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Die Erfindung betrifft einen Ladestecker zum lösbaren Verbinden mit einem elektrisch antreibbaren Fortbewegungsmittel und ein Messsystem zur Bestimmung einer von einer Ladeinfrastruktureinrichtung übergebenen elektrischen Energie.
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Elektrisch antreibbare Fortbewegungsmittel, insbesondere zumindest teilweise mit elektrischer Energie antreibbare Fahrzeuge bzw. Elektrofahrzeuge weisen mindestens einen Akkumulator auf, welcher in einem laufenden Betrieb des Elektrofahrzeugs regelmäßig zu laden ist. Ein Laden eines Elektrofahrzeugs erfolgt üblicherweise an einer Ladeinfrastruktur - in der Fachwelt auch als Electric Vehicle Supply Equipment oder abkürzend EVSE bekannt - welche über ein Ladekabel mit dem Fortbewegungsmittel verbunden wird.
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Eine in einer Ladeinfrastruktureinrichtung vorgesehene oder dieser zugeordnete Messvorrichtung dient einer Erfassung der von der Ladeinfrastruktureinrichtung an das Fortbewegungsmittel übergebenen elektrischen Energie. Die übergebene elektrische Energie wird dem Halter des Elektrofahrzeugs üblicherweise in Rechnung gestellt.
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Eichrechtlichen Vorgaben gemäß ist die übergebene elektrische Energie am Übergabepunkt zu messen, d.h. an dem Ort, an dem die elektrische Energie in das Elektrofahrzeug oder das elektrisch antreibbare Fortbewegungsmittel eingespeist wird. Der Übergabepunkt entspräche einer Verbindung zwischen dem Ladekabel und dem zu ladenden Fortbewegungsmittel. Derzeit erfolgt eine Energiemessung allerdings überwiegend in einer Messvorrichtung der Ladeinfrastruktur. Die dort gemessene Energie beinhaltet jedoch einen Energieanteil, welche in einem ohmschen Widerstand des Ladekabels in thermische Energie umgesetzt wird und somit am Übergabepunkt nicht als elektrische Energie übergeben wird. Bei heute angestrebten Schnellladevorgängen mit hohen Ladeleistungen - in der Fachwelt auch als High Power Charging bekannt - kann der in thermische Energie umgesetzte Energieanteil durchaus zwei Prozent der von der Ladeinfrastruktureinrichtung gelieferten Energie überschreiten.
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Eine pauschale Berücksichtigung der thermischen Blindenergie bei der Verrechnung der elektrischen Energie, etwa durch Abzug eines prozentualen Anteils, ist eichrechtlich nicht zulässig, da dieser Abzug auf einem bloßen Schätzwert beruhen würde, welche aufgrund von technischen Gegebenheiten Schwankungen unterliegen kann. Eine eichrechtskonforme Verrechnung erfordert insbesondere einen nachweisbaren und nicht bestreitbaren Beleg der an einem Übergabepunkt übergebenen elektrischen Energie.
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Aufgabe der Erfindung ist es, Mittel für eine eichrechtskonforme Bestimmung der von einer Ladeinfrastruktureinrichtung übergebenen elektrischen Energie anzugeben.
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Die Aufgabe wird durch einen Ladestecker mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Der erfindungsgemäße Ladestecker ist bestimmungsgemäß zum Verbinden eines elektrisch antreibbaren Fortbewegungsmittels bzw. Elektrofahrzeugs über ein Ladekabel mit einer Ladeinfrastruktureinrichtung vorgesehen und umfasst hierzu ein Steckfeld mit einer Mehrzahl elektrischer Kontakte.
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Erfindungsgemäß umfasst der Ladestecker eine erste Messeinheit zur Messung zumindest einer elektrischen Größe an mindestens zwei elektrischen Kontakten sowie eine Übermittlungseinheit zur Übermittlung der zumindest einen gemessenen elektrischen Größe an die Ladeinfrastruktureinrichtung.
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Der Begriff »umfasst« bedeutet insbesondere, dass die Messeinheit und/oder die Übermittlungseinheit im Gehäuse des Ladesteckers integriert sind. Alternativ können die Messeinheit und/oder die Übermittlungseinheit auch in einem separaten Gehäuse anordenbar sein und lösbar, insbesondere steckbar, oder auch unlösbar mit dem Gehäuse eines konventionellen Ladesteckers verbunden sein.
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Im Fall eines alternierenden einphasigen Ladestroms oder im Fall eines Gleichstroms erfolgt die Messung der ersten elektrischen Größe an zwei elektrischen Kontakten, im Fall eines mehrphasigen Ladestroms an mindestens drei elektrischen Kontakten des Ladesteckers.
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Der erfindungsgemäße Ladestecker ist von der Überlegung getragen, eine eichrechtskonforme Bestimmung einer übergebenen elektrischen Energie zu gewährleisten, indem zumindest eine elektrische Größe am Übergabepunkt der elektrischen Leistung gemessen wird, deren jeweiliger Wert an die Ladeinfrastruktur übermittelt wird. Der Übergabepunkt einer Ladeinfrastruktur ist am fahrzeugseitigen Ende des Ladekabels bzw. des dort angeordneten Ladesteckers zu verorten, dem Ort der erfindungsgemäßen Messung zumindest einer elektrischen Größe.
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Zur Bestimmung der übergebenen elektrischen Energie sind bekanntermaßen Augenblickswerte von Spannung und Stromstärke zu messen und während der Entnahmedauer, also der Ladezeit, zeitlich zu integrieren. Die Bestimmung der übergebenen elektrischen Energie erfordert demnach eine Messung zumindest zweier elektrischer Größen.
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Eine komplette Messeinrichtung zur Messung der übergebenen elektrischen Leistung im Ladestecker vorzusehen ist aufgrund von Größen- und Gewichtseinschränkungen des Ladesteckers derzeit noch nicht vollständig praktikabel.
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Erfindungsgemäß umfasst ist daher insbesondere eine bevorzugte Ausführungsform, gemäß der lediglich eine der beiden zur Bestimmung der elektrischen Energie zu messenden elektrischen Größen im Übergabepunkt - also im Ladestecker - gemessen wird, während die andere elektrische Größe beispielsweise am Anschlusspunkt der Ladekabels in der Ladeinfrastruktureinrichtung gemessen wird.
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Bevorzugt erfolgt am Übergabepunkt, also am Ladestecker, eine Spannungsmessung, während eine Strommessung in der Ladeinfrastruktureinrichtung erfolgt. Diese örtliche Verteilung beider Messungen hat zwei Vorteile:
- - Einerseits erfordert eine Strommessung üblicherweise eine größer dimensionierte Messeinheit, welche aufgrund der angesprochenen Größen- und Gewichtseinschränkungen des Ladesteckers günstiger in der Ladeinfrastruktureinrichtung zu positionieren ist. Demgegenüber ist eine Messeinheit zur Spannungsmessung wesentlich kleiner zu dimensionieren. Zudem ist die Spannungsmessung im Vergleich zur Strommessung mit einer geringeren thermischen Verlustleistung und damit weniger Abwärme beaufschlagt. Beide Faktoren sprechen für eine Lokalisierung der Spannungsmessung im Ladestecker.
- - Andererseits, und noch wichtiger, ergibt sich der Vorteil einer Bevorzugung der Spannungsmessung am Übergabepunkt bei der verteilten Messung der elektrischen Größen dadurch, dass genau diese Verteilung den eichrechtlichen Vorgaben genügt, gemäß der die übergebene elektrische Energie am Übergabepunkt zu messen ist. Während die elektrische Stromstärke aufgrund eines durch die Kirchhoffschen Regeln ableitbaren Erhaltungssatzes innerhalb des nicht verzweigten Ladestromkreises örtlich konstant ist, ist die elektrische Spannung im Ladestromkreis je nach Ort der Messung unterschiedlich. Zur eichrechtlich gebotenen Bestimmung einer übergebenen elektrischen Leistung am Übergabepunkt ist also insbesondere die Spannungsmessung am Übergabepunkt durchzuführen, während die Strommessung an einem beliebigen Ort im Ladestromkreis durchgeführt werden kann.
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Die gewünschte Bestimmung der Ladeenergie aus der übergebenen elektrischen Leistung erfolgt durch Integration diskreter Leistungswerte aus dem Produkt aus Spannungs- und Stromstärkemesswerten in der Ladeinfrastruktureinrichtung anhand des übermittelten Werts der ersten elektrischen Größe - vorzugsweise der Spannung - und der lokal gemessenen zweiten elektrischen Größe, vorzugsweise der Stromstärke.
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Die erfindungsgemäße eröffnete örtliche Verteilung bei der Messung zweier elektrischer Größen in Kombination mit einer Übertragung des am Übergabepunkt ermittelten Werts der einen elektrischen Größe gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung erfüllt damit die Aufgabe, Mittel für eine eichrechtskonforme Bestimmung der von einer Ladeinfrastruktureinrichtung übergebenen elektrischen Energie anzugeben.
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Erfindungsgemäß umfasst ist im Übrigen auch eine alternative Ausführungsform, bei der beide elektrische Größen im Übergabepunkt - also im Ladestecker - gemessen werden. Auch für diese Ausführungsform ergeben sich die erfindungsgemäßen Vorteile einer örtlich verteilten Messung und einer örtlich verlagerten Bestimmung der elektrischen Energie aufgrund der Übermittlung der Werte der gemessenen elektrischen Größe an die Ladeinfrastruktureinrichtung, mithin dem Ort der Bestimmung der elektrischen Energie aus den übertragenen Werten.
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Gemäß einer weiteren alternativen Ausführungsform erfolgt die Messung der übergebenen elektrischen Energie direkt im Ladestecker, wobei die gemessene, zumindest eine elektrische Größe als elektrische Energie zu verstehen ist. Die elektrische Energie kann entweder direkt gemessen werden - wobei die erste Messeinheit als Energiezähler ausgeführt ist - oder auch indirekt gemessen werden durch zeitliche Integration aus dem Produkt direkter Messungen aus Spannungs- und Stromstärkemesswerten an den elektrischen Kontakten des Ladesteckers, welche gleichzeitig oder alternierend von in der ersten Messeinheit integrierten Teilmesseinheiten bestimmt werden. Die so gemessene elektrische Energie wird über die Übermittlungseinheit an die Ladeinfrastruktureinrichtung übermittelt. Die Steuerung der einzelnen Messungen und die mathematische Bestimmung der Energie werden dabei durch einen Mikrocontroller im Ladestecker gesteuert und überwacht.
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Die Aufgabe wird weiterhin durch ein Messsystem mit den Merkmalen eines nebengeordneten unabhängigen Patentanspruchs gelöst. Erfindungsgemäß wird ein Messsystem zur Bestimmung einer von einer Ladeinfrastruktureinrichtung übergebenen elektrischen Energie vorgeschlagen, bei dem der Ladeinfrastruktureinrichtung zumindest zeitweise ein Ladekabel zur Ausbildung einer elektrischen Verbindung zwischen einem Anschlusspunkt des Ladekabels an der Ladeinfrastruktureinrichtung und einem Ladestecker an einem elektrisch antreibbaren Fortbewegungsmittel zuordenbar ist. Das Messsystem umfasst:
- - eine im Ladestecker angeordnete erste Messeinheit zur Messung zumindest einer ersten elektrischen Größe an mindestens zwei elektrischen Kontakten des Ladesteckers;
- - eine im Ladestecker angeordnete Übermittlungseinheit zur Übermittlung eines Werts der zumindest einen ersten elektrischen Größe an die Ladeinfrastruktureinrichtung;
- - eine zweite Messeinheit zur Messung zumindest einer zweiten elektrischen Größe am Anschlusspunkt des Ladekabels; und;
- - eine Bestimmungseinheit zur Bestimmung der von der Ladeinfrastruktureinrichtung übergebenen elektrischen Energie anhand des übermittelten Werts der ersten elektrischen Größe und der zweiten elektrischen Größe.
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Das erfindungsgemäße Messsystem verwirklicht die vorbeschriebene örtliche Verteilung bei der Messung zweier elektrischer Größen in Kombination mit einer Übertragung des am Übergabepunkt ermittelten Werts der einen elektrischen Größe an die Ladeinfrastruktureinrichtung, wo eine Bestimmungseinheit anhand des übermittelten Werts der ersten elektrischen Größe und der zweiten elektrischen Größe eine Bestimmung der von der Ladeinfrastruktureinrichtung übergebenen elektrischen Energie durchführt.
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Die Aufgabe wird weiterhin durch ein Verfahren mit den Merkmalen eines nebengeordneten unabhängigen Patentanspruchs gelöst. Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Bestimmung einer von einer Ladeinfrastruktureinrichtung übergebenen elektrischen Energie vorgeschlagen, dessen Verfahrensschritte im Wesentlichen der obigen Beschreibung entsprechen.
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Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Übermittlung der elektrischen Größe in Form eines digitalen Werts. Die Übermittelungseinheit umfasst dementsprechend einen Konverter zur Bestimmung eines digitalen Werts aus dem gemessenen Wert der elektrischen Größe. Ein üblicher Analog-Digital-Konverter muss nicht notwendigerweise als separate Komponente vorgesehen sein. Alternativ können Funktionen eines Analog-Digital-Konverters beispielsweise auch Bestandteil eines auf einem Mikrocontroller zum Ablauf gebrachten Maschinencode sein oder in einer Hardware eines flankierenden FPGAs (Field Programmable Gate Array) oder ASICs (Application-Specific Integrated Circuit) implementiert sein. Der im Ladestecker angeordnete Mikrocontroller übernimmt vorzugsweise auch die Funktionen der kompletten Übermittlungseinheit, also insbesondere ein Netzwerkschnittstelle zur Implementierung eines ladeinfrastrukturseitigen Kommunikationsprotokolls. Ein entsprechend ausgestalteter und erweiterter Mikrocontroller kann darüber hinaus noch weitere Funktionen übernehmen. Insbesondere können auf dem Substrat eines dementsprechend erweiterten Mikrocontrollers flüchtige und nichtflüchtige Speicherzellen, Synchronisationsfunktionen und mikromechanische Sensoren - beispielsweise Beschleunigungssensoren in Verbindung mit Auswertungslogik - zusätzlich bereitgestellt werden. Auf einen in solcher Weise erweiterten Mikrocontroller wird in der Fachwelt auch mit dem Begriff System-on-Silicon bzw. SoS Bezug genommen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Übermittlung des oder der digitalen Werte der mindestens einen elektrischen Größe zusammen mit einem jeweiligen Zeitstempel, welche einen absoluten oder relativen Messzeitpunkt der Ermittlung des oder der digitalen Werte der mindestens einen elektrischen Größe entspricht. Hierzu wird ein Datenfeld, bestehend aus digitalen Werten der mindestens einen elektrischen Größe zusammen mit dem jeweiligen Zeitstempel übertragen. Da es eine Übermittlung des Werts an die Infrastruktureinrichtung zu unweigerlichen Verzögerungen kommt, schafft der Zeitstempel die Möglichkeit einer rechnerischen Synchronisation der örtlich - und damit auch zeitlich - auseinanderfallenden Werte. Zur Bestimmung der übergebenen elektrischen Energie sind die zeitlich zusammenfallenden Augenblickswerte von Spannung und Stromstärke zu messen und während der Entnahmedauer, also der Ladezeit, zeitlich zu integrieren.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Übermittlung des digitalen Werts der elektrischen Größe oder des Datenfelds gemäß dem oben erläuterten ladeinfrastrukturseitigen Kommunikationsprotokoll.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung erfolgt eine kryptographisch gesicherte Übermittlung des digitalen Werts an die Ladeinfrastruktureinrichtung. Dabei werden der oder die zwischen dem Ladestecker und der Ladeinfrastruktureinrichtung zu übertragenden digitalen Werte beispielsweise kryptographisch signiert. Seitens des Ladesteckers erfolgt diese Signatur beispielsweise durch eine Funktion des im Ladestecker verbauten Mikrocontrollers. Durch eine kryptographisch Signatur des zu übertragenden digitalen Werts wird sichergestellt, dass dieser im Sinne eines Manipulationsschutzes nicht mehr bearbeitet oder verändert werden kann. Beispielsweise kann eine Signatur mittels eines Schlüsselpaares erfolgen. In Anwendung eines vom Mikrocontroller verwalteten privaten Schlüssels wird eine Signatur des Werts errechnet. Ein öffentlicher Schlüssel des zugehörigen Schlüsselpaars liegt dem Empfänger des Werts innerhalb der Ladeinfrastruktureinrichtung vor und wird zur Prüfung des privaten Schlüssels bzw. zur Prüfung der mit dem privaten Schlüssel erstellten Signatur angewandt. Ein solcher kryptographischer Datenaustausch kann selbstverständlich auch bidirektional erfolgen. Der kryptographischer Datenaustausch gemäß dieser Ausgestaltung trägt unter anderem zur Erreichung einer eichrechtlichen Unbestreitbarkeit bei.
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Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung erfolgen eine Übermittlung des Werts sowie eine bidirektionale Kommunikation zwischen dem Ladestecker oder dem elektrisch antreibbaren Fortbewegungsmittel einerseits sowie der Ladeinfrastruktureinrichtung andererseits auf galvanische Übertragungsweise, also über das Ladekabel. Bei entsprechender Ausgestaltung der Ladeinfrastruktureinrichtung mit einer drahtlosen Schnittstelle kann eine solche bidirektionale Kommunikation mit dem Ladestecker jedoch alternativ oder zusätzlich auch über eine drahtlose Luftschnittstelle erfolgen.
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Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung wird ein Ladekabel, bestehend aus einer Leitergarnitur zur Übertragung elektrischer Ladeleistung und/oder zur Übertragung von Daten sowie ein Ladestecker vorgeschlagen.
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Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung wird ein Messsystem vorgeschlagen, bei dem mindestens die zweite infrastrukturseitige Messeinheit - d.h. die zweite Messeinheit alleine oder die zweite Messeinheit und eine infrastrukturseitige dritte Messeinheit - eingerichtet ist zur Messung einer Anschlussspannung und eines Ladestroms am Anschlusspunkt des Ladekabels und bei der die infrastrukturseitige Bestimmungseinheit zusätzlich eingerichtet ist zur Bestimmung der elektrischen Energie anhand der gemessenen Anschlussspannung und des gemessenen Ladestroms. Diese Messungen entsprechen einer konventionellen, eichrechtlich zunächst zu beanstandenden Bestimmung der elektrischen Energie am Anschlusspunkt. Die Bestimmungseinheit ist zusätzlich eingerichtet zur Korrektur der konventionell bestimmten Werte durch eine Korrektur mit einem am Übergabepunkt, also am Ladestecker, gemessenen Wert mindestens einen ersten elektrischen Größe. Ein Korrekturwert besteht z.B. aus dem Verhältnis von der am Ladestecker gemessenen Spannung und der am Anschlusspunkt gemessenen Anschlussspannung. Eine solche Kombination aus herkömmliche Energiebestimmung und Korrekturwertermittlung aufgrund einer dezentralen Messung ist insbesondere bei einem Ausfall einer Funktionseinheit - beispielsweise der ersten Messeinheit oder der Übermittlungseinheit - im Ladestecker vorteilhaft, da bis zu einer Wartung des Ladesteckers zumindest eine ungenauere Energie im Anschlusspunkt erhoben werden kann.
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Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung wird ein Messsystem vorgeschlagen, bei dem die Bestimmungseinheit außerhalb der Ladeinfrastruktureinrichtung lokalisiert ist, beispielsweise in einem dezentralen Server oder in einer Bestimmungseinheit einer Abrechnungsstelle. Hierzu ist in der Ladeinfrastruktureinrichtung eine infrastrukturseitige zweite Übermittlungseinheit zur Übermittlung zumindest einer elektrischen Größe an die außerhalb der Ladeinfrastruktureinrichtung lokalisierte Bestimmungseinheit vorgesehen ist. Alternativ kann auch eine verteilte Bestimmung mit einer innerhalb der Ladeinfrastruktureinrichtung vorgesehenen Bestimmungseinheit und einer außerhalb der Ladeinfrastruktureinrichtung Bestimmungseinheit vorgesehen sein.
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Im Weiteren werden Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Ladesteckers und des erfindungsgemäßen Messsystems anhand der Zeichnung näher erläutert. Identische Bezugszeichen in verschiedenen Figuren repräsentieren hierbei identische Funktionseinheiten. Es zeigen:
- 1 ein Strukturbild zur Darstellung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ladesteckers;
- 2 ein Strukturbild zur Darstellung einer Ladeinfrastruktur in Zusammenwirkung mit erfindungsgemäßen Funktionseinheiten; und;
- 3 ein Blockschaltbild zur Darstellung von Komponenten gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ladesteckers.
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Die Figuren sind zugunsten einer anschaulichen Darstellungsweise nicht notwendigerweise maßstabsgerecht gezeichnet, insbesondere entsprechen die Größenverhältnisse der dargestellten Figurenelemente - sowohl für sich als auch im Verhältnis zueinander - nicht notwendigerweise der Realität
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1 zeigt ein Strukturbild zur Darstellung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ladesteckers PLG. Der Ladestecker weist ein fachübliches Steckfeld CP mit einer Mehrzahl elektrischer Kontakte L1,L2,L3 auf.
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Anzahl, Verwendung und Anordnung der elektrischen Kontakte innerhalb des Steckfelds CP sind hinreichend genormt, unter anderem existieren Steckfelder CP gemäß einer auch als Ladestecker Typ 1 bezeichneten Norm gemäß SAE J1772-2009, Ladestecker Typ 2 gemäß EN 62196-2 (VDE-AR-E 2623-2-2) und Ladestecker Typ 3 gemäß einem Vorschlag eines Konsortiums »EV Plug Alliance«.
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Gemäß der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung ist innerhalb des Ladesteckergehäuses eine erste Messeinheit M1 zur Messung zumindest einer elektrischen Größe an mindestens zwei elektrischen Kontakten L1,L2 vorgesehen. Weiterhin ist eine - nicht dargestellte - Übermittlungseinheit zur Übermittlung der zumindest einen gemessenen elektrischen Größe an die Ladeinfrastruktureinrichtung EVSE vorgesehen. Die - nicht dargestellte - Übermittlungseinheit ist in 1 in einem Mikrocontroller CTR hardwaremäßig und/oder softwaremäßig implementiert.
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Die erste Messeinheit misst eine zwischen den elektrischen Kontakten L1,L2 anliegende elektrische Spannung, deren Wert in einem - nicht dargestellten - Konverter des Mikrocontroller CTR digitalisiert, anschließend von einer - nicht dargestellten - Verschlüsselungseinheit kryptographisch gesichert und an die Übermittlungseinheit zur Übermittlung über eine oder mehrere - nicht dargestellte - Datenleitungen im Ladekabel CC an eine Ladeinfrastruktureinrichtung am anderen Ende des Datenkabels CC übermittelt wird. Eine Übermittlung des kryptographisch gesicherten Übermittlung des digitalen Werts über das Ladekabel CC erfolgt gemäß einem ladeinfrastrukturseitigen Kommunikationsprotokoll.
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Optional ist eine - nicht dargestellte - Zeitbasis innerhalb des Mikrocontroller CTR, welche den Wert der elektrischen Spannung zusätzlich mit einem Zeitstempel versieht. Der Wert der elektrischen Spannung sowie der Zeitstempel werden beispielsweise in einem Datenfeld abgelegt, welches dann kryptographisch gesichert und an die Übermittlungseinheit zur Übermittlung an die Ladeinfrastruktureinrichtung übermittelt wird. Der Zeitstempel beinhaltet beispielsweise einen zeitlichen Wert des Messzeitpunkts.
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Dieser Zeitstempel wird vorzugsweise in einem seitens der Ladeinfrastruktureinrichtung verwalteten Datensatz zusammen mit jeweiligen Messwerten zumindest mittelfristig gespeichert, sodass eine nachträgliche Prüfung des von der ersten Messeinheit M1 im Stecker gemessenen Werts für den Zweck einer Eichprüfung ermöglicht wird.
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3 zeigt ein Blockschaltbild zur Darstellung von elektrischen Komponenten innerhalb des Ladesteckers. Die zwischen dem ersten Kontakt L1 und dem zweiten Kontakt L2 anliegende elektrische Spannung wird über zwei Schutzimpedanzen an die erste Messeinheit M1 zugeführt. Der Messwert der Spannung wird einem Analog-Digital-Konverter AD, an dessen rechtsseitigen Ausgang ein digitaler Wert vorliegt. Dieser wird über die Übermittlungseinheit TU in Richtung des Ladekabels übermittelt. Wie oben angesprochen, können die elektrischen Komponenten M1,AD,TU beliebig innerhalb eines Mikrocontrollers CTR implementiert werden.
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2 zeigt eine Ladeinfrastruktur mit einem zu ladendenden elektrisch antreibbaren Fortbewegungsmittel bzw. Elektrofahrzeug EV sowie einer Ladeinfrastruktureinrichtung EVSE.
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Die Ladeinfrastruktureinrichtung EVSE enthält eine Energieversorgungseinrichtung PSU zur fachüblichen Bereitstellung, Aufbereitung und Steuerung eines elektrischen Ladestroms, auf die hier nicht näher eingegangen wird. Der Ladestrom fließt nach Stecken des Ladesteckers PLG in eine fahrzeugseitige Buchse SC - die Zeichnung zeigt einen noch nicht gesteckten Zustand - sowie einer entsprechenden Autorisierung und Freigabe seitens der Ladeinfrastruktureinrichtung EVSE von der Energieversorgungseinrichtung PSU über einen Anschlusspunkt CON und über das mit der Ladeinfrastruktureinrichtung EVSE fest oder steckbar verbundene Ladekabel CC.
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Ein übliches Ladekabel CC umfasst eine Kabelgarnitur, bestehend aus mehreren Leitungen zur jeweiligen Ladestromführung - beispielsweise Außenleiter bzw. Phasenleiter, Neutralleiter, Schutzleiter etc. - sowie mindestens eine Signalleitung. Ein Schutzleiter in der Kabelgarnitur bildet dabei aus Sicherheitsgründen eine Rückleitung für die Signalleitung. Die Durchgängigkeit der Geräteerde zwischen der Signalleitung und dem Elektrofahrzeugs EV wird seitens der Energieversorgungseinrichtung PSU durch Messung des Stromflusses (des sog. »Pilotsignals«) in der Signalleitung überprüft. Ein Stromfluss in die Kabelgarnitur darf nur erfolgen, wenn der Signalleitungsstromkreis ordnungsgemäß geschlossen ist. Mehrere Signalleitungen können zur Gewährleistung einer breitbandigen Datenübertragung als paarweise verdrillte Adernpaare mit optionaler einzelner Schirmung der Adernpaare ausgeführt sein. Das Ladekabel CC dient also neben einem Transport des elektrischen Ladestroms üblicherweise auch einem Austausch von Daten und Steuersignalen im Zusammenhang mit dem Ladevorgang.
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Ein Austausch der Daten und Steuersignale über das Ladekabel CC erfolgt gemäß einem ladeinfrastrukturseitigen Kommunikationsprotokoll.
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An einem von der der Energieversorgungseinrichtung PSU in Richtung des Anschlusspunkts CON führenden Ladestromstrang ist ladeinfrastrukturseitig eine zweite Messeinheit M2 zur Messung des Ladestroms vorgesehen.
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Die Ladeinfrastruktureinrichtung EVSE enthält des Weiteren eine Bestimmungseinheit DU. Die Bestimmungseinheit DU ist eingerichtet zur Entgegennahme und kryptographischen Entschlüsselung eines Datenfelds, welches von der im Ladestecker PLG eingerichteten Übermittlungseinheit über das Datenkabel CC gesendet wird. Diesem Datenfeld wird seitens der Bestimmungseinheit DU zumindest ein Wert der zumindest einen gemessenen elektrischen Größe entnommen, im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein an mindestens zwei elektrischen Kontakten L1,L2 am Steckfeld CP des Ladesteckers PLG gemessene elektrische Spannung. Dem Datenfeld wird weiterhin ein zeitliches Datum bzw. Zeitstempel entnommen und als Zeitpunkt der Messung bei der Bestimmung bzw. Berechnung der elektrischen Energie berücksichtigt.
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Die von der Ladeinfrastruktureinrichtung EVSE übergebene elektrischen Energie wird durch die Bestimmungseinheit DU bestimmt aus dem vom Ladestecker PLG übermittelten Wert der zwischen den elektrischen Kontakten L1,L2 anliegende elektrische Spannung sowie den von der zweiten Messeinheit M2 lokal gemessenen Wert des Ladestroms. Zur Bestimmung der übergebenen elektrischen Energie werden anhand ihres Zeitstempels zeitlich übereinstimmende Augenblickswerte der Spannung und der Stromstärke zugeordnet - also systematisch bzw. rechnerisch synchronisiert - und während der Ladezeit zeitlich integriert.
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Sofern erforderlich werden die beteiligten Messeinheiten M1,M2 unter Anwendung bekannter Synchronisationsprotokolle, wie beispielsweise NTP, Network Time Protocol, über die Datenverbindung des Ladekabels CC zusätzlich miteinander synchronisiert. Alternativ erfolgt eine Synchronisation unter Anwendung schneller Signalformänderungen der elektrischen Spannung, also Signaländerungen mit hoher Flankensteilheit, welche durch die beiden Messeinheiten M1,M2 jeweils zeitgleich erfasst werden. Durch eine Kombination beider Synchronisationsverfahren kann eine Synchronisation mittels NTP weiter verfeinert werden. Weiterhin kann von beiden Messeinheiten M1,M2 ein Wert einer absoluten Zeit über das Synchronisationsprotokoll NTP bezogen werden. Eine zeitliche Abweichung, welche sich z.B. durch eine eine Latenz - »Powerlinelatenz« - bei der Übertragung bzw. Weiterleitung ergibt, kann durch eine Flanke des Pilotsignals bzw. Control Pilot Signal korrigiert werden.
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Statt einer einzelnen Ladeinfrastruktureinrichtung EVSE kann eine erweiterte - nicht dargestellte - Ladeinfrastruktur vorgesehen sein, welche z.B. eine modulare Schaltschrankeinrichtungen umfasst, insbesondere um Tiefgaragen mit mehreren Ladeplätzen auszustatten. Dabei können mehrere Ladesteuerungen, vorgesehen sein welche Gruppen von Ladeplätzen zur Verfügung stehen. Auch kann eine - nicht dargestellte - übergeordnete Ladesteuerung in einem infrastrukturseitigen Kommunikationssystem mit mehreren Ladekabeln kommunizieren.
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Der Übergabepunkt ist definiert als der Ort, an dem die elektrische Energie in die Energiesenke - hier das elektrisch antreibbare Fortbewegungsmittel bzw. Elektrofahrzeug EV - eingespeist wird. Dieser Übergabepunkt entspricht in der Zeichnung dem Ladestecker PLG am fahrzeugseitigen Ende des Ladekabels CC. Demgegenüber ist der Anschlusspunkt CON definiert als der Ort, an die elektrische Energie zum Betrieb bzw. zum Laden der Energiesenke - Elektrofahrzeug EV - entnommen wird. Dieser Anschlusspunkt CN entspricht in der Zeichnung dem Anschluss des Verbindungskabels CC an der Ladeinfrastruktureinrichtung EVSE.
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Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung wird ein - nicht dargestelltes - Messsystem vorgeschlagen, bei der mindestens die zweite infrastrukturseitige Messeinheit M2 eingerichtet ist zur Messung einer Anschlussspannung und eines Ladestroms am Anschlusspunkt CON des Ladekabels CC und bei der die infrastrukturseitige Bestimmungseinheit DU zusätzlich eingerichtet ist zur Bestimmung der elektrischen Energie anhand der gemessenen Anschlussspannung und des gemessenen Ladestroms. »Mindestens die zweite infrastrukturseitige Messeinheit M2« ist dabei so zu verstehen, dass die die zweite Messeinheit alleine beide Messungen der Anschlussspannung und des Ladestroms übernimmt, oder, alternativ, dass die zweite Messeinheit M2 und eine weitere infrastrukturseitige - nicht dargestellte - dritte Messeinheit - jeweils eine der beiden Messungen vornimmt.
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Gemäß einer - nicht dargestellten - Ausgestaltung ist diese Bestimmungseinheit außerhalb der Ladeinfrastruktureinrichtung lokalisiert, beispielsweise in einem dezentralen Server oder in einer Bestimmungseinheit einer Abrechnungsstelle. Hierzu ist in der Ladeinfrastruktureinrichtung EVSE eine - nicht dargestellte - infrastrukturseitige zweite Übermittlungseinheit zur Übermittlung zumindest einer elektrischen Größe an die außerhalb der Ladeinfrastruktureinrichtung lokalisierte Bestimmungseinheit vorgesehen.
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Diese Messungen am Anschlusspunkt CON entsprechen einer konventionellen, eichrechtlich zunächst zu beanstandenden Bestimmung der elektrischen Energie. Die Bestimmungseinheit DU ist allerdings darüber hinaus eingerichtet zur Korrektur der konventionell bestimmten Werte durch eine Korrektur mit einem am Übergabepunkt, also am Ladestecker PLG, gemessenen Wert mindestens einen ersten elektrischen Größe. Ein Korrekturwert besteht z.B. aus dem Verhältnis von der am Ladestecker gemessenen Spannung und der am Anschlusspunkt gemessenen Anschlussspannung. Eine solche Kombination aus herkömmlicher Energiebestimmung und Korrekturwertermittlung aufgrund einer dezentralen Messung ist insbesondere bei einem Ausfall einer Funktionseinheit - beispielsweise der ersten Messeinheit M1 oder der Übermittlungseinheit TU - im Ladestecker PLG vorteilhaft, da bis zu einer Wartung des Ladesteckers PLG zumindest eine ungenauere Energie im Anschlusspunkt erhoben werden kann. Dieses Ausführungsbeispiel verwirklicht architekturell gesprochen eine Kombination aus einer konventionellen, nicht verteilten Messung in Zusammenwirkung mit einer dezentralen Korrekturwertermittlung.
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Zusammenfassend ist der erfindungsgemäße Ladestecker von der Überlegung getragen, eine eichrechtskonforme Bestimmung einer übergebenen elektrischen Energie zu gewährleisten, indem zumindest eine elektrische Größe am Übergabepunkt der elektrischen Leistung gemessen wird, deren jeweiliger Wert an die Ladeinfrastruktur übermittelt wird. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird lediglich eine der beiden zur Bestimmung der elektrischen Energie zu messenden elektrischen Größen im Ladestecker gemessen, während die andere elektrische Größe beispielsweise am Anschlusspunkt der Ladekabels in der Ladeinfrastruktureinrichtung gemessen wird. Die erfindungsgemäße eröffnete örtliche Verteilung bei der Messung zweier elektrischer Größen in Kombination mit einer Übertragung des am Übergabepunkt ermittelten Werts der einen elektrischen Größe gewährleistet eine eichrechtskonforme Bestimmung der von einer Ladeinfrastruktureinrichtung übergebenen elektrischen Energie.
