Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ladevorrichtung zum Laden und/oder Entladen eines elektrischen Energiespeichers, vorzugsweise einer Traktionsbatterie für ein Elektro- oder Hybridfahrzeug, wobei die Ladevorrichtung zumindest eine Messeinrichtung zur Messung elektrischer Größen, vorzugsweise Strom und/oder Spannung, aufweist.

Stand der Technik

Batteriesysteme für Elektro- und Hybridfahrzeuge werden über externe Ladevorrichtungen, beispielsweise über eine Wallbox, geladen. Die Ladevorrichtung dient als Schnittstelle zwischen dem vorgelagerten Stromnetz und dem Fahrzeug.

Um die Energieentnahme aus dem Stromnetz im Rahmen eines Ladevorganges nachvollziehen und dem Verbraucher in Rechnung stellen zu können, ist es bekannt, die Ladevorrichtung mit einem Energiemessgerät, das den Energiefluss gegebenenfalls eichrechtskonform erfassen kann, auszustatten. Die DE 10 2019 006 541 A1 beschreibt eine solche Ladevorrichtung mit Energiemessgerät für Elektrofahrzeuge.

Für eine abrechnungsfähige Ladevorrichtung können verschiedene Energiemessgeräte wünschenswert oder erforderlich sein, so etwa zur stromnetzseitigen Energiemessung, Energiemessung zum Elektrofahrzeug und/oder Energiemessung aus der Ladevorrichtung zu einem anderen Verbraucher, beispielsweise in ein separates Netz. Zu diesem Zweck sind in den heutigen Ladevorrichtungen oftmals zertifizierte/eichrechtskonforme Energiemessgeräte eingesetzt, die vom Hersteller der Ladevorrichtung zugekauft werden. Ein solches zugekauftes Energiemessgerät umfasst einen Leistungsanschluss mit Eingang und Ausgang, eine interne Energiemesseinheit zur Ermittlung der Energie je Energieflussrichtung, eine Recheneinheit für die eichrechtskonforme Speicherung der Energiedaten, ein eichrechtskonformes Display, eine Datenschnittstelle nach außen und ein gekapseltes, eichrechtskonformes Gehäuse. Für eine automatische Abrechnung (Zählerstand, Energie, Energieflussrichtung) ist für eine Ladevorrichtung die Datenschnittstelle (kabelgebunden oder kabellos) zwingend erforderlich.

Der Begriff „eichrechtskonform“ wird verwendet, um die juristischen, länderspezifischen Anforderungen nach Eichgesetzen, Messrichtlinien, Abrechnungsrichtlinien usw. zu bezeichnen. Der Begriff kann aber auch Anforderungen von Energieversorgungsunternehmen umfassen, die sich ebenfalls in der Regel länderspezifisch unterscheiden.

Das im Energiemessgerät integrierte Display muss bei Wallboxen und anderen Ladevorrichtungen für den Kunden sichtbar sein, etwa durch ein Fenster im Gehäuse. So soll der Benutzer beispielsweise den Zählerstand des Ladevorgangs, die Energieflussrichtung, Zeit, Ladevorgangs-ID usw. auf dem Display ablesen können. Werden mehrere zugekaufte Energiemessgeräte angewendet, führt dies zu mehreren eichrechtskonformen Displays in der Ladevorrichtung. Dies wird für den Benutzer schnell unübersichtlich und ist gegebenenfalls nicht mehr normativ/gesetzlich zulässig. Bei zwei oder mehr parallel installierten Energiemessgeräten in einem Leistungspfad, was aus technischen Gründen erforderlich oder sinnvoll sein kann, wären dann sogar für einen Leistungspfad mehrere Displays vorhanden.

Für eichrechtskonforme Ladevorrichtungen ist es darüber hinaus erforderlich, Parameter aus unterschiedlichen Quellen - Wallbox, Cloud, Energiemessgerät usw. - für einen Lade- ZEntladevorgang abrechnungskonform bzw. eichrechtskonform zu kombinieren. Parameter dieser Art sind beispielsweise eine Lade- oder Kundenidentifikationsnummer, Zeit, Datum, gemessene Leistung, aktueller Tarif und dergleichen, die zuverlässig und sicher vor Missbrauch und Manipulation in ein Abrechnungssystem der Ladevorrichtung zu übertragen und zu speichern sind. Die Abfrage der Energiemessgeräte und der Kundendaten sollte den gesetzlichen und normativen Sicherheitsanforderungen entsprechen, was eine zertifizierte Recheneinheit erfordert.

Bei zugekauften Energiemessgeräten müssen das Energiemessgerät in die Ladevorrichtung montiert und die Leistungsleitungen sowie etwaige Datenleitungen an das Energiemessgerät angeschlossen werden. Dies erfolgt in der Regel durch Kabel, was bei der Fertigung zu mechanischen Mehrarbeiten führt. Die Kabel in der Ladevorrichtung erhöhen zudem den Aufwand, die normativen Anforderungen an die Ladevorrichtung zu erfüllen und können die Störsicherheit beeinträchtigen.

Auch die Datenverbindungen innerhalb der Ladevorrichtung müssen gegebenenfalls eichrechtskonform ausgeführt werden. Dazu müssen die Daten, beispielsweise betreffend Energiemessungen der Energiemessgeräte, sicher übertragbar sein, oder die Ladevorrichtung selbst muss eichrechtskonform verschlossen werden. Eine weitere Schwierigkeit besteht in der manipulationssicheren Energieerfassung. Es muss sichergestellt werden, dass Manipulationen der leistungsführenden Leitungen (beispielsweise durch Überbrücken), der internen elektrischen, mechanischen oder digitalen Messdaten, der Datenübertragung bzw. Dateninhalte sowie des Displays für die Energieanzeige ausgeschlossen sind.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine verbesserte Ladevorrichtung zum Laden und/oder Entladen eines elektrischen Energiespeichers, vorzugsweise einer Traktionsbatterie für ein Elektro- oder Hybridfahrzeug, bereitzustellen.

Die Aufgabe wird durch eine Ladevorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen folgen aus den Unteransprüchen, der folgenden Darstellung der Erfindung sowie der Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele.

Die Ladevorrichtung gemäß der Erfindung dient zum Laden und/oder Entladen eines elektrischen Energiespeichers, der vorzugsweise eine Traktionsbatterie für ein Elektro- oder Hybridfahrzeug ist.

Die Ladevorrichtung weist einen Hauptleistungspfad auf, der über eine Netzschnittstelle mit einem Versorgungsnetz und dem Energiespeicher (vorzugsweise eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs über ein Ladekabel) verbindbar ist. Das Versorgungsnetz ist üblicherweise ein AC-Netz, wobei die Netzschnittstelle vorzugsweise als Starkstromanschluss, insbesondere ein-, drei- bzw. mehrphasig, ausgeführt ist. Unter dem Begriff „Hauptleistungspfad“ sind eine oder mehrere Leistungsleitungen (im Unterschied zu Signal- oder Datenleitungen) subsumiert, die in verschiedenen Potential- und Phasen-Konfigurationen belegt sein können.

Die Ladevorrichtung weist ferner eine Leistungs-ZSteuereinrichtung auf, die zur Durchführung eines Lade- oder Entladevorgangs des Energiespeichers eingerichtet ist. Zu diesem Zweck weist die Leistungs-ZSteuereinrichtung vorzugsweise eine Leistungseinrichtung mit der entsprechenden Leistungselektronik auf, umfassend beispielsweise Schalter (Relais), Sicherungen, Leistungswandler (AC/DC, DC/DC, DC/AC, AC/AC) und dergleichen.

Die Ladevorrichtung weist zumindest eine Messeinrichtung auf, die zumindest eine Messeinheit und eine Außenschnittstelle umfasst und eingerichtet ist, um eine oder mehrere elektrische Größen, vorzugsweise Strom und/oder Spannung, im Hauptleistungspfad durch die Messeinheit zu messen, zu verarbeiten, um digitale Messdaten zu erstellen, und die Messdaten über die Außenschnittstelle zur Verfügung zu stellen. Die Messeinrichtung übernimmt somit neben der eigentlichen Messung mittels eines oder mehrerer Sensoren, vorzugsweise Stromsensor und/oder Spannungssensor, zumindest eine Teilverarbeitung der Messwerte. Die Verarbeitung kann das Digitalisieren der Messwerte, eine Berechnung von abgeleiteten Größen, beispielsweise Energie und/oder Leistung, eine Formatierung der Daten und dergleichen umfassen.

Die Ladevorrichtung weist ferner eine Displayeinheit auf, die mit der Außenschnittstelle der Messeinrichtung in Kommunikation steht und eingerichtet ist, um die Messdaten der Messeinrichtung zu beziehen und anzuzeigen. Die Displayeinheit und die Messeinrichtung(en) können in direkter oder indirekter Kommunikation stehen. Vorzugsweise ist ein Controller, insbesondere als eichrechtskonforme Recheneinheit realisiert, als Teil der Messeinrichtung vorgesehen, die einen Teil der Verarbeitung der Messdaten, eine Speicherung und dergleichen übernehmen und dann an die Displayeinheit weiterleiten kann.

Die Leistungs-ZSteuereinrichtung ist für den sicheren Lade-/Entladevorgang zuständig und arbeitet vorzugsweise unabhängig von den verbauten Messeinrichtungen. Die Messeinrichtungen laufen vorzugsweise autark und unabhängig von der Leistungs-ZSteuereinrichtung, gegebenenfalls abgesehen von einem „Laden beginnt“ und „Laden abgeschlossen“ Kommando.

Erfindungsgemäß weist die Messeinrichtung eine Signier-ZVerschlüsselungseinheit auf, die eingerichtet ist, um die Messdaten vor der Übertragung an die Displayeinheit teilweise oder vollständig zu verschlüsseln und/oder zu signieren. Vorzugsweise wird diesbezüglich ein asymmetrisches kryptographisches Verfahren angewendet. Im Fall der Signierung kann die Signatur über die zu signierenden Messdaten mittels eines privaten Schlüssels erstellt und die Authentizität mittels eines zugehörigen öffentlichen Schlüssels von der Displayeinheit, dem Controller bzw. der eichrechtskonformen Recheneinheit und/oder einer anderen externen Einrichtung verifiziert werden. Vorzugsweise ist die Messeinrichtung oder sind wesentliche Bauteile derselben eichrechtskonform versiegelt, so dass eine unbeabsichtigte Veröffentlichung/Weitergabe des privaten Schlüssels und somit eine Manipulation der Datenerstellung und -Übertragung ausgeschlossen sind. Über eine Signatur kann die Dateninteg rität/-validität sichergestellt werden.

Entsprechend weist die Displayeinheit vorzugsweise eine Entschlüsselungs-ZPrüfeinheit auf, die eingerichtet ist, um die von der Messeinrichtung bezogenen Messdaten zu entschlüsseln bzw. deren Authentizität anhand einer Signatur zu prüfen. Die Signatur kann beispielsweise an die Messdaten angehängt werden. Alternativ kann die Entschlüsselung und/oder Verifikation der Messdaten außerhalb der Displayeinheit stattfinden, wenn eine geschlossene, nicht manipulierbare Datenverbindung dazwischen sichergestellt ist.

Die Ladevorrichtung gemäß der Erfindung erlaubt die Messung elektrischer Größen und damit die Berechnung und Visualisierung daraus abgeleiteter Informationen, wie etwa die Energieentnahme aus dem Stromnetz im Rahmen eines Ladevorganges, auf besonders sichere Weise. Durch deren Manipulationssicherheit eignet sich die Vorrichtung als abrechnungsfähige Ladevorrichtung. Dies wird auf baulich kompakte und reduzierte Weise verwirklicht, indem Displays und gegebenenfalls weitere Komponenten eingespart werden können.

Vorzugsweise ist die zumindest eine Messeinrichtung diskret und/oder eichrechtskonform aufgebaut. Besonders bevorzugt ist die Messeinrichtung eingerichtet, um eichrechtskonforme Messdaten zu erstellen. Die Displayeinheit weist vorzugsweise ein Display auf, das zur eichrechtskonformen Anzeige der Messdaten eingerichtet ist.

Mit einem diskreten Aufbau ist gemeint, dass die Bauelemente der betreffenden Messeinrichtung(en) als einzelne, individuell in einem eigenen Gehäuse befindliche bzw. gekapselte Schaltungselemente ausgeführt sind. Die Bauelemente der betreffenden Messeinrichtung(en) sind in den Leistungspfad der Ladevorrichtung integriert, ohne dass der Leistungspfad über Kabelverbindungen an ein „externes“ Energiemessgerät geführt werden muss. Vorzugsweise sind die Elemente der Messeinrichtung(en) jeweils räumlich gruppiert, um eine (eichrechtskonforme) Kapselung der jeweiligen Messeinrichtung zu ermöglichen. Da die einzelnen eichrechtskonform gekapselten Messeinrichtung(en) über eine verschlüsselte und/oder signierte Datenverbindung verbunden sind, können die Messeinrichtung(en) räumlich getrennt und gegebenenfalls auf verschiedenen Baugruppen in der Ladevorrichtung verbaut werden. Ein solcher diskreter Aufbau der Messeinrichtung(en) kann zum Zweck der Eichrechtskonformität erforderlich sein. Aus dem gleichen Grund ist die bzw. sind die Messeinrichtung(en) vorzugsweise diskret in der Ladevorrichtung verbaut.

Vorzugsweise ist die Displayeinheit eingerichtet, um eichrechtskonforme Messdaten und zusätzliche Daten bzw. Informationen, die nicht eichrechtskonform sein müssen, zu empfangen und anzuzeigen. Das Display der Displayeinheit kann somit synergetisch für eichrechtskonforme und andere Daten genutzt werden, wodurch Displays eingespart und die Bedienung der Ladevorrichtung verbessert werden können. Erreicht wird diese Bündelungsfähigkeit von Informationen aus verschiedenen Quellen und Anforderungen durch die Verschlüsselung und/oder Signierung der Messdaten. Aus den gleichen Gründen weist die zumindest eine Messeinrichtung vorzugsweise kein eigenes Display auf. Vorzugsweise hat die Ladevorrichtung genau eine Displayeinheit mit genau einem Display. Das Display ist in diesem Fall ein gemeinsames und gegebenenfalls räumlich abgesetztes Display.

Vorzugsweise weist die Messeinheit der zumindest einen Messeinrichtung einen Spannungssensor und einen Stromsensor auf, die eingerichtet sind, um Spannung und Strom im Hauptleistungspfad zu detektieren, wodurch eine Vielzahl von abgeleiteten, abrechnungsrelevanten Größen, insbesondere in Zusammenwirkung mit einem Zeitmesser, berechenbar sind.

Vorzugsweise weist die Messeinrichtung ferner auf: einen Messwertaufnehmer mit einem Analog/Digital-Wandler, der eingerichtet ist, um die analogen Messwerte der Messeinrichtung zu digitalisieren; eine Energierecheneinheit, die eingerichtet ist, um die vom Messwertaufnehmer digitalisierten Messwerte in Messdaten zu verarbeiten, vorzugsweise eine Energie und/oder Leistung und/oder einen Wirkleistungsenergiewert und/oder eine Blindleistung und/oder Scheinleistung und/oder einen Leistungsfaktor und/oder eine Phasenverschiebung zu berechnen; und einen Controller, der mit der Energierecheneinheit in Kommunikation steht und für die Ansteuerung der Signier-ZVerschlüsselungseinheit sowie der Außenschnittstelle eingerichtet ist. Der Controller der Messeinrichtung ist vorzugsweise eine eichrechtskonforme Recheneinheit für eine eichrechtskonforme Aufbereitung und Bereitstellung der Messdaten. Die Messeinrichtung kann vollständig eichrechtskonform gekapselt sein, oder Bauteile/Baugruppen können individuell eichrechtskonform gekapselt und diskret realisiert sein. Vorzugsweise ist die Ladevorrichtung nicht als ganze eichrechtskonform gekapselt.

Die Messeinrichtung kann ferner einen Zeitmesser zur Messung von Zeiten und/oder Zeitspannen aufweisen, um dadurch die Ermittlung zeitabhängiger Größen, wie beispielsweise einer Leistung, zu ermöglichen oder zu vereinfachen. Der Messwertaufnehmer und der Zeitmesser stehen in diesem Fall mit der Energierecheneinheit in Kommunikation.

Es sei darauf hingewiesen, dass die Bezeichnung „Kommunikation“ hierin sowohl einen Signal- und/oder Datenfluss in einer Richtung als auch einen binären oder mehrkanaligen Datenfluss umfasst. Ferner kann die Kommunikation von Signalen/Daten drahtlos oder drahtgebunden erfolgen.

Vorzugsweise weist die Ladevorrichtung mehrere Messeinrichtungen mit jeweils zumindest einer Messeinheit und einer Außenschnittstelle auf. Die Messeinrichtungen sind jeweils eingerichtet, um eine oder mehrere elektrische Größen, vorzugsweise Strom und/oder Spannung, durch die Messeinheit zu messen, zu verarbeiten, um digitale Messdaten zu erstellen, und die Messdaten über die entsprechende Außenschnittstelle zur Verfügung zu stellen, wobei die Displayeinheit vorzugsweise eingerichtet ist, um die Messdaten von den mehreren Messeinrichtungen zu beziehen und anzuzeigen. Die vorstehend beschriebenen technischen Wirkungen, betreffend die bauliche Reduktion, Bedienerfreundlichkeit usw., kommen im Fall mehrerer Messeinrichtungen besonders zum Tragen.

Aus dem gleichen Grund weist vorzugsweise jede der mehreren Messeinrichtungen eine Signier- /Verschlüsselungseinheit auf, die eingerichtet ist, um die Messdaten vor der Übertragung an die Displayeinheit teilweise oder vollständig zu verschlüsseln und/oder zu signieren.

Vorzugsweise ist eine der Messeinrichtungen eine netzseitige Messeinrichtung, die im Hauptleistungspfad an der Netzschnittstelle angeordnet und eingerichtet ist, um den Energiebezug aus dem Versorgungsnetz und/oder die Energieeinspeisung in das Versorgungsnetz zu messen bzw. zu ermitteln. Alternativ oder zusätzlich kann eine der Messeinrichtungen eine verbraucherseitige Messeinrichtung sein, die am Energiespeicher angeordnet, gegebenenfalls mit einer dazwischengeschalteten Leistungselektronik, und eingerichtet ist, um die Energieeinspeisung in den Energiespeicher und/oder den Energiebezug aus dem Energiespeicher zu messen bzw. ermitteln, wobei die verbraucherseitige Messeinrichtung vorzugsweise eingerichtet ist, um den Strom und/oder die Spannung an einem Übergabepunkt zum Energiespeicher zu messen. Als Übergabepunkt ist insbesondere eine Ladebuchse an der Ladevorrichtung für ein Ladekabel bzw. bei fest angeschlagenem Ladekabel eines Ladesteckers am Ende des Ladekabels für die Messung maßgeblich. Alternativ oder zusätzlich kann eine der Messeinrichtungen eine weitere Messeinrichtung sein, die an einer alternativen Quelle, vorzugsweise einer Photovoltaikanlage, und/oder an einem alternativen Verbraucher, vorzugsweise einem Heimnetz, einem Hausbatteriesystem oder einem DC-Netz, angeordnet und eingerichtet ist, um den entsprechenden Energiebezug und/oder die entsprechende Energieeinspeisung zu messen bzw. zu ermitteln. Auf diese Weise kann die Ladevorrichtung als Schnittstelle zwischen mehreren Netzen und Verbrauchern eine Vielzahl von Informationen bündeln und gegebenenfalls abrechnungskonform aufbereiten, bereitstellen und visualisieren.

Vorzugsweise ist die zumindest eine Messeinrichtung als Master/Slave mit einer Master- Messeinrichtung und einer oder mehreren zugeordneten Slave-Messeinrichtungen strukturiert, wobei die Slave-Messeinrichtung(en) jeweils zumindest eine Messeinheit mit einem Spannungssensor und/oder Stromsensor aufweisen und die Master-Messeinrichtung zumindest einen Controller und die Außenschnittstelle aufweist und eingerichtet ist, um Messwerte der einen oder mehreren Slave-Messeinrichtungen zu empfangen, zusammenzufassen und zumindest teilweise zu verarbeiten. Auf diese Weise erfolgt eine weitere bauliche und funktionale Optimierung der Ladevorrichtung.

Im Fall eines Master/Slave-Aufbaus der Messanordnung(en) sammelt die Master-Messeinrichtung als zentrale Einheit Messdaten von Slave-Messeinrichtung(en) und verarbeitet die Daten vorzugsweise eichrechtskonform. Die Master-Messeinrichtung übernimmt gegebenenfalls die Addition bei parallel messenden Messeinrichtungen. Die Master-Messeinrichtung stellt die Daten für die vorzugsweise eichrechtskonforme Displayeinheit zusammen und versendet diese entsprechend.

Die Master-Messeinrichtung kann eingerichtet sein, um die zu sendenden Daten zu verschlüsseln oder zu signieren, wodurch diese Aufgabe zentralisiert für eine oder mehrere Slave- Messeinrichtungen durchführbar ist. Voraussetzung dafür ist, dass die Messwerte oder Messdaten manipulationssicher von der/den Slave-Messeinrichtung(en) an die Master-Messeinrichtung übertragbar sind.

Vorzugsweise weist die Master-Messeinrichtung ferner einen Messwertaufnehmer und/oder einen Zeitmesser und/oder eine Energierecheneinheit und/oder einen Messdatenspeicher und/oder die Signier-ZVerschlüsselungseinheit auf, um die entsprechenden Aufgaben gebündelt und damit effizient durchführen zu können.

Vorzugsweise weist die Master-Messeinrichtung eine Messeinheit mit einem Spannungssensor und/oder einem Stromsensor auf, wodurch die Master-Messeinrichtung synergetisch für Messaufgaben nutzbar ist.

Vorzugsweise weist die Ladevorrichtung mehrere Messanordnungen mit jeweils einer Master- Messeinrichtung oder einer Teilmaster-Messeinrichtung und einer oder mehreren zugeordneten Slave-Messeinrichtungen auf. Eine der Messanordnungen kann beispielsweise eine netzseitige Messanordnung analog zur netzseitigen Messeinrichtung und eine andere der Messanordnungen kann eine verbraucherseitige Messanordnung analog zur verbraucherseitigen Messeinrichtung sein. Die etwaigen Teilmaster-Messeinrichtungen sind eingerichtet, um die Messdaten der zugeordneten Slave-Messeinrichtungen zu empfangen und gegebenenfalls zumindest teilweise zu verarbeiten, beispielsweise zu digitalisieren. Eine Teilmaster-Messeinrichtung kann vorteilhaft sein, um eine optionale Energiemessung aus der Teilmaster-Messeinrichtung mit weiteren angeschlossenen Slave-Messeinrichtungen zusammenzufassen, gegebenenfalls vorzuverarbeiten und gebündelt an eine Master-Messeinrichtung zu übertragen. Die Teilmaster-Messeinrichtung ermöglicht auch das räumlich getrennte Messen der Energie eines geteilten Leistungspfades vor der Zusammenführung in einen leistungsstärkeren Leistungspfad. Die Master-Messeinrichtung ist für die Erfassung der Messdaten aller Messanordnungen verantwortlich und verarbeitet und speichert diese, beispielsweise entsprechend länderspezifischer Vorgaben für Energiemessgeräte. Zusätzlich kann die Master-Messeinrichtung eingerichtet sein, um die notwendigen Daten für die Displayeinheit aufzubereiten und die relevanten Daten sicher, d.h. verschlüsselt und/oder signiert an die Displayeinheit zu senden. Auf diese Weise erfolgt eine strukturelle Zusammenfassung mehrerer Messanordnungen.

Zusätzlich kann die Master-Messeinrichtung eingerichtet sein, um die relevanten Daten für die eichrechtskonforme Abrechnung des Energiebezuges bzw. der Energieabgabe an den jeweiligen Messeinrichtungen sicher, d.h. signiert und/oder verschlüsselt, über die Außenschnittstelle an eine geeignete Schnittstelle zu übergeben, welche Daten an eine externe Dateneinrichtung, etwa eine Cloud oder ein Abrechenzentrum, übermittelt oder Daten daraus empfängt.

Im Fall mehrerer Messanordnungen kann gemäß einer Ausführungsform eine der Messanordnungen eine Master-Messeinrichtung aufweisen, während die anderen Messanordnungen jeweils eine Teilmaster-Messeinrichtung, die mit der Master-Messeinrichtung in Kommunikation steht, aufweisen.

Vorzugsweise sind die Master- und Slave-Messeinrichtungen diskret und/oder eichrechtskonform aufgebaut, um auf diese Weise eine abrechnungsfähige Ladevorrichtung bei gleichzeitiger baulicher Optimierung bereitzustellen.

Vorzugsweise ist die Master-Messeinrichtung eingerichtet, um über die Außenschnittstelle einen verschlüsselten und/oder signierten Datenaustausch mit der Dateneinrichtung, beispielsweise für Abfrage- und Abrechnungszwecke, zu ermöglichen.

Vorzugsweise sind die Master- bzw. Teilmaster-Messeinrichtungen und die Displayeinheit über private und öffentliche Schlüssel miteinander eineindeutig gepaart.

Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung sind aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele ersichtlich. Die darin beschriebenen Merkmale können alleinstehend oder in Kombination mit einem oder mehreren der oben dargelegten Merkmale umgesetzt werden, insofern sich die Merkmale nicht widersprechen. Die folgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele erfolgt dabei mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen.

Kurze Beschreibung der Figuren

Bevorzugte weitere Ausführungsformen der Erfindung werden durch die nachfolgende Beschreibung der Figuren näher erläutert. Dabei zeigen:

Figur 1 schematisch den Aufbau einer Ladevorrichtung mit mehreren Messeinrichtungen und einer Leistungs-ZSteuereinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;

Figur 2 schematisch den Aufbau einer diskret aufgebauten Messeinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;

Figur 3 schematisch den Aufbau einer Displayeinheit mit optionalen Komponenten gemäß einem Ausführungsbeispiel;

Figur 4 schematisch den Aufbau einer Ladevorrichtung mit einer Master-Messeinrichtung, einer Slave-Messeinrichtung und einer externen Displayeinheit gemäß einem Ausführungsbeispiel;

Figur 5 schematisch den Aufbau einer Ladevorrichtung mit einer Master-Messeinrichtung, mehreren Messanordnungen und einer externen Displayeinheit gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel; und

Figur 6 schematisch den Aufbau einer Ladevorrichtung mit mehreren Messanordnungen und einer externen Displayeinheit gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.

Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele

Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele anhand der Figuren beschrieben. Dabei sind gleiche, ähnliche oder gleichwirkende Elemente in den Figuren mit identischen Bezugszeichen versehen, und auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente wird teilweise verzichtet, um Redundanz zu vermeiden.

Die Figur 1 zeigt schematisch den Aufbau einer Ladevorrichtung 1 , die vorzugsweise als Wallbox ausgeführt ist, mit einer Leistungs-ZSteuereinrichtung 20 und zumindest einer, vorzugsweise mehreren Messeinrichtungen 30, 40, 50. Die gezeigten Blöcke können teilweise oder vollständig in einer Baueinheit mit Gehäuse 15 integriert sein, wobei insbesondere die Messeinrichtungen 30, 40, 50 innerhalb oder außerhalb eines solchen Gehäuses 15 der Ladevorrichtung 1 platziert sein können. Vorteilhaft ist die Integration aller Messeinrichtungen 30, 40, 50 im Gehäuse 15 der Ladevorrichtung 1 . Die Funktion der Leistungs-ZSteuereinrichtung 20 und der Messeinrichtungen 30, 40, 50 ist vorzugsweise unabhängig voneinander möglich, d.h. eine Vermischung von Funktionen ist in der Regel nicht gewünscht und/oder nicht erforderlich.

Die Ladevorrichtung 1 weist eine Netzschnittstelle 11 auf, die eingerichtet ist, um elektrische Energie aus einem Versorgungsnetz, das üblicherweise ein AC-Netz ist, zu beziehen. Die Netzschnittstelle 11 ist beispielsweise als Starkstromanschluss, vorzugsweise ein-, drei- bzw. mehrphasig, ausgeführt.

Über die Netzschnittstelle 11 ist Leistung aus dem Versorgungsnetz beziehbar und an die Leistungs-ZSteuereinrichtung 20 übertragbar, die zur Durchführung des Ladevorgangs eines Energiespeichers 2, der vorzugsweise eine Traktionsbatterie für ein Elektro- oder Hybridfahrzeug ist, eingerichtet ist. Ein Ladevorgang aus einer alternativen Quelle 3, beispielsweise einer Photovoltaikanlage oder einem Hausbatteriesystem, ein etwaiger Entladevorgang des Energiespeichers 2, um Leistung von dem zumindest teilgeladenen Energiespeicher 2 zurück in das Versorgungsnetz und/oder zu einem alternativen Verbraucher 4 zu übertragen, und gegebenenfalls weitere Funktionalität werden ebenfalls über die Leistungs-ZSteuereinrichtung 20 abgewickelt. Der alternative Verbraucher 4 kann ein separates Netz, beispielsweise DC-Netz, ein Heimnetz, eine Speicherbatterie und dergleichen umfassen.

Die Leistungs-ZSteuereinrichtung 20 weist gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Leistungseinrichtung 21 mit der entsprechenden Leistungselektronik auf, umfassend beispielsweise Schalter (Relais), Sicherungen, Leistungswandler (AC/DC, DC/DC, DC/AC, AC/AC) und dergleichen. Leitungen zur Leistungsübertragung sind in der Figur 1 mit durchgezogenen Linien zwischen den entsprechenden Komponenten gezeigt.

Die Ladevorrichtung 1 weist gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel einen Controller auf, vorzugsweise als nicht-eichrechtskonforme Recheneinheit 24 implementiert, der gegebenenfalls für die Weiterleitung von eichrechtskonformen, signierten/verschlüsselten Daten zwischen den Messeinrichtungen 30, 40, 50, insbesondere einem Master der Energiemesseinrichtungen 30, 40, 50, und einem Backend und/oder einer Cloud und/oder einem Abrechenzentrum, hierin allgemein als Dateneinrichtung 5 bezeichnet, eingerichtet ist. Die Daten aus den Energiemesseinrichtungen 30, 40, 50 werden zu diesem Zweck gegebenenfalls von der Recheneinheit 24 über ein geeignetes Protokoll an die Dateneinrichtung 5 übertragen, ohne die Datenpakete aus den Energiemesseinrichtungen 30, 40, 50 zu modifizieren oder abzuändern.

Der Master der Messeinrichtungen 30, 40, 50 kann in einer beliebigen Messeinrichtung 30 oder 40 oder 50 realisiert sein. Der Master ist für den Empfang und die Verarbeitung von Messdaten der Messeinrichtungen 30, 40, 50 eingerichtet. Die Master-Messeinrichtung kommuniziert mit den Messeinrichtungen 30, 40, 50 über Datenwege, drahtlos oder drahtgebunden, die in der Figur 1 mit gestrichelten Linien dargestellt sind. Die eichrechtskonformen Controller 35 in den Messeinrichtungen 30, 40, 50 (vgl. Figur 2) umfassen vorzugsweise einen zertifizierten Controller 35, insbesondere im Hinblick auf den Aufbau, Code, Programmierung usw. Die Konfiguration der Messeinrichtungen 30, 40, 50 in Master- und Slave-Messeinrichtungen ist weiter unten genauer beschrieben.

Die Recheneinheit 24 kann einen Computer, Mikrocontroller oder dergleichen umfassen und ist allgemein zur Steuerung, Informationsverarbeitung usw. der Ladevorrichtung 1 eingerichtet, insoweit die Aufgaben keine eichrechtskonformen Anforderungen erfüllen müssen.

Die Ladevorrichtung 1 weist eine Displayeinheit 23 auf, die zur Visualisierung von Informationen beispielsweise betreffend Zählerstand eines Ladevorganges/Entladevorgangs, Energieflussrichtung, Datum/Zeit, Kunden-ID, Lade-ID, aktueller Tarif usw. eingerichtet ist. In einer herkömmlichen Ausführung würde jede Messeinrichtung 30, 40, 50 ein eigenes, gekapseltes Display zur manipulationssicheren Visualisierung eichrechtskonformer Informationen umfassen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel übernimmt diese Aufgabe jedoch die Displayeinheit 23, das ein generelles Display für die Ladevorrichtung 1 ist oder aufweist. Wie dies auf manipulationssichere und eichrechtskonforme Weise realisierbar ist, ist weiter unten mit Bezug auf die Figuren 2 bis 6 beschrieben.

Zunächst soll jedoch die Beschreibung des Grundaufbaus der Ladevorrichtung 1 gemäß Figur 1 abgeschlossen werden. Es kann sinnvoll oder erforderlich sein, Informationen zur Verarbeitung und Visualisierung (Kunden-ID, Lade-ID, Datum/Zeit gemessene Leistung, aktueller Tarif usw.) aus unterschiedlichen Quellen zusammenzuführen und/oder an andere Stellen zu übertragen. Zu diesem Zweck kann die Recheneinheit 24 mit der externen Dateneinrichtung 5, beispielsweise einer Cloud, einer zentralen oder dezentralen Datenbank, einer externen Elektronik usw., in Kommunikation stehen. Es sei darauf hingewiesen, dass die Bezeichnung „Kommunikation“ hierin sowohl einen Datenfluss in einer Richtung als auch einen binären oder mehrkanaligen Datenfluss umfasst. Abrechnungsrelevante signierte/verschlüsselte Daten aus der Master- Energiemesseinrichtung 30, 40 oder 50 können von der Recheneinheit 24 nicht modifiziert, jedoch über ein geeignetes zusätzliches Datenprotokoll versendet werden.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind drei Messeinrichtungen 30, 40, 50 installiert, die jeweils eingerichtet sind, um den Strom und/oder die Spannung an der/den betreffenden Leistungsleitung(en) zu detektieren und gegebenenfalls daraus eine oder mehrere andere Größen wie etwa Energie oder Leistung zu ermitteln. Darunter ist eine netzseitige Messeinrichtung 30 in einem Hauptleistungspfad 12 an der Netzschnittstelle 11 vorgesehen, um den Energiebezug aus dem Versorgungsnetz und/oder die Energieeinspeisung in das Versorgungsnetz zu detektieren.

Ferner ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine verbraucherseitige Messeinrichtung 40 vorgesehen, die am Übergabepunkt 13a der Ladevorrichtung 1 zum Energiespeicher 2 installiert ist, um die Energieeinspeisung in den Energiespeicher 2 und/oder den Energiebezug aus dem geladenen oderteilgeladenen Energiespeicher 2 zu detektieren, gegebenenfalls über eine weitere Leistungselektronik 2a für die Ladekontrolle des Energiespeichers 2. Vorzugsweise wird hierbei die Energie, umfassend Strom und/oder Spannung, am Übergabepunkt 13a von der Ladevorrichtung 1 zum Fahrzeug bzw. dessen Energiespeicher 2 gemessen. Als Übergabepunkt 13a ist insbesondere eine Ladebuchse an der Ladevorrichtung 1 für ein Ladekabel 13 bzw. bei fest angeschlagenem Ladekabel 13e eines Ladesteckers 13b am Ende des Ladekabels 13 für die Messung maßgeblich. Die Messung kann aus einem AC- und/oder DC-Leistungssystem erfolgen. Ferner ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine weitere Messeinrichtung 50 vorgesehen, die an der alternativen Quelle 3 bzw. dem alternativen Verbraucher 4 installiert ist, um den entsprechenden Energiebezug, beispielsweise aus einer Photovoltaikanlage, einem Hausbatteriesystem oder einem DC-Netz, und/oder die entsprechende Energieeinspeisung, beispielsweise in eine Speicherbatterie oder ein DC-Netz, zu detektieren.

Eine, mehrere oder alle der Messeinrichtungen 30, 40, 50 sind vorzugsweise diskret aufgebaut, d.h. die Bauelemente der betreffenden Messeinrichtung(en) 30, 40, 50 sind jeweils als einzelnes, in einem eigenen Gehäuse befindliches bzw. gekapseltes Schaltungselement ausgeführt, somit insbesondere nicht durch integrierte Schaltkreise realisiert. Ein solcher diskreter Aufbau der Messeinrichtung(en) 30, 40, 50 kann zum Zweck der Eichrechtskonformität und optimierten Leistungsführung in der Ladevorrichtung 1 erforderlich sein. Aus dem gleichen Grund sind die Messeinrichtungen 30, 40, 50 vorzugsweise diskret in der Ladevorrichtung 1 verbaut. Ein weiterer Vorteil diskret aufgebauter und verbauter Messeinrichtungen 30, 40, 50 besteht darin, dass die Messdaten und die Kommunikation der einzelnen Messeinrichtungen 30, 40, 50 eichrechtskonform vereinheitlicht werden können.

Die Figur 2 zeigt schematisch den Aufbau einer diskret aufgebauten Messeinrichtung 30, 40, 50 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Hierbei wird beispielhaft die netzseitige Messeinrichtung 30 herangezogen. Die verbraucherseitige Messeinrichtung 40 und die weitere Messeinrichtung 50 können gleich aufgebaut sein.

Die Messeinrichtung 30 umfasst eine Messeinheit 31 mit einem Spannungssensor 31a und einem Stromsensor 31 b, die eingerichtet sind, um Spannung und Strom der entsprechenden Leistungsleitung, insbesondere des Hauptleistungspfads 12, zu detektieren. Der Spannungssensor 31a und/oder Stromsensor 31 b kann auch an einer lokal entfernteren Stelle angeschlossen sein, solange eine Manipulation der Messsignale ausgeschlossen ist.

Die Messeinrichtung 30 umfasst ferner zumindest einen Messwertaufnehmer 32, der einen hochgenauen Analog/Digital-Wandler aufweisen kann. Vorzugsweise ist je Leistungspfad ein Messwertaufnehmer 32 vorgesehen. Der Messwertaufnehmer 32 und die Sensoren 31 a, 31 b stehen in Kommunikation, vorzugsweise drahtgebunden, so dass der Messwertaufnehmer 32 die Messsignale der Sensoren 31 a, 31 b aufnehmen und entsprechend umwandeln/verarbeiten kann.

Die Messeinrichtung 30 weist vorzugsweise einen Zeitmesser 33 zur Messung einer Zeitspanne auf, um dadurch die Ermittlung zeitabhängiger Größen, wie beispielsweise einer Energiemenge, zu ermöglichen.

Der Messwertaufnehmer 32 und der Zeitmesser 33 stehen mit einer Energierecheneinheit 34 in Kommunikation, die eingerichtet ist, um die Werte aus dem Messwertaufnehmer 32 und dem Zeitmesser 33 heranzuziehen und abgeleitete Größen wie etwa einen Wirkleistungsenergiewert zu berechnen. Die Energierecheneinheit 34 kann für die Berechnung weiterer oder alternativer Größen eingerichtet sein, beispielsweise Blindleistung, Scheinleistung, Leistungsfaktor, Phasenverschiebung und dergleichen. Die Energierecheneinheit 34 kann gegebenenfalls mehrere Messwertaufnehmer 32 als Eingang verwenden, insbesondere bei mehrphasigen Wechselstromnetzten.

Die Messeinrichtung 30 weist ferner einen Controller 35 auf, der für die Ansteuerung weiterer Einrichtungen, beispielsweise für die Ansteuerung eines optionalen Messdatenspeichers 36 und/oder einer Signier-ZVerschlüsselungseinheit 37 und/oder einer oder mehrerer Außenschnittstellen 38 und/oder eines nichtflüchtigen Zählerstandspeichers 39. Des Weiteren organisiert der Controller 35 eine etwaige eichrechtskonforme Aufbereitung, Speicherung, Signierung oder Verschlüsselung der Daten in den entsprechenden Speichern und/oder der gesendeten/empfangenen Daten auf den digitalen Busleitung(en) der Außenschnittstelle(n) 38. Die Busleitung(en) bzw. Außenschnittstelle(n) 38 umfassen zumindest einen digitalen Bus zur Datenübertragung aus der Messeinrichtung 30. Es sei darauf hingewiesen, dass die Außenschnittstelle(n) 38 für eine drahtgebundene und/oder drahtlose Datenübertragung eingerichtet sein können.

Die vorstehend beschriebenen Komponenten 32, 34, 35, 36, 37, 39 können beliebig kombiniert in Bauteilen vereint werden.

Die Signier-ZVerschlüsselungseinheit 37 ist eingerichtet, um die über die Außenschnittstelle 38 zu übertragenden Daten/Informationen teilweise oder vollständig zu verschlüsseln oder eine Signatur darüber zu erstellen, so dass die Authentizität der Daten von der externen Dateneinrichtung-oder der Displayeinheit 23, geprüft werden kann. Vorzugsweise wird diesbezüglich ein asymmetrisches kryptographisches Verfahren angewendet. Im Fall der Signierung kann die Signatur über die zu signierenden Daten mittels eines privaten Schlüssels erstellt und die Authentizität mittels eines zugehörigen öffentlichen Schlüssels von der externen Einrichtung verifiziert werden. Da die Messeinrichtung 30 oder wesentliche Bauteile derselben eichrechtskonform versiegelt sind, sind eine unbeabsichtigte Veröffentlichung/Weitergabe des privaten Schlüssels und somit eine Manipulation ausgeschlossen.

Die Messeinrichtung 30 kann optional ein Display aufweisen, um Informationen wie die ermittelte Energie/Leistung, einen Zählerstand usw. anzuzeigen. Besonders bevorzugt wird jedoch auf ein solches messeinrichtungsindividuelles Display verzichtet, und stattdessen steht die Messeinrichtung 30 mit der Displayeinheit 23 über die Außenschnittstelle 38 in Kommunikation.

Die Figur 3 zeigt schematisch den Aufbau einer Displayeinheit 23 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Displayeinheit 23 ist zum Anzeigen eichrechtsrelevanter Daten und optional möglicher Zusatzdaten eingerichtet.

Die Displayeinheit 23 empfängt zu diesem Zweck die erforderlichen Informationen über eine Datenverbindung 23a mit einer oder mehreren Datenleitungen und/oder drahtlosen Datenübertragungswegen. Die Datenverbindung 23a steht mit einem Displaycontroller 23b, vorzugsweise als Mikrocontroller realisiert, in Kommunikation. Die Datenverbindung 23a ist identisch zur Datenverbindung 38, wenn die Displayeinheit 23 direkt an einen Datenbus der entsprechenden Messeinrichtung 30, 40, 50 angeschlossen ist.

Die Displayeinheit 23 umfasst vorzugsweise eine Entschlüsselungs-ZPrüfeinheit 23c, die in dem Displaycontroller 23b integriert sein kann oder als externes Bauteil, vorzugsweise als externes IC ausgeführt, mit diesem in Kommunikation steht. Die displayseitige Entschlüsselungs-ZPrüfeinheit 23c ist eingerichtet, um von der Messeinrichtung 30 übertragene, eichrechtskonforme Daten zu empfangen, zu entschlüsseln und/oder deren Authentizität anhand einer Signatur zu prüfen.

Die Displayeinheit 23 weist ein Display 23d zur eichrechtskonformen Anzeige der Messdaten sowie etwaiger weiterer Informationen auf. Auf diese Weise können eichrechtskonforme Daten und weniger manipulationskritische Informationen auf ein und demselben Display angezeigt werden, wodurch sich der Aufbau und die Bedienung/Benutzung der Ladevorrichtung 1 vereinfachen, unter Beibehaltung der Sicherheit und Erfüllung etwaiger eichrechtskonformer, gesetzlicher Anforderungen.

Die Displayeinheit 23 kann ferner eine Schnittstelle 23e zum Auslesen von Zählerdaten aufweisen, die vorzugsweise eine optische Schnittstelle ist. Optional kann eine Anzeige 23f, vorzugsweise LED-Anzeige, für die Visualisierung des aktuellen Energieflusses, beispielsweise x Pulse/kWh, in der Displayeinheit 23 installiert sein. Ferner kann die Displayeinheit 23 ein Eingabegerät 23g aufweisen, das beispielsweise durch eine Tastatur, einen Druckknopf und/oder eine Touch-Display- Einheit realisiert ist. Die Displayeinheit 23 kann alternativ die Möglichkeit des Anschlusses einer Tastatur, von Tastern oder eines Touch-Displays ermöglichen, um die Anzeigefunktionen zu beeinflussen, insbesondere um etwaige eichrechtskonforme Anforderungen zu erfüllen.

Energieversorgungen für die Messeinrichtung(en) 30, 40, 50, die Leistungs-ZSteuereinrichtung 20 sowie die Displayeinheit 23, möglicherweise nötige galvanische Trennungen von Datenleitungen und dergleichen sind der Übersichtlichkeit halber in den Figuren nicht dargestellt.

Für eine weitere bauliche und funktionale Optimierung der Ladevorrichtung 1 sind die Messeinrichtungen 30, 40, 50 vorzugsweise als Master/Slave-Messanordnungen mit Master- Messeinrichtung(en) M und Slave-Messeinrichtung(en) S strukturiert. Die Master-Messeinrichtung M übernimmt beispielsweise alle abrechnungs- und/oder eichrechtsrelevanten Aufgaben, wie sie in den relevanten Normen gefordert werden, während die Slave-Messeinrichtungen S die eigentlichen Messaufgaben übernehmen. Eine mögliche Master/Slave-Strukturierung ist in der Figur 2 gezeigt. So kann eine Master- Messeinrichtung M den Messwertaufnehmer 32, Zeitmesser 33, die Energierecheneinheit 34, den Controller 35, den Messdatenspeicher 36, die Signier-ZVerschlüsselungseinheit 37 und die Außenschnittstelle 38 umfassen. Eine Slave-Messeinrichtung S kann auf die Messeinheit 31 , 32, 34, 35 beschränkt sein. Auf diese Weise kann die Master-Messeinrichtung M Messdaten von mehreren Slave-Messeinrichtungen S beziehen und entsprechend gebündelt verarbeiten, wodurch Bauteile der Messeinrichtung(en) 30, 40, 50 - beispielsweise Zeitmesser 33, Energierecheneinheit 34, Controller 35, Messdatenspeicher 36, Signier-A/erschlüsselungseinheit 37 und Außenschnittstelle 38 - im Fall mehrerer Messstationen eingespart werden. Wenn die Slave- Messeinrichtungen S nicht manipulationssicher mit der Master-Messeinrichtung M verbunden sind, müssen diese die Daten ebenfalls signiert und/oder verschlüsselt an die Master-Messeinrichtung M übertragen.

Die Aufteilung der Bauteile auf eine Master-Messeinrichtung M und eine oder mehrere Slave- Messeinrichtungen S ist nicht auf das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt; vielmehr sind Modifikationen und Abwandlungen möglich. So kann die Master-Messeinrichtung M beispielsweise selbst eine oder mehrere Messeinheiten 31 umfassen. Alternativ kann die Master- Messeinrichtung M eine Teilmenge der in Figur 2 eingezeichneten Bauteile oder weitere Bauteile/Baugruppen enthalten. Insbesondere kann die Master-Messeinrichtung M als Master- Controller ausgeführt sein und lediglich die Daten der Slave-Messeinrichtungen S sammeln und eichrechtskonform weiterverarbeiten. In dieser speziellen Ausprägung weist die Master- Messeinrichtung M keine Messeinheit 31 auf. Zusätzlich können beispielsweise auch der Messwertaufnehmer 32 und/oder Zeitmesser 33 in der Master-Messeinrichtung M entfallen und Teil der Slave-Messeinrichtung(en) S sein.

Generell ist die Master-Messeinrichtung M eingerichtet, um Messdaten der Slave- Messeinrichtung(en) S zu empfangen, gegebenenfalls zusammenzufassen und zu verarbeiten. Insbesondere können somit die Messdaten mehrerer parallel messender Slave-Messeinrichtungen S geeignet kombiniert werden. Die Daten der einzelnen Slave-Messeinrichtungen S werden über eine geeignete Datenverbindung abgefragt. Die Datenverbindung kann dabei sicher oder offen sein; im letzteren Fall können die Messdaten geeignet verschlüsselt und/oder signiert werden.

Die Master-Messeinrichtung M übernimmt ferner die Datenübertragung an die eichrechtskonforme Leistungs-ZSteuereinrichtung 20 und/oder Displayeinheit 23. Die Master-Messeinrichtung M kann ferner eingerichtet sein, um eine Datenübermittlung, insbesondere Messdatenübermittlung, von/zur externen Dateneinrichtung 5, beispielsweise Cloud, insbesondere für die Daten eines Ladevorganges, und/oder eine Datenübermittlung von/zu dritten Quellen, beispielsweise Wallbox- Control-Einheit, durchzuführen. Die Master-Messeinrichtung M kann ferner für eine gegebenenfalls notwendige Verschlüsselung und/oder Signierung der Daten sowie für eine Überprüfung und Validierung der empfangenen Daten eingerichtet sein.

Die Figur 4 zeigt schematisch den Aufbau einer Ladevorrichtung 1 mit zwei Messeinrichtung M, S, einer Master-Messeinrichtung M und einer Slave-Messeinrichtung S, die vorzugsweise diskret aufgebaut sind. Allgemein können gemäß dieser Ausführungsform im Fall von n Messeinrichtungen n-1 Slave-Messeinrichtungen S installiert sein, die mit einer Master-Messeinrichtung M kommunizieren.

Die Gesamtheit aus einer Master-Messeinrichtung M und zugehörigen, mit dieser kommunizierenden Slave-Messeinrichtungen S ist hierin auch als Messanordnung 100 bezeichnet. Die Master-Messeinrichtung M kann beispielsweise durch die Messeinrichtung 30 realisiert sein, während die Slave-Messeinrichtung S durch die Messeinrichtung 40 realisiert ist, oder vice versa. Die Master-Messeinrichtung M und die Salve-Messeinrichtung S der Messanordnung 100 im Ausführungsbeispiel der Figur 4 messen vorzugsweise in unabhängigen Leistungspfaden.

Die Master-Messeinrichtung M ist somit für die Erfassung der Messdaten aller, inklusive der eigenen, Energiemessstellen bzw. Messeinheiten 31 verantwortlich. Alternativ kann die Master- Messeinrichtung M auch nur die eichrechtskonformen Aufgaben erledigen, ohne eine zusätzliche Erfassung von Messdaten. Die Master-Messeinrichtung M steht vorzugsweise mit dem nichteichrechtsrelevanten Controller 24 der Ladevorrichtung 1 in Kommunikation, um eine Verbindung in die externe Dateneinrichtung 5 zu ermöglichen.

Die Slave-Messeinrichtung(en) S umfassen zumindest je eine Messeinheit 31 mit einem Spannungssensor 31 a und/oder einem Stromsensor 31 b, vgl. Figur 2. Ferner können sie jeweils ein oder mehrere der folgenden Bauteile umfassen: Messwertaufnehmer 32, Zeitmesser 33, Energierecheneinheit 34, Controller 35, Signier-A/erschlüsselungseinheit 37, Außenschnittstelle für eine sichere Übertragung zur entsprechenden (Teil)Master-Messeinrichtung M, TM. Ein Display ist für die Slave-Messeinrichtung(en) S nicht erforderlich, kann aber optional über eine entsprechende Außenschnittstelle angesteuert werden. Ein Datenfluss von den Slave-Messeinrichtungen S zu einem Display oder zur weiteren Verarbeitung in beispielsweise einer Cloud ist nicht erforderlich, jedoch möglich. Die Messdaten der Slave-Messeinrichtungen S werden idealerweise von einer Master-Messeinrichtung M verwaltet und von dort für die Displayeinrichtung 23 und gegebenenfalls für den Transfer in eine externe Dateneinrichtung 5 aufbereitet.

Eine Slave-Messeinrichtung S ist somit verantwortlich für die Messdatenerfassung einer oder mehrerer Messanordnungen 100 (beispielsweise 1-phasig AC oder 3-phasig AC) sowie für die Bereitstellung der erforderlichen Messdaten an eine zugeordnete Master-Messeinrichtung M mit offenen oder verschlüsselten und/oder signierten Daten. Optional kann die Slave-Messeinrichtung S ferner für die Messung einer von mehreren Strompfaden einer Leistungseinheit verantwortlich sein, so dass eine Parallelmessung bei geteilten Strompfaden (diese können räumlich so weit voneinander entfernt sein, dass ein extra Slave je Strompfad erforderlich ist) realisierbar ist.

Die Ladevorrichtung 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figur 4 weist ferner eine Displayeinheit

23 auf, die über einen Controller der Ladevorrichtung 1 , vorzugsweise in Form der Recheneinheit

24 oder mit einer direkten Datenverbindung, mit den zu visualisierenden Informationen bedient wird. Optional können Daten der Master-Messeinrichtung M für weitere Zwecke, beispielsweise Abrechnung des Ladevorganges, an eine externe Dateneinrichtung 5 gesendet werden.

Die Figur 5 zeigt schematisch den Aufbau einer Ladevorrichtung 1 mit einer Master- Messeinrichtung M für eine eichrechtskonforme Datenverarbeitung und mehreren Messanordnungen 100, die jeweils eine Teilmaster-Messeinrichtung TM und keine, eine oder mehrere Slave-Messeinrichtungen S aufweisen. Eine der Messanordnungen 100 kann beispielsweise eine netzseitige Messanordnung analog zur netzseitigen Messeinrichtung 30 und eine andere der Messanordnungen 100 kann eine verbraucherseitige Messanordnung analog zur verbraucherseitigen Messeinrichtung 40 sein.

Die Teilmaster-Messeinrichtungen TM sind eingerichtet, um die Messdaten der entsprechenden Messanordnung 100 zu empfangen und gegebenenfalls zumindest teilweise zu verarbeiten, beispielsweise zu digitalisieren. Eine Teilmaster-Messeinrichtung TM kann vorteilhaft sein, um eine optionale Energiemessung aus der Teilmaster-Messeinrichtung TM mit weiteren angeschlossenen Slave-Messeinrichtungen S zusammenzufassen, möglicherweise vorzuverarbeiten und gebündelt an die Master-Messeinrichtung M zu übertragen.

Die Master-Messeinrichtung M ist für die Erfassung der Messdaten aller Messanordnungen 100 verantwortlich und sendet diese über die Außenschnittstelle 38 direkt oder über die Recheneinheit 24 an die Displayeinheit 23. Das Ausführungsbeispiel der Figur 5 zeigt somit eine strukturelle Zusammenfassung mehrerer Messanordnungen 100, beispielsweise netzseitig und/oder verbraucherseitig und/oder alternativer Form, vorzugsweise mit den Aufgaben: eichrechtskonforme Sammlung, Verarbeitung, Speicherung und Übertragung der Daten je Messanordnung 100; Anzeigen der benutzerrelevanten Daten auf dem Display 23d der Displayeinheit 23, wobei je nach Anforderung die Daten einer oder mehrerer Messanordnungen 100 durch die Displayeinheit 23 anzuzeigen sind.

Die Figur 6 zeigt schematisch den Aufbau einer Ladevorrichtung 1 mit mehreren Messanordnungen 100, die jeweils eine (Teil)Master-Messeinrichtung M, TM und keine, eine oder mehrere Slave- Messeinrichtungen S aufweisen. Eine der Messanordnungen 100 umfasst eine Master- Messeinrichtung M, während die anderen Messanordnungen 100 jeweils eine Teilmaster- Messeinrichtung TM aufweisen können, die mit der Master-Messeinrichtung M kommunizieren. Der Unterschied zum Ausführungsbeispiel der Figur 5 liegt darin, dass die Master-Messeinrichtung M Teil einer Messanordnung 100 ist, somit selbst eine Messeinheit 31 umfassen und gegebenenfalls mit Slave-Messeinrichtungen S kommunizieren kann.

Die hierin dargelegten Ladevorrichtungen 1 bieten eine integrierte, eichrechtskonforme Lösung mit einer oder mehreren Messanordnungen 100, die jeweils zumindest eine Messeinrichtung M, TM, S, 30, 40, 50, vorzugsweise diskret aufgebaut, aufweisen. Eine eichrechtskonforme Abrechnungsmöglichkeit wird auf baulich reduzierte Weise erzielt, indem Displays und gegebenenfalls weitere Komponenten durch einen Master/Slave-Aufbau und/oder eine sichere bzw. eichrechtskonforme Datenübertragung zwischen den Messanordnungen 100 und einer Displayeinheit 23 der Ladevorrichtung 1 eingespart werden.

Im Fall eines Master/Slave-Aufbaus der Messanordnungen 100 sammelt eine Master- Messeinrichtung M als zentrale Einheit Messdaten von Slave-Messeinrichtung(en) S und/oder Teilmaster-Messeinrichtung(en) TM und verarbeitet die Daten eichrechtskonform. Die Master- Messeinrichtung M übernimmt gegebenenfalls die Addition bei parallel messenden Messeinrichtungen M, TM, S. Die Master-Messeinrichtung M stellt die Daten für die eichrechtskonforme Displayeinheit 23 und/oder die Recheneinheit 24-(in diesem Fall kann gegebenenfalls auf eine Eichrechtskonformität der Displayeinheit 23 verzichtet werden) zusammen und versendet diese entsprechend.

Alternativ kann die Displayeinheit 23 eichrechtskonforme Funktionen, beispielsweise eine eichrechtskonforme Datenspeicherung, übernehmen. Dadurch kann die eichrechtskonforme Datenspeicherung in der Master-Messeinrichtung M gegebenenfalls entfallen. Die Master-Messeinrichtung M kann die drahtlos oder über Datenleitungen zu sendenden Messdaten verschlüsseln und/oder signieren, wodurch auf eine Kapselung der gesamten Ladevorrichtung 1 verzichtet werden kann, ohne dass der Informationstransport zwischen Komponenten manipulierbar ist. Die Messeinrichtungen M, TM, S, 30, 40, 50 können bei guter Platzierung der Bauteile mit einer oder jeweils einer überstülpbaren und versiegelbaren Kappe eichrechtskonform versiegelt werden.

Vorzugsweise ist die Master-Messeinrichtung M eingerichtet, um über die Außenschnittstelle einen verschlüsselten und/oder signierten Datenaustausch mit der Dateneinrichtung, beispielsweise für Abfrage- und Abrechnungszwecke, zu ermöglichen.

Vorzugsweise sind die Master- bzw. Teilmaster-Messeinrichtungen M, TM und die Displayeinheit 23 über private und öffentliche Schlüssel miteinander eineindeutig gepaart.

Besonders bevorzugt umfasst die Ladevorrichtung 1 genau eine Displayeinheit 23, wobei die Daten aus den Messeinrichtungen M, TM, S, 30, 40, 50 sicher übertragen/empfangen und in der Displayeinheit 23 gegebenenfalls entschlüsselt oder auf Gültigkeit geprüft werden können. Somit ist eine eichrechtskonforme und gleichzeitig kundenspezifische Darstellung der Messdaten möglich. Optional können eine Schnittstelle 23e, vorzugsweise optische Schnittstelle, und/oder eine vom Display 23d zu unterscheidende Anzeige 23f, vorzugsweise LED, für die Ausgabe von Energieeinheiten/Puls (beispielsweise 10.000 Pulse/kWh) in die Displayeinheit 23 integriert werden. Es können weitere individuelle oder eichrechtskonforme Informationen auf dem Display 23d angezeigt werden, beispielsweise Preis/kWh. Die Displayeinheit 23 kann Sensoren für Temperatur, Helligkeit usw. enthalten. Ferner kann die Displayeinheit 23 je nach Bedarf weitere Informationen über Lichtimpulse ausgeben. Die Displayeinheit 23 kann eingerichtet sein, um über etwaige Sensoren und/oder Eingabefunktionen in Untermenüs der Anzeige zu wechseln.

Die Displayeinheit 23 kann ferner eingerichtet sein, um die Messeinrichtungen M, TM, S, 30, 40, 50 abzufragen, wobei die Displayeinheit 23 für die korrekte Auswahl und Anzeige der Daten verantwortlich ist. Die Displayeinheit 23 übernimmt in diesem Fall Teilaufgaben der Messeinrichtungen M, TM, S, 30, 40, 50. Des Weiteren kann die Displayeinheit 23 auch die Speicherung eichrechtskonformer Daten, wie für die Messeinrichtungen M, TM, S, 30, 40, 50 beschrieben, übernehmen. Soweit anwendbar, können alle einzelnen Merkmale, die in den Ausführungsbeispielen dargestellt sind, miteinander kombiniert und/oder ausgetauscht werden, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen.

1 Ladevorrichtung

2 Energiespeicher

2a Leistungselektronik

3 Alternative Quelle

4 Alternativer Verbraucher

5 Dateneinrichtung

11 Netzschnittstelle

12 Hauptleistungspfad

13 Ladekabel

13a Übergabepunkt

13b Ladestecker

15 Gehäuse

20 Leistungs-ZSteuereinrichtung

21 Leistungseinrichtung

23 Displayeinheit

23a Datenverbindung

23b Displaycontroller

23c Entschlüsselungs-ZPrüfeinheit

23d Display

23e Schnittstelle

23f Anzeige

23g Eingabegerät

24 Recheneinheit

30 Messeinrichtung

31 Messeinheit

31a Spannungssensor

31 b Stromsensor

32 Messwertaufnehmer

33 Zeitmesser

34 Energierecheneinheit

35 Controller

36 Messdatenspeicher

37 Signier-ZVerschlüsselungseinheit

38 Außenschnittstelle 40 Messeinrichtung

50 Messeinrichtung

100 Messanordnung M Master-Messeinrichtung

TM Teilmaster-Messeinrichtung

S Slave-Messeinrichtung