STULLE, Markus, A. (Schleissheimer Strasse 70, München, 80797, DE)
FREY, Thomas (Grossvenediger Strasse 6, Ebersberg, 85560, DE)
STULLE, Markus, A. (Schleissheimer Strasse 70, München, 80797, DE)
| Patentansprüche 1. Vorrichtung zum kontrollierten Energieaustausch zwischen einem Stromnetz und einem Verbraucher, mit einer stationären Ladestation zum Herstellen einer Energieverbindung zwischen dem Stromnetz und einem Versorgungspunkt, wobei die Ladestation einen Ladestations-Controller zum Senden und Empfangen von Steuersignalen über eine Signalübertragungsstrecke umfasst, und mit einer verbraucherseitig installierten SIM-Station zum Herstellen einer Energieverbindung zwischen dem Verbraucher und dem besagten Versorgungspunkt, wobei die SIM-Station einen SIM-Controller zum Senden und Empfangen von Steuersignalen über die Signalübertragungs strecke umfasst , dadurch gekennzeichnet, dass der SIM-Controller in zeitlichen Abständen über die Signalübertragungsstrecke eine der SIM-Station zugeordnete SIM-Kennung an den Ladestations-Controller sendet , dass der Ladestations-Controller bei Empfang einer SIM-Kennung eine zwischen dem Stromnetz und dem Verbraucher über die Energieverbindung ausgetauschte oder auszutauschende Energiemenge auf einen der SIM- Kennung zugeordneten Energiemengenzähler aufaddiert, und dass die zeitlichen Abstände derart bemessen sind, dass die in einem zeitlichen Abstand zwischen dem Stromnetz und dem Verbraucher über die Energieverbindung ausgetauschte oder auszutauschende Energiemenge unterhalb einer vorgegebenen Messauflösung des Energiemengenzählers liegt. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladestation eine Ladestations-Messeinheit zum Messen der Energiemenge umfasst, die über die durch die Ladestation führende Energieverbindung ausgetauscht wird. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 2, dadurch gekennzeichnet, dass die SIM-Station eine SIM- Messeinheit zum Messen der Energiemenge umfasst, die über die durch die SIM-Station führende Energieverbindung ausgetauscht wird. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die von der SIM-Station an die Ladestation gesandten Steuersignale die von der SIM-Messeinheit erfassten Messwerte umfassen. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladestation einen ansteuerbaren Hauptschalter umfasst, der zwischen Stromnetz und Versorgungspunkt geschaltet ist. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Ladestations-Controller die Energieverbindung zwischen dem Stromnetz und dem Versorgungspunkt durch Ansteuerung des Hauptschalters trennt, wenn die von der Ladestations-Messeinheit erfassten Messwerte im Vergleich zu den von der SIM-Messeinheit erfassten und seitens des SIM-Controllers gesendeten Messwerten eine vorgegebene Abweichung überschreiten. 7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbraucher eine wiederaufladbare Batterie ist. 8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Versorgungspunkt eine Steckdose ist, an die verbraucherseitig ein Ladekabel zum Herstellen der Energieverbindung zur Batterie anschließbar ist. 9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalübertragungsstrecke im Bereich der Steckdose mit dem Ladekabel gekoppelt ist. 10. Verfahren zum Energieaustausch zwischen einem Stromnetz und einem Verbraucher, bei dem über eine stationäre Ladestation eine Energieverbindung zwischen dem Stromnetz und einem Versorgungspunkt hergestellt wird, wobei die Ladestation einen Ladestations-Controller zum Senden und Empfangen von Steuersignalen über eine Signalübertragungsstrecke umfasst, und bei dem über eine verbraucherseitig installierte SIM- Station eine Energieverbindung zwischen dem Verbraucher und dem besagten Versorgungspunkt hergestellt wird, wobei die SIM-Station einen SIM- Controller zum Senden und Empfangen von Steuersignalen über die Signalübertragungsstrecke umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der SIM-Controller in zeitlichen Abständen über die Signalübertragungsstrecke eine der SIM-Station zugeordnete SIM-Kennung an den Ladestations-Controller sendet, dass der Ladestations-Controller bei Empfang einer SIM-Kennung eine zwischen dem Stromnetz und dem Verbraucher über die Energieverbindung ausgetauschte oder auszutauschende Energiemenge auf einen der SIM- Kennung zugeordneten Energiemengenzähler aufaddiert, und dass die zeitlichen Abstände derart bemessen sind, dass die in einem zeitlichen Abstand zwischen dem Stromnetz und dem Verbraucher über die Energieverbindung ausgetauschte oder auszutauschende Energiemenge unterhalb einer vorgegebenen Messauflösung des Energiemengenzählers liegt. SIM-Station für eine Vorrichtung zum kontrollierten Energieaustausch zwischen einem Stromnetz und einem Verbraucher, wobei die SIM-Station zum Herstellen einer Energieverbindung zwischen dem Verbraucher und einem stromnet zseitigen Versorgungspunkt geeignet ist und einen SIM-Controller zum Senden und Empfangen von Steuersignalen über eine Signalübertragungsstrecke umfasst , dadurch gekennzeichnet, dass der SIM-Controller in zeitlichen Abständen über die Signalübertragungsstrecke eine der SIM-Station zugeordnete SIM-Kennung zum Ansteuern eines der SIM- Kennung zugeordneten Energiemengenzählers sendet, und dass die zeitlichen Abstände derart bemessen sind, dass die in einem zeitlichen Abstand zwischen dem Stromnetz und dem Verbraucher über die Energieverbindung ausgetauschte oder auszutauschende Energiemenge unterhalb einer vorgegebenen Messauflösung des Energiemengenzählers liegt. Stationäre Ladestation für eine Vorrichtung zum kontrollierten Energieaustausch zwischen einem Stromnetz und einem Verbraucher, wobei die stationäre Ladestation zum Herstellen einer Energieverbindung zwischen dem Stromnetz und einem verbraucherseitigen Versorgungspunkt geeignet ist und einen Ladestations- Controller zum Senden und Empfangen von Steuersignalen über eine Signalübertragungsstrecke umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die über die Signalübertragungsstrecke empfangenen Steuersignale eine SIM-Kennung umfassen, die dem Verbraucher zugeordnet ist und die in zeitlichen Abständen in den Steuersignalen enthalten ist, dass der Ladestations-Controller bei Empfang einer SIM-Kennung eine zwischen dem Stromnetz und dem Verbraucher über die Energieverbindung ausgetauschte oder auszutauschende Energiemenge auf einen der SIM- Kennung zugeordneten Energiemengenzähler aufaddiert, und dass die zeitlichen Abstände derart bemessen sind, dass die in einem zeitlichen Abstand zwischen dem Stromnetz und dem Verbraucher über die Energieverbindung ausgetauschte oder auszutauschende Energiemenge unterhalb einer vorgegebenen Messauflösung des Energiemengenzählers liegt. |
IFS Informationstechnik GmbH
Vorrichtung und Verfahren zum kontrollierten
Energieaustausch zwischen einem Stromnetz und einem
Verbraucher Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum kontrollierten Energieaustausch zwischen einem
Stromnetz und einem Verbraucher.
Im Zusammenhang mit der fortschreitenden Entwicklung der Elektromobilität entsteht ein wachsender Bedarf an
geeigneten Vorrichtungen, die einen kontrollierten
Energieaustausch zwischen einem Energieerzeuger und einem Energieverbraucher ermöglichen. Dies gilt insbesondere für Vorrichtungen zum Laden von wiederaufladbaren Batterien.
Aus WO 2000/019580 ist ein Schutzsystem für ein Solarmodul zum Schutz des Solarmoduls gegen Diebstahl oder gegen eine unbefugte Nutzung bekannt. Das Solarmodul kann als
Ladevorrichtung für eine wiederaufladbare Batterie
verwendet werden. Das Schutzsystem des Solarmoduls umfasst eine solarmod-ulseitige Unterbrechungseinrichtung und eine verbraucherseitige Freigabeeinrichtung. Zum Schutz gegen eine unbefugte Benutzung des Solarmoduls sendet die
solarmodulseitige Unterbrechungseinrichtung der
verbraucherseitigen Freigabeeinrichtung über die
Energieleitung ein erstes Signal und unterbricht die
Energieübertragung der mittels des Solarmoduls erzeugten Energie zu dem Verbraucher über die Energieleitung, wenn die solarmodulseitige Unterbrechungseinrichtung innerhalb einer ersten vorbestimmten Zeit kein zweites Signal von der verbraucherseitigen Freigabeeinrichtung über die
Energieleitung empfängt. Die verbraucherseitige
Freigabeeinrichtung kann einen Chipkartenleser umfassen. Auf diese Weise kann ein der aufgenommenen Energiemenge entsprechender Geldbetrag von der Chipkarte eines Benutzers sofort abbucht werden.
Eine wichtige Anwendung im Bereich der Elektromobilität sind Batterieladevorrichtungen für Elektrofahrzeuge .
Beim Ladevorgang von Elektrofahrzeugen müssen von der
Ladestation verschiedene Parameter eingestellt werden, um die Fahrzeugbatterie mit einer bestimmten Energiemenge in einer bestimmten Zeit aufladen zu können. Zu diesen
Parametern zählen insbesondere die Ladespannung und der Ladestrom. Es ist grundsätzlich bekannt, diese Parameter über eine fahrzeugseitige Steuereinheit zu steuern. Aus US 5 049 802 ist hierfür eine fahrzeugseitige Funkeinheit bekannt, die Informationen über den momentanen Ladezustand der Fahrzeugbatterie an die Ladestation sendet.
Die Verrechnung der gelieferten Energiemenge wird beim Ladevorgang von Elektrofahrzeugen von einem
Verbrauchszähler erfasst. Bei einem Verbrauchszähler handelt es sich um ein integrierendes Messgerät mit
Zählwerk zur Messung der elektrischen Arbeit oder der elektrischen Energiemenge. Gleichwertige Begriffe hierfür sind Elektrizitätszähler, Stromzähler, Energiemengenzähler oder Gebührenzähler.
Aus DE 20 2005 012 949 Ul ist es bekannt, einen
Verbrauchszähler mit einem GSM-Modul auszurüsten, um den Zählerstand des Verbrauchszählers an eine Zentrale
übermitteln zu können. Aus EP 2017582 AI ist es bekannt, Steckdosen mit
bargeldlosen Vorab-Bezahlsystemen auszustatten. Unter anderem wird vorgeschlagen, Parkuhren mit derartigen
Steckdosen auszurüsten, damit die Batterie eines
Elektrofahrzeugs während der Parkzeit über die in der
Parkuhr installierte Steckdose geladen werden kann.
In US 2008/0281663 AI wird ein System zur Verteilung von Energiemengen zwischen einzelnen Verbrauchern beschrieben. Die Verteilung der Energiemengen erfolgt mit dem Ziel, extreme Lastspitzen im Stromnetz zu vermeiden. Auch
Elektrofahrzeuge können in das System einbezogen werden, wobei der Nutzer des Elektrofahrzeugs mit einem mobilen Gerät die Möglichkeit hat, den Energieaustausch
hinsichtlich bestimmter Parameter zu beeinflussen.
Beim Ladevorgang von Elektrofahrzeugen besteht ein
besonderes Problem allerdings darin, dass ein einmal gestarteter Ladevorgang vor Missbrauch nicht geschützt ist. Sobald das Elektrofahrzeug unbeaufsichtigt ist, kann das
Ladekabel von einer nicht befugten Person entfernt und für ein anderes Elektrofahrzeug verwendet werden.
Aus GB 2438979 A ist eine Ladesäule für Elektrofahrzeuge bekannt, bei der der Ladevorgang mit einer Nutzer-Kennung gestartet wird und bei der während des Ladevorgangs das Ladekabel in der Ladesäule mechanisch verriegelt wird. Eine derartige Ladesäule ist damit mechanisch vor Missbrauch geschützt. Der Nachteil einer derartigen Ladesäule besteht wiederum darin, dass verhältnismäßig hohe Kosten für den Aufbau eines flächendeckenden Netzes von entsprechend ausgestalteten Ladesäulen aufgewendet werden müssen. Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen flexiblen und gleichzeitig sicheren Ladevorgang von wiederaufladbaren Batterien zu ermöglichen. Zur Lösung dieser Aufgabe ist eine Vorrichtung zum
kontrollierten Energieaustausch zwischen einem Stromnetz und einem Verbraucher vorgesehen, mit einer stationären Ladestation zum Herstellen einer Energieverbindung zwischen dem Stromnetz und einem Versorgungspunkt, wobei die
Ladestation einen Ladestations-Controller zum Senden und Empfangen von Steuersignalen über eine
Signalübertragungsstrecke umfasst, und mit einer
verbraucherseitig installierten SIM-Station zum Herstellen einer Energieverbindung zwischen dem Verbraucher und dem besagten Versorgungspunkt, wobei die SIM-Station einen SIM- Controller zum Senden und Empfangen von Steuersignalen über die Signalübertragungsstrecke umfasst.
Die erfindungsgemäße Lösung ist dadurch gekennzeichnet, dass der SIM-Controller in zeitlichen Abständen über die
Signalübertragungsstrecke eine der SIM-Station zugeordnete SIM-Kennung an den Ladestations-Controller sendet, dass der Ladestations-Controller bei Empfang einer SIM-Kennung eine zwischen dem Stromnetz und dem Verbraucher über die
Energieverbindung ausgetauschte oder auszutauschende
Energiemenge auf einen der SIM-Kennung zugeordneten
Energiemengenzähler aufaddiert, und dass die zeitlichen Abstände derart bemessen sind, dass die in einem zeitlichen Abstand zwischen dem Stromnetz und dem Verbraucher über die Energieverbindung ausgetauschte oder auszutauschende
Energiemenge unterhalb einer vorgegebenen Messauflösung des Energiemengenzählers liegt.
Eine wesentliche Erkenntnis der Erfindung besteht darin, dass während des Energieaustauschvorgangs seitens des Verbrauchers laufend eine SIM-Kennung an die stationäre Ladestation übertragen wird. SIM ist eine aus dem
Mobilfunkbereich bekannte Abkürzung und steht für
Subscriber Identification Module. In diesem Zusammenhang steht SIM für jedes denkbare Modul, das in der Lage ist, eine systemweit eindeutige SIM-Kennung zu generieren.
Andere Begriffe für SIM-Kennung sind Identifikationssignal oder Subscriber Identity Number, abgekürzt SIN. Ein Modul, das die besagten Anforderungen erfüllen kann, ist zum
Beispiel eine Chipkarte. Das Modul kann aber beispielsweise auch aus einem Fingerabdruck-Lesegerät bestehen.
Die stationäre Ladestation ist in diesem Zusammenhang jede Art von Übergabestelle, bei der elektrische Energie von einem Stromnetz an einen Verbraucher übertragen wird oder bei der umgekehrt elektrische Energie von einem Verbraucher in das Stromnetz eingespeist wird. Die stationäre
Ladestation kann stromnet zseitig beispielsweise mit dem üblichen Hausanschluss verschaltet sein, der von einem Energieversorgungsunternehmen gegenüber einem Hausbesitzer bereitgestellt wird.
Der Verbraucher ist in diesem Zusammenhang jede Art von Betriebsmittel, das elektrische Energie benötigt oder das elektrische Energie abgibt, um eine vom Menschen gestellte Aufgabe zu erfüllen.
Der Versorgungspunkt ist in diesem Zusammenhang jede standardisierte Schnittstelle zwischen der Ladestation und dem Verbraucher.
Die SIM-Kennung ist in diesem Zusammenhang jede systemweit eindeutige Kennung, die den Verbraucher bzw. die
entsprechende SIM-Station gegenüber anderen Komponenten im System identifiziert. Die SIM-Kennung kann dabei wie in einem GSM-Netz zeitlich unveränderlich sein. Es ist aber auch möglich, dass die SIM-Kennung sich über die Zeit ändert. Entscheidend für die SIM-Kennung ist lediglich, dass andere Komponenten aufgrund der SIM-Kennung den betreffenden Verbraucher bzw. die betreffende SIM-Station identifizieren dann einen entsprechenden
Energiemengenzähler zuordnen können.
Im Allgemeinen kann die Erfindung für die zeitlich
begrenzte Energieversorgung mehrerer Verbraucher über einen dafür vorgesehenen öffentlichen Versorgungspunkt verwendet werden .
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann vorzugsweise als Ladevorrichtung für wiederaufladbare Batterien an dafür vorgesehenen Versorgungspunkten verwendet werden. Bei den Batterien kann es sich beispielsweise um Batterien von Elektrofahrzeugen oder um Batterien von tragbaren
elektronischen Geräten handeln. Der Versorgungspunkt ist dann beispielsweise eine herkömmliche 220V-Steckdose, an die verbraucherseitig ein Ladekabel zum Herstellen der Energieverbindung zur Batterie anschließbar ist.
Bei der Verwendung eines Ladekabels kann außerdem die
Signalübertragungsstrecke im Bereich der Steckdose mit dem Ladekabel gekoppelt sein. Die Kopplung kann auf der
Technologie des sogenannten Powerline Communication Bus (PLC-BUS) basieren. Der PLC-BUS nutzt dabei die
Wechselspannung des Stromnetzes als Trägersignal für die zu übertragenden Steuerdaten. Damit kann das Ladekabel sowohl für die bidirektionale Energieübertragung als auch für die bidirektionale Übertragung von Steuersignalen verwendet werden. Der Vorteil der Kopplung besteht unter anderem darin, dass ein Abziehen des Ladekabels von der Steckdose bereits durch eine Überwachung der Signalübertragungsstrecke erkannt werden kann. Mit der Überwachung der Signalübertragungsstrecke kann damit auch die Funktion der Energieverbindung im Bereich der Steckdose überwacht werden.
Die Erfindung ermöglicht für Elektrofahrzeuge einen
besonders flexiblen und sicheren Ladevorgang von
wiederaufladbaren Batterien. Die mit dem Ladestrom
zugeführte Energiemenge wird auf einem Energiemengenzähler verbucht, der in Abhängigkeit von der SIM-Kennung des
Elektrofahrzeugs ausgewählt wird. Sobald das Ladekabel von dem Elektrofahrzeug getrennt wird, wird auch der
betreffende Energiemengenzähler angehalten. Beim Verbinden des Ladekabels mit einem anderen Elektrofahrzeug wird in Abhängigkeit von der SIM-Kennung ein anderer
Energiemengenzähler ausgewählt und gestartet. Ein
Missbrauch während eines unbeaufsichtigten Ladevorgangs ist damit ausgeschlossen. Mit der Erfindung können herkömmliche 220V-Systeme
kostengünstig aufgerüstet werden. Es ist zum Beispiel denkbar, dass in privaten oder öffentlichen Parkgaragen entsprechende Steckdosen für Elektroautos bereitgestellt werden. Die Nutzung erfolgt durch einfaches Anschließen des Ladekabels an die Steckdose. In diesem Moment wird aufgrund der SIM-Kennung der Energiemengenzähler des betreffenden Elektrofahrzeugs gestartet und gemäß der verbrauchten
Energiemenge belastet. Der gesamte Vorgang der
Identifikation und Gebührenzählung kann in der gleichen Weise wie in GSM-Netzen mit der gleichen Sicherheit
erfolgen.
Die Erfindung ermöglicht auch eine Umkehrung des
Ladevorgangs. Hierbei nutzt der Betreiber des Stromnetzes die Ladekapazität der Fahrzeugbatterie. Dies ist möglich, da jede angeschlossene Fahrzeugbatterie im Netz angemeldet und somit ansteuerbar ist. Die Summe alle angemeldeten Fahrzeugbatterien im Netz kann als großer Energiespeicher vom Netzbetreiber genutzt werden, um Lastspitzen
kostengünstig auszugleichen. Sobald dabei Energie aus der Fahrzeugbatterie entnommen wird, führt dies aus der Sicht des Konsumenten zu positiven Geldbeträgen, beispielsweise in Form von Rückerstattungen oder Rabatten. Wird dagegen Energie zugeführt, dann führt dies aus der Sicht des
Konsumenten zu negativen Geldbeträgen, beispielsweise in Form von Kontoabbuchungen.
Zum Herstellen der Energieverbindung zwischen dem Stromnetz und dem Versorgungspunkt umfasst die stationäre Ladestation entsprechende Gleichrichter bzw. Wechselrichter, deren
Einsatz dem Fachmann geläufig ist. In entsprechender Weise können auch in der batterieseitig installierten SIM-Station zum Herstellen der Energieverbindung zwischen der Batterie und dem Versorgungspunkt entsprechende Gleichrichter bzw. Wechselrichter vorgesehen sein. Falls Energie dem Stromnetz entnommen wird, dann ist ein Netzteil mit Gleichrichter erforderlich, um diese Energie der Batterie zuzuführen. Falls dagegen aus der Batterie Energie entnommen wird, dann ist ein Wechselrichter mit Netzteil erforderlich, um diese Energie in das Stromnetz einzuspeisen.
Die Aufgabe der Erfindung wird in entsprechender Weise durch ein Verfahren zum Energieaustausch zwischen einem Stromnetz und einem Verbraucher gelöst, bei dem über eine stationäre Ladestation eine Energieverbindung zwischen dem Stromnetz und einem Versorgungspunkt hergestellt wird, wobei die Ladestation einen Ladestations-Controller zum Senden und Empfangen von Steuersignalen über eine
Signalübertragungsstrecke umfasst, und bei dem über eine verbraucherseitig installierte SIM-Station eine Energieverbindung zwischen dem Verbraucher und dem besagten Versorgungspunkt hergestellt wird, wobei die SIM-Station einen SIM-Controller zum Senden und Empfangen von
Steuersignalen über die Signalübertragungsstrecke umfasst.
Die erfindungsgemäße Lösung ist dadurch gekennzeichnet, dass der SIM-Controller in zeitlichen Abständen über die Signalübertragungsstrecke eine der SIM-Station zugeordnete SIM-Kennung an den Ladestations-Controller sendet, dass der Ladestations-Controller bei Empfang einer SIM-Kennung eine zwischen dem Stromnetz und dem Verbraucher über die
Energieverbindung ausgetauschte oder auszutauschende
Energiemenge auf einen der SIM-Kennung zugeordneten
Energiemengenzähler aufaddiert, und dass die zeitlichen Abstände derart bemessen sind, dass die in einem zeitlichen Abstand zwischen dem Stromnetz und dem Verbraucher über die Energieverbindung ausgetauschte oder auszutauschende
Energiemenge unterhalb einer vorgegebenen Messauflösung des Energiemengenzählers liegt.
Die beiden erfindungswesentlichen Komponenten der Erfindung sind die SIM-Station und die stationäre Ladestation.
Bei der SIM-Station handelt es sich um eine Komponente der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum kontrollierten
Energieaustausch zwischen einem Stromnetz und einem
Verbraucher, wobei die SIM-Station zum Herstellen einer Energieverbindung zwischen dem Verbraucher und einem stromnet zseitigen Versorgungspunkt geeignet ist und einen SIM-Controller zum Senden und Empfangen von Steuersignalen über eine Signalübertragungsstrecke umfasst.
Die erfindungsgemäße Lösung bei der SIM-Station ist dadurch gekennzeichnet, dass der SIM-Controller in zeitlichen
Abständen über die Signalübertragungsstrecke eine der SIM- Station zugeordnete SIM-Kennung zum Ansteuern eines der SIM-Kennung zugeordneten Energiemengenzählers sendet, und dass die zeitlichen Abstände derart bemessen sind, dass die in einem zeitlichen Abstand zwischen dem Stromnetz und dem Verbraucher über die Energieverbindung ausgetauschte oder auszutauschende Energiemenge unterhalb einer vorgegebenen Messauflösung des Energiemengenzählers liegt.
Bei der stationären Ladestation handelt es sich um eine Komponente der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum
kontrollierten Energieaustausch zwischen einem Stromnetz und einem Verbraucher, wobei die stationäre Ladestation zum Herstellen einer Energieverbindung zwischen dem Stromnetz und einem verbraucherseitigen Versorgungspunkt geeignet ist und einen Ladestations-Controller zum Senden und Empfangen von Steuersignalen über eine Signalübertragungsstrecke umfasst .
Die erfindungsgemäße Lösung bei der stationären Ladestation ist dadurch gekennzeichnet, dass die über die
Signalübertragungsstrecke empfangenen Steuersignale eine SIM-Kennung umfassen, die dem Verbraucher zugeordnet ist und die in zeitlichen Abständen in den Steuersignalen enthalten ist, dass der Ladestations-Controller bei Empfang einer SIM-Kennung eine zwischen dem Stromnetz und dem
Verbraucher über die Energieverbindung ausgetauschte oder auszutauschende Energiemenge auf einen der SIM-Kennung zugeordneten Energiemengenzähler aufaddiert, und dass die zeitlichen Abstände derart bemessen sind, dass die in einem zeitlichen Abstand zwischen dem Stromnetz und dem
Verbraucher über die Energieverbindung ausgetauschte oder auszutauschende Energiemenge unterhalb einer vorgegebenen Messauflösung des Energiemengenzählers liegt. Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Ladestation eine Ladestations-Messeinheit zum Messen der Energiemenge umfasst, die über die durch die
Ladestation führende Energieverbindung ausgetauscht wird. Die Ladestations-Messeinheit ist ein integrierendes
Messgerät mit Zählwerk zur Messung der elektrischen Arbeit oder der Energiemenge. Die in dem Zeitintervall zwischen dem Empfang zweier SIM-Kennungen gemessene Energiemenge kann von dem Ladestations-Controller dazu verwendet werden, um erfindungsgemäß die in dem Zeitinvervall gelieferte Energiemenge auf denjenigen Energiemengenzähler
aufzuaddieren, der der SIM-Kennung zugeordnet ist.
In entsprechender Weise ist es auch möglich, dass die benötigen Energiemengen-Messwerte von der SIM-Station geliefert werden. In diesem Fall umfasst die SIM-Station eine SIM-Messeinheit zum Messen der Energiemenge, die über die durch die SIM-Station führende Energieverbindung ausgetauscht wird. Auch die SIM-Messeinheit ist ein
integrierendes Messgerät mit Zählwerk zur Messung der elektrischen Arbeit oder der Energiemenge. Die in dem
Zeitintervall zwischen dem Senden zweier SIM-Kennungen gemessene Energiemenge kann als Messwert von der SIM- Station an die Ladestation gesendet werden. Die Versendung erfolgt im Rahmen der von der SIM-Station an die
Ladestation versandten Steuersignale.
Auch eine Kombination beider Ausführungsformen ist möglich. In diesem Fall befindet sich in der Ladestation eine
Ladestations-Messeinheit und in der SIM-Station eine SIM- Messeinheit. Wenn beispielsweise im Fall eines
Batterieladevorgangs Energie vom Stromnetz zur Batterie übertragen wird, dann verfügt der Ladestations-Controller damit zum einen über einen Messwert seitens der
Ladestations-Messeinheit, der der insgesamt abgegebenen Energiemenge entspricht, und zum anderen über einen
Messwert seitens der SIM-Messeinheit , der der tatsächlich verbrauchten Energiemenge entspricht. Hiermit ist die Realisierung einer Zusatzsicherung möglich.
Zur Realisierung dieser Zusatzsicherung ist nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, dass die Ladestation einen ansteuerbaren Hauptschalter umfasst, der zwischen Stromnetz und Versorgungspunkt geschaltet ist.
Als Beispiel soll wieder ein Batterieladevorgang betrachtet werden. Wenn während dieses Ladevorgangs die von der
Ladestations-Messeinheit erfassten Messwerte im Vergleich zu den von der SIM-Messeinheit erfassten und seitens des SIM-Controllers gesendeten Messwerten eine vorgegebene Abweichung überschreiten, dann trennt der Ladestations- Controller die Energieverbindung zwischen dem Stromnetz und dem Versorgungspunkt durch Ansteuerung des Hauptschalters. Umgekehrt ermöglicht es die Zusatzsicherung, dass mehrere berechtigte Verbraucher, denen jeweils eine SIM-Kennung zugeordnet ist, gleichzeitig an einer Ladestation
angeschlossen werden können.
Wenn es sich bei dem Versorgungspunkt beispielsweise um eine einzelne Steckdose handelt, dann können an diese
Steckdose mit einem herkömmlichen Steckdosenverteiler mehrere Verbraucher . angeschlossen werden. Wenn ein
unberechtigter Konsument einen Verbraucher ohne
Zwischenschaltung einer SIM-Station an den
Steckdosenverteiler anschließt, kann der Ladestations- Controller von diesem Verbraucher keine gültigen
Energiemengen-Messwerte erhalten. Als Folge davon stellt die Ladestation eine Abweichung in der Energiemengenbilanz fest und unterbricht durch Betätigen des Hauptschalters die Stromversorgung für alle angeschlossenen Verbraucher. Daraufhin wird vom Ladestations-Controller wiederholt kontrolliert (beispielsweise mit energiearmen Testströmen) , ob die Energiebilanz weiterhin verletzt ist. Erst wenn die Energiemengenbilanz wieder ausgeglichen ist, wird der
Hauptschalter zur Übertragung größerer Energiemengen vom Ladestations-Controller wieder geschlossen.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand der folgenden Figuren erläutert. Es zeigt
Fig. 1 ein Blockschaltbild einer ersten Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 2 ein Blockschaltbild einer zweiten Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 3 ein Blockschaltbild einer dritten Ausführungsform der Erfindung, Fig. 4 ein Blockschaltbild einer vierten Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 5 den prinzipiellen Signalfluss zwischen SIM-
Controller und Ladestations-Controller bei der sequenziellen Energieversorgung mehrerer
Verbraucher,
Fig. 6 den prinzipiellen Signalfluss zwischen SIM-
Controller und Ladestations-Controller bei der parallelen Energieversorgung mehrerer
Verbraucher,
Fig. 7 ein mögliches Authentisierungsprotokoll zwischen
Ladestations-Controller und SIM-Controller mit anschließendem Datenaustausch, Fig. 8 ein mögliches Datenprotokoll mit einer Vorab- Bezahlung nach dem Grundprinzip der digitalen Signatur, und
Fig. 9 ein mögliches Datenprotokoll mit einer Danach- Bezahlung nach dem Grundprinzip der digitalen Signatur .
Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild einer ersten
Ausführungsform der Erfindung. Diese Ausführungsform erstreckt sich auf eine Ladevorrichtung für eine
wiederaufladbare Batterie. Der Energiefluss ist wie bereits beschrieben in beide Richtungen möglich. Die Wirkungspfeile an dem Stromnetz 11 und an der Batterie 21 zeigen daher in beide Richtungen.
Da die Steckdose 1 eine Schnittstelle definiert,
orientieren sich die dargestellten Komponenten der
Batterieladevorrichtung an der durch die Steckdose 1 gezeichneten Schnittstellenlinie 2.
Links der Schnittstellenlinie 2 befinden sich die
Komponenten der Ladestation 10 mit dem Ladestations- Modulator 12, dem Ladestations-Controller 13 und dem
Authent ifikations-Center (AC) 14. Da das Authentifikations- Center 14 in der Regel für mehrere Ladestationen zuständig ist, ist zusätzlich die Schnittstelle 3 eingezeichnet. Die Ladestation 10 ist über das Kabel 4a mit dem Stromnetz 11 verbunden .
Rechts der Schnittstellenlinie 2 befinden sich die
Komponenten der SIM-Station 20 mit dem SIM-Modulator 22 und dem SIM-Controller 23. Die SIM-Station 20 ist über das Kabel 4d mit der Batterie 21 verbunden. Das Ladekabel 4b, 4c verbindet die Ladestation 10 mit der SIM-Station 20. Der Energiefluss zwischen dem Stromnetz 11 und der Batterie 21 läuft damit über die Kabelkomponenten 4a, 4b, 4c, 4d, von denen die Komponenten 4b und 4c das eigentliche Ladekabel auf beiden Seiten der Steckdose 1 darstellen .
Die Energieverbindung kann im einfachsten Fall dadurch hergestellt werden, indem das Ladekabel 4c in die Steckdose 1 eingesteckt wird. Zusätzlich ist es aber auch möglich, dass der Ladestations-Modulator und/oder der SIM-Modulator Leistungsschalter enthalten, die von dem Ladestations- Controller und/oder dem SIM-Controller angesteuert werden.
Mit dem SIM-Modulator 22 ist über die Steuerleitung 5 der SIM-Controller 23 verbunden. Der SIM-Controller 23 enthält wie das Mobiltelefon in einem GSM-Netz eine SIM-Karte (Subscriber Identity Module) , auf der die SIM-Kennung verschlüsselt gespeichert ist.
Auf der anderen Seite ist mit dem Ladestations-Modulator 12 über die Steuerleitung 6 der Ladestations-Controller 13 verbunden. Der Ladestations-Controller 13 übernimmt in entsprechender Weise die gleichen Funktionen, die eine
Basisstation zusammen mit einem Authentifikations-Center in einem GSM-Netz ausführt, um einen sich anmeldenden Benutzer im Netz zu identifizieren. Über die Schnittstelle 3 ist der Ladestations-Controller 13 daher in entsprechender Weise mit dem Authentifikations-Center 14 verbunden. Das
Authentifikations-Center 14 ist ein
hochsicherheitsrelevanter Bereich mit wichtigen Daten aller Ladestations-Controller und SIM-Controller des Netzes und enthält unter anderem die SIM-Kennungen, die jede SIM-Karte eindeutig im Netz identifizieren. Da das Authentifikations- Center 14 sich in der Regel in einer von der Ladestation 10 entfernten Zentrale befindet, ist die Schnittstelle 3 eine für die Fernübertragung geeignete Schnittstelle. Die
Leitung 7 kann damit beispielsweise eine ISDN-Leitung, eine GSM-Leitung oder eine DSL-Leitung sein.
Die Signalübertragungsstrecke wird insgesamt durch die Steuerleitung 5, das Ladekabel 4b, 4c und die Steuerleitung 6 gebildet. Auf den Abschnitten 4b, 4c des Ladekabels ist die Signalübertragungsstrecke mit der Energieverbindung, also hier mit dem Ladekabel, gekoppelt.
Sobald die Signalübertragungsstrecke zwischen dem
Ladestations-Modulator 12 und dem SIM-Modulator 22 über das Ladekabel 4b, 4c hergestellt ist, sendet der SIM-Controller 23 die SIM-Kennung aus. Der SIM-Modulator 22 moduliert die SIM-Kennung auf das Ladekabel 4b, 4c. In entsprechender Weise demoduliert der Ladestations-Modulator die SIM- Kennung und leitet die SIM-Kennung an den Ladestations- Controller 13 weiter. Die Übertragung der SIM-Kennung vom SIM-Controller 23 zum Ladestations-Controller 13 läuft dabei stets verschlüsselt ab. Hierdurch wird verhindert, dass die SIM-Kennung auf der Signalübertragungsstrecke, insbesondere auf der Strecke 4b, 4c des Ladekabels, von einer unbefugten Person abgegriffen und danach für
unbefugte Zwecke verwendet werden kann.
Der Ladestations-Controller 13 verifiziert in einem ersten Schritt die SIM-Kennung über das Authentifikations-Center 14. Handelt es sich um einen im System registrierten
Benutzer, dann schaltet der Ladestations-Controller 13 über Leistungsschalter die Energieverbindung zwischen dem
Stromnetz 11 und der Batterie 21 frei und steuert außerdem einen Energiemengenzähler an, der der SIM-Kennung
zugeordnet ist. Die zu dem Energiemengenzähler zugehörige Messeinheit kann sich an einer beliebigen Stelle auf der Leitung 4a, 4b, 4c, 4d zwischen dem Stromnetz 11 und der Batterie 21 befinden, beispielsweise im Ladestations- Modulator 12 oder in der Steckdose 1. Das Zählwerk des Energiemengenzählers, aufgrund dessen dann die
Stromgebühren für die verbrauchte Energiemenge berechnet werden, befindet sich dagegen vorzugsweise im
Authentifikations-Center 14 und wird dort zentral
verwaltet. Falls Energie vom Stromnetz 11 der Batterie 21 zugeführt wird, dann wird der Zählerstand in dem
Energiemengenzähler erhöht. Falls dagegen Energie aus der Batterie 21 entnommen und umgekehrt dem Stromnetz 11 zugeführt wird, dann wird der Zählerstand in dem
Energiemengenzähler erniedrigt.
Der SIM-Controller 23 sendet während des Ladevorgangs laufend die SIM-Kennung in kurzen zeitlichen Abständen. Sobald der Ladestations-Controller 13 die SIM-Kennung nicht mehr empfängt, wird die Ansteuerung des entsprechenden Energiemengenzählers gestoppt. Dies kann im einfachsten Fall dadurch geschehen, indem das Ladekabel 4c aus der Steckdose 1 gezogen wird. Es ist aber auch möglich, dass der Benutzer mit dem SIM-Controller 23 über weitere
Telekommunikationsmittel verbunden ist und damit die
Aussendung der SIM-Kennung beeinflussen kann. In der gleichen Weise ist es möglich, dass der Benutzer über den SIM-Controller 23 einen Leistungsschalter ansteuert, der sich im SIM-Modulator 22 befindet, um die Stromzufuhr zu unterbrechen. Schließlich ist es auch möglich, dass der Benutzer vom SIM-Controller 23 zum Ladestations-Controller 13 Steuersignale sendet, die im Ladestations-Controller eine Schaltaktion auslösen, sodass über im Ladestations- Modulator 12 befindliche Leistungsschalter die Stromzufuhr unterbrochen wird. Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. Auch diese Ausführungsform erstreckt sich auf eine Ladevorrichtung für eine
wiederaufladbare Batterie. Die zweite Ausführungsform ist dabei prinzipiell mit der ersten Ausführungsform identisch, sodass gleiche Komponenten auch mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet sind. Mit den zusätzlich eingezeichneten
Komponenten kann die Ladevorrichtung der zweiten
Ausführungsform von mehreren Konsumenten gleichzeitig benutzt werden. Eine derartige Ladevorrichtung kann demnach als öffentliche Steckdose für die verschiedensten
Ladevorgänge eingesetzt werden.
Es besteht bereits jetzt ein Bedarf an öffentlichen
Steckdosen, um wiederaufladbare Batterien aufzuladen. Das Problem bei öffentlichen Steckdosen ist die Abrechnung der zur Verfügung gestellten Energiemenge. In Bibliotheken werden öffentliche Steckdosen zum Betreiben von tragbaren Computern in der Regel kostenlos zur Verfügung gestellt. Die hiermit verbundenen Stromkosten müssen dann vom
Bibliothektsbetreiber getragen werden. Die Bereitstellung von öffentlichen Steckdosen in Parkgaragen für Elektroautos scheitert bisher daran, dass die verbrauchte Energiemenge nicht abrechenbar ist. Bei den hier verbrauchten
Energiemengen ist es für einen Parkgaragenbetreiber im Gegensatz zu einem Bibliotheksbetreiber nicht mehr
akzeptabel, dass die öffentlichen Steckdosen wie in einer Bibliothek kostenlos zur Verfügung gestellt werden. Die zweite Ausführungsform gemäß Fig. 2 stellt eine Lösung dieses Problems dar.
Bei der Steckdose 1 soll es sich demnach um eine
öffentliche Steckdose handeln, die von einem
Parkgaragenbetreiber für das Laden der Batterien von Elektroautos zur Verfügung gestellt wird. Die Steckdose 1 ist dabei als Dreifachstecker mit den einzelnen Steckdosen la, lb und lc ausgeführt. An der Steckdose 1 können demnach drei Elektroautos gleichzeitig angeschlossen werden. In Fig. 2 ist nur ein angeschlossenes Elektroauto dargestellt, wobei die Komponenten rechts von der Schnittstellenlinie 2 in dem Elektroauto verbaut sind, also die SIM-Station 20, die Batterie 21 und der Chipkarten-Leser 24 mit einer
Chipkarte 25.
Die Komponenten zwischen der Schnittstellenlinie 2 und der Schnittstellenlinie 3 sind im Technikraum der Parkgarage verbaut. Standardmäßig verfügt der Technikraum über einen Hausanschluss zum Stromnetz 11, wobei der Stromverbrauch über einen Elektrizitätszähler 16 in der üblichen Weise abgerechnet wird. Die 220V-Stromversorgung der Parkgarage erfolgt über den Strang 9.
Ausgehend von dieser Infrastruktur ist es leicht möglich, die Komponenten für die erfindungsgemäße Ladevorrichtung nachzurüsten . Hierzu werden hinter dem Haushaltszähler 16 ein Abzweig 17, ein ansteuerbarer Leistungsschalter 18 und die Ladestation 10 vorgesehen. Die Ladestation 10 kann sich dabei in einem Gehäuse befinden, das eine vergleichbare Größe wie das Gehäuse des handelsüblichen
Elektrizitätszählers 16 aufweist. Die Ladestation 10 ist auf der Stromnetzseite über das Kabel 4a mit dem
Leistungsschalter 18 und auf der Steckdosenseite mit der Steckdose 1 über das Kabel 4b verbunden.
Der Leistungsschalter 18 wird über die Steuerleitung 8 vom Ladestations-Controller 13 angesteuert. Der
Leistungsschalter 18 kann dabei auch im Gehäuse der
Ladestation 10 integriert sein. Zum Betreiben der Ladestation 10 muss die Ladestation 10 danach lediglich noch an die Telekommunikationsleitung 7 angeschlossen werden, wobei die Telekommunikationsleitung 7 die Ladestation 10 mit dem entfernt gelegenen
Authentifikations-Center 14 verbindet.
Bei der Beschreibung der ersten Ausführungsform gemäß Fig. 1 wurde es offen gelassen, auf welche Weise die
Energiemenge bestimmt wird, die laufend auf den der SIM- Kennung zugeordneten Energiemengenzähler aufaddiert wird. Bei der zweiten Ausführungsform gemäß Fig. 2 sind für diesen Zweck eine Ladestations-Messeinheit 19 in der
Ladestation 10 und eine SIM-Messeinheit 29 in der SIM- Station 20 vorgesehen.
Bei der Ladestations-Messeinheit 19 und der SIM-Messeinheit 29 handelt es sich jeweils um ein integrierendes Messgerät mit Zählwerk zur Messung der elektrischen Arbeit oder der Energiemenge. Für derartige Messgeräte sind entsprechende integrierte Schaltkreise verfügbar. Von außen werden diese Schaltkreise mit Spannungsteiler-Shunts und Stromwandlern beschaltet. Stromwandler sind Bausteine, die einen Strom in eine dazu proportionale Spannung wandeln, wie z.B. Hall- Sensoren bei Wechsel- und/oder Gleichströmen oder Miniatur- Trafos bei reinen Wechselströmen. Die anliegenden Werte für den gelieferten Strom und die gelieferte Spannung werden in dem Schaltkreis über Analog-Digital-Wandler einer
Recheneinheit zur Berechnung der momentan verbrauchten Leistung zugeführt. Das integrierende Zählwerk addiert alle berechneten Leistungswerte über die Zeit auf und liefert damit einen digitalen Wert für die abgegebene Energiemenge.
Die in dem Authentifikations-Center 14 befindlichen
Energiemengenzähler, auf die in Abhängigkeit von der SIM- Kennung die Energiemengen laufend aufaddiert werden, sind als Positionen 15 und 15' dargestellt. Da von dem
Ladestations-Controller 13 die digitalen Werte der
jeweiligen Energiemenge bereits bereitgestellt werden, handelt es sich bei den Energiemengenzählern 15 und 15' um reine Zählwerke ohne weitere Messfunktion. Die Zählwerke können beispielsweise als digitale Konten auf einer
Datenverarbeitungsanlage vom Authentifikations-Center 14 verwaltet werden, wobei eine monatliche Abrechnung
gegenüber dem jeweiligen Konsumenten ähnlich wie bei
Mobiltelefonen im GSM-Netz erfolgt.
Fahrzeugseitig ist die SIM-Station über die Leitung 17 mit einem Chipkarten-Leser 24 verbunden, dem eine SIM-Karte 25 zugeführt werden kann. Hauptaufgabe der SIM-Karte 25 ist die Authentifikation der SIM-Station 20 gegenüber dem Authentifikations-Center 14. Zusätzlich kann vorgesehen sein, dass sich der Nutzer selbst gegenüber der SIM-Karte 25 mit seiner Personal Identification Number (PIN)
identifiziert. Neben der Authentifikation kann die SIM- Karte 25 auch noch für verschiedene andere Dienste genutzt werden, insbesondere für die Protokollierung der einzelnen Ladevorgänge.
Für die Ausführung des Chipkarten-Lesers 24 sind
verschiedene Varianten denkbar. Eine Variante besteht darin, dass der Chipkartenleser 24 im Gehäuse der SIM- Station 20 integriert ist, wobei das Gehäuse der SIM- Station nicht größer sein muss als das Gehäuse eines einfachen Dreifach-220V-Verteilers .
Eine andere Variante besteht darin, dass das Mobiltelefon des betreffenden Konsumenten einschließlich der in dem Mobiltelefon bereits vorhandenen SIM-Karte für die SIM- Station 20 verwendet wird. Die Verbindung 17 kann dabei leitungsgebunden (z.B. USB) oder alternativ drahtlos (z.B. GSM bzw. W-LAN für längere Distanzen oder Blue-Tooth für kürzere Distanzen) ausgeführt sein. Die SIM-Kennung wird dabei über die Verbindung 17 vom Mobiltelefon an den SIM- Controller 23 verschlüsselt übertragen. Bei dieser Variante ist es möglich, dass das bereits verfügbare
Authentifikations-Center des GSM-Betreibers zusätzlich auch vom Stromnetzbetreiber genutzt wird, indem der GSM- Betreiber die Energiemengenzähler 15 und 15' im Auftrag des Stromnetzbetreibers verwaltet. Der Konsument erhält dann mit seiner monatlichen Mobilfunkrechnung die darin
integrierte Rechnung für die verbrauchten Energiemengen an öffentlichen Steckdosen.
Der Ladestations-Modulator 12 und der SIM-Modulator 22 basieren vorzugsweise auf der bereits etablierten
Technologie des sogenannten Powerline Communication Bus (PLC-BUS) . Der PLC-BUS nutzt dabei die Wechselspannung des Stromnetzes als Trägersignal für die zu übertragenden
Steuerdaten. Damit kann das Ladekabel 4b, 4c sowohl für die bidirektionale Energieübertragung als auch für die
bidirektionale Übertragung von Steuersignalen verwendet werden .
Ohne Beschränkung der Allgemeinheit wird der Energiefluss im Folgenden nur in eine Richtung, also von dem Stromnetz
11 zur Batterie 21, beschrieben. Alle Beschreibungen gelten in entsprechender Weise aber auch für die bereits erwähnte umgekehrte Richtung des Energieflusses, also von der
Batterie 21 zum Stromnetz 11.
Die Wirkungspfeile von dem Stromnetz 11 zur Batterie 21 sind demnach einseitig eingezeichnet, weil ein Energiefluss hier nur in einer Richtung vom Stromnetz 11 zur Batterie 21 angenommen wird. Unabhängig davon werden über das Ladekabel 4b, 4c, also zwischen der Ladestation 10 und der SIM- Station 20, allerdings immer auch bidirektionale
Steuersignale übertragen. Die Wirkungspfeile zeigen daher auf dieser Teilstrecke in beide Richtungen.
Sobald durch Einstecken des Ladekabels 4c in die Steckdose la die Signalübertragungsstrecke zwischen der SIM-Station
20 und der Ladestation 10 hergestellt ist, findet zunächst die Authentifizierung der SIM-Station 20 in der gleichen Weise statt, wie dies bereits bei der ersten
Ausführungsform beschrieben wurde. Danach wird von der Ladestation 10 der Leistungsschalter 18 zum Herstellen der Energieverbindung geschlossen.
Gleichzeitig ist es allerdings nunmehr möglich, dass die Batterien von zwei weiteren Elektroautos an die Steckdosen lb und lc angeschlossen werden. Um dabei einen Missbrauch auszuschließen, findet in dem Ladestations-Controller 13 ein Abgleich der gemessenen Energiemengen statt.
Die von dem Stromnetz 11 über die Leitung 4a gelieferte Energiemenge wird zunächst von der Ladestations-Messeinheit 19 gemessen und über die Leitung 6a an den Ladestations- Controller weitergeleitet.
Die von jedem Elektroauto zum Laden der jeweiligen Batterie
21 verbrauchte Energiemenge wird darüber hinaus von jeder SIM-Messeinheit 29 gemessen und über die Leitung 5a an den SIM-Controller 23 weitergeleitet. Mit jeder Übertragung einer SIM-Kennung überträgt der SIM-Controller 23 auch den Wert der seit der letzten Übertragung gemessenen
Energiemenge an den Ladestations-Controller 13. Im
Ladestations-Controller 13 kann damit quasi laufend ein Abgleich der gemessenen Energiemengen stattfinden. Sobald eine vorgegebene Abweichung überschritten wird, steuert der Ladestations-Controller 13 über die Steuerleitung 8 den Leistungsschalter 18 an und unterbricht die Stromversorgung für alle an der öffentlichen Steckdose 1 angeschlossenen Verbraucher. Der Ladestations-Controller 13 und der
Ladestations-Modulator 12 verfügen dabei über eine vom Leistungsschalter 18 unabhängige Stromversorgung. Daraufhin wird vom Ladestations-Controller 13 wiederholt kontrolliert (beispielsweise mit energiearmen Testströmen) , ob die
Energiebilanz weiterhin verletzt ist. Erst wenn die
Energiemengenbilanz wieder ausgeglichen ist, wird der
Hauptschalter 18 zur Übertragung größerer Energiemengen vom Ladestations-Controller 13 wieder geschlossen.
Die Ursache für die Überschreitung der Abweichung kann insbesondere darin liegen, dass ein Verbraucher an eine der Steckdosen la, lb und lc angeschlossen wurde, der sich nicht authentifizieren konnte. In diesem Fall wird an die SIM-Controller der übrigen Verbraucher, die vom System bereits authentifiziert waren, eine Nachricht gesendet. Diese Nachricht kann in geeigneter Weise an die
betreffenden Konsumenten weitergeleitet werden,
beispielsweise durch eine SMS-Nachricht auf das
Mobiltelefon des betreffenden Konsumenten. Zusätzlich ist es auch denkbar, dass vor Ort an der öffentlichen Steckdose ein Alarm ausgelöst wird, um unbefugte Konsumenten davon abzuhalten, die öffentliche Steckdose ohne
Zwischenschaltung einer SIM-Station zu nutzen oder die bestimmungsgemäße Nutzung der öffentlichen Steckdose zu stören . Falls der Ladestations-Controller 13 dagegen Abweichungen feststellt, die unterhalb der vorgegebenen Abweichung liegen, dann werden die Verbrauchswerte der einzelnen
Verbraucher proportional so verteilt, dass die an die
Energiemengenzähler ' 15, 15' gesendeten Messwerte in der Summe mit der von der Ladestations-Messeinheit 19
gemessenen Energiemenge übereinstimmen.
Durch die Bereitstellung der öffentlichen Steckdose 1 entstehen für den Parkhausbetreiber zunächst höhere
Stromkosten, die über den Elektrizitätszähler 16
abgerechnet werden. Zur Rückerstattung dieser Kosten verwaltet das Authentifikations-Center 14 daher innerhalb der Energiemengenzähler 15, 15' auch einen
Energiemengenzähler für die Ladestation 10, sodass der
Stromnetzbetreiber eine monatliche Abrechnung gegenüber dem Parkhausbetreiber vornehmen kann. Um für den
Parkhausbetreiber einen Anreiz zur Installation der öffentlichen Steckdose zu schaffen, wird der
Rückerstattungsbetrag dabei über dem tatsächlich
verbrauchten Betrag liegen. Auch entsprechende
RabattSysteme ähnlich wie bei der Installation von
Solarmodulen sind denkbar. Fig. 3 zeigt ein Blockschaltbild einer dritten
Ausführungsform der ' Erfindung . Wie die erste und die zweite Ausführungsform erstreckt sich auch die dritte
Ausführungsform auf eine Ladevorrichtung für eine
wiederaufladbare Batterie. Die dritte Aus ührungsform stellt allerdings eine Variante der ersten und zweiten Ausführungsform dar, bei der die Übertragung der
Steuersignale abseits vom Ladekabel 4b, 4c erfolgt.
Für die Übertragung der Steuersignale zwischen dem
Ladestations-Controller 13 und dem SIM-Controller 23 ist eine von dem Ladekabel 4b, 4c getrennte
Signalübertragungsstrecke 5 vorgesehen. Die
Signalübertragungsstrecke 5 kann dabei leitungsgebunden (z.B. USB) oder alternativ drahtlos (z.B. W-LAN für längere Distanzen oder Blue-Tooth für kürzere Distanzen) ausgeführt sein .
In der Steckdose 1 sind die Messeinheit des
Energiemengenzählers und ein Leistungsschalter integriert. Die in Fig. 2 beschriebenen Signale über die Leitungen 6a und 8 werden jetzt über die zwischen der Steckdose 1 und dem Ladestations-Controller 13 verlegte Leitung 6b
übertragen .
Alle übrigen Funktionsabläufe der ersten Ausführungsform und der zweiten Ausführungsform lassen sich auf die dritte Ausführungsform übertragen. Alternativ ist es bei der dritten Ausführungsform allerdings auch denkbar, dass die Energie zwischen dem Stromnetz 11 und der Batterie 21 drahtlos übertragen wird. Weitere Einzelheiten zur
drahtlosen Energieübertragung werden im Zusammenhang mit der vierten Ausführungsform beschrieben. Fig. 4 zeigt ein Blockschaltbild einer vierten
Ausführungsform der Erfindung. Auch die vierte
Ausführungsform erstreckt sich auf eine Ladevorrichtung für eine wiederaufladbare Batterie. Entsprechend zur zweiten Ausführungsform ist in der Ladestation 10 eine
Ladestations-Messeinheit und in der SIM-Station 20 eine SIM-Messeinheit vorgesehen. Die vierte Ausführungsform unterscheidet sich von der zweiten Ausführungsform
allerdings wiederum dadurch, dass die Steuersignale abseits von dem Ladekabel 4b, 4c übertragen werden. Die
Steuersignale werden demnach nicht mehr wie in Fig. 2 dargestellt über die Leitungen 5, 4c, 4b und 6, sondern direkt über die getrennte Signalübertragungsstrecke 5 übertragen. Auch hier kann die Signalübertragungsstrecke 5 leitungsgebunden (z.B. USB) oder alternativ drahtlos (z.B. W-LAN für längere Distanzen oder Blue-Tooth für kürzere Distanzen) ausgeführt sein.
Alle übrigen Funktionsabläufe der zweiten Ausführungsform lassen sich auf die vierte Ausführungsform übertragen.
Alternativ ist es bei der vierten Ausführungsform
allerdings auch denkbar, dass die Energie zwischen dem Stromnetz 11 und der Batterie 21 drahtlos übertragen wird. Für die drahtlose Energieübertragung kommen insbesondere induktive Prinzipien in Betracht. Beispielsweise kann sich in einer Parkgarage in der Mitte eines Stellplatzes ein Versorgungspunkt 1 befinden, der aus einer Primärspule besteht, die im Boden eingelassen ist. Am Unterbau des darüber stehenden Elektrofahrzeugs befindet sich eine Sekundärspule, die die aufgenommene Energie über die SIM- Messeinheit 29 an die Batterie 21 abgibt. Die
Energieverbindung 4c ist damit drahtlos ausgeführt. Der Versorgungspunkt 1 kann sich auch über mehrere Stellplätze erstrecken, sodass über die Wirkungspfeile la, lb und lc gleichzeitig Energie an mehrere Elektrofahrzeuge abgegeben werden kann. Die Erfassung des Energiemengenverbrauchs erfolgt dabei wie in der zweiten Ausführungsform bereits beschrieben über die in den SIM-Stationen befindlichen SIM- Messeinheiten 29. Mit jeder Übertragung einer SIM-Kennung wird auch die von der SIM-Messeinheit 29 gemessene
Energiemenge an den Ladestations-Controller 13 gesendet. Bei Empfang einer SIM-Kennung addiert der Ladestations- Controller 13 die über die SIM-Station 23 gelieferte
Energiemenge auf einen der SIM-Kennung zugeordneten
Energiemengenzähler auf. Eine missbräuchliche
Energieabnahme wird wie in der zweiten Ausführungsform bereits beschrieben über einen in dem Ladestations- Controller 13 stattfindenden Energiemengenabgleich
verhindert, indem bei einer Verletzung der
Energiemengenbilanz der Hauptschalter 18 geöffnet und die Energieübertragung über den Versorgungspunkt 1 unterbrochen wird .
Auch im Rahmen der drahtlosen Energieübertragung ist es denkbar, dass die Signalübertragungsstrecke im Bereich des Versorgungspunkts 1 mit der Energieverbindung gekoppelt ist. Die Steuersignale werden dann unter Einsatz
entsprechender Modulatoren zwischen dem SIM-Controller 23 und dem Versorgungspunkt 1 drahtlos und zwischen dem
Versorgungspunkt 1 und dem Ladestations-Controller 13 über das Ladekabel 4b übertragen. Ähnlich wie bei der bereits beschriebenen Kopplung zwischen Signalübertragungsstrecke und Ladekabel besteht der Vorteil der Kopplung darin, dass ein Wegfahren des Elektrofahrzeugs vom Versorgungspunkt bereits durch eine Überwachung der
Signalübertragungsst ecke erkannt werden kann. Mit der Überwachung der Signalübertragungsstrecke kann somit die Position des Elektrofahrzeugs und damit auch die Funktion der Energieverbindung im Bereich des Versorgungspunkts 1 überwacht werden.
Fig. 5 zeigt den prinzipiellen Signalfluss zwischen SIM- Controller und Ladestations-Controller bei der
sequenziellen Energieversorgung mehrerer Verbraucher. Bei den Verbrauchern kann es sich beispielsweise um
wiederaufladbare Batterien handeln. Zunächst wird der
Verbraucher 1 zum Zeitpunkt ti an eine öffentliche
Steckdose angeschlossen und zum Zeitpunkt t2 wieder von der öffentlichen Steckdose getrennt. Vom Stromnetz 11 wird in dem Zeitraum t 2 -ti die Energiemenge bereitgestellt, die der Fläche unter dem trapezförmigen Verlauf in dem Leistungs- Zeit-Diagramm zwischen den Zeitpunkten ti und t 2
entspricht . Unmittelbar nach dem Zeitpunkt ti erfolgt zunächst die Authentisierung des Verbrauchers 1. Danach sendet der SIM- Controller 23 des Verbrauchers 1 in zeitlichen Abständen At über die Signalübertragungsstrecke 5 an den Ladestationscontroller 13 die der SIM-Station zugeordnete SIM-Kennung. Bei Empfang einer SIM-Kennung addiert der Ladestations- Controller 13 die in dem zeitlichen Abstand At an den
Verbraucher 1 gelieferte Energiemenge auf den
Energiemengenzähler 15 auf, wobei der Energiemengenzähler 15 der SIM-Kennung des Verbrauchers 1 zugeordnet ist. Die Addition kann auch erst in dem Ladestations-Controller 13 zwischengespeichert werden. Diese Zwischenspeicherung hat die gleiche Wirkung wie das direkte Aufaddieren auf einen der SIM-Kennung zugeordneten Energiemengenzähler. Nach Beendigung der Energieübertragung wird dann zum Zeitpunkt t 2 die zunächst zwischengespeicherte und jetzt bereits insgesamt aufaddierte Energiemenge auf den
Energiemengenzähler 15 des Verbrauchers 1 aufaddiert.
Der zeitliche Abstand At bestimmt die Messauflösung des Energiemengenzählers 15. Unter der Messauflösung wird dabei die kleinste anzeigbare Änderung bei der Anzeige der
Energiemenge auf einem Energiemengenzähler verstanden. Wenn es sich bei den Energiemengenzählern 15, 15' um geeichte Messgeräte handelt, ist die Messauflösung in der Regel aufgrund gesetzlicher Vorgaben vorgegeben, wobei die einzuhaltende Messauflösung wiederum eine Funktion des Zählerstands sein kann.
Die zeitlichen Abstände At werden von der erfindungsgemäßen Ladevorrichtung derart bemessen, dass die in einem
zeitlichen Abstand At über die SIM-Station gelieferte
Energiemenge unterhalb einer vorgegebenen Messauflösung des Energiemengenzählers liegt. Die vorgegebene Messauflösung entspricht dabei vorzugsweise der Messauflösung aufgrund gesetzlicher Vorgaben. Auf der anderen Seite ist es nicht erforderlich, die zeitlichen Abstände At deutlich unterhalb der gesetzlichen Vorgaben zu bemessen, da dann die
Rechenkapazitäten der SIM-Controller 23, 23' und des
Ladestations-Controllers 13 unnötig belastet werden bzw. durch zusätzlich erforderliche Rechenkapazitäten unnötige Kosten entstehen. Man kann davon ausgehen, dass mit den üblicherweise verfügbaren Rechenkapazitäten zeitliche Abstände At in einem Bereich von einigen Zehntel-Sekunden zu noch vertretbaren Kosten realisiert werden können. Zur Optimierung ist es auch denkbar, dass die zeitlichen
Abstände At nicht regelmäßig, sondern von SIM-Kennung zu SIM-Kennung variabel ausgelegt und adaptiv berechnet werden. Es ist auch denkbar, dass die in den zeitlichen Abständen At gemessenen Energiemengen durch geeignete
Algorithmen über die Zeit interpoliert und/oder gefiltert werden. Insgesamt entsprechen dabei die Zusammenhänge zwischen dem tatsächlichen Energiemengenverbrauch der jeweiligen Verbraucher und dem vom Ladestations-Controller 13 erfassten Energiemengenverbrauch den Gesetzmäßigkeiten zwischen einem analogen Messsignal und den durch einen Analog-Digital- andler einem Prozessor zugeführten
digitalen Messwerten. Die zeitlichen Abstände At
entsprechen dabei dann der Abtastrate des Analog-Digital- Wandlers. Alle aus der Messtechnik bekannten
Gesetzmäßigkeiten zur Behandlung von analog zu digital gewandelten Messwerten sind daher auf die von dem
Ladestations-Controller verwalteten Energiemengen-Messwerte entsprechend anwendbar, wie beispielsweise die Anti- Aliasing-Filterung, die Bemessung der Abtastrate oder die Prädiktion zukünftiger Messwerte.
Zum Zeitpunkt t3 wird der Verbraucher 2 an die öffentliche Steckdose angeschlossen und wird zum Zeitpunkt t 4 von der öffentlichen Steckdose wieder getrennt. Vom Stromnetz 11 wird in dem Zeitraum t 4 -t 3 dabei die Energiemenge
bereitgestellt, die der Fläche unter dem trapezförmigen Verlauf in dem Leistungs-Zeit-Diagramm zwischen den
Zeitpunkten t 3 und t 4 entspricht. Die Übertragung der SIM- Kennungen von Verbraucher 2 erfolgt über die
Signalübertragungsstrecke 5'. Die gemessenen Energiemengen werden vom Ladestations-Controller 13 auf den
Energiemengenzähler 15' aufaddiert. Ansonsten ist der
Funktionsablauf zu dem bereits mit Bezug zum Verbraucher 1 beschriebenen Funktionsablauf identisch.
Fig. 6 zeigt den prinzipiellen Signalfluss zwischen SIM- Controller und Ladestations-Controller bei der parallelen Energieversorgung mehrerer Verbraucher. Bei den
Verbrauchern kann es sich beispielsweise um
wiederaufladbare Batterien handeln. Der Unterschied zu dem in Fig. 5 dargestellten Signalfluss besteht darin, dass der Verbraucher 1 und der Verbraucher 2 zum Zeitpunkt ti über einen Verteilerstecker gleichzeitig an die öffentliche Steckdose angeschlossen werden. Beide Verbraucher werden zum Zeitpunkt t 4 auch gleichzeitig wieder von der
öffentlichen Steckdose getrennt. Vom Stromnetz 11 wird in dem Zeitraum t 4 -ti dabei die Energiemenge bereitgestellt, die der Fläche unter dem trapezförmigen Verlauf in dem Leistungs-Zeit-Diagramm zwischen den Zeitpunkten ti und t 4 entspricht. Seitens des Stromnetzes 11 kann dabei nicht unterschieden werden, ob die Energiemenge an den
Verbraucher 1 oder an den Verbraucher 2 geliefert wird. Die Unterscheidung erfolgt dadurch, dass in den SIM-Controllern 23 und 23' jeweils SIM-Messeinheiten integriert sind, so wie dies gemäß der zweiten Ausführungsform gemäß Fig. 2 beschrieben ist. Die von den SIM-Messeinheiten erfassten Messwerte werden zusammen mit den SIM-Kennungen über die Signalübertragungsstrecken 5 und 5' an den Ladestations- Controller 13 übertragen und dann vom Ladestations- Controller 13 auf die Energiemengenzähler 15 und 15' entsprechend aufaddiert. Ansonsten ist der Funktionsablauf zu dem bereits mit Bezug zu Fig. 4 beschriebenen
Funktionsablauf identisch.
Die erfindungsgemäße Ladevorrichtung ermöglicht die
Realisierung weiterer Sicherungsmaßnahmen bei der Ladung von wiederaufladbaren Batterien an öffentlichen Steckdosen. Eine wichtige Sicherungsmaßnahme betrifft die Sicherung gegen das unerlaubte Abziehen des Ladekabels während des Ladevorgangs. Diese Sicherung kann vom Benutzer nach dem Starten des Ladevorgangs zusätzlich aktiviert werden.
Soweit es sich um das Laden der Batterie eines Elektroautos handelt, kann die Aktivierung mit dem Abschließen des
Elektroautos und die Deaktivierung mit dem Aufschließen des Elektroautos gekoppelt werden. Falls das Ladekabel bei verschlossenem Elektroauto abgezogen wird, dann kann ein Alarm wie bei einer handelsüblichen Kfz-Diebstahlsicherung ausgelöst werden. Zusätzlich oder alternativ kann auch eine entsprechende SMS-Nachricht auf das Mobiltelefon des betreffenden Konsumenten gesendet werden. Außerdem ist es denkbar, dass der SIM-Controller gesperrt wird und nur durch Eingabe der PIN des betreffenden Konsumenten wieder aktiviert werden kann.
Wenn die SIM-Kennungen über das Ladekabel übertragen werden, dann kann das Abziehen des Ladekabels sofort und zuverlässig seitens des Ladestations-Controllers erkannt werden, da das Protokoll zur Übertragung der SIM-Kennungen auf unzulässige Weise unterbrochen wird. Wenn die SIM- Kennungen abseits vom Ladekabel übertragen werden, dann muss auf der Strecke des Ladekabels eine zusätzliche
Einheit vorgesehen werden, die das Abziehen des Ladekabels erkennt. Zur Optimierung des Ladevorgangs ist es außerdem
zweckmäßig, dass zwischen dem SIM-Controller 23 und dem Ladestations-Controller 13 Steuersignale ausgetauscht werden, die den Ladevorgang selber betreffen, wie dies beispielsweise in der US 5 049 802 beschrieben ist. Die Steuerung des Ladezustands kann auch in Abhängigkeit von der Zeit erfolgen, um zum Beispiel günstige Nachttarife ausnutzen zu können. Außerdem kann der Ladezustand der Batterie zweckmäßigerweise auf das Mobiltelefon des
betreffenden Konsumenten übertragen werden.
Fig. 7 zeigt ein mögliches Authentisierungsprotokoll zwischen dem Ladestations-Controller und dem SIM-Controller mit anschließendem Datenaustausch. Die dargestellten
Komponenten erstrecken sich in gleicher Weise wie in den Ausführungsformen der Figuren 1 - 4 wieder auf eine
Ladevorrichtung für eine wiederaufladbare Batterie. Gleiche Komponenten sind daher wieder mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet.
Als Authentifikations-Mittel ist in dem SIM-Controller 23 eine Chipkarte vorgesehen. Zweck der Authentisierung ist es, dass sowohl der Ladestations-Controller 13 und der SIM- Controller 23 feststellen, ob der jeweils andere
Kommunikationspartner ein echter Kommunikationspartner ist. Hierzu müssen beide Kommunikationspartner einen gemeinsamen Schlüssel besitzen, der mithilfe des
Authentisierungsverfahrens generiert und überprüft wird. Dieser Schlüssel wird im Folgenden hier als Key bezeichnet.
Eine Key-Authentisierung ist wesentlich sicherer als eine einfache PIN-Überprüfung . Bei einer PIN-Überprüfung wird die sogenannte PIN lediglich im Klartext zur Chipkarte gesendet, sodass ein Angreifer durch Abhören sehr einfach die PIN erfahren kann. Bei der Key-Authentisierung ist es hingegen nicht möglich, durch Abhören der
Signalübertragungsstrecke den gemeinsamen Key
herauszufinden.
Die Key-Authentisierung von Geräten ist grundsätzlich bekannt und ist beispielsweise in der Normenreihe ISO/IEC 9798 beschrieben. Hinsichtlich der Art der Authentisierung wird vor allem zwischen dem jeweils verwendeten Algorithmus (z.B. symmetrisch, asymmetrisch) und der
Übertragungsrichtung (einseitig, gegenseitig)
unterschieden .
Das in der Fig. 7 dargestellte Protokoll basiert auf der gegenseitigen symmetrischen Authentisierung mit dem
sogenannten Challenge-Response-Verfahren, wie diese durch den Befehl MUTUAL AUTHENTICATE nach ISO/IEC 7816-8
realisiert werden kann. Dabei stellt der eine
Kommunikationspartner dem Gegenüber eine zufällig erzeugte Frage (Challenge) . Der Gegenüber berechnet mit einem
Algorithmus eine Antwort und sendet sie an den Fragesteller zurück (Response) . In dem Protokoll gemäß Fig. 7 wird die Challenge zuerst von dem Ladestations-Controller 13
erzeugt. Der Key der gesamten Signalübertragung berechnet sich dabei aus der Kartennummer der Chipkarte und dem
Hauptschlüssel, der dem Ladestations-Controller 13 bekannt ist .
Die beschriebene Funktionalität der Authentisierung wird im Folgenden aus der Sicht der Ladestation 10 nur mit Bezug auf den Ladestations-Controller 13 beschrieben. Wie aber bereits im Zusammenhang mit dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 erwähnt, kann sich die Funktionalität in entsprechender Weise auch auf den Ladestations-Controller 13 und ein weiter entfernt gelegenes Authentifikations- Center 14 verteilen.
Zuerst wird von dem Ladestations-Controller 13 mit dem Steuersignal 31 die Kartennummer des SIM-Controllers 23 angefordert (Befehl GET CHIP NUMBER) .
Nachdem der Ladestations-Controller 13 mit dem Steuersignal 32 die Kartennummer erhalten hat, berechnet der
Ladestations-Controller 13 anhand des im Ladestations- Controller 13 vorhandenen Hauptschlüssels den individuellen Authentisierungsschlüssel der Chipkarte, der dann als Key für die gesamte Signalübertragung verwendet wird. Mit dem Steuersignal 33 fordert der Ladestations-Controller 13 außerdem von dem SIM-Controller 23 eine Zufallszahl an (Befehl ASK RANDOM) .
Diese Zufallszahl Z_SIM wird von dem SIM-Controller 23 mit dem Steuersignal 34 an den Ladestations-Controller 13 gesendet. Nach Erhalt der Zufallszahl Z_SIM erzeugt der Ladestations-Controller 13 zusätzlich die Zufallszahl Z_LS .
Im nächsten Schritt setzt der Ladestations-Controller 13 die Zufallszahlen Z_LS und Z_SIM hintereinander,
verschlüsselt sie mit dem Key und sendet diesen Block mit dem Steuersignal 35 zum SIM-Controller 23. Der SIM- Controller 23 kann den erhaltenen Block entschlüsseln und prüfen, ob die zuvor an den Ladestations-Controller 13 gesendete Zufallszahl mit der zurückerhaltenen
übereinstimmt. Ist dies der Fall, weiß der SIM-Controller 23, dass der Ladestations-Controller 13 den geheimen Key besitzt. Damit ist der Ladestations-Controller 13 gegenüber dem SIM-Controller 23 authentisiert . Im letzten Schritt der Authentisierung vertauscht der SIM- Controller die beiden Zufallszahlen, verschlüsselt sie mit dem geheimen Key und schickt das Ergebnis mit dem
Steuersignal 36 zum Ladestations-Controller 13. Der
Ladestations-Controller 13 entschlüsselt den erhaltenen Block und vergleicht die zuvor an den SIM-Controller 23 gesendete Zufallszahl mit der erhaltenen. Stimmt diese mit der vormals gesendeten überein, so ist auch der SIM- Controller 23 gegenüber dem Ladestations-Controller 13 authentisiert . Damit ist die gegenseitige Authentisierung abgeschlossen .
Nach der Authentisierung können zwischen dem Ladestations- Controller 13 und dem SIM-Controller 23 auf sichere Weise Datenpakete D_SIM bzw. D_LS ausgetauscht werden, die jeweils mit dem geheimen Key verschlüsselt werden, so wie dies mit den Steuersignalen 37, 38 und 39 in Fig. 7
dargestellt ist. Um die Sicherheit weiter zu erhöhen, ist es auch möglich, dass der Key nach jeder Übertragung eines Steuersignals nach einem bestimmten Schema weiter verändert wird. Beispielsweise kann der Key nach jeder Übertragung eines Steuersignals jeweils um 1 inkrementiert werden, wie dies in Fig. 7 dargestellt ist.
Seitens des SIM-Controllers 23 werden an den Ladestations- Controller 13 erfindungsgemäß vor allem die SIM-Kennungen übertragen. Als SIM-Kennung kann beispielsweise eine bestimmte Nummer vereinbart werden. Im Allgemeinen ist die Art der SIM-Kennung aber beliebig, da jede mit dem Key verschlüsselte Kennung eine systemweit eindeutige Kennung darstellt und damit als SIM-Kennung geeignet ist. Die SIM- Kennung kann demnach auch veränderlich ausgestaltet sein. Beispielsweise kann es sich um einen bestimmten Zählerstand handeln, der nach jeder Übertragung um 1 inkrementiert wird. Entscheidend für die SIM-Kennung ist lediglich, dass der Ladestations-Controller 13 die empfangene und mit dem Key entschlüsselte Kennung als SIM-Kennung erkennt und daraufhin die zwischen dem Stromnetz und dem Verbraucher über die Energieverbindung ausgetauschte oder neu
auszutauschende Energiemenge auf einen der SIM-Kennung zugeordneten Energiemengenzähler aufaddiert.
Im Folgenden wird die zeitliche Dimensionierung des in Fig. 7 dargestellten Datenprotokolls anhand von exemplarischen Zahlenwerten weiter erläutert.
Wenn man davon ausgeht, dass die Datenübertragung über ein angeschlossenes Ladekabel mit der bereits erwähnten PLC- Technik erfolgt, dann lassen sich mit dieser Technologie Taktraten im Bereich von einigen MHz realisieren. Der
Verbindungsaufbau im Rahmen des Befehls MUTUAL AUTHENTICATE dauert dann je nach der installierten Rechenleistung im Ladestations-Controller 13 und im SIM-Controller 23 einige Sekunden (z.B. 4 Sekunden). Während dieser Verzögerungszeit können grundsätzlich auch nicht authentisierte Verbraucher an den Ladestations-Controller 13 angeschlossen sein und minimale Mengen von Energie beziehen, bis der Ladestations- Controller 13 die mangelnde Befugnis erkannt hat und über einen entsprechenden Schalter die Energieversorgung sperrt. Dieser minimale Verlust wird vom System üblicherweise toleriert. Es ist aber denkbar, dass bei einem wiederholten unbefugten Gebrauch der Ladestations-Controller die
Energieversorgung dauerhaft sperrt und die unbefugte
Benutzung dann an das Authentifikations-Center 14 meldet.
Nach der erfolgten Authentisierung müssen im Rahmen der übertragenen Datenpakete in einem weiteren Schritt die zeitlichen Abstände At zwischen den SIM-Kennungen
erfindungsgemäß derart bemessen sein, dass die in einem zeitlichen Abstand At zwischen der Ladestation 10 und der SIM-Station 20 über die Energieverbindung ausgetauschte oder auszutauschende Energiemenge unterhalb einer
vorgegebenen Messauflösung des Energiemengenzählers liegt.
Im Folgenden wird die Dimensionierung der zeitlichen
Abstände At anhand eines Ladevorgangs eines
Elektrofahrzeugs exemplarisch erläutert. Als
Elektrofahrzeug wird ein zweitüriges Kleinfahrzeug mit einer Leistung von 30 kW zugrunde gelegt. Die
Batteriekapazität betrage 16 kWh. Seitens des Ladestations- Controllers wird für den Ladevorgang eine übliche
Haushaltssteckdose mit 220V/16A zur Verfügung gestellt. Für eine komplette Voll-Ladung der Fahrzeugbatterie werden bei Verwendung dieser Haushaltssteckdose 8 Stunden benötigt. Wenn man vereinfachend annimmt, dass der Energieaustausch über die Zeit gleich verteilt ist, dann wird die
Fahrzeugbatterie mit einer gleichbleibenden Leistung von 2 kW geladen. Für das Laden der Fahrzeugbatterie pro Stunde wird also eine Energiemenge E stunde von 2 kWh bzw. 2000 Wh ausgetauscht .
Die geforderte Auflösung des Energiemengenzählers AE max betrage nunmehr 0,5 Wh. Wenn man einen Preis für die
Kilowatt-Stunde von beispielsweise 25 Cent annimmt, dann entspricht dies einer preislichen Auflösung von 0,0125 Cent. Damit gilt für den maximalen zeitlichen Abstand At,
At max = — -3600 Sekunden = 0,9 s
^Stunde
Wenn der Ladestations-Controller 13 die Energiemenge E S tun d e laufend bestimmt, dann ist es optional auch möglich, At max laufend anzupassen und zu optimieren. Diese Optimierung ist auch für weitere Verbraucher möglich, die zusätzlich zu einem bereits bestehenden Verbraucher angeschlossen werden. Wenn man hier beispielsweise annimmt, dass an den in Fig. 2 dargestellten Verteilerstecker 1 jetzt neben dem
Elektroauto ein Notebook angeschlossen wird, dann ist es selbstverständlich möglich, den Ladevorgang des Notebook- Akkus parallel mit einem anderen Wert von At max zu steuern.
Die Kapazität des Notebook-Akkus betrage 80 Wh. Für eine komplette Voll-Ladung wird eine Stunde benötigt. Wenn auch hier wieder der Energieaustausch über die Zeit gleich verteilt ist, dann erfolgt der Ladevorgang mit einer gleichbleibenden Leistung von 80 W. Für das Laden des Akkus wird also pro Stunde eine Energiemenge E stunde von 80 Wh ausgetauscht. Bei einer geforderten Auflösung des
Energiemengenzählers AE max von erneut 0,5 Wh gilt damit für den maximalen zeitlichen Abstand At raax :
ΔΕ
At max = — -3600 Sekunden = 22,5 s
^Stunde
Würde man dagegen beim Laden des Notebook-Akkus den für das Elektrofahrzeug berechneten Wert von At=0,9 s verwenden, dann müssten hierfür unnötige Rechenkapazitäten
bereitgestellt werden.
Welche Messauflösung mit Bezug auf den Energiemengenzähler vorgegeben wird, kann von gesetzlichen Vorgaben genauso abhängen wie vom konkreten Anwendungsfall. Es ist auch denkbar, dass zunächst die preisliche Auflösung vorgegeben wird und dass daraus dann die Messauflösung des
Energiemengenzählers ermittelt wird. Beispielsweise kann man 1 Cent als preisliche Auflösung fordern. Wenn man auch hier einen Preis für die Kilowatt-Stunde von 25 Cent annimmt, dann müsste die geforderte Auflösung des
Energiemengenzählers AE max mindestens 40 Wh betragen. Die oben berechneten zeitlichen Abstände At max erhöhen sich damit noch einmal beträchtlich.
Für das Laden der Fahrzeugbatterie wird pro Stunde auch hier eine Energiemenge E st unde von 2 kWh bzw. 2000 Wh
ausgetauscht. Damit gilt jetzt für den maximalen zeitlichen Abstand At max beim Laden der Fahrzeugbatterie:
Atmax = =^-3600 Sekunden = 72 s
'-'Stunde
Beim Notebook-Akku erfolgt der Ladevorgang dagegen mit einer Energiemenge E S tunde von 80 Wh. Damit gilt nunmehr Laden des Notebook-Akkus für den maximalen zeitlichen
Abstand At max :
Atmax = =^-3600 Sekunden = 1800 s = 30 min
^Stunde
Zwischen dem Empfang zweier SIM-Kennungen kann der
zeitliche Abstand At beim Laden des Notebook-Akkus also bis zu 30 min betragen, um noch eine preisliche Auflösung von 1 Cent zu erreichen.
Beim Empfang einer SIM-Kennung wird eine ausgetauschte oder auszutauschende Energiemenge auf einen der SIM-Kennung zugeordneten Energiemengenzähler aufaddiert. Handelt es sich beim Aufaddieren dabei um die Energiemenge, die vor dem Empfang der aktuellen SIM-Kennung seit der letzten SIM- Kennung geliefert wurde, dann wird dies als Danach- Bezahlung bezeichnet. Handelt es sich dagegen beim
Aufaddieren um die Energiemenge, die nach dem Empfang der SIM-Kennung voraussichtlich bis zur nächsten SIM-Kennung geliefert werden wird, dann wird dies als Vorab-Bezahlung bezeichnet . Wenn die zeitlichen Abstände At derart gewählt sind, dass die preisliche Auflösung deutlich unter 1 Cent liegt, dann sind zwischen der Danach-Bezahlung und der Vorab-Bezahlung kaum Unterschiede feststellbar. Wenn dagegen die zeitlichen Abstände At derart gewählt sind, dass die preisliche
Auflösung 1 Cent übersteigt, dann ist der Betreiber des Stromnetzes zunehmend an einer Vorab-Bezahlung
interessiert, während der Benutzer zunehmend die Danach- Bezahlung bevorzugen wird.
Beide Varianten können allerdings unabhängig von der Wahl der zeitlichen Abstände At sowohl für den Betreiber als auch für den Benutzer akzeptabel und vorteilhaft
ausgestaltet werden, wenn der Datenaustausch auf der
Signalübertragungsstrecke nach dem Grundprinzip der
digitalen Signatur durchgeführt wird.
Eine digitale Signatur ist ein kryptografisches Verfahren, beim dem zu einer Nachricht bzw. zu bestimmten Daten eine Zahl berechnet wird. Mit der digitalen Signatur ist es dabei möglich, dass die Urheberschaft und die Zugehörigkeit der Daten sicher überprüft werden kann, auch wenn die Daten selber unverschlüsselt übertragen werden. Die Speicherung und die Benutzung des geheimen Signaturschlüssels erfolgt seitens des Benutzers in der Regel mit einer Chipkarte. Für diese auch als Signaturkarte bezeichnete Chipkarte gelten im Zusammenhang mit der digitalen Signatur die
internationalen Normen ISO/IEC 7816-4 und ISO/IEC 7816-8. Für das Authentisierungsverfahren zwischen der
Signaturkarte und der äußeren Umgebung gilt außerdem die Norm ISO/IEC 14888. Darüber hinaus ist es im Allgemeinen üblich, dass eine digitale Signatur gemäß dem X.509 ITU-T- Standard übertragen wird. Fig. 8 zeigt ein mögliches Datenprotokoll mit einer Vorab- Bezahlung nach dem Grundprinzip der digitalen Signatur. Die dargestellten Komponenten erstrecken sich in gleicher Weise wie in den Ausführungsformen der Figuren 1 - 4 wieder auf eine Ladevorrichtung für eine wiederaufladbare Batterie. Gleiche Komponenten sind daher wieder mit gleichen
Bezugsziffern bezeichnet.
Das Verfahren der digitalen Signatur unterliegt
gesetzlichen Rahmenbedingungen. Viele Signaturgesetze (z.B. das deutsche Signaturgesetz) fordern dabei den Betrieb einer unabhängigen Zertifizierungsstelle, die von der zuständigen Behörde genehmigt werden muss. Diese
Zertifizierungsstelle wird in Fig. 8 als Trust-Center 14a bezeichnet .
Zum Aufbau des Datenprotokolls muss zunächst die
Signalübertragungsstrecke zwischen dem Ladestations- Controller 13 und dem SIM-Controller 23 physikalisch hergestellt sein. Dies erfolgt in der Weise, wie dies anhand der Ausführungsbeispiele der Figuren 1 - 4
beschrieben wurde, bei einer Übertragung über das Ladekabel also zum Beispiel durch Einstecken des Ladekabels.
Sodann werden zum weiteren Aufbau des Datenprotokolls die im Folgenden beschriebenen Schritte 1 - 4 mit dem Ziel durchgeführt, die sogenannten Zertifikate des Ladestations- Controllers 13 und des SIM-Controllers 23 zu validieren. Die gültigen Zertifikate bestätigen, dass der jeweils andere Kommunikationspartner ein echter
Kommunikationspartner ist. Außerdem werden die validierten Zertifikate benötigt, um die später ausgetauschten
digitalen Signaturen zu überprüfen. Die Schritte 1 - 4 sind in Fig. 8 nicht weiter dargestellt und laufen im Einzelnen wie folgt ab:
1. Sitzungsanfrage des SIM-Controllers 23 beim
Ladestations-Controller 13.
In diesem Schritt wird die generelle Zulässigkeit ' zum Aufbau eines Datenprotokolls überprüft. Die Anfrage des SIM-Controllers 23 enthält dabei zum Beispiel die folgenden Informationen:
Kennung des gewünschten Authentifikations-Centers 14, d.h. der gewünschte Betreiber eines
Stromnetzes .
Energiemenge, die insgesamt voraussichtlich benötigt wird.
Zeitraum, in dem die Energiemenge geliefert werden soll.
2. Weiterleitung der Sitzungsanfrage vom Ladestations- Controller 13 zum Authentifikations-Center 14.
Der Ladestations-Controller 13 ergänzt die
Sitzungsanfrage zunächst um weitere Informationen seines Einzugsbereichs (wie etwa die Anzahl der bereits angeschlossenen SIM-Controller und die aktuell an diese SIM-Controller gelieferte Energiemenge) und leitet die Sitzungsanfrage dann an das gewünschte
Authentifikations-Center 14 weiter. Als Antwort erhält der Ladestations-Controller 13 vom Authentifikations- Center 14 die Bestätigung für die generelle
Zulässigkeit zum Aufbau eines Datenprotokolls (oder in Ausnahmefällen die Ablehnung, z.B. bei einer
Überlastung des Stromnetzes) . 3. Validierung des Zertifikats des Ladestationscontrollers 13.
Der Ladestations-Controller 13 sendet sein Zertifikat an den SIM-Controller 23. Der SIM-Controller 23
validiert das Zertifikat des Ladestations-Controllers 13 mit einem Prüfauftrag, der über die
Signalübertragungsstrecke zum Ladestations-Controller 13 und weiter über die Leitung 7a zum Trust-Center 14a gesendet wird. Das Prüfergebnis wird vom Trust-Center 14a zurück zum SIM-Controller 23 übermittelt.
4. Validierung des Zertifikats des SIM-Controllers 23.
Der SIM-Controller 23 sendet sein Zertifikat an den Ladestations-Controller 13. Der Ladestations-Controller 13 validiert das Zertifikat des SIM-Controllers 23 mit einem Prüfauftrag, der über die Leitung 7a zum Trust- Center 14a gesendet wird. Das Prüfergebnis wird vom Trust-Center 14a zurück zum Ladestations-Controller 13 übermittelt.
Erweisen sich beide Zertifikate als gültig, dann ist das Datenprotokoll zwischen dem Ladestations-Controller 13 und dem SIM-Controller 23 aufgebaut.
Der nunmehr beginnende kontrollierte Energieaustausch mit Vorab-Bezahlung läuft zyklisch ab und beginnt mit einer Anfrage 41 vom SIM-Controller 23 an den Ladestations- Controller 13. Die Anfrage enthält die gewünschte
Energiemenge innerhalb des zeitlichen Abstands At . Die Anfrage 41 wird vom Ladestations-Controller 13 über die Leitung 7 an das Authentifikations-Center 14
weitergeleitet . Wenn die Anfrage 41 vom Authentifikations-Center 14
bestätigt wurde, sendet der Ladestations-Controller 13 ein entsprechendes Angebot 42 an den SIM-Controller 23. Kann die Anfrage 41 vom Authentifikations-Center 14 dagegen nur eingeschränkt bestätigt werden, dann wird das an den SIM- Controller 23 gesendete Angebot 42 vom Ladestations- Controller 13 entsprechend modifiziert. In jedem Fall wird das Angebot mit einer eindeutigen Angebotsnummer verbunden, um den gesamten Bestellvorgang systemweit eindeutig
identifizieren zu können. Die Angebotsnummer kann dabei zum Beispiel nach dem sogenannten GUID-Standard (globally unique identifier) erzeugt werden.
Es ist denkbar, dass die Schritte 41 und 42 mehrfach wiederholt werden, bis der SIM-Controller schließlich ein akzeptables Angebot 42 erhält.
Der SIM-Controller 23 erstellt sodann auf dem empfangenen Angebot 42 eine digitale Signatur 43 und erzeugt dadurch eine Annahme mit Bezahlung. Die beim Ladestations- Controller 13 empfangene digitale Signatur 43 hat dabei die Funktion der erfindungsgemäßen SIM-Kennung. Der
Ladestations-Controller 13 leitet demnach erfindungsgemäß die digitale Signatur 43 über die Leitung 7 an das
Authentifikations-Center 14 weiter. Im Authentifikations- Center 14 wird die digitale Signatur 43 zunächst
verifiziert. Sodann wird die gemäß dem Angebot 42
auszutauschende Energiemenge auf einen Energiemengenzähler 15 aufaddiert, der der digitalen Signatur 43 - also der erfindungsgemäßen SIM-Kennung - zugeordnet ist.
Das Authentifikations-Center 14 bestätigt über die Leitung 7 an den Ladestations-Controller 13 die verbuchte
Energiemenge, woraufhin der Ladestations-Controller 13 die Lieferung 44 der vereinbarten Energiemenge in der
vereinbarten Zeit At durchführt.
Soweit auch der SI -Controller 23 über einen
Energiemengenzähler verfügt, wie dies anhand von Fig. 2 bzw. Fig. 4 beschrieben wurde, findet im Schritt 45 eine Kontrolle statt, und zwar zeitlich parallel zu der
Lieferung 44. Hierzu fordert der Ladestations-Controller 13 von dem SIM-Controller 23 den aktuellen Zählerstand der SIM-Messeinheit 29 an und vergleicht diesen Zählerstand mit dem Zählerstand der eigenen Ladestations-Messeinheit 19. Falls die festgestellte Differenz einen vorgegebenen Betrag überschreitet, kann eine komplette oder teilweise
Rückabwicklung der überschüssigen Bezahlung auf der
Grundlage der systemweit eindeutigen Angebotsnummer
erfolgen. Überschüssige Lieferungen werden dagegen
grundsätzlich zu Lasten des Betreibers des Stromnetzes verbucht und können zu einer Abschaltung durch Ansteuerung des Leistungsschalters 18 führen.
Nach der erfolgten Kontrolle 45 oder auch bereits zeitlich parallel dazu beginnen die Schritte 41 - 45 wieder von vorn mit einer neuen Anfrage 41 des SIM-Controllers 23. Bevor die aktuelle Lieferung 44 abgeschlossen ist, liegt auf diese Weise beim Ladestations-Controller 13 bereits wieder eine Bestätigung für die nächste Lieferung vor, sodass die nächste Lieferung nahtlos beginnen kann, sobald die
aktuelle Lieferung 44 abgeschlossen ist. Bei Störungen im gesamten Ablauf verfügt der Ladestations- Controller 13 über die anhand von Fig. 2 und Fig. 4 beschriebene Abschaltungsmöglichkeit durch Ansteuerung des Leistungsschalters 18. Mögliche Ursachen für eine
Abschaltung können sein: Der SIM-Controller 23 beantwortet die Anfrage des
Ladestations-Controllers 13 nach Ablesen des
Zählerstands nicht, z.B. aufgrund einer Trennung der Signalübertragungsstrecke .
Die Zählerstande der Ladestations-Messeinheit 19 und der SIM-Messeinheit 29 weichen zu stark voneinander ab.
Der SIM-Controller 23 beantwortet das Angebot 42 des Ladestations-Controllers 13 nicht.
Die digitale Signatur 43 des SIM-Controllers 23 ist ungültig . Sobald der SIM-Controller 23 schließlich in einer Anfrage 41 oder auch in einer digital signierten Ablehnung eines Angebots 42 anzeigt, dass die Lieferung der gewünschten Energiemenge abgeschlossen ist, leitet der Ladestations- Controller 13 einen ordentlichen Abbau des Datenprotokolls ein.
Fig. 9 zeigt ein mögliches Datenprotokoll mit einer Danach- Bezahlung nach dem Grundprinzip der digitalen Signatur. Die dargestellten Komponenten erstrecken sich in gleicher Weise wie in den Ausführungsformen der Figuren 1 - 4 wieder auf eine Ladevorrichtung für eine wiederaufladbare Batterie. Gleiche Komponenten sind daher wieder mit gleichen
Bezugsziffern bezeichnet. Die anhand von Fig. 8 beschriebenen Schritte zum Aufbau und zum Abbau des Datenprotokolls gelten in der gleichen Weise auch bei Fig. 9. Der einzige Unterschied beim
Datenprotokoll gemäß Fig. 9 gegenüber dem Datenprotokoll gemäß Fig. 8 ist der Ablauf der dargestellten Schritte 51 - 56 zur Durchführung einer Danach-Bezahlung . Auch hier laufen die Schritte zyklisch ab und beginnen mit einer Anfrage 51 vom SIM-Controller 23 an den Ladestations- Controller 13. Die Anfrage enthält die gewünschte
Energiemenge innerhalb des zeitlichen Abstands At . Die Anfrage 51 wird vom Ladestations-Controller 13 über die Leitung 7 an das Authentifikations-Center 14
weitergeleitet. Wenn die Anfrage 51 vom Authentifikations-Center 14
bestätigt wurde, sendet der Ladestations-Controller 13 ein entsprechendes Angebot 52 an den SIM-Controller 23. Kann die Anfrage 51 vom Authentifikations-Center 14 dagegen nur eingeschränkt bestätigt werden, dann wird das an den SIM- Controller 23 gesendete Angebot 52 vom Ladestations- Controller 13 entsprechend modifiziert. In jedem Fall wird das Angebot mit einer eindeutigen Angebotsnummer verbunden, um den gesamten Bestellvorgang systemweit eindeutig
identifizieren zu können. Die Angebotsnummer kann dabei zum Beispiel nach dem sogenannten GUID-Standard (globally unique identifier) erzeugt werden.
Es ist denkbar, dass die Schritte 51 und 52 mehrfach wiederholt werden, bis der SIM-Controller schließlich ein akzeptables Angebot 52 erhält.
Der SIM-Controller 23 sendet sodann zur Bestätigung des Angebots 52 die Annahme 53 an den Ladestations-Controller 13, woraufhin der Ladestations-Controller 13 die Lieferung 54 der vereinbarten Energiemenge in der vereinbarten Zeit At durchführt und eine Rechnung an den SIM-Controller 23 sendet .
Der SIM-Controller 23 erstellt sodann auf der empfangenen Rechnung eine digitale Signatur 55 und erzeugt dadurch die SIM-Kennung für die Bezahlung. Die beim Ladestations- Controller 13 empfangene digitale Signatur 55 hat somit die Funktion der erfindungsgemäßen SIM-Kennung. Der
Ladestations-Controller 13 leitet daraufhin erfindungsgemäß die digitale Signatur 55 über die Leitung 7 an das
Authentifikations-Center 14 weiter. Im Authentifikations- Center 14 wird die digitale Signatur 55 verifiziert und dann die gemäß dem Angebot 52 gelieferte Energiemenge auf einen Energiemengenzähler 15 aufaddiert, der der digitalen Signatur 55 - also der erfindungsgemäßen SIM-Kennung - zugeordnet ist.
Soweit auch der SIM-Controller 23 über einen
Energiemengenzähler verfügt, wie dies anhand von Fig. 2 bzw. Fig. 4 beschrieben wurde, findet im Schritt 56 eine Kontrolle statt, und zwar zeitlich parallel zu der
Lieferung 54. Hierzu fordert der Ladestations-Controller 13 von dem SIM-Controller 23 den aktuellen Zählerstand der SIM-Messeinheit 29 an und vergleicht diesen Zählerstand mit dem Zählerstand der eigenen Ladestations-Messeinheit 19.
Falls die festgestellte Differenz einen vorgegebenen Betrag überschreitet, kann eine komplette oder teilweise
Rückabwicklung der überschüssigen Bezahlung auf der
Grundlage der systemweit eindeutigen Angebotsnummer
erfolgen. Überschüssige Lieferungen werden dagegen
grundsätzlich zu Lasten des Betreibers des Stromnetzes verbucht und können zu einer Abschaltung durch Ansteuerung des Leistungsschalters 18 führen. Nach der erfolgten Kontrolle 56 oder auch bereits zeitlich parallel dazu beginnen die Schritte 51 - 56 wieder von vorn mit einer neuen Anfrage 51 des SIM-Controllers 23. Bevor die aktuelle Lieferung 54 abgeschlossen ist, liegt auf diese Weise beim Ladestations-Controller 13 bereits wieder eine Bestätigung für die nächste Lieferung vor, sodass die nächste Lieferung nahtlos beginnen kann, sobald die
aktuelle Lieferung 54 abgeschlossen ist.
Für die anhand von Fig. 8 und Fig. 9 beschriebenen Schritte der Vorab-Bezahlung und der Danach-Bezahlung sind
selbstverständlich verschiedene Varianten denkbar.
Beispielsweise ist es möglich, dass die Anfrage 41 bzw. die Anfrage 51 nur einmalig zu Beginn des gesamten
Datenprotokolls durchgeführt wird, sodass innerhalb der zeitlichen Abstände At direkt mit dem Angebot 42 bzw. dem Angebot 52 begonnen wird.
Bei der Vorab-Bezahlung gemäß Fig. 8 könnte innerhalb der zeitlichen Abstände At sogar auch ganz auf die Anfrage 41 und das Angebot 42 verzichtet werden. Statt dessen wird sofort mit einem Auftrag und mit einer Bezahlung 43
begonnen, infolgedessen dann die Lieferung 44 erfolgt.
Bei der Danach-Bezahlung gemäß Fig. 9 könnten
beispielsweise die Schritte von Angebot 52 und Annahme 53 übersprungen werden. Es ist auch denkbar, dass direkt mit einer Lieferung und einer Rechnung 54 begonnen wird, infolgedessen dann die Bezahlung 55 erfolgt. Die Vorteile des Grundprinzips der digitalen Signatur gemäß Fig. 8 und Fig. 9 gegenüber dem Authentisierungsprotokoll gemäß Fig. 7 bestehen zunächst einmal darin, dass die auf der Signalübertragungsstrecke übertragenen Informationen nicht verschlüsselt werden müssen, da diese Informationen (also Energiemenge, Lieferzeit, etc.) in der Regel nicht vertraulich sind. Entscheidend ist nur, dass die Echtheit der Informationen seitens des Ladestations-Controllers 13 bzw. seitens des SIM-Controllers 23 sicher überprüft werden kann, was nach dem Grundprinzip der digitalen Signatur gegenüber der Key-Authentisierung effektiver möglich ist. Hierdurch können Rechenkapazitäten eingespart werden.
Die Abfolge von Bezahlen und Liefern nach dem Grundprinzip der digitalen Signatur ermöglicht es außerdem, dass die zeitlichen Abstände At und damit auch die vorzugebende Messauflösung des Energiemengenzählers gegenüber der Key- Authentisierung weiter vergrößert werden können, da bei festgestellten Abweichungen eine effektivere Rückabwicklung der überschüssigen Bezahlung möglich ist. Die vorgegebene Messauflösung und damit auch die zeitlichen Abstände At können dann im Prinzip soweit vergrößert werden, wie dies der damit steigende Aufwand der erforderlichen
Rückabwicklungen infolge von festgestellten Abweichungen zwischen der Ladestations-Messeinheit 19 und der SIM- Messeinheit 29 noch zulässt. Neben der erforderlichen
Rückabwicklung müssen dabei auch die Verluste beim
Betreiber des Stromnetzes einkalkuliert werden, die dann entstehen, wenn unbefugte Verbraucher an eine Ladestation 10 angeschlossen werden und innerhalb des zeitlichen
Abstands At zunächst einmal eine bestimmte Energiemenge beziehen können, bevor die mangelnde Befugnis durch die Ladestation 10 festgestellt und die Abschaltung über den Leistungsschalter 18 erfolgen kann.
Die Abfolge von Bezahlen und Liefern nach dem Grundprinzip der digitalen Signatur hat außerdem den Vorteil, dass sämtliche Funktionen eines Smart Grid auf einfache Weise realisiert werden können, wie dies zum Beispiel in US
2008/0281663 AI beschrieben ist. Insbesondere ist es möglich, dass Lieferverzögerungen seitens des Betreibers des Stromnetzes zu Beginn des Datenprotokolls ausgehandelt werden können. Informationen über Art und Umfang der vom Benutzer tolerierten Lieferverzögerung können
beispielsweise in der ersten Sitzungsanfrage des SIM- Controllers 23 enthalten sein, sodass die tatsächliche Lieferung dann unter optimaler Vermeidung von Lastspitzen im Stromnetz erfolgen kann. Der Benutzer kann für die resultierenden Verzögerungen vom Betreiber des Stromnetzes durch besonders günstige Tarife entschädigt werden, sodass eine derartige Lieferung nach dem Prinzip des Smart Grid auch eine Minimierung des Endpreises zur Folge hat, den der Benutzer für die Lieferung zahlen muss.