DE102009026936B4 - Device for connection to an electrical energy supply network and transport system - Google Patents

Device for connection to an electrical energy supply network and transport system Download PDF

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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.The invention relates to a device for connecting an electrical consumer and / or an electrical energy source to an electrical energy supply network (104) with - connecting means (106) for the detachable connection of an electrical power line (122) of the consumer or the energy source to the device, - controllable switching means (108) for the electrical connection of the connection means to the energy supply network, wherein the switching means can assume a first switching state in which the connection means are separated from the energy supply network, and wherein the switching means can assume a second switching state in which the connection means are connected to the energy supply network , wherein the controllable switching means are designed to receive a switching signal (112) from control means (110; 162), - signal transmission means (114; 180) to enable signal transmission via the connection means independently of the switching state of the switch old means.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Anschluss eines elektrischen Verbrauchers oder einer elektrischen Energiequelle an ein elektrisches Energieversorgungsnetz sowie ein Transportsystem.The invention relates to a device for connecting an electrical load or an electrical energy source to an electrical power supply network and a transport system.

Die Einsatzmöglichkeiten von Elektroautos sind gegenwärtig unter anderem deshalb noch sehr beschränkt, da es an einer geeigneten Infrastruktur zum Wiederaufladen der Batterien fehlt.The uses of electric cars are currently very limited, among other things because there is a lack of suitable infrastructure for recharging the batteries.

CH 688 599 A5 offenbart einen Zapfplatz für Elektromobile, der mit zwei stationär angeordneten, beweglichen und gefederten pufferförmigen Kontaktgebern ausgerüstet ist. Für den Ladevorgang treten diese Puffer mit breitflächigen Kontaktelementen an der vorderen Stoßstange eines Elektromobils in Kontakt. Die Kontaktgeber sind elektrisch mit einer Kontroll- und Ladeeinrichtung verbunden. CH 688 599 A5 discloses a dispenser for electric vehicles equipped with two stationary, movable and sprung buffer-shaped contactors. For charging, these bumpers come into contact with wide-area contact elements on the front bumper of an electric scooter. The contactors are electrically connected to a control and charging device.

US 2008/0040223 A1 offenbart die Verteilung von elektrischem Strom auf intelligente Weise unter Verwendung von Netzwerkverbindungen. Dabei können Batterien von elektrisch betriebenen Fahrzeugen dazu beitragen, dynamisch elektrische Leistung im Spannungsversorgungsnetz kontrolliert bereitzustellen. US 2008/0040223 A1 discloses the distribution of electric power in an intelligent way using network connections. In this case, batteries of electrically powered vehicles can help to dynamically provide electrical power in the power supply network.

DE 92 05 536 U1 betrifft eine Stromladeanlage mit mindestens zwei Stromzapfsäulen zum Aufladen von elektrobetriebenen Fahrzeugen mit elektrischer Energie. Hierbei erfolgt die Freigabe eines Ladestroms unter Einsatz eines Terminals, in welches eine Magnetkarte eines Benutzers eingeführt werden kann, um damit nach Eingabe der richtigen Geheimzahl des Benutzers einen Ladevorgang freizugeben. AT 399 599 B betrifft eine Vorrichtung zur Elektrizitätszählung mit einer freigebbaren Stromsperrvorrichtung zu angeschlossenen Verbrauchern, wobei mindestens ein Elektrizitätszähler mit einem Mikrocomputer verbunden ist, an den eine Anzeigevorrichtung, eine Eingabevorrichtung und eine Wertkarteneinheit angeschlossen sind. DE 92 05 536 U1 relates to a power charging system with at least two Stromzapfsäulen for charging electrically powered vehicles with electrical energy. In this case, the release of a charging current using a terminal, in which a magnetic card of a user can be introduced to release after entering the correct PIN of the user a load. AT 399 599 B relates to a device for electricity metering with a releasable current blocking device to connected consumers, wherein at least one electricity meter is connected to a microcomputer to which a display device, an input device and a prepaid card unit are connected.

DE 20 2007 011 309 U1 offenbart eine Stadtbeleuchtungsanlage für neue Verbraucher. Diese Beleuchtungsanlage umfasst Straßenlaternen, wobei diese Verteiler zum Verteilen von Elektroenergie enthalten. DE 20 2007 011 309 U1 discloses a city lighting system for new consumers. This lighting system includes street lights, which include distributors for distributing electrical energy.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Anschluss eines elektrischen Verbrauchers an ein elektrisches Energieversorgungsnetz bereitzustellen, welche mit schaltungstechnisch geringem Aufwand eine Berechtigungsprüfung bei unveränderten Anschlussmitteln ermöglicht. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, einer Straßenlaterne mit einer solchen Vorrichtung, ein Transportsystem mit einer solchen Vorrichtung, sowie eine Zentraleinheit zur Ansteuerung mehrerer solcher Vorrichtungen zu schaffen.The invention is the object of the invention to provide a device for connecting an electrical load to an electrical power grid, which allows circuitry with little effort an authorization check with unchanged connection means. It is another object of the invention to provide a street lamp with such a device, a transport system with such a device, and a central unit for controlling a plurality of such devices.

Diese Aufgaben durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.These objects are solved by the features of the independent claims. Preferred embodiments of the invention are indicated in the dependent claims.

Die Vorrichtung beinhaltet Anschlussmittel zum lösbaren Anschluss einer elektrischen Energieleitung des Verbrauchers oder der Energiequelle an die Vorrichtung. Bai 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.The device includes connection means for releasably connecting an electrical power line of the load or the power source to the device. Bai the connection means may be, for example, a socket. To connect the consumer or the power source, a power cord with a plug is plugged into the socket. Instead of a plug connection, the connection can also be realized via a clamping or screw connection.

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 Energieversorgungsnetz getrennt sind, und einen zweiten Schaltzustand, in dem die Anschlussmittel mit dem Energieversorgungsnetz verbunden sind.The device further has controllable switching means for electrically connecting the connection means to the power supply network. The switching means can assume a first switching state in which the connection means are separated from the power supply network, and a second switching state in which the connection means are connected to the energy supply network.

Die Vorrichtung hat ferner einen Übertrager, der die Anschlussmittel mit dem Energieversorgungsnetz für eine Powerline Communicatian(PLC)-Signalübertragung unabhängig von dem Schaltzustand der Schaltmittel koppelt.The apparatus further includes a transmitter which couples the connection means to the power supply network for powerline communicative (PLC) signal transmission independent of the switching state of the switching means.

Unter einem Übertrager werden hier Kopplungsmittel verstanden, über die eine Übertragung von PLC-Signalen zwischen dem elektrischen Energieversorgungsnetz und dem Verbraucher oder der Energiequelle erfolgen kann.A transmitter is here understood to mean coupling means via which a transmission of PLC signals between the electrical energy supply network and the consumer or the energy source can take place.

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.According to embodiments of the invention, PLC signals which contain data are coupled into and out of the electrical energy supply network by means of a PLC module in the electrical energy supply network.

Durch den Übertrager wird die Netzspannung des elektrischen Energieversorgungsnetz von den PLC-Signalen entkoppelt, so dass in dem ersten Schaltzustand nur die PLC-Signale übertragen werden, aber keine Netzspannung an der Steckdose anliegt.By the transformer, the mains voltage of the electrical power supply network is decoupled from the PLC signals, so that in the first switching state, only the PLC signals are transmitted, but no mains voltage is applied to the socket.

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.According to embodiments of the invention, no galvanic connection between the power supply network and the connection means is produced by the coupling means, ie when the switching means are in their first switching state, there is a galvanic isolation between the electrical power supply network and the Connection means before. In this case, the transformer has, for example, coupled primary and secondary coils, via which the PLC signals are transmitted.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung können die Kopplungsmittel mit Hilfe eines Kondensators realisiert werden. In a further embodiment of the invention, the coupling means can be realized by means of a capacitor.

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.Embodiments of the invention are particularly advantageous because even if the switching means are in their first switching state, the transmission of PLC signals from and / or to the consumer or the power source can take place. So it is not mandatory that the consumer or the power source must first be connected to the electrical power grid before a PLC signal transmission can take place.

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.A PLC signal transmission here means any powerline communication, i. H. the transmission of data over an electrical power grid. It is known per se from the prior art. Transfer data via an electrical power grid using Powerline Communication (PLC). For so-called off-site PLC systems, the data signal is fed to the local network transformer, for example, and transmitted to the connected end users according to the point-multipoint principle on the 230/400 volt low-voltage distribution network. In an in-house PLC system, data communication occurs via the 230/400 volt low voltage installation inside the house and is also referred to as home networking. An overall PLC system consists of these two subsystems; In principle, however, each of the subsystems can also exist for themselves.

Hinsichtlich des beanspruchten Frequenzspektrums werden zwei PLC Arten unterschieden: Schmalband-PLC und Breitband-PLC.Regarding the claimed frequency spectrum, two types of PLC are distinguished: narrowband PLC and broadband 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 vorgesehen.Narrowband PLC is located in the frequency band from 9 kHz to 148.5 kHz and allows data rates up to the order of 150 kBit per second. This narrowband PLC technology is intended for home networking in the in-house area.

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 Teilbänder 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)The broadband PLC technology is localized in frequency between 1.6 MHz and 30 MHz and should allow the transmission of high data rates on the order of a few megabits per second. The overall frequency band may be divided into subbands, such as subbands 1.6 MHz to 13.5 MHz for out-of-home systems, and 13.5 MHz to 30 MHz for in-house systems (see NT-2721, Technical Handbook , Placing on the market and / or operating PLC installations [Powerline Communications] in Switzerland)

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.According to one embodiment of the invention, the device has PLC means for transmitting and / or receiving PLC signals in order to exchange PLC signals with the load or the power source.

Unter PLC-Mitteln wird hier insbesondere ein sogenanntes PLC-Modul verstanden, welches ein PLC-Signal in das elektrische Energieversorgungsnetz einkoppelt. 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.By PLC means is meant in particular a so-called PLC module, which couples a PLC signal into the electrical energy supply network. The PLC signal is coupled via a so-called phase coupler in one or more phases of the power grid. This phase coupler is considered as part of the PLC module, but can also be designed separately.

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 gesendet werden und/oder zur Verarbeitung von Empfangssignalen, die von den PLC-Mitteln über das elektrische Energieversorgungsnetz empfangen werden.According to one embodiment of the invention, the device has control means which can process useful signals exchanged via PLC. For example, the control means are arranged to generate transmission signals which are transmitted as PLC signals from the PLC means via the electric power supply network and / or to process reception signals received from the PLC means via the electric power supply network.

Die Steuerungsmittel und/oder die PLC-Mittel können durch einen oder mehrere programmgesteuerte Prozessoren und/oder schaltungstechnisch realisiert werden.The control means and / or the PLC means can be implemented by one or more program-controlled processors and / or circuitry.

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.According to one embodiment of the invention, the control means are designed so that a switching signal for changing the switching state of the switching means is issued only on the condition that previously a PLC signal transmission has taken place with the consumer or power source via the transformer.

Beispielsweise steuern die Steuerungsmittel die Schaltmittel erst dann zum Schalten in den zweiten 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 Energielieferungsvertrags 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.For example, the control means only control the switching means for switching to the second switching state, ie for connecting the connection means to the energy supply network, after the consumer or the energy source has verified the relevant authorization. Such authorization may, for example, be provided by the consumer or the power source communicating the contract data of a power or energy supply contract with a power company via the PLC signal transmission to the device. There, these contract data can be evaluated locally by the control means. Alternatively or additionally, the control means with a parent central, such as. B. one Server computer, communicate to verify the authorization.

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.According to a further embodiment of the invention, the billing of the energy taken from the electrical power network or fed into the power grid energy is done using a personalized electronic data carrier containing private or secret keys and / or contract data, eg. B. a smart card or a USB stick. In this case, the consumer and / or the power source has a smart card reader, with which the control means of the device can communicate via the PLC signal transmission, for example, to exchange billing data.

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 Authentisierung 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 Schaftsignal, 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. According to one embodiment of the invention, the control means are arranged to authenticate the load or the power source while the switching means are in the first switching state, i. H. as long as no removal of electrical energy from the power grid or a supply of energy is possible. Only after a successful authentication of the consumer or the energy source with respect to the device or with respect to a higher-level control center, with which the device is in a communication connection, the control means generate a shank signal to bring the switching means in the second switching state. The authentication can also be mutually configured so that the device must authenticate itself to the consumer or the energy source before the switching signal for switching to the second switching state is generated by the control means.

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; wann 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 Authentikationsprotokolls, Energie aus dem Energieversorgungsnetz entnehmen oder in das Energieversorgungsnetz einspeisen. Die Energiemenge kann dabei über diese Zeltdauer auf diejenige Energie begrenzt sein, die allein für den Zweck der Durchführung des Authentikationsprotokolls benötigt wird.According to one embodiment of the invention, the control means are designed so that the switching signal is generated for switching to the second switching state to enable the authentication of the consumer, if this does not have its own power supply, such. As a battery, a battery or a photocell has. If the authentication of the consumer is successful, then the switching means remain in the second switching state; When the authentication of the consumer fails, the control means generate the switching signal for switching to the first switching state. In this case, the consumer can therefore only remove energy from the energy supply network or feed it into the energy supply network for a short time, namely for the duration of the expiration of an authentication protocol. The amount of energy can be limited over this period of time to that energy that is needed solely for the purpose of performing the authentication protocol.

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.The authentication may be password-based, based on a symmetric key, or based on a cryptographic asymmetric key pair, or in any other suitable manner. In particular, digital certificates or credentials can be exchanged via the PLC signals for the purpose of authentication.

Standardisierte Verfahren zur Authentisierung sind in folgenden internationalen Standards definiert, die beispielsweise angewendet werden können:
ISO/IEC 9798: Information Technology – Security Techniques – Entity Authentication: Part 1: General
ISO/IEC 9798-2: Information Technology – Security Techniques – Entity Authentication: Part 2: Mechanisms using Symmetric Encipherment Algorithms
ISO/IEC 9798-3: Information Technology – Security Techniques – Entity Authentication: Part 3: Mechanisms using Digital Signature Techniques
ISO/IEC 9798-4: Information Technology – Security Techniques – Entity Authentication: Part 4: Mechanisms using a Cryptographic Check Function
ISO/IEC 9798-5: Information Technology – Security Techniques – Entity Authentication: Part 5: Mechanisms using Zero Knowledge Techniques
Standardized methods for authentication are defined in the following international standards, which can be used, for example:
ISO / IEC 9798: Information Technology - Security Techniques - Entity Authentication: Part 1: General
ISO / IEC 9798-2: Information Technology - Security Techniques - Entity Authentication: Part 2: Mechanisms Using Symmetric Encipherment Algorithms
ISO / IEC 9798-3: Information Technology - Security Techniques - Entity Authentication: Part 3: Mechanisms using Digital Signature Techniques
ISO / IEC 9798-4: Information Technology - Security Techniques - Entity Authentication: Part 4: Mechanisms using a Cryptographic Check Function
ISO / IEC 9798-5: Information Technology - Security Techniques - Entity Authentication: 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.According to one embodiment of the invention, the device has means for measuring the electrical energy delivered by the energy supply network to the electrical consumer or for measuring the electrical energy fed into the energy supply network from the electrical energy source via the connection means, wherein the control means are designed such that the switching signal in order to bring the switching means into the first switching state, provided that the amount of energy delivered satisfies a condition.

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.According to a further embodiment of the invention, the device has PLC means for transmitting a test signal and for receiving a response signal from the electrical load or the electrical energy source, wherein the control means are adapted to deliver a control signal for switching the switching means in the first switching state if no response signal is received on the test signal. This has the advantage that it can be automatically detected by the device whether the consumer or the energy source is connected to the connection means. This implements a keep-alive process.

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” implementiert.According to one embodiment of the invention, the check of the presence of one or more of the conditions after the initial switching of the switching means in the second switching state one or more further times, for example with a predetermined periodicity, or made after a random time to check whether the condition or conditions for the second switching state is still present. This implements a keep-alive process.

Beispielsweise kann durch eine erneute Prüfung der Authentizität des Verbrauchers aller 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 ausgetauscht 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.For example, by re-examining the consumer's authenticity of all the energy source, it can be checked whether the consumer or the energy source has not been replaced by another consumer or source of energy during energy extraction or energy input. It is also possible to check whether the consumer's creditworthiness is adequate for the withdrawal of electrical energy, or whether the consumer has sufficient credit to withdraw the desired energy. In particular prepaid or postpaid methods for billing the removal of the electrical energy can be implemented in this manner.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung wird periodisch oder aperiodisch ein Authentikationsprotokoll 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.According to one embodiment of the invention, an authentication protocol is carried out periodically or aperiodically, each time with a new challenge, in order to determine not only whether a consumer / energy source is still connected, but also whether it is still the same. If previously mutually authenticated, according to embodiments of the invention here also periodically / aperiodically (for example, at unpredictable times) mutually authenticated. The authentication protocol is therefore carried out again with "fresh", not yet used challenges. This has the advantage that replay attacks can be averted.

Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung können so ausgebildet sein, dass nur eine Entnahme von elektrischer Energie, d. h. der Anschluss eines Verbrauchers, möglich ist, nicht aber die Einspeisung von Energie.Embodiments of the device according to the invention may be designed so that only a removal of electrical energy, d. H. the connection of a consumer is possible, but not the supply of energy.

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.Embodiments of the device according to the invention may be designed so that only one feed of electrical energy, d. H. the connection of an energy source is possible, but not the extraction of energy.

Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung können so ausgebildet sein, dass wahlweise eine Entnahme oder eine Einspeisung von elektrischer Energie erfolgen kann. Embodiments of the device according to the invention may be designed so that optionally a removal or an injection of electrical energy can take place.

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 Energiequelle 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.In a further aspect, the invention relates to a transport system with an embodiment of a device according to the invention and at least one electrically operable transport. The electrically operable transport means has a rechargeable battery, which serves as an energy source for an electric drive of the means of transport. The means of transport can be connected as an electrical load with the connection means of the device to obtain a charging current from the power supply network, by means of which the batteries of the means of transport are charged. However, the means of transport can also serve as an energy source and feed electrical energy from the battery into the energy supply network via the device. The means of transport may be, for example, an electric car or an electric boat.

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.According to one embodiment of the invention, a charging station is provided which is integrated in any street lamp. The street lamp includes a device according to the invention, the socket is accessible from the street, for example, to connect an electric car to it.

Insbesondere kann die Vorrichtung als sogenannte Stromtankstelle ausgebildet sein.In particular, the device may be designed as a so-called charging station.

Im Weiteren werden Ausführungsformen der Erfindung mit Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:In the following, embodiments of the invention will be explained in more detail with reference to the drawings. Show it:

1 ein Blockdiagramm einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, 1 a block diagram of a first embodiment of a device according to the invention,

2 ein Blockdiagramm einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. 2 a block diagram of a second embodiment of a device according to the invention.

3 ein Blockdiagramm einer dritten Ausführungsform von erfindungsgemäßen Vorrichtungen, die von einer Zentraleinheit angesteuert werden, 3 a block diagram of a third embodiment of devices according to the invention, which are controlled by a central unit,

4 ein Blockdiagramm einer vierten Ausführungsform von erfindungsgemäßen Vorrichtungen, die von einer Zentraleinheit angesteuert werden, 4 4 is a block diagram of a fourth embodiment of devices according to the invention, which are controlled by a central unit,

5 ein Blockdiagramm der Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß 4, 5 a block diagram of the embodiment of the device according to the invention according to 4 .

6 ein Blockdiagramm einer fünften Ausführungsform von erfindungsgemäßen Vorrichtungen, die von einer Zentraleinheit angesteuert werden, 6 a block diagram of a fifth embodiment of devices according to the invention, which are controlled by a central unit,

7 ein Blockdiagramm der Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß 6. 7 a block diagram of the embodiment of the device according to the invention according to 6 ,

Elemente der nachfolgenden Ausführungsformen, die einander entsprechen, sind jeweils mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet.Elements of the following embodiments corresponding to each other are denoted by the same reference numerals.

1 zeigt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 100, die als Ladestation ausgebildet sein kann. Die Vorrichtung 100 ist mit den Leitungen 102 eines elektrischen Energieversorgungsnetzes 104 verbunden, an der eine Wechselspannung von zum Beispiel 50 Hz in Höhe von 230 V anliegt. 1 shows an embodiment of a device according to the invention 100 , which can be designed as a charging station. The device 100 is with the lines 102 an electrical energy supply network 104 connected to which an AC voltage of, for example, 50 Hz in the amount of 230 V is applied.

Die Vorrichtung 100 hat ferner Anschlussmittel, die hier als Steckdose 106 ausgebildet sind. Die Leitungen 102 sind 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.The device 100 also has connecting means, here as a socket 106 are formed. The wires 102 are with the socket 106 connectable via controllable switching means, here the two controllable switches 108 exhibit. The device 100 also has control means, here as a controller 110 are formed. The controller 110 can be a control signal 112 generate the switch 108 switch.

Die 1 zeigt die Schalter 108 in deren ersten Schaltzustand. In dem die Schalter 108 geöffnet sind, sodass keine galvanische Verbindung zwischen den Leitungen 102 und der Steckdose 106 besteht.The 1 shows the switches 108 in their first switching state. In which the switches 108 are open, so no galvanic connection between the lines 102 and the outlet 106 consists.

Durch dass Steuerungssignal 112 werden die Schalter 108 geschlossen, d. h. in deren zweiten Schaltzustand gebracht. Dadurch wird eine galvanische Verbindung zwischen den Leitungen 102 und der Steckdose 100 hergestellt, sodass über die Steckdose 106 dem elektrischen Energieversorgungsnetz 104 Energie entnommen werden kann. Alternativ kann bei geschlossenen Schaltern 108 Energie in des Energieversorgungsnetz 104 über die Steckdose 106 eingespeist werden.By that control signal 112 become the switches 108 closed, that is brought into its second switching state. This will create a galvanic connection between the lines 102 and the outlet 100 made so that over the socket 106 the electrical energy supply network 104 Energy can be taken. Alternatively, with closed switches 108 Energy in the power network 104 over the socket 106 be fed.

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 Signals in einem Bandpassbereich in beiden Richtungen durchlässt, 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.The device 100 also has a transformer 114 , The transformer 114 For example, it can be designed as a so-called pulse transformer, which does not serve for energy transmission but for information transmission. In particular, the transformer 114 be designed as a bidirectional bandpass filter or high-pass filter, the signal in a bandpass range in both directions, but not the frequency at which the electrical power grid 104 is operated. Preferably, the transformer has 114 a pass band including a PLC frequency band, for example, a narrowband PLC and / or a broadband PLC.

Der Übertrager 114 ist hier als 4-Pol ausgebildet, wobei auf der einen Seite die Leitungen 102 anliegen und auf der anderen Seite die Steckdose 106 angeschlossen ist.The transformer 114 is here designed as a 4-pole, with the lines on one side 102 lie on the other side of the socket 106 connected.

Ein PLC-Modul 118 ist mit den Leitungen 102 verbunden, sodass das PLC-Modul PLC-Signale über die Leitungen 102 senden und empfangen kann.A PLC module 118 is with the wires 102 connected, so that the PLC module PLC signals over the lines 102 can send and receive.

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 den Leitungen 102 angeschlossen sein und liefert eine Gleichspannung von zum Beispiel 5 V oder 3,3 V.The device 100 also has a power supply 120 to the active components of the device 100 be supplied with voltage, for example, the PLC module 116 and / or the controller 110 , The power supply 120 can on the wires 102 be connected and supplies a DC voltage of, for example, 5 V or 3.3 V.

An die Steckdose 106 kann ein Kabel 122 eines elektrischen Verbrauchers oder einer elektrischen Energiequelle angeschlossen sein. Gemäß der Ausführungsform der 1 wird über das Kabel 122 z. B. das Ladegerät 124 eines Verbrauchers 126, wie z. B. eines Personenkraftwagens (Pkw) an die Vorrichtung 100 angeschossen, 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.To the socket 106 can a cable 122 be connected to an electrical load or an electrical energy source. According to the embodiment of the 1 is over the cable 122 z. B. the charger 124 a consumer 126 , such as B. a passenger car (car) to the device 100 shot, for example, to charge a battery of the car. In particular, the car may be an electric car. The consumer 126 can be designed so that it can also serve as an electrical energy source.

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 Energieversorgungsnetz entnommen wird, oder in einem Einspeisemodus, in dem Energie in das Energleversorgungsnetz eingespeist wird. In dem Einspeisemodus wirkt der Verbraucher 126 also als Energiequelle.For example, the consumer becomes 126 operated by a customer of the power grid, the customer being the consumer 126 optionally operate in a consumption mode in which energy is taken from the power grid, or in a feed mode in which energy is fed into the power grid. In the feed mode, the consumer acts 126 as an energy source.

Der Verbraucher 126 hat ein PLC-Modul 130, welches 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.The consumer 126 has a PLC module 130 , which in principle can have the same structure as the PLC module 116 the device 100 , The consumer 126 also has a control device, such as a controller 132 , The PLC module 130 and / or the controller 132 may in particular be part of a so-called Electronic Control Unit (ECU) of the consumer 126 be.

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 Bordspannung des Verbrauchers 126 in Höhe von zum Beispiel 12 V auf 5 V oder 3,3 V transformiert.For power supply, for example of the PLC module 130 and / or the controller 132 or the ECU serves here a DC / DC converter 134 that is the on-board voltage of the consumer 126 at the rate of, for example, 12V to 5V or 3.3V.

Alternativ kann die Spannungsversorgung auch über ein Netzteil erfolgen.Alternatively, the power supply can also be done via a power supply.

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 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.
To charge the battery of the consumer 126 For example, the procedure is as follows:
The cable 122 gets into the socket with his plug 106 plugged. From the controller 132 will then be a message 136 generated and in the PLC module 130 entered. Alternatively, plugging the plug into the socket 106 characterized unilaterally or bilaterally, in the periodically from the consumer or the charging station a message 136 , respectively. 140 or a test message is sent. Furthermore, for example, the plugging of the plug into the socket of a sensor of the consumer 126 senses, such. B. by a mechanical sensor which is arranged on the plug. Due to the corresponding Sensor signal sent to the controller 132 is transmitted, this generates the message 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.Alternatively or additionally, the outlet 106 have such a sensor to the insertion of the plug on the part of the device 100 to sensate. In this case the sensor is the socket 106 with the controller 110 the device 100 coupled. The controller 110 generates the message 140 after the insertion of the plug has been sensed The consumer 126 answers the message 140 then at least with the message 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 136 und leitet diese an den Controller 110 weiter.The PLC module 130 generated from the message 136 PLC signals 138 that over the cable 122 be transmitted. The PLC signals 138 then after transmission over the transformer 114 from the PLC module 116 receive. The PLC module 116 regenerated from the PLC signals 138 the message 136 and forwards them to the controller 110 further.

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. Nach dem Schließen der Schalter 108 sind die Leitungen 102 mit dem Kabel 122 galvanisch verbunden, sodass nunmehr ein Ladestrom zum Wiederaufladen der Batterie des Verbrauchers, beispielsweise also des PkWs, fließen kann. Alternativ kann ein Speisestrom zum Einspeisen von elektrischer Energie aus der Batterie des Verbrauchers in das Energieversorgungsnetz 104 fließen.The controller 110 processes the message 136 , Based on the message 136 the controller checks 110 whether a given condition is met. If this is the case, the controller gives 110 the signal 112 off to the switches 108 close, ie the switches 108 to bring from the first switching state in the second switching state. After closing the switch 108 are the wires 102 with the cable 122 galvanically connected, so that now a charging current for recharging the battery of the consumer, for example, the PkWs, can flow. Alternatively, a supply current for feeding electrical energy from the battery of the consumer into the power grid 104 flow.

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).According to embodiments of the invention, communication does not occur with a single message 136 but it is necessary to exchange several protocol elements to check the conditions (such as for authentication with challenge / response protocol and / or to transfer the contract data, which can specify, for example, prepaid or postpaid).

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.A prerequisite for closing the switches 108 through the controller 110 ie the delivery of the control signal 112 , that may be due to the exchange of PLC signals between the device 100 and the consumer 126 opposite the controller 110 currently evidence is provided that an authorization to remove the charging current is present. This can be done with the message 136 Contract data of the holder of the consumer 126 with the operator of the power supply network 104 be transmitted. The controller 110 then checks, either locally or over a communication connection with an external server computer, whether the over the message 136 received contract data are valid. If this is the case, the controller gives 110 the control signal 112 off to the switches 108 close.

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. Beispielsweise 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.Alternatively or additionally, or in combination with the detection, the exchange of PLC signals, ie PLC messages, between the device 100 and the consumer 126 a one-sided or mutual authentication. For example, the controller has 132 Access to a private key to the consumer 126 and / or its holder or operator is assigned. The private key, which is also referred to as a secret key, can, for example, in a so-called security module, ie a protected memory area of the controller 132 or on a smart card to which the controller 132 stored on a chip card reader.

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.Evidence of eligibility of the consumer 126 opposite the controller 110 can be provided, for example, by authentication methods, as described in particular in Chapter 5.1. (Unilateral Authentication) or from Chapter 5.2 (Mutual Authentication) of ISO 9798-3 are known per se.

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.With the message 136 the controller sends 132 for example, a digital certificate containing the public key associated with the private key. The controller 110 generated upon receipt of the certificate from the consumer 126 then a so-called challenge to the consumer 126 or its holder or operator.

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 Leitungen 102 eingekoppelt.For example, the challenge is one of the controller 110 generated random number. This is then as a message 140 from the controller 110 into the PLC module 116 entered and from the PLC module 116 as a PLC signal 142 into the pipes 102 coupled.

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.The PLC signal 142 is over the transformer 114 , the outlet 106 and the cable 122 from the PLC module 130 of the consumer 126 received, which with the message 140 received random number in the controller 132 enters.

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 Controller 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.The controller 132 or the chip card then digitally signs the random number using its private key and responds to the message 140 with another message 136 containing the digitally signed random number or the digital signature at random. The controller 110 then verifies upon receipt of the signed random number or the digital signature with the public key that the controller 110 previously received with the digital certificate, whether the signed random number with the challenge, ie with the consumer sent random number, or whether the digital signature is correct. If this is the case, the consumer is considered 126 or its holder or operator as authenticated, so that the controller 110 the control signal 112 surrenders to the switches 108 close so that charging can begin.

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 Leitungen 102 eingekoppelt.Alternatively or additionally, the procedure is as follows. For example, the challenge is again one of the controller 110 generated random number. This random number is encrypted with the public key contained in the certificate. The resulting cipher then becomes a message 140 from the controller 110 into the PLC module 116 entered and from the PLC module 116 as a PLC signal 142 into the pipes 102 coupled.

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 empfangene Chiffrat an den Controller 132 sendet.The PLC signal 142 is over the transformer 114 , the outlet 106 and the cable 122 from the consumer 126 received and into the PLC module 130 fed the message 140 demodulated and that with the message 140 received cipher to the controller 132 sends.

Der Controller 132 entschlüsselt dann das Chiffrat 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.The controller 132 then decrypt the ciphertext with the help of his private key and respond to the message 140 with another message 136 containing the decrypted cipher. The controller 110 then checks on receipt of the decrypted cipher from the consumer 126 whether the decrypted ciphertext matches the challenge, ie the random number. If this is the case, the consumer is considered 126 or its holder or operator as authenticated, so that the controller 110 the control signal 112 surrenders to the switches 108 close so that charging can begin.

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 Zertifikatskettenprüfung erfolgen, beispielsweise mit gespeicherten Zertifikaten, öffentlichen Schlüsseln oder mit Hilfe einer public key infrastructure (PKI), bei der die öffentlichen Schlüssel/Zertifikate online verifiziert werden können.Preferably, the digital certificate is issued by the consumer 126 has been obtained, for example, before the public key contained in the certificate is used to verify the digital signature of the random number. The verification of the certificate can be carried out by a certificate chain check, for example with stored certificates, public keys or with the help of a public key infrastructure (PKI), in which the public keys / certificates can be verified online.

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.Alternatively or additionally, an authentication of the device 100 or the network operator to the consumer 126 done, for example, also using a challenge-response method.

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.The device 100 It can have an electricity meter connected to the consumer 126 Measures delivered amount of energy. The controller 110 can compare the amount of energy detected by the electricity meter with a threshold value and, upon reaching the threshold value, another control signal 112 leave to the switches 108 to open again.

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 Anwendung 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 aktuelle Guthaben aus dieser Chipkarte abfragen und den Schwellwert für die maximale abzugebende Energiemenge entsprechend setzen.This threshold can be from the controller 110 for example, due to the creditworthiness of the consumer's keeper 126 be determined when a postpaid method for charging the amount of energy delivered is used. In a prepaid method, the threshold may result from the current balance, which is the consumer 126 or its holder or operator is assigned. The current value of this credit can for example be stored on a chip card. The controller 110 can then by means of the PLC module 116 via a chip card reader of the consumer 126 query the current balance from this chip card and set the threshold for the maximum amount of energy to be dispensed accordingly.

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.Alternatively, the credit given to the consumer 126 or its holder or operator is assigned, also be stored for example on a server computer of the network operator. With the help of the consumer 126 received contract data and / or with the help of the digital certificate, the controller 110 query the current balance from the server computer to set the threshold for the maximum amount of energy to be dispensed accordingly.

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.According to one embodiment of the invention, the controller sends 110 repeating a message periodically or aperiodically 140 as a test signal, to check if the cable 122 still at the socket 106 connected. After sending such a test signal, the controller expects 110 the receipt of a response signal from the consumer 126 within a given maximum time. If the controller 110 does not receive such a response signal within the predetermined time, this means that the cable 122 no longer at the socket 106 is connected so that the controller has another control signal 112 generated to the switches 108 to open again. Alternatively or additionally, the authentication is also performed periodically or aperiodically several times. This will avoid that after the cable 122 from the socket 106 pulled another consumer to the outlet 106 is connected to at the expense of a third party electrical energy from the power grid 104 refer to.

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.Through the device 100 and the consumer 126 For example, a car, so a transport system is created, which is a decentralized supply to the consumer 126 and further principally identically constructed consumer allows.

Insbesondere kann die Vorrichtung 100 als sogenannte Stromtankstelle ausgebildet sein.In particular, the device can 100 be designed as a so-called charging station.

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.The device 100 can be designed so that, alternatively or in addition to the removal of electrical energy and the supply of electrical energy in the power grid 104 is possible.

Beispielsweise kann über das Kabel 122 eine Solarzelle oder ein Windrad an die Vorrichtung 100 angeschlossen werden, die in der Ausführungsform der 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 gemessen und durch Signalisierung der eingespeisten Energiemenge von dem Controller 110 an den Servercomputer vergütet werden.For example, over the cable 122 a solar cell or a wind turbine to the device 100 connected in the embodiment of the 1 in the place of the charger 124 occurs. The from the solar cell or the wind turbine over the cable 122 and the device 100 into the power grid 104 fed electrical energy can from the electricity meter of the device 100 measured and by signaling the amount of energy supplied by the controller 110 be remunerated at the server computer.

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.The meter may be on the side of the device 100 or the consumer 126 bearing in mind that this is a measuring instrument subject to However, measuring devices may also be located on both sides.

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.The present invention also allows the batteries of a fleet of consumers 126 as energy storage for the power grid 104 to use, in particular to cover peak loads or as a contribution to a base load, especially during the night hours.

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.The transport system may for example be designed so that at each pitch or in each garage a device 100 is present, to which a corresponding consumer 126 is connected when the consumer 126 not in operation.

Über die Ladestation 100 kann dann das Energieversorgungsnetz 104 Energie aus den Batterien der Verbraucher 126 beziehen, beispielsweise um kurzfristige Lastspitzen abzudecken.About the charging station 100 then can the power grid 104 Energy from the batteries of consumers 126 For example, to cover short-term load peaks.

Die 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 2 gezeigt.The 2 shows a further embodiment of the device 100 and the consumer 126 , where a connection of all three phases of the power grid 104 he follows. The PLC signal transmission of the PLC signals 138 respectively. 142 takes place via at least the phase, via the transformer 114 coupled with the consumer, as in the 2 shown.

Die 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 C1, C2, ..., Cn-1, C. Die betreffende Adresse kann in einem Speicher jeder der Vorrichtungen 100 gespeichert sein.The 3 shows an embodiment of the invention, in which several of the devices 100 from a common central unit 128 be controlled; The central unit will also be referred to as a concentrator 128 designated. Each of the devices 100 includes a transformer 114 with switches 108 , by each a switching module 118 is formed. The different transformers 114 are over lines 178 and about the concentrator 128 with the power supply network 104 connected. Further, each of the devices is 100 assigned a unique address, ie one of the addresses C 1 , C 2 , ..., C n-1 , C. The address in question can be stored in a memory of each of the devices 100 be saved.

Der Controller 110 und jede der Vorrichtungen 100 haben jeweils eine Schnittstelle zu einem Kontrollbus 176. Über den Kontrollbus 176 kann der Controller 110 Steuerungssignale 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.The controller 110 and each of the devices 100 each have an interface to a control bus 176 , About the control bus 176 can the controller 110 control signals 112 to the devices 100 send to the switches 108 to open or close. The control signal 112 is the address of the device 100 directed, whose switch 108 should be switched to this device 100 to bring from one to the other switching state.

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 1 und 2 oben erläutert.Each of the devices 100 is with a power outlet 106 connected about which a consumer 126 by means of a plug 182 can be connected. Each of the n-consumers 126 can in principle be constructed as with respect to the 1 and 2 explained above.

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 verringertOf particular advantage in the embodiment considered here is that not for every outlet 106 a separate PLC module 116 and a separate controller 110 must be present, but that the PLC module 116 and the controller 110 belong to a central unit, the more of the devices 100 can drive. This significantly reduces the implementation effort

Diese Ausführungsform eignet sich zum Beispiel für die Ausstattung eines Parkhauses mit Stromsteckdosen.This embodiment is suitable, for example, for equipping a parking garage with power sockets.

Das System kann aus einer Zentrale bestehen, die den Konzentrator 128 und mehrere der Vorrichtungen 100 beinhaltet, an die unterschiedliche Verbraucher 126 angeschlossen werden können.The system can consist of a central office, which is the concentrator 128 and several of the devices 100 involves, to the different consumers 126 can be connected.

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.Under a concentrator 128 becomes here a PLC module 116 with controller 110 and power supply 120 understood, the single-phase or three-phase to the power grid 104 can be connected.

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.The device 100 is here by a switching module 118 formed, which is a transformer 114 with the switches 108 for single and multi-phase operation, the switching module each with a socket 106 connected is.

Der Konzentrator 128 ist über das Energieversorgungsnetz 104 mit den Schaltmodulen 118 verbunden, über das der Strom fließt und die PLC-Signale 142 übertragen werden. Zusätzlich ist der Konzentrator über einen Kontrollbus 176 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 Schaltmittel).The concentrator 128 is via the power grid 104 with the switching modules 118 across which the current flows and the PLC signals 142 be transmitted. In addition, the concentrator is via a control bus 176 or control cables with the switch modules 118 connected via the, or via the control signals 112 for the switches 108 are sent to bring the switches respectively in the first or second switching state (out-band control of the switching means).

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.The PLC module 116 of the concentrator 128 can with any PLC module 130 a consumer because each PLC module has a different address.

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 176, bzw. die Kontrollleitung gesendet wird. Entsprechend wird bei Vorliegen der Voraussetzungen das Schaltsignal für den ersten Schaltzustand gesendet. If all the conditions for the charging or feeding process are met, the switches will 108 of the corresponding switching module 118 brought into the second switching state by the switching signal via the Kontrolbus 176 , or the control line is sent. Accordingly, when the conditions are met, the switching signal for the first switching state is sent.

Die 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 Schaltvorgang 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.The 4 shows an embodiment of the invention, in which the controller 110 with the devices 100 over the energy supply network 104 can communicate; the control bus 176 is omitted in this embodiment. The transmission of the control signal 112 from the controller 110 of the concentrator 128 to one of the switching modules 118 takes place here in the form of a message 140 that came from the PLC module 116 of the concentrator 128 to the device in question 100 is sent and there from a PLC module 160 Will be received. The devices 100 are each assigned unique addresses, so the message 140 to a particular device 100 can be directed to in this device 100 to trigger a switching process. The devices 100 can be designed here so that they are an integral part of the sockets 106 form. The control signal 112 In this embodiment, it is handled locally by the controller 162 the device concerned 100 generated.

Diese Ausführungsform eignet sich zum Beispiel für eine Implementation in Straßenlaternen einer Straße oder auf Parkplätzen.This embodiment is suitable, for example, for an implementation in street lamps of a street or in parking lots.

In dieser Ausführungsform wird ein Konzentrator 128 mit mehreren der Vorrichtungen 100 verbunden, die als PLC-Steckdosen ausgebildet sind.In this embodiment, a concentrator 128 with several of the devices 100 connected, which are designed as PLC sockets.

Unter einer PLC-Steckdose wird hier ein PLC-Modul 160 mit Controller 162, Netzteil 164 und Schaltmodul 118 verstanden, wie in der 5 dargestellt.Below a PLC socket becomes a PLC module 160 with controller 162 , Power adapter 164 and switching module 118 understood, as in the 5 shown.

Jede PLC-Steckdose wird mit einer Steckdose 106 für den Anschluss eines Verbrauchers 126 verbunden.Each PLC outlet comes with a power outlet 106 for connecting a consumer 126 connected.

Zur Steuerung der Schaltmittel 108 in den PLC-Steckdosen werden Nachrichten 140 zwischen dem Controller 110 im Konzentrator 128 und dem Controller 162 in der PLC-Steckdose ausgetauscht.For controlling the switching means 108 in the PLC sockets are messages 140 between the controller 110 in the concentrator 128 and the controller 162 exchanged in the PLC socket.

Der Konzentrator 128 ist über das Stromnetz, d. h. die Leitung 178, mit den PLC-Steckdosen verbunden, über das der Strom fließt und die PLC-Nachrichten 140, bzw. 136 übertragen werden. Nach dem Empfang der Nachricht 140, bringt der Controller 162 die Schalter 108 jeweils in den ersten oder zweiten Schaltzustand (Inband-Steuerung der Schaltmittel).The concentrator 128 is via the power grid, ie the line 178 , connected to the PLC sockets through which the current flows and the PLC messages 140 , respectively. 136 be transmitted. After receiving the message 140 , brings the controller 162 the switches 108 each in the first or second switching state (in-band control of the switching means).

Nach einer Ausführungsform wird die Kommunikation zwischen den Controller des Konzentrators und der PLC-Steckdosen kryptographisch gesichert, um eine Authentikation der ausgetauschten Nachrichten zu gewährleisten. Dazu können Mechanismen verwendet werden, wie sie für die Kommunikation zwischen dem Controller 110 in der Ladestation und dem Controller 132 im Verbraucher bereits beschrieben wurden.In one embodiment, communication between the concentrator controller and the PLC sockets is cryptographically secured to ensure authentication of the exchanged messages. These mechanisms can be used as they are for communication between the controller 110 in the charging station and the controller 132 already described in the consumer.

Das PLC-Modul 116 des Konzentrators kann mit Jedem PLC-Modul 130 eines Verbrauchers und jedem PLC-Modul 160 einer PLC-Steckdose kommunizieren, da jedes PLC-Modul über eine andere Adresse verfügt.The PLC module 116 of the concentrator can be used with any PLC module 130 of a consumer and each PLC module 160 a PLC socket, as each PLC module has a different address.

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 162 mittels PLC übertragen wird, der dann die Schalter in den zweiten Schaltzustand bringt. Entsprechend wird bei Vorliegen der Voraussetzungen eine Nachricht gesendet, wenn der Controller 162 die Schalter in den ersten Schaltzustand bringen soll.If all the conditions for the charging or feeding process are met, the switches will 108 the corresponding switching module of the PLC socket brought into the second switching state by a message 140 from the controller 110 to the controller 162 is transmitted by PLC, which then brings the switch in the second switching state. Accordingly, if the prerequisites are met, a message will be sent if the controller 162 to bring the switch in the first switching state.

Die 6 zeigt eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung 100, die hier als PLC-Gateway bezeichnet wird, und deren Verbindung mit dem Konzentrator 128 über das Energieversorgungsnetz 104 erfolgt. Die 7 zeigt eine entsprechende Ausführungsform der Vorrichtung 100 im Detail.The 6 shows a further embodiment of the device 100 , which is referred to here as a PLC gateway, and their connection to the concentrator 128 over the energy supply network 104 he follows. The 7 shows a corresponding embodiment of the device 100 in detail.

Im Unterschied zu der Ausführungsform der Vorrichtung 100 gemäß 5 erfolgt hier die Kommunikation zwischen der Vorrichtung 100 und dem Verbraucher 166 nicht mittels PLC-Signalübertragung, sondern über einen zusätzlichen Kommunikationskanal, der zwischen dem Controller 162 der Vorrichtung 100 und dem Controller 132 des Verbrauchers 166 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 elektrischen Energie vorgesehen sind. Die Übertragung von Nachrichten zwischen der Vorrichtung 100 und dem Konzentrator 128 erfolgt durch PLC-Signalübertragung über das Energieversorgungsnetz 104.In contrast to the embodiment of the device 100 according to 5 here is the communication between the device 100 and the consumer 166 not via PLC signal transmission, but via an additional communication channel between the controller 162 of the contraption 100 and the controller 132 of the consumer 166 can be built. This additional communication channel may, for example, be wired by a control bus 180 between the controller 162 and the controller 132 is formed when the plug 182 into the socket 106 is plugged. This can be done in the socket 106 in addition to the contacts necessary for the power supply one or more further contacts may be present, via which the control bus 180 closed when the plug 182 into the socket 106 is plugged. The transmission of messages between the device 100 and the consumer 126 takes place here via the control bus 180 and not via the lines that are provided for the transmission of electrical energy. The transmission of messages between the device 100 and the concentrator 128 is done by PLC signal transmission via the power supply network 104 ,

Dieses Szenario ermöglicht also die Anbindung von Verbrauchern 166 ohne PLC-Modul.This scenario thus enables the connection of consumers 166 without PLC module.

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 Ladestation und Verbraucher. Der Verbraucher wird über einen Spezialstecker 182 mit Datenschnittstelle über die Steckdose mit dem PLC-Gateway verbunden.In this embodiment, a concentrator 128 connected to several PLC gateways. PLC communication only takes place between the concentrator 128 and PLC gateway and not between charging station and consumer. The consumer will have a special plug 182 with data interface via the socket connected to the PLC gateway.

Diese Ausführungsform eignet sich besonders für den Anschluss von Verbrauchern ohne PLC-Modul und ist daher eine sehr kostengünstige Variante.This embodiment is particularly suitable for connecting consumers without PLC module and is therefore a very cost-effective variant.

Unter einem PLC-Gateway 100 wird hier ein PLC-Modul 160, ein Controller 162, ein Netzteil 164 und die Schaltmittel 108 verstanden.Under a PLC gateway 100 becomes here a PLC module 160 , a controller 162 , a power supply 164 and the switching means 108 Understood.

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. For controlling the switching means 108 the PLC gateways become messages 140 and 174 between the controller 110 in the concentrator and the controller 162 exchanged in the PLC gateway.

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 in der Ladestation und dem Controller 132 im Verbraucher bereits oben beschrieben wurden.In one embodiment, the communication between the controller 110 of the concentrator and the controllers 162 the PLC gateways cryptographically secured to ensure authentication of the exchanged messages. These mechanisms can be used as they are for communication between the controller 110 in the charging station and the controller 132 in the consumer have already been described above.

Der Konzentrator 128 ist über das Stromnetz mit den PLC-Gateways 100 verbunden, 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.The concentrator 128 is via the power grid with the PLC gateways 100 via which the current flows and the PLC messages 140 , and 174 be transmitted. The news 140 prompt the controller 162 , the switches 108 each in the first or second switching state to bring in-band control of the switching means.

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.The connection of the consumer to a power outlet, which is connected to a PLC gateway, via a special plug with connections for the power grid and an additional integrated data interface (control bus 180 or control lines) for the exchange of protocol data for the authentication and billing of the charged or injected amount of energy with the concentrator.

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.If all the conditions for the charging or feeding process are met, the switches will 108 of the corresponding switching module of the PLC gateways brought into the second switching state by a message 140 from the controller 110 to the controller 162 is transmitted by PLC, which then brings the switch in the second switching state. Accordingly, if the prerequisites exist, a message will be sent 140 sent when the controller 162 to bring the switch in the first switching state.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

100100
Vorrichtungcontraption
102102
Leitungencables
104104
EnergieversorgungsnetzPower grid
106106
Steckdosesocket
108108
Schalterswitch
110110
Controllercontroller
112112
Steuerungssignalcontrol signal
114114
Übertragerexchangers
116116
PLC-ModulPLC module
118118
Schaltmodulswitching module
120120
Netzteilpower adapter
122122
Kabelelectric wire
124124
Ladegerätcharger
126126
Verbraucherconsumer
128128
Konzentratorconcentrator
130130
PLC-ModulPLC module
132132
Controllercontroller
134134
Konverterconverter
136136
Nachricht von Controller (132) (Verbraucher)Message from controller ( 132 ) (Consumer)
138138
PLC-SignalPLC signal
140140
Nachricht von Controller (110) (Ladestation/Konzentrator)Message from controller ( 110 ) (Charging station / concentrator)
142142
PLC-SignalPLC signal
160160
PLC-ModulPLC module
162162
Controllercontroller
164164
Netzteilpower adapter
166166
Verbraucherconsumer
170170
Konverterconverter
172172
Ladegerätcharger
174174
Nachricht von Controller (162) (PLC-Gateway)Message from controller ( 162 ) (PLC gateway)
176176
KontrollbusControl Bus
178178
Leitungmanagement
180180
KontrollbusControl Bus
182182
Steckerplug
184184
KontrollbusControl Bus

Claims (19)

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, 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) betrieben 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.Device for connecting an electrical consumer and / or an electrical energy source to an electrical energy supply network ( 104 ) with - connection means ( 106 ) for the detachable connection of an electrical power line ( 122 ) of the consumer or the power source to the device, - controllable switching means ( 108 ) for electrically connecting the connection means to the power supply network, wherein the switching means can assume a first switching state in which the connection means are separated from the power supply network, and wherein the switching means can assume a second switching state in which the connection means are connected to the power supply network, the controllable switching means for receiving a switching signal ( 112 ) of control means ( 110 ; 162 ), - signal transmission means ( 114 ; 180 ) for enabling signal transmission via the connection means independently of the switching state of the switching means, wherein the signal transmission means comprises a transformer ( 114 ), wherein the transformer ( 114 ) is adapted to pass signals in a bandpass range in the direction of and to the electrical load, but not the frequency with which the electrical power grid ( 104 ), the transformer ( 114 ) parallel to the controllable switching means ( 108 ) is arranged and with the connection means ( 108 ) and the electrical power grid ( 104 ) connected is. Vorrichtung nach Anspruch 1, mit PLC-Mitteln (116; 160) zum Senden und/oder Empfangen von PLC-Signalen (138, 142) über die Signalübertragungsmittel.Device according to claim 1, with PLC means ( 116 ; 160 ) for sending and / or receiving PLC signals ( 138 . 142 ) via the signal transmission means. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Steuerungsmittel (110) die PLC-Signale über die PLC-Mittel senden und/oder empfangen.Apparatus according to claim 2, wherein the control means ( 110 ) send and / or receive the PLC signals via the PLC means. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuerungsmittel so ausgebildet sind, dass das Schaltsignal nur unter der Voraussetzung abgegeben wird, dass zuvor die PLC-Signalübertragung stattgefunden hat.Device according to one of the preceding claims, wherein the control means are designed so that the switching signal is issued only on the condition that the previously had the PLC signal transmission. 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.Apparatus according to claim 4, wherein the control means are designed so that the switching signal is issued only on condition that via the PLC signal transmission an authorization check of the consumer or power source for connection to the electrical power grid is done. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, wobei die Steuerungsmittel so ausgebildet sind, dass das Schaltsignal nur unter der Voraussetzung abgegeben wird, dass über die PLC-Signalübertragung eine Authentisierung stattgefunden hat.Apparatus according to claim 4 or 5, wherein the control means are designed so that the switching signal is delivered only on the condition that via the PLC signal transmission authentication has taken place. 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.Apparatus according to claim 4, 5 or 6, comprising means for measuring the electrical energy delivered by the energy supply network to the electrical consumer or for measuring the electrical energy fed into the energy supply network from the electrical energy source via the connection means, the control means being designed such that the switching signal is brought to the switching means in the first switching state on the condition that the amount of delivered or fed energy meets a condition. 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 empfangen wird.Apparatus according to any one of claims 4 to 7, wherein the PLC means are adapted to transmit a test signal and to receive a response signal from the electrical load or source of electrical energy to the test signal, the control means being arranged to provide a control signal for switching the test signal Switching means is discharged into the first switching state when no response signal is received on the test signal. 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 Steuerungsmittel so ausgebildet sind, dass ein Steuerungssignal zum Schalten der Schaltmittel in den ersten Schaltzustand abgegeben wird, wenn die Authentifizierung fehlschlägt.Device according to one of claims 4 to 8, wherein the PLC means are designed for carrying out an authentication protocol with the electrical load or the electrical energy source, wherein the control means are designed such that a control signal for switching the switching means is delivered in the first switching state, if the authentication fails. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Signalübertragungsmittel 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.Device according to one of the preceding claims, wherein the signal transmission means for forming an additional communication channel ( 180 ) between the control means ( 162 ) and the consumer and / or the electrical energy source are formed, wherein the additional communication channel extends over the connection means. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Anschlussmittel als Steckdose (106) zum lösbaren Anschluss eines Kabels (122) ausgebildet sind.Device according to one of the preceding claims, wherein the connection means as a socket ( 106 ) for releasably connecting a cable ( 122 ) are formed. Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei die Steckdose Kontaktmittel zur Kontaktierung eines Steckers (182) aufweist, über die der Kommunikationskanal herstellbar ist.Apparatus according to claim 11, wherein the socket contact means for contacting a plug ( 182 ), via which the communication channel can be produced. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei es sich bei der Energiequelle um eine Solaranlage oder ein Windrad handelt. Device according to one of the preceding claims, wherein the energy source is a solar system or a wind turbine. Straßenlaterne mit einer Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche.Street lamp with a device according to one of the preceding claims. 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 Anschlussmittel mit dem Energieversorgungsnetz verbunden sind, wenn sich die Schaltmittel in deren zweiten Schaltzustand befinden.Transport system with a device according to one of the preceding claims and an electrically operable transport means ( 126 ) with a rechargeable battery and with PLC means ( 130 ) for sending and / or receiving the PLC signals ( 138 . 142 ), wherein the batteries are connected via the connection means to the power supply network when the switching means are in their second switching state. Transportsystem nach Anspruch 15, wobei es sich bei dem elektrisch betreibbaren Transportmittel um ein Elektroauto oder ein Elektroboot handelt.Transport system according to claim 15, wherein the electrically operable transport means is an electric car or an electric boat. 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.Central unit for controlling several devices ( 100 ) according to any one of claims 1 to 13, wherein the central processing unit comprises first PLC means ( 116 ) for sending and / or receiving PLC signals ( 142 . 138 ) via the signal transmission means ( 118 ; 180 ) of the device, and wherein the control means ( 110 ) the central unit a bus interface to a control bus ( 176 ) via the control bus, the switching signal ( 112 ) to a particular one of the devices. Zentraleinheit nach Anspruch 17, wobei die Steuerungsmittel (110) dazu ausgebildet sind, das Schaltsignal (112) an eine der Vorrichtung zugeordnete Adresse über den Kontrollbus zu senden.Central processing unit according to Claim 17, in which the control means ( 110 ) are adapted to the switching signal ( 112 ) to send to an address assigned to the device via the control bus. Zentraleinheit nach Anspruch 17 oder 18, 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.A central processing unit according to claim 17 or 18, wherein each of said devices comprises second PLC means ( 160 ), wherein the first and second PLC means for communication between the central processing unit and the device concerned via the power supply network ( 104 ) are formed.
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