DE102010014417A1 - Intelligentes Ladekabel für Elektrofahrzeuge - Google Patents

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Abstract

Erfindungsgemäß ist eine Kraftfahrzeug-Ladekabel für Elektrofahrzeuge mit integrierter Logik zum Überwachen, Steuern und Abrechnen des Ladevorgangs geschaffen, umfassend: ein Kabel mit Anbringungsmöglichkeit für verschiedene Steckeradapter sowohl für den Anschluss an Fahrzeuge als auch den Anschluss an Ladestationen, eine integrierte Logik mit Benutzerschnittstelle, eine Ladestromüberwachung und -steuerung sowie einer Kommunikationsmöglichkeit über drahtlose Netzwerke zur Kommunikation mit externen Steuerungssystemen. Der vorliegenden Erfindung liegt u. a. die Idee zugrunde Steuerungslogik weder im Fahrzeug noch in der Ladestation sondern im Kabel selbst zu verbauen um damit Unabhängigkeit von Fahrzeughersteller und Ladeinfrastrukturanbieter zu schaffen.

Description

  • Hintergrund der Erfindung
  • Elektrofahrzeuge
  • Elektrofahrzeuge befinden sich momentan bei verschiedensten Firmen in unterschiedlichen Stufen der Entwicklung. Erste Fahrzeuge sind serienreif und befinden sich in der Produktion. Viele weitere stehen vor der Einführung in den nächsten Jahren.
  • Die wesentliche Herausforderung bei Elektrofahrzeugen ist die Versorgung mit elektrischer Energie und deren Speicherung im Fahrzeug. Die Industrie experimentiert hier mit verschiedenen Typen von Batterien und mit verschieden Konzepten für die Stromanschlüsse zur Ladung der Batterien.
  • Bei der Stromversorgung unterscheidet man zwischen dem Laden am herkömmlichen Stromnetz und dem Laden mittels eines für diesen Zweck besonders leistungsfähigen Stromanschlusses. Herkömmliche Stromanschlüsse stellen nur vergleichsweise kleine Energiemengen pro Zeiteinheit zur Verfügung daher dauert ein Ladezyklus erheblich länger als an stärker versorgten Anschlüssen.
  • Für den Anschluss des Elektrofahrzeugs an die Ladestation gibt es verschiedene Ansätze. Entweder ist das Ladekabel Teil der Ladestation und wird über einen entsprechenden Stecker am Fahrzeug angeschlossen oder das Kabel ist Teil des Fahrzeugs und wird an einem Stecker der Ladestation angebracht. Alternativ ist sowohl Ladestation als auch Fahrzeug mit einem Stecker ausgestattet und müssen mit einem separat mitgeführten Kabel verbunden werden. Für die Stecker gibt es verschiedene Initiativen die eine Normung vorantreiben. Ein erster Standardentwurf basiert auf dem Konzept der Firma Menneke.
  • Für die Messung des bei der Ladung übertragenen Stroms ist es bisher üblich die Verbrauchsmessung und Abrechnung (Metering) in der Ladestation anzusiedeln. Ein geeichter Stromzähler befindet sich dabei also in der Ladestation.
  • Für eine komfortable Nutzung von Elektrofahrzeugen mit aktuell typisch eher geringer Reichweite sind jedoch viele Ladestationen notwendig. Verschiedene errechnete Szenarien gehen von mindestens der fünffachen Menge von Ladestationen verglichen mit der Zahl der Elektrofahrzeuge aus. Eine logische und ökonomischere Alternative, die von einigen Marktteilnehmern in die Diskussion gebracht wurde, ist der Verbau der geeichten Ladestrommessung ins Fahrzeug. Die Ladestation wird damit eine sehr einfache Steckdose mit sehr wenig Logik.
  • Ladestationen werden häufig von Stromanbietern oder Vermittlungsfirmen betrieben, Fahrzeuge von Fahrzeugherstellern gebaut. Keine der Parteien hat Interesse daran Verantwortung für die Herstellung, den Verkauf und den Betrieb von Kabel oder Stromabrechnung zu übernehmen. Vor allem die verbundenen Kosten aber auch die Gewährleistung für den reibungslosen Betrieb gegenüber dem Kunden und die rechtlichen Verpflichtungen aus dem Betrieb von geeichten Stromzählern sind die wesentlichen Gründe.
  • Damit verbunden ist auch die Frage der Bezahlung. Aktuelle Lösungen identifizieren das Fahrzeug. Dies geschieht entweder bei der Verbindung mit der Ladestation in der Ladestation. Kosten werden also immer vom Fahrzeughalter getragen. Das separate Bezahlen einzelner Ladungen, wie heute an der Tankstelle möglich ist somit nicht leicht ab bildbar.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Die Erfindung basiert auf einem Ladekabel, das weder mit Ladestation noch mit dem Fahrzeug fest verbunden ist.
  • Die Erfindung liegt u. a. in der in das Kabel intergierten Intelligenz für Zähler- und Abrechnungslogik sowie Authentifizierung. Das Kabel ist unabhängig vom Fahrzeug und der Ladestation. Über entsprechende Adapterstecker an den Kabelenden ist das Kabel kompatibel zu verschiedenen Ladestations- und Fahrzeugtypen.
  • Figurenbeschreibung
  • 1 zeigt einen typischen Ladestecker zum Aufladen von Elektrofahrzeugen an Stromversorgungspunkten.
  • 2 zeigt ein bisher typisches Ladekabel mit festem Stecker für einen Fahrzeugtyp und einen Typ Stromversorgungspunkt.
  • 3 zeigt die als Teil der Erfindung in das Kabel zu integrierende Logik mit Benutzerschnittstelle und verschiedenen funktionalen Elementen wie geeichter Zählerlogik.
  • Ausgestaltungen der Erfindung
  • Grundprinzip
  • Das Kabel verfügt über eine Benutzerschnittstelle zur Interaktion mit dem Nutzer. Über eine integrierte Kommunikationseinheit (z. B. Mobilfunkmodem) kommuniziert das Kabel mit einer Leitstelle, die u. a. für die Abrechnung des verbrauchten Stroms sorgt. Ein integrierter Zähler sorgt für die Messung des am Stromnetz entn9ommenen Stroms. Das Kabel muss nicht dem Fahrzeug bzw. dessen Halter zugeordnet sein und erlaubt somit das Laden und Abrechnen eines Nutzers mit verschiedenen Fahrzeugen. Zusätzlich kann ein Kabel verschiedene Abrechnungskonten unterstützen. Es kann damit die Kosten für einzelne Ladezyklen jeweils verschiedenen Personen anlasten.
  • Die Intelligenz des Kabels verfügt über folgende Funktionen:
    • – Ortung bzw. Authentifizierung der Dose an der geladen wird
    • – Authentifizierung des Fahrzeugs Stromzähler zum Messen der entnommenen Strommenge
    • – Schnittstelle für den Nutzer bzw. Kommunikationsschnittstelle zu einem Gerät mit HMI (z. B. Mobiltelefon)
    • – Kommunikationsschnittstelle zur Leitwarte (z. B. Mobilfunkschnittstelle oder auch via Mobiltelefon)
    • – Nutzerschnittstelle zum anzeigen von Systemzuständen und Daten
  • Messen von Ladestrom bei Aufladezyklen von Elektrofahrzeugen
  • Das Kabel enthält eine geeichte Zählerlogik und misst somit die ins Fahrzeug übertragene Energie.
  • Kommunikation mit dem Stromnetz und Freischaltung von Ladezyklen
  • Das Kabel enthält eine Kommunikationsvorrichtung, drahtlos oder drahtgebunden, und kommuniziert mit der Stromnetzinfrastruktur. Es nimmt dort die Freischaltung des Ladevorgangs vor.
  • Steuerung des Ladevorgangs
  • Zusätzlich kennt das Kabel die zeitliche Dringlichkeit des Ladevorgangs und kann durch Kommunikation mit der Stromnetzinfrastruktur und der Ladelogik im Fahrzeug den zeitlichen Ablauf der Ladung steuern. So können dringende Ladevorgänge mit maximalem Stromfluss erfolgen. Weniger dringende Ladevorgänge können die Ladung in Zeiten außerhalb von Lastspitzen im Stromnetz vornehmen. So wird die Strominfrastruktur entlastet und die Ladung durch Nutzung von billigem Strom verbilligt.
  • Identifikation des Kunden des Ladevorgangs
  • Das Kabel identifiziert über eine Benutzerschnittstelle die ladende Person. Diese muss so weder Fahrzeugnutzer noch Fahrzeughalter sein.
  • Identifikation der Ladestation bzw. Dose
  • Durch drahtgebundene oder drahtlose Kommunikation mit der Ladestation wird diese eineindeutig identifiziert und bei der Kommunikation mit der Stromnetzinfrastruktur dieser mitgeteilt. Zur Unterstützung mehrerer Ladestationstypen enthält ein Kabel ggf. mehrere verschiedene Kommunikationsmechanismen oder Protokolle.
  • Identifikation des Fahrzeugs
  • Durch drahtgebundene oder drahtlose Kommunikation mit dem Fahrzeug kann ein Kabel ein Fahrzeug eindeutig identifizieren. Dies kann der Stromnetzinfrastruktur aus buchhalterischen Zwecken mitgeteilt werden. Zusätzlich kann das geladene Fahrzeug im Kabel gespeichert werden. Zur Unterstützung mehrerer Fahrzeugtypen enthält ein Kabel ggf. mehrere verschiedene Kommunikationsmechanismen oder Protokolle.

Claims (5)

  1. Kabel zum Anschluss von elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugen an eine Stromversorgung umfassend eine integrierte elektronische Logik zur Messung des geflossenen Stroms sowie zu Steuerung des Stromflusses.
  2. Kabel nach Anspruch 1, wobei die integrierte elektronische Logik eine grafische Benutzerschnittstelle zum Ausgeben von Ladezustandsinformationen und zur Authentifizierung des Nutzers bietet.
  3. Kabel nach Anspruch 1, wobei die integrierte elektronische Logik einen drahtlosen oder drahtgebundenen Kommunikationsmechanismus enthält um mit elektronischer Logik im Stromversorgungspunkt zu kommunizieren. Die Kommunikation dient dem gegenseitigen Authentifizieren und dem Freischalten des Stromflusses.
  4. Kabel nach Anspruch 1 oder 3, wobei die integrierte elektronische Logik einen drahtlosen Kommunikationsmechanismus enthält um eine Freischaltung eines Stromversorgungspunkts auszuhandeln sowie Abrechnungsdaten zu übermitteln.
  5. Kabel nach einem der obigen Ansprüche mit der mechanischen Anschlussmöglichkeit für einen Steckeradapter zum adaptieren des Kabels für verschiedene Fahrzeug-Steckertypen und verschiedene Stromversorgungspunkt-Steckertypen.
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