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Die
Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung für eine Stromtankstelle,
welche für einen Strombezug und/oder eine Stromeinspeisung
einer mobilen Speicher- und Verbrauchseinheit geeignet ist.
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Zur
Abdeckung des wachsenden Energiebedarfs von elektrisch angetriebenen
Fahrzeugen werden u. a. öffentlich zugängliche
kostenpflichtige oder kostenlose Stromtankstellen genutzt. Derartige Stromtankstellen
stellen dabei die für das Aufladen eines Akkumulators eines
Elektrofahrzeugs notwendige elektrische Energie bereit. So beschreibt
die
US-A 4,052,655
A1 eine Stromladeanlage mit mehreren jeweils autark arbeitenden
Zapfsäulen, die jeweils mit mindestens einer Steckdose
zum Anstecken eines Ladekabels und einer diesem zugeordneten mechanischen
Sicherung versehen sind und denen jeweils eine Energiemengenzähleinrichtung
und den Strompreis ermittelnde Recheneinrichtung zugeordnet sind.
Die Bezahlung erfolgt dabei durch Münzeinwurf, was eine
aufwändige Diebstahlsicherung erforderlich macht und einen
hohen Wartungs- und Überwachungsaufwand bedingt.
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Das
Aufladen von Automobilen an jeweils autark arbeitenden, an das Stromnetz
angeschlossenen Parkuhren während der Parkzeit ist aus
der
DE 41 01 053 A1 bekannt,
bei der die abgenommene Strommenge durch Geldmünzen oder
mit einer Scheckkarte gezahlt wird. Auch die
DE 295 05 733 U1 beschreibt
ein Ladesystem für Elektroautos mit einem Scheckkarten-
oder Münzautomaten. Dabei stellt sich das Problem, dass
diverse Manipulationsmöglichkeiten bestehen.
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Auch
die
DE 42 13 414 C2 beschreibt
eine Stromladeanlage mit mehreren Stromzapfsäulen, die jeweils
mit wenigstens einer Steckdose zum Anstecken eines Ladekabels und
mit einer diesem zugeordneten mechanischen Sicherung versehen sind und
denen jeweils eine Energiemengenzähleinrichtung und eine
den Strompreis ermittelnde Recheneinrichtung zugeordnet sind, wobei
ein zent raler Terminal vorgesehen ist, der die mit den Energiemengenzähleinrichtungen
aller Stromzapfsäulen signalleitungsverknüpfte
Recheneinrichtung enthält und mit den betriebsnotwendigen
Komponenten aller Stromzapfsäulen signalleitungsverknüpft
ist. Weiterhin ist zwischen den Terminal und jede Stromzapfsäule
jeweils eine dieser zugeordneten Interfaceeinrichtungen eingeschaltet,
die eine den Betriebszustand einer mechanischen Sicherung kontrollierende Sicherungseinrichtung,
eine bei Funktionsstörungen ansprechende Sicherungseinrichtung
und eine Fehlerströme überwachende Sicherungseinrichtung
enthält. Bei dieser Stromtankstelle enthält die
Kontrolleinrichtung insbesondere eine Magnetkarten-Leseeinrichtung
für Identifikationskarten. Auch eine derartige Vorrichtung
muss sehr komplex aufgebaut sein und kann eine missbräuchliche
Benutzung nicht verhindern.
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Mit
steigender Anzahl von Elektrofahrzeugen in den Innenstädten
ergibt sich die Problematik, dass eine große Anzahl unterschiedlicher
Benutzer eine Stromtankstelle beanspruchen. Es sollte jedoch möglichst
eine benutzergerechte Abrechnung erfolgen, da im Gegensatz zu betriebsinternen
Stromparkplätzen die Abrechnung nicht von einem einzigen
Betreiber beglichen werden muss. So ist insbesondere die Möglichkeit
nicht auszuschließen, dass einzelne Energieverbraucher
bemüht sind, die gelieferte Energiemenge nicht selbst zu
bezahlen. Vor diesem Hintergrund beschreibt die
DE 44 14 008 C2 eine Anordnung
zur Abgabe von elektrischer Energie an Kraftfahrzeuge mit einem
Anschluss an eine elektrische Energieversorgung, einer Kommunikationseinheit,
welche eine Eingabevorrichtung zur Bestätigung durch den
Benutzer aufweist sowie eine Ausgabevorrichtung für Informationen
an den Benutzer, einer Freigabeschaltung, die in Abhängigkeit
von der Eingabe des Benutzers die Energieabgabe freischaltet, wobei
erst nach einem Abgleich von Informationen aus der Eingabevorrichtung
mit Informationen, die als Identifizierungsdaten vom Kraftfahrzeug
zu der Freigabeschaltung übertragen werden, eine Freigabe
der Energieabgabe erfolgt. Dabei wird insbesondere ein Kartenlesegerät
benutzt, wobei eine diesem zugeordnete Karte Angaben über
den Benutzer und über das Kraftfahrzeug enthält.
Auch eine solche Vorrichtung ist mindestens mit einem Kartenlesegerät
ausgestattet, sodass ein Missbrauch beim Strombezug nicht ausgeschlossen
werden kann. Weiterhin ermöglicht diese bekannte Vorrichtung
auch keine wirkliche benutzerspezifische Abrechnung bei unterschiedlichen
Stromlieferanten.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zu Grunde, eine
Stromtankstelle zum ortsunabhängigen Strombezug und/oder
zur ortsunabhängigen Stromeinspeisung einer mobilen Speicher-
und Verbrauchseinheit bereitzustellen, welche einen überwachungslosen
Betrieb, eine hohe Betriebs- und Funktionssicherheit sowie einen
hohen Bedienungskomfort aufweist und insbesondere die missbräuchliche
Benutzung verhindert. Weiterhin soll eine benutzerspezifische Abrechnung
mit den jeweiligen Stromlieferanten möglich sein.
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Diese
der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird durch eine Steuervorrichtung
für eine Stromtankstelle gelöst, welche für
einen Strombezug und/oder eine Stromeinspeisung einer mobilen Speicher-
und Verbrauchseinheit geeignet ist, wobei die Steuervorrichtung
mindestens folgende Komponenten enthält:
- – ein
zentrales Steuergerät,
- – einen Aktor zur Betätigung eines Schalters,
um den Ladevorgang und/oder den Einspeisevorgang zu starten und
zu stoppen,
- – ein Kommunikationsmodul zur Aufbereitung von Daten
aus dem Steuergerät für die Kommunikation mit
der mobilen Speicher- und Verbrauchseinheit und/oder mit einem Abrechnungsserver
sowie zur Umwandlung von eintreffenden Signalen in für
das Steuergerät verarbeitbare Daten,
- – eine Messeinrichtung zur Messung der durchfließenden
elektrischen Energie bei der Aufladung der mobilen Speicher- und
Verbrauchseinheit oder beim Einspeisen in die Stromtankstelle,
- – ein Verschlüsselungsmodul zur Verschlüsselung
der vom Steuergerät erzeugten Daten und
- – ein mit der Messeinrichtung verbundenes Mittel zur
Signierung der von der Messeinrichtung ermittelten Daten mit einer
Kennnummer.
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Das
Kommunikationsmodul, der Aktor, die Messeinrichtung und das Verschlüsselungsmodul sind
vorzugsweise mit dem zentralen Steuergerät über
interne Schnittstellen verbunden.
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Gemäß einer
vorteilhaften Weiterentwicklung der Vorrichtung kann die Messeinrichtung
weiterhin den Energieverbrauch eines oder mehrerer Eigenverbraucher
der Stromtankstelle messen.
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Vorteilhafterweise
ist die Vorrichtung so aufgebaut, dass eine Signatureinheit derart
mit der Messeinrichtung verbunden ist, dass eine eichrechtliche Zulassung
dieser Kombination und der damit erzeugten signierten Messwerte
für Abrechnungszwecke erzielt werden kann.
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Das
zentrale Steuergerät enthält vorzugsweise mindestens
einen Microprozessor, ein persistentes Speicherelement, eine Einrichtung
zur Selbstüberwachung und eine Echtzeituhr.
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Das
zentrale Steuergerät ist die Schaltzentrale innerhalb der
Steuervorrichtung. Das Steuergerät bezieht dazu über
interne Schnittstellen insbesondere Informationen, die zur Identifikation
sowie zur Verschlüsselung der über die Messeinrichtung
ermittelten Daten erforderlich sind. Gleichzeitig steuert das Steuergerät
den Aktor, der einen Schalter betätigt, um bei erfolgter
Freigabe den Ladevorgang eines Akkumulators des Elektrofahrzeugs
zu starten oder zu stoppen. Dieser Vorgang ist bidirektional, das heißt
ebenso wird über den Aktor die Einspeisung aus dem Akkumulator
in die Stromtankstelle gestartet und gestoppt.
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Das
Kommunikationsmodul weist vorzugsweise einen modularen Aufbau auf,
der eine einfache Adaption an verschiedene Übertragungsmedien,
Datenübertragungsprotokolle und Datenübertragungsstandards
durch Parametrisierung oder einen Modulwechsel erlaubt.
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Im
Kommunikationsmodul werden also Daten aus dem Steuergerät
für die Kommunikation mit dem Elektrofahrzeug und/oder
für die Kommunikation mit einem Abrechnungsserver aufbereitet.
Dazu werden die Daten in übertragungsfähige Signale
auf der Basis geeigneter standardisierter oder proprietärer
Protokolle umgewandelt. Die Kommunikation erfolgt bidirektional,
das heißt das Kommunikationsmodul wandelt ebenso eintreffende
Signale in für das Steuergerät verarbeitbare Daten
um.
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Die
Messeinrichtung enthält vorzugsweise mindestens eine Signatureinrichtung
oder ist derart mit einer Signatureinrichtung verbunden, dass eine eichrechtliche
Zulassung dieser Kombination und der damit erzeugten signierten
Messwerte für Abrechnungszwecke erzielt werden kann.
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Die
Messeinrichtung misst die Menge der durchfließenden elektrischen
Energie, vorzugsweise in kWh, und übermittelt diese an
das Steuergerät. Dieser Prozess ist bidirektional, das
heißt es kann sowohl ein Ladeprozess als auch gegebenenfalls
ein Einspeiseprozess an die Stromtankstelle gemessen und überwacht
werden. Des Weiteren kann die Messeinrichtung den Eigenverbrauch
der Stromtankstelle differenziert messen, um eine Doppelzählung
bereits bezahlter Energie auszuschließen.
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Das
Verschlüsselungsmodul unterstützt vorzugsweise
Verschlüsselungsverfahren, die den vom deutschen Bundesamt
für Sicherheit in der Informationstechnik (BSI) definierten
Standards entsprechen, und stellt mindestens einen kryptographisch
gesicherten Speicherbereich bereit, in dem die Schlüssel gespeichert
werden.
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Mit
Hilfe des Verschlüsselungsmoduls wird mindestens der über
die Messeinrichtung ermittelte Verbrauchs- oder Einspeisewert verschlüsselt.
Sie kann aber auch für die Verschlüsselung weiterer Fahrzeugzustandsdaten
verwendet werden, um deren Übertragung sicherer zu gestalten.
Das Mittel zur Signierung sollte mindestens die Verbrauchs- und/oder
die Einspeisedaten mit einem eindeutigen Signaturstempel, vorzugsweise
einer Kennnummer, zur Identifikation auf dem Abrechnungsserver versehen.
Vorzugsweise unterstützt es ein Signa turverfahren, das
eine eichrechtliche Zulassung zur Abrechnung der damit signierten
Mess-, Verbrauchs- und Steuerinformationen ermöglicht.
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Gemäß einer
vorteilhaften Weiterentwicklung der Vorrichtung sind/ist mit dem
zentralen Steuergerät über entsprechende Schnittstellen
weiterhin ein Display und/oder ein Eingabegerät verbunden. Das
Eingabegerät kann gegebenenfalls als Lesegerät
ausgestaltet sein, welches die Kennnummer von einem portablen Datenspeichermedium
des Nutzers der Speicher- und Verbrauchseinheit liest, beispielsweise
von einer Kreditkarte, einem Transponderchip oder einem RFID. Über
das Eingabegerät könnte gemäß einer
Ausführungsvariante die Eingabe der Kennnummer oder einer
sonstigen Benutzererkennung, beispielsweise eines PIN-Codes oder
einer Kreditkartennummer, erfolgen.
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Gegenstand
der vorliegenden Erfindung ist weiterhin eine Stromtankstelle mit
einem Anschluss an eine elektrische Energieversorgung und mindestens
einem Anschlussmittel für eine elektrische Verbindung mit
einem an der mobilen Speicher- und Verbrauchseinheit vorhandenen
Akkumulator, wobei die Stromtankstelle mit Hilfe der genannten Vorrichtung gesteuert
wird.
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Die
erfindungsgemäße Integration eines Kommunikationsmoduls
in die Steuervorrichtung für eine Stromtankstelle hat insbesondere
den Vorteil, dass somit Transaktionsdaten von oder zu der Stromtankstelle übermittelt
werden können. So können vorzugsweise Strompreise,
Strompreis-Ober- und Untergrenzen oder Strommengen als Transaktionsdaten übertragen
werden, denen jeweils ein bestimmter Zeitpunkt oder Zeitraum zugeordnet
werden kann. Die Transaktionsdaten können dazu gegebenenfalls über
das Eingabegerät erfasst und über das Display
angezeigt werden.
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Die
Speicher- und Verbrauchseinheit kann im Sinne der vorliegenden Erfindung
vorzugsweise ein Fahrzeug mit mindestens einem elektrischen Antrieb
sein. Unter einem derartigen Elektrofahrzeug wird ein Fahrzeug mit
mindestens einem elektrischen Antrieb verstanden. Dies beinhaltet
auch die Klasse der Fahrzeuge, die nur ergänzend mit einem
elektrischen Antrieb ausgestattet sind, wie beispielsweise Hybridfahrzeuge.
Wesentliches Merkmal eines Elektrofahrzeuges in diesem Sinne ist
die Notwendigkeit eines elektrischen Energiespeichers, also einer
Batterie bzw. eines Akkumulators. Durch Anbindung an ein elektrisches
Versorgungsnetz kann dieser Akkumulator regelmäßig
aufgeladen werden. Die Speicher- und Verbrauchseinheit im Sinne
der vorliegenden Erfindung kann weiterhin auch eine Vorrichtung zur
Bereitstellung von elektrischer Energie sein. Dabei können
insbesondere auch die oben genannten Elektrofahrzeuge, also deren
Akkumulatoren, zum Einspeisen von elektrischer Energie genutzt werden. Es
kann weiterhin zweckmäßig sein, das Elektrofahrzeug
dazu zusätzlich mit einer Vorrichtung zur Gewinnung von
elektrischer Energie zu kombinieren, also beispielsweise mit einer
auf dem Dach des Elektrofahrzeugs montierten Fotovoltaikanlage.
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Als
Stromtankstelle wird im Sinne dieser Erfindung eine Ladestation
für eine mobile Speicher- und Verbrauchseinheit verstanden.
Eine solche Stromtankstelle kann sich dazu im privaten Besitz in dessen
Hausnetz befinden oder im Besitz eines Dritten an einem, ggf. öffentlich,
für den Fahrzeugeigentümer zugänglichen
Ort befinden.
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Die
erfindungsgemäße Steuervorrichtung für eine
Stromtankstelle kann besonders vorteilhaft zur Durchführung
eines Verfahrens zum ortsunabhängigen Strombezug und/oder
zur ortsunabhängigen Stromeinspeisung einer mobilen Speicher-
und Verbrauchseinheit an einer ortsfesten Stromtankstelle eingesetzt
werden, wenn eine Vielzahl von Stromtankstellen über Stromleitungen
mindestens eines Stromverteilnetzbetreibers mit Strom von mindestens einem
Stromlieferanten versorgt werden und mindestens folgende Verfahrensschritte
durchgeführt werden:
- – Herstellen
einer ersten Kommunikationsverbindung zwischen der Speicher- und
Verbrauchseinheit und der Stromtankstelle bei räumlicher
Annäherung der mobilen Speicher- und Verbrauchseinheit
an eine ortsfeste Stromtankstelle, wobei der Speicher- und Verbrauchseinheit
eine eindeutige Kennnummer zugeordnet ist und die Stromtankstelle
einen Stromzähler mit einer Zählernummer trägt;
- – Übermittlung eines Datenpaketes, enthaltend mindestens
die Kennnummer und die Zählernummer, über eine
zweite Kommunikationsverbindung an einen Abrechnungsserver;
- – Zuordnung der Speicher- und Verbrauchseinheit mit
Hilfe der Kennnummer zu einem Stromlieferanten und Zuordnung des
Stromzählers mit Hilfe der Zählernummer zu einem
Verteilnetzbetreiber mit Hilfe der auf dem Abrechnungsserver dazu hinterlegten
Daten;
- – Freischalten der Stromtankstelle nach erfolgreicher
Zuordnung am Abrechnungsserver;
- – Abgabe von Strom an die Speicher- und Verbrauchseinheit
oder Einspeisung von Strom von der Speicher- und Verbrauchseinheit
an die Stromtankstelle über ein Ladekabel oder über eine
berührungsfreie, vorzugsweise induktive oder kapazitive,
Stromübertragung; und
- – Übermittlung der von der Speicher- und Verbrauchseinheit
an der Stromtankstelle entnommenen oder eingespeisten Strommenge über
die Kommunikationsverbindung an den Abrechnungsserver.
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Ein
derartiges Verfahren ist Gegenstand der gleichzeitig eingereichten
deutschen Patentanmeldung 10
2008 044 526.6 . Dieses Verfahren ermöglicht es
einem Nutzer der mobilen Speicher- und Verbrauchseinheit unter Verwendung
der erfindungsgemäßen Vorrichtung an einer beliebigen
Stromtankstelle mit hohem Bedienungskomfort elektrische Energie
zu beziehen oder in ein Stromnetz einzuspeisen, wobei sofort eine
wunschgemäße Abrechnung über einen ausgewählten
Stromlieferanten erfolgen kann. Ein derartiger Strombezug bzw. eine
derartige Stromeinspeisung bietet damit ähnlich gestaltete Nutzungsmöglichkeiten,
wie sie bisher lediglich von festen Heimanschlüssen bekannt
waren.
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Weitere
Vorteile der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung
für eine Stromtankstelle ergeben sich auch aus der nachfolgenden
Erläuterung der Verwendung der Vorrichtung. Vorzugsweise
erfolgt bei der räumlichen Annäherung der mobilen
Speicher- und Verbrauchseinheit an eine ortsfeste Stromtankstelle
ein automatischer Verbindungsaufbau der ersten Kommunikationsverbindung
zwi schen der Speicher- und Verbraucheinheit und der Stromtankstelle.
Diese Ausgestaltung erlaubt dem Nutzer der Speicher- und Verbrauchseinheit,
den Strombezug oder die Stromeinspeisung ohne Zeitverzögerung beginnen
zu können.
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Vorzugsweise
erfolgt die erste Kommunikationsverbindung kabelgebunden, insbesondere über das
Ladekabel oder über ein separates Datenkabel, oder über
Funk, insbesondere über WLAN, ZIGBee, Bluetooth, Transpondertechnologie
oder RFID. Dabei kann die zweite Kommunikationsverbindung zwischen
der Stromtankstelle und dem Abrechnungsserver kabelgebunden, vorzugsweise über
DSL, ISDN, Festnetztelefon oder Powerline (Trägerfrequenzanlage),
oder über Funk erfolgen. Alternativ oder auch zusätzlich
kann die zweite Kommunikationsverbindung auch direkt zwischen der
Speicher- und Verbrauchseinheit und dem Abrechnungsserver über
Funk erfolgen. Vorzugsweise wird die zweite Kommunikationsverbindung
nach einer der beiden genannten Möglichkeiten über
Funk als GSM, GPRS, UMTS, WiMAX, Funkrundsteuerung oder Paging ausgestaltet.
Die letztgenannten Funkübertragungssysteme haben den Vorteil,
dass auch gegebenenfalls größere Reichweiten möglich
sind.
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Auf
dem Abrechnungsserver werden vorzugsweise Daten zu mindestens einem Übertragungsnetzbetreiber
hinterlegt. Es kann weiter zweckdienlich sein, auch Daten zu mindestens
einem Stromverteilnetzbetreiber und/oder Daten zu mindestens einem
Stromlieferanten zu hinterlegen.
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Der
Bezug und die Einspeisung von Strom durch eine oder mehrere Speicher-
und Verbrauchseinheiten an einer der Stromtankstellen kann zeitlich und/oder
preislich und/oder aufgrund von Regelstrategien zur Optimierung
der Netzstabilität des Stromverteilnetzbetreibers erfolgen.
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Vorzugsweise
werden über die erste und/oder die zweite Kommunikationsverbindung Transaktionsdaten übermittelt.
Die Transaktionsdaten können dabei insbesondere Strompreise,
Strompreis-Ober- und Untergrenzen oder Strommengen sein, denen jeweils
ein bestimmter Zeitpunkt oder Zeitraum zugeordnet werden kann. Die
Transaktionsdaten werden gegebenenfalls über ein Eingabegerät an
der Speicher- und Verbrauchseinheiten erfasst und über
ein Display an der Speicher- und Verbrauchseinheiten angezeigt.
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Die
Abrechnung des Strombezugs an der Stromtankstelle bzw. der entsprechenden
Stromeinspeisung kann vorzugsweise auf dem Abrechnungsserver mithilfe
einer Software erfolgen. Ein solches Computerprogramm kann dazu
einen oder mehrere der oben genannten Verfahrensschritte ausführen.
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Weitere
Vorteile und Einzelheiten der erfindungsgemäßen
Steuervorrichtung für eine Stromtankstelle ergeben sich
aus den anhand der Zeichnungen beschriebenen und die Erfindung nicht
einschränkenden Ausführungsbeispielen.
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Dabei
zeigen
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1.
eine abstrakte Darstellung des Verfahrens zum ortsunabhängigen
Strombezug und/oder zur ortsunabhängigen Stromeinspeisung unter
Verwendung der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung
für eine Stromtankstelle und
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2.
die schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels
der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung für
eine Stromtankstelle.
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Gemäß der
1 ist
die Anordnung eines Elektrofahrzeuges E1 an einer Stromtankstelle
T1, welche in ein Abrechnungssystem integriert ist, gemäß einem
Ausführungsbeispiel abstrakt dargestellt. Die mobile Speicher-
und Verbrauchseinheit E1 ist bei diesem Ausführungsbeispiel
ein Elektrofahrzeug. Die ortsfeste Stromtankstelle T1, ausgewählt
aus einer Vielzahl von zeichnerisch nicht dargestellten Stromtankstellen
T1–Tn, ist über Stromleitungen mit mindestens
einem Verteilnetzbetreiber V1 verbunden und wird über diese
Stromleitungen mit elektrischem Strom mindestens eines Stromlieferanten
L1 versorgt. Ein für den Strombezug oder die Einspeisung geeigneter
mobiler Stromzähler an der Speicher- und Verbrauchseinheit
E1 ist Gegenstand der zeitgleich eingereichten
deutschen Patentanmeldung 10 2008 044
527.4 . Die Stromtankstelle T1 ist mit einer in
2 dargestellten
Steuervorrichtung T10 ausgestattet.
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Beim
Annähern des Elektrofahrzeuges E1 an die Stromtankstelle
T1 wird zwischen dem Elektrofahrzeug E1 und der Stromtankstelle
T1 gemäß der 1 eine erste
Kommunikationsverbindung K1 hergestellt. Diese erste Kommunikationsverbindung K1
ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel als Funkverbindung
F1 ausgestaltet. Da diese Funkverbindung F1 lediglich für
relativ kurze Distanzen ausgelegt sein muss, eignen sich hierfür
insbesondere WLAN, ZIG-Bee, Bluetooth, Transpondertechnologie oder
RFID. Nach Herstellung der ersten Kommunikationsverbindung K1 wird
ein Datenpaket über eine zweite Kommunikationsverbindung
K2 an ein Datenmanagementsystem (Abrechnungsserver) D1 übermittelt,
wobei dieses Datenpaket mindestens die Kennnummer ID1 und die Zählernummer
ID2 enthält. Dem Elektrofahrzeug E1 ist eine eindeutige
Kennnummer ID1 zugeordnet und die Stromtankstelle T1 ist mit einer
Steuervorrichtung T10 mit einer dieser zugeordneten Zählernummer
ID2 gemäß der 2 ausgestattet.
Auf dem Abrechnungsserver D1 kann nun eine Zuordnung des Elektrofahrzeuges
1 mithilfe der Kennnummer ID1 zu einen Stromlieferanten L1 sowie
eine Zuordnung der Steuervorrichtung T10 mithilfe der Zählernummer
ID2 zu einem Verteilnetzbetreiber V1 mithilfe der auf dem Abrechnungsserver D1
dazu hinterlegten Daten erfolgen. Nach einer entsprechenden positiven
Zuordnung kann die Stromtankstelle T1 mithilfe der zweiten Kommunikationsverbindung
K2 freigeschaltet werden. Die zweite Kommunikationsverbindung K2
zwischen der Stromtankstelle T1 und dem Abrechnungsserver D1 kann kabelgebunden,
insbesondere über DSL, ISDN, Festnetztelefon oder Powerline,
oder über Funk F2 erfolgen. Gemäß eines
alternativen Ausführungsbeispiels kann die Kommunikationsverbindung
K2 direkt zwischen dem Elektrofahrzeug E1 und dem Abrechnungsserver
D1 über Funk F3 erfolgen.
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Die
entsprechenden Funkverbindungen F2 und F3 müssen bei beiden
Ausführungsbeispielen für größere
Entfernungen ausgelegt sein, sodass insbesondere GSM, GPRS, UMTS,
WiMAX, Funkrundsteuerung oder Paging in Frage kommen.
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Nach
der Freischaltung der Stromtankstelle T1 kann nun die Abgabe von
Strom an das Elektrofahrzeug E1 oder die Einspeisung von Strom von dem
Elektrofahrzeug E1 an die Stromtankstelle T1 über ein Ladekabel
oder über eine berührungsfreie induktive Stromübertragung
erfolgen. Die letztgenannte Möglichkeit der berührungsfreien
induktiven Stromübertragung zwischen dem Elektrofahrzeug
E1 und der Stromtankstelle T2 hat den besonderen Vorteil, dass bei
der Energieübertragung überhaupt keine physische
Verbindung zwischen dem Elektrofahrzeug E1 und der Stromtankstelle
T1 notwendig ist, wenn auch die erste Kommunikationsverbindung K1 als
Funkverbindung F1 ausgestaltet ist. Daraus ergibt sich für
den Nutzer des Elektrofahrzeuges E1 ein besonders hoher Bedienungskomfort.
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Nach
Beendigung der Energieübertragung kann der von dem Elektrofahrzeug
E1 an der Stromtrankstelle T1 entnommene oder eingespeiste Strombetrag über
die Kommunikationsverbindung K2 an den Abrechnungsserver D1 übermittelt
werden.
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Gemäß der 2 enthält
die Steuervorrichtung T10 für eine Stromtankstelle T1 folgende
Komponenten: ein zentrales Steuergerät 30; einen
Aktor 31 zur Betätigung eines Schalters 32,
um den Ladevorgang und/oder den Einspeisevorgang zu starten und
zu stoppen; ein Kommunikationsmodul 33 zur Aufbereitung
von Daten aus dem Steuergerät 30 für die
Kommunikation mit der mobilen Speicher- und Verbrauchseinheit E1
und/oder mit einem Abrechnungsserver D1 sowie zur Umwandlung von
eintreffenden Signalen in für das Steuergerät 30 verarbeitbare
Daten; eine Messeinrichtung Z2 zur Messung der durchfließenden
elektrischen Energie bei der Aufladung der mobilen Speicher- und
Verbrauchseinheit E1 oder beim Einspeisen in die Stromtankstelle
T10; ein Verschlüsselungsmodul 36 zur Verschlüsselung
der vom Steuergerät 30 erzeugten Daten und ein
mit der Messeinrichtung Z2 verbundenes Mittel 37 zur Signierung
der von der Messeinrichtung Z2 ermittelten Daten mit einer Zählernummer
ID2.
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Das
Kommunikationsmodul 33, der Aktor 31, die Messeinrichtung
Z2 und das Verschlüsselungsmodul 36 sind mit dem
zentralen Steuergerät 30 über interne
Schnittstellen verbunden. Die Messeinrichtung Z2 kann weiterhin
den Energieverbrauch eines oder mehrerer Eigenverbraucher 41 der
Stromtankstelle T10 messen.
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Mit
dem zentralen Steuergerät 30 sind/ist weiterhin
ein Display 39 und/oder ein Eingabegerät 40 verbunden.
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Im
Kommunikationsmodul 33 werden also Daten aus dem Steuergerät 30 für
die Kommunikation über die erste Kommunikationsverbindung
K1, gegebenenfalls als Funkverbindung F1 ausgestaltet, mit dem Elektrofahrzeug
E1 und/oder für die Kommunikation über die zweite
Kommunikationsverbindung K2, gegebenenfalls als Funkverbindung F2
ausgestaltet, mit einem Abrechnungsserver D1 aufbereitet.
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Das
zentrale Steuergerät 30 ist die Schaltzentrale
innerhalb der Steuervorrichtung T10. Das Steuergerät 30 bezieht
dazu über interne Schnittstellen insbesondere Informationen,
die zur Identifikation sowie zur Verschlüsselung der über
die Messeinrichtung Z2 ermittelten Daten erforderlich sind. Gleichzeitig
steuert das Steuergerät 30 den Aktor 31,
der einen Schalter 32 betätigt, um bei erfolgter
Freigabe den Ladevorgang eines zeichnerisch nicht dargestellten
Akkumulators des Elektrofahrzeugs E1 zu starten oder zu stoppen.
Dieser Vorgang ist bidirektional, das heißt ebenso wird über
den Aktor 31 die Einspeisung aus dem Akkumulator in die
Stromtankstelle T1 gestartet und gestoppt. Die Freigabe kann dabei über
die erste Kommunikationsverbindung K1, gegebenenfalls als Funkverbindung
F1 ausgestaltet, und/oder über die zweite Kommunikationsverbindung
K2, gegebenenfalls als Funkverbindung F2 ausgestaltet, erfolgen.
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Die
in 2 dargestellte Steuervorrichtung T10 für
eine Stromtankstelle T1 ist in eine Stromtankstelle T1 nach 1 integriert.
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Der
Abrechnungsserver D1 empfängt also über die Kommunikationsverbindungen
K2, F2 und/oder F3 Messdaten von dem Stromzähler Z1 und/oder über
die Kommunikationsmodul 33 von der Steuervorrichtung T10,
welche direkt dem jeweiligen Elektrofahrzeug E1 bzw. der Stromtankstelle
T1 zugeordnet werden können. Auf dem Abrechnungsserver
ist dazu hinterlegt, welchem Stromlieferanten der Stromzähler
Z1 mit der Kennnummer ID1 zugeordnet ist und welchem Verteilnetzbetreiber
V1 die Steuervorrichtung T10 mit der Zählernummer ID2 zugeordnet
ist. Das ermöglicht erstmals die kundenspezifische Abrechnung
der aus dem Stromnetz entnommenen Menge elektrischer Energie bei
einem sich örtlich dynamisch verhaltenen Energieverbrauch.
Als Lieferant elektrischer Energie wird im Sinne dieser Erfindung
ein Energieversorgungsunternehmen verstanden, welches eine Geschäftsbeziehung
mit dem Besitzer eines Elektrofahrzeuges E1 zur Belieferung mit
elektrischer Energie unterhält. Mithilfe der Stromtankstelle
T1 und dem Abrechnungsserver D1 wird es für den Stromlieferanten
L1 erstmals möglich, das Elektrofahrzeug E1 abzurechnen,
unabhängig davon, welche Stromtankstelle T1 dieses aufsucht
und unabhängig davon, ob die Verbrauchsdaten über
die zweite Kommunikationsverbindung K2 bzw. F2 von der Stromtankstelle
T1 zum Abrechnungsserver D1 gelangen oder ob der Abrechnungsserver
D1 diese Daten direkt vom Elektrofahrzeug E1 über eine
Funkverbindung F3 erhält.
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Als
Verteilnetzbetreiber V1 wird ein Energieversorgungsunternehmen verstanden,
dessen Geschäftszweck im Aufbau und Betrieb des Strom-Verteilnetzes
besteht. In diesem Verteilnetz befindet sich die Stromtankstelle
T1 an einem definierten Ort. Der Verteilnetzbetreiber V1 hat mit
dem Stromlieferanten L1 eine vertragliche Beziehung, die es dem
Stromlieferanten L1 erlaubt, flexibel innerhalb des Gebietes des
Verteilnetzbetreibers beliebige Stromtankstellen T1–Tn
dazu zu nutzen, den Besitzer des Elektrofahrzeuges E1 mit elektrischer
Energie zu beliefern. Beim Strombezug fällt ein Nutzungsentgelt
an, welches der Kunde auf Basis der Messeinrichtung Z2 über
den Stromlieferanten L1 an den Verteilnetzbetreiber V1 bezahlt.
Bei der Einspeisung aus dem Elektrofahrzeug E1 in das Netz des Verteilnetzbetreibers
V1 erhält der Besitzer des Elekt rofahrzeuges E1 eine Einspeisevergütung
vom Verteilnetzbetreiber V1, die ebenfalls auf Basis der Messeinrichtung
Z2 errechnet wird.
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Als Übertragungsnetzbetreiber Ü1
wird ein Energieversorgungsunternehmen verstanden, dessen Geschäftszweck
in dem Aufbau und Betrieb des Übertragungsnetzes besteht.
Als weitere Kernaufgabe, die sich der Übertragungsnetzbetreiber Ü1
mit dem Verteilnetzbetreiber V1 teilt, wird die Sicherstellung der
Netzstabilität durch ein entsprechendes Angebot von Regelenergie
betrieben. Diese Regelenergie kann situationsabhängig durch
das Elektrofahrzeug E1 in das Netz des Verteilnetzbetreibers V1
eingespeist werden und wird über die Strecke Elektrofahrzeug
E1 – Kommunikationsverbindung K1 – Stromtankstelle
T1 – zweite Kommunikationsverbindung K2 – Abrechnungsserver
D1 verrechnet.
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Neben
der Möglichkeit zur Abrechnung des örtlich flexiblen
Strombezugs ist über die Anordnung Elektrofahrzeug E1 – erste
Kommunikationsverbindung K1 – Stromtankstelle T1 – zweite
Kommunikationsverbindung K2 – Abrechnungsserver D1 ebenfalls
erstmals die Abrechnung der Einspeisung elektrischer Energie aus
dem elektrischen Speicher eines Elektrofahrzeuges E1 in das Netz
des Verteilnetzbetreibers V1 oder aber direkt in das Hausnetz zum
Eigenverbrauch möglich. Damit bildet das Elektrofahrzeug
eine „virtuelle Versorgungsinsel”, die in Zeiten hohen
Energieverbrauchs das öffentliche Versorgungsnetz des Verteilnetzbetreibers
V1 entlastet. Das erfindungsgemäße Verfahren stellt
dies durch eine differenzierte Messung der entnommenen und eingespeisten
Energie sicher, mit der Doppelzählung ausgeschlossen wird.
Diese differenzierte Messung kann ggf. auch durch mehrere Messeinrichtungen (Submetering)
erfolgen.
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Die
Einspeisung kann preislich oder zeitlich gesteuert oder aber aufgrund
von Regelstrategien zur Optimierung der Netzstabilität
des Verteilnetzbetreibers V1 erfolgen. Die erste Kommunikationsverbindung
K1 zwischen dem Elektrofahrzeug E1 und der Stromtankstelle T1 kann
beliebig gestaltet sein. So kann die Kommunikationsverbindung K1
einerseits kabelgebunden ausgestaltet sein.
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Dabei
ist zu unterscheiden zwischen einer Kommunikation unter Benutzung
des Ladekabels, wie beispielsweise wechselstrombasierte Verfahren, insbesondere
PLC, vorzugsweise Powerline, nach Homeplug usw. oder Digitalstrom
(Informationsübertragung im Basisband in der Nähe
des Nulldurchganges des Wechselstromes). Die Kommunikationsverbindung
K2 kann aber auch über ein separates Datenkabel erfolgen,
welches parallel zum Ladekabel eingesetzt wird, beispielsweise TCP/IP über
Ethernetkabel CAT5 mit RJ45-Buchsen oder als serielle Verbindung
RS232, RS485 oder ein sonstiges Bussytem.
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Die
Ausgestaltung der ersten Kommunikationsverbindung K1 als Funkverbindung
F1 über RFID- oder Transpondertechnologie würde
beispielsweise genügen, um die Kennnummer ID1 und ggf. den
Zählerstand des Stromzählers Z1 auszulesen.
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Bei
der direkten funkbasierten Kommunikation F3 zwischen dem Elektrofahrzeug
E1 und dem Abrechnungsserver D1 nimmt das Elektrofahrzeug E1 über
die erste Kommunikationsverbindung K1 Kontakt zu der Stromtankstelle
T1 auf, um den Zählerstand der Messeinrichtung Z2 mit der
Zählernummer ID2 abzuholen. Dann schickt das Elektrofahrzeug
E1 über die Funkverbindung F3 einen Datensatz mit der Kennnummer
ID1 und der Zählernummer ID2 an den Abrechnungsserver und
holt sich dort die Freigabe zum Bezug von Strom bzw. zum Einspeisen von
Strom. Nach dem „Tankvorgang” erfolgt über
dieselbe Strecke die Übermittlung der Stromverbrauchswerte
an den Abrechnungsserver D1. Als zweckmäßige Weiterentwicklung
des Systems ist eine Kombination mit einem Ortungssystem O1 möglich.
Die Ortung kann dazu satellitengestützt, beispielsweise über
GPS, Galileo usw., mobilfunkgestützt über die Lokalisierung
innerhalb der GSM-Funkzelle oder aber auch als Car-to-car-Kommunikation
erfolgen, bei welcher verschiedenste Elektrofahrzeuge E1 sich über
Zustandsdaten des Fahrzeugs oder über Informationen, beispielsweise
bezüglich der nächsten Stromtankstelle T1 bis
Tn, austauschen. Auf Basis dieser Daten ist eine Erweiterung möglich,
um den bisherigen Energieverbrauch und den Ladezustand der Batterie
mit der geplanten Fahrtroute zu einer rechnerischen Reichweite zu
kombinieren und daraus die optimale Stromtankstelle T1 bis Tn in
Abhängigkeit vom aktuellen Strombezugspreis und der jeweiligen
Netzauslastung zu ermitteln.
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- E1
- Mobile
Speicher- und Verbrauchseinheit
- T1
- Ortsfeste
Stromtankstelle
- O1
- Ortungssystem
- D1
- Datenmanagementsystem
(Abrechnungsserver)
- L1
- Stromlieferant
- Ü1
- Übertragungsnetzbetreiber
- V1
- Verteilnetzbetreiber
- Z1
- Stromzähler
- Z2
- Messeinrichtung
- ID1
- Kennnummer
- ID2
- Zählernummer
- F1,
F2, F3
- Funkverbindung
1, 2 und 3
- K1,
K2
- Kommunikationsverbindung
1 und 2
- T10
- Steuervorrichtung
- E10
- Mobiler
Stromzähler
- 30
- Zentrales
Steuergerät
- 31
- Aktor
- 32
- Schalter
- 33
- Kommunikationsmodul
- 36
- Verschlüsselungsmodul
- 37
- Mittel
zur Signierung
- 39
- Display
- 40
- Eingabegerät
- 41
- Eigenverbraucher
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
-
- - US 4052655
A1 [0002]
- - DE 4101053 A1 [0003]
- - DE 29505733 U1 [0003]
- - DE 4213414 C2 [0004]
- - DE 4414008 C2 [0005]
- - DE 102008044526 [0025]
- - DE 102008044527 [0036]