WO2010145971A1

WO2010145971A1 - Vorrichtung zum anschluss an ein elektrisches energieversorgungsnetz und transportsystem

Info

Publication number: WO2010145971A1
Application number: PCT/EP2010/057985
Authority: WO
Inventors: Christoph Ruland
Original assignee: Christoph Ruland
Priority date: 2009-06-15
Filing date: 2010-06-08
Publication date: 2010-12-23
Also published as: DE102009026936A1; DE102009026936B4; CN102458909A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Anschluss eines elektrischen Verbrauchers und/oder einer elektrischen Energiequelle an ein elektrisches Energieversorgungsnetz (104) mit - Anschlussmitteln (106) zum lösbaren Anschluss einer elektrischen Energieleitung (122) des Verbrauchers oder der Energiequelle an die Vorrichtung, - steuerbaren Schaltmitteln (108) zur elektrischen Verbindung der Anschlussmittel mit dem Energieversorgungsnetz, wobei die Schaltmittel einen ersten Schaltzustand einnehmen können, in dem die Anschlussmittel von dem Energieversorgungsnetz getrennt sind, und wobei die Schaltmittel einen zweiten Schaltzustand einnehmen können, in dem die Anschlussmittel mit dem Energieversorgungsnetz verbunden sind, wobei die steuerbaren Schaltmittel zum Empfang eines Schaltsignals (112) von Steuerungsmitteln (110; 162) ausgebildet sind, Signalübertragungsmitteln (114; 180) zur Ermöglichung einer Signalübertragung über die Anschlussmittel unabhängig von dem Schaltzustand der Schaltmittel.

Description

Vorrichtung zum Anschluss an ein elektrisches Energieversorgungsnetz und

Transportsystem

Besch rei b u n g

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Anschluss eines elektrischen Verbrauchers oder einer elektrischen Energiequelle an ein elektrisches Energieversor- gungsnetz sowie ein Transportsystem.

Die Einsatzmöglichkeiten von Elektroautos sind gegenwärtig unter anderem deshalb noch sehr beschränkt, da es an einer geeigneten Infrastruktur zum Wiederaufladen der Batterien fehlt. Aus der CH 688 599 A5 ist ein Zapf-Platz für Elektromobile vorgesehen. Ein Identitätscode kann während des Ladevorgangs dem Ladestrom mit einer definiert modulierten Trägerfrequenz überlagert werden. Stattdessen kann der Identitäscode auch über eine Induktionsspule, wie man sie bei Zutrittskarten für Personen verwendet, übertragen werden.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Vorrichtung zum Anschluss eines elektrischen Verbrauchers oder einer elektrischen Energiequelle an ein elektrisches Energieversorgungsnetz zu schaffen. Die Vorrichtung beinhaltet Anschlussmittel zum lösbaren Anschluss einer elektrischen Energieleitung des Verbrauchers oder der Energiequelle an die Vorrichtung. Bei den Anschlussmitteln kann es sich zum Beispiel um eine Steckdose handeln. Zum Anschluss des Verbrauchers oder der Energiequelle wird ein Stromkabel mit einem Stecker in die Steckdose gesteckt. Statt einer Steckverbindung kann der Anschluss aber auch über eine Klemm- oder Schraubverbindung realisiert werden.

Die Vorrichtung hat ferner steuerbare Schaltmittel zur elektrischen Verbindung der Anschlussmittel mit dem Energieversorgungsnetz. Die Schaltmittel können einen ersten Schaltzustand einnehmen, in dem die Anschlussmittel von dem Energiever- sorgungsnetz getrennt sind, und einen zweiten Schaltzustand, in dem die Anschlussmittel mit dem Energieversorgungsnetz verbunden sind.

Die Vorrichtung hat ferner einen Übertrager, der die Anschlussmittel mit dem Energieversorgungsnetz z.B. für eine Powerline Communication (PLC) - Signalübertragung unabhängig von dem Schaltzustand der Schaltmittel koppelt.

Unter einem Übertrager werden hier Kopplungsmittel verstanden, über die z.B. eine Übertragung von PLC-Signalen zwischen dem elektrischen Energieversorgungsnetz und dem Verbraucher oder der Energiequelle erfolgen kann. Nach Ausführungsformen der Erfindung handelt es sich bei dem Übertrager um ein Zweitor. Ein erstes Tor des Übertragers ist mit den Anschlussmitteln galvanisch verbunden und ein zweites Tor des Übertragers ist mit dem Energieversorgungsnetz elektrisch verbunden. Die ersten und zweiten Tore sind galvanisch getrennt. Die steuerbaren Schaltmittel überbrücken in dem zweiten Schaltzustand den Übertrager, so dass die Anschlussmittel und das Energieversorgungsnetz galvanisch miteinander verbunden werden.

Nach Ausführungsformen der Erfindung werden PLC-Signale, die Daten beinhalten, mit Hilfe eines PLC-Moduls in das elektrische Energieversorgungsnetz ein- bzw. aus dem elektrischen Energieversorgungsnetz ausgekoppelt. Das PLC-Modul ist mit dem zweiten Tor des Übertragers nicht aber mit dem ersten Tor der Übertragers galvanisch verbunden.

Durch den Übertrager wird die Netzspannung des elektrischen Energieversor- gungsnetz von den PLC-Signalen entkoppelt, so dass in dem ersten Schaltzustand nur die PLC-Signale übertragen werden, aber keine Netzspannung an der Steckdose anliegt.

Nach Ausführungsformen der Erfindung wird durch die Kopplungsmittel keine galvanische Verbindung zwischen dem Energieversorgungsnetz und den Anschlussmitteln hergestellt, d.h. wenn sich die Schaltmittel in deren ersten Schaltzustand befinden, so liegt eine galvanische Trennung zwischen dem elektrischen Energieversorgungsnetz und den Anschlussmitteln vor. In diesem Fall hat der Übertrager beispielsweise miteinander gekoppelte Primär- und Sekundärspulen, über die die PLC Signale übertragen werden.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung können die Kopplungsmittel mit Hilfe eines Kondensators realisiert werden.

Ausführungsformen der Erfindung sind besonders vorteilhaft, da auch dann, wenn sich die Schaltmittel in deren ersten Schaltzustand befinden, die Übertragung von PLC-Signalen von und/oder zu dem Verbraucher oder der Energiequelle stattfinden kann. Es ist also nicht zwingend erforderlich, dass der Verbraucher oder die Energiequelle zunächst mit dem elektrischen Energieversorgungsnetz verbunden werden müssen, bevor eine PLC-Signalübertragung erfolgen kann.

Unter einer PLC-Signalübertragung wird hier jede Powerline Communication verstanden, d.h. die Übertragung von Daten über ein elektrisches Energieversorgungsnetz. Aus dem Stand der Technik ist es an sich bekannt, Daten über ein elektrisches Energieversorgungsnetz mit Hilfe von Powerline Communication (PLC) zu übertragen. Für sogenannte Außerhaus-PLC-Systeme wird das Datensignal beispielsweise am Ortsnetz-Transformator eingespeist und nach dem Punkt- Multipunkt-Prinzip auf dem 230/400 Volt Niederspannungsverteilernetz zu den angeschlossenen Endbenutzern übertragen. Bei einem Inhouse-PLC-System geschieht die Datenkommunikation über die 230/400 Volt Niederspannungsinstallation innerhalb des Hauses und wird auch als Home Networking bezeichnet. Ein PLC- Gesamtsystem besteht aus diesen beiden Teilsystemen; prinzipiell kann jedoch jedes der Teilsysteme auch für sich existieren.

Hinsichtlich des beanspruchten Frequenzspektrums werden zwei PLC-Arten unter- schieden: Schmalband-PLC und Breitband-PLC.

Schmalband-PLC ist im Frequenzband von 9 kHz bis 148,5 KHz angesiedelt und ermöglicht Datenraten bis in die Größenordnung von 150 KBit pro Sekunde. Diese Schmalband-PLC-Technik ist im Inhouse-Bereich für das Home Networking vorge- sehen.

Die Breitband-PLC-Technologie ist frequenzmäßig zwischen 1 ,6 MHz und 30 MHz lokalisiert und soll die Übertragung hoher Datenraten in der Größenordnung von einigen Megabit pro Sekunde erlauben. Das Gesamt-Frequenzband kann in Teil- bänder unterteilt sein, wie zum Beispiel in die Teilbänder 1 ,6 MHz bis 13,5 MHz für Außerhaus-Systeme und 13,5 MHz bis 30 MHz für Inhouse-Systeme (vgl. NT- 2721 , Technisches Handbuch, Inverkehrbringen und/oder Betreiben von PLC- Anlagen [Powerline Communications] in der Schweiz)

Nach einer Ausführungsform der Erfindung hat die Vorrichtung PLC-Mittel zum Senden und/oder Empfangen von PLC-Signalen, um mit dem Verbraucher oder der Energiequelle PLC-Signale auszutauschen.

Unter PLC-Mitteln wird hier insbesondere ein sogenanntes PLC-Modul verstanden, welches ein PLC-Signal in das elektrische Energieversorgungsnetz eingekoppelt. Das PLC-Signal wird über einen sogenannten Phasenkoppler in eine oder mehrere Phasen des Energieversorgungsnetzes eingekoppelt. Dieser Phasenkoppler wird als Bestandteil des PLC-Moduls betrachtet, kann aber auch separat ausgeführt sein.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung hat die Vorrichtung Steuerungsmittel, die über PLC ausgetauschte Nutzsignale verarbeiten kann. Beispielsweise sind die Steuerungsmittel zur Erzeugung von Sendesignalen ausgebildet, die als PLC- Signale von den PLC-Mitteln über das elektrische Energieversorgungsnetz gesen- det werden und/oder zur Verarbeitung von Empfangssignalen, die von den PLC- Mitteln über das elektrische Energieversorgungsnetz empfangen werden.

Die Steuerungsmittel und/oder die PLC-Mittel können durch einen oder mehrere programmgesteuerte Prozessoren und/oder schaltungstechnisch realisiert werden.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung sind die Steuerungsmittel so ausgebildet, dass ein Schaltsignal zur Änderung des Schaltzustands der Schaltmittel nur unter der Voraussetzung abgegeben wird, dass zuvor eine PLC-Signalübertragung mit dem Verbraucher oder Energiequelle über den Übertrager stattgefunden hat.

Beispielsweise steuern die Steuerungsmittel die Schaltmittel erst dann zum Schalten in den ersten Schaltzustand, d.h. zur Verbindung der Anschlussmittel mit dem Energieversorgungsnetz, an, nachdem der Verbraucher oder die Energiequelle die diesbezügliche Berechtigung nachgewiesen hat. Eine solche Berechtigung kann beispielsweise dadurch erbracht werden, dass von dem Verbraucher oder der Energiequelle die Vertragsdaten eines Energieversorgungs- oder Energieliefe- rungsvertrags mit einem Energieversorgungsunternehmen über die PLC- Signalübertragung zu der Vorrichtung kommuniziert werden. Dort können diese Vertragsdaten lokal von den Steuerungsmitteln ausgewertet werden. Alternativ oder zusätzlich können die Steuerungsmittel mit einer übergeordneten Zentrale, wie z.B. einem Server Computer, kommunizieren, um die Berechtigung zu prüfen.

Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Abrechnung der aus dem elektrischen Energieversorgungsnetz entnommenen oder in das Energieversorgungsnetz eingespeisten Energie mit Hilfe eines personalisierten elektronischen Datenträgers, der private oder geheime Schlüssel und/oder Vertragsdaten enthält, z.B. einer Chipkarte oder eines USB-Sticks. In diesem Fall verfügt der Verbraucher und/oder die Energiequelle über ein Chipkarten-Lesegerät, mit dem die Steuerungsmittel der Vorrichtung über die PLC-Signalübertragung kommunizieren kann, um zum Beispiel Abrechnungsdaten auszutauschen.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung sind die Steuerungsmittel so ausgebildet, dass eine Authentisierung des Verbrauchers oder der Energiequelle erfolgt, während sich die Schaltmittel in dem ersten Schaltzustand befinden, d.h. so lange noch keine Entnahme elektrischer Energie aus dem Energieversorgungsnetz oder eine Einspeisung von Energie möglich ist. Erst nach einer erfolgreichen Authentisie- rung des Verbrauchers oder der Energiequelle gegenüber der Vorrichtung oder gegenüber einer übergeordneten Zentrale, mit der die Vorrichtung in einer Kommunikationsverbindung steht, generieren die Steuerungsmittel ein Schaltsignal, um die Schaltmittel in den zweiten Schaltzustand zu bringen. Die Authentisierung kann auch gegenseitig ausgebildet sein, sodass sich die Vorrichtung gegenüber dem Verbraucher oder der Energiequelle authentisieren muss, bevor das Schaltsignal zum Schalten in den zweiten Schaltzustand von den Steuerungsmitteln generiert wird. Nach einer Ausführungsform der Erfindung sind die Steuerungsmittel so ausgebildet, dass das Schaltsignal zum Schalten in den zweiten Schaltzustand generiert wird, um die Authentisierung des Verbrauchers zu ermöglichen, wenn dieser über keine eigene Energieversorgung, wie z.B. eine Batterie, einen Akku oder eine Photozelle, verfügt. Ist die Authentisierung des Verbrauchers erfolgreich, so verbleiben die Schaltmittel in dem zweiten Schaltzustand; wenn die Authentisierung des Verbrauchers fehlschlägt, so generieren die Steuerungsmittel das Schaltsignal zum Schalten in den ersten Schaltzustand. In diesem Fall kann der Verbraucher also nur für eine kurze Zeit, nämlich für die Zeitdauer des Ablaufs eines Authentikationspro- tokoll, Energie aus dem Energieversorgungsnetz entnehmen oder in das Energieversorgungsnetz einspeisen. Die Energiemenge kann dabei über diese Zeitdauer auf diejenige Energie begrenzt sein, die allein für den Zweck der Durchführung des Authentikationsprotokolls benötigt wird.

Die Authentisierung kann passwortbasiert, basierend auf einem symmetrischen Schlüssel oder basierend auf einem kryptografischen asymmetrischen Schlüsselpaar oder auf eine andere geeignete Art erfolgen. Insbesondere können zum Zwecke der Authentisierung digitale Zertifikate oder Berechtigungsnachweise über die PLC-Signale ausgetauscht werden.

Standardisierte Verfahren zur Authentisierung sind in folgenden internationalen

Standards definiert, die beispielsweise angewendet werden können:

ISO/IEC 9798: Information Technology - Security Techniques - Entity Authentica- tion: Part 1 : General

ISO/IEC 9798-2: Information Technology - Security Techniques - Entity Authentica- tion: Part 2: Mechanisms using Symmetrie Encipherment Algorithms ISO/IEC 9798-3: Information Technology - Security Techniques - Entity Authentica- tion: Part 3: Mechanisms using Digital Signature Techniques ISO/IEC 9798-4: Information Technology - Security Techniques - Entity Authentica- tion: Part 4: Mechanisms using a Cryptographic Check Function ISO/IEC 9798-5: Information Technology - Security Techniques - Entity Authentica- tion: Part 5: Mechanisms using Zero Knowledge Techniques

Nach einer Ausführungsform der Erfindung hat die Vorrichtung Mittel zur Messung der von dem Energieversorgungsnetz an den elektrischen Verbraucher abgegebenen elektrischen Energie oder zur Messung der von der elektrischen Energiequelle in das Energieversorgungsnetz über die Anschlussmittel eingespeiste elektrische Energie, wobei die Steuerungsmittel so ausgebildet sind, dass das Schaltsignal, um die Schaltmittel in den ersten Schaltzustand zu bringen, unter der Voraussetzung abgegeben wird, dass der Betrag der abgegebenen bzw. eingespeisten Energie eine Bedingung erfüllt.

Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung hat die Vorrichtung PLC-Mittel zum Senden eines Testsignals und zum Empfang eines Antwortsignals von dem elektrischen Verbraucher oder der elektrischen Energiequelle, wobei die Steuerungsmittel so ausgebildet sind, dass ein Steuerungssignal zum Schalten der Schaltmittel in den ersten Schaltzustand abgegeben wird, wenn auf das Testsignal kein Antwortsignal empfangen wird. Dies hat den Vorteil, dass von der Vorrichtung automatisch detektiert werden kann, ob der Verbraucher oder die Energiequelle an die Anschlussmittel angeschlossen ist. Hierdurch wird ein „Keep-Alive Prozess" implementiert.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung wird die Prüfung des Vorliegens einer oder mehrerer der Voraussetzungen nach dem initialen Schalten der Schaltmittel in den zweiten Schaltzustand ein oder mehrere weitere Male, zum Beispiel mit einer vorgegebenen Periodizität.oder nach einer zufällig gewählten Zeit vorgenommen, um zu prüfen, ob die Voraussetzung oder die Voraussetzungen für den zweiten

Schaltzustand noch vorliegen. Hierdurch wird ein „Keep-Alive Prozess" implemen- tiert. Beispielsweise kann durch eine erneute Prüfung der Authentizität des Verbrauchers oder der Energiequelle geprüft werden, ob nicht zwischenzeitlich während der Energieentnahme oder der Energieeinspeisung der Verbraucher oder die Energiequelle durch einen anderen Verbraucher oder eine andere Energiequelle ausge- tauscht worden ist. Ferner kann so geprüft werden, ob die Kreditwürdigkeit des Verbrauchers für die Entnahme der elektrischen Energie ausreichend ist, oder ob der Verbraucher über ein ausreichend hohes Guthaben für die Entnahme der gewünschten Energie hat. Es können auf diese Art und Weise insbesondere Prepaid- oder Postpaid-Verfahren für die Vergebührung der Entnahme der elektrischen Energie implementiert werden.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung wird periodisch oder aperiodisch ein Au- thentikationsprotokoll durchgeführt und zwar jeweils mit einer neuen Challenge, um nicht nur festzustellen, ob ein Verbraucher/Energiequelle noch angeschlossen ist, sondern auch, ob es noch derselbe ist. Wenn vorher gegenseitig authentisiert wurde, wird nach Ausführungsformen der Erfindung hier auch periodisch/aperiodisch (beispielsweise zu unvorhersagbaren Zeitpunkten) gegenseitig authentisiert. Das Authentikationsprotokoll wird also jeweils erneut mit „frischen", bisher noch nicht verwendeten Challenges durchgeführt. Dies hat den Vorteil, dass Replay-Attacken abgewehrt werden können.

Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung können so ausgebildet sein, dass nur eine Entnahme von elektrischer Energie, d.h. der Anschluss eines Verbrauches, möglich ist, nicht aber die Einspeisung von Energie.

Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung können so ausgebildet sein, dass nur eine Einspeisung von elektrischer Energie, d.h. der Anschluss einer Energiequelle, möglich ist, nicht aber die Entnahme von Energie.

Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung können so ausgebildet sein, dass wahlweise eine Entnahme oder eine Einspeisung von elektrischer Energie erfolgen kann. In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Transportsystem mit einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung und zumindest einem elektrisch betreibbaren Transportmittel. Das elektrisch betreibbare Transportmittel hat eine wiederaufladbare Batterie, welche als Energiequelle für einen elektrischen Antrieb des Transportmittels dient. Das Transportmittel kann als elektrischer Verbraucher mit den Anschlussmitteln der Vorrichtung verbunden werden, um einen Ladestrom aus dem Energieversorgungsnetz zu beziehen, mit Hilfe dessen die Batterien des Transportmittels aufgeladen werden. Das Transportmittel kann aber auch als Ener- giequelle dienen und über die Vorrichtung elektrische Energie aus der Batterie in das Energieversorgungsnetz einspeisen. Bei dem Transportmittel kann es sich zum Beispiel um ein Elektroauto oder ein Elektroboot handeln.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung wird eine Ladestation geschaffen, die in einer beliebigen Straßenlaterne integriert ist. Die Straßenlaterne beinhaltet eine erfindungsgemäße Vorrichtung, deren Steckdose von der Straße aus zugänglich ist, um beispielsweise ein Elektroauto daran anzuschließen.

Insbesondere kann die Vorrichtung als sogenannte Stromtankstelle ausgebildet sein.

Im Weiteren werden Ausführungsformen der Erfindung mit Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 ein Blockdiagramm einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Figur 2 ein Blockdiagramm einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemä- ßen Vorrichtung. Figur 3 ein Blockdiagramm einer dritten Ausführungsform von erfindungsgemäßen Vorrichtungen, die von einer Zentraleinheit angesteuert werden,

Figur 4 ein Blockdiagramm einer vierten Ausführungsform von erfindungsgemä- ßen Vorrichtungen, die von einer Zentraleinheit angesteuert werden,

Figur 5 ein Blockdiagramm der Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß Figur 4,

Figur 6 ein Blockdiagramm einer fünften Ausführungsform von erfindungsgemäßen Vorrichtungen, die von einer Zentraleinheit angesteuert werden,

Figur 7 ein Blockdiagramm der Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß Figur 6.

Elemente der nachfolgenden Ausführungsformen, die einander entsprechen, sind jeweils mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet.

Figur 1 zeigt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 100, die als Ladestation ausgebildet sein kann. Die Vorrichtung 100 ist mit einer Phase 102 eines elektrischen Energieversorgungsnetzes 104 verbunden, an der eine Wechselspannung von zum Beispiel 50 Hz in Höhe von 230 V anliegt.

Die Vorrichtung 100 hat ferner Anschlussmittel, die hier als Steckdose 106 ausge- bildet sind. Die Phase 102 ist mit der Steckdose 106 über steuerbare Schaltmittel verbindbar, die hier die beiden steuerbaren Schalter 108 aufweisen. Die Vorrichtung 100 hat ferner Steuerungsmittel, die hier als Controller 110 ausgebildet sind. Der Controller 110 kann ein Steuerungssignal 112 generieren, um die Schalter 108 umzuschalten. Die Figur 1 zeigt die Schalter 108 in deren ersten Schaltzustand, in dem die Schalter 108 geöffnet sind, sodass keine galvanische Verbindung zwischen der Phase 102 und der Steckdose 106 besteht.

Durch das Steuerungssignal 112 werden die Schalter 108 geschlossen, d.h. in deren zweiten Schaltzustand gebracht. Dadurch wird eine galvanische Verbindung zwischen der Phase 102 und der Steckdose 106 hergestellt, sodass über die Steckdose 106 dem elektrischen Energieversorgungsnetz 104 Energie entnommen werden, kann. Alternativ kann bei geschlossenen Schaltern 108 Energie in das Energie- Versorgungsnetz 104 über die Steckdose 106 eingespeist werden.

Die Vorrichtung 100 hat ferner einer Übertrager 114. Der Übertrager 114 kann beispielsweise als ein sogenannter Impulstransformator ausgebildet sein, der nicht zur Energieübertragung, sondern zur Informationsübertragung dient. Insbesondere kann der Übertrager 114 als bidirektionaler Bandpassfilter oder Hochpassfilter ausgebildet sein, der Signale in einem Bandpassbereich in beiden Richtungen durch- lässt, nicht aber die Frequenz, mit der das elektrische Energieversorgungsnetz 104 betrieben wird. Vorzugsweise hat der Übertrager 114 einen Durchlassbereich, welcher ein PLC-Frequenzband, zum Beispiel einer Schmalband-PLC und/oder einer Breitband-PLC, beinhaltet.

Der Übertrager 114 ist hier als 4-PoI ausgebildet, wobei auf der einen Seite die Phase 102 anliegt und auf der anderen Seite die Steckdose 106 angeschlossen ist. Insbesondere handelt es sich bei dem Übertrager 114 um ein sogenanntes Zweitor, wobei ein erstes Tor des Übertragers 114 mit der Steckdose 106 und ein zweites Tor des Übertragers 114 mit der Phase 102, d.h. dem Energieversorgungsnetz 104, galvanisch verbunden ist.

Ein PLC-Modul 116 ist mit der Phase 102 verbunden, sodass das PLC-Modul PLC- Signale über die Phase 102 senden und empfangen kann. Das PLC-Modul 116 ist also ebenfalls mit dem zweiten Tor des Übertragers 114 galvanisch verbunden. Die Vorrichtung 100 hat ferner ein Netzteil 120, um die aktiven Komponenten der Vorrichtung 100 mit Spannung zu versorgen, beispielsweise also das PLC- Modul 116 und/oder den Controller 110. Das Netzteil 120 kann an der Phase 102 angeschlossen sein und liefert eine Gleichspannung von zum Beispiel 5 V oder 3,3 V.

An die Steckdose 106 kann ein Kabel 122 eines elektrischen Verbrauchers oder einer elektrischen Energiequelle angeschlossen sein. Gemäß der Ausführungsform der Figur 1 wird über das Kabel 122 z.B. das Ladegerät 124 eines Verbrauchers 126, wie z. B. eines Personenkraftwagens (Pkw) an die Vorrichtung 100 angeschlossen, um beispielsweise eine Batterie des Pkws aufzuladen. Insbesondere kann es sich bei dem Pkw um ein Elektroauto handeln. Der Verbraucher 126 kann so ausgebildet sein, dass er auch als elektrische Energiequelle dienen kann.

Beispielsweise wird der Verbraucher 126 von einem Kunden des Energieversorgungsnetzes betrieben, wobei der Kunde den Verbraucher 126 wahlweise in einem Verbrauchsmodus betreiben kann, in dem Energie aus dem Energieversorgungsnetzes entnommen wird, oder in einem Einspeisemodus, in dem Energie in das Energieversorgungsnetz eingespeist wird. In dem Einspeisemodus wirkt der Verbraucher 126 also als Energiequelle.

Der Verbraucher 126 hat ein PLC-Modul 130, welche prinzipiell gleich aufgebaut sein kann wie das PLC-Modul 116 der Vorrichtung 100. Der Verbraucher 126 hat ferner eine Steuerungsvorrichtung, wie zum Beispiel einen Controller 132. Das PLC- Modul 130 und/oder der Controller 132 können insbesondere Teil einer sogenannten Electronic Control Unit (ECU) des Verbrauchers 126 sein.

Zur Spannungsversorgung, zum Beispiel des PLC-Moduls 130 und/oder des Controllers 132 bzw. der ECU dient hier ein DC/DC Konverter 134, der die Bordspan- nung des Verbrauchers 126 in Höhe von zum Beispiel 12 V auf 5 V oder 3,3 V transformiert. Alternativ kann die Spannungsversorgung auch über ein Netzteil erfolgen.

Zum Laden der Batterie des Verbrauchers 126 wird beispielsweise wie folgt vorgegangen:

Das Kabel 122 wird mit seinem Stecker in die Steckdose 106 gesteckt. Von dem Controller 132 wird dann eine Nachricht 136 generiert und in das PLC-Modul 130 eingegeben. Alternativ kann das Einstecken des Steckers in die Steckdose 106 dadurch einseitig oder beidseitig erkannt werden, in dem periodisch vom Verbraucher oder der Ladestation eine Nachricht 136, bzw. 140 oder eine Testnachricht gesendet wird. Weiterhin wird beispielsweise wird das Einstecken des Steckers in die Steckdose von einem Sensor des Verbrauchers 126 sensiert, wie z.B. durch einen mechanischen Sensor, der an dem Stecker angeordnet ist. Aufgrund des entsprechenden Sensorsignals, das an den Controller 132 übertragen wird, generiert dieser die Nachricht 136.

Alternativ oder zusätzlich kann die Steckdose 106 einen solchen Sensor aufweisen, um das Einstecken des Steckers seitens der Vorrichtung 100 zu sensieren. In diesem Fall ist der Sensor der Steckdose 106 mit dem Controller 110 der Vorrichtung 100 gekoppelt. Der Controller 110 generiert die Nachricht 140, nachdem das Einstecken des Steckers sensiert worden ist. Der Verbraucher 126 beantwortet die Nachricht 140 dann zumindest mit der Nachricht 136.

Das PLC-Modul 130 generiert aus der Nachricht 136 PLC-Signale 138, die über das Kabel 122 übertragen werden. Die PLC-Signale 138 werden dann nach Übertragung über den Übertrager 114 von dem PLC-Modul 116 empfangen. Das PLC- Modul 116 regeneriert aus den PLC-Signalen 138 die Nachricht 13 und leitet diese an den Controller 110 weiter.

Der Controller 110 verarbeitet die Nachricht 136. Anhand der Nachricht 136 prüft der Controller 110, ob eine bestimmte Voraussetzung erfüllt ist. Wenn dies der Fall ist, gibt der Controller 110 das Signal 112 ab, um die Schalter 108 zu schließen, d.h. um die Schalter 108 aus deren ersten Schaltzustand in den zweiten Schaltzustand zu bringen, so dass der Übertrager 114 überbrückt wird. Nach dem Schließen der Schalter 108 ist die Phase 102 mit dem Kabel 122 galvanisch verbunden, sodass nunmehr ein Ladestrom zum Wiederaufladen der Batterie des Verbrauchers, bei- spielsweise also des PkWs, fließen kann. Alternativ kann ein Speisestrom zum Einspeisen von elektrischer Energie aus der Batterie des Verbrauchers in das Energieversorgungsnetz 104 fließen.

Nach Ausführungsformen der Erfindung erfolgt die Kommunikation nicht mit einer einzigen Nachricht 136, sondern es ist der Austausch mehrerer Protokoll-Elemente erforderlich, um die Bedingungen zu überprüfen (wie z. B zur Authentikation mit Challenge/Response-Protokoll und/oder zur Übergabe der Vertragsdaten, die beispielsweise Prepaid oder Postpaid spezifizieren können).

Eine Voraussetzung für das Schließen der Schalter 108 durch den Controller 110, d.h. die Abgabe des Steuerungssignals 112, kann sein, dass durch den Austausch von PLC-Signalen zwischen der Vorrichtung 100 und dem Verbraucher 126 gegenüber dem Controller 110 aktuell der Nachweis erbracht wird, dass eine Berechtigung zur Entnahme des Ladestroms vorliegt. Dies kann so erfolgen, dass mit der Nachricht 136 Vertragsdaten des Halters des Verbrauchers 126 mit dem Betreiber des Energieversorgungsnetzes 104 übertragen werden. Der Controller 110 prüft dann entweder lokal oder über eine Kommunikationsverbindung mit einem externen Servercomputer, ob die über die Nachricht 136 empfangenen Vertragsdaten valide sind. Wenn dies der Fall ist, gibt der Controller 110 das Steuerungssignal 112 ab, um die Schalter 108 zu schließen.

Alternativ oder zusätzlich oder in Kombination mit dem Nachweis erfolgt durch den Austausch von PLC-Signalen, d.h. PLC-Nachrichten, zwischen der Vorrichtung 100 und dem Verbraucher 126 eine einseitige oder gegenseitige Authentisierung. Bei- spielsweise hat der Controller 132 Zugriff auf einen privaten Schlüssel, der dem Verbraucher 126 und/oder dessen Halter bzw. Betreiber zugeordnet ist. Der private Schlüssel, der auch als geheimer Schlüssel bezeichnet wird, kann beispielsweise in einem sogenannten Security Modul, d.h. einem geschützten Speicherbereich des Controllers 132 oder auf einer Chipkarte, auf die der Controller 132 über ein Chipkarten-Lesegerät Zugriff hat, gespeichert sein.

Der Nachweis der Berechtigung des Verbrauchers 126 gegenüber dem Controller 110 kann zum Beispiel durch Authentikationsverfahren erbracht werden, wie sie insbesondere aus Kapitel 5.1. (Unilateral Authentication) oder aus Kapitel 5.2 (Mutual Authentication) der ISO 9798-3 an sich bekannt sind.

Mit der Nachricht 136 sendet der Controller 132 zum Beispiel ein digitales Zertifikat, welches den zu dem privaten Schlüssel gehörenden öffentlichen Schlüssel beinhaltet. Der Controller 110 generiert nach Empfang des Zertifikats von dem Verbraucher 126 dann eine sogenannte Challenge, um den Verbraucher 126 bzw. dessen Halter oder Betreiber zu authentifizieren.

Beispielsweise handelt es sich bei der Challenge um eine von dem Controller 110 generierte Zufallszahl. Diese wird dann als eine Nachricht 140 von dem Controller 110 in das PLC-Modul 116 eingegeben und von dem PLC-Modul 116 als PLC- Signal 142 in die Phase 102 eingekoppelt.

Das PLC-Signal 142 wird über den Übertrager 114, die Steckdose 106 und das Kabel 122 von dem PLC-Modul 130 des Verbrauchers 126 empfangen, welches die mit der Nachricht 140 empfangene Zufallszahl in den Controller 132 eingibt.

Der Controller 132 oder die Chipkarte signiert dann die Zufallszahl digital mit Hilfe seines privaten Schlüssels und antwortet auf die Nachricht 140 mit einer weiteren Nachricht 136, die die digital signierte Zufallszahl oder die digitale Signatur zur Zufallszahl beinhaltet. Der Controller 110 verifiziert dann nach Empfang der signierten Zufallszahl oder der digitalen Signatur mit dem öffentlichen Schlüssel, den der Cont- roller 110 vorher mit dem digitalen Zertifikat empfangen hat, ob die signierte Zufallszahl mit der Challenge, d.h. mit der dem Verbraucher zugesendeten Zufallszahl, übereinstimmt, bzw. ob die digitale Signatur korrekt ist. Wenn dies der Fall ist, gilt der Verbraucher 126 bzw. dessen Halter bzw. Betreiber als authentifiziert, sodass der Controller 110 das Steuerungssignal 112 abgibt, um die Schalter 108 zu schließen, sodass der Ladevorgang beginnen kann.

Alternativ oder zusätzlich wird wie folgt vorgegangen. Beispielsweise handelt es sich bei der Challenge wiederum um eine von dem Controller 110 generierte Zufallszahl. Diese Zufallszahl wird mit dem in dem Zertifikat beinhalteten öffentlichen Schlüssel verschlüsselt. Das sich daraus ergebende Chiffrat wird dann als eine Nachricht 140 von dem Controller 110 in das PLC-Modul 116 eingegeben und von dem PLC-Modul 116 als PLC-Signal 142 in die Phase 102 eingekoppelt.

Das PLC-Signal 142 wird über den Übertrager 114, die Steckdose 106 und das Kabel 122 von dem Verbraucher 126 empfangen und in das PLC-Modul 130 eingespeist, welches die Nachricht 140 demoduliert und das mit der Nachricht 140 emp- fangene Chiffrat an den Controller 132 sendet.

Der Controller entschlüsselt dann das Chiffrat 132 mit Hilfe seines privaten Schlüssels und antwortet auf die Nachricht 140 mit einer weiteren Nachricht 136, die das entschlüsselte Chiffrat beinhaltet. Der Controller 110 prüft dann nach Empfang des entschlüsselten Chiffrats von dem Verbraucher 126, ob das entschlüsselte Chiffrat mit der Challenge, d.h. mit der Zufallszahl, übereinstimmt. Wenn dies der Fall ist, gilt der Verbraucher 126 bzw. dessen Halter bzw. Betreiber als authentifiziert, sodass der Controller 110 das Steuerungssignal 112 abgibt, um die Schalter 108 zu schließen, sodass der Ladevorgang beginnen kann.

Vorzugsweise wird das digitale Zertifikat, das von dem Verbraucher 126 erhalten worden ist, überprüft, und zwar beispielsweise bevor der öffentliche Schlüssel, der im Zertifikat enthalten ist, zur Verifikation der digitalen Signatur der Zufallszahl angewendet wird. Die Überprüfung des Zertifikats kann durch eine Zertifikatsketten- prüfung erfolgen, beispielsweise mit gespeicherten Zertifikaten, öffentlichen Schlüsseln oder mit Hilfe einer public key infrastructure (PKI), bei der die öffentlichen Schlüssel/Zertifikat online verifiziert werden können. Alternativ oder zusätzlich kann eine Authentisierung der Vorrichtung 100 oder des Netzbetreibers gegenüber dem Verbraucher 126 erfolgen, beispielsweise ebenfalls mit Hilfe eines Challenge-Response-Verfahrens.

Die Vorrichtung 100 kann über einen Stromzähler verfügen, der die an den Verbraucher 126 abgegebene Energiemenge misst. Der Controller 110 kann die von dem Stromzähler erfasste, abgegebene Energiemenge mit einem Schwellwert vergleichen und bei Erreichung des Schwellwerts ein weiteres Steuerungssignal 112 abgeben, um die Schalter 108 wieder zu öffnen.

Dieser Schwellwert kann von dem Controller 110 beispielsweise aufgrund einer Kreditwürdigkeit des Halters des Verbrauchers 126 festgelegt werden, wenn ein Postpaid-Verfahren zur Vergebührung der abgegebenen Energiemenge zur An- wendung kommt. Bei einem Prepaid-Verfahren kann sich der Schwellwert aus dem aktuellen Guthaben ergeben, welches dem Verbraucher 126 oder dessen Halter bzw. Betreiber zugeordnet ist. Der aktuelle Wert dieses Guthabens kann beispielsweise auf einer Chipkarte gespeichert sein. Der Controller 110 kann dann mittels des PLC-Moduls 116 über ein Chipkarten-Lesegerät des Verbrauchers 126 das ak- tuelle Guthaben aus dieser Chipkarte abfragen und den Schwellwert für die maximale abzugebende Energiemenge entsprechend setzen.

Alternativ kann das Guthaben, welches dem Verbraucher 126 oder dessen Halter bzw. Betreiber zugeordnet ist, auch zum Beispiel auf einem Servercomputer des Netzbetreibers gespeichert sein. Mit Hilfe der von dem Verbraucher 126 empfangenen Vertragsdaten und/oder mit Hilfe des digitalen Zertifikats kann der Controller 110 das aktuelle Guthaben von dem Servercomputer abfragen, um den Schwellwert für die maximal abzugebende Energiemenge dementsprechend zu setzen.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung sendet der Controller 110 wiederholend periodisch oder aperiodisch eine Nachricht 140 als Testsignal, um zu überprüfen, ob das Kabel 122 noch an der Steckdose 106 angeschlossen ist. Nach dem Senden eines solchen Testsignals erwartet der Controller 110 den Empfang eines Antwortsignals von dem Verbraucher 126 innerhalb einer vorgegebenen maximalen Zeit. Wenn der Controller 110 ein solches Antwortsignal innerhalb der vorgegebenen Zeit nicht empfängt, so bedeutet dies, dass das Kabel 122 nicht mehr an der Steckdose 106 angeschlossen ist, sodass der Controller ein weiteres Steuerungssignal 112 generiert, um die Schalter 108 wieder zu öffnen. Alternativ oder zusätzlich wird auch die Authentifizierung periodisch oder aperiodisch mehrfach durchgeführt. Dadurch wird vermieden, dass nachdem das Kabel 122 aus der Steckdose 106 gezogen wird, ein anderer Verbraucher an die Steckdose 106 angeschlossen wird, um auf Kosten eines Dritten elektrische Energie aus dem Energieversorgungsnetz 104 zu entnehmen.

Durch die Vorrichtung 100 und den Verbraucher 126, beispielsweise einen PkW, wird also ein Transportsystem geschaffen, welches eine dezentrale Versorgung des Verbrauchers 126 und weiterer prinzipiell gleich aufgebauter Verbraucher ermöglicht.

Insbesondere kann die Vorrichtung 100 als sogenannte Stromtankstelle ausgebildet sein.

Die Vorrichtung 100 kann so ausgebildet sein, dass alternativ oder zusätzlich zu der Entnahme von elektrischer Energie auch die Einspeisung von elektrischer Energie in das Energieversorgungsnetz 104 möglich ist.

Beispielsweise kann über das Kabel 122 eine Solarzelle oder ein Windrad an die Vorrichtung 100 angeschlossen werden, die in der Ausführungsform der Figur 1 an die Stelle des Ladegeräts 124 tritt. Die von der Solarzelle oder dem Windrad über das Kabel 122 und die Vorrichtung 100 in das Energieversorgungsnetz 104 eingespeiste elektrische Energie kann von dem Stromzähler der Vorrichtung 100 gemes- sen und durch Signalisierung der eingespeisten Energiemenge von dem Controller 110 an den Servercomputer vergütet werden.

Das Messgerät kann sich auf der Seite der Vorrichtung 100 oder des Verbrauchers 126 befinden, wobei zu berücksichtigen ist, dass es sich um ein der Eichpflicht unterliegendes Messgerät handelt. Es können sich aber auch auf beiden Seiten Messgeräte befinden.

Die vorliegende Erfindung ermöglicht es auch, die Batterien einer Flotte von Verbrauchern 126 als Energiespeicher für das Energieversorgungsnetz 104 zu verwenden, insbesondere um Lastspitzen abzudecken oder als Beitrag zu einer Grundlast, insbesondere während der Nachtstunden.

Das Transportsystem kann beispielsweise so ausgebildet sein, dass an jedem Stellplatz oder in jeder Garage eine Vorrichtung 100 vorhanden ist, an die ein entsprechender Verbraucher 126 angeschlossen wird, wenn der Verbraucher 126 nicht in Betrieb ist.

Über die Ladestation 100 kann dann das Energieversorgungsnetz 104 Energie aus den Batterien der Verbraucher 126 beziehen, beispielsweise um kurzfristige Lastspitzen abzudecken.

Die Figur 2 zeigt eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung 100 und des Verbrauchers 126, wobei ein Anschluss aller drei Phasen des Energieversorgungsnetzes 104 erfolgt. Die PLC-Signalübertragung der PLC-Signale 138 bzw. 142 erfolgt über mindestens die Phase, die über den Übertrager 114 mit dem Verbraucher gekoppelt ist, wie in der Figur 2 gezeigt.

Die Figur 3 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, bei der mehrere der Vorrichtungen 100 von einer gemeinsamen Zentraleinheit 128 angesteuert werden; die Zentraleinheit wird im Folgenden auch als Konzentrator 128 bezeichnet. Jede der Vorrichtungen 100 beinhaltet einen Übertrager 114 mit Schaltern 108, durch die jeweils ein Schaltmodul 118 gebildet wird. Die verschiedenen Übertrager 114 sind über Leitungen 178 und über den Konzentrator 128 mit dem Energieversorgungsnetz 104 verbunden. Ferner ist jeder der Vorrichtungen 100 eine eindeutige Adresse zugeordnet, d.h. eine der Adressen Ci, C₂, ..., C_n-i, C_n. Die betreffende Adresse kann in einem Speicher jeder der Vorrichtungen 100 gespeichert sein.

Der Controller 110 und jede der Vorrichtungen 100 haben jeweils eine Schnittstelle zu einem Kontrollbus 176. Über den Kontrollbus 176 kann der Controller 110 Steue- rungssignale 112 an die Vorrichtungen 100 senden, um die Schalter 108 zu öffnen oder zu schließen. Das Steuerungssignal 112 ist dabei an die Adresse derjenigen Vorrichtung 100 gerichtet, deren Schalter 108 geschaltet werden sollen, um diese Vorrichtung 100 von dem einen in den anderen Schaltzustand zu bringen.

Jede der Vorrichtungen 100 ist mit einer Steckdose 106 verbunden, über die ein Verbraucher 126 mittels eines Steckers 182 angeschlossen werden kann. Jeder der n-Verbraucher 126 kann dabei prinzipiell so aufgebaut sein, wie mit Bezug auf die Figuren 1 und 2 oben erläutert.

Von besonderem Vorteil ist bei der hier betrachteten Ausführungsform, dass nicht für jede Steckdose 106 ein separates PLC-Modul 116 und ein separater Controller 110 vorhanden sein muss, sondern dass das PLC-Modul 116 und der Controller 110 zu einer Zentraleinheit gehören, die mehrere der Vorrichtungen 100 ansteuern kann. Hierdurch wird der Implementierungsaufwand erheblich verringert.

Diese Ausführungsform eignet sich zum Beispiel für die Ausstattung eines Parkhauses mit Stromsteckdosen.

Das System kann aus einer Zentrale bestehen, die den Konzentrator 128 und meh- rere der Vorrichtungen 100 beinhaltet, an die unterschiedliche Verbraucher 126 angeschlossen werden können. Unter einem Konzentrator 128 wird hier ein PLC-Modul 116 mit Controller 110 und Netzteil 120 verstanden, der einphasig oder dreiphasig an das Energieversorgungsnetz 104 angeschlossen werden kann.

Die Vorrichtung 100 wird hier durch ein Schaltmodul 118 gebildet, das einen Übertrager 114 mit den Schaltern 108 für ein- und mehrphasigen Betrieb beinhaltet, wobei das Schaltmodul jeweils mit einer Steckdose 106 verbunden ist.

Der Konzentrator 128 ist über das Energieversorgungsnetz 104mit den Schaltmodu- len 118 verbunden, über das der Strom fließt und die PLC-Signale 142 übertragen werden. Zusätzlich ist der Konzentrator über einen Kontrollbus 144 oder Kontrollleitungen mit den Schaltmodulen 118 verbunden, über den, bzw. über die die Steuersignale 112 für die Schalter 108 gesendet werden, um die Schalter jeweils in den ersten oder zweiten Schaltzustand zu bringen (Outband-Steuerung der Schaltmit- tel).

Das PLC-Modul 116 des Konzentrators 128 kann mit jedem PLC-Modul 130 eines Verbrauchers kommunizieren, da jedes PLC-Modul über eine andere Adresse verfügt.

Wenn alle Bedingungen für den Lade- oder Einspeisevorgang erfüllt sind, werden die Schalter 108 des entsprechenden Schaltmoduls 118 in den zweiten Schaltzustand gebracht, indem das Schaltsignal über den Kontrolbus 144, bzw. die Kontrollleitung gesendet wird. Entsprechend wird bei Vorliegen der Voraussetzungen das Schaltsignal für den ersten Schaltzustand gesendet. Die Figur 4 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, bei der der Controller 110 mit den Vorrichtungen 100 über das Energieversorgungsnetz 104 kommunizieren kann; der Kontrollbus 176 entfällt also bei dieser Ausführungsform. Die Übertragung des Steuerungssignals 112 von dem Controller 110 des Konzentrators 128 an eines der Schaltmodule 118 erfolgt hier in Form einer Nachricht 140, die von dem PLC-Modul 116 des Konzentrators 128 an die betreffende Vorrichtung 100 gesendet wird und dort vom einem PLC-Modul 160 empfangen wird. Den Vorrichtungen 100 sind jeweils eindeutige Adressen zugeordnet, sodass die Nachricht 140 an eine bestimmte Vorrichtung 100 gerichtet werden kann, um in dieser Vorrichtung 100 einen Schalt- Vorgang auszulösen. Die Vorrichtungen 100 können hier so ausgebildet sein, dass sie einen integralen Bestandteil der Steckdosen 106 bilden. Das Steuerungssignal 112 wird bei dieser Ausführungsform lokal durch den Controller 162 der betreffenden Vorrichtung 100 erzeugt.

Diese Ausführungsform eignet sich zum Beispiel für eine Implementation in Straßenlaternen einer Straße oder auf Parkplätzen.

In dieser Ausführungsform wird ein Konzentrator 128 mit mehreren der Vorrichtun- gen 100 verbunden, die als PLC-Steckdosen ausgebildet sind.

Unter einer PLC-Steckdose wird hier ein PLC-Modul 150 mit Controller 152, Netzteil 154 und Schaltmodul 118 verstanden, wie in der Fig. 5 dargestellt.

Jede PLC-Steckdose wird mit einer Steckdose 106 für den Anschluss eines Verbrauchers 126 verbunden.

Zur Steuerung der Schaltmittel 108 in den PLC-Steckdosen werden Nachrichten 140 und 146 zwischen dem Controller 110 im Konzentrator 128 und dem Controller 152 in der PLC-Steckdose ausgetauscht.

Der Konzentrator 128 ist über das Stromnetz, d.h. die Leitung 178, mit den PLC- Steckdosen 156 verbunden, über das der Strom fließt und die PLC-Nachrichten 140, bzw. 136 und 146 übertragen werden. Nach dem Empfang der Nachricht 140, bringt der Controller 152 die Schalter 108 jeweils in den ersten oder zweiten Schaltzustand (Inband-Steuerung der Schaltmittel).

Nach einer Ausführungsform wird die Kommunikation zwischen den Controllern des Konzentrators und der PLC-Steckdosen kryptographisch gesichert, um eine Authen- tikation der ausgetauschten Nachrichten zu gewährleisten. Dazu können Mechanismen verwendet werden, wie sie für die Kommunikation zwischen dem Controller 110 im Ladegerät und dem Controller 132 im Verbraucher bereits beschrieben wur- den.

Das PLC-Modul 116 des Konzentrators kann mit jedem PLC-Modul 130 eines Verbrauchers und jedem PLC-Modul 150 einer PLC-Steckdose 156 kommunizieren, da jedes PLC-Modul über eine andere Adresse verfügt.

Wenn alle Bedingungen für den Lade- oder Einspeisevorgang erfüllt sind, werden die Schalter 108 des entsprechenden Schaltmoduls der PLC-Steckdose in den zweiten Schaltzustand gebracht, indem eine Nachricht 140 vom Controller 110 an den Controller 152 mittels PLC übertragen wird, der dann die Schalter in den zwei- ten Schaltzustand bringt. Entsprechend wird bei Vorliegen der Voraussetzungen eine Nachricht 146 gesendet, wenn der Controller 152 die Schalter in den ersten Schaltzustand bringen soll.

Die Figur 6 zeigt eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung 100, die hier als PLC-Gateway bezeichnet wird, und deren Verbindung mit dem Konzentrator über das Energieversorgungsnetz 104. Die Figur 7 zeigt eine entsprechende Ausführungsform der Vorrichtung 100 im Detail.

Im Unterschied zu der Ausführungsform der Vorrichtung 100 gemäß Figur 5 erfolgt hier die Kommunikation zwischen der Vorrichtung 100 und dem Verbraucher 126 nicht mittels PLC-Signalübertragung, sondern über einen zusätzlichen Kommunikationskanal, der zwischen dem Controller 162 der Vorrichtung 100 und dem Control- ler 132 des Verbrauchers 126 aufgebaut werden kann. Dieser zusätzliche Kommunikationskanal kann zum Beispiel leitungsgebunden sein, indem ein Kontrollbus 180 zwischen dem Controller 162 und dem Controller 132 gebildet wird, wenn der Stecker 182 in die Steckdose 106 gesteckt ist. Hierzu können in der Steckdose 106 neben den für die Energieversorgung notwendigen Kontakten ein oder mehrere weitere Kontakte vorhanden sein, über die der Kontrollbus 180 geschlossen wird, wenn der Stecker 182 in die Steckdose 106 gesteckt wird. Die Übertragung von Nachrichten zwischen der Vorrichtung 100 und dem Verbraucher 126 erfolgt hier also über den Kontrollbus 180 und nicht über die Leitungen, die zur Übertragung der elektri- sehen Energie vorgesehen sind. Die Übertragung von Nachrichten zwischen der Vorrichtung 100 und dem Konzentrator 128 erfolgt durch PLC-Signalübertragung über das Energieversorgungsnetz 104.

Dieses Szenario ermöglicht also die Anbindung von Verbrauchern 126 ohne PLC- Modul.

In dieser Ausführungsform wird ein Konzentrator 128 mit mehreren PLC-Gateways verbunden. Die PLC-Kommunikation erfolgt nur zwischen Konzentrator 128 und PLC-Gateway und nicht zwischen Ladegerät und Verbraucher. Der Verbraucher wird über einen Spezialstecker 182 mit Datenschnittstelle über die Steckdose mit dem PLC-Gateway verbunden

Diese Ausführungsform eignet sich besonders für den Anschluss von Verbrauchern ohne PLC-Modul und ist daher eine sehr kostengünstige Variante.

Unter einem PLC-Gateway 158 wird hier ein PLC-Modul 160, ein Controller 162, ein Netzteil 164 und die Schaltmittel 108 verstanden.

Zur Steuerung der Schaltmittel 108 in den PLC-Gateways werden Nachrichten 140 und 174 zwischen dem Controller 110 im Konzentrator und dem Controller 162 im PLC-Gateway ausgetauscht. Nach einer Ausführungsform wird die Kommunikation zwischen dem Controller 110 des Konzentrators und den Controllern 162 der PLC-Gateways kryptographisch gesichert, um eine Authentikation der ausgetauschten Nachrichten zu gewährleisten. Dazu können Mechanismen verwendet werden, wie sie für die Kommunikation zwischen dem Controller 110 im Ladegerät und dem Controller 132 im Verbraucher bereits oben beschrieben wurden.

Der Konzentrator 128 ist über das Stromnetz mit den PLC-Gateways 158 verbun- den, über das der Strom fließt und die PLC-Nachrichten 140, und 174 übertragen werden. Die Nachrichten 140 veranlassen den Controller 162, die Schalter 108 jeweils in den ersten oder zweiten Schaltzustand Inband-Steuerung der Schaltmittel zu bringen.

Der Anschluss des Verbrauchers an eine Steckdose, die mit einem PLC-Gateway verbunden ist, erfolgt über einen SpezialStecker mit Anschlüssen für das Stromnetz und einer zusätzlichen integrierten Datenschnittstelle (Kontrollbus 180 oder Kontrollleitungen) für den Austausch von Protokolldaten für die Authentikation und Abrechnung der geladenen, bzw. eingespeisten Energiemenge mit dem Konzentrator.

Wenn alle Bedingungen für den Lade- oder Einspeisevorgang erfüllt sind, werden die Schalter 108 des entsprechenden Schaltmoduls der PLC-Gateways in den zweiten Schaltzustand gebracht, indem eine Nachricht 140 vom Controller 110 an den Controller 162 mittels PLC übertragen wird, der dann die Schalter in den zweiten Schaltzustand bringt. Entsprechend wird bei Vorliegen der Voraussetzungen eine Nachricht 140 gesendet, wenn der Controller 162 die Schalter in den ersten Schaltzustand bringen soll. Bezugszeichenliste

100 Vorrichtung

102 Phase

104 Energieversorgungsnetz

106 Steckdose

108 Schalter

110 Controller

10 112 Steuerungssignal

114 Übertrager

116 PLC-Modul

118 Schaltmodul

120 Netzteil

15 122 Kabel

124 Ladegerät

126 Verbraucher

128 Konzentrator

130 PLC-Modul

20 132 Controller

134 Konverter

136 Nachricht von Controller (132) (Verbraucher)

138 PLC-Signal

140 Nachricht von Controller (110) (Ladestati-

25 on/Konzentrator)

142 PLC-Signal

144 Kontrollbus

160 PLC-Modul

162 Controller

30 164 Netzteil

166 Verbraucher

168 Controller 170 Konverter

172 Ladegerät

174 Nachricht von Controller (162) (PLC-Gateway)

176 Kontrollbus

178 Leitung

180 Kontrollbus

182 Stecker

184 Kontrollbus

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e

Vorrichtung zum Anschluss eines elektrischen Verbrauchers und/oder einer elektrischen Energiequelle an ein elektrisches Energieversorgungsnetz (104) mit

- Anschlussmitteln (106) zum lösbaren Anschluss einer elektrischen Ener- gieleitung (122) des Verbrauchers oder der Energiequelle an die Vorrichtung,

- steuerbaren Schaltmitteln (108) zur elektrischen Verbindung der Anschlussmittel mit dem Energieversorgungsnetz, wobei die Schaltmittel ei- nen ersten Schaltzustand einnehmen können, in dem die Anschlussmittel von dem Energieversorgungsnetz getrennt sind, und wobei die Schaltmittel einen zweiten Schaltzustand einnehmen können, in dem die Anschlussmittel mit dem Energieversorgungsnetz verbunden sind, wobei die steuerbaren Schaltmittel zum Empfang eines Schaltsignals (112) von Steuerungsmitteln (110; 162) ausgebildet sind,

- Signalübertragungsmitteln (114; 180) zur Ermöglichung einer Signalübertragung über die Anschlussmittel unabhängig von dem Schaltzustand der Schaltmittel,

wobei die Signalübertragungsmittel einen Übertrager (114) aufweisen, wobei der Übertrager (114) dazu ausgebildet ist, Signale in einem Bandpassbereich in Richtung von und zum elektrischen Verbraucher durchzulassen, nicht aber die Frequenz, mit der das elektrische Energieversorgungsnetz (104) betrie- ben wird, wobei der Übertrager (114) parallel zu den steuerbaren Schaltmitteln (108) angeordnet ist und mit den Anschlussmitteln (108) und dem elektrischen Energieversorgungsnetz (104) verbunden ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , mit PLC-Mitteln (116; 160) zum Senden und/oder Empfangen von PLC-Signalen (138, 142) über die Signalübertragungsmittel.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Steuerungsmittel (110) die PLC- Signale über die PLC-Mittel senden und/oder empfangen.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuerungsmittel so ausgebildet sind, dass das Schaltsignal nur unter der Voraus- setzung abgegeben wird, dass zuvor die PLC-Signalübertragung stattgefunden hat.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Steuerungsmittel so ausgebildet sind, dass das Schaltsignal nur unter der Voraussetzung abgegeben wird, dass über die PLC-Signalübertragung eine Berechtigungsprüfung des

Verbrauchers oder Energiequelle zur Verbindung mit dem elektrischen Energieversorgungsnetz erfolgt ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, wobei die Steuerungsmittel so ausge- bildet sind, dass das Schaltsignal nur unter der Voraussetzung abgegeben wird, dass über die PLC-Signalübertragung eine Authentisierung stattgefunden hat.

7. Vorrichtung nach Anspruch 4, 5 oder 6, mit Mitteln zur Messung der von dem Energieversorgungsnetz an den elektrischen Verbraucher abgegebenen elektrischen Energie oder zur Messung der von der elektrischen Energiequelle in das Energieversorgungsnetz über die Anschlussmittel eingespeiste elektrische Energie, wobei die Steuerungsmittel so ausgebildet sind, dass das Schaltsignal um die Schaltmittel in den ersten Schaltzustand zu bringen unter der Voraussetzung abgegeben wird, dass der Betrag der abgegebenen bzw. eingespeisten Energie eine Bedingung erfüllt.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, wobei die PLC-Mittel zum Senden eines Testsignals und zum Empfang eines Antwortsignals von dem elektrischen Verbraucher oder der elektrischen Energiequelle auf das Testsignal ausgebildet sind, wobei die Steuerungsmittel so ausgebildet sind, dass ein Steuerungssignal zum Schalten der Schaltmittel in den ersten Schaltzustand abgegeben wird, wenn auf das Testsignal kein Antwortsignal empfan- gen wird.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, wobei die PLC-Mittel zur Durchführung eines Authentikationsprotokolls mit dem elektrischen Verbraucher oder der elektrischen Energiequelle ausgebildet sind, wobei die Steue- rungsmittel so ausgebildet sind, dass ein Steuerungssignal zum Schalten der

Schaltmittel in den ersten Schaltzustand abgegeben wird, wenn die Authentifizierung fehlschlägt.

10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Signal- Übertragungsmittel zur Bildung eines zusätzlichen Kommunikationskanals

(180) zwischen den Steuerungsmitteln (162) und dem Verbraucher und/oder der elektrischen Energiequelle ausgebildet sind, wobei der zusätzliche Kommunikationskanal über die Anschlussmittel verläuft.

11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Anschlussmittel als Steckdose (106) zum lösbaren Anschluss eines Kabels (122) ausgebildet sind.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11 , wobei die Steckdose Kontaktmittel zur Kon- taktierung eines Steckers (182) aufweist, über die der Kommunikationskanal herstellbar ist.

13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei es sich bei der Energiequelle um eine Solaranlage oder ein Windrad handelt.

14. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei es sich bei dem Übertrager um ein Zweitor handelt, ein erstes Tor des Übertragers mit den Anschlussmitteln galvanisch verbunden ist und ein zweites Tor des Übertragers mit dem Energieversorgungsnetz elektrisch verbunden ist, die ersten und zweiten Tore galvanisch getrennt sind, und die steuerbaren Schaltmittel in dem zweiten Schaltzustand den Übertrager überbrücken, so dass die Anschlussmittel und das Energieversorgungsnetz galvanisch miteinander verbunden werden.

15. Straßenlaterne mit einer Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche.

16. Transportsystem mit einer Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche und einem elektrisch betreibbaren Transportmittel (126) mit einer wiederaufladbaren Batterie und mit PLC-Mitteln (130) zum Senden und/oder Empfangen der PLC-Signale (138, 142), wobei die Batterien über die An- Schlussmittel mit dem Energieversorgungsnetz verbunden sind, wenn sich die Schaltmittel in deren zweiten Schaltzustand befinden.

17. Transportsystem nach Anspruch 16, wobei es sich bei dem elektrisch betreibbaren Transportmittel um ein Elektroauto oder eine Elektroboot han- delt.

18. Zentraleinheit zur Ansteuerung mehrerer Vorrichtungen (100) nach einem der Patentansprüche 1 bis 13, wobei die Zentraleinheit erste PLC-Mittel (116) zum Senden und/oder Empfangen von PLC-Signalen (142, 138) über die Signalübertragungsmittel (118; 180) der Vorrichtung aufweist, und wobei die

Steuerungsmittel (110) der Zentraleinheit eine Busschnittstelle zu einem Kontrollbus (176) aufweisen, um über den Kontrollbus das Schaltsignal (112) an eine bestimmte der Vorrichtungen zu übertragen.

19. Zentraleinheit nach Anspruch 18, wobei die Steuerungsmittel (110) dazu ausgebildet sind, das Schaltsignal (112) an eine der Vorrichtung zugeordnete Adresse über den Kontrollbus zu senden.

20. Zentraleinheit nach Anspruch 18 oder 19, wobei jede der Vorrichtungen zweite PLC-Mittel (160) aufweist, wobei die ersten und zweiten PLC-Mittel zur Kommunikation zwischen der Zentraleinheit und der betreffenden Vorrichtung über das Energieversorgungsnetz (104) ausgebildet sind.