DE102018216087A1 - Charging plug and measuring system - Google Patents

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Sebastian Bode
Klaus-Peter Linzmaier
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Abstract

Der erfindungsgemäße Ladestecker ist von der Überlegung getragen, eine eichrechtskonforme Bestimmung einer übergebenen elektrischen Energie zu gewährleisten, indem zumindest eine elektrische Größe am Übergabepunkt der elektrischen Leistung gemessen wird, deren jeweiliger Wert an die Ladeinfrastruktur übermittelt wird. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird lediglich eine der beiden zur Bestimmung der elektrischen Energie zu messenden elektrischen Größen im Ladestecker gemessen, während die andere elektrische Größe beispielsweise am Anschlusspunkt der Ladekabels in der Ladeinfrastruktureinrichtung gemessen wird. Die erfindungsgemäße eröffnete örtliche Verteilung bei der Messung zweier elektrischer Größen in Kombination mit einer Übertragung des am Übergabepunkt ermittelten Werts der einen elektrischen Größe gewährleistet eine eichrechtskonforme Bestimmung der von einer Ladeinfrastruktureinrichtung übergebenen elektrischen Energie.

Figure DE102018216087A1_0000
The charging plug according to the invention is based on the consideration of ensuring that a transferred electrical energy is determined in accordance with legal provisions by measuring at least one electrical variable at the transfer point of the electrical power, the respective value of which is transmitted to the charging infrastructure. According to a preferred embodiment, only one of the two electrical quantities to be measured for determining the electrical energy is measured in the charging plug, while the other electrical quantity is measured, for example, at the connection point of the charging cable in the charging infrastructure device. The local distribution opened according to the invention when measuring two electrical variables in combination with a transmission of the value of the one electrical variable determined at the transfer point ensures that the electrical energy transferred by a charging infrastructure device is determined in accordance with legal provisions.
Figure DE102018216087A1_0000

Description

Die Erfindung betrifft einen Ladestecker zum lösbaren Verbinden mit einem elektrisch antreibbaren Fortbewegungsmittel und ein Messsystem zur Bestimmung einer von einer Ladeinfrastruktureinrichtung übergebenen elektrischen Energie.The invention relates to a charging plug for releasable connection to an electrically drivable means of transportation and a measuring system for determining an electrical energy transferred from a charging infrastructure device.

Elektrisch antreibbare Fortbewegungsmittel, insbesondere zumindest teilweise mit elektrischer Energie antreibbare Fahrzeuge bzw. Elektrofahrzeuge weisen mindestens einen Akkumulator auf, welcher in einem laufenden Betrieb des Elektrofahrzeugs regelmäßig zu laden ist. Ein Laden eines Elektrofahrzeugs erfolgt üblicherweise an einer Ladeinfrastruktur - in der Fachwelt auch als Electric Vehicle Supply Equipment oder abkürzend EVSE bekannt - welche über ein Ladekabel mit dem Fortbewegungsmittel verbunden wird.Electrically drivable means of transportation, in particular vehicles or electric vehicles that can be driven at least partially with electric energy, have at least one accumulator, which is to be regularly charged while the electric vehicle is in operation. Charging an electric vehicle usually takes place on a charging infrastructure - in the professional world also as an electric vehicle supply equipment or in short form EVSE known - which is connected to the means of transportation via a charging cable.

Eine in einer Ladeinfrastruktureinrichtung vorgesehene oder dieser zugeordnete Messvorrichtung dient einer Erfassung der von der Ladeinfrastruktureinrichtung an das Fortbewegungsmittel übergebenen elektrischen Energie. Die übergebene elektrische Energie wird dem Halter des Elektrofahrzeugs üblicherweise in Rechnung gestellt.A measuring device provided in or associated with a charging infrastructure device serves to record the electrical energy transferred from the charging infrastructure device to the means of transportation. The transferred electrical energy is usually charged to the holder of the electric vehicle.

Eichrechtlichen Vorgaben gemäß ist die übergebene elektrische Energie am Übergabepunkt zu messen, d.h. an dem Ort, an dem die elektrische Energie in das Elektrofahrzeug oder das elektrisch antreibbare Fortbewegungsmittel eingespeist wird. Der Übergabepunkt entspräche einer Verbindung zwischen dem Ladekabel und dem zu ladenden Fortbewegungsmittel. Derzeit erfolgt eine Energiemessung allerdings überwiegend in einer Messvorrichtung der Ladeinfrastruktur. Die dort gemessene Energie beinhaltet jedoch einen Energieanteil, welche in einem ohmschen Widerstand des Ladekabels in thermische Energie umgesetzt wird und somit am Übergabepunkt nicht als elektrische Energie übergeben wird. Bei heute angestrebten Schnellladevorgängen mit hohen Ladeleistungen - in der Fachwelt auch als High Power Charging bekannt - kann der in thermische Energie umgesetzte Energieanteil durchaus zwei Prozent der von der Ladeinfrastruktureinrichtung gelieferten Energie überschreiten.According to calibration regulations, the transferred electrical energy is to be measured at the transfer point, i.e. at the place where the electrical energy is fed into the electric vehicle or the electrically drivable means of transportation. The transfer point would correspond to a connection between the charging cable and the means of transportation to be charged. Currently, however, energy measurement is predominantly carried out in a measuring device in the charging infrastructure. However, the energy measured there contains an energy component which is converted into thermal energy in an ohmic resistance of the charging cable and is therefore not transferred as electrical energy at the transfer point. With today's rapid charging processes with high charging capacities - also known in the professional world as high power charging - the proportion of energy converted into thermal energy may well exceed two percent of the energy supplied by the charging infrastructure.

Eine pauschale Berücksichtigung der thermischen Blindenergie bei der Verrechnung der elektrischen Energie, etwa durch Abzug eines prozentualen Anteils, ist eichrechtlich nicht zulässig, da dieser Abzug auf einem bloßen Schätzwert beruhen würde, welche aufgrund von technischen Gegebenheiten Schwankungen unterliegen kann. Eine eichrechtskonforme Verrechnung erfordert insbesondere einen nachweisbaren und nicht bestreitbaren Beleg der an einem Übergabepunkt übergebenen elektrischen Energie.A blanket consideration of the thermal reactive energy in the calculation of the electrical energy, for example by deducting a percentage, is not permitted under custody law, since this deduction would be based on a mere estimate, which can be subject to fluctuations due to technical circumstances. A legal-for-trade billing requires, in particular, a demonstrable and non-disputable proof of the electrical energy transferred at a transfer point.

Aufgabe der Erfindung ist es, Mittel für eine eichrechtskonforme Bestimmung der von einer Ladeinfrastruktureinrichtung übergebenen elektrischen Energie anzugeben.The object of the invention is to provide means for determining the electrical energy transferred from a charging infrastructure device in accordance with legal provisions.

Die Aufgabe wird durch einen Ladestecker mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.The object is achieved by a charging plug with the features of patent claim 1.

Der erfindungsgemäße Ladestecker ist bestimmungsgemäß zum Verbinden eines elektrisch antreibbaren Fortbewegungsmittels bzw. Elektrofahrzeugs über ein Ladekabel mit einer Ladeinfrastruktureinrichtung vorgesehen und umfasst hierzu ein Steckfeld mit einer Mehrzahl elektrischer Kontakte.The charging plug according to the invention is intended for connecting an electrically drivable means of transportation or an electric vehicle via a charging cable to a charging infrastructure device and, for this purpose, comprises a patch panel with a plurality of electrical contacts.

Erfindungsgemäß umfasst der Ladestecker eine erste Messeinheit zur Messung zumindest einer elektrischen Größe an mindestens zwei elektrischen Kontakten sowie eine Übermittlungseinheit zur Übermittlung der zumindest einen gemessenen elektrischen Größe an die Ladeinfrastruktureinrichtung.According to the invention, the charging plug comprises a first measuring unit for measuring at least one electrical quantity on at least two electrical contacts and a transmission unit for transmitting the at least one measured electrical quantity to the charging infrastructure device.

Der Begriff »umfasst« bedeutet insbesondere, dass die Messeinheit und/oder die Übermittlungseinheit im Gehäuse des Ladesteckers integriert sind. Alternativ können die Messeinheit und/oder die Übermittlungseinheit auch in einem separaten Gehäuse anordenbar sein und lösbar, insbesondere steckbar, oder auch unlösbar mit dem Gehäuse eines konventionellen Ladesteckers verbunden sein.The term “includes” means in particular that the measuring unit and / or the transmission unit are integrated in the housing of the charging plug. Alternatively, the measuring unit and / or the transmission unit can also be arranged in a separate housing and connected detachably, in particular pluggable, or also non-detachably to the housing of a conventional charging plug.

Im Fall eines alternierenden einphasigen Ladestroms oder im Fall eines Gleichstroms erfolgt die Messung der ersten elektrischen Größe an zwei elektrischen Kontakten, im Fall eines mehrphasigen Ladestroms an mindestens drei elektrischen Kontakten des Ladesteckers.In the case of an alternating single-phase charging current or in the case of a direct current, the measurement of the first electrical variable takes place at two electrical contacts, and in the case of a multiphase charging current at at least three electrical contacts of the charging plug.

Der erfindungsgemäße Ladestecker ist von der Überlegung getragen, eine eichrechtskonforme Bestimmung einer übergebenen elektrischen Energie zu gewährleisten, indem zumindest eine elektrische Größe am Übergabepunkt der elektrischen Leistung gemessen wird, deren jeweiliger Wert an die Ladeinfrastruktur übermittelt wird. Der Übergabepunkt einer Ladeinfrastruktur ist am fahrzeugseitigen Ende des Ladekabels bzw. des dort angeordneten Ladesteckers zu verorten, dem Ort der erfindungsgemäßen Messung zumindest einer elektrischen Größe.The charging plug according to the invention is based on the consideration of ensuring that a transferred electrical energy is determined in accordance with legal provisions by measuring at least one electrical variable at the transfer point of the electrical power, the respective value of which is transmitted to the charging infrastructure. The transfer point of a charging infrastructure is to be located at the vehicle end of the charging cable or the charging plug arranged there, the location of the measurement according to the invention of at least one electrical variable.

Zur Bestimmung der übergebenen elektrischen Energie sind bekanntermaßen Augenblickswerte von Spannung und Stromstärke zu messen und während der Entnahmedauer, also der Ladezeit, zeitlich zu integrieren. Die Bestimmung der übergebenen elektrischen Energie erfordert demnach eine Messung zumindest zweier elektrischer Größen.In order to determine the electrical energy transferred, it is known to measure instantaneous voltage and current values and to integrate them in time during the removal period, that is to say the charging time. The determination of the transferred electrical energy accordingly requires a measurement of at least two electrical quantities.

Eine komplette Messeinrichtung zur Messung der übergebenen elektrischen Leistung im Ladestecker vorzusehen ist aufgrund von Größen- und Gewichtseinschränkungen des Ladesteckers derzeit noch nicht vollständig praktikabel.A complete measuring device for measuring the transferred electrical power in the Because of the size and weight restrictions of the charging plug, providing a charging plug is not yet completely practical.

Erfindungsgemäß umfasst ist daher insbesondere eine bevorzugte Ausführungsform, gemäß der lediglich eine der beiden zur Bestimmung der elektrischen Energie zu messenden elektrischen Größen im Übergabepunkt - also im Ladestecker - gemessen wird, während die andere elektrische Größe beispielsweise am Anschlusspunkt der Ladekabels in der Ladeinfrastruktureinrichtung gemessen wird.The invention therefore includes in particular a preferred embodiment, according to which only one of the two electrical quantities to be measured for determining the electrical energy is measured at the transfer point - that is to say in the charging plug - while the other electrical quantity is measured, for example, at the connection point of the charging cables in the charging infrastructure device.

Bevorzugt erfolgt am Übergabepunkt, also am Ladestecker, eine Spannungsmessung, während eine Strommessung in der Ladeinfrastruktureinrichtung erfolgt. Diese örtliche Verteilung beider Messungen hat zwei Vorteile:

  • - Einerseits erfordert eine Strommessung üblicherweise eine größer dimensionierte Messeinheit, welche aufgrund der angesprochenen Größen- und Gewichtseinschränkungen des Ladesteckers günstiger in der Ladeinfrastruktureinrichtung zu positionieren ist. Demgegenüber ist eine Messeinheit zur Spannungsmessung wesentlich kleiner zu dimensionieren. Zudem ist die Spannungsmessung im Vergleich zur Strommessung mit einer geringeren thermischen Verlustleistung und damit weniger Abwärme beaufschlagt. Beide Faktoren sprechen für eine Lokalisierung der Spannungsmessung im Ladestecker.
  • - Andererseits, und noch wichtiger, ergibt sich der Vorteil einer Bevorzugung der Spannungsmessung am Übergabepunkt bei der verteilten Messung der elektrischen Größen dadurch, dass genau diese Verteilung den eichrechtlichen Vorgaben genügt, gemäß der die übergebene elektrische Energie am Übergabepunkt zu messen ist. Während die elektrische Stromstärke aufgrund eines durch die Kirchhoffschen Regeln ableitbaren Erhaltungssatzes innerhalb des nicht verzweigten Ladestromkreises örtlich konstant ist, ist die elektrische Spannung im Ladestromkreis je nach Ort der Messung unterschiedlich. Zur eichrechtlich gebotenen Bestimmung einer übergebenen elektrischen Leistung am Übergabepunkt ist also insbesondere die Spannungsmessung am Übergabepunkt durchzuführen, während die Strommessung an einem beliebigen Ort im Ladestromkreis durchgeführt werden kann.
A voltage measurement is preferably carried out at the transfer point, that is to say at the charging plug, while a current measurement is carried out in the charging infrastructure device. This local distribution of both measurements has two advantages:
  • On the one hand, a current measurement usually requires a larger dimensioned measuring unit, which can be positioned more favorably in the charging infrastructure device due to the size and weight restrictions of the charging plug. In contrast, a measuring unit for voltage measurement is to be dimensioned significantly smaller. In addition, the voltage measurement compared to the current measurement has a lower thermal power loss and thus less waste heat. Both factors speak for localizing the voltage measurement in the charging plug.
  • - On the other hand, and more importantly, the advantage of a preference for the voltage measurement at the transfer point in the distributed measurement of the electrical variables arises from the fact that precisely this distribution meets the legal requirements according to which the transferred electrical energy is to be measured at the transfer point. While the electrical current strength is locally constant within the non-branched charging circuit due to a conservation law that can be derived by Kirchhoff's rules, the electrical voltage in the charging circuit differs depending on the location of the measurement. In order to determine a given electrical power at the transfer point, which is required by legal metrology, the voltage measurement at the transfer point must be carried out, in particular, while the current measurement can be carried out at any location in the charging circuit.

Die gewünschte Bestimmung der Ladeenergie aus der übergebenen elektrischen Leistung erfolgt durch Integration diskreter Leistungswerte aus dem Produkt aus Spannungs- und Stromstärkemesswerten in der Ladeinfrastruktureinrichtung anhand des übermittelten Werts der ersten elektrischen Größe - vorzugsweise der Spannung - und der lokal gemessenen zweiten elektrischen Größe, vorzugsweise der Stromstärke.The desired determination of the charging energy from the transferred electrical power is carried out by integrating discrete power values from the product of voltage and current measurement values in the charging infrastructure device on the basis of the transmitted value of the first electrical variable - preferably the voltage - and the locally measured second electrical variable, preferably the current .

Die erfindungsgemäße eröffnete örtliche Verteilung bei der Messung zweier elektrischer Größen in Kombination mit einer Übertragung des am Übergabepunkt ermittelten Werts der einen elektrischen Größe gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung erfüllt damit die Aufgabe, Mittel für eine eichrechtskonforme Bestimmung der von einer Ladeinfrastruktureinrichtung übergebenen elektrischen Energie anzugeben.The local distribution opened according to the invention when measuring two electrical variables in combination with a transmission of the value of the one electrical variable determined at the transfer point in accordance with this embodiment of the invention thus fulfills the task of specifying means for determining the electrical energy transferred by a charging infrastructure device in compliance with legal provisions.

Erfindungsgemäß umfasst ist im Übrigen auch eine alternative Ausführungsform, bei der beide elektrische Größen im Übergabepunkt - also im Ladestecker - gemessen werden. Auch für diese Ausführungsform ergeben sich die erfindungsgemäßen Vorteile einer örtlich verteilten Messung und einer örtlich verlagerten Bestimmung der elektrischen Energie aufgrund der Übermittlung der Werte der gemessenen elektrischen Größe an die Ladeinfrastruktureinrichtung, mithin dem Ort der Bestimmung der elektrischen Energie aus den übertragenen Werten.The invention also includes an alternative embodiment in which both electrical quantities are measured at the transfer point - that is, in the charging plug. For this embodiment as well, the advantages according to the invention of a locally distributed measurement and a locally shifted determination of the electrical energy result from the transmission of the values of the measured electrical quantity to the charging infrastructure device, and consequently the location of the determination of the electrical energy from the transmitted values.

Gemäß einer weiteren alternativen Ausführungsform erfolgt die Messung der übergebenen elektrischen Energie direkt im Ladestecker, wobei die gemessene, zumindest eine elektrische Größe als elektrische Energie zu verstehen ist. Die elektrische Energie kann entweder direkt gemessen werden - wobei die erste Messeinheit als Energiezähler ausgeführt ist - oder auch indirekt gemessen werden durch zeitliche Integration aus dem Produkt direkter Messungen aus Spannungs- und Stromstärkemesswerten an den elektrischen Kontakten des Ladesteckers, welche gleichzeitig oder alternierend von in der ersten Messeinheit integrierten Teilmesseinheiten bestimmt werden. Die so gemessene elektrische Energie wird über die Übermittlungseinheit an die Ladeinfrastruktureinrichtung übermittelt. Die Steuerung der einzelnen Messungen und die mathematische Bestimmung der Energie werden dabei durch einen Mikrocontroller im Ladestecker gesteuert und überwacht.According to a further alternative embodiment, the electrical energy transferred is measured directly in the charging plug, the measured, at least one electrical variable being understood as electrical energy. The electrical energy can either be measured directly - the first measuring unit being designed as an energy meter - or also measured indirectly by integrating time from the product of direct measurements from voltage and current measurements at the electrical contacts of the charging plug, which are simultaneously or alternately in the first measuring unit integrated partial measuring units can be determined. The electrical energy measured in this way is transmitted to the charging infrastructure device via the transmission unit. The control of the individual measurements and the mathematical determination of the energy are controlled and monitored by a microcontroller in the charging plug.

Die Aufgabe wird weiterhin durch ein Messsystem mit den Merkmalen eines nebengeordneten unabhängigen Patentanspruchs gelöst. Erfindungsgemäß wird ein Messsystem zur Bestimmung einer von einer Ladeinfrastruktureinrichtung übergebenen elektrischen Energie vorgeschlagen, bei dem der Ladeinfrastruktureinrichtung zumindest zeitweise ein Ladekabel zur Ausbildung einer elektrischen Verbindung zwischen einem Anschlusspunkt des Ladekabels an der Ladeinfrastruktureinrichtung und einem Ladestecker an einem elektrisch antreibbaren Fortbewegungsmittel zuordenbar ist. Das Messsystem umfasst:

  • - eine im Ladestecker angeordnete erste Messeinheit zur Messung zumindest einer ersten elektrischen Größe an mindestens zwei elektrischen Kontakten des Ladesteckers;
  • - eine im Ladestecker angeordnete Übermittlungseinheit zur Übermittlung eines Werts der zumindest einen ersten elektrischen Größe an die Ladeinfrastruktureinrichtung;
  • - eine zweite Messeinheit zur Messung zumindest einer zweiten elektrischen Größe am Anschlusspunkt des Ladekabels; und;
  • - eine Bestimmungseinheit zur Bestimmung der von der Ladeinfrastruktureinrichtung übergebenen elektrischen Energie anhand des übermittelten Werts der ersten elektrischen Größe und der zweiten elektrischen Größe.
The object is further achieved by a measuring system with the features of an independent independent claim. According to the invention, a measuring system for determining an electrical energy transferred from a charging infrastructure device is proposed, in which the charging infrastructure device at least temporarily has a charging cable for forming an electrical connection between a connection point of the charging cable on the charging infrastructure device and a charging plug on an electrically drivable one Means of transportation can be assigned. The measuring system includes:
  • a first measuring unit arranged in the charging plug for measuring at least a first electrical quantity on at least two electrical contacts of the charging plug;
  • a transmission unit arranged in the charging plug for transmitting a value of the at least one first electrical variable to the charging infrastructure device;
  • - A second measuring unit for measuring at least a second electrical variable at the connection point of the charging cable; and;
  • a determination unit for determining the electrical energy transferred by the charging infrastructure device on the basis of the transmitted value of the first electrical variable and the second electrical variable.

Das erfindungsgemäße Messsystem verwirklicht die vorbeschriebene örtliche Verteilung bei der Messung zweier elektrischer Größen in Kombination mit einer Übertragung des am Übergabepunkt ermittelten Werts der einen elektrischen Größe an die Ladeinfrastruktureinrichtung, wo eine Bestimmungseinheit anhand des übermittelten Werts der ersten elektrischen Größe und der zweiten elektrischen Größe eine Bestimmung der von der Ladeinfrastruktureinrichtung übergebenen elektrischen Energie durchführt.The measuring system according to the invention realizes the above-described local distribution when measuring two electrical variables in combination with a transmission of the value of the one electrical variable determined at the transfer point to the charging infrastructure device, where a determination unit uses the transmitted value of the first electrical variable and the second electrical variable to make a determination the electrical energy transferred by the charging infrastructure device.

Die Aufgabe wird weiterhin durch ein Verfahren mit den Merkmalen eines nebengeordneten unabhängigen Patentanspruchs gelöst. Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Bestimmung einer von einer Ladeinfrastruktureinrichtung übergebenen elektrischen Energie vorgeschlagen, dessen Verfahrensschritte im Wesentlichen der obigen Beschreibung entsprechen.The object is further achieved by a method with the features of an independent independent claim. According to the invention, a method for determining an electrical energy transferred from a charging infrastructure device is proposed, the method steps of which essentially correspond to the above description.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.Further embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Übermittlung der elektrischen Größe in Form eines digitalen Werts. Die Übermittelungseinheit umfasst dementsprechend einen Konverter zur Bestimmung eines digitalen Werts aus dem gemessenen Wert der elektrischen Größe. Ein üblicher Analog-Digital-Konverter muss nicht notwendigerweise als separate Komponente vorgesehen sein. Alternativ können Funktionen eines Analog-Digital-Konverters beispielsweise auch Bestandteil eines auf einem Mikrocontroller zum Ablauf gebrachten Maschinencode sein oder in einer Hardware eines flankierenden FPGAs (Field Programmable Gate Array) oder ASICs (Application-Specific Integrated Circuit) implementiert sein. Der im Ladestecker angeordnete Mikrocontroller übernimmt vorzugsweise auch die Funktionen der kompletten Übermittlungseinheit, also insbesondere ein Netzwerkschnittstelle zur Implementierung eines ladeinfrastrukturseitigen Kommunikationsprotokolls. Ein entsprechend ausgestalteter und erweiterter Mikrocontroller kann darüber hinaus noch weitere Funktionen übernehmen. Insbesondere können auf dem Substrat eines dementsprechend erweiterten Mikrocontrollers flüchtige und nichtflüchtige Speicherzellen, Synchronisationsfunktionen und mikromechanische Sensoren - beispielsweise Beschleunigungssensoren in Verbindung mit Auswertungslogik - zusätzlich bereitgestellt werden. Auf einen in solcher Weise erweiterten Mikrocontroller wird in der Fachwelt auch mit dem Begriff System-on-Silicon bzw. SoS Bezug genommen.According to a preferred embodiment of the invention, the electrical variable is transmitted in the form of a digital value. The transmission unit accordingly comprises a converter for determining a digital value from the measured value of the electrical variable. A conventional analog-digital converter does not necessarily have to be provided as a separate component. Alternatively, functions of an analog-digital converter can, for example, also be part of a machine code executed on a microcontroller or be implemented in hardware of a flanking FPGA (Field Programmable Gate Array) or ASIC (Application-Specific Integrated Circuit). The microcontroller arranged in the charging plug preferably also takes over the functions of the complete transmission unit, that is to say in particular a network interface for implementing a communication protocol on the charging infrastructure side. An appropriately designed and expanded microcontroller can also perform other functions. In particular, volatile and non-volatile memory cells, synchronization functions and micromechanical sensors — for example acceleration sensors in conjunction with evaluation logic — can additionally be provided on the substrate of a correspondingly expanded microcontroller. A microcontroller that has been expanded in this way is also referred to in the technical field by the term system-on-silicone or SoS.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Übermittlung des oder der digitalen Werte der mindestens einen elektrischen Größe zusammen mit einem jeweiligen Zeitstempel, welche einen absoluten oder relativen Messzeitpunkt der Ermittlung des oder der digitalen Werte der mindestens einen elektrischen Größe entspricht. Hierzu wird ein Datenfeld, bestehend aus digitalen Werten der mindestens einen elektrischen Größe zusammen mit dem jeweiligen Zeitstempel übertragen. Da es eine Übermittlung des Werts an die Infrastruktureinrichtung zu unweigerlichen Verzögerungen kommt, schafft der Zeitstempel die Möglichkeit einer rechnerischen Synchronisation der örtlich - und damit auch zeitlich - auseinanderfallenden Werte. Zur Bestimmung der übergebenen elektrischen Energie sind die zeitlich zusammenfallenden Augenblickswerte von Spannung und Stromstärke zu messen und während der Entnahmedauer, also der Ladezeit, zeitlich zu integrieren.According to a preferred embodiment of the invention, the transmission of the digital value or values of the at least one electrical variable takes place together with a respective time stamp, which corresponds to an absolute or relative measurement time of the determination of the digital value or values of the at least one electrical variable. For this purpose, a data field consisting of digital values of the at least one electrical variable is transmitted together with the respective time stamp. Since there is an inevitable delay in the transmission of the value to the infrastructure facility, the time stamp creates the possibility of arithmetic synchronization of the locally - and thus also temporally - different values. In order to determine the electrical energy transferred, the instantaneous values of voltage and current must coincide and be integrated in time during the withdrawal period, i.e. the charging time.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Übermittlung des digitalen Werts der elektrischen Größe oder des Datenfelds gemäß dem oben erläuterten ladeinfrastrukturseitigen Kommunikationsprotokoll.According to a preferred embodiment of the invention, the transmission of the digital value of the electrical quantity or of the data field takes place in accordance with the above-described communication protocol on the loading infrastructure.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung erfolgt eine kryptographisch gesicherte Übermittlung des digitalen Werts an die Ladeinfrastruktureinrichtung. Dabei werden der oder die zwischen dem Ladestecker und der Ladeinfrastruktureinrichtung zu übertragenden digitalen Werte beispielsweise kryptographisch signiert. Seitens des Ladesteckers erfolgt diese Signatur beispielsweise durch eine Funktion des im Ladestecker verbauten Mikrocontrollers. Durch eine kryptographisch Signatur des zu übertragenden digitalen Werts wird sichergestellt, dass dieser im Sinne eines Manipulationsschutzes nicht mehr bearbeitet oder verändert werden kann. Beispielsweise kann eine Signatur mittels eines Schlüsselpaares erfolgen. In Anwendung eines vom Mikrocontroller verwalteten privaten Schlüssels wird eine Signatur des Werts errechnet. Ein öffentlicher Schlüssel des zugehörigen Schlüsselpaars liegt dem Empfänger des Werts innerhalb der Ladeinfrastruktureinrichtung vor und wird zur Prüfung des privaten Schlüssels bzw. zur Prüfung der mit dem privaten Schlüssel erstellten Signatur angewandt. Ein solcher kryptographischer Datenaustausch kann selbstverständlich auch bidirektional erfolgen. Der kryptographischer Datenaustausch gemäß dieser Ausgestaltung trägt unter anderem zur Erreichung einer eichrechtlichen Unbestreitbarkeit bei.According to a preferred embodiment of the invention, the digital value is transmitted cryptographically secured to the charging infrastructure device. The digital value or values to be transmitted between the charging plug and the charging infrastructure device are, for example, cryptographically signed. On the part of the charging plug, this signature takes place, for example, through a function of the microcontroller installed in the charging plug. A cryptographic signature of the digital value to be transmitted ensures that it can no longer be edited or changed to protect against manipulation. For example, a signature can be made using a key pair. Using a private key managed by the microcontroller a signature of the value is calculated. A public key of the associated key pair is available to the recipient of the value within the charging infrastructure device and is used to check the private key or to check the signature created with the private key. Such cryptographic data exchange can of course also take place bidirectionally. The cryptographic data exchange in accordance with this embodiment contributes, among other things, to the achievement of an uncontested custody account.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung erfolgen eine Übermittlung des Werts sowie eine bidirektionale Kommunikation zwischen dem Ladestecker oder dem elektrisch antreibbaren Fortbewegungsmittel einerseits sowie der Ladeinfrastruktureinrichtung andererseits auf galvanische Übertragungsweise, also über das Ladekabel. Bei entsprechender Ausgestaltung der Ladeinfrastruktureinrichtung mit einer drahtlosen Schnittstelle kann eine solche bidirektionale Kommunikation mit dem Ladestecker jedoch alternativ oder zusätzlich auch über eine drahtlose Luftschnittstelle erfolgen.According to one embodiment of the invention, the value is transmitted and bidirectional communication takes place between the charging plug or the electrically drivable means of transportation on the one hand and the charging infrastructure device on the other hand by means of galvanic transmission, that is to say via the charging cable. With a corresponding design of the charging infrastructure device with a wireless interface, such bidirectional communication with the charging plug can alternatively or additionally also take place via a wireless air interface.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung wird ein Ladekabel, bestehend aus einer Leitergarnitur zur Übertragung elektrischer Ladeleistung und/oder zur Übertragung von Daten sowie ein Ladestecker vorgeschlagen.According to one embodiment of the invention, a charging cable consisting of a conductor set for the transmission of electrical charging power and / or for the transmission of data as well as a charging plug are proposed.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung wird ein Messsystem vorgeschlagen, bei dem mindestens die zweite infrastrukturseitige Messeinheit - d.h. die zweite Messeinheit alleine oder die zweite Messeinheit und eine infrastrukturseitige dritte Messeinheit - eingerichtet ist zur Messung einer Anschlussspannung und eines Ladestroms am Anschlusspunkt des Ladekabels und bei der die infrastrukturseitige Bestimmungseinheit zusätzlich eingerichtet ist zur Bestimmung der elektrischen Energie anhand der gemessenen Anschlussspannung und des gemessenen Ladestroms. Diese Messungen entsprechen einer konventionellen, eichrechtlich zunächst zu beanstandenden Bestimmung der elektrischen Energie am Anschlusspunkt. Die Bestimmungseinheit ist zusätzlich eingerichtet zur Korrektur der konventionell bestimmten Werte durch eine Korrektur mit einem am Übergabepunkt, also am Ladestecker, gemessenen Wert mindestens einen ersten elektrischen Größe. Ein Korrekturwert besteht z.B. aus dem Verhältnis von der am Ladestecker gemessenen Spannung und der am Anschlusspunkt gemessenen Anschlussspannung. Eine solche Kombination aus herkömmliche Energiebestimmung und Korrekturwertermittlung aufgrund einer dezentralen Messung ist insbesondere bei einem Ausfall einer Funktionseinheit - beispielsweise der ersten Messeinheit oder der Übermittlungseinheit - im Ladestecker vorteilhaft, da bis zu einer Wartung des Ladesteckers zumindest eine ungenauere Energie im Anschlusspunkt erhoben werden kann.According to one embodiment of the invention, a measuring system is proposed in which at least the second infrastructure-side measuring unit - i.e. the second measuring unit alone or the second measuring unit and a third measuring unit on the infrastructure - is set up to measure a supply voltage and a charging current at the connection point of the charging cable and in which the determining unit on the infrastructure is additionally set up to determine the electrical energy on the basis of the measured supply voltage and the measured charging current. These measurements correspond to a conventional determination of the electrical energy at the connection point that is initially objectionable under legal metrology. The determination unit is additionally set up to correct the conventionally determined values by a correction with a value measured at the transfer point, that is to say at the charging plug, of at least a first electrical variable. A correction value exists e.g. from the ratio of the voltage measured at the charging plug and the connection voltage measured at the connection point. Such a combination of conventional energy determination and correction value determination based on a decentralized measurement is particularly advantageous in the event of a failure of a functional unit - for example the first measuring unit or the transmission unit - in the charging plug, since at least one less precise energy can be collected at the connection point until the charging plug is serviced.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung wird ein Messsystem vorgeschlagen, bei dem die Bestimmungseinheit außerhalb der Ladeinfrastruktureinrichtung lokalisiert ist, beispielsweise in einem dezentralen Server oder in einer Bestimmungseinheit einer Abrechnungsstelle. Hierzu ist in der Ladeinfrastruktureinrichtung eine infrastrukturseitige zweite Übermittlungseinheit zur Übermittlung zumindest einer elektrischen Größe an die außerhalb der Ladeinfrastruktureinrichtung lokalisierte Bestimmungseinheit vorgesehen ist. Alternativ kann auch eine verteilte Bestimmung mit einer innerhalb der Ladeinfrastruktureinrichtung vorgesehenen Bestimmungseinheit und einer außerhalb der Ladeinfrastruktureinrichtung Bestimmungseinheit vorgesehen sein.According to one embodiment of the invention, a measurement system is proposed in which the determination unit is located outside the charging infrastructure device, for example in a decentralized server or in a determination unit of a billing center. For this purpose, a second transmission unit on the infrastructure side is provided in the charging infrastructure device for transmitting at least one electrical variable to the determination unit located outside the charging infrastructure device. Alternatively, a distributed determination can also be provided with a determination unit provided inside the charging infrastructure device and a determination unit outside the charging infrastructure device.

Im Weiteren werden Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Ladesteckers und des erfindungsgemäßen Messsystems anhand der Zeichnung näher erläutert. Identische Bezugszeichen in verschiedenen Figuren repräsentieren hierbei identische Funktionseinheiten. Es zeigen:

  • 1 ein Strukturbild zur Darstellung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ladesteckers;
  • 2 ein Strukturbild zur Darstellung einer Ladeinfrastruktur in Zusammenwirkung mit erfindungsgemäßen Funktionseinheiten; und;
  • 3 ein Blockschaltbild zur Darstellung von Komponenten gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ladesteckers.
In the following, embodiments of the charging plug according to the invention and the measuring system according to the invention are explained in more detail with reference to the drawing. Identical reference symbols in different figures represent identical functional units. Show it:
  • 1 a structural diagram to illustrate an embodiment of a charging connector according to the invention;
  • 2nd a structural diagram to illustrate a charging infrastructure in cooperation with functional units according to the invention; and;
  • 3rd a block diagram showing components according to an embodiment of the charging connector according to the invention.

Die Figuren sind zugunsten einer anschaulichen Darstellungsweise nicht notwendigerweise maßstabsgerecht gezeichnet, insbesondere entsprechen die Größenverhältnisse der dargestellten Figurenelemente - sowohl für sich als auch im Verhältnis zueinander - nicht notwendigerweise der RealitätThe figures are not necessarily drawn to scale in favor of a descriptive representation, in particular the size relationships of the illustrated figure elements - both individually and in relation to one another - do not necessarily correspond to reality

1 zeigt ein Strukturbild zur Darstellung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ladesteckers PLG. Der Ladestecker weist ein fachübliches Steckfeld CP mit einer Mehrzahl elektrischer Kontakte L1,L2,L3 auf. 1 shows a structural diagram to illustrate an embodiment of a charging plug according to the invention PLG . The charging plug has a standard patch panel CP with a plurality of electrical contacts L1 , L2 , L3 on.

Anzahl, Verwendung und Anordnung der elektrischen Kontakte innerhalb des Steckfelds CP sind hinreichend genormt, unter anderem existieren Steckfelder CP gemäß einer auch als Ladestecker Typ 1 bezeichneten Norm gemäß SAE J1772-2009, Ladestecker Typ 2 gemäß EN 62196-2 (VDE-AR-E 2623-2-2) und Ladestecker Typ 3 gemäß einem Vorschlag eines Konsortiums »EV Plug Alliance«.Number, use and arrangement of the electrical contacts within the patch panel CP are sufficiently standardized, including patch panels CP according to one also as a charging plug type 1 designated standard according to SAE J1772-2009, charging plug type 2nd according to EN 62196-2 (VDE-AR-E 2623-2-2) and charging plug type 3rd according to a proposal from a consortium “EV Plug Alliance”.

Gemäß der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung ist innerhalb des Ladesteckergehäuses eine erste Messeinheit M1 zur Messung zumindest einer elektrischen Größe an mindestens zwei elektrischen Kontakten L1,L2 vorgesehen. Weiterhin ist eine - nicht dargestellte - Übermittlungseinheit zur Übermittlung der zumindest einen gemessenen elektrischen Größe an die Ladeinfrastruktureinrichtung EVSE vorgesehen. Die - nicht dargestellte - Übermittlungseinheit ist in 1 in einem Mikrocontroller CTR hardwaremäßig und/oder softwaremäßig implementiert.According to the present embodiment of the invention is within the Charging connector housing a first measuring unit M1 for measuring at least one electrical quantity on at least two electrical contacts L1 , L2 intended. Furthermore, there is a transmission unit (not shown) for transmitting the at least one measured electrical variable to the charging infrastructure device EVSE intended. The - not shown - transmission unit is in 1 in a microcontroller CTR implemented in hardware and / or software.

Die erste Messeinheit misst eine zwischen den elektrischen Kontakten L1,L2 anliegende elektrische Spannung, deren Wert in einem - nicht dargestellten - Konverter des Mikrocontroller CTR digitalisiert, anschließend von einer - nicht dargestellten - Verschlüsselungseinheit kryptographisch gesichert und an die Übermittlungseinheit zur Übermittlung über eine oder mehrere - nicht dargestellte - Datenleitungen im Ladekabel CC an eine Ladeinfrastruktureinrichtung am anderen Ende des Datenkabels CC übermittelt wird. Eine Übermittlung des kryptographisch gesicherten Übermittlung des digitalen Werts über das Ladekabel CC erfolgt gemäß einem ladeinfrastrukturseitigen Kommunikationsprotokoll.The first measuring unit measures one between the electrical contacts L1 , L2 applied electrical voltage, its value in a - not shown - converter of the microcontroller CTR digitized, then cryptographically secured by an encryption unit (not shown) and to the transmission unit for transmission via one or more data lines (not shown) in the charging cable CC to a charging infrastructure facility at the other end of the data cable CC is transmitted. A transmission of the cryptographically secured transmission of the digital value via the charging cable CC takes place according to a communication protocol on the loading infrastructure side.

Optional ist eine - nicht dargestellte - Zeitbasis innerhalb des Mikrocontroller CTR, welche den Wert der elektrischen Spannung zusätzlich mit einem Zeitstempel versieht. Der Wert der elektrischen Spannung sowie der Zeitstempel werden beispielsweise in einem Datenfeld abgelegt, welches dann kryptographisch gesichert und an die Übermittlungseinheit zur Übermittlung an die Ladeinfrastruktureinrichtung übermittelt wird. Der Zeitstempel beinhaltet beispielsweise einen zeitlichen Wert des Messzeitpunkts.A time base (not shown) within the microcontroller is optional CTR , which additionally provides the value of the electrical voltage with a time stamp. The value of the electrical voltage and the time stamp are stored, for example, in a data field which is then cryptographically secured and transmitted to the transmission unit for transmission to the charging infrastructure device. The time stamp contains, for example, a time value of the measurement time.

Dieser Zeitstempel wird vorzugsweise in einem seitens der Ladeinfrastruktureinrichtung verwalteten Datensatz zusammen mit jeweiligen Messwerten zumindest mittelfristig gespeichert, sodass eine nachträgliche Prüfung des von der ersten Messeinheit M1 im Stecker gemessenen Werts für den Zweck einer Eichprüfung ermöglicht wird.This time stamp is preferably stored in a data record managed by the charging infrastructure device together with respective measured values, at least in the medium term, so that the first measuring unit can be subsequently checked M1 value measured in the connector is made possible for the purpose of a calibration test.

3 zeigt ein Blockschaltbild zur Darstellung von elektrischen Komponenten innerhalb des Ladesteckers. Die zwischen dem ersten Kontakt L1 und dem zweiten Kontakt L2 anliegende elektrische Spannung wird über zwei Schutzimpedanzen an die erste Messeinheit M1 zugeführt. Der Messwert der Spannung wird einem Analog-Digital-Konverter AD, an dessen rechtsseitigen Ausgang ein digitaler Wert vorliegt. Dieser wird über die Übermittlungseinheit TU in Richtung des Ladekabels übermittelt. Wie oben angesprochen, können die elektrischen Komponenten M1,AD,TU beliebig innerhalb eines Mikrocontrollers CTR implementiert werden. 3rd shows a block diagram showing electrical components within the charging connector. The one between the first contact L1 and the second contact L2 Electrical voltage is applied to the first measuring unit via two protective impedances M1 fed. The measured value of the voltage is an analog-digital converter AD, at the right-hand output there is a digital value. This is transmitted via the transmission unit TU in the direction of the charging cable. As mentioned above, the electrical components M1 , AD , TU anywhere within a microcontroller CTR be implemented.

2 zeigt eine Ladeinfrastruktur mit einem zu ladendenden elektrisch antreibbaren Fortbewegungsmittel bzw. Elektrofahrzeug EV sowie einer Ladeinfrastruktureinrichtung EVSE. 2nd shows a charging infrastructure with an electrically drivable means of transport or electric vehicle to be charged EV and a charging infrastructure facility EVSE .

Die Ladeinfrastruktureinrichtung EVSE enthält eine Energieversorgungseinrichtung PSU zur fachüblichen Bereitstellung, Aufbereitung und Steuerung eines elektrischen Ladestroms, auf die hier nicht näher eingegangen wird. Der Ladestrom fließt nach Stecken des Ladesteckers PLG in eine fahrzeugseitige Buchse SC - die Zeichnung zeigt einen noch nicht gesteckten Zustand - sowie einer entsprechenden Autorisierung und Freigabe seitens der Ladeinfrastruktureinrichtung EVSE von der Energieversorgungseinrichtung PSU über einen Anschlusspunkt CON und über das mit der Ladeinfrastruktureinrichtung EVSE fest oder steckbar verbundene Ladekabel CC.The charging infrastructure facility EVSE contains an energy supply device PSU for the customary provision, preparation and control of an electrical charging current, which will not be discussed in more detail here. The charging current flows after the charging plug is inserted PLG into a vehicle-side socket SC - the drawing shows a not yet plugged-in state - as well as a corresponding authorization and release on the part of the charging infrastructure device EVSE from the power supply unit PSU via a connection point CON and about that with the charging infrastructure EVSE Fixed or plug-in charging cable CC .

Ein übliches Ladekabel CC umfasst eine Kabelgarnitur, bestehend aus mehreren Leitungen zur jeweiligen Ladestromführung - beispielsweise Außenleiter bzw. Phasenleiter, Neutralleiter, Schutzleiter etc. - sowie mindestens eine Signalleitung. Ein Schutzleiter in der Kabelgarnitur bildet dabei aus Sicherheitsgründen eine Rückleitung für die Signalleitung. Die Durchgängigkeit der Geräteerde zwischen der Signalleitung und dem Elektrofahrzeugs EV wird seitens der Energieversorgungseinrichtung PSU durch Messung des Stromflusses (des sog. »Pilotsignals«) in der Signalleitung überprüft. Ein Stromfluss in die Kabelgarnitur darf nur erfolgen, wenn der Signalleitungsstromkreis ordnungsgemäß geschlossen ist. Mehrere Signalleitungen können zur Gewährleistung einer breitbandigen Datenübertragung als paarweise verdrillte Adernpaare mit optionaler einzelner Schirmung der Adernpaare ausgeführt sein. Das Ladekabel CC dient also neben einem Transport des elektrischen Ladestroms üblicherweise auch einem Austausch von Daten und Steuersignalen im Zusammenhang mit dem Ladevorgang.A common charging cable CC includes a cable set, consisting of several cables for the respective charging current routing - for example outer conductor or phase conductor, neutral conductor, protective conductor etc. - as well as at least one signal line. For safety reasons, a protective conductor in the cable set forms a return line for the signal line. The continuity of the device earth between the signal line and the electric vehicle EV is checked by the power supply unit PSU by measuring the current flow (the so-called "pilot signal") in the signal line. Current can only flow into the cable assembly if the signal line circuit is properly closed. To ensure broadband data transmission, several signal lines can be designed as twisted pair pairs with optional individual shielding of the wire pairs. The charging cable CC In addition to transporting the electric charging current, it is therefore usually also used to exchange data and control signals in connection with the charging process.

Ein Austausch der Daten und Steuersignale über das Ladekabel CC erfolgt gemäß einem ladeinfrastrukturseitigen Kommunikationsprotokoll.An exchange of data and control signals via the charging cable CC takes place according to a communication protocol on the loading infrastructure side.

An einem von der der Energieversorgungseinrichtung PSU in Richtung des Anschlusspunkts CON führenden Ladestromstrang ist ladeinfrastrukturseitig eine zweite Messeinheit M2 zur Messung des Ladestroms vorgesehen.On one of the power supply devices PSU in the direction of the connection point CON leading charging current string is a second measuring unit on the charging infrastructure side M2 provided for measuring the charging current.

Die Ladeinfrastruktureinrichtung EVSE enthält des Weiteren eine Bestimmungseinheit DU. Die Bestimmungseinheit DU ist eingerichtet zur Entgegennahme und kryptographischen Entschlüsselung eines Datenfelds, welches von der im Ladestecker PLG eingerichteten Übermittlungseinheit über das Datenkabel CC gesendet wird. Diesem Datenfeld wird seitens der Bestimmungseinheit DU zumindest ein Wert der zumindest einen gemessenen elektrischen Größe entnommen, im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein an mindestens zwei elektrischen Kontakten L1,L2 am Steckfeld CP des Ladesteckers PLG gemessene elektrische Spannung. Dem Datenfeld wird weiterhin ein zeitliches Datum bzw. Zeitstempel entnommen und als Zeitpunkt der Messung bei der Bestimmung bzw. Berechnung der elektrischen Energie berücksichtigt.The charging infrastructure facility EVSE also contains a determination unit YOU . The destination unit YOU is set up to receive and cryptographically decrypt a data field which is different from that in the charging plug PLG set up transmission unit via the data cable CC is sent. This data field is on the part of the determination unit YOU at least one value taken from the at least one measured electrical variable, in the present exemplary embodiment one from at least two electrical contacts L1 , L2 on the patch panel CP of the charging plug PLG measured electrical voltage. A date or time stamp is also taken from the data field and taken into account as the time of the measurement when determining or calculating the electrical energy.

Die von der Ladeinfrastruktureinrichtung EVSE übergebene elektrischen Energie wird durch die Bestimmungseinheit DU bestimmt aus dem vom Ladestecker PLG übermittelten Wert der zwischen den elektrischen Kontakten L1,L2 anliegende elektrische Spannung sowie den von der zweiten Messeinheit M2 lokal gemessenen Wert des Ladestroms. Zur Bestimmung der übergebenen elektrischen Energie werden anhand ihres Zeitstempels zeitlich übereinstimmende Augenblickswerte der Spannung und der Stromstärke zugeordnet - also systematisch bzw. rechnerisch synchronisiert - und während der Ladezeit zeitlich integriert.The charging infrastructure facility EVSE Electrical energy is transferred by the determination unit YOU determined from that of the charging plug PLG transmitted value of the between the electrical contacts L1 , L2 applied electrical voltage and that of the second measuring unit M2 locally measured value of the charging current. In order to determine the electrical energy transferred, instantaneous values of the voltage and the current intensity are assigned on the basis of their time stamp - that is, systematically or mathematically synchronized - and integrated in time during the charging time.

Sofern erforderlich werden die beteiligten Messeinheiten M1,M2 unter Anwendung bekannter Synchronisationsprotokolle, wie beispielsweise NTP, Network Time Protocol, über die Datenverbindung des Ladekabels CC zusätzlich miteinander synchronisiert. Alternativ erfolgt eine Synchronisation unter Anwendung schneller Signalformänderungen der elektrischen Spannung, also Signaländerungen mit hoher Flankensteilheit, welche durch die beiden Messeinheiten M1,M2 jeweils zeitgleich erfasst werden. Durch eine Kombination beider Synchronisationsverfahren kann eine Synchronisation mittels NTP weiter verfeinert werden. Weiterhin kann von beiden Messeinheiten M1,M2 ein Wert einer absoluten Zeit über das Synchronisationsprotokoll NTP bezogen werden. Eine zeitliche Abweichung, welche sich z.B. durch eine eine Latenz - »Powerlinelatenz« - bei der Übertragung bzw. Weiterleitung ergibt, kann durch eine Flanke des Pilotsignals bzw. Control Pilot Signal korrigiert werden.If necessary, the measuring units involved M1 , M2 using known synchronization protocols, such as NTP, Network Time Protocol, via the data connection of the charging cable CC additionally synchronized with each other. Alternatively, synchronization is carried out using rapid changes in the shape of the electrical voltage, that is to say changes in signal with high slope, which are caused by the two measuring units M1 , M2 are recorded at the same time. A combination of both synchronization methods can be used to further refine synchronization using NTP. Furthermore, from both measuring units M1 , M2 a value of an absolute time can be obtained via the synchronization protocol NTP. A time deviation, which results, for example, from a latency - "powerline latency" - during transmission or forwarding can be corrected by an edge of the pilot signal or control pilot signal.

Statt einer einzelnen Ladeinfrastruktureinrichtung EVSE kann eine erweiterte - nicht dargestellte - Ladeinfrastruktur vorgesehen sein, welche z.B. eine modulare Schaltschrankeinrichtungen umfasst, insbesondere um Tiefgaragen mit mehreren Ladeplätzen auszustatten. Dabei können mehrere Ladesteuerungen, vorgesehen sein welche Gruppen von Ladeplätzen zur Verfügung stehen. Auch kann eine - nicht dargestellte - übergeordnete Ladesteuerung in einem infrastrukturseitigen Kommunikationssystem mit mehreren Ladekabeln kommunizieren.Instead of a single charging infrastructure EVSE For example, an expanded charging infrastructure (not shown) can be provided, which includes, for example, modular switchgear cabinet equipment, in particular in order to equip underground garages with several charging spaces. Several charging controls can be provided, which groups of charging stations are available. A higher-level charging control (not shown) can also communicate with a plurality of charging cables in an infrastructure-based communication system.

Der Übergabepunkt ist definiert als der Ort, an dem die elektrische Energie in die Energiesenke - hier das elektrisch antreibbare Fortbewegungsmittel bzw. Elektrofahrzeug EV - eingespeist wird. Dieser Übergabepunkt entspricht in der Zeichnung dem Ladestecker PLG am fahrzeugseitigen Ende des Ladekabels CC. Demgegenüber ist der Anschlusspunkt CON definiert als der Ort, an die elektrische Energie zum Betrieb bzw. zum Laden der Energiesenke - Elektrofahrzeug EV - entnommen wird. Dieser Anschlusspunkt CN entspricht in der Zeichnung dem Anschluss des Verbindungskabels CC an der Ladeinfrastruktureinrichtung EVSE.The transfer point is defined as the location at which the electrical energy enters the energy sink - here the electrically drivable means of transportation or electric vehicle EV - is fed. This transfer point corresponds to the charging plug in the drawing PLG at the vehicle end of the charging cable CC . In contrast, is the connection point CON defined as the place to which electrical energy is used to operate or charge the energy sink - electric vehicle EV - is removed. This connection point CN corresponds to the connection of the connecting cable in the drawing CC at the charging infrastructure facility EVSE .

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung wird ein - nicht dargestelltes - Messsystem vorgeschlagen, bei der mindestens die zweite infrastrukturseitige Messeinheit M2 eingerichtet ist zur Messung einer Anschlussspannung und eines Ladestroms am Anschlusspunkt CON des Ladekabels CC und bei der die infrastrukturseitige Bestimmungseinheit DU zusätzlich eingerichtet ist zur Bestimmung der elektrischen Energie anhand der gemessenen Anschlussspannung und des gemessenen Ladestroms. »Mindestens die zweite infrastrukturseitige Messeinheit M2« ist dabei so zu verstehen, dass die die zweite Messeinheit alleine beide Messungen der Anschlussspannung und des Ladestroms übernimmt, oder, alternativ, dass die zweite Messeinheit M2 und eine weitere infrastrukturseitige - nicht dargestellte - dritte Messeinheit - jeweils eine der beiden Messungen vornimmt.According to one embodiment of the invention, a measurement system (not shown) is proposed in which at least the second infrastructure-side measurement unit M2 is set up to measure a supply voltage and a charging current at the connection point CON of the charging cable CC and in which the infrastructure-side determination unit YOU is additionally set up for determining the electrical energy on the basis of the measured supply voltage and the measured charging current. »At least the second infrastructure-side measuring unit M2 «Is to be understood in such a way that the second measuring unit alone takes over both measurements of the supply voltage and the charging current, or, alternatively, that the second measuring unit M2 and another infrastructure-side measurement unit - not shown - takes one of the two measurements.

Gemäß einer - nicht dargestellten - Ausgestaltung ist diese Bestimmungseinheit außerhalb der Ladeinfrastruktureinrichtung lokalisiert, beispielsweise in einem dezentralen Server oder in einer Bestimmungseinheit einer Abrechnungsstelle. Hierzu ist in der Ladeinfrastruktureinrichtung EVSE eine - nicht dargestellte - infrastrukturseitige zweite Übermittlungseinheit zur Übermittlung zumindest einer elektrischen Größe an die außerhalb der Ladeinfrastruktureinrichtung lokalisierte Bestimmungseinheit vorgesehen.According to an embodiment (not shown), this determination unit is located outside the charging infrastructure device, for example in a decentralized server or in a determination unit of a billing center. This is in the charging infrastructure facility EVSE a second transmission unit (not shown) for transmitting at least one electrical quantity to the determination unit located outside the charging infrastructure device is provided.

Diese Messungen am Anschlusspunkt CON entsprechen einer konventionellen, eichrechtlich zunächst zu beanstandenden Bestimmung der elektrischen Energie. Die Bestimmungseinheit DU ist allerdings darüber hinaus eingerichtet zur Korrektur der konventionell bestimmten Werte durch eine Korrektur mit einem am Übergabepunkt, also am Ladestecker PLG, gemessenen Wert mindestens einen ersten elektrischen Größe. Ein Korrekturwert besteht z.B. aus dem Verhältnis von der am Ladestecker gemessenen Spannung und der am Anschlusspunkt gemessenen Anschlussspannung. Eine solche Kombination aus herkömmlicher Energiebestimmung und Korrekturwertermittlung aufgrund einer dezentralen Messung ist insbesondere bei einem Ausfall einer Funktionseinheit - beispielsweise der ersten Messeinheit M1 oder der Übermittlungseinheit TU - im Ladestecker PLG vorteilhaft, da bis zu einer Wartung des Ladesteckers PLG zumindest eine ungenauere Energie im Anschlusspunkt erhoben werden kann. Dieses Ausführungsbeispiel verwirklicht architekturell gesprochen eine Kombination aus einer konventionellen, nicht verteilten Messung in Zusammenwirkung mit einer dezentralen Korrekturwertermittlung.These measurements at the connection point CON correspond to a conventional determination of electrical energy that is initially objectionable under custody law. The destination unit YOU is, however, also set up to correct the conventionally determined values by a correction at the transfer point, i.e. at the charging plug PLG , measured value at least a first electrical quantity. A correction value consists, for example, of the ratio of the voltage measured at the charging plug and the connection voltage measured at the connection point. Such a combination of conventional energy determination and correction value determination based on a decentralized measurement is particularly useful in the event of a failure of a functional unit - for example the first measuring unit M1 or the transmission unit TU - in the charging plug PLG advantageous because up to maintenance of the charging plug PLG at least one less precise energy can be collected at the connection point. Architecturally speaking, this exemplary embodiment realizes a combination of a conventional, non-distributed measurement in cooperation with a decentralized correction value determination.

Zusammenfassend ist der erfindungsgemäße Ladestecker von der Überlegung getragen, eine eichrechtskonforme Bestimmung einer übergebenen elektrischen Energie zu gewährleisten, indem zumindest eine elektrische Größe am Übergabepunkt der elektrischen Leistung gemessen wird, deren jeweiliger Wert an die Ladeinfrastruktur übermittelt wird. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird lediglich eine der beiden zur Bestimmung der elektrischen Energie zu messenden elektrischen Größen im Ladestecker gemessen, während die andere elektrische Größe beispielsweise am Anschlusspunkt der Ladekabels in der Ladeinfrastruktureinrichtung gemessen wird. Die erfindungsgemäße eröffnete örtliche Verteilung bei der Messung zweier elektrischer Größen in Kombination mit einer Übertragung des am Übergabepunkt ermittelten Werts der einen elektrischen Größe gewährleistet eine eichrechtskonforme Bestimmung der von einer Ladeinfrastruktureinrichtung übergebenen elektrischen Energie.In summary, the charging plug according to the invention is based on the consideration of ensuring that a transferred electrical energy is determined in accordance with legal provisions by measuring at least one electrical variable at the transfer point of the electrical power, the respective value of which is transmitted to the charging infrastructure. According to a preferred embodiment, only one of the two electrical quantities to be measured for determining the electrical energy is measured in the charging plug, while the other electrical quantity is measured, for example, at the connection point of the charging cable in the charging infrastructure device. The local distribution opened according to the invention when measuring two electrical variables in combination with a transmission of the value of the one electrical variable determined at the transfer point ensures that the electrical energy transferred by a charging infrastructure device is determined in accordance with legal provisions.

Claims (13)

Ladestecker zum Verbinden eines elektrisch antreibbaren Fortbewegungsmittels (EV) über ein Ladekabel (CC) mit einer Ladeinfrastruktureinrichtung (EVSE), der Ladestecker (PLG) umfassend: - ein Steckfeld (CP) mit einer Mehrzahl elektrischer Kontakte (L1, L2, L3) ; - eine erste Messeinheit (M1) zur Messung zumindest einer elektrischen Größe an mindestens zwei elektrischen Kontakten (L1,L2); und; - eine Übermittlungseinheit (TU) zur Übermittlung zumindest eines Werts der zumindest einen gemessenen elektrischen Größe an die Ladeinfrastruktureinrichtung (EVSE).Charging plug for connecting an electrically drivable means of transportation (EV) via a charging cable (CC) to a charging infrastructure device (EVSE), the charging plug (PLG) comprising: - A patch panel (CP) with a plurality of electrical contacts (L1, L2, L3); - a first measuring unit (M1) for measuring at least one electrical quantity on at least two electrical contacts (L1, L2); and; - A transmission unit (TU) for transmitting at least one value of the at least one measured electrical variable to the charging infrastructure device (EVSE). Ladestecker gemäß Patentanspruch 1, wobei die Übermittlungseinheit (TU) einen Konverter (AD) zur digitalen Übermittlung des Werts der elektrischen Größe umfasst.Charging plug according to Claim 1 , wherein the transmission unit (TU) comprises a converter (AD) for the digital transmission of the value of the electrical quantity. Ladestecker gemäß einem der vorgenannten Patentansprüche, wobei die Übermittlungseinheit (TU) einen Konverter (AD) zur digitalen Übermittlung des Werts der elektrischen Größe umfasst.Charging plug according to one of the preceding claims, wherein the transmission unit (TU) comprises a converter (AD) for digital transmission of the value of the electrical quantity. Ladestecker gemäß einem der vorgenannten Patentansprüche, wobei die Übermittlungseinheit (TU) eine Zeitbasis zur Übermittlung eines Zeitstempels mit dem Wert der elektrischen Größe umfasst.Charging plug according to one of the preceding claims, wherein the transmission unit (TU) comprises a time base for transmitting a time stamp with the value of the electrical variable. gemäß einem der vorgenannten Patentansprüche, wobei die Übermittlungseinheit (TU) zur Übermittlung gemäß einem ladeinfrastrukturseitigen Kommunikationsprotokoll eingerichtet ist.according to one of the preceding claims, wherein the transmission unit (TU) is set up for transmission according to a loading infrastructure-side communication protocol. Ladestecker gemäß einem der vorgenannten Patentansprüche, wobei die Übermittlungseinheit für eine kryptographisch gesicherte Übermittlung eingerichtet ist.Charging plug according to one of the preceding claims, wherein the transmission unit is set up for cryptographically secured transmission. Ladestecker gemäß einem der vorgenannten Patentansprüche, wobei die Übermittlungseinheit zur galvanischen Übermittlung über das Ladekabel (CC) eingerichtet ist.Charging plug according to one of the preceding claims, wherein the transmission unit is set up for galvanic transmission via the charging cable (CC). Ladekabel, umfassend, - eine Leitergarnitur zur Übertragung elektrischer Ladeleistung und/oder zur Übertragung von Daten; und; - einen Ladestecker (PLG) nach einem der vorgenannten Patentansprüche.Charging cable, comprehensive, - A conductor set for the transmission of electrical charging power and / or for the transmission of data; and; - A charging plug (PLG) according to one of the preceding claims. Messsystem zur Bestimmung einer von einer Ladeinfrastruktureinrichtung (EVSE) übergebenen elektrischen Energie, wobei der Ladeinfrastruktureinrichtung (EVSE) zumindest zeitweise ein Ladekabel (CC) zur Ausbildung einer elektrischen Verbindung zwischen einem Anschlusspunkt des Ladekabels (CC) an der Ladeinfrastruktureinrichtung (EVSE) und einem Ladestecker (PLG) an einem elektrisch antreibbaren Fortbewegungsmittel (EV) zuordenbar ist, das Messsystem umfassend: - eine im Ladestecker (PLG) angeordnete erste Messeinheit (M1) zur Messung zumindest einer ersten elektrischen Größe an mindestens zwei elektrischen Kontakten (L1,L2) des Ladesteckers (PLG); - eine im Ladestecker (PLG) angeordneten Übermittlungseinheit (TU) zur Übermittlung eines Werts der zumindest einen ersten elektrischen Größe an die Ladeinfrastruktureinrichtung (EVSE); - eine zweite Messeinheit (M2) zur Messung zumindest einer zweiten elektrischen Größe am Anschlusspunkt (CON) des Ladekabels (CC); und; - eine Bestimmungseinheit (DU) zur Bestimmung der von der Ladeinfrastruktureinrichtung (EVSE) übergebenen elektrischen Energie anhand des übermittelten Werts der ersten elektrischen Größe und der zweiten elektrischen Größe.Measuring system for determining an electrical energy transferred from a charging infrastructure device (EVSE), the charging infrastructure device (EVSE) at least temporarily a charging cable (CC) for forming an electrical connection between a connection point of the charging cable (CC) on the charging infrastructure device (EVSE) and a charging plug ( PLG) on an electrically drivable means of transportation (EV), the measuring system comprising: - A first measuring unit (M1) arranged in the charging plug (PLG) for measuring at least one first electrical quantity on at least two electrical contacts (L1, L2) of the charging plug (PLG); - A transmission unit (TU) arranged in the charging plug (PLG) for transmitting a value of the at least one first electrical variable to the charging infrastructure device (EVSE); - A second measuring unit (M2) for measuring at least a second electrical variable at the connection point (CON) of the charging cable (CC); and; - A determination unit (DU) for determining the electrical energy transferred by the charging infrastructure device (EVSE) on the basis of the transmitted value of the first electrical variable and the second electrical variable. Messsystem gemäß Patentanspruch 9, wobei - mindestens die zweite Messeinheit (M2) eingerichtet ist zur Messung einer Anschlussspannung und eines Ladestroms am Anschlusspunkt (CON) des Ladekabels (CC); - die Bestimmungseinheit (DU) zusätzlich eingerichtet ist zur Bestimmung der elektrischen Energie anhand der gemessenen Anschlussspannung und des gemessenen Ladestroms; - die Bestimmungseinheit (DU) zusätzlich zur Bestimmung der von der Ladeinfrastruktureinrichtung (EVSE) übergebenen elektrischen Energie anhand der aus dem gemessenen Anschlussspannung und dem gemessenen Ladestroms bestimmten elektrischen Energie eingerichtet ist.Measuring system according to Claim 9 , - at least the second measuring unit (M2) is set up to measure a supply voltage and a charging current at the connection point (CON) of the charging cable (CC); - The determination unit (DU) is additionally set up for determining the electrical energy on the basis of the measured supply voltage and the measured charging current; - The determination unit (DU) in addition to determining the electrical energy transferred from the charging infrastructure device (EVSE) the electrical energy determined from the measured supply voltage and the measured charging current is set up. Messsystem gemäß einem der vorgenannten Patentansprüche 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, - dass die Bestimmungseinheit (DU) außerhalb der Ladeinfrastruktureinrichtung (EVSE) lokalisiert ist; - dass in der Ladeinfrastruktureinrichtung (EVSE) eine infrastrukturseitige zweite Übermittlungseinheit zur Übermittlung zumindest einer elektrischen Größe an die außerhalb der Ladeinfrastruktureinrichtung (EVSE) lokalisierte Bestimmungseinheit (DU) vorgesehen ist.Measuring system according to one of the aforementioned Claims 9 and 10th , characterized in that - the determination unit (DU) is located outside the charging infrastructure device (EVSE); - That in the charging infrastructure device (EVSE) an infrastructure-side second transmission unit is provided for transmitting at least one electrical variable to the determination unit (DU) located outside the charging infrastructure device (EVSE). Verfahren zur Bestimmung einer von einer Ladeinfrastruktureinrichtung (EVSE) übergebenen elektrischen Energie, wobei der Ladeinfrastruktureinrichtung (EVSE) zumindest zeitweise ein Ladekabel (CC) zur Ausbildung einer elektrischen Verbindung zwischen einem Anschlusspunkt des Ladekabels (CC) an der Ladeinfrastruktureinrichtung (EVSE) und einem Ladestecker (PLG) an einem elektrisch antreibbaren Fortbewegungsmittel (EV) zuordenbar ist, das Verfahren umfassend: - Messung zumindest einer ersten elektrischen Größe an mindestens zwei elektrischen Kontakten (L1,L2) des Ladesteckers (PLG); - Übermittlung eines Werts der zumindest einen ersten elektrischen Größe an die Ladeinfrastruktureinrichtung (EVSE); - Messung zumindest einer zweiten elektrischen Größe am Anschlusspunkt des Ladekabels (CC); und; - Bestimmung der von der Ladeinfrastruktureinrichtung (EVSE) übergebenen elektrischen Energie anhand des übermittelten Werts der ersten elektrischen Größe und der zweiten elektrischen Größe.Method for determining an electrical energy transferred from a charging infrastructure device (EVSE), the charging infrastructure device (EVSE) at least temporarily a charging cable (CC) for forming an electrical connection between a connection point of the charging cable (CC) on the charging infrastructure device (EVSE) and a charging plug ( PLG) on an electrically drivable means of transportation (EV), the method comprising: - Measurement of at least a first electrical quantity at at least two electrical contacts (L1, L2) of the charging plug (PLG); - Transmission of a value of the at least one first electrical quantity to the charging infrastructure device (EVSE); - Measurement of at least a second electrical quantity at the connection point of the charging cable (CC); and; - Determination of the electrical energy transferred by the charging infrastructure device (EVSE) on the basis of the transmitted value of the first electrical variable and the second electrical variable. Verfahren gemäß Patentanspruch 12, umfassend Verfahrensschritte zum Betrieb eines Messsystems gemäß einem der vorgenannten Ansprüche 9 bis 11.Procedure according to Claim 12 , comprising method steps for operating a measuring system according to one of the aforementioned Claims 9 to 11 .
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