Die Erfindung betrifft eine Bodenkontakteinheit für ein Fahrzeugbatterie ladesystem zur automatischen, konduktiven Verbindung einer Fahrzeugkontakt einheit.

Bei elektrisch angetriebenen Fahrzeugen, beispielsweise Plug-in-Hybrid- Fahrzeugen und reinen Elektrofahrzeugen, müssen die Batterien der Fahrzeuge regelmäßig aufgeladen werden, bevorzugt nach jeder Fahrt. Flierzu 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.

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 hersteilen, 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 Kontaktbereichen, die matrixartig angeordnet sind, wobei die Kontaktbereiche mittels der Fahrzeug kontakteinheit kontaktiert werden können, um eine elektrische Verbindung zwischen der Bodenkontakteinheit und der Fahrzeugkontakteinheit herzustellen. Je nach Aufsetzpunkt des Konnektors der Fahrzeugkontakteinheit werden die entsprechend belegten Kontaktbereiche der Bodenkontakteinheit zugeschaltet, um die elektrische Verbindung über diese Kontaktbereiche herzustellen. Typischerweise erfolgt das Zuschalten der belegten Kontaktbereiche mittels separater Relais, die jedem Kontaktbereich der Bodenkontakteinheit zugeordnet sind. Hierdurch ergibt sich ein sogenanntes Matrixrelais, welches die sicherheits relevanten Anforderungen bezüglich der Isolationsstrecke unter anderem sicherstellt. Die entsprechend hohe Anzahl an Relais sowie deren Verschaltung führen jedoch zu entsprechend hohen Kosten, insbesondere unter der Voraussetzung, dass die verwendeten Relais zusätzlich im Falle eines auftretenden Kurzschlusses zuverlässig schalten sollen, um den Stromkreis zu unterbrechen.

Es besteht daher ein Bedarf nach einer Bodenkontakteinheit, die möglichst kostengünstig die geforderten Voraussetzungen hinsichtlich der Betriebssicherheit erfüllt.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Bodenkontakteinheit für ein Fahrzeugbatterieladesystem zur automatischen, konduktiven Verbindung mit einer Fahrzeugkontakteinheit. Die Bodenkontakteinheit weist einen platten förmigen Grundkörper, wenigstens eine Potenziallage sowie mehrere Kontakt bereiche auf, die auf einer freiliegenden Ladefläche des Grundkörpers, an der die Fahrzeugkontakteinheit zur Anlage kommen kann, angeordnet und der wenigstens einen Potenziallage zugeordnet sind. Zudem ist zumindest eine Schutzbaugruppe den Kontaktbereichen der wenigstens einen Potenziallage zugeordnet, wobei die zumindest eine Schutzbaugruppe eine im Strompfad vorgesehene Strom messeinheit zur Strommessung und einen im Strompfad angeordneten Schalter aufweist, der unter anderem in Abhängigkeit des Ergebnisses der Strommess einheit gesteuert ist.

Der Grundgedanke der Erfindung ist es, dass die Bodenkontakteinheit zumindest eine Schutzbaugruppe aufweist, die im Strompfad angeordnet ist. Die Schutzbaugruppe umfasst die Strommesseinheit sowie den Schalter, die beide im Strompfad angeordnet sind, sodass der Strom im Strompfad gemessen und in Abhängigkeit des gemessenen Stroms der Schalter geschaltet werden kann, um den Stromkreis gegebenenfalls zu unterbrechen.

Unter einer Potenziallage ist erfindungsgemäß das Potenzial eines Außenleiters, also einer Phase, bzw. das Potenzial eines Neutralleiters gemeint. Demnach kann die zumindest eine Schutzbaugruppe zumindest einer Phase oder dem Neutralleiter zugeordnet sein.

Neben dem Neutralleiter und dem Außenleiter, also der jeweiligen Phase, kann zudem eine „Erdung“ vorgesehen sein, also ein Schutzleiter.

Insbesondere kann die Bodenkontakteinheit also auch für ein elektrisches Laden mittels Gleichstrom ausgebildet sein.

Grundsätzlich kann jede Phase, also jeder Außenleiter, sowie der Neutralleiter jeweils eine eigene Schutzbaugruppe aufweisen, also einen entsprechenden in dem jeweiligen Strompfad vorgesehenen Schalter, sowie eine im jeweiligen Strompfad vorgesehene Strommesseinheit, die miteinander Zusammenwirken, um eventuell den Strompfad zu unterbrechen.

In einem Dreiphasen-Wechselstromsystem können also die Kontaktbereiche drei als Phasen dienenden Potenziallagen zugeordnet sein, wobei zudem drei oder vier Schutzbaugruppen vorgesehen sind, nämlich für die jeweiligen Außenleiter, also die Phasen, sowie (optional) für den Neutralleiter.

Grundsätzlich kann die Bodenkontakteinheit aber auch für andere Strom systeme eingesetzt werden, beispielsweise Stromsysteme mit zwei Phasen oder vier Phasen oder eben Gleichstromsystemen.

Typischerweise sind für die Kontaktbereiche, die den Außenleitern, also den Phasen, sowie dem Neutralleiter zugeordnet sind, entsprechende Relais vorgesehen, um eine galvanische Trennung zu gewährleisten, wenn dies nötig ist. Diese Relais können über die separat ausgebildete Schutzbaugruppe entsprechend vor hohen Stromstärken geschützt werden, da die zugehörigen Ströme rechtzeitig unterbrochen werden.

Die Schutzbaugruppe umfasst die zur Strommessung vorgesehene Strommesseinheit sowie den Schalter. Sobald die Strommesseinheit bei der Strommessung einen Strom detektiert, der auf einen Fehler hindeutet, wird der Stromkreis über den Schalter entsprechend unterbrochen. Mit anderen Worten liegt dann ein Auslösefall der Schutzbaugruppe vor, bei dem die Schutzbaugruppe auslöst. Somit sind die Kontaktbereiche und etwaige Relais geschützt, die den Kontaktbereichen zugeordnet sind, sodass diese beispielsweise einen Kurzschlussstrom bzw. einen Überstrom nicht führen müssen.

Grundsätzlich kann die Bodenkontakteinheit beispielsweise 168 Kontaktbereiche aufweisen, die in einer Matrix angeordnet sind, sodass jeder der Kontaktbereiche einen Matrixkontakt darstellt. In einer Ausführungsform sind 156 schaltbare Kontaktbereiche sowie 122 nicht schaltbare Kontaktbereiche, also PE- Kontaktbereiche, vorgesehen. Grundsätzlich ist die Anzahl flexibel, sodass es beispielsweise auch 120 oder 80 Kontaktbereiche sein können. Die den Kontaktbereichen typischerweise zugeordneten Relais stellen sicher, dass ein inaktiver Kontaktbereich berührt werden kann, da dieser galvanisch von der zugehörigen Potenziallage getrennt ist.

Ein Aspekt sieht vor, dass die mehreren Kontaktbereiche genau einer Potenziallage zugeordnet sind, wobei die der genau einen Potenziallage zugeordneten Kontaktbereiche nur einer Schutzbaugruppe zugeordnet sind. Insofern können mehrere Kontaktbereiche der Bodenkontakteinheit einem Außenleiter, also einer Phase, oder dem Neutralleiter zugeordnet sein. Die jeweiligen Kontaktbereiche, die zu der gleichen Phase oder dem Neutralleiter gehören, sind gleichzeitig genau einer Schutzbaugruppe zugeordnet, sofern mehrere Schutzbaugruppen vorgesehen sind. Hierdurch ist sichergestellt, dass pro Potenziallage nur eine Schutzbaugruppe notwendig ist. Die Kosten für die Bodenkontakteinheit können dementsprechend reduziert werden, da sämtliche Kontaktbereiche einer Potenziallage nur durch eine Schutzbaugruppe zusätzlich abgesichert sind.

Ein weiterer Aspekt sieht vor, dass die Schutzbaugruppe eingerichtet ist, einen Kurzschluss, einen bevorstehenden Überstrom und/oder einen Überstrom zu erkennen, wobei die Schutzbaugruppe eingerichtet ist, den Schalter in seine Offenstellung zu steuern, wenn ein Kurzschluss, ein bevorstehender Überstrom und/oder ein Überstrom detektiert worden ist. Der Schutzbaugruppe kann eine Steuereinheit zugeordnet sein, die beispielsweise eine übergeordnete Steuereinheit ist. Die übergeordnete Steuereinheit kann gleichzeitig mehrere Schutzbaugruppen ansteuern. Insbesondere handelt es sich bei der Steuereinheit um einen Teil einer Steuer- und Auswerteeinheit. Insofern kann die Strommesseinheit der jeweiligen Schutz baugruppe den gemessenen Strom im Strompfad an die Steuer- und Auswerteeinheit weiterleiten, die die Auswertung vornimmt, um dann in Abhängigkeit des Auswertungsergebnisses den Schalter entsprechend anzusteuern, sofern ein Auslösefall detektiert worden ist.

Die Schutzbaugruppe kann eingerichtet sein, eine Stromkurve zu erfassen und Charakteristika der erfassten Stromkurve zu ermitteln. Bei den Charakteristika der Stromkurve kann es sich um die Form der Stromkurve handeln, also der zeitliche Verlauf der gemessenen Stromstärke. Anhand des Verlaufs kann auf ein bestimmtes Verhalten geschlossen werden, das mit einem Fehlerfall zusammenhängt. Alternativ oder ergänzend kann ein Maximalwert, insbesondere ein globales Maximum oder ein lokales Maximum, oder ein gleitender Durchschnitt über einen definierten Zeitraum als Charakteristika ermittelt und für die Auswertung herangezogen werden. Grundsätzlich kann das zeitliche Verhalten der gemessenen Stromstärke herangezogen werden, um einen Auslösefall der Schutzbaugruppe festzustellen, bei dem der im Strompfad angeordnete Schalter auslöst, um den Strom zu unterbrechen.

Beispielsweise ist die Schutzbaugruppe eingerichtet, eine Auswertung der Flanken und/oder des Pegels der erfassten Stromkurve durchzuführen und/oder einen auftretenden Lichtbogen zu erkennen. Der Lichtbogen kann dann entstehen, wenn der Konnektor der Fahrzeugkontakteinheit sich relativ zur Bodenkontakt einheit verschiebt oder ein Spalt zwischen den jeweiligen Kontakten entsteht. Auch kann ein Lichtbogen durch eine Verschmutzung der Kontakte, eine zu geringe Anpresskraft der Fahrzeugkontakteinheit oder durch Vibrationen entstehen. Der Lichtbogen führt zu einer charakteristischen Veränderung der Stromkurve, was entsprechend von der Schutzbaugruppe erfasst werden kann, insbesondere der Strommesseinheit. Es entstehen aufgrund des Lichtbogens hochfrequente Stromanteile, die von der Schutzbaugruppe detektiert werden können, insbesondere der Strommesseinheit bzw. der Steuer- und/oder Auswerteeinheit. Infolgedessen kann der Schalter geschaltet werden, um beispielsweise einen auftretenden Lichtbogen zu verhindern, insbesondere bevor dieser entsteht, bzw. den schädlichen Einfluss eines Lichtbogens zu reduzieren. Grundsätzlich kann die Lichtbogenerkennung auch in der Fahrzeugkontakt einheit integriert sein.

Bei der Flankenerkennung kann erkannt werden, ob eine Flanke in der Strom kurve vorliegt und welche Art von Flanke, sodass in Abhängigkeit hiervon festgestellt werden kann, ob ein Auslösefall vorliegt. Ebenso kann die Pegelerkennung so ausgebildet sein, dass der Mittelwert über einen definierten Zeitraum oder der Mittelwert zwei aufeinanderfolgender Messungen oder ein anderes statistisches Maß für die Stromstärke herangezogen wird, um eventuelle Messfehler ausschließen zu können, also kurzfristige Peaks bzw. Ausreißer der Messung.

Bei der Pegelerkennung kann der gemessene Stromwert mit einem Schwellenwert abgeglichen werden, der als Bezugsgröße verwendet wird, sodass ein möglicherweise Auslösefall nur dann vorliegt, wenn der Schwellenwert überschritten worden ist. Um einen Fehlalarm wirkungsvoll auszuschließen, kann zusätzlich auf das Flankenverhalten der gemessenen Stromkurve abgestellt werden, sodass zusätzlich zur Pegelerkennung noch eine Flankenerkennung vorgesehen ist.

Die Flankenerkennung und/oder die Pegelerkennung kann in der Steuer- und/oder Auswerteeinheit implementiert sein. Alternativ kann die Flanken- und/oder Pegelerkennung auch in der Strommesseinheit selbst implementiert sein, sodass die Strommesseinheit direkt den Schalter ansteuert.

Allgemein lassen sich zwei Kriterien miteinander kombinieren, die erfüllt sein müssen, damit die Schutzbaugruppe auslöst. Hierdurch ist sichergestellt, dass ein Messfehler nicht zum Auslösen der Schutzbaugruppe führt, da eine redundante Auswertung vorliegt, nämlich aufgrund der zwei unterschiedlichen Kriterien, die erfüllt sein müssen. Die beiden Kriterien können auf unterschiedliche Charakteristika der Stromkurve abstellen, insbesondere auf voneinander unabhängige Charakteristika.

Die Schutzbaugruppe kann eine Operationsverstärkerschaltung und/oder einen Komparator sowie einen Shunt-Widerstand und/oder einen Hall-Sensor umfassen. Hierbei lässt sich in einfacher und kostengünstiger Weise der Stromwert im Strompfad messen. Grundsätzlich kann die Flanken- bzw. Pegelerkennung mittels des Shunt-Widerstands und dem Komparator realisieren. Auch kann anstelle des Komparators eine Operationsverstärkerschaltung vorgesehen sein. Anstelle des Shunt-Widerstands kann auch ein Hall-Sensor vorgesehen sein, der im Strompfad direkt eingebunden ist.

Ferner kann der Schalter ein Leistungshalbleiter sein, insbesondere ein MOSFET, ein Triac oder ein IGBT. Mit den Leistungshalbleitern lassen sich entsprechend hohe Schaltgeschwindigkeiten realisieren, insbesondere unter einer Mikrosekunde. Insofern kann im Auslösefall, beispielsweise im Falle eines Kurzschlusses, der Stromkreis innerhalb einiger Mikrosekunden unterbrochen werden, sodass die entsprechenden Kontaktbereiche stromlos geschaltet sind. Insofern kann der Energieeintrag in die Kontaktbereiche sehr gering gehalten werden, wodurch ein entsprechender Schutz gegeben ist, insbesondere ein Verschleißschutz. Etwaige Relais der Bodenkontakteinheit müssen den Kurzschlussstrom nicht (lang) führen, da der Stromkreis entsprechend schnell unterbrochen worden ist.

Die zumindest eine Schutzbaugruppe kann eingerichtet sein, einen Differenzstrom zu ermitteln. Der Differenzstrom kann zwischen zwei Potenzial lagen, beispielsweise zwischen zwei Außenleitern, also zwei Phasen, oder zwischen einer Phase und dem Neutralleiter oder zwischen dem Schutzleiter und einer Phase bzw. dem Neutralleiter gemessen werden. Der Differenzstrom wird grundsätzlich auch als Fehlerstrom bezeichnet, der einen Körperstrom darstellt.

Grundsätzlich wird beim Auftreten eines Fehlers, beispielsweise eines Fehlerstroms, dieser Fehler von der Strommesseinheit registriert und der Schalter derart angesteuert, dass er den Stromkreis innerhalb weniger Nanosekunden unterbricht, insbesondere innerhalb weniger 100 Nanosekunden. Das Schalten des Relais würde in dem Fall deutlich länger dauern, sodass die Gefahr bestünde, dass der Relais abbrennt bzw. in seiner geschlossenen Stellung „kleben“ bleibt, was so vermieden werden kann. Ebenso wird der hohe Energieeintrag in die Kontaktbereiche und/oder das Relais verhindert. Das Relais kann nach dem Auslösen der Schutzbaugruppe, also dem Öffnen des Schalters, nahezu lastfrei schalten, wodurch eine galvanische Trennung, also eine galvanische Isolierung, normgerecht hergestellt worden ist. Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Bodenkontakteinheit zumindest eine zusätzliche Schalteinheit auf, insbesondere ein Relais. Die zumindest eine zusätzliche Schalteinheit ist derart mit wenigstens einem der Kontaktbereiche gekoppelt, dass die zusätzliche Schalteinheit den entsprechenden wenigstens einen Kontaktbereich mit der dem Kontaktbereich zugeordneten wenigstens einen Potenziallage elektrisch verbinden und unterbrechen kann, sodass im unterbrochenen Zustand eine galvanische Trennung vorliegt. Hierdurch erfolgt die normgerechte galvanische Isolierung des entsprechenden Kontaktbereichs von der zugeordneten Potenziallage, sodass im Fehlerfall sichergestellt ist, dass kein Strom fließt. Der Berührungsschutz ist entsprechend sichergestellt, was über den als Leistungshalbleiter ausgebildeten Schalter nicht möglich ist.

Wie zuvor erläutert, kann die zusätzliche Schalteinheit lastfrei geschaltet werden, nachdem zuvor der Schalter angesteuert worden ist, den Stromkreis zu unterbrechen.

Die zumindest eine zusätzliche Schalteinheit ist beispielsweise in Stromflussrichtung nach der Schutzbaugruppe vorgesehen, insbesondere wobei die zumindest eine zusätzliche Schalteinheit zwischen der Schutzbaugruppe und den Kontaktbereichen vorgesehen ist. Der Strom fließt über die Schutzbaugruppe zu den jeweiligen Kontaktbereichen, sodass die zusätzliche Schalteinheit zwischen der Schutzbaugruppe und den Kontaktbereichen vorgesehen ist, insbesondere nach dem Schalter der Schutzbaugruppe. Sofern die Schutzbaugruppe auslöst, also der Schalter den Stromkreis unterbricht, ist sichergestellt, dass die zusätzliche Schalteinheit nur kurz der hohen Stromstärke ausgesetzt war.

Grundsätzlich ist die Position des Relais frei wählbar.

Eine Ausführungsform sieht vor, dass nur eine zusätzliche Schalteinheit pro Potenziallage vorgesehen ist. Die entsprechende zusätzliche Schalteinheit kann direkt hinter dem Schalter, also stromabwärts des Schalters, vorgesehen sein, sodass alle der Potenziallage zugeordneten Kontaktbereiche der einen zusätzlichen Schalteinheit zugeordnet sind. Sofern also die eine zusätzliche Schalteinheit öffnet, sind gleichzeitig alle Kontaktbereiche von der zugeordneten Potenziallage galvanisch getrennt. Gemäß einer anderen Ausführungsform ist die zumindest eine Schutz baugruppe mehreren zusätzlichen Schalteinheiten zugeordnet, wobei jedem Kontaktbereich eine eigene zusätzliche Schalteinheit zugeordnet ist. Hierdurch lassen sich die einzelnen Kontaktbereiche individuell galvanisch trennen, da jedem Kontaktbereich einer gemeinsamen Potenziallage eine eigene zusätzliche Schalt einheit zugeordnet ist, die entsprechend angesteuert werden kann.

Zur Ansteuerung der wenigstens einen zusätzlichen Schalteinheit kann eine Triggerschaltung vorgesehen sein, die eingerichtet ist, die zumindest eine zusätzliche Schalteinheit anzusteuern. Die Triggerschaltung kann mit der übergeordneten Steuereinheit gekoppelt sein, insbesondere der übergeordneten Steuer- und/oder Auswerteeinheit, sodass im Falle einer erfassten Auslöse- situation der Schutzbaugruppe bereits die Triggerschaltung ein entsprechendes Auslösesignal an die zumindest eine zusätzliche Schalteinheit ausgibt, um sicherzustellen, dass die zusätzliche Schalteinheit möglichst zeitnah auslöst, also die galvanische Trennung herstellt.

Aufgrund der Schutzbaugruppe, deren Schalter entsprechend schneller schaltet als die zusätzliche Schalteinheit, ist sichergestellt, dass die zusätzliche Schalteinheit lastfrei schalten kann. Da der Schalter und die zusätzliche Schalteinheit dennoch gleichzeitig angesteuert werden, ist zudem gewährleistet, dass die galvanische T rennung so früh wie möglich gegeben ist, da die zusätzliche Schalteinheit im Auslösefall ebenfalls über die Triggerschaltung angesteuert wird.

Es ist somit sichergestellt, dass die den Kontaktbereichen zugeordneten Schalteinheiten im abgeschalteten Zustand Basisschutz und Fehlerschutz mit einer verstärkten Isolierung gegenüber dem Versorgungspotenzial gewährleisten, also der entsprechenden Potenziallage.

Zudem können die Schalteinheiten derart ausgebildet sein, dass im abgeschalteten Zustand ein Basisschutz durch Isolation gegenüber einem Versorgungspotenzial gewährleistet ist, wobei die den Schalteinheiten zugeordneten Kontaktflächen vorzusätzlich geerdet sind

Insbesondere umfasst die Schutzbaugruppe mehr als einen Schalter, sodass ein mehrere Schalter umfassendes Schaltmodul vorgesehen ist. Die mehreren Schalter können parallel oder antiseriell angeordnet sein. Gemäß einer Ausführungsform ist ein Überspannungsableiter („Surge Protection Device“ - SPD) vorgesehen, der vor der Schutzbaugruppe angeordnet ist. Der Überspannungsableiter stellt sicher, dass die stromabwärtsliegenden Komponenten wie die Schutzbaugruppe vor einer Überspannung wirkungsvoll geschützt sind. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass der Schalter der Schutzbaugruppe als ein Halbleiter-Schalter ausgebildet sein kann, beispielsweise ein MOSFET, ein IGBT oder ein Triac.

Zudem kann eine zusätzliche Schalteinheit, insbesondere ein Hauptschütz, zwischen den Überspannungsableiter und der Schutzbaugruppe angeordnet sein. Das Hauptschütz ist demnach in dem durch den Überspannungsableiter geschützten Bereich angeordnet. Hierdurch ergibt sich, dass die Komponenten, die stromabwärts des Hauptschützes angeordnet sind, mehrfach geschützt sind, nämlich durch den Überspannungsableiter und das Hauptschütz. Bei diesen Komponenten handelt es sich unter anderem um die Schutzbaugruppe sowie die weiteren Komponenten, die stromabwärts der Schutzbaugruppe angeordnet sind.

Grundsätzlich lassen sich so Bereiche unterschiedlicher Überspannungs kategorie realisieren, nämlich aufgrund des Überspannungsableiters einen Bereich gemäß Überspannungskategorie III („Over Voltage Category III“ - OVC III), in dem das Hauptschütz angeordnet ist, sowie aufgrund des Hauptschützes einen Bereich gemäß Überspannungskategorie II („Over Voltage Category II“ - OVC II), in dem unter anderem die Schutzbaugruppe vorgesehen ist. Die Überspannungskategorie III ist beispielsweise einer Bemessungsstoßspannung von 4 kV zugeordnet, wohingegen die Überspannungskategorie II einer Bemessungsstoßspannung von 2,5 kV zugeordnet ist.

Insofern können die Komponenten verhältnismäßig einfacher ausgebildet sein, die in dem Bereich angeordnet sind, der der Überspannungskategorie II zugeordnet ist, da diese Komponenten lediglich auf eine Bemessungs stoßspannung von 2,5 kV ausgelegt sein müssen.

Je nach Auslegung könnte der Überspannungsableiter die Komponenten der Schutzbaugruppe und andere Komponenten stromabwärts auch bis in den Spannungsbereich 2 kV oder noch niedriger schützen. Ein weiterer Aspekt sieht vor, dass der Überspannungsableiter einen Diagnosekontakt aufweist, über den der Überspannungsableiter mit einer Steuer- und/oder Auswerteeinheit signalübertragend verbunden ist. Mittels des Diagnosekontakts können Diagnosedaten, die Informationen über den Status des Überspannungsableiters bereitstellen, an die Steuer- und/oder Auswerteeinheit übermittelt werden. Die Steuer- und/oder Auswerteeinheit kann daraufhin eine Meldung an einen Nutzer der Bodenkontakteinheit ausgeben und/oder Sicherheitsmaßnahmen ergreifen, beispielsweise das Hauptschütz ansteuern, um eine Stromversorgung über das Hauptschütz zu unterbrechen. Grundsätzlich kann mittels des Diagnosekontakts eine Diagnosefunktion des Überspannungsableiters realisiert werden, da sich dieser je nach Standort und/oder Verwendung unterschiedlich stark abnutzt und daher zu unterschiedlichen Zeitpunkten ausfallen kann. Insofern kann über den Diagnosekontakt auch eine vorausschauende Instandhaltung („predictive maintenace“) des Überspannungsableiters realisiert sein.

Der Überspannungsableiter kann zwei galvanisch isolierte Diagnosekontakte aufweisen, die mit der Steuer- und/oder Auswerteeinheit signalübertragend verbunden sind.

Bei dem Überspannungsableiter kann es sich insbesondere um ein steckbares Modul handeln, welches mit einem Hauptterminal der Bodenkontakteinheit verbunden ist.

Insofern kann der Überspannungsableiter mehrere Anschlüsse aufweisen, insbesondere mehrere Anschlüsse für verschiedene Potenziallagen, beispielsweise die Phasen L1 , L2, L3 sowie eine Neutrallage N. Zudem kann ein Anschluss für ein Schutzleiter-Potenzial vorgesehen sein.

Es ist grundsätzlich vorgesehen, dass die Strommesseinheit einen Ladestrom im Strompfad misst. Insofern ist eine Ladestromüberwachung mittels der Strommesseinheit implementiert. Folglich kann über die Strommesseinheit ein Ereignis während eines Ladevorgangs festgestellt werden, beispielsweise ein beim Laden auftretender Kurzschluss, ein beim Laden auftretender Überstrom und/oder ein beim Laden bevorstehender Überstrom. Das entsprechende Ereignis, das mittels der Strommesseinheit festgestellt wird, hätte ein Auslösen des Relais zur Folge.

Aufgrund der Ansteuerung des Schalters der Schutzbaugruppe wird jedoch sichergestellt, dass der Ladestrom schnell unterbrochen wird, insbesondere schneller als die Reaktionszeit eines Relais.

Weitere Vorteile und Eigenschaften der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen, auf die nachfolgend Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:

Figur 1 eine schematische Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Boden kontakteinheit,

Figur 2 ein Schaltdiagramm der erfindungsgemäßen Bodenkontakteinheit gemäß einer ersten Ausführungsform,

Figur 3 eine schematische Darstellung des Schaltbilds der erfindungs gemäßen Bodenkontakteinheit gemäß einer zweiten Ausführungsform,

Figur 4 ein Diagramm, das den Verlauf des gemessenen Stroms über die Zeit darstellt, und

Figur 5 eine schematische Darstellung des Schaltbilds der erfindungs gemäßen Bodenkontakteinheit gemäß einer dritten Ausführungsform.

In Figur 1 ist eine Bodenkontakteinheit 10 für ein Fahrzeugbatterieladesystem gezeigt, welches zur automatischen, konduktiven Verbindung mit einer hier nicht dargestellten Fahrzeugkontakteinheit dient.

Die Bodenkontakteinheit 10 weist einen plattenförmigen Grundkörper 12 auf, der eine freiliegende Ladefläche 14 hat, an der mehrere Kontaktbereiche 16 angeordnet sind.

Aus der Figur 1 wird deutlich, dass die mehreren Kontaktbereiche 16 matrixartig angeordnet sind, wobei an den jeweiligen Kontaktbereichen 16 die Fahrzeugkontakteinheit über ihren Konnektor zur Anlage kommen kann, um die elektrische Verbindung mit der Bodenkontakteinheit 10 herzustellen. Die mehreren Kontaktbereiche 16 sind wenigstens einer Potenziallage 18 zugeordnet, wobei es sich in der gezeigten Ausführungsform um ein Drei-Phasen- Netzsystem handelt, sodass drei Potenziallagen, die den Phasen L1 , L2 und L3 entsprechen, sowie eine Potenziallage vorgesehen sind, die dem Neutralleiter entspricht. Zudem kann noch ein Schutzleiter vorgesehen sein, der zur Erdung der Bodenkontakteinheit 10 dient.

Die mehreren Kontaktbereiche 16 sind dabei den mehreren Potenziallagen 18 zugeordnet, sodass sich unterschiedliche Anschlusssituationen für die Fahrzeugkontakteinheit ergeben können, insbesondere in Abhängigkeit der jeweiligen Orientierung des Konnektors an der Bodenkontakteinheit 10.

Zudem sind die mehreren Kontaktbereiche 16, insbesondere die den Kontaktbereichen 16 zugeordneten Potenziallegen 18, elektrisch abgesichert, wobei hierzu eine Schutzbaugruppe 20 vorgesehen ist, die den Kontaktbereichen 16 der wenigstens einen Potenziallage 18 zugeordnet ist.

Die Schutzbaugruppe 20 ist in Figur 2 gemäß einer ersten Ausführungsform für eine der Potenziallagen detaillierter gezeigt, worauf nachfolgend Bezug genommen wird.

Die Schutzbaugruppe 20 umfasst eine Strommesseinheit 22 sowie einen Schalter 24, die beide in einem Strompfad 26 der jeweiligen Potenziallage 18 angeordnet sind.

Insofern umfasst die Bodenkontakteinheit 10 pro Potenziallage 18 eine Schutzbaugruppe 20.

Die Schutzbaugruppe 20 ist generell eingerichtet, einen Kurzschluss, einen bevorstehenden Überstrom, einen Überstrom und/oder einen Fehlerstrom zu erkennen, insbesondere während eines durchgeführten Ladevorgangs, also wenn ein Ladestrom über den Strompfad 26 fließt.

Die Schutzbaugruppe 20 ist eingerichtet, den entsprechenden Schalter 24 in seiner Offenstellung zu steuern, sofern ein Kurzschluss, ein (bevorstehender) Überstrom und/oder ein Fehlerstrom detektiert worden ist. Insofern kann die zumindest eine Schutzbaugruppe 20 eingerichtet sein, einen Differenzstrom zu ermitteln. Der Differenzstrom kann zwischen zwei Potenzial lagen 18 gemessen werden, beispielsweise zwischen zwei Außenleitern, also zwei Phasen, oder zwischen einer Phase und dem Neutralleiter oder zwischen dem Schutzleiter und einer Phase bzw. dem Neutralleiter.

Zur Ansteuerung des Schalters 24 der Schutzbaugruppe 20 ist in der gezeigten Ausführungsform eine Steuer- und/oder Auswerteeinheit 28 vorgesehen, die zwischen der Strommesseinheit 22 und dem entsprechenden Schalter 24 angeordnet ist.

Bei der Steuer- und/oder Auswerteeinheit 28 kann es sich um eine übergeordnete Steuer- und/oder Auswerteeinheit handeln, die mit sämtlichen Schutzbaugruppen 20 der Bodenkontakteinheit 10 zusammenwirkt, also denjenigen der anderen Potenziallagen 18. Insofern kann die eine Steuer- und/oder Auswerteeinheit 28 die gemessenen Ströme sämtlicher Strommesseinheiten 22 erhalten, woraufhin die eine Steuer- und/oder Auswerteeinheit 28 sämtliche Schalter 24, die den jeweiligen Potenziallagen 18 zugeordnet sind, ansteuern kann, sofern dies notwendig ist.

Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass die Strommesseinheit 22 direkt den zugeordneten Schalter 24 ansteuert, der sich daraufhin in seine Offenstellung begibt, um den Stromkreis zu unterbrechen.

In der in Figur 2 gezeigten Ausführungsform umfasst die Schutzbaugruppe 20 zudem ein Schaltermodul 30, welches zwei Schalter 24 aufweist, die antiseriell angeordnet sind. Bei den Schaltern 24 handelt es sich um Leistungsschalter, also Halbleiterbauteile, beispielsweise MOSFETs, IGBTs oder Triacs.

In der gezeigten Ausführungsform umfasst die Strommesseinheit 22 einen Shunt-Widerstand 32, der im Strompfad 26 angeordnet ist, sowie einen Komparator 34. Alternativ kann die Schutzbaugruppe 20 auch eine Operationsverstärkerschaltung und einen Hall-Sensor anstelle des Shunt- Widerstands umfassen.

Grundsätzlich ist die Schutzbaugruppe 20 eingerichtet, eine Stromkurve mittels der Strommesseinheit 22 zu erfassen, wobei Charakteristika der erfassten Stromkurve ermittelt werden. Hierzu kann eine Auswertung der Flanken und/oder des Pegels der erfassten Stromkurve durchgeführt werden, um einen entsprechenden Auslösefall der Schutzbaugruppe 20 zu detektieren. Ebenso kann die Schutzbaugruppe 20 eingerichtet sein, einen auftretenden Lichtbogen zu erkennen, wenn sich die Kontaktierung zwischen der Fahrzeugkontakteinheit und der Bodenkontakteinheit 10 verändert, sodass ein entsprechender Lichtbogen zwischen den jeweiligen Kontakten auftritt.

Die Schutzbaugruppe 20 kann dann den entsprechenden Schalter 24 ansteuern, sodass der Stromkreis unterbrochen wird. Hierdurch werden die jeweiligen Kontaktbereiche 16, die der entsprechenden Potenziallage 18 zugeordnet sind, die der Schutzbaugruppe 20 zugeordnet ist, entsprechend geschützt, da der Stromfluss schnell unterbrochen wird.

Darüber hinaus geht aus Figur 2 hervor, dass die Bodenkontakteinheit 10 zumindest eine zusätzliche Schalteinheit 36 aufweist, insbesondere ein Relais. Die zusätzliche Schalteinheit 36 ist in Stromflussrichtung nach der Schutzbaugruppe 20 vorgesehen, also zwischen der Schutzbaugruppe 20 und den Kontaktbereichen 16 angeordnet.

Mit anderen Worten ist die zumindest eine zusätzliche Schalteinheit 36 mit wenigstens einem der Kontaktbereiche 16 gekoppelt, sodass die zusätzliche Schalteinheit 36 dementsprechend wenigstens einen Kontaktbereich 16 mit der dem Kontaktbereich 16 zugeordneten wenigstens einen Potenziallage 18 elektrisch verbinden und unterbrechen kann, sodass im unterbrochenen Zustand eine galvanische Trennung vorliegt.

In der in Figur 2 gezeigten Ausführungsform ist für sämtliche Kontaktbereiche 16 der entsprechenden Potenziallage 18 lediglich eine zusätzliche Schalteinheit

36 vorgesehen, sodass pro Potenziallage 18 genau eine zusätzliche Schalteinheit 36 vorgesehen ist. Hierdurch werden sämtliche Kontaktbereiche 16 der Potenziallage 18 zusammen galvanisch getrennt, sofern die zusätzliche Schalteinheit 36 auslöst bzw. angesteuert wird. In der in Figur 3 gezeigten Ausführungsform ist dagegen vorgesehen, dass die Schutzbaugruppe 20 mehreren zusätzlichen Schalteinheiten 36 zugeordnet ist, wobei jedem Kontaktbereich 16 eine eigene zusätzliche Schalteinheit 36 zugeordnet ist. Hierdurch lassen sich die einzelnen Kontaktbereiche 16 individuell galvanisch trennen, indem die entsprechend zugeordnete zusätzliche Schalteinheit 36 entsprechend angesteuert wird.

Grundsätzlich kann zur Ansteuerung der zumindest einen zusätzlichen Schalteinheit 36 eine Triggerschaltung 38 vorgesehen sein, die insbesondere mit der Steuer- und/oder Auswerteeinheit 28 in Verbindung steht oder Teil davon ist, wie dies in den Ausführungsformen gezeigt ist. Andernfalls steuert die Steuer- und/oder Auswerteeinheit 28 die Triggerschaltung 38 entsprechend an.

Insofern kann vorgesehen sein, dass bei einem detektierten Fehler, also bei einem Auslösefall wie bei einem Kurzschluss, einem Fehlerstrom bzw. einem (bevorstehenden) Überstrom, die zusätzlich Schalteinheit 36 (über die T riggerschaltung 38) sowie der wenigstens eine Schalter 24 der Schutzbaugruppe 20 gleichzeitig angesteuert werden.

Der Auslösefall kann, wie zuvor beschrieben, über die Schutzbaugruppe 20, insbesondere die Strommesseinheit 22 und die damit gekoppelte Steuer- und/oder Auswerteeinheit 28, festgestellt werden, indem Charakteristika der Stromkurve erfasst und ausgewertet werden, beispielsweise eine Auswertung der Flanken und/oder des Pegels der erfassten Stromkurve.

Dies ist beispielsweise in Figur 4 gezeigt, in der ein Auslösefall dadurch erkannt werden kann, dass der erfasste Stromwert über einen Schwellenwert ansteigt und gleichzeitig eine entsprechende Flanke vorliegt. Die entsprechenden Charakteristika, also die für den Auslösefall herangezogenen Kriterien, werden von der Schutzbaugruppe 20 bzw. der Steuer- und/oder Auswerteeinheit 28 zum Zeitpunkt tF _ehier erkannt. Daraufhin wird, wie oben beschrieben, der Schalter 24 und die zusätzliche Schalteinheit 36 (gleichzeitig) angesteuert.

Der Schalter 24, der eine deutlich bessere Reaktionszeit als die zusätzliche Schalteinheit 36 hat, reagiert innerhalb einiger Hundert Nanosekunden, sodass der Stromkreis zum Zeitpunkt t _Abschait unterbrochen wird, insbesondere bevor die Stromstärke weiter angestiegen ist. Die zusätzliche Schalteinheit 36 würde dagegen erst zum Zeitpunkt t _Reiais reagieren, zu dem die Stromstärke schon deutlich angestiegen wäre, wie der gestrichelte Verlauf der Stromkurve verdeutlicht.

Der Schalter 24 reagiert demnach deutlich schneller als die zusätzliche Schalteinheit 36, sodass die zusätzliche Schalteinheit 36 zunächst vor der Belastung des hohen Stroms im Auslösefall geschützt wird. Mit anderen Worten kann die zusätzliche Schalteinheit 36 nahezu lastfrei schalten.

Die gleichzeitige Ansteuerung der zusätzlichen Schalteinheit 36 (über die Triggerschaltung 38) stellt jedoch sicher, dass die zusätzliche Schalteinheit 36 möglichst zeitnah ebenfalls schaltet, um die galvanische Trennung herzustellen, sodass der Berührungsschutz gewährleistet ist.

Grundsätzlich kann auch eine Kombination der Figuren 2 und 3 vorgesehen sein, sodass eine zentrale zusätzliche Schalteinheit 36 vorgesehen ist, wie dies in Figur 2 gezeigt ist, sowie die mehreren zusätzlichen Schalteinheiten 36, die den Kontaktbereichen 16 jeweils zugeordnet sind.

In Figur 5 ist eine weitere Ausführungsform gezeigt, die auf derjenigen der Figur 3 basiert.

In Figur 5 ist zudem ein Überspannungsableiter 40 vorgesehen, der stromabwärts von einem Flauptterminal der Bodenkontakteinheit 10 angeordnet ist, das die wenigstens eine Potenziallage 18 zur Verfügung stellt, insbesondere die Phasen L1 , L2, L3, N.

Der Überspannungsableiter 40 ist demnach vor der Schutzbaugruppe 20 angeordnet, sodass diese aufgrund des Überspannungsableiters 40 vor Überspannungen geschützt ist, die während des Betriebs der Bodenkontakteinheit 10 auftreten können, insbesondere während eines Ladevorgangs. Aufgrund des

Überspannungsableiters 40 ist demnach ein Bereich stromabwärts vom Überspannungsableiter 40 durch diesen derart geschützt, sodass dieser der Überspannungskategorie III („Over Voltage Category III“ - OVC III) entspricht.

In diesem Bereich ist eine zusätzliche Schalteinheit 42 angeordnet, die als Hauptschütz ausgebildet ist. Das Hauptschütz stellt wiederum sicher, dass ein Bereich stromabwärts des Hauptschützes weiter geschützt ist, sodass dieser der Überspannungskategorie II („Over Voltage Category II“ - OVC II) entspricht.

Dies bedeutet, dass die Komponenten der Bodenkontakteinheit 10, welche stromabwärts der zusätzlichen Schalteinheit 42 angeordnet sind, also des Hauptschützes, lediglich den Anforderungen der Überspannungskategorie II entsprechen müssen, sodass diese auf eine Bemessungsstoßspannung von 2,5 kV ausgelegt sein müssen. Dies trifft somit auf die Schutzbaugruppe 20 sowie die Relais 36 und die Kontaktbereiche 16 zu.

Darüber hinaus weist der Überspannungsableiter 40 wenigstens einen Diagnosekontakt 44 auf, mit dem der Überspannungsableiter 40 mit der Steuer- und /oder Auswerteeinheit 28 signalübertragend verbunden ist, sodass Diagnosedaten des Überspannungsableiters 40 an die Steuer- und /oder Auswerteeinheit 28 zur Auswertung übermittelt werden können.

Sollte die Steuer- und /oder Auswerteeinheit 28 bei der Auswertung der Diagnosedaten feststellen, dass der Überspannungsableiter 40 verschlissen ist oder Alterungserscheinungen hat, so kann die Steuer- und /oder Auswerteeinheit 28 eine Meldung ausgeben, um den Nutzer und/oder Betreiber der Bodenkontakteinheit 10 zu informieren.

Alternativ oder ergänzend kann die Steuer- und /oder Auswerteeinheit 28 die zusätzliche Schalteinheit 42, also den Hauptschütz, ansteuern, sodass dieser den Strompfad 26 unterbricht, um sicherzustellen, dass kein Laden mehr erfolgen kann.