Sicherheitskonzept

Durch die Anwendung der Technologie im Linieneinsatz ergeben sich spezielle Anforderungen an das System. Ziel der Entwicklung war dabei, dass sich keine besonderen Anforderungen an den Fahrzeugführer und keine Einschränkungen hinsichtlich der Fahrgastnutzung ergeben sollen.

Dem entsprechend muss der automatisierte Ladeprozess alle relevanten Systemzustände erkennen und bei Abweichungen im Ablauf entsprechend reagieren. Eine erweiterte Herausforderung stellt die Verteilung von notwendigen Interaktionen auf mehrere Subsysteme dar, die im Allgemeinen von unterschiedlichen Projektpartnern bereitgestellt werden. Hierzu sind die entsprechenden Automatisierungsaufgaben und Schnittstellen klar zu identifizieren. Auf diese Weise können die Subsysteme auch einzeln weiterentwickelt, erweitert und in anderen Anwendungen kombiniert werden.

In Begleitung durch den TÜV Rheinland wurde ein Betriebs- und Sicherheitskonzept, basierend auf dem technischen Standard DIN EN 61851^[1], entwickelt. In einem ersten Teilschritt erfolgte hierfür die Erstellung einer Gefährdungsanalyse nach IEC 61508^[2]. Die Umsetzung der abgeleiteten Anforderungen wurde durch den TÜV Rheinland geprüft und bestätigt.

Aus den Kenntnissen des Fraunhofer IVI bezüglich der betrieblichen Anforderungen des Linienbusbetriebes wurden folgende Randbedingungen für die Gestaltung des automatisierten Ladeprozesses abgeleitet und durch die Automatisierungslösung umgesetzt:

Jeder Fahrer kann einen Bus mit einer Genauigkeit von 30 cm quer zur Bordsteinkante und 40 cm in Fahrtrichtung positionieren. Unterstützt werden die Fahrer beim Anfahrprozess durch einen Kombibord.
Der automatisierte Prozess muss sich in die Handlungsabläufe des Fahrers eingliedern. Dem Fahrer werden lediglich Statusinformationen zum Ladeprozess mitgeteilt, wobei ein Abbruch des Ladevorgangs durch den Fahrer jedoch weiterhin möglich ist.
Die straßenseitige Kontakthaube muss so angebracht sein, dass sich deren Unterkante mindestens 4,50 m oberhalb der Fahrbahn befindet.
Die Energieübertragung soll innerhalb von 0,5 s nach Kontaktschluss erfolgen.
Die Energieübertragung darf nur erfolgen, wenn die elektrische Sicherheit gewährleistet ist.
Wird von einem Subsystem eine Abweichung erkannt, ist der Prozess automatisiert abzubrechen.

Wie in DIN EN 61851 gefordert, ist das Ladesystem als elektrisch isoliertes System mit einer galvanischen Trennung zum Netzanschluss aufgebaut. Hierfür kommt ein Trenntransformator in der Ladestation zum Einsatz. Die Gewährleistung der elektrischen Sicherheit für Personen und Anlagen während der Nachladung erfolgt durch die Verbindung der elektrischen Erde im Haltestellenbereich mit dem Fahrzeugchassis und der Prüfung der bestehenden Verbindung während der Energieübertragung. Ein Isolationswächter überwacht darüber hinaus kontinuierlich den Isolationswiderstand des geschlossenen Anlagenkreises aller am Ladeprozess beteiligten Komponenten. Gleichspannungsschütze in der Ladestation und im Fahrzeug dienen der schnellen und sicheren elektrischen Trennung im Fehlerfall. Weiterhin dienen diese elektrischen Schalter der dauerhaften Trennung elektrisch aktiver Teile des Kontaktsystems, die außerhalb des Ladeprozesses beispielsweise durch Wartungspersonal berührbar sind.

^[1]Elektrische Ausrüstung von Elektro-Straßenfahrzeugen – Konduktive Ladesysteme für Elektrofahrzeuge
^[2] Funktionale Sicherheit sicherheitsbezogener elektrischer/elektronischer/programmierbarer elektronischer Systeme.