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Die vorliegende Erfindung liegt auf dem Gebiet Elektromobilität und betrifft eine manipulationsgeschützte mobile Ladevorrichtung, vorzugsweise eine manipulationsgeschützte mobile Ladesteckvorrichtung, zur Übertragung elektrischer Energie an ein Elektrofahrzeug. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner eine Anordnung mit einer solchen Ladevorrichtung, sowie ein Verfahren zur manipulationsgeschützten Ermittlung übertragener elektrischer Energie.
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Im Bereich der Elektromobilität kommen Ladeinfrastruktursysteme mit Ladestationen zum Einsatz, welche zur Bereitstellung elektrischer Energie für elektrisch antreibbare oder elektrisch angetriebene Fahrzeuge (Elektrofahrzeuge) vorgesehen sind. Ein Ladeinfrastruktursystem verfügt im Wesentlichen über eine Ladesäule oder eine so genannte Wallbox und über eine mobile Ladevorrichtung, welche zur Übertragung elektrischer Energie dient. Die mobile Ladevorrichtung ist häufig als Steckverbinder in Form eines Ladesteckers ausgebildet und über ein Kabel mit der Ladesäule oder mit der Wallbox verbunden.
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Ladeinfrastruktursysteme für Elektrofahrzeuge, welche insbesondere öffentlich betrieben werden, müssen eine Vielzahl an technischen Anforderungen erfüllen. Zudem muss auch die Einhaltung rechtlicher Anforderungen gewährleistet werden, vor allem dann, wenn eine an das Elektrofahrzeug übertragene elektrische Energiemenge abgerechnet werden soll.
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In Analogie zu Stromzählern in Gebäuden beispielsweise muss eine öffentliche Ladestation für Elektrofahrzeuge vor allem eichrechtskonform ausgebildet sein und nationale und/oder internationale Vorschriften und Standards erfüllen. Beispielsweise müssen für den Rechtsraum der Europäischen Union Anforderungen des Mess- und Eichrechts gemäß der EU-Richtlinie Nr.
2014/94 /EU und gemäß der EU-Verordnung Nr.
2018/674 erfüllt werden. Ziel ist hierbei in erster Linie, dem Kunden eine transparente, sichere, authentische und integre Abrechnung über die abgegebene, das heißt übertragene elektrische Energiemenge, welche beispielsweise in Kilowattstunden (kWh) ausgedrückt wird, bereitzustellen. Ladestationen und insbesondere Messeinrichtungen, die nicht eichrechtskonform konfiguriert sind, können zwar betrieben werden, allerdings darf beispielsweise keine Abrechnung in Abhängigkeit einer abgegebenen Energiemenge erfolgen.
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Die gesamte Übertragungsstrecke der elektrischen Energie muss vor Manipulation geschützt sein. Dies geschieht üblicherweise oder häufig noch durch Verwendung von Plomben an entsprechenden Gehäusen und somit rein mechanisch. Die Plomben und entsprechende Gehäuseteile müssen beispielsweise regelmäßig auf Unversehrtheit geprüft werden.
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Im Rahmen von eichrechtskonformen Ladeinfrastrukturkomponenten (AC-/DC-Ladesäulen, Wallboxen, Ladestecker, etc.) kommen mittlerweile so genannte MID-konforme Energiemesseinheiten zum Einsatz, damit eine legale Abrechnung übertragener elektrischer Energie gewährleistet werden kann. Bei Ladeverfahren unter Verwendung von Gleichstrom muss zudem die Verlustleistung der Übertragungsstrecke der elektrischen Energie und somit die Verlustleistung des Kabels erfasst und abgezogen werden. Dies kann beispielsweise mittels so genannter Vierleitermessung oder durch entsprechende Korrekturberechnung in der Energiemesseinheit erfolgen. Um die Korrekturberechnung korrekt ausführen zu können, ist die Angabe und Kenntnis von Eigenschaften elektrischer Leiter des Kabels vorgeschrieben, was in der Regel einen zusätzlichen Aufwand verursacht.
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Um übertragene elektrische Energie eichrechtskonform erfassen und abrechnen zu können, ist unter anderem auch eine graphische Bereitstellung und somit Anzeige von Messwerten vorgesehen, welche es dem Benutzer und somit dem Kunden erlauben soll, die in Rechnung gestellte Menge an übertragener Energie nachzuvollziehen und zu überprüfen. Dies wird beispielsweise durch ein entsprechendes Fenster im Gehäuse der Ladesäule erzielt, mittels welchem eine Sicht auf die Anzeige der in die Ladesäule integrierten Energiemesseinheit ermöglicht wird.
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Aus der deutschen Offenlegungsschrift Nr.
DE 10 2018 216 087 A1 ist eine Ladeinfrastruktureinrichtung mit einem Ladestecker für ein Elektrofahrzeug bekannt, wobei eine eichrechtskonforme Bestimmung einer übergebenen elektrischen Energie gewährleistet werden soll. Im Ladestecker wird eine relevante elektrische Größe der übergebenen elektrischen Energie in Form eines Spannungswerts gemessen und der gemessene Wert, das heißt der Messwert wird mittels einer Übermittlungseinheit an die Ladeinfrastruktureinrichtung digital übermittelt. In der Ladeinfrastruktureinrichtung erfolgt die Strommessung, womit eine örtliche Trennung der beiden Messungen gegeben ist.
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Die deutsche Offenlegungsschrift Nr.
DE 10 2017 125 108 A1 betrifft einen Ladestecker zum Herstellen einer elektrischen Verbindung zwischen einer Ladestation und einen elektrischen Energiespeicher eines Elektrofahrzeugs. Der Ladestecker ist mit einem Sensor ausgestattet, welchem eine eindeutige Sensoridentifikation zugeordnet ist, welche auf den Sensor hinweist. Der Sensor erfasst einen zeitlichen Verlauf einer physikalischen Sensorgröße, welcher eine zunehmende Temperatur, eine abnehmende Kühlmittelmenge, eine ansteigende elektrische Stromstärke respektive Spannung eines elektrischen Ladestroms in der Ladeleitung, ein zunehmender Steckzyklenzählerstand und/oder eine Beschleunigung des Ladesteckers sein kann.
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Die deutsche Patentschrift Nr.
DE 10 2021 104 259 B3 betrifft ein Funktionserweiterungsmodul in Form eines separaten Adapters, welcher auf den Ladestecker und ferner auf eine Ladesteckdose des Elektrofahrzeugs aufgesteckt werden kann und die Funktionen einer Ladesäule erweitert. Der Adapter umfasst eine Strom-/Spannungs-Messeinheit, eine Telekommunikationseinheit, um Daten zu übertragen, sowie eine Recheneinheit zur Ermittlung einer Ladekurve aus den Messwerten der Strom-/Spannungs-Messeinheit mithilfe entsprechender Algorithmen. Ferner kann mittels der Recheneinheit eine verbleibende Ladezeit berechnet und über die Telekommunikationseinheit an einen zentralen Datenbankserver übermittelt werden.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine mobile Ladevorrichtung zur Übertragung elektrischer Energie an ein Elektrofahrzeug bereitzustellen, welche eichrechtskonform konfiguriert und hinsichtlich der Ermittlung übertragener elektrischer Energie verbessert ist. Es soll insbesondere die Möglichkeit der Manipulation der Ermittlung übertragener elektrischer Energie ausgeschlossen und eine transparente Abrechnung sichergestellt werden. Ferner ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Anordnung mit einer solchen mobilen Ladevorrichtung bereitzustellen, sowie ein Verfahren zur manipulationsgeschützten Ermittlung übertragener elektrischer Energie einer solchen Ladevorrichtung.
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Die Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1, 15 und 16 gelöst. Weitere Ausführungsbeispiele und Anwendungen der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und werden in der folgenden Beschreibung unter teilweiser Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert.
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Die vorliegende Erfindung betrifft nach einem ersten allgemeinen Gesichtspunkt eine mobile Ladevorrichtung, vorzugsweise mobile Ladesteckvorrichtung, zur Übertragung elektrischer Energie an ein Elektrofahrzeug während eines Ladevorgangs, wobei die Ladevorrichtung zur Ermittlung übertragener elektrischer Energie eine integrierte Auswerteeinrichtung mit einer Messeinheit und mit einer Verarbeitungseinheit umfasst, wobei die Messeinheit konfiguriert ist, die übertragene elektrische Energie zu messen und daraus zumindest ein Messwertsignal zu generieren oder zu berechnen, und wobei die Verarbeitungseinheit zur Bereitstellung einer Abrechnungsinformation über die übertragene elektrische Energie konfiguriert ist, anhand des zumindest einen Messwertsignals zumindest ein Abrechnungssignal, vorzugsweise zumindest ein manipulationsgeschütztes Abrechnungssignal, zu generieren oder zu berechnen.
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Mit der vorliegenden Erfindung kann somit eine mobile Ladevorrichtung bereitgestellt werden, in und/oder mittels welcher eine Messung übertragener elektrischer Energie und zugleich eine Auswertung und Bereitstellung einer Abrechnungsinformation erfolgen kann. Die Ladevorrichtung ist hierbei durch die integrierte Auswerteeinrichtung gekennzeichnet, welche manipulationsgeschützt in der Ladevorrichtung und unabhängig von weiterer Ladeinfrastruktur agiert. Die Ladevorrichtung ist ferner dadurch gekennzeichnet, dass beispielsweise keine Verplombung von Gehäusen oder Gehäuseteilen notwendig ist. Abrechnungsrelevante Energiemessdaten können direkt an der Ladevorrichtung bereitgestellt werden. Die Ladevorrichtung ist vorzugsweise als Steckverbinder zur Ausbildung einer Steckverbindung mit einem Gegensteckverbinder eines Elektrofahrzeugs konfiguriert.
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Die Messeinheit kann vorzugsweise MID-konform ausgebildet und/oder konfiguriert sein, was einen erhöhten oder verbesserten Manipulationsschutz der Ladevorrichtung gewährleistet. Die Abkürzung „MID“ bedeutet in Kontext der Offenbarung der vorliegenden Erfindung vorzugsweise „Measuring Instruments Directive“ und adressiert ein für den Rechtsraum der Europäischen Union geltendes Richtlinienwerk (beispielsweise die europäische Richtlinien Nr.
2004/22 /EG,
2014/32 /EU und
2015/13 /EU).
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass zumindest die Messeinheit und die Verarbeitungseinheit vollständig in einem Gehäuse der Ladevorrichtung integriert sind, vorzugsweise von dem Gehäuse im Wesentlichen flüssigkeitsdicht und/oder im Wesentlichen gasdicht ummantelt sind.
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Damit kann beispielsweise gewährleistet werden, dass ein Zugang zu der Auswerteeinrichtung durch einen Benutzer der Ladevorrichtung verhindert wird, sowie die Eindringung von Fremdstoffen und Fremdkörpern an abrechnungsrelevante Komponenten der Ladevorrichtung vermieden wird. Der Möglichkeit zur Manipulation wird somit vorgebeugt.
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Es ist möglich, dass die Ladevorrichtung zur Übertragung der elektrischen Energie zumindest ein erstes Kontaktelement (Lastkontaktelement) und zumindest ein zweites Kontaktelement (Lastkontaktelement) umfasst, wobei das zumindest eine erste Kontaktelement und das zumindest eine zweite Kontaktelement zur unmittelbaren und/oder direkten Verbindung mit jeweils einem elektrischen Leiter eines Kabels konfiguriert ist, und wobei die Messeinheit dem zumindest einen ersten Kontaktelement und dem zumindest einen zweiten Kontaktelement zugeordnet ist, um die übertragene elektrische Energie an dem zumindest einen ersten Kontaktelement und an dem zumindest einen zweiten Kontaktelement zu messen.
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Dadurch kann beispielsweise eine Messung übertragener elektrischer Energie stattfinden, welche mehr oder weniger am Ort der Übertragung an das Elektrofahrzeug stattfindet. Eine Erfassung und Berücksichtigung von Leitungsverlusten im Falle eines Ladevorgangs mit Gleichstrom beispielsweise kann dadurch entfallen. Damit einhergehend ist auch beispielsweise ein gegenüber der Ladevorrichtung verringerter Wartungsaufwand sowie Aufwand zur Einstellung und Parametrierung, um eine bestimmungsgemäße und/oder ordnungsgemäße Funktion der Ladevorrichtung während des Betriebs zu gewährleisten.
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Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Ladevorrichtung, vorzugsweise die Auswerteeinrichtung, eine Anzeigeeinheit umfasst, welche konfiguriert ist, das zumindest eine Messwertsignal und/oder das zumindest eine Abrechnungssignal und/oder zumindest ein Betriebssignal der Ladevorrichtung und/oder zumindest ein Ladezustandssignal des Elektrofahrzeugs in Form einer jeweiligen Information, vorzugsweise graphisch und/oder textuell, darzustellen. Beispielsweise kann die jeweilige Information in Form eines Diagramms und/oder alphanumerisch dargestellt werden.
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Der Benutzer kann durch die Bereitstellung einer Anzeigeeinheit umgehend Informationen, vor allem aktuelle Informationen zu dem Ladevorgang erhalten. Vorzugsweise können dem Benutzer Informationen in Zusammenhang oder in Abhängigkeit des Ladevorgangs zeitlich vor, während und/oder nach dem Ladevorgang bereitgestellt werden. Ferner kann der Benutzer umgehend auch abrechnungsrelevante Informationen in Zusammenhang mit einem Ladevorgang zur Kenntnis nehmen.
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Es ist möglich, dass die Anzeigeeinheit zumindest teilweise in einem Abdeckelement der Ladevorrichtung, welche vorzugsweise schwenkbar an einem Gehäuse der Ladevorrichtung gelagert ist, oder zumindest teilweise in einem Gehäuse der Ladevorrichtung integriert ist, und/oder dass vorzugsweise die Anzeigeeinheit als ein kombiniertes Ein- und Ausgabegerät (so genannter „Touchscreen“) ausgebildet ist.
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Das Abdeckelement kann als Deckel ausgebildet sein, welcher zur Abdeckung des Steckgesichts der Ladevorrichtung dient. Mit der Anzeigeeinheit als kombiniertes Ein- und Ausgabegerät, beispielsweise in Form eines Touch-Screens, ist eine Interaktion des Benutzers mit der Ladevorrichtung gegeben, sodass beispielsweise die Bedienung einer Ladesäule, mittels welcher die Ladevorrichtung über ein Kabel verbunden ist, entfällt.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Ladevorrichtung, vorzugsweise die Auswerteeinrichtung, eine Signal-Sende-Empfangs-Einheit umfasst, welche konfiguriert ist, das zumindest eine Messwertsignal und/oder das zumindest eine Abrechnungssignal über eine Kommunikationsverbindung drahtlos und/oder drahtgebunden zu übertragen, vorzugsweise verschlüsselt zu übertragen.
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Dadurch kann beispielsweise die Übermittlung abrechnungsrelevanter Informationen auf ein Smartphone eines Benutzers direkt von der Ladevorrichtung gewährleistet werden.
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Es ist möglich, dass die Ladevorrichtung, vorzugsweise die Auswerteinrichtung, zumindest eine Kommunikationsschnittstelleneinheit umfasst, wobei die zumindest eine Kommunikationsschnittstelleneinheit zur Übertragung des zumindest einen Messwertsignals und/oder des zumindest einen Abrechnungssignals konfiguriert ist, beispielsweise an eine Ladesteuerungseinheit einer Ladesäule, und wobei die zumindest eine Kommunikationsschnittstelleneinheit zur Übertragung zumindest eines Betriebssignals, beispielsweise von einer Ladesteuerungseinheit einer Ladesäule, zur Steuerung und/oder Regelung der Ladevorrichtung, vorzugsweise der Auswerteeinrichtung, konfiguriert ist.
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Die Kommunikationsschnittstelleneinheit kann beispielsweise nach einem Ethernet-Standard oder nach einem CAN-Standard konfiguriert und/oder spezifiziert sein. Es ist zusätzlich oder alternativ möglich, dass die Kommunikationsschnittstelleneinheit zumindest eine RS485-Schnittstelle umfasst. Mit anderen Worten kann die Kommunikationsschnittstelleneinheit zur übergeordneten Steuerung und/oder Regelung der Ladevorrichtung mittels einer Ladesteuerungseinheit einer Ladesäule konfiguriert sein. Die Kommunikationsschnittstelleneinheit kann ferner für die Realisierung zusätzlicher Funktionen der Ladevorrichtung konfiguriert sein, beispielsweise Statusbeleuchtung, Verriegelung und/oder zur Übermittlung von Temperaturmessdaten.
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Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Auswerteeinrichtung, vorzugsweise die Messeinheit, zumindest einen Temperatursensor zur Ermittlung einer jeweiligen Temperatur von zumindest einem ersten Kontaktelement und zumindest einem zweiten Kontaktelement der Ladevorrichtung zur Übertragung elektrischer Energie umfasst, vorzugsweise zumindest während des Ladevorgangs, wobei der zumindest eine Temperatursensor konfiguriert ist, aus der ermittelten jeweiligen Temperatur zumindest ein Temperaturmesswertsignal zu generieren oder zu berechnen, und dass die Verarbeitungseinheit konfiguriert ist, das zumindest eine Abrechnungssignal in Abhängigkeit des zumindest einen Temperaturmesswertsignals zu generieren oder zu berechnen.
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Gemessene Temperaturen stromführender Leiter können beispielsweise bei entsprechender Berücksichtigung zu einer Erhöhung der Messgenauigkeit beitragen und zugleich Grundlage für sicherheitsrelevante Funktionen der Ladevorrichtung bilden.
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Es ist möglich, dass die Ladevorrichtung, vorzugsweise die Auswerteeinrichtung, eine Speichereinheit aufweist, welche zur manipulationsgeschützten, vorzugsweise MID-konformen, Speicherung und/oder Speicherung für einen vorbestimmten Zeitraum des zumindest einen Messwertsignals und/oder des zumindest einen Abrechnungssignals konfiguriert ist.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Ladevorrichtung zum Betrieb der Auswerteeinrichtung eine Wandlungseinheit umfasst, wobei die Wandlungseinheit konfiguriert ist, zumindest einen Teil der übertragenen elektrischen Energie zu wandeln und/oder eine von der übertragenen elektrischen Energie unabhängige elektrische Energie zu wandeln, um die Auswerteeinrichtung zu betreiben, vorzugsweise nach Abschluss eines Ladevorgangs.
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Über die Wandlungseinheit kann die Auswerteeinrichtung und somit vorzugsweise die Messeinheit, die Bearbeitungseinheit und die Anzeigeeinheit, unabhängig von der zu übertragenden elektrischen Energie mit Energie versorgt werden, sodass die Auswerteeinrichtung nicht an den Ladevorgang gekoppelt ist. Somit lassen sich beispielsweise für einen Benutzer der Ladevorrichtung auch nach Abschluss eines Ladevorgangs relevante Abrechnungsinformationen der Ladevorrichtung entnehmen. Es versteht sich, dass die Wandlungseinheit mit einer von dem Ladevorgang unabhängigen Energiequelle verbunden ist. Diese unabhängige Energiequelle kann sich beispielsweise in der Ladesäule befinden und eine Hilfsspannung zur Verfügung stellen. Eine MID-konforme Verarbeitung des zumindest einen Messwertsignals kann dadurch beispielsweise auch nach Abschluss eines Ladevorgangs gewährleistet werden.
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Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Auswerteeinrichtung eine Überwachungseinheit umfasst, welche konfiguriert ist, einen auftretenden Fehlerstrom, vorzugsweise einen Gleichstrom-Fehlerstrom, zu detektieren, wobei die Überwachungseinheit zumindest dem zumindest einen ersten Kontaktelement und dem zumindest einen zweiten Kontaktelement zugeordnet ist.
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Dadurch kann somit beispielsweise ein Fehlerstrom detektiert werden, um umgehend einen Ladevorgang zu deaktivieren oder eine Initialisierung eines Ladevorgangs abzubrechen. Damit wird vorzugsweise eine erhöhte Sicherheit im Zuge der Handhabung der Ladevorrichtung gewährleistet und ferner auch die Beschädigung von Komponenten und/oder Elementen der Ladevorrichtung vermieden.
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Es ist möglich, dass die Ladevorrichtung zumindest ein Anzeigeelement umfasst, wobei das zumindest eine Anzeigeelement konfiguriert, zumindest einen Lichtimpuls zu erzeugen, welcher zu dem zumindest einen Messwertsignal und/oder zu dem zumindest einen Abrechnungssignal proportional ist, wobei vorzugsweise das zumindest eine Anzeigeelement als zumindest eine Leuchtdiode ausgebildet ist oder zumindest eine Leuchtdiode umfasst. Mit anderen Worten können somit Impulse proportional zu einer übertragenen elektrischen Energie und/oder Leistung ausgegeben werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Verarbeitungseinheit konfiguriert ist, dass zumindest eine Abrechnungssignal anhand einer Signaturinformation zu signieren und/oder anhand einer Verschlüsselungsinformation zu verschlüsseln.
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Dadurch lässt sich der Manipulationsschutz weiter erhöhen oder verbessern und es kann eine transparente und authentische Abrechnungsinformation bereitgestellt werden.
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Das zumindest eine Messwertsignal kann zumindest eine Information von Folgenden umfassen: elektrische Stromstärke, elektrische Stromspannung; und/oder das zumindest eine Abrechnungssignal kann zumindest eine Information von Folgenden umfassen: elektrische Wirkleistung, elektrische Blindleistung, elektrische Scheinleistung; elektrische Energiemenge, vorzugsweise Wirkenergiemenge, Blindenergiemenge, Scheinenergiemenge.
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Die vorliegende Erfindung betrifft nach einem zweiten allgemeinen Gesichtspunkt eine Anordnung, umfassend eine mobile Ladevorrichtung wie hierin offenbart und ein Kabel, wobei zur Übertragung elektrischer Energie die Ladevorrichtung zumindest ein erstes Kontaktelement mit einem ersten Leiteranschlussabschnitt und zumindest ein zweites Kontaktelement mit einem zweiten Leiteranschlussabschnitt, und das Kabel einen ersten elektrischen Leiter und einen zweiten elektrischen Leiter umfasst, wobei zumindest die Messeinheit, der erste Leiteranschlussabschnitt mit einem Ende des ersten elektrischen Leiters und der zweite Leiteranschlussabschnitt mit einem Ende des zweiten elektrischen Leiters in einem Abschnitt eines Gehäuses der Ladevorrichtung angeordnet sind, welcher MID-konform konfiguriert ist.
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Mit anderen Worten kann der Abschnitt des Gehäuses der Ladevorrichtung derart ausgebildet und die Messeinheit sowie die Leiteranschlussabschnitte darin integriert sein, dass MID-konforme Anforderungen erfüllt werden. Beispielsweise ist das Gehäuse und/oder die Integration der Messeinheit in dem Gehäuse der Ladevorrichtung derart ausgebildet, dass ein direkter Zugang zu der Messeinheit nicht ohne Weiteres, das heißt nicht ohne weitergehende oder spezifische Demontageschritte möglich ist.
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Die vorliegende Erfindung betrifft nach einem dritten allgemeinen Gesichtspunkt ein Verfahren zur Ermittlung übertragener elektrischer Energie einer mobilen Ladevorrichtung an ein Elektrofahrzeug während eines Ladevorgangs und zur Bereitstellung einer Abrechnungsinformation anhand der ermittelten übertragenen elektrischen Energie, wobei die Ladevorrichtung wie hierin offenbart konfiguriert ist, umfassend: Messen der übertragenen elektrischen Energie durch die Messeinheit; Generieren oder Berechnen zumindest eines Messwertsignals aus der gemessenen übertragenen elektrischen Energie durch die Messeinheit; Generieren oder Berechnen zumindest eines Abrechnungssignals, vorzugsweise zumindest eines manipulationsgeschützten Abrechnungssignals, anhand des zumindest einen Messwertsignals durch die Verarbeitungseinheit; Bereitstellen des generierten oder berechneten zumindest einen Abrechnungssignals in Form einer Abrechnungsinformation.
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Zur Vermeidung von Wiederholungen sollen rein auf die Vorrichtung der erfindungsgemäßen mobilen Ladevorrichtung gerichtete und/oder damit in Zusammenhang offenbarte Merkmale auch als verfahrensgemäß offenbart gelten und beanspruchbar sein und umgekehrt.
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Die zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele und Merkmale der vorliegenden Erfindung sind beliebig miteinander kombinierbar. Weitere oder andere Einzelheiten und vorteilhafte Wirkungen der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren näher erläutert.
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Es zeigen:
- 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der mobilen Ladevorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung in einer perspektivischen Ansicht;
- 2 eine Anordnung mit einem zweiten Ausführungsbeispiel der mobilen Ladevorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, mit einem Kabel und mit einer Ladesäule zur Realisierung eines Ladevorgangs eines Elektrofahrzeugs in einer schematischen Darstellung.
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Gleiche oder funktional äquivalente Komponenten oder Elemente sind in den Figuren mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet. Zu deren Erläuterung wird teilweise auch auf die Beschreibung anderer Ausführungsbeispiele und/oder Figuren verwiesen, um Wiederholungen zu vermeiden.
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Die folgende detaillierte Beschreibung der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele dient zur näheren Veranschaulichung oder Verdeutlichung und soll den Umfang der vorliegenden Erfindung in keiner Weise beschränken.
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1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der mobilen Ladevorrichtung 100 gemäß der vorliegenden Erfindung in einer perspektivischen Ansicht. Anhand 1 soll zunächst der äußere Aufbau, das heißt die mechanisch-konstruktive Ausbildung der mobilen Ladevorrichtung 100 näher erläutert werden. Die mobile Ladevorrichtung 100 dient zum Laden eines Elektrofahrzeugs 500 (siehe hierzu 2), das heißt eines elektrisch antreibbaren oder elektrisch angetriebenen Fahrzeugs 500. Die mobile Ladevorrichtung 100 wird nachfolgend abgekürzt auch als „Ladevorrichtung 100“ bezeichnet.
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Die Ladevorrichtung 100 ist vorzugsweise eine Ladesteckvorrichtung 100 und somit ein Steckverbinder 100 in Form eines Ladesteckers 100. Die Ladevorrichtung 100 ist demnach zur Ausbildung einer Steckverbindung mit einer Ladevorrichtung 501 des Elektrofahrzeugs 500 in Form eines Gegensteckverbinders 501 in der Steckrichtung X konfiguriert, um während eines Ladevorgangs elektrische Energie an Akkumulatoren des Elektrofahrzeugs 500 (in den Figuren aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht gezeigt) zu übertragen und somit das Elektrofahrzeug 500 zu laden. Die Ladevorrichtung 501 ist vorzugsweise als Ladesteckvorrichtung 501 und somit als Gegensteckverbinder 501 in Form einer Ladesteckdose 501 ausgebildet und an dem Elektrofahrzeug 500 lösbar befestigt.
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Die an das Elektrofahrzeug 500 im Zuge eines Ladevorgangs zu übertragende elektrische Energie wird von einer Ladesäule 400 (siehe 2) einer Ladeinfrastruktur, das heißt einer Ladestation in Form von Wechselstrom und/oder in Form von Gleichstrom bereitgestellt. Von der Ladesäule 400 in 2 sind eine Ladesteuerungseinheit 410 für die Ladevorrichtung 100 und eine Schalteinheit 420 zur Bereitstellung elektrischer Energie dargestellt. Die Ladevorrichtung 100 ist über ein Kabel 300 mit der Ladesäule 400 der Ladestation fest und vor allem manipulationsgeschützt verbunden, was nachfolgend näher beschrieben wird.
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Die Ladevorrichtung 100 ist vorzugsweise nach der Norm IEC 62196-2 oder nach der Norm IEC 62196-3 spezifiziert oder basiert vorzugsweise zumindest teilweise auf den Anforderungen der Norm IEC 62196-2 oder IEC 62196-3. Mit anderen Worten kann die Ladevorrichtung 100 nach dem Combined Charging System- (CCS-) Stecker-System-Standard als so genannter Combo-2-Ladesteckverbinder („Typ 2-Ladestecker“) ausgebildet und/oder spezifiziert sein. Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel der Ladevorrichtung 100 kann diese auch als so genannter Combo-1-Ladesteckverbinder („Typ 1-Ladestecker“) nach US-amerikanischen Normen und/oder Vorgaben ausgebildet sein. Es ist alternativ ferner auch möglich, dass die Ladevorrichtung 100 nach einem anderen Standard oder nach einer anderen Norm oder nach einer anderen Spezifikation, beispielsweise nach dem „CHAdeMO-Standard“ oder nach der „ChaoJi stacked-Spezifikation“, ausgebildet und/oder spezifiziert ist.
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Die Ladevorrichtung 100 umfasst ein zweiteiliges und somit ein mehrteiliges Gehäuse 101 mit einem Steckgehäuseteil 101.2 und einem Bediengehäuseteil 101.1. Das Gehäuse 101 kann alternativ auch einteilig ausgebildet sein. Das Gehäuse 101 ist aus einem Isolierstoff und somit aus einem isolierenden Werkstoff mit inhärenten elektrischen Isoliereigenschaften und daraus resultierenden Isolationsfähigkeiten ausgebildet. Der Isolierstoff kann vorzugsweise auf einem Kunststoff basieren. Das Gehäuse 101 kann beispielsweise durch zumindest einen Gießvorgang und/oder durch zumindest einen Spritzvorgang mit einem Isolierstoff hergestellt sein. Es ist zusätzlich oder alternativ möglich, dass das Gehäuse 101 durch zumindest einen Sintervorgang und/oder durch zumindest einen 3D-Druckvorgang hergestellt ist.
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Der Steckabschnitt 102 der Ladevorrichtung 100 ist Bestandteil des Steckgehäuseteils 101.2 des Gehäuses 101. Eine Stirnseite des Steckabschnitts 102, vorzugsweise in der Steckrichtung X, dient zur Bildung des Steckgesichts 103 der Ladevorrichtung 100.
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Zur Bedienung der Ladevorrichtung 100 durch einen Benutzer umfasst das Bediengehäuseteil 101.1 ein Griffelement 104 und eine Anzeigeeinheit 230. Die Ausbildung, Konfiguration und Funktion der Anzeigeeinheit 230 wird nachfolgend noch näher beschrieben. Wie aus 1 hervorgeht, ist die Ladevorrichtung 100 mit dem Kabel 300 verbunden.
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Die Ladevorrichtung 100 dient vorzugsweise zum Laden von Akkumulatoren des Elektrofahrzeugs 500 mittels Gleichstrom und umfasst hierzu ein erstes Kontaktelement 111 und ein zweites Kontaktelement 112. Eine an den Kontaktelementen 111 und 112 anliegende Ladespannung in Form einer Gleichspannung während eines Ladevorgangs kann beispielsweise in einem Bereich von 400 Volt bis 800 Volt liegen. Mit anderen Worten sind die Kontaktelemente 111 und 112 so genannte Lastkontaktelemente 111, 112 zur Übertragung elektrischer Energie an das Elektrofahrzeug 500 während eines Ladevorgangs. Die Ladevorrichtung 100 ist vorzugsweise für einen Schnellladevorgang mit hoher Ladeleistung (so genanntes „High Power Charging“) konfiguriert.
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Die Ladespannung wird von der Ladesäule 400 über jeweilige elektrische Leiter des Kabels 300 übertragen, welche mit dem ersten Kontaktelement 111 und mit dem zweiten Kontaktelement 112 verbunden sind. Die freien Enden oder Endabschnitte der elektrischen Leiter haben keine Isolation und sind unmittelbar und/oder direkt an jeweiligen Leiteranschlussabschnitten des ersten Kontaktelements 111 und des zweiten Kontaktelements 112 befestigt. Die Befestigung befindet sich hierbei innerhalb des Gehäuses 101, vorzugsweise innerhalb des Bediengehäuseteils 101.1 des Gehäuses 101, und ist zumindest von außen nicht zugänglich und im Übrigen auch nicht unmittelbar und ohne Weiteres mittels Demontage der Ladevorrichtung 100 zugänglich. Die Leiteranschlussabschnitte der Kontaktelemente 111 und 112 sind zusammen mit den freien Enden oder Endabschnitten der elektrischen Leiter vorzugsweise in einem gekapselten Abschnitt oder Bereich innerhalb des Gehäuses 101, das heißt innerhalb des Bediengehäuseteils 101.1 angeordnet.
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Wie bereits beschrieben, ist das erste Kontaktelement 111 und das zweite Kontaktelement 112 jeweils als Lastkontaktelement konfiguriert und zumindest abschnittsweise im Wesentlichen hülsenförmig ausgebildet, um jeweils ein komplementäres, das heißt ein entsprechend konfiguriertes und/oder ausgebildetes Kontaktelement der Ladevorrichtung 501 (siehe hierzu 2) mechanisch zumindest formschlüssig und/oder zumindest teilweise kraftschlüssig bei Ausbildung einer Steckverbindung zwischen der Ladevorrichtung 100 als Ladestecker und der Ladevorrichtung 501 als Ladesteckdose im Wesentlichen in der Steckrichtung X aufzunehmen. Sowohl das erste Kontaktelement 111 als auch das zweite Kontaktelement 112 ist jeweils von einer Isolierstoffhülse 105 und 106 und somit einer Hülse aus Isolierstoff umgeben oder ummantelt. Das erste Kontaktelement 111 und das zweite Kontaktelement 112 sind in dem Steckabschnitt 102 aufgenommen und voneinander beabstandet angeordnet.
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Die Ladevorrichtung 100 umfasst die weiteren Kontaktelemente 113 bis 115, welche in einem weiteren Bereich des Steckabschnitts 102 in entsprechenden Isolierstoffhülsen (in 1 nicht näher gekennzeichnet) aufgenommen oder angeordnet sind. Das Kontaktelement 113 dient als Schutzkontaktelement („PE-Kontaktelement“). Die Kontaktelemente 114 und 115 dienen zur Übertragung elektrischer Signale zwischen der Ladesäule 400 und dem Elektrofahrzeug 500 über die Ladevorrichtung 100 im Zuge eines Ladevorgangs. Das Kontaktelement 114 stellt den so genannten Pilotkontakt („Control Pilot/CP“) und das Kontaktelement 115 den so genannten Proximity-Kontakt („Proximity Pilot/PP“) dar. Die Kontaktelemente 114 und 115 dienen mit anderen Worten zur Kommunikation zwischen der Ladesäule 400, der Ladevorrichtung 100 und dem Elektrofahrzeug 500 insbesondere im Zuge des Ladevorgangs. Dadurch kann zum Beispiel sichergestellt werden, dass eine Begrenzung der übertragenen Energie und somit des Ladestroms realisiert wird, um die elektrischen Leiter des Kabels 300 nicht zu überlasten, vorzugsweise nicht thermisch zu überlasten.
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Die Ladevorrichtung 100 umfasst weitere Komponenten und Elemente, auf welche vor dem Hintergrund der vorliegenden Erfindung nachfolgend näher eingegangen wird.
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2 zeigt eine Anordnung mit einem zweiten Ausführungsbeispiel der mobilen Ladevorrichtung 100 gemäß der vorliegenden Erfindung, mit dem Kabel 300 und mit der Ladesäule 400 in Verbindung mit dem Elektrofahrzeug 500 in einer schematischen Darstellung. Mit anderen Worten zeigt die schematische Darstellung der Anordnung die Realisierung eines Ladevorgangs des Elektrofahrzeugs 500.
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Die Ladevorrichtung 100 in 2 kann zu der Ladevorrichtung 100 in 1 konstruktivmechanisch im Wesentlichen identisch ausgebildet sein. Somit ist die Ladevorrichtung 100 in 2 eine mobile Ladevorrichtung 100 und vorzugsweise eine mobile Ladesteckvorrichtung 100 zur Übertragung elektrischer Energie an das Elektrofahrzeug 500 während eines Ladevorgangs.
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Bei diesem Ausführungsbeispiel der Ladevorrichtung 100 weist die Ladevorrichtung 100 ein Abdeckelement 107 für das Steckgesicht 103 in Form eines Deckels auf. Eine Anzeigeeinheit 230 ist bei dieser Ladevorrichtung 100 in das Abdeckelement 107 zumindest teilweise integriert. Das Abdeckelement 107 ist schwenkbar an dem Gehäuse 101 der Ladevorrichtung gelagert und beispielsweise durch ein Federelement (in 2 nicht gezeigt) mit einer Vorspannung beaufschlagt, welche das Abdeckelement 107 zusammen mit der Anzeigeeinheit 230 zum Steckgesicht 103 hin drückt, um somit den Steckabschnitt 102 zu verschließen und ein Eindringen von beispielsweise Schmutz zu verhindern.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst die Ladevorrichtung 100 zur Ermittlung übertragener elektrischer Energie eine integrierte Auswerteeinrichtung 200. Mit anderen Worten umfasst die Ladevorrichtung 100 eine Auswerteeinrichtung 200, welche zur Ermittlung übertragener elektrischer Energie konfiguriert ist und welche in das Gehäuse 101, vorzugsweise in ein Bediengehäuseteil 101.1 des Gehäuses 101, integriert ist, vorzugsweise manipulationsgeschützt integriert ist.
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Die Auswerteeinrichtung 200 ist vorzugsweise eine von den weiteren oder übrigen Komponenten der Ladevorrichtung 100 autark oder separat hergestellte Einrichtung der Ladevorrichtung 100. Die Auswerteeinrichtung 200 ist vorzugsweise zumindest teilweise in Hardware, beispielsweise als zumindest ein integrierter Schaltkreis (elektronisches Bauteil), und/oder zumindest teilweise in Software, beispielsweise als zumindest ein echtzeitfähiger Algorithmus, realisiert.
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Die Auswerteeinrichtung 200 ermöglicht eine manipulationsgeschützte Erfassung, das heißt Messung der übertragenen elektrischen Energie und eine manipulationsgeschützte Bereitstellung einer Abrechnungsinformation über die und/oder anhand der übertragenen elektrischen Energie. Hierzu umfasst die Auswerteeinrichtung 200 eine Messeinheit 210 und eine Verarbeitungseinheit 220. Die Messeinheit 210 ist konfiguriert, die übertragene elektrische Energie zu messen und daraus zumindest ein Messwertsignal MS zu generieren. Die Messeinheit 210 ist vorzugsweise MID-konform ausgebildet und/oder konfiguriert. Mit anderen Worten ist die Messeinheit 210 MIDzertifiziert und erfüllt somit entsprechende Anforderungen. Die Abkürzung „MID“ betrifft insbesondere die europäische Richtlinie Nr.
2004/22 /EG über Messgeräte („Measuring Instruments Device“), welche durch die Neufassung der EU-Richtlinie Nr.
2014/32 /EU ersetzt und durch die EU-Richtlinie Nr.
2015/13 /EU ergänzt wurde.
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Die Messeinheit 210 umfasst als vorzugsweise geeichte und MID-zertifizierte Energiezählereinheit jeweilige Sensoren zum Messen einer Ladezeitdauer, einer Ladespannung und/oder einer Ladestromstärke. Beispielsweise kann zumindest ein Stromsensor und/oder zumindest ein Spannungssensor in der Messeinheit 210 angeordnet sein. Der zumindest eine Stromsensor kann zur Messung des Stroms, das heißt der Stromstärke beispielsweise nach dem Hall-Prinzip konfiguriert sein.
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Die Messeinheit 210 ist konfiguriert, aus gemessenen Spannungswerten, gemessenen Stromstärkenwerten und/oder aus einer gemessenen Ladezeitdauer und somit aus der gemessenen übertragenen elektrischen Energie während des Ladevorgangs zumindest ein Messwertsignal MS zu generieren und das zumindest eine Messwertsignal MS an die Verarbeitungseinheit 220 der Auswerteinrichtung 200 selbstständig und/oder auf Anfrage der Verarbeitungseinheit 220 zu übertragen. Zur Bereitstellung einer manipulationsfreien und somit authentischen Abrechnungsinformation über die tatsächlich übertragene elektrische Energie ist die Verarbeitungseinheit 220 konfiguriert, direkt oder unmittelbar anhand oder aus dem zumindest einen Messwertsignal MS zumindest ein Abrechnungssignal AS, vorzugsweise zumindest ein manipulationsgeschütztes Abrechnungssignal AS, zu generieren. Die Generierung zumindest eines Abrechnungssignals AS geschieht in der Verarbeitungseinheit 220 durch Berechnungen vorzugsweise mittels einer elektronischen Recheneinheit, auf welcher zumindest ein Verarbeitungsalgorithmus einer Verarbeitungssoftware ausgeführt wird. Die elektronische Recheneinheit kann zumindest eine Prozessoreinheit mit zumindest einem Rechenkern umfassen. Vorzugsweise führt die Verarbeitungseinheit 220 unabhängig und/oder isoliert von der übrigen Ladeinfrastruktur eine Verarbeitung des zumindest einen Messwertsignals MS durch, um zumindest ein Abrechnungssignal AS zu generieren oder zu berechnen, um eine Abrechnungsinformation über den Ladevorgang bereitzustellen. Es ist möglich, dass Signale über das Kontaktelement 115 und somit über den Proximity-Kontakt ebenfalls durch die Verarbeitungseinheit 220 ausgewertet werden können, sodass eine weitere Übertragung dieser Signale an die Ladesäule 400 und hier insbesondere an die Ladesteuerungseinheit 410 zur Realisierung des Ladevorgangs entbehrlich ist.
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Erfindungsgemäß sind die Messeinheit 210 und die Verarbeitungseinheit 220 vollständig in dem Gehäuse 101, vorzugsweise in einem Bediengehäuseteil 101.1 des Gehäuses 101, integriert, und vorzugsweise von dem Gehäuse 101, vorzugsweise von dem Bediengehäuseteil 101.1, im Wesentlichen flüssigkeitsdicht und/oder im Wesentlichen gasdicht ummantelt. Damit kann eine Beschädigung oder Beeinträchtigung und somit eine Manipulation durch Flüssigkeiten und/oder Feststoffe, wie beispielsweise Schmutz, Staub, Kondenswasser, etc., vermieden und eine ordnungsgemäße Funktionalität sichergestellt werden. Ferner kann dadurch auch eine Manipulation der Messeinheit 210 und/oder der Auswerteeinheit 220 der Verarbeitungseinrichtung 220 durch einen Benutzer vermieden werden.
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Die Ladevorrichtung 100 gemäß der vorliegenden Erfindung zeichnet sich vor allem dadurch aus, dass in der Ladevorrichtung 100 selbst eine Messung übertragener elektrischer Energie und zugleich eine Verarbeitung im Sinne einer Auswertung der gemessenen übertragenen elektrischen Energie stattfindet oder durchgeführt wird. Somit muss keine abrechnungsrelevante Information an weitere Komponenten der Ladeinfrastruktur und somit in erster Linie an die Ladestation 400 übertragen werden, welche sodann einer Manipulation ausgesetzt wäre.
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Wie bereits anhand des ersten Ausführungsbeispiels der Ladevorrichtung 100 gemäß der vorliegenden Erfindung in 1 beschrieben, umfasst die in 2 dargestellte Ladevorrichtung 100 ein erstes Kontaktelement 111 und ein zweites Kontaktelement 112 als sogenannte Lastkontaktelemente zur Übertragung der elektrischen Energie an das Elektrofahrzeug 500. Auch bei dem Ausführungsbeispiel der Ladevorrichtung 100 in 2 ist sowohl das erste Kontaktelement 111 als auch das zweite Kontaktelement 112 zur unmittelbaren und/oder direkten Verbindung mit jeweils einem elektrischen Leiter eines Kabels 300 konfiguriert. Die Kontaktelemente 111 und 112 umfassen hierzu jeweils einen Leiteranschlussabschnitt, welcher mit einem freien Ende oder Endabschnitt eines jeweiligen elektrischen Leiters verbunden ist.
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Wie aus der schematischen Darstellung in 2 ersichtlich wird, ist die Messeinheit 210 unter anderem dem ersten Kontaktelement 111 und dem zweiten Kontaktelement 112 zugeordnet, um die übertragene elektrische Energie an dem ersten Kontaktelement 111 und an dem zweiten Kontaktelement 112 zu erfassen, das heißt zu messen. Damit kann eine übertragene Menge an elektrischer Energie unmittelbar an der Abgabestelle oder Übertragungsstelle gemessen werden. Eine Erfassung und Berücksichtigung von Verlusten durch elektrische Leiter, welche vor allem bei Ladevorgängen mittels Gleichstrom („Gleichstromladen“) auftreten, ist somit nicht notwendig.
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Zu Bereitstellung entsprechender Informationen, vor allem von Abrechnungsinformationen, an einen Benutzer umfasst die Ladevorrichtung 100, vorzugsweise die Auswerteeinrichtung 200, die Anzeigeeinheit 230. Die Verarbeitungseinheit 220 ist vorzugsweise konfiguriert, die Anzeigeeinheit 230 zu steuern und/oder zu regeln. Die Anzeigeeinheit 230 ist konfiguriert, das zumindest eine Messwertsignal MS und/oder das zumindest eine Abrechnungssignal AS graphisch und/oder textuell darzustellen, was sich aus 1 ergibt.
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Die Anzeigeeinheit 230 kann als kombiniertes Ein- und Ausgabegerät (so genannter „Touchscreen“) ausgebildet sein, um einerseits dem Benutzer abrechnungsrelevante Informationen auf Basis des zumindest einen Messwertsignals MS und/oder des zumindest einen Abrechnungssignals AS graphisch bereitzustellen, und um andererseits entsprechende Eingaben des Benutzers entgegenzunehmen, um beispielsweise den Betriebszustand der Ladevorrichtung 100 zu verändern.
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Aus 1 geht hervor, dass mittels der Anzeigeeinheit 230 beispielsweise der Startzeitpunkt und der Endzeitpunkt eines Ladevorgangs sowie eine übertragene elektrische Energie und elektrische Leistung graphisch und/oder textuell angezeigt werden können. Beispielsweise kann die jeweilige Information in Form eines Diagramms und/oder alphanumerisch angezeigt werden. Ferner kann mittels der Anzeigeeinheit 230 auch zumindest eine abrechnungsrelevante Information angezeigt werden, beispielsweise die durch den Ladevorgang entstandenen Kosten für die übertragene elektrische Energie in einer bestimmten Währung. Es versteht sich, dass relevante weitere Informationen zur Generierung des zumindest einen Abrechnungssignals AS zur Bereitstellung der Abrechnungsinformation in der Verarbeitungseinheit 220 vorhanden sind, beispielsweise eine Preisinformation für eine Kilowattstunde an übertragener elektrischer Energie. Die Anzeigeeinheit 230 kann zusätzlich konfiguriert sein, zumindest ein Betriebssignal BS der Ladevorrichtung 100 und/oder zumindest ein Ladezustandssignal LS des Elektrofahrzeugs 500 in Form einer jeweiligen Information graphisch darzustellen, das heißt anzuzeigen.
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Durch die zumindest teilweise Integration der Anzeigeeinheit 230 in das Abdeckelement 107 oder alternativ in das Gehäuse 101 der Ladevorrichtung 100 erhält der Benutzer der Ladevorrichtung 100 die relevanten Informationen über den Ladevorgang manipulationsgeschützt und mehr oder weniger unmittelbar, das heißt „an Ort und Stelle und aus erster Hand“.
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Um abrechnungsrelevante Informationen in Form oder auf Basis des zumindest einen Messwertsignals MS und/oder des zumindest einen Abrechnungssignals AS dem Betreiber der Ladestation und/oder dem Benutzer der Ladestation und somit der Ladevorrichtung 100 bereitzustellen, umfasst die Ladevorrichtung 100, vorzugsweise die Auswerteeinrichtung 200, eine Signal-Sende-Empfangs-Einheit 240. Die Signal-Sende-Empfangs-Einheit 240 ist unter anderem konfiguriert, das zumindest eine Messwertsignal MS und/oder das zumindest eine Abrechnungssignal AS über eine Kommunikationsverbindung drahtlos und/oder drahtgebunden zu übertragen, vorzugsweise verschlüsselt zu übertragen. Beispielsweise kann die Signal-Sende-Empfangs-Einheit 240 das zumindest eine Messwertsignal MS und/oder das zumindest eine Abrechnungssignal AS und im weiteren die Abrechnungsinformation über eine aufgebaute drahtlose Kommunikationsverbindung (beispielsweise in Form von WLAN, Bluetooth, etc.) an ein Smartphone eines Benutzers verschlüsselt übertragen.
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Die Signal-Sende-Empfangs-Einheit 240 kann zur so genannten Hardwareverschlüsselung des zumindest einen Messwertsignals MS und/oder des zumindest einen Abrechnungssignals AS konfiguriert sein. Der Einsatz von zusätzlicher Software, das heißt zusätzlichen Algorithmen zur Verschlüsselung wird daher beispielsweise entbehrlich. Somit wird beispielsweise eine weiter oder verbessert gesicherte und vor allem manipulationsgeschützte Übermittlung von abrechnungsrelevanten Informationen gewährleistet.
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Zusätzlich oder alternativ kann die Ladevorrichtung 100, vorzugsweise die Auswerteinrichtung 200, eine Kommunikationsschnittstelleneinheit 250 umfassen, wobei die Kommunikationsschnittstelleneinheit 250 zur Übertragung des zumindest einen Messwertsignals MS und/oder des zumindest einen Abrechnungssignals AS konfiguriert ist, beispielsweise an die Ladesteuerungseinheit 410 der Ladesäule 400. Zusätzlich kann die Kommunikationsschnittstelleneinheit 250 zur Übertragung zumindest eines Betriebssignals BS der Ladesteuerungseinheit 410 zur Steuerung und/oder Regelung der Ladevorrichtung 100 konfiguriert sein.
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Kommunikationsschnittstelleneinheit 250 kann beispielweise nach einem Ethernet-Standard und/oder nach einem CAN-Standard konfiguriert und/oder spezifiziert sein. Es ist auch möglich, dass die Kommunikationsschnittstelleneinheit 250 zumindest eine EIA-485-Schnittstelle (auch als „RS-485“ bezeichnet) umfasst, sowie weitere Schnittstellen mit digitalen Ein- und Ausgängen zur Realisierung der Ladesteuerung der Ladevorrichtung 100 über die Ladesteuerungseinheit 410 und die Schalteinheit 420 der Ladesäule. Es ist möglich, dass die Verarbeitungseinheit 220 konfiguriert ist, das zumindest eine Messwertsignal MS und/oder das zumindest eine Abrechnungssignal AS über die Kommunikationsschnittstelleneinheit 250 zu übertragen, beispielsweise an die Ladesäule 400, hier an die Ladesteuerungseinheit 410.
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Die Auswerteeinrichtung 200, vorzugsweise die Messeinheit 210, kann zumindest einen Temperatursensor 211 zur Ermittlung einer jeweiligen Temperatur von zumindest dem ersten Kontaktelement 111 und zumindest dem zweiten Kontaktelement 112 umfassen, vorzugsweise zumindest während des Ladevorgangs, wobei der zumindest eine Temperatursensor 211 konfiguriert ist, aus der ermittelten jeweiligen Temperatur zumindest ein Temperaturmesswertsignal TS zu generieren. Die Verarbeitungseinheit 220 kann konfiguriert sein, das zumindest eine Abrechnungssignal AS in Abhängigkeit des zumindest einen Temperaturmesswertsignals TS zu generieren oder zu berechnen. Somit kann eine genauere und/oder authentischere Auswertung des zumindest einen Messwertsignals MS realisiert werden, nachdem gemessene Temperaturwerte der elektrischen Leiter und/oder Kontaktelemente 111, 112 berücksichtigt werden. Mit anderen Worten können erfasste Temperaturwerte stromführender Leiter zur Erhöhung der Messgenauigkeit und für Sicherheitsfunktionen verwendet werden.
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Die Ladevorrichtung 100, vorzugsweise die Auswerteeinrichtung 200, weist vorzugsweise eine Speichereinheit 260 auf, welche zur manipulationsgeschützten, vorzugsweise MID-konformen, Speicherung und/oder Speicherung für einen vorbestimmten Zeitraum des zumindest einen Messwertsignals MS und/oder des zumindest einen Abrechnungssignals AS konfiguriert ist. Somit können der Ladevorgang und hier die übertragene Menge an elektrischer Energie durch die Ladevorrichtung 100 für einen vorbestimmten Zeitraum vorgehalten und gegebenenfalls bei Bedarf abgerufen werden.
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Zum Betrieb der Auswerteeinrichtung 200 umfasst diese eine Wandlungseinheit 120. Die Wandlungseinheit 120 ist konfiguriert, zumindest einen Teil der übertragenen elektrischen Energie zu wandeln und/oder eine von der übertragenen elektrischen Energie unabhängige elektrische Energie zu wandeln, um die Auswerteeinrichtung 200 zu betreiben. Die Wandlungseinheit 120 ist vorzugsweise als Spannungswandler ausgebildet. Somit kann über eine Hilfsspannung, zum Beispiel in Höhe von 12 Volt, die Auswerteeinrichtung 200 unabhängig von der zu übertragenden elektrischen Energie im Zuge eines Ladevorgangs betrieben werden. Über den Betrieb der Auswerteeinrichtung 200 mittels der Wandlungseinheit 120 und einer unabhängigen Hilfsspannung kann beispielsweise sichergestellt werden, dass sämtliche Funktionen der Messeinheit 210 auch dann realisiert werden, wenn die Kontaktelemente 111 und 112 spannungsfrei geschaltet sind. Dies ermöglicht den Betrieb der Auswerteeinrichtung 200 und mitunter auch der Anzeigeeinheit 230 auch nach Abschluss des Ladevorgangs des Elektrofahrzeugs 500, wodurch dem Benutzer authentische Abrechnungsinformationen auf der Anzeigeeinheit 230 bereitgestellt werden können. Ferner kann somit eine unterbrechungsfreie Stromversorgung der Auswerteeinrichtung 200 gewährleistet werden.
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Die Ladevorrichtung 100 und vorzugsweise die Auswerteeinrichtung 200 umfasst ferner eine Überwachungseinheit 270. Die Überwachungseinheit 270 ist konfiguriert, einen auftretenden Fehlerstrom zu detektieren und bei Detektion des Vorhandenseins eines Fehlerstroms einen entsprechenden Betriebszustand der Ladevorrichtung 100 zu initiieren oder zu veranlassen, vorzugsweise den Ladevorgang abzubrechen oder zu deaktivieren, vorzugsweise durch Steuerung der Schalteinheit 420 der Ladesäule 400. Die Überwachungseinheit 270 kann hierzu ein entsprechendes Signal an die Schalteinheit 420 übermitteln. Mittels der Überwachungseinheit 270 kann ein Fehlerstrom erkannt und durch eine Abschaltung beseitigt werden. Die Überwachungseinheit 270 ist hierzu zumindest dem zumindest einen ersten Kontaktelement 111 und dem zumindest einen zweiten Kontaktelement 112, vorzugsweise sämtlichen Lastkontaktelementen, zugeordnet. Mit anderen Worten kann dadurch im Zuge des Ladevorgangs eines Elektrofahrzeugs 500 mittels Gleichstrom eine Gleichstrom-Fehlerstromüberwachung realisiert werden.
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Wie sich aus der Darstellung in 2 ergibt, sind die Messeinheit 210, die Überwachungseinheit 270 und zumindest ein Temperatursensor 211, vorzugsweise sämtliche Temperatursensoren 211, in einer Isoliereinheit 280 angeordnet oder durch eine Isoliereinheit 280 gegenüber anderen Komponenten, Einheiten und Elementen der Ladevorrichtung 100 elektrisch isoliert. Dadurch wird beispielsweise eine Isolation entsprechender Funktionseinheiten in der Ladesteuerungseinheit 410 der Ladesäule 400 für die Ladevorrichtung 100 vermieden.
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Die Ladevorrichtung 100 umfasst ferner ein Anzeigeelement 130, wobei das Anzeigeelement 130 konfiguriert ist, zumindest einen Lichtimpuls zu erzeugen, welcher zu dem zumindest einen Messwertsignal MS und/oder zu dem zumindest einen Abrechnungssignal AS proportional ist. Somit erhält der Benutzer beispielsweise auf relativ einfache und intuitive Art und Weise eine Information über den aktuellen Status des Ladevorgangs. Das Anzeigeelement 130 kann als zumindest eine Leuchtdiode ausgebildet sein oder zumindest eine Leuchtdiode umfassen.
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Die Verarbeitungseinheit 220 ist im Hinblick auf Manipulationsschutz vorzugsweise konfiguriert, dass zumindest eine Abrechnungssignal AS anhand einer Signaturinformation zu signieren und/oder anhand einer Verschlüsselungsinformation zu verschlüsseln Die Signaturinformation und/oder die Verschlüsselungsinformation können hierbei in der Speichereinheit 260 hinterlegt sein. Die so generierten Signale können sodann beispielsweise in das so genannte OCMF-Format („Open Charge Metering Format“) umgewandelt und übertragen werden. Damit wird ein weiter verbesserter oder erhöhter Manipulationsschutz gewährleistet, durch welchen die Ladevorrichtung 100 gemäß der vorliegenden Erfindung gekennzeichnet ist.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr ist eine Vielzahl von Varianten und Abwandlungen möglich, die ebenfalls von dem Erfindungsgedanken Gebrauch machen und deshalb in den Schutzbereich fallen. Vorzugsweise beansprucht die vorliegende Erfindung auch Schutz für den Gegenstand und die Merkmale der Unteransprüche unabhängig von den in Bezug genommenen Ansprüchen.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Ladevorrichtung
- 101
- Gehäuse
- 101.1
- Bediengehäuseteil
- 101.2
- Steckgehäuseteil
- 102
- Steckabschnitt
- 103
- Steckgesicht
- 104
- Griffelement
- 105
- Isolierstoffhülse
- 106
- Isolierstoffhülse
- 107
- Abdeckelement
- 111
- erstes Kontaktelement (Lastkontaktelement)
- 112
- zweites Kontaktelement (Lastkontaktelement)
- 113
- Kontaktelement
- 114
- Kontaktelement
- 115
- Kontaktelement
- 120
- Wandlungseinheit
- 130
- Anzeigeelement
- 200
- Auswerteeinrichtung
- 210
- Messeinheit
- 211
- Temperatursensor
- 220
- Verarbeitungseinheit
- 230
- Anzeigeeinheit
- 240
- Signal-Sende-Empfangs-Einheit
- 250
- Kommunikationsschnittstelleneinheit
- 260
- Speichereinheit
- 270
- Überwachungseinheit
- 280
- Isoliereinheit
- 300
- Kabel
- 400
- Ladesäule
- 410
- Ladesteuerungseinheit
- 420
- Schalteinheit
- 500
- Elektrofahrzeug
- 501
- Ladevorrichtung
- AS
- Abrechnungssignal
- BS
- Betriebssignal
- LS
- Ladezustandssignal
- MS
- Messwertsignal
- TS
- Temperaturmesswertsignal
- X
- Steckrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 2014/94 [0004]
- EP 2018/674 [0004]
- DE 102018216087 A1 [0008]
- DE 102017125108 A1 [0009]
- DE 102021104259 B3 [0010]
- DE 102018125597 B3 [0011]
- DE 102011013450 A1 [0011]
- EP 3696010 A1 [0011]
- EP 2004/22 [0016, 0065]
- EP 2014/32 [0016, 0065]
- EP 2015/13 [0016, 0065]
