DE102013217191A1 - Ladestation für ein antreibbares Fortbewegungsmittel - Google Patents

Ladestation für ein antreibbares Fortbewegungsmittel Download PDF

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Abstract

Es wird eine Ladestation (1) zum Übertragen von Energie in Form eines Gleichstromes an ein antreibbares Fortbewegungsmittel (2) vorgeschlagen. Diese umfasst: eine erste eichbare Energiemesseinrichtung (3) zum Ermitteln versorgerseitig in die Ladestation (1) übertragener Energie (P~), eine Vielzahl elektrischer Verbraucher (5, 6, 7, 9) zum Betrieb der Ladestation (1), und eine zweite eichbare Energiemesseinrichtung (4) zum Ermitteln von der Vielzahl elektrischer Verbraucher (5, 6, 7, 9) aufgenommener elektrischer Energie (Pv), wobei die Ladestation (1) eingerichtet ist, die an das elektrisch antreibbare Fortbewegungsmittel (2) abgegebene Leistung (P=) als Differenz zwischen der versorgerseitig in die Ladestation übertragenen Energie (P~) und von der Vielzahl elektrischer Verbraucher (5, 6, 7, 9) aufgenommenen elektrischen Energie (Pv) zu ermitteln.

Description

  • Stand der Technik
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ladestation zum Übertragen von Energie an ein antreibbares Fortbewegungsmittel in Form eines Gleichstroms. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Ladestation, mittels welcher in Form von Gleichstrom übertragene Energie kommerziell an Anwender von Fortbewegungsmitteln vertrieben werden kann.
  • Für den Vertrieb elektrischer Energie an öffentlich zugänglichen Ladesäulen in Deutschland und anderen Ländern sind geeichte Energiemessvorrichtungen („Stromzähler“) erforderlich. Geeichte bzw. eichbare Stromzähler sind derzeit aber nur für Wechselstrom verfügbar. Daher ist der Vertrieb von Storm an Gleichstrom (DC)-Ladestationen auf Basis der abgegebenen Energiemenge derzeit nicht möglich, da keine geeichten DC-Stromzähler erhältlich sind. Entsprechend erfolgt die Abgabe elektrischer Energie an solchen kommerziell betriebenen Ladestationen auf Basis der Ladezeit. Da jedoch die abgegebene Energiemenge von unterschiedlichen Faktoren, insbesondere dem Ladestrom, dem Ladezustand sowie der Kapazität eines zu ladenden elektrischen Energiespeichers abhängt, hat bei der zeitbasierten Abrechnung stets eine sogenannte Mischkalkulation stattzufinden, um den für den Kunden erzeugten Mehrwert mit einem Preis zu beziffern. Für eine Realisierung kommerzieller Gleichstromladestationen müssten beispielsweise eichbare DC-Stromzähler entwickelt werden, was aufgrund der bislang geringen Nachfrage zu einem sehr hohen Stückpreis führen würde. Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine kommerziell betreibbare DC-Ladestation bereitzustellen, wobei auf Basis einer abgegebenen Energiemenge abgerechnet werden darf.
  • WO 2010/074644 A2 offenbart eine Lade-Anordnung umfassend einen ersten versorgerseitigen Energiemesser und einen fahrzeugseitigen Energiemesser, so dass Manipulationen, Diebstahl elektrischer Energie und Fehlerströme erkannt werden können.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Die vorstehend genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Ladestation mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 gelöst. Entsprechend wird eine Ladestation zum Übertragen von Energie an ein elektrisch antreibbares Fortbewegungsmittel in Form eines Gleichstroms vorgeschlagen. Die Ladestation umfasst eine erste eichbare Energiemesseinrichtung zum Ermitteln einer versorgerseitig in die Ladestation übertragenen Energie. Da versorgerseitig bereitgestellte elektrische Energie üblicherweise als Wechselspannung bereitgestellt wird, sind zu Abrechnungszwecken vorgesehene Energiemesseinrichtungen für Wechselspannungsanwendungen in hohen Stückzahlen auch als eichbare Variante verfügbar und daher kostengünstig erhältlich. Unter einer "eichbaren Energiemesseinrichtung" sei im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine kalibrierbare Energiemesseinrichtung verstanden, deren Aufbau hinsichtlich der Anforderungen eines Eichamtes geeignet ist. Zusätzlich umfasst die Ladestation eine Vielzahl elektrischer Verbraucher zum Betrieb der Ladestation. Die elektrischen Verbraucher können beispielsweise eine Mensch-Maschine-Schnittstelle, eine Heizung, eine Kühleinrichtung, ein Kommunikationsmodul etc. sein. Zusätzlich umfasst die Ladestation eine zweite eichbare Energiemesseinrichtung zum Ermitteln einer von der Vielzahl elektrischer Verbraucher aufgenommenen elektrischen Energie. Auch die innerhalb der Ladestation vorgesehenen elektrischen Verbraucher werden üblicherweise über Wechselstrom mit elektrischer Energie versorgt, welche über kostengünstig erhältliche geeichte Energiemesseinrichtungen für Wechselstrom quantifizierbar ist. Die erfindungsgemäße Ladestation ist dabei eingerichtet, die an das elektrisch antreibbare Fortbewegungsmittel abgegebene elektrische Leistung aus der Differenz zwischen der versorgerseitig in die Ladestation übertragenen Energie und von der Vielzahl elektrischer Verbraucher innerhalb der Ladestation aufgenommenen elektrischen Energie zu ermitteln. Dabei kann beispielsweise eine einen Prozessor umfassende Verarbeitungseinrichtung innerhalb der Ladestation vorgesehen sein, welche die Differenz ermittelt, anhand vordefinierter Preise einen Endpreis für den Kunden bestimmt und anschließend in Rechnung stellt. Auf diese Weise ist eine kostengünstige Realisierung einer Ladung eines elektrisch antreibbaren Fortbewegungsmittels über Gleichstrom möglich. Dabei ist es unerheblich, ob die erfindungsgemäße Ladestation selbst oder ein an sie angeschlossenes Fortbewegungsmittel versorgerseitig bereitgestellte elektrische Wechselspannung in Gleichspannung umwandelt, da die dabei entstehenden Verluste für den Kunden sowohl bei einer Wandlung innerhalb eines Fortbewegungsmittels als auch innerhalb der erfindungsgemäßen Ladestation (z.B. nach der zweiten eichbaren Energiemesseinrichtung) entstehen. Die Erfindung ermöglicht somit eine Verwendung kostengünstiger eichbarer Wechselstrommesser beim Aufbau einer leistungsbasiert entgeltlichen Ladestation für Endkunden.
  • Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
  • Bevorzugt umfasst die Ladestation selbst weiter einen Gleichrichter, welcher eingerichtet ist, die an das elektrisch antreibbare Fortbewegungsmittel abzugebende elektrische Energie in einen Gleichstrom zu wandeln. Auf diese Weise kann ein hochwertiger Gleichrichter eine abgesicherte Ausgangsgleichspannung zur Verfügung stellen, welche mit geringstmöglichen Verlusten aus der versorgerseitig bereitgestellten Wechselspannung generiert wird.
  • Weiter bevorzugt ist die erste eichbare Energiemesseinrichtung und alternativ oder zusätzlich die zweite eichbare Energiemesseinrichtung zum Messen einer in Form einer Wechselspannung bereitgestellten elektrischen Energie eingerichtet und hinsichtlich eines Energieflusses jeweils vor dem Gleichrichter angeordnet. Diese Anordnung ermöglicht eine exakte und amtlich überprüfbare Ladestation, welche in vielen Ländern für den Vertrieb elektrischer Energie in Gleichspannungsform geeignet und zuzulassen ist.
  • Beispielsweise umfasst die Vielzahl elektrischer Verbraucher zum Betrieb der Ladestation eine Mensch-Maschine-Schnittstelle mit einer Anzeigeeinrichtung, welche beispielsweise als drucksensitives Display ausgestaltet sein kann. Alternativ oder zusätzlich umfasst die Vielzahl elektrischer Verbraucher eine Kühleinrichtung, um innerhalb der Ladestation vorhandene Wärme abzuführen. Alternativ oder zusätzlich umfassen die elektrischen Verbraucher eine Heizung, welche insbesondere in nordischen Ländern eine Verwendung nicht-automotive-tauglicher Komponenten ermöglicht, da innerhalb der Ladestation ein vordefinierter Temperaturbereich mittels der Heizung nicht verlassen wird. Alternativ oder zusätzlich können die elektrischen Verbraucher ein Kommunikationsmodul umfassen, mittels welchem die erfindungsgemäße Ladestation beispielsweise ermittelte Energieabgabemengen und/oder korrespondierende Preise senden kann. Erfindungsgemäß wird die von diesen Verbrauchern aufgenommene Energiemenge im Betrieb durch eine zweite eichbare Energiemesseinrichtung ermittelt und bei einer Abrechnung der zur Verfügung gestellten elektrischen Gleichspannung bzw. elektrischen Energie berücksichtigt.
  • Weiter bevorzugt ist die erfindungsgemäße Ladestation eingerichtet, mit einer Abrechnungseinheit verwendet zu werden, mittels welcher eine an ein elektrisch antreibbares Fortbewegungsmittel übertragene Energiemenge in Abhängigkeit der übertragenen Energiemenge abgerechnet werden kann. Die Abrechnungseinheit kann in der Praxis beispielsweise in einem Ladengeschäft eines Energievertriebsunternehmens (in Verbindung mit fossilen Kraftstoffen als „Tankstelle“ bekannt) angeordnet sein, wo sich die Kasse (Englisch "point of sale") befindet. Dabei ist es sowohl möglich, dass lediglich die übertragene Energiemenge an die Abrechnungseinheit gesendet wird, innerhalb welcher der Benutzerendpreis anhand eines zugrunde gelegten Kilowattstundenpreises ermittelt wird, als auch vollständig ermittelte Endpreise für einen Energieübertragungsvorgang von der Ladestation an die Abrechnungseinheit zu übermittelt. Mit anderen Worten stellt die Abrechnungseinheit eine technische Einrichtung dar, innerhalb welcher ein für die übertragene Energiemenge ermittelter Endpreis festgestellt bzw. in Rechnung gestellt wird. Eine externe Anordnung der Abrechnungseinheit ermöglicht eine flexible Anordnung von Ladestationen im Bereich eines Energievertriebsunternehmens, wobei die Abrechnungseinheit die Rechnungsstellung für eine Vielzahl von Ladestationen im Bereich des Unternehmens übernehmen kann.
  • Alternativ kann die Ladestation selbst eine Abrechnungseinheit umfassen, welche eingerichtet ist, eine an ein elektrisch antreibbares Fortbewegungsmittel übertragene Energiemenge in Abhängigkeit der übertragenen Energiemenge abzurechnen. Mit anderen Worten wird der Endpreis innerhalb der Ladestation ermittelt und zusätzlich dem Anwender in Rechnung gestellt. Die Integration der Abrechnungseinheit in die Ladestation ermöglicht eine dezentrale Realisierung des Abrechnungsvorgangs, wodurch für einen Kunden Wege zwischen der Ladestation und einer externen Abrechnungseinheit entfallen und die Betriebszeiten der erfindungsgemäßen Ladestation im Mittel verlängert werden können.
  • Bevorzugt kann die erfindungsgemäße Ladestation als eine öffentliche Ladestation verwendet werden, welche grundsätzlich einem unbeschränkten Kundenkreis zugänglich ist. Mit anderen Worten kann die erfindungsgemäße Ladestation analog einer Zapfsäule für fossile Kraftstoffe jedem Verkehrsteilnehmer, der vordefinierte Grundvoraussetzungen erfüllt, zur Verfügung gestellt werden. Auf diese Weise kann ein größtmöglicher potentieller Kundenkreis zu kommerziellen Zwecken mit elektrischer Energie in Gleichstromform versorgt werden.
  • Weiter bevorzugt umfasst die erfindungsgemäße Ladestation ein Bezahlmodul, mittels welchem sie eingerichtet ist, Bezahlvorgänge für entgeltliche Energieabgaben abzuwickeln. Mit anderen Worten kann von der Ladestation abgegebene Energie durch eine Abrechnungseinheit mit einem Endpreis hinterlegt werden, welcher durch das Bezahlmodul vom Kunden beglichen werden kann. Das Bezahlmodul kann dabei beispielsweise eine Münz-/Banknotenannahmeeinheit, einen Kreditkartenleser, einen EC-Karten-Leser, einen Prepaid-Karten-Leser oder Ähnliches umfassen, so dass ein Gang zu einem zentralen Ladengeschäft mit zentralem Bezahlmodul ("Kasse") entfällt. Auch dies ermöglicht eine direkte Zahlung im Bereich der Ladestation, wodurch Personalkosten gespart werden und Wege für den Anwender entfallen können. Beides erhöht die Möglichkeit, eine erfindungsgemäße Ladestation wirtschaftlich zu betreiben und die Kundenakzeptanz zu erhöhen.
  • Weiter bevorzugt ist die erste eichbare Energiemesseinrichtung und alternativ oder zusätzlich die zweite eichbare Energiemesseinrichtung eingerichtet, wiederholend geeicht zu werden. Mit anderen Worten ist die erfindungsgemäße Ladestation einfach in eine Konfiguration zu bringen, in welcher sie amtlich geeicht werden kann. Dies kann beispielsweise eine einfache Zugänglichkeit der ersten Energiemesseinrichtung und/oder der zweiten Energiemesseinrichtung bedeuten. Zusätzlich können die Energiemesseinrichtungen eingerichtet sein, mit einem kalibrierten Testsignal beaufschlagt zu werden, wozu sie z.B. eigens vorgesehene elektrische Anschlüsse aufweisen können. Insbesondere bevorzugt kann die erfindungsgemäße Ladestation auch einen Generator umfassen, welcher zum Erzeugen eines Kalibriersignals für die erste Energiemesseinrichtung und die zweite Energiemesseinrichtung eingerichtet ist. Auf diese Weise können die Kosten im Zuge einer Kalibrierung reduziert werden.
  • Die erfindungsgemäße Ladestation kann als ortsfeste Einrichtung ausgestaltet sein. Mit anderen Worten ist die Ladestation geographisch festgelegt, wie dies beispielsweise Zapfsäulen einer Tankstelle für fossile Kraftstoffe sind.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnung
  • Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist schematisch ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Ladestation nebst Peripherie dargestellt.
  • Ausführungsform der Erfindung
  • Die Figur zeigt ein elektrisch antreibbares Fahrzeug 2 als Fortbewegungsmittel, welches über ein Kabel 12 elektrisch mit einer Ladestation 1 verbunden ist. Eingangsseitig ist die Ladestation 1 über ein weiteres elektrisches Kabel 12 mit einem Energieversorger 20 verbunden. Zur Veranschaulichung ist das vom Energieversoger 20 zur Verfügung gestellte elektrische Signal als Wechselspannungssignal P~ dargestellt. Innerhalb der Ladestation 1 ist eine erste eichbare Energiemesseinrichtung 3 eingerichtet, die versorgerseitig in die Ladestation 1 übertragene Energie zu messen. Ausgangsseitig ist die erste Energiemesseinrichtung 3 mit einem Gleichrichter 8 elektrisch verbunden, welcher am Ausgang der Ladestation 1 eine Gleichspannung P= zum Laden des Fahrzeugs 2 zur Verfügung stellt. Innerhalb der Ladestation 1 sind eine Heizung 5, eine Kühleinrichtung 6, ein Display 7 als Anzeigeeinrichtung und eine Sendeempfangseinheit 9 als Kommunikationsmodul enthalten. Sie werden über ein elektrisches Wechselspannungssignal Pv mit elektrischer Energie versorgt. Um die für die elektrischen Verbraucher 5, 6, 7, 9 aufgewandte elektrische Leistung Pv nicht dem Anwender des Fahrzeugs 2 in Rechnung zu stellen, ist zwischen der ersten eichbaren Energiemesseinrichtung 3 und dem Gleichrichter 8 eine zweite eichbare Energiemesseinrichtung 4 vorgesehen, welche die elektrische Leistung Pv der elektrischen Verbraucher 5, 6, 7, 8 ermittelt. Zur Ermittlung des dem Anwender zu stellenden Rechnungsbetrages ermittelt die Sendeempfangseinheit 9 eine Differenz der mittels der ersten Energiemesseinrichtung 3 und der zweiten Energiemesseinrichtung 4 ermittelten Energieflüsse und sendet diese drahtlos an eine Kasse 10 als Abrechnungseinheit. Mit anderen Worten werden der Kasse 10 Daten zur Verfügung gestellt, auf Basis welcher sie die durch das Fahrzeug 2 bezogene Energiemenge in Rechnung stellen kann. Zum Begleichen des Rechnungsbetrages weist die Kasse 10 einen Kartenleser 11 als Bezahlmodul auf, mittels dessen der Anwender den Rechnungsbetrag begleichen kann. Wie eingangs erwähnt, könnte die Kasse 10 als Abrechnungseinheit sowie der Kartenleser 11 als Bezahlmodul auch innerhalb der Ladestation 1 angeordnet sein, wobei beide als zusätzliche Verbraucher über die zweite eichbare Energiemesseinrichtung 4 anzuschließen wären, um die für ihren Betrieb erforderliche Energiemenge nicht dem Anwender in Rechnung zu stellen. Diese Alternative ist in der Figur mit der Ladestation 1' veranschaulicht.
  • Auch wenn die erfindungsgemäßen Aspekte und vorteilhaften Ausführungsformen anhand der in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungsfiguren erläuterten Ausführungsbeispiele im Detail beschrieben worden sind, sind für den Fachmann Modifikationen und Kombinationen von Merkmalen der dargestellten Ausführungsbeispiele möglich, ohne den Bereich der vorliegenden Erfindung zu verlassen, deren Schutzbereich durch die beigefügten Ansprüche definiert wird.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Ladestation
    1‘
    Ladestation
    2
    Fahrzeug
    3
    erste eichbare Energiemesseinrichtung
    4
    zweite eichbare Energiemesseinrichtung
    5
    Heizung
    6
    Kühleinrichtung
    7
    Display
    8
    Gleichrichter
    9
    Sendeempfangseinheit
    10
    Kasse
    11
    Kartenleser
    12
    Kabel
    20
    Energieversorger
    P=
    Gleichspannung
    P~
    Wechselspannungssignal
    PV
    Wechselspannungssignal
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • WO 2010/074644 A2 [0003]

Claims (10)

  1. Ladestation (1) zum Übertragen von Energie in Form eines Gleichstromes an ein antreibbares Fortbewegungsmittel (2) umfassend – eine erste eichbare Energiemesseinrichtung (3) zum Ermitteln versorgerseitig in die Ladestation (1) übertragener Energie (P~), – eine Vielzahl elektrischer Verbraucher (5, 6, 7, 9) zum Betrieb der Ladestation (1), und – eine zweite eichbare Energiemesseinrichtung (4) zum Ermitteln von der Vielzahl elektrischer Verbraucher (5, 6, 7, 9) aufgenommener elektrischer Energie (Pv), – wobei die Ladestation (1) eingerichtet ist, die an das elektrisch antreibbare Fortbewegungsmittel (2) abgegebene Energie (P=) als Differenz zwischen der versorgerseitig in die Ladestation übertragenen Energie (P~) und von der Vielzahl elektrischer Verbraucher (5, 6, 7, 9) aufgenommenen elektrischen Energie (Pv) zu ermitteln.
  2. Ladestation nach Anspruch 1, wobei die Ladestation (1) weiter einen Gleichrichter (8) umfasst, welcher eingerichtet ist, die an das elektrisch antreibbare Fortbewegungsmittel (2) abzugebende elektrische Energie (P=) in einen Gleichstrom zu wandeln.
  3. Ladestation nach Anspruch 2, wobei die erste eichbare Energiemesseinrichtung (3) und/oder die zweite eichbare Energiemesseinrichtung (4) zum Messen einer Wechselspannung eingerichtet und hinsichtlich eines Energieflusses vor dem Gleichrichter (8) angeordnet sind.
  4. Ladestation nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Vielzahl elektrischer Verbraucher (5, 6, 7, 9) zum Betrieb der Ladestation (1) – eine Anzeigeeinrichtung (7), und/oder – eine Kühleinrichtung (6), und/oder – eine Heizung (5), und/oder – ein Kommunikationsmodul (9) umfasst.
  5. Ladestation nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Ladestation (1) eingerichtet ist, mit einer Abrechnungseinheit (10) verwendet zu werden, mittels welcher eine an ein elektrisch antreibbares Fortbewegungsmittel (1) übertragene Energiemenge in Abhängigkeit der übertragenen Energiemenge abgerechnet werden kann.
  6. Ladestation nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Ladestation eine Abrechnungseinheit (10) umfasst, welche eingerichtet ist, eine an ein elektrisch antreibbares Fortbewegungsmittel (1) übertragene Energiemenge in Abhängigkeit der übertragenen Energiemenge abzurechnen.
  7. Ladestation nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Ladestation (1) eine öffentliche Ladestation ist, welche grundsätzlich einem unbeschränkten Kundenkreis zugänglich ist.
  8. Ladestation nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Ladestation (1) ein Bezahlmodul (11) umfasst, mittels welches sie eingerichtet ist, Bezahlvorgänge für entgeltliche Energieabgaben abzuwickeln.
  9. Ladestation nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die erste eichbare Energiemesseinrichtung (3) und/oder die zweite eichbare Energiemesseinrichtung (4) eingerichtet sind, wiederholend geeicht zu werden.
  10. Ladestation nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Ladestation (1) eine ortsfeste Einrichtung ist.
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