CN117460640A - 地面接触单元 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于车辆电池充电系统的地面接触单元(10)，所述地面接触单元用于与车辆接触单元自动地、传导地连接。地面接触单元(10)具有板状的基体(12)、至少一个电位层(18)以及多个接触区域(16)，所述接触区域设置在基体(12)的露出的充电面(14)上并且与至少一个电位层(18)相关联，车辆接触单元能够贴靠于所述露出的充电面。至少一个保护组件与至少一个电位层(18)的接触区域(16)相关联。至少一个保护组件具有设置在电流路径中的、用于电流测量的电流测量单元和设置在电流路径中的开关，尤其根据电流测量单元的结果控制所述开关。

Description

地面接触单元
技术领域
本发明涉及一种用于车辆电池充电系统的地面接触单元，所述地面接触单元用于自动地、传导地连接车辆接触单元。
背景技术
在电驱动的车辆例如插电式混合动力车辆和纯电动车辆中，车辆的电池必须定期充电，优选在每次行驶后充电。为此，车辆与相应的电源连接，其中通常使用插头，例如所谓的2型插头，其必须由人手动地插入车辆上的相应插座中。
用于车辆电池充电系统的地面接触单元在现有技术中也是已知的，例如从WO2019/052962 A1中已知，所述地面接触单元设置在地面处。地面接触单元可以与设置在待充电的车辆处的相应的车辆接触单元自动地建立传导的连接，以便为车辆充电。车辆接触单元在此可以设置在车辆底部处，其中所述车辆接触单元向下运动，以便建立与地面接触单元的电接触。
例如，如在WO 2019/052962 A1中所示，地面接触单元构成为所谓的矩阵充电垫。为此，地面接触单元包括多个以矩阵形式设置的接触区域，其中接触区域可以借助于车辆接触单元接触，以便在地面接触单元和车辆接触单元之间建立电连接。根据车辆接触单元的连接器的安置点，地面接触单元的相应地占用的接触区域被接通，以便经由这些接触区建立电连接。
通常，占用的接触区域借助于与地面接触单元的每个接触区域相关联的独立的继电器接通。由此，形成所谓的矩阵继电器，所述矩阵继电器尤其保证在绝缘距离方面的安全相关的要求。然而，相应大数量的继电器及其接线造成相应高的成本，尤其在如下前提条件下：在出现短路的情况下所使用的继电器应当附加地可靠切换，以便中断电流回路。
发明内容
因此，需要尽可能低成本地满足在运行安全性方面所要求的前提条件的地面接触单元。
根据本发明，所述目的通过用于与车辆接触单元自动地、传导地连接的车辆电池充电系统实现。地面接触单元具有板状的基体、至少一个电位层以及多个接触区域，所述接触区域设置在基体的露出的充电面上并且与至少一个电位层相关联，车辆接触单元能够贴靠于所述露出的充电面。此外，至少一个保护组件与至少一个电位层的接触区域相关联，其中至少一个保护组件具有设置在电流路径中的、用于电流测量的电流测量单元和设置在电流路径中的开关，尤其与电流测量单元的结果相关地控制所述开关。
本发明的基本构思是，地面接触单元具有至少一个保护组件，其设置在电流路径中。保护组件包括电流测量单元以及开关，所述电流单元和开关都设置在电流路径中，使得可以测量电流路径中的电流并且可以与测量到的电流相关地切换开关，以便必要时中断电流回路。
根据本发明，电位层指的是相线的电位，即相位或零线的电位。据此，至少一个保护组件可以与至少一个相或零线相关联。
除了零线和相线，即相应的相以外，也可以设有“接地”，即保护导体。
因此，地面接触单元尤其也可以构成用于借助于直流电流充电。
原则上，每个相，即每个相线，以及零线可以分别具有自己的保护组件，即相应的设置在相应的电流路径中的开关，以及设置在相应的电流路径中的电流测量单元，所述电流测量单元彼此共同作用，以便可能中断电流路径。
因此，在三相交流系统中，接触区域可以与三个用作为相的电位层相关联，其中还设有三个或四个保护组件，即用于相应的相线，即相，以及(可选地)用于零线。
原则上，地面接触单元然而也可以用于其他电力系统，例如具有两个相或四个相的电力系统或甚至直流电力系统。
通常，针对与相线即相以及零线相关联的接触区域设有相应的继电器，以便当这必要时，确保电流隔离。所述继电器可以经由单独构成的保护组件相应地受保护免受高电流强度，因为所属的电流被及时中断。
保护组件包括设计用于测量电流的电流测量单元以及开关。一旦电流测量单元在测量电流时检测到指示故障的电流，就经由开关相应地中断电流回路。换言之，存在保护组件的触发情况，在触发情况下保护组件触发。因此，接触区域和与接触区域相关联的可能的继电器受保护，使得接触区域和继电器不必造成例如短路电流或过流。
原则上，地面接触单元例如具有168个接触区域，所述接触区域呈矩阵设置，使得每个所述接触区域是矩阵触点。在一个实施方式中，设有156个可切换的接触区域以及122个不可切换的接触区域，即PE接触区域。原则上，数量是灵活的，使得其也可以是120个或80个接触区域。与接触区域典型地相关联的继电器保证，可以触摸非有源的接触区域，因为所述非有源接触区域与所属的电位层电流隔离。
一个方面提出，多个接触区域与刚好一个电位层相关联，其中与刚好一个电位层相关联的接触区域与仅一个保护组件相关联。就此而言，地面接触单元的多个接触区域可以与相线，即相或零线相关联。相应的属于相同相或零线的接触区域同时与刚好一个保护组件相关联，只要设有多个保护组件。由此保证，每个电位层需要仅一个保护组件。用于地面接触单元的成本可以与之相应地降低，因为电位层的所有接触区域仅受保护组件附加地保护。
另一方面提出，保护组件配置用于识别短路、即将发生的过流和/或过流，其中保护组件配置用于，当检测到短路、即将发生的过流和/或过流时，控制开关到其断开位置中。与保护组件可以关联有控制单元，所述控制单元例如是上级的控制单元。上级的控制单元可以同时操控多个保护组件。
尤其，控制单元是控制和评估单元的一部分。就此而言，相应的保护组件的电流测量单元可以将在电流路径中测量到的电流转发给控制和评估单元，所述控制和评估单元进行评估，以便随后根据评估结果相应地操控开关，只要检测到触发情况。
保护组件可以配置用于检测电流曲线和确定检测到的电流曲线的特性。电流曲线的特性可以是电流曲线的形状，即测量到的电流强度的时间变化曲线。根据变化曲线可以推断出特定的与故障情况相关的行为。替选地或补充地，可以确定最大值，尤其全局最大值或局部最大值，或关于限定的时间段的滑动平均值并且用于评估。原则上，可以使用测量到的电流强度的时间上的行为，以便确定保护组件的触发情况，在所述触发情况下触发在电流路径中设置的开关，以便中断电流。
例如，保护组件配置用于执行检测到的电流曲线的边沿和/或电平的评估和/或识别出现的电弧。在车辆接触单元的连接器相对于地面接触单元移动或在相应的触点之间产生间隙时，于是会产生电弧。电弧也可能由于对触点的污染，车辆接触单元的过小的压紧力或由于振动而产生。电弧造成电流曲线的表征性的改变，这可以相应地由保护组件检测，尤其由电流测量单元检测。由于电弧产生高频电流分量，所述高频电流分量可以由保护组件，尤其电流测量单元或控制和/或评估单元检测。因此，可以切换开关，以便例如阻止出现的电弧，尤其在其产生之前阻止，或减少电弧的有害影响。
原则上，电弧识别装置也可以集成在车辆接触单元中。
在边沿识别中可以识别，在电流曲线中是否存在边沿并且边沿为何种类型，使得可以根据此确定：是否存在触发情况。同样，电平识别可以构成为，使得关于限定的时间段的平均值或两次相继的测量的平均值或电流强度的其他统计学量度被用来可以推断出可能的测量误差，即测量的短时的峰值或异常值。
在电平识别中，可以将测量到的电流值与阈值比较，所述阈值用作为参考变量，使得仅当超过阈值时，才存在可能的触发情况。为了有效地排除故障警报，可以附加地适配测量到的电流曲线的边沿行为，使得除了电平识别之外还设有边沿识别。
边沿识别和/或电平识别可以在控制和/或评估单元中实现。替选地，边沿识别和/或电平识别也可以在电流测量单元本身中实施，使得电流测量单元直接操控开关。
一般来说，能将两个必须满足的标准彼此组合，从而触发保护组件。由此保证，测量误差不造成保护组件触发，因为存在冗余的评估，即由于两个必须满足的不同的标准。这两个标准可以适配电流曲线的不同特性，尤其适配彼此独立的特性。
保护组件可以包括运算放大电路和/或比较器以及分流电阻器和/或霍尔传感器。在此，能以简单和低成本的方式测量电流路径中的电流值。原则上，借助于分流电阻器和比较器实现边沿识别或电平识别。代替比较器也可以设有运算放大电路。代替分流电阻器也可以设有霍尔传感器，所述霍尔传感器集成在电流路径中。
此外，开关可以是功率半导体，尤其MOSFET、双向可控硅或IGBT。借助功率半导体能实现相应高的切换速度，尤其低于一微秒。就此而言，在触发情况下，例如在短路情况下，电流回路在几微秒之内中断，使得相应的接触区域无电流地切换。就此而言，到接触区域中的能量输入可以保持得非常小，由此存在相应的保护，尤其磨损保护。地面接触单元的可能的继电器不必(长时)引导短路电流，因为电流回路被相应快速中断。
至少一个保护组件可以配置用于确定电流差。电流差可以在两个电位层之间，例如在两个相线，即两个相之间，或在一个相和零线之间或在保护导体和相或零线之间测量。电流差原则上也称作为故障电流，所述故障电流是危险电流
原则上，在出现故障，例如故障电流时，由电流测量单元记录所述故障并且操控开关，使得所述开关在几纳秒内中断电流回路，尤其在小几百纳秒内中断。继电器的切换在此情况下持续明显更长时间，使得会存在以下风险，即继电器烧掉或在其闭合位置中保持“粘住”，这可以被避免。同样防止进入接触区域和/或继电器中的高能量输入。继电器可以在触发保护组件之后，即断开开关之后，近似无负荷地切换，由此符合标准地建立电流隔离，即电流绝缘。
根据另一实施方式，地面接触单元具有至少一个附加的开关单元，尤其继电器。至少一个附加的开关单元与所述接触区域中的至少一个接触区域耦合，使得附加的开关单元可以将相应的至少一个接触区域同与接触区域相关联的至少一个电位层电连接和中断，使得在中断状态中存在电流隔离。由此进行相应的接触区域与相关联的电位层的符合标准的电流绝缘，使得在故障情况下保证，没有电流流过。相应地保证触摸保护，这经由构成为功率半导体的开关是不可行的。
如之前所阐述的那样，在先操控开关之后，可以无负荷地切换附加的开关单元来中断电流回路。
至少一个附加的开关单元例如沿电流流动方向设置在保护组件下游，尤其其中至少一个附加的开关单元设置在保护组件和接触区域之间。电流经由保护组件流向相应的接触区域，使得附加的开关单元设置在保护组件和接触区域之间，尤其设置在保护组件的开关下游。只要保护组件触发，即开关中断电流回路，就保证附加的开关单元仅短时承受高电流强度。
原则上，可自由地选择继电器的位置。
一个实施方式提出，每个电位层设有仅一个附加的开关单元。相应的附加的开关单元可以直接设置在开关后方，即开关下游，使得所有与电位层相关联的接触区域与所述一个附加的开关单元相关联。因此，只要附加的开关断开，就同时将所有接触区域与相关联的电位层电流隔离。
根据另一实施方式，至少一个保护组件与多个附加的开关单元相关联，其中每个接触区域关联有自己的附加的开关单元。由此能将各个接触区域个体地电流隔离，因为共同的电位层的每个接触区域关联有自己的附加的开关单元，所述附加的开关单元可以被相应地操控。
为了操控至少一个附加的开关单元可以设有触发电路，所述触发电路配置用于操控至少一个附加的开关单元。触发电路可以与上级的控制单元耦合，尤其与上级的控制和/或评估单元耦合，使得在检测到保护组件的触发情形的情况下触发电路已经将相应的触发信号输出给至少一个附加的开关单元，以便保证，附加的开关单元尽可能立即触发，即形成电流隔离。
由于保护组件，其开关比附加的开关单元相应更快地切换，所以保证了，附加的开关单元可以无负荷地切换。因为仍然同时操控开关和附加的开关单元，所以还确保了，尽可能早地提供电流隔离，因为附加的开关单元在触发情况下同样经由触发电路操控。
因此保证了，与接触区域相关联的开关单元在切断状态中保证具有对供应电位即对应的电位层增强的绝缘的基础保护和故障保护。
此外，开关单元可以构成为，使得在切断状态中保证通过对供应电位的绝缘的基础保护，其中与开关单元相关联的接触面提前附加地接地。
尤其，保护组件包括多于一个的开关，使得设有包括多个开关的开关模块。多个开关可以并联或反串联地设置。
根据一个实施方式，设有浪涌保护器(“Surge Protection Device”-SPD)，所述浪涌保护器设置在保护组件上游。浪涌保护器保证，位于下游的部件如保护组件得到有效保护以防过压。由此可以保证，保护组件的开关可以构成为半导体开关，例如MOSFET、IGBT或双向可控硅。
此外，附加的开关单元，尤其主接触器可以设置在浪涌保护器和保护组件之间。主接触器据此设置在通过浪涌保护器保护的区域中。由此得出，设置在主接触器下游的部件受到多重保护，即通过浪涌保护器和主接触器保护。这些部件尤其是保护组件以及其他设置在保护组件下游的部件。
原则上，可以这样实现不同过压类别的区域，即基于浪涌保护器，设置有主接触器的根据过压类别III的区域(“Over Voltage Category III”-OVC III)，以及基于主接触器，尤其设置有保护组件的根据过压类别II的区域(“Over Voltage Category II”-OVCII)。过压类别III例如与4kV的额定浪涌电压相关联，而过压类别II与2.5kV的额定浪涌电压相关联。
就此而言，部件可以相对更简单地构成，所述部件设置在与过压类别II相关联的区域中，因为这些部件仅须针对2.5kV的额定浪涌电压设计。
根据设计，浪涌保护器还可以保护保护组件的部件和下游的其他部件，直至在2kV或更低的电压范围内。
另一方面提出，浪涌保护器具有诊断触点，浪涌保护器经由所述诊断触点与控制和/或评估单元以传输信号的方式连接。借助于诊断触点可以将提供关于浪涌保护器的状态的信息的诊断数据传送至控制和/或评估单元。随后，控制和/或评估单元可以将消息输出给地面接触单元的用户和/或采取安全措施，例如操控主接触器，以便中断经由主接触器的电流供应。
原则上，可以借助于诊断触点实现浪涌保护器的诊断功能，因为所述浪涌保护器根据地点和/或使用而受不同强度磨损，和进而可能在不同时间点出故障。就此而言，也可以经由诊断触点实现浪涌保护器的预测性维护(“predictive maintenace”)。
浪涌保护器可以具有两个电流绝缘的诊断触点，所述诊断触点与控制和/或评估单元以传输信号的方式连接。
浪涌保护器尤其可以是可插接的模块，所述模块与地面接触单元的主端子连接。
就此而言，浪涌保护器可以具有多个端子，尤其多个用于不同电位层例如相L1、L2、L3以及零位N的端子。此外，可以设有用于保护导体电位的端子。
原则上提出，电流测量单元测量电流路径中的充电电流。就此而言，充电电流监控借助于电流测量单元实现。因此，可以经由电流测量单元确定在充电过程期间的事件，例如在充电时发生的短路、在充电时发生的过流和/或在充电时即将发生的过流。借助于电流测量单元确定的相应事件导致继电器触发。
然而，由于操控保护组件的开关保证了，快速地中断充电电流，尤其比继电器的反应时间更快地中断。
附图说明
本发明的其他优点和特性从下面的说明和所参照的附图中得出。在附图中示出：
-图1示出根据本发明的地面接触单元的示意俯视图；
-图2示出根据第一实施方式的根据本发明的地面接触单元的电路图；
-图3示出根据第二实施方式的根据本发明的地面接触单元的电路图的示意图；
-图4示出描述测量到的电流关于时间的变化曲线的图表；以及
-图5示出根据第三实施方式的根据本发明的地面接触单元的电路图的示意图。
具体实施方式
在图1中示出用于车辆电池充电系统的地面接触单元10，所述车辆电池充电系统用于与在此未示出的车辆接触单元自动地、传导地连接。
地面接触单元10具有板状的基体12，所述基体具有露出的充电面14，多个接触区域16设置在所述露出的充电面处。
从图1中变得清楚的是，多个接触区域16矩阵式地设置，其中车辆接触单元能够经由其连接器贴靠于相应的接触区域16，以便建立与地面接触单元10的电连接。
多个接触区域16与至少一个电位层18相关联，其中这在示出的实施方式中涉及三相电网系统，使得设有对应于相L1、L2和L3的三个电位层以及对应于零线的电位层。此外，还可以设有保护导体，其用于地面接触单元10的接地。
多个接触区域16在此与多个电位层18相关联，使得可以得出用于车辆接触单元的不同的连接情况，尤其根据在地面接触单元10的连接器的相应的取向。
此外，多个接触区域16，尤其与接触区域16相关联的电位层18被电保护，其中为此设有保护组件20，所述保护组件与至少一个电位层18的接触区域16相关联。
保护组件20在图2中根据第一实施方式针对电位层中的一个电位层更详细地示出，下面对其进行参照。
保护组件20包括电流测量单元22以及开关24，所述电流测量单元以及开关都设置在相应的电位层18的电流路径26中。
就此而言，地面接触单元10对于每个定位层18包括一个保护组件20。
保护组件20通常配置用于识别短路、即将发生的过流、过流和/或故障电流，尤其在执行的充电过程期间，即当充电电流流经电流路径26时。
保护组件20配置用于只要检测到短路、(即将发生的)过流和/或故障电流，就控制相应的开关24进入其断开位置中，
就此而言，至少一个保护组件20可以配置用于确定电流差。电流差可以在两个电位层18之间测量，例如在两个相线，即两个相之间，或在一个相和零线之间或在保护导体和相或零线之间测量。
为了操控保护组件20的开关24，在示出的实施方式中设有控制和/或评估单元28，所述控制和/或评估单元设置在电流测量单元22和相应的开关24之间。
控制和/或评估单元28可以是上级的控制和/或评估单元。所述控制和/或评估单元与地面接触单元10的所有的保护组件20一起共同作用，即与其他电位层18的保护组件一起共同作用。就此而言，一个控制和/或评估单元28可以获得所有电流测量单元22的测量到的电流，基于其可以操控与相应的电位层18相关联的所有开关24的其中一个控制和/或评估单元28，只要这是需要的。
替选地，也可以提出，电流测量单元22直接操控相关联的开关24，所述开关于是进入其断开位置，以便中断电流回路。
在图2中示出的实施方式中，保护组件20还包括开关模块30，所述开关模块具有两个开关24，所述开关反串联地设置。开关24是功率开关，即半导体器件，例如MOSFET、IGBT或双向可控硅(Triac)。
在示出的实施方式中，电流测量单元22包括分流电阻器32，所述分流电阻器设置在电流路径26中，以及包括比较器34。替选地，保护组件20也可以包括运算放大电路和霍尔传感器而不包括分流电阻器。
原则上，保护组件20配置用于借助于电流测量单元22检测电流曲线，其中确定检测到的电流曲线的特性。
为此，可以执行对检测到的电流曲线的边沿和/或电平的评估，以便检测保护组件20的相应的触发情况。同时，保护组件20可以配置用于，当车辆接触单元和地面接触单元10之间的接触发生改变使得在相应的触点之间出现相应的电弧时，识别出现的电弧。
保护组件20于是可以操控相应的电路24，使得中断电流回路。由此相应地保护相应的接触区域16，所述接触区域与相应的电位层18相关联，电位层与保护组件20相关联。
此外，从图2中获知，地面接触单元10具有至少一个附加的开关单元36，尤其继电器。附加的开关单元36沿电流流动方向设置在保护组件20下游，即设置在保护组件20和接触区域16之间。
换言之，至少一个附加的开关单元36与接触区域16中的至少一个接触区域耦合，使得附加的开关单元36可以与之相应地将至少一个接触区域16同与接触区域16相关联的至少一个电位层18电连接和中断，使得在中断的状态中存在电流隔离。
在图2中示出的实施方式中，对于相应的电位层18的所有接触区域16设有仅一个附加的开关单元36，使得每个电位层18设有刚好一个附加的开关单元36。由此，只要附加的开关单元36被触发或操控，电位层18的所有接触区域16一起电流隔离。
而在图3中示出的实施方式提出，保护组件20与多个附加的开关单元36相关联，其中每个接触区域16关联有自己的附加的开关单元36。由此能将各个接触区域16个体地电流隔离，其方式为，相应地操控相应地相关联的附加的开关单元36。
原则上，为了操控至少一个附加的开关单元36可以设有触发电路38，所述触发电路尤其与控制和/或评估单元28连接或是其部分，如这在实施方式中所示出。在其他情况下，控制和/或评估单元28相应地操控触发电路38。
就此而言可以提出，在检测到故障时，即在触发情况下如在短路、故障电流或(即将发生的)过流的情况下，同时操控附加的开关单元36(经由触发电路38)以及保护组件20的至少一个开关24。
如之前所描述的那样，触发情况可以经由保护组件20，尤其电流测量单元22和与其耦合的控制和/或评估单元28确定，其方式为检测和评估电流曲线的特性，例如评估检测到的电流曲线的边沿和/或电平。
这例如在图4中示出，其中触发情况可以通过以下方式识别，即检测到的电流值升高超出阈值并且同时存在相应的边沿。相应的特性，即用于触发情况下的标准由保护组件20或控制和/或评估单元28在时间点t故障识别。
接着，如上文所描述的那样，(同时)操控开关24和附加的开关单元36。
具有比附加的开关单元36明显更好的反应时间的开关24在几百纳秒内作出反应，使得电流回路在时间点t切断被中断，尤其在电流强度进一步提升之前。
而附加的开关单元36在时间点t继电器才作出反应，在此时间点电流强度已经明显升高，如电流曲线的虚线变化曲线所表明。
开关24据此比附加的开关单元36明显更快地作出反应，使得附加的开关单元36首先在触发情况下受保护以免高电流的负荷。换言之，附加的开关单元36可以近似无负荷地切换。
然而，对附加的开关单元36(经由触发电路38)的同时操控保证，附加的开关单元36尽可能立即切换，以便建立电流隔离，使得确保触摸保护。
原则上，也可以设有图2和3的组合，使得设有中央的附加的开关单元36，如这在图2中所示出，以及设有多个附加的开关单元36，所述附加的开关单元分别与接触区域16相关联。
在图5中示出基于图3的实施方式的另外的实施方式。
在图5中还设有浪涌保护器40，所述浪涌保护器设置在地面接触单元10的主端子下游，所述主端子提供至少一个电位层18，尤其相L1、L2、L3、N。
浪涌保护器40据此设置在保护组件20上游，使得所述保护组件由于浪涌保护器40受保护以免过压，所述过压在接地接触单元10运行期间，尤其在充电过程期间可能出现。由于浪涌保护器40随后将浪涌保护器40下游的区域通过浪涌保护器保护，使得所述区域对应于过压类别III(“Over Voltage Category III”-OVC III)。
在该区域中设置有附加的开关单元42，所述开关单元构成为主接触器。主接触器还保证，主接触器下游的区域受到进一步保护，使得该区域对应于过压类别II(“OverVoltage Category II”-OVC II)。
这意味着，地面接触单元10的设置在附加的开关单元42、即主接触器下游的部件仅须符合过压类别II的要求，使得这些部件必须针对2.5kV的额定浪涌电压设计。因此，这涉及保护组件20以及继电器36和接触区域16。
此外，浪涌保护器40具有至少一个诊断触点44，浪涌保护器40利用所述诊断触点与控制和/或评估单元28以传输信号的方式连接，使得浪涌保护器40的诊断数据可以被传送至控制和/或评估单元28以进行评估。
如果控制和/或评估单元28在评估诊断数据时确定：浪涌保护器40是磨损的或具有老化现象，则控制和/或评估单元28可以输出消息，以便通知地面接触单元10的用户和/或运营商。
替选地或补充地，控制和/或评估单元28可以操控附加的开关单元42、即主接触器，使得所述主接触器中断电流路径26，以便保证不会再进行充电。

Claims (15)

1.一种用于车辆电池充电系统的地面接触单元，所述地面接触单元用于与车辆接触单元自动地、传导地连接，其中所述地面接触单元(10)具有板状的基体(12)、至少一个电位层(18)以及多个接触区域(16)，这些接触区域设置在所述基体(12)的露出的充电面(14)上并且与所述至少一个电位层(18)相关联，所述车辆接触单元能够贴靠于所述露出的充电面，其中至少一个保护组件(20)与所述至少一个电位层(18)的接触区域(16)相关联，其中所述至少一个保护组件(20)具有设置在电流路径(26)中的、用于电流测量的电流测量单元(22)和设置在所述电流路径(26)中的开关(24)，尤其根据所述电流测量单元(22)的结果控制所述开关。
2.根据权利要求1所述的地面接触单元，
其特征在于，
所述多个接触区域(16)与刚好一个电位层(18)相关联，其中与所述刚好一个电位层(18)相关联的接触区域(16)与仅一个保护组件(20)相关联。
3.根据权利要求1或2所述的地面接触单元，
其特征在于，
所述保护组件(20)配置用于识别短路、即将发生的过流和/或过流，其中所述保护组件(20)配置用于当检测到短路、过流和/或即将发生的过流时，控制所述开关(24)进入其断开位置中。
4.根据上述权利要求中任一项所述的地面接触单元，
其特征在于，
所述保护组件(20)配置用于检测电流曲线并且确定检测到的电流曲线的特性。
5.根据上述权利要求中任一项所述的地面接触单元，
其特征在于，
所述保护组件(20)配置用于执行对检测到的电流曲线的边沿和/或电平的评估和/或识别出现的电弧。
6.根据上述权利要求中任一项所述的地面接触单元，
其特征在于，
所述保护组件(20)包括运算放大器电路和/或比较器(34)以及分流电阻器(32)和/或霍尔传感器。
7.根据上述权利要求中任一项所述的地面接触单元，
其特征在于，
所述开关(24)是功率半导体，尤其MOSFET、双向可控硅或IGBT。
8.根据上述权利要求中任一项所述的地面接触单元，
其特征在于，
所述至少一个保护组件(20)配置用于确定电流差。
9.根据上述权利要求中任一项所述的地面接触单元，
其特征在于，
所述地面接触单元(10)具有至少一个附加的开关单元(36)，尤其继电器，其中所述至少一个附加的开关单元(36)与所述接触区域(16)中的至少一个接触区域耦合，使得所述附加的开关单元(36)能够将相应的至少一个接触区域(16)和与所述接触区域(16)相关联的至少一个电位层(18)电连接和中断，使得在中断的状态中存在电流隔离。
10.根据权利要求9所述的地面接触单元，
其特征在于，
每个电位层(18)仅设有一个附加的开关单元(36)。
11.根据权利要求9所述的地面接触单元，
其特征在于，
所述至少一个保护组件(20)与多个附加的开关单元(36)相关联，其中每个接触区域(16)关联有自己的附加的开关单元(36)。
12.根据权利要求9至11中任一项所述的地面接触单元，
其特征在于，
设有触发电路(38)，所述触发电路配置用于操控至少一个附加的开关单元(36)。
13.根据上述权利要求中任一项所述的地面接触单元，
其特征在于，
设有浪涌保护器(40)，所述浪涌保护器设置在所述保护组件(20)上游。
14.根据权利要求13所述的地面接触单元，
其特征在于，
在所述浪涌保护器(40)和所述保护组件(20)之间设有附加的开关单元(42)，尤其主接触器。
15.根据权利要求13或14所述的地面接触单元，
其特征在于，
所述浪涌保护器(40)具有诊断触点(44)，所述浪涌保护器(40)经由所述诊断触点与控制和/或评估单元(28)以传输信号的方式连接。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ITTO20060610A1 (it) * 2006-08-17 2008-02-18 Sequoia Automation Srl Sistema di biberonaggio energetico a ricarica rapida di un mezzo di trasporto a trazione elettrica, realizzato ad ogni fermata prevista dal veicolo per mezzo di una connessione effettuabile direttamente e automaticamente in prossimita' della fermata
DE102014100493A1 (de) 2014-01-17 2015-07-23 Michele Dallachiesa Ladevorrichtung und Verfahren zum elektrischen Laden von Batteriezellen
US10286799B2 (en) * 2016-08-23 2019-05-14 GM Global Technology Operations LLC Hands-free conductive battery charger for an electric vehicle
JP7393004B2 (ja) 2017-09-12 2023-12-06 イーズリンク・ゲー・エム・ベー・ハー 車両接続装置、地面接点ユニット、車両連結システム、並びに、車両接点ユニットを地面接点ユニットに自動的に導電接続するための方法
DE102018112472A1 (de) 2017-10-17 2019-04-18 easE-Link GmbH Bodenkontakteinheit für ein Fahrzeugbatterieladesystem und Verfahren zur Schaltung eines Kontaktbereiches einer Bodenkontakteinheit
DE102018123350A1 (de) * 2018-09-21 2020-03-26 Webasto SE Ladevorrichtung zum Laden eines Elektrofahrzeugs
IT201900012207A1 (it) 2019-07-17 2021-01-17 Leo Puiatti Base e sistema di contatto per la ricarica di accumulatori di energia di dispositivi mobili

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