindungseinheit (20), verbunden werden kann.

Description:
Beschreibung

Verbindungseinheit zur Verbindung mit einem Elektrofahrzeug 1. Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verbindungseinheit zur Verbindung mit einem Elektrofahrzeug . Ferner betrifft die Erfindung ein Elektrofahrzeug zur Verbindung mit einer Ver- bindungseinheit . Ferner ist die Erfindung auf ein entspre ¬ chendes Verfahren gerichtet.

2. Stand der Technik Die Elektromobilität ist eine Zukunftstechnologie, die zuneh ¬ mend an Bedeutung gewinnt. Sie ist ein wichtiges Element ei ¬ ner klimagerechten Energie- und Verkehrspolitik. Durch die Verwendung von Strom als Energieträger können auch erneuerbare Energiequellen für die Mobilität genutzt werden, was eine nahezu C02-freie Fortbewegung ermöglicht. Daher besteht Be ¬ darf an Ladeinfrastrukturen zum effizienten und kostensparenden Laden von Elektrofahrzeugen, beispielsweise Elektroautos oder Elektrobusse. Die Elektrobusse werden auch herkömmlich als „eBusse" bezeichnet.

Die Vorrausetzung des emissionsarmen und energieeffizienten öffentlichen Nahverkehrs mit den Elektrofahrzeugen ist eine entsprechende Ladeinfrastruktur. Solche Ladeinfrastrukturen sind aus dem Stand der Technik bereits bekannt.

Üblicherweise setzt sich eine bekannte Ladeinfrastruktur aus einer Steuerungseinheit, einer Spannungsquelle (z.B. Umrich ¬ ter) und einem Ladepunkt zusammen, an welchem sich ein Fahrzeug mittels einer Verbindungseinheit verbinden kann. Bei- spielsweise werden Pantographen als Verbindungseinheit der

Ladeinfrastruktur für den Ladevorgang von Elektrobussen, wie elektrisch betriebene Omnibusse, eingesetzt. In anderen Wor- ten formuliert, wird das Elektrofahrzeug mittels des Pantog- raphen in einem Ladevorgang geladen.

Aus dem Stand der Technik sind Lösungen bekannt, Busse wäh- rend ohnehin erforderlichem Halt stationär zu laden

("Opportunity Charging") . Hierzu wird die notwendige elektri ¬ sche und informationstechnische Verbindung mittels des

Panthographen hergestellt. Fig. 3 zeigt eine beispielhafte Ladeinfrastruktur aus dem Stand der Technik mit einer Ladestelle zum Laden eines

Elektrobusses mittels eines Pantographen . Wie bereits ausge ¬ führt, besteht ein Teil des Ladevorgangs aus dem Herstellen einer leitungsgebundenen Verbindung zwischen dem Elektrofahr- zeug 10 und dem Pantographen 20. Zu diesem Zweck ist es erforderlich, das Elektrofahrzeug 10 in Bezug auf den Pantogra ¬ phen 20 zunächst geometrisch richtig zu positionieren. Das Elektrofahrzeug 10 wird unterhalb des Pantographen 20 ange ¬ ordnet und der Pantograph 20 wird danach in Richtung des Elektrofahrzeugs 10 abgesenkt. Dieser Vorgang wird auch als Positionierungsvorgang bezeichnet und ist dem eigentlichen Ladevorgang vorgeschaltet.

Das Elektrofahrzeug 10 wird mit einem Pantographen 20 über vier Verbindungen (DC+, DC-, PE, CP) verbunden, wie in Figur 3 dargestellt. Bei dem Elektrofahrzeug 10 kann es sich bei ¬ spielsweise um den obigen Elektrobus handeln. Für die Herstellung der benötigten vier Verbindungen weisen das Elektro- fahrzeug 10 sowie der Pantograph 20 jeweils entsprechende Kontaktschienen auf. Die Kontaktschienen sind in Figur 3 in rechteckiger Form und schraffiert angedeutet. Dementsprechend besteht der Ladepunkt für das Elektrofahrzeug 10 aus einem Pantographen 20 an dessen Ende Kontaktschienen 21, 22, 23, 24 angebracht sind.

Üblicherweise sind auf dem Dach des Elektrofahrzeugs 10 vier Kontaktschienen 11, 12, 13, 14 für die vier Verbindungen (DC+, DC-, PE, CP) in Längsrichtung angeordnet. Auf dem Pan- tographen 20 sind ebenfalls vier Kontaktschienen 21, 22, 23, 24 für die vier Verbindungen (DC+, DC-, PE, CP) angeordnet, jedoch nicht in Längsrichtung sondern in Querrichtung. Andere Anordnungen sind jedoch auch denkbar. Folglich ist jeweils eine Kontaktschiene für eine Verbindung vorgesehen. In Figur 3 ist der Pantograph 20 sowie das Elektrofahrzeug 10 nur schematisch und nur Teile dargestellt, nämlich die Kontakt ¬ schienen des Pantographen 20 und das Dach des Elektrofahr- zeugs 10 mit den Kontaktschienen. Nach Absenken des Pantogra- phen 20 in Richtung des Elektrofahrzeugs 10 müssen die Kon ¬ taktschienen 21, 22, 23, 24 des Pantographen 20 mit den Kontaktschienen 11, 12, 13, 14 des Elektrofahrzeugs 10 verbunden werden bevor der Ladevorgang eingeleitet werden kann. Die unterschiedlichen vier Verbindungen werden auch Kontakte genannt und werden wie folgt definiert:

Die Verbindung DC+ stellt die Verbindung zwischen dem Pluspol des Akkumulators im Elektrofahrzeug und dem positiven An- schluss der Spannungsquelle der Ladeinfrastruktur her.

Die Verbindung DC- stellt die Verbindung zwischen dem Minuspol des Akkumulators im Elektrofahrzeug und dem negativen An- schluss der Spannungsquelle der Ladeinfrastruktur her.

Die Verbindung PE stellt die Verbindung der Karosserie des Elektrofahrzeugs mit dem Erdpotential der Ladeinfrastruktur her . Die Verbindung CP führt ein von Elektrofahrzeug und Ladesta ¬ tion beeinflussbares und auswertbares Signal und ermöglicht dadurch die unmittelbare Erkennung einer Verbindung dieses Schienenpaares und damit bei entsprechendem mechanischem Auf ¬ bau mittelbar die Erkennung der Verbindung der weiteren

Schienenpaare.

Während des Positionierungsvorgangs ist es erforderlich, dass die Kontaktschienen 11, 12, 13, 14 des Elektrofahrzeugs 10 mit den Kontaktschienen 21, 22, 23, 24 des Pantographen 20 derart angeordnet werden, dass sich diese in entsprechenden Kontaktpunkten 31, 32, 33, 34 überschneiden. Die Draufsicht auf das Dach des Elektrofahrzeugs 10, auf wel ¬ chem die Kontaktschienen 11, 12, 13, 14 in Längsrichtung angeordnet sind, ist in Figur 4 gezeigt. Die Kontaktschienen 11, 12, 13, 14 des Elektrofahrzeugs 10 überschneiden sich in den vier Kontaktpunkten 31, 32, 33, 34 mit den Kontaktschie- nen 21, 22, 23, 24 des Pantographen 20, wie dargestellt.

Dementsprechend ist beim Positionierungsvorgang zu beachten, dass nicht irgendwelche Kontaktschienen 11, 12, 13, 14 des Elektrofahrzeugs 10 mit den Kontaktschienen 21, 22, 23, 24 des Pantographen 20 in Verbindung gebracht werden, sondern mit den jeweils korrespondierenden. Beispielsweise sollte die Kontaktschiene 11 für die Verbindung DC+ des Elektrofahrzeugs 10 auch mit der korrespondierenden Kontaktschiene 21 für die Verbindung DC+ des Pantographen 20 verbunden werden. Daher gibt es für jede Kontaktschiene 11, 12, 13, 14 an dem Elekt- rofahrzeug 10 eine Kontaktschiene 21, 22, 13, 14 mit entspre ¬ chender Funktionalität an dem Pantographen 20. Folglich ergeben sich im vorliegenden Beispiel insgesamt die vier Kontaktpunkte 31, 32, 33, 34 für die vier Verbindungen DC+, DC-, PE, CP im Falle der acht Kontaktschienen. Die vier Schienenpaare sind somit in Bezug auf den mechanischen Kontakt voll ¬ kommen unabhängig.

Durch die Kontakte soll sichergestellt werden, dass a) Ein im Elektrofahrzeug befindlicher Akkumulator zweipolig mit einer an den Ladepunkt angeschlossenen Spannungsquelle der Ladeinfrastruktur verbunden werden kann b) Das Elektrofahrzeug geerdet ist und die Erdung eine Strom ¬ tragfähigkeit aufweist, die ausreichend hoch ist um den maxi ¬ mal möglichen Fehlerstrom im Falle eines Erdschlusses aufzu ¬ nehmen c) Elektrofahrzeug und das zum Ladepunkt gehörige Steuerungs ¬ system eine Trennung der Verbindung der Kontaktschienen, wie sie beispielsweise durch Anheben des Pantographen oder Anfah- ren des Busses möglich wären voneinander unabhängig erkennen können .

Während des Positionierungsvorgangs kann das Elektrofahrzeug weiterhin auch nur innerhalb eines vorgegebenen Toleranzfens- ters positioniert werden. Dabei ist ein möglichst großes To ¬ leranzfenster wünschenswert, um das Elektrofahrzeug mit einer hohen Wahrscheinlichkeit korrekt positionieren zu können. Das Toleranzfenster ergibt sich geometrisch unter Berücksichtigung der Anzahl der herzustellenden Verbindungen, herkömmlich vier, zwischen dem Elektrofahrzeug 10 und dem Pantographen 20.

Figur 5 zeigt eine Übersicht über die jeweiligen Toleranzfenster für die vier Kontaktpunkte. Die Anordnung der Kon- taktschienen ist in Figur 5 derart gewählt, dass sich die Kontaktschienen 21, 22, 23, 24 des Pantographen 20 und die Kontaktschienen 11, 12, 13, 14 des Elektrofahrzeugs 10 gleichzeitig paarweise in den Mittelpunkten 31, 32, 33, 34 kreuzen. Demnach beträgt die Länge des Toleranzfensters:

min (x a d ) und die Höhe min (y a d ) , wobei:

Yi = l 2 i— b a für i E {a, b, c, d]

Dabei sind bei Positionierungen des Elektrofahrzeugs ohne Winkelfehler

In die Länge der i-ten in x-Richtung verlaufenden Kontaktschiene

l 2 i die Länge der i-ten in y-Richtung verlaufenden Kontakt ¬ schiene

bn die Breite der i-ten in x-Richtung verlaufenden Kontaktschiene

b 2 i die Breite der i-ten in y-Richtung verlaufenden Kontakt- schiene

Bei Positionierung mit Winkelfehler berechnen sich die Werte: i = In ~ 0.5 tan(oc) dx

hu = b ' + 0-5 tan(oc) ö 2

^2 t = ^2t + 0-5 tan(oc) b 1

Ein Nachteil der aus dem Stand der Technik bekannten und in Figur 5 dargestellten herkömmlichen Toleranzfenster ist ihre jeweilige Größe. Die Toleranzfenster sind für eine korrekte und schnelle Positionierung des Elektrofahrzeugs nicht hin ¬ reichend groß genug. Durch die beschränkte Größe der Tole ¬ ranzfenster müssen die Kontaktschienen 11, 12, 13, 14 des Elektrofahrzeugs 10 mit den korrespondierenden Kontaktschie ¬ nen 21, 22, 23, 24 des Pantographen 20 sehr präzise in Bezug zueinander angeordnet und positioniert werden.

Im Folgenden wird der Vorgang noch einmal im Detail beschrieben. Der Pantograph 20 wird zunächst während des Positionie ¬ rungsvorgangs auf das Dach des Elektrofahrzeugs 10 abgesenkt, um die vier Kontaktpunktepunkte 31, 32, 33, 34 für die vier Verbindungen herzustellen. Die Herstellung der Verbindungen kann jedoch nur unzureichend gewährleistet werden. Schlägt dieser Positionierungsvorgang fehl und die Verbindungen können nicht wie erforderlich hergestellt werden, muss der Pan- tograph 20 in aufwendiger Weise wieder hochgefahren werden und der Positionierungsvorgang muss wiederholt werden. In diesem Fall beginnt der Positionierungsvorgang von Neuem. Das bedeutet, dass das Elektrofahrzeug 10 erneut bezüglich des Pantographen 20 angeordnet werden muss und der Pantograph 20 erneut auf das Dach des Elektrofahrzeugs 10 abgesenkt werden muss. Beispielsweise muss das Elektrofahrzeug hierzu neu ran ¬ giert werden und in eine andere Parkposition unterhalb des Pantographen gebracht werden. Dadurch ist der Positionierungsvorgang aus dem Stand der Technik sehr nachteilig, näm- lieh aufwendig und zeitintensiv. Im Busbetrieb ist ein Ran ¬ gieren an einer Haltestelle zudem aus Sicht des Endkunden, dem Fahrgast, kaum nachvollziehbar. Für den Fall, dass Fahrgäste, welche zusteigen wollen in Erwartung einsteigen können auf den Bus zugehen, wird eine Neupositionierung des Busses ohne Gefährdung von Personen zumindest temporär verhindert. Nachteilig daran ist ferner, dass der Positionierungsvorgang die Voraussetzung für den weiteren Ladevorgang ist. Der Ladevorgang kann erst nach erfolgreicher Positionierung eingeleitet werden, folglich wenn die Verbindungen zwischen dem

Elektrofahrzeug und dem Pantographen eingerichtet sind.

Während des gesamten Positionierungsvorgangs sowie des daran anschließenden Ladevorgangs kann das Elektrofahrzeug nicht richtig betrieben werden in dem Sinne, dass die Fahrgäste zum einen im Bus verbleiben müssen und zum anderen verspätet zu ihren Zielorten gefahren werden. Dadurch entstehen enorme zeitliche Verzögerungen im Betriebsablauf, die Fahrzeiten verlängern sich unnötigerweise und die Kosten steigen entsprechend .

Die vorliegende Erfindung stellt sich daher die Aufgabe, eine Verbindung der Verbindungseinheit zur Verbindung mit dem Elektrofahrzeug auf effiziente, kostensparende und auch ein ¬ fache Weise herzustellen.

3. Zusammenfassung der Erfindung

Die oben genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Verbindungseinheit zur Verbindung mit einem Elektrofahrzeug gelöst, aufweisend:

a. mindestens zwei Kontaktschienen, wobei

b. die mindestens zwei Kontaktschienen mit einem Abstand beabstandet voneinander angeordnet werden, wobei der Ab ¬ stand zwischen den mindestens zwei Kontaktschienen kleiner als zwischen zwei mechanisch voneinander unabhängigen Kontaktschienen ist, wobei

c. die mindestens zwei Kontaktschienen mit einer korrespondierenden ersten fahrzeugseitigen Kontaktschiene des Elektrofahrzeugs verbunden werden können;

d. eine dritte Kontaktschiene, wobei

e. auf der dritten Kontaktschiene ein Signal aufgebracht werden kann, und f. die eine dritte Kontaktschiene mit einer korrespondie ¬ renden zweiten fahrzeugseitigen Kontaktschiene des

Elektrofahrzeugs verbunden werden kann. Wie bereits weiter oben ausgeführt, weist eine Verbindungs ¬ einheit einer Ladeinfrastruktur sowie das Elektrofahrzeug je ¬ weilige Kontaktschienen auf. Das Elektrofahrzeug ist als zu ¬ mindest teilweise elektrisch betriebenes Fahrzeug zu verste ¬ hen, welches neben dem Elektroantrieb auch anderweitig be- trieben werden kann, beispielswese über einen Verbrennungsmo ¬ tor. Die Kontaktschienen sind derart in Bezug zueinander abgestimmt, dass sich die Kontaktschienen der Verbindungseinheit nach dem Absenken der Verbindungseinheit in die Richtung des Elektrofahrzeugs mit den Kontaktschienen des Elektrofahr- zeugs in den Kontaktpunkten miteinander überschneiden, um die vier Verbindungen (DC+, DC-, PE, CP) herstellen zu können. Im Stand der Technik sind vier Kontaktpunkte für die Herstellung der vier Verbindungen notwendig. Die Größe der entsprechenden Toleranzfenster der jeweiligen Kontaktpunkte ist jedoch nach- teilig sehr gering.

Die Verbindungseinheit nach Anspruch 1 weist zwei oder mehre ¬ re Kontaktschienen auf. Beispielsweise ist dabei eine Kon ¬ taktschiene für die Verbindung DC+ und eine Kontaktschiene für die Verbindung DC- vorgesehen. Diese Kontaktschienen sind in gewisser Weise aufgrund der positiven und negativen Polarität voneinander abhängig. Die Kontaktschienen sind daher nicht beliebig angeordnet, sondern in einem bestimmten Ab ¬ stand voneinander. Der Abstand wird derart bestimmt, dass der Abstand kleiner als zwischen zwei mechanisch voneinander unabhängigen Kontaktschienen ist. Dementsprechend sind die Kontaktschienen in nächster Nähe nebeneinander, vorzugsweise auch in Längsrichtung, angeordnet. Der Abstand sollte jedoch auch nicht zu gering gewählt werden, da dies zu einem uner- wünschten Kurzschluss führen könnte. Die Kontaktschienen können mit einer korrespondierenden fahrzeugseitigen Kontaktschiene des Elektrofahrzeugs verbunden werden. Dementspre ¬ chend ist auf der Seite des Elektrofahrzeugs vorteilhafter- weise nur noch eine statt zwei Kontaktschienen für die Herstellung der zwei Verbindungen DC+, DC- mit der Verbindungs ¬ einheit notwendig. Ferner weist die Verbindungseinheit eine weitere Kontakt ¬ schiene auf, auf welcher ein Signal aufgebracht werden kann. Die Kontaktschiene kann mit einer korrespondierenden fahr- zeugseitigen Kontaktschiene des Elektrofahrzeugs verbunden werden. Durch das Aufbringen eines Signals wird die Kontakt- schiene um eine zusätzliche Überwachungsfunktionalität zur Überwachung des Kontakts zwischen den Kontaktschienen des Elektrofahrzeugs und den Kontaktschienen der Verbindungseinheit erweitert. Dementsprechend ist auf der Seite des

Elektrofahrzeugs nur noch eine statt zwei Kontaktschienen für die Herstellung der Verbindungen PE, CP mit der Verbindungseinheit notwendig.

Vorteilhafterweise wird die Anzahl der vier Kontaktpunkte aus dem Stand der Technik durch die erfindungsgemäße Verbindungs- einheit auf zwei Kontaktpunkte verringert und die Größe der jeweiligen Toleranzfenster erhöht.

In einer Ausgestaltung ist die Verbindungseinheit als Pantog ¬ raph ausgebildet. Dementsprechend kann die Verbindungseinheit beispielsweise ein Pantograph oder ein Ladekabel sein. In ei ¬ ner Ausgestaltung wird ein Elektrobus mit einem Pantographen verbunden und mittels eines Pantographen geladen.

In einer weiteren Ausgestaltung ist das Elektrofahrzeug als Elektrobus ausgebildet. Dementsprechend kann das Elektrofahr ¬ zeug beispielsweise ein Elektrobus, Elektroauto, Elektrofahr- zeug etc. sein. Der Elektrobus kann für den Nahverkehr Anwendung finden und wird über eine entsprechende Ladestelle der Ladeinfrastruktur geladen.

In einer weiteren Ausgestaltung sind die mindestens zwei Kontaktschienen als Doppelkontakt ausgebildet. Dementsprechend, wird der Abstand zwischen den beiden Kontaktschienen für die Verbindungen derart gering gewählt, dass auch auf Seite der Verbindungseinheit nur ein Doppelkontakt anstelle von zwei Kontaktschienen erforderlich ist. Der Doppelkontakt kann sich folglich auch vorteilhafterweise mit einer korrespondierenden fahrzeugseitigen Kontaktschiene in nur noch einem statt zwei Kontaktpunkten überschneiden.

In einer weiteren Ausgestaltung liegen an einer ersten der mindestens zwei Kontaktschienen eine positive Spannung und an einer zweiten der mindestens zwei kontaktschienen eine negative Spannung an. Wie bereits weiter oben beschrieben, sind die zwei Kontaktschienen der Verbindungseinheit insbesondere für die Verbindungen DC+ und DC- vorgesehen. Der Abstand zwischen den Kontaktschienen wird aufgrund der Polarität und ih- rer Beschaffenheit entsprechend gewählt. Alternativ können die Kontaktschienen jedoch auch für andere Verbindungen oder Funktionalitäten ausgebildet werden, beispielsweise die Ver ¬ bindung CP oder PE, und der Abstand kann entsprechend ange- passt werden.

In einer weiteren Ausgestaltung ist die dritte Kontaktschiene eine Erdungsschiene, auf welcher ein hochfrequentes und/oder ein störfestes Signal aufmoduliert . Dementsprechend ist die weitere Kontaktschiene der Verbindungseinheit für die Verbin- düngen PE und CP vorgesehen. Daher wird für die Umsetzung von zwei Verbindungen eine Kontaktschiene eingespart. Folglich fällt die zusätzliche und übliche Kontaktschiene aus dem Stand der Technik für die Verbindung CP weg. Die dritte Kontaktschiene ist neben der Schutzfunktion somit ebenfalls zur Überwachung der Verbindung zwischen den Kontaktschienen auf der Fahrzeugseite mit den Kontaktschienen auf der Seite der Verbindungseinheit fähig.

In einer weiteren Ausgestaltung weist die korrespondierende erste fahrzeugseitige Kontaktschiene des Elektrofahrzeugs ei ¬ ne Mehrzahl von Segmenten auf. Dementsprechend ist die erste fahrzeugseitige Kontaktschiene des Elektrofahrzeugs in Seg ¬ mente unterteilt. In einer weiteren Ausgestaltung ist die Polarität und/oder eine andere Funktion jedes Segments aus der Mehrzahl der Seg ¬ mente nicht vorbestimmt. Dementsprechend ist nicht vorab festgelegt, für welche Verbindung die jeweiligen Segmente der Kontaktschiene eingesetzt werden. Das jeweilige Segment kann daher beispielsweise beliebig für die Verbindung DC+ oder DC- verwendet werden. Folglich kann der Doppelkontakt der Verbindungseinheit vorteilhafterweise auch mit dem jeweiligen Seg- ment beliebig verbunden werden. Die Unterteilung der Kontaktschienen in + und - fällt daher weg. Dadurch ist auf Seite des Elektrofahrzeugs vorteilhafterweise anstelle von zwei Kontaktschienen für die Verbindungen DC+ und DC- nur noch eine Kontaktschiene für die Verbindung mit dem Doppelkontakt auf der Seite der Verbindungseinheit notwendig.

In einer weiteren Ausgestaltung weist jedes Segment aus der Mehrzahl der Segmente mindestens zwei unterschiedliche Seg ¬ mentabschnitte auf, insbesondere einen leitenden und einen isolierenden Segmentabschnitt. Auf Grund dessen, dass die Po ¬ larität der Segmente nicht vorgegeben ist, sind die Segmente in leitende und isolierende Abschnitte unterteilt. Dadurch wird vorteilhafterweise ein Kurzschluss verhindert. In einer weiteren Ausgestaltung ist die Länge des isolierenden Segmentabschnitts größer als die jeweilige Breite der mindestens zwei Kontaktschienen. Die Dimensionierung stellt sicher, dass die zwei Kontaktschienen der Verbindungseinheit niemals den gleichen leitenden Abschnitt kontaktieren können, um einen Kurzschluss zu vermeiden. Durch diese vorteilhafte Dimensionierung können die Kontaktschienen dichter und somit auf platzsparende Weise angeordnet werden. Zusätzlich wird der Fertigungsaufwand deutlich verringert und somit Kosten eingespart. Folglich kann die Größe des Toleranzfensters er- höht werden. Alternativ oder zusätzlich könnten andere Dimensionierungen und Größenverhältnisse gewählt werden. Bei ¬ spielsweise könnten die Längen der isolierenden und leitenden Segmentabschnitte so ausgelegt werden, dass die Summe zweier isolierender Segmentabschnitte und einem leitenden Segmentab ¬ schnitt größer ist als die Breite der Kontaktschiene.

In einer weiteren Ausgestaltung entspricht die Länge des lei- tenden Segmentabschnitts dem Abstand zwischen den mindestens zwei Kontaktschienen. Durch diese vorteilhafte Dimensionie ¬ rung können die Kontaktschienen dichter angeordnet und somit auf platzsparende Weise. Zusätzlich wird der Fertigungsauf ¬ wand deutlich verringert und somit Kosten gespart.

In einer weiteren Ausgestaltung ist jedes Segment der Mehrzahl der Segmente über jeweils mindestens eine Diode mit ei ¬ nem der mindestens zwei Kontaktschienen zum Anlegen einer positiven Spannung oder zum Anlegen einer negativen Spannung verbunden.

Die Erfindung ist ferner auf ein Verfahren zur Verbindung einer Verbindungseinheit mit einem Elektrofahrzeug gerichtet, aufweisend : a. Anordnen von mindestens zwei Kontaktschienen mit einem Abstand beabstandet voneinander, wobei der Abstand zwi ¬ schen den mindestens zwei Kontaktschienen kleiner als zwischen zwei mechanisch voneinander unabhängigen Kontaktschienen ist,

b. Verbinden der mindestens zwei Kontaktschienen mit einer korrespondierenden ersten fahrzeugseitigen Kontaktschiene des Elektrofahrzeugs ,

c. Aufbringen eines Signals auf der dritten Kontaktschiene, und

d. Verbinden der dritten Kontaktschiene mit einer korres ¬ pondierenden zweiten fahrzeugseitigen Kontaktschiene des Elektrofahrzeugs . Die Erfindung ist auch auf ein Elektrofahrzeug zur Verbindung mit einer Verbindungseinheit gerichtet, aufweisend:

a. eine erste fahrzeugseitige Kontaktschiene, wobei b. die erste fahrzeugseitige Kontaktschiene derart mit kor ¬ respondierenden zwei Kontaktschienen der Verbindungseinheit verbunden werden kann, dass die mindestens zwei Kontaktschienen untereinander isoliert bleiben,

c. eine zweite fahrzeugseitige Kontaktschiene,

wobei

d. auf der zweiten fahrzeugseitigen Kontaktschiene ein Signal aufgebracht werden kann und die zweite fahrzeugsei- tige Kontaktschiene mit einer dritten Kontaktschiene der Verbindungseinheit verbunden werden kann.

Die Funktionalitäten und Vorteile der Kontaktschienen auf der Seite des Elektrofahrzeugs und auch auf der Seite der Verbin ¬ dungseinheit wurden bereits im Kontext mit dem unabhängigen Anspruch 1 und den abhängigen Ansprüchen erläutert. Um unnötige Wiederholungen zu vermeiden, wird auf diese Ausführungen und die folgende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen verwiesen.

4. Kurze Beschreibung der Zeichnungen

In der folgenden detaillierten Beschreibung werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung weiter beschrieben mit Bezug auf die folgenden Figuren.

Fig. 1 zeigt eine Darstellung eines erfindungsgemäßen

Elektrofahrzeugs zur Verbindung mit einer Verbindungseinheit .

Fig. 2 zeigt eine Detailansicht von Kontaktschienen des

Elektrofahrzeugs und derjenigen der Verbindungseinheit gemäß der Erfindung.

Fig. 3 zeigt eine beispielhafte Vorrichtung aus dem Stand der Technik zum Laden eines Elektrobusses mittels ei ¬ nes Pantographen . Fig. 4 zeigt eine Draufsicht auf das Dach des Elektrobusses mit seinen Kontaktschienen, welche sich mit denjenigen der Kontaktschienen des Pantographen in den Kontaktpunkten überschneiden nach dem Stand der Technik.

Fig. 5 zeigt die Toleranzfenster für die Kontaktpunkte nach dem Stand der Technik.

5. Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in Bezug auf die begleitenden Figuren beschrieben . Figur 1 stellt ein Elektrofahrzeug 10 gemäß der Erfindung dar. Das Elektrofahrzeug 10 kann beispielsweise als ein

Elektrobus ausgebildet werden. Jedoch sind auch andere Elekt ¬ rofahrzeuge möglich, wie eingangs erwähnt. Das Elektrofahr ¬ zeug 10 weist ein Dach auf, welches zur Veranschaulichung in Draufsicht in rechteckiger Form gezeigt ist. Auf dem Dach des Elektrofahrzeugs 10 ist eine Kontaktschiene 11, 12 ange ¬ bracht. Die Kontaktschiene 11, 12 weist dabei eine Mehrzahl von Segmenten auf. Die einzelnen Segmente sind in Figur 1 in zwei unterschiedliche Segmentabschnitte unterteilt, welche in schwarz und weiß angedeutet sind. Der weiße Segmentabschnitt ist leitend ausgebildet wohingegen der schwarze Segmentab ¬ schnitt isolierend ausgebildet ist. Alternativ oder zusätz ¬ lich können andere Segmentabschnitte vorgesehen sein. Vorteilhafterweise ist die Polarität eines jeden Segments der Kontaktschiene 11, 12 gerade nicht von vornherein festgelegt. Im Gegensatz zum Stand der Technik ist folglich nur noch eine anstelle von zwei Kontaktschienen auf der Seite des Elektro- fahrzeugs 10 vorgesehen. Weiterhin weist die Verbindungseinheit zwei Kontaktschienen auf. Beispielsweise ist die Verbindungseinheit 20 ein Pantog- raph. Die erste Kontaktschiene 21 ist für die Verbindung DC+ vorgesehen. Die zweite Kontaktschiene 22 ist für die Verbin- dung DC- vorgesehen. Die beiden Kontaktschienen 21, 22 der Verbindungseinheit 20 werden eng nebeneinander positioniert und somit vorteilhafterweise als Doppelkontakt ausgeführt. Der Doppelkontakt kann dabei an beliebiger Stelle auf der Kontaktschiene 21, 22 aufliegen. Die eine Kontaktschiene 11, 12 mit den Segmenten des Elektrofahrzeugs 10 kann sich mit den Kontaktschienen 21, 22 der Verbindungseinheit 20 in einem Kontaktpunkt 31, 32 überschneiden. Die Abmaße dieser Kontaktschiene und der zwei einen Kontakt ¬ punkt bildenden Schienen an der Verbindungseinheit 10 sind dabei derart abgestimmt, das folgend Bedingungen erfüllt ist: wobei in einer optimalen Ausführung

i 11 = d mit i E IN , mit i = 1

gewählt würde. Dabei ist 12 die Länge des isolierenden Seg ¬ mentabschnitts der korrespondierenden fahrzeugseitigen Kontaktschiene 11, 12 des Elektrofahrzeugs 10, 11 die Länge des leitenden Segmentabschnitts korrespondierenden fahrzeugseiti ¬ gen Kontaktschiene 11, 12 des Elektrofahrzeugs , d der Abstand zwischen der ersten und zweiten Kontaktschiene 21, 22 des Pantographen .

Auf dem Dach des Elektrofahrzeugs 10 ist ferner eine Kontakt ¬ schiene 13 angebracht, welche sich mit einer entsprechenden dritten Kontaktschiene 23 der Verbindungseinheit 20 über ¬ schneiden kann. Zusätzlich können auf dem Dach des Elektro- fahrzeugs 10 und/oder an der Verbindungseinheit 20 noch wei ¬ tere Kontaktschienen angebracht werden. Die dritte Kontaktschiene des Elektrofahrzeugs 10 ist mit der Fahrzeugkarosserie (Masse) verbunden und kann das Fahrzeug mit dem Erdpotential verbinden. Außerdem kann auch ein Signal, beispielsweise ein hochfrequentes und/oder störfestes, aufmoduliert werden. Zusätzlich oder alternativ kann ein inf- rastrukturseitig aufmoduliertes Signal empfangen werden.

Die dritte Kontaktschiene der Verbindungseinheit 20 ist mit dem Erdpotential verbunden. Hier wird durch die Steuerung des Ladepunkts ein Signal aufgelegt und außerdem geprüft, ob der Bus ein Signal auflegt. Auf der Erdungsschiene 13 wird das Signal aufmoduliert . Dieses Signal ist dabei eine definierte Zeichenfolge für einzelne Nachrichten und kann auch ohne Be- teiligung einer CPU ausgewertet werden.

Im Gegensatz zum Stand der Technik ist keine weitere Kontakt ¬ schiene 14 für die Verbindung CP auf dem Dach des Elektro- fahrzeugs 10 vorgesehen. Die Verbindung CP dient der Überwa- chung des Kontakts zwischen den Kontaktschienen 11, 12, 13 an dem Elektrofahrzeug und den Kontaktschienen 21, 22, 23 an dem Pantographen 20. Diese Überwachungsfunktionalität auf die Er ¬ dungsschiene verlagert. Dementsprechend ist die Erdungsschie ¬ ne neben der Schutzfunktion für den Informationsaustausch auch mit der Überwachungsfunktionalität ausgestattet. Dies bedeutet, in anderen Worten, dass die Überwachung der Erdungsschiene nunmehr vorteilhafterweise direkt erfolgt, im Gegensatz zum Stand der Technik, bei der die Überwachung indirekt darüber erfolgt, indem der Kontakt von CP verloren geht, wenn einer der anderen Kontakte verloren geht. Dies wird bisher beispielsweise mechanisch.

Während des Positionierungsvorgangs wird der Pantograph 20 in die Richtung des Daches des Elektrofahrzeugs 10 abgesenkt, um die Kontaktschienen 11, 12, 13 des Elektrofahrzeugs 10 mit den Kontaktschienen 21, 22, 23 des Pantographen 20 zu verbinden .

Hierzu werden zum einen die Segmente der Kontaktschiene 11, 12 des Elektrofahrzeugs 10 über eine oder mehrere Dioden mit dem negativen oder dem positiven Potential der Kontaktschiene 21, 22 des Pantographen 20 verbunden. Ferner wird die Kontaktschiene 13 des Elektrofahrzeugs 13 mit der Erdungsschiene 23 des Pantographen 20 verbunden. Beispielsweise kann die Verbindung Koppelkondensatoren hergestellt werden. Durch die erfindungsgemäße Anordnung der Kontaktschienen überschneiden sich diese nur noch in zwei Kontaktpunkten 31,32 und 33. Die Kontaktschienen können als leitender Kupfer ausgestaltet werden und auf beliebige Weise in Längsrichtung oder Querrichtung angeordnet werden. Andere Anordnungen oder Ausgestaltungen der Kontaktschienen auf dem Elektrofahrzeug oder auf der Verbindungseinheit sind jedoch auch denkbar. Alterna ¬ tiv könnte beispielsweise die Richtung oder Beschaffenheit der Kontaktschienen verändert werden.

Wie bereits weiter oben beschrieben, benötig eine herkömmli- che Anordnung der Kontaktschienen nach dem Stand der Technik vier Kontaktpunkte. Durch die vorteilhafte erfindungsgemäße Anordnung der Kontaktschienen jeweils an dem Elektrofahrzeug 10 und an der Verbindungseinheit 20 und deren abgestimmte Überlagerung wird die Anzahl der Kontaktpunkte 31, 32, 33, 34 von vier auf zwei Kontaktpunkte 31, 32 und 33 verringert.

Demnach wird die Anzahl halbiert. Dadurch wird auch die Brei ¬ te des Toleranzfensters um das Doppelte erhöht, so dass eben ¬ falls die translatorische Toleranz um das Doppelte erhöht wird .

Die beiden Kontaktpunkte 31, 32 und 33 liegen zwangsläufig in einer Linie. Dadurch wird ferner die maximale rotatorische Toleranz deutlich erhöht.