DE102020115023A1 - Charging device for electric vehicles, system with such a charging device and method for operating such a charging device - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Ladevorrichtung (10) für ein Elektrofahrzeug, aufweisend einen Ladeanschluss und eine Ladesteuerung (11) mit einer Steuereinheit (111) und einem mit der Steuereinheit (111) verbundenen Energiezähler (112) mit einer Anzeige, auf der ein Zählerstand darstellbar ist, wobei die Anzeige von außerhalb der Ladevorrichtung (10) einsehbar ist. Die Ladevorrichtung (10) ist dazu eingerichtet, einen Wert für einen Energiepreis von der Steuereinheit (111) an den Energiezähler (112) zur Darstellung auf dessen Anzeige zu übertragen. Die Erfindung betrifft weiterhin ein System mit einer solchen Ladevorrichtung (10) und ein Verfahren zum Laden eines Elektrofahrzeugs durch eine derartige Ladevorrichtung (10).The invention relates to a charging device (10) for an electric vehicle, having a charging connection and a charging controller (11) with a control unit (111) and an energy meter (112) connected to the control unit (111) with a display on which a meter reading can be shown , the display being visible from outside the charging device (10). The charging device (10) is set up to transmit a value for an energy price from the control unit (111) to the energy meter (112) for display on its display. The invention also relates to a system with such a charging device (10) and a method for charging an electric vehicle using such a charging device (10).
Description
Die Erfindung betrifft eine Ladevorrichtung für Elektrofahrzeuge, aufweisend einen Ladeanschluss für das Elektrofahrzeug sowie eine damit verbundene Ladesteuerung. Die Ladevorrichtung weist weiter einen Energiezähler zur Erfassung einer beim Ladevorgang von der Ladevorrichtung abgegebenen Energiemenge auf. Die Erfindung betrifft weiterhin ein System mit einer solchen Ladevorrichtung und ein Betriebsverfahren für eine derartige Ladevorrichtung.The invention relates to a charging device for electric vehicles, having a charging connection for the electric vehicle and a charging controller connected to it. The charging device also has an energy meter for detecting an amount of energy released by the charging device during the charging process. The invention further relates to a system with such a charging device and an operating method for such a charging device.
Ladevorrichtungen dienen der Aufladung von Elektrofahrzeugen, indem sie elektrische Energie in geeigneter Form, als Gleichstrom- oder Wechselstrom, an einem Ladeanschluss, beispielsweise einer Ladebuchse oder einem Ladekabel mit entsprechendem Stecker, bereitstellen. Die Ladevorrichtungen können in Form von Ladesäulen oder auch zur Wandmontage ausgeführt sein.Charging devices are used to charge electric vehicles by providing electrical energy in a suitable form, as direct current or alternating current, at a charging connection, for example a charging socket or a charging cable with a corresponding plug. The charging devices can be designed in the form of charging columns or also for wall mounting.
Insbesondere für Ladevorrichtungen im öffentlichen Raum, die Personen öffentlich zur kostenpflichtigen Nutzung zur Verfügung stehen, ist eine nachvollziehbare und rechtskonforme Messung der abgegebenen Energiemenge gefordert. In Deutschland sind diesbezüglich Erfordernisse des Eichrechts zu erfüllen. Beispielsweise ist gefordert, dass ein Zählerstand des für die Messung der abgegebenen Energiemenge eingesetzten Energiezählers vor, während und nach dem Ladevorgang vom Benutzer abgelesen werden kann. Um dieses Erfordernis zu erfüllen, wird üblicherweise ein entsprechend zugelassener und geeichter sowie gekapselter Zähler eingesetzt, der im Inneren der Ladevorrichtung angeordnet ist, wobei ein von diesem Zähler angezeigter Zählerstand durch ein Sichtfenster in der Ladevorrichtung von außerhalb einsehbar ist.In particular, for charging devices in public spaces that are publicly available to people for a fee, a traceable and legally compliant measurement of the amount of energy supplied is required. In Germany, calibration law requirements must be met in this regard. For example, it is required that a meter reading of the energy meter used to measure the amount of energy delivered can be read by the user before, during and after the charging process. In order to meet this requirement, a correspondingly approved and calibrated and encapsulated counter is usually used, which is arranged inside the charging device, a counter reading displayed by this counter being visible from outside through a viewing window in the charging device.
Ein anderes Erfordernis ist, dass ein Nutzer vor Beginn eines Ladevorgangs nachvollziehbar über einen Energiepreis des sich anschließenden Ladevorgangs informiert werden muss.Another requirement is that a user must be comprehensibly informed about an energy price for the subsequent charging process before the start of a charging process.
Häufig ist vorgesehen, dass Personen erst dann eine Ladevorrichtung nutzen können, wenn sie mit einem Betreiber oder einem mit dem Betreiber in Verbindung stehenden Dienstleister einen Nutzungsvertrag vorab abgeschlossen haben. Die zukünftigen Nutzer müssen dementsprechend bei einem Dienst angemeldet sein. Im Zusammenhang mit der Anmeldung erfolgt die Bekanntgabe der Nutzungskonditionen, so dass durch die Anmeldung das Erfordernis der Kostenbekanntgabe erfüllt ist.It is often provided that people can only use a charging device if they have concluded a usage contract with an operator or a service provider associated with the operator in advance. The future users must accordingly be registered with a service. In connection with the registration, the conditions of use are announced, so that the requirement to disclose the costs is met through the registration.
Für Fahrer eines Elektrofahrzeugs ist diese Vorgehensweise insofern unbefriedigend, als dass nur solche Ladevorrichtungen genutzt werden können, bei denen eine Anmeldung bereits erfolgt ist. Eine Aufladung und damit Nutzung des Elektrofahrzeugs wäre deutlich flexibler, wenn ein Bezahlvorgang an einer Ladevorrichtung spontan und ohne vorherige Anmeldung erfolgen könnte. Es wäre dann, beispielsweise durch Angabe einer Bank- oder Kreditkarte möglich, einen Ladevorgang zu starten, auch wenn vorab kein Vertrag mit dem Betreiber der Ladevorrichtung oder einem mit ihm verbundenen Dienstleister geschlossen wurde. Dafür allerdings wäre erforderlich, dass die bei einem Ladevorgang anfallenden Energiekosten dem Nutzer nachvollziehbar mitgeteilt werden.For drivers of an electric vehicle, this procedure is unsatisfactory in that only those charging devices can be used that have already been registered. Charging and thus using the electric vehicle would be much more flexible if a payment process at a charging device could take place spontaneously and without prior registration. It would then be possible to start a charging process, for example by specifying a bank or credit card, even if no contract has been concluded in advance with the operator of the charging device or a service provider associated with him. For this, however, it would be necessary that the energy costs incurred during a charging process are clearly communicated to the user.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Ladevorrichtung, ein System mit einer Ladevorrichtung und ein Betriebsverfahren für eine solche Ladevorrichtung zu schaffen, mit denen auch ohne eine vorherige Anmeldung ein Ladevorgang unter nachvollziehbarer Angabe von Energiekosten durchgeführt werden kann.It is therefore an object of the present invention to create a charging device, a system with a charging device and an operating method for such a charging device, with which a charging process can be carried out with comprehensible indication of energy costs even without prior registration.
Diese Aufgabe wird durch eine Ladevorrichtung und ein System mit einer Ladevorrichtung bzw. durch ein Betriebsverfahren für eine Ladevorrichtung mit den Merkmalen des jeweiligen unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind jeweils Gegenstand der abhängigen Ansprüche.This object is achieved by a charging device and a system with a charging device or by an operating method for a charging device with the features of the respective independent claim. Advantageous refinements and developments are each the subject matter of the dependent claims.
Eine erfindungsgemäße Ladevorrichtung der eingangs genannten Art ist dazu eingerichtet, einen Wert für einen Energiepreis von der Steuereinheit an den Energiezähler zur Darstellung auf dessen Anzeige zu übertragen.A charging device according to the invention of the type mentioned at the beginning is set up to transmit a value for an energy price from the control unit to the energy meter for display on its display.
Um die beim Ladevorgang von der Ladevorrichtung an das Elektrofahrzeug abgegebene Energiemenge eichrechtskonform angeben zu können, ist als Teil der Ladesteuerung zwingend ein Energiezähler vorhanden. Der Energiezähler ist in der Regel in einer abgeschlossenen Messkapsel angeordnet, die bevorzugt eichrechtskonform gesichert verschlossen, insbesondere plombiert ist. zudem weist der Energiezähler eine Anzeige für den Zählerstand auf, die in der Regel durch ein Schauglas von außen an der Ladevorrichtung ablesbar ist. Durch die erfindungsgemäße Übertragung des Wertes für den Energiepreis und dessen Darstellung auf der Anzeige des Energiezählers erfolgt eine Angabe des Preises in einer gekapselten Einheit und damit eichrechtskonform. Durch die Übertragung des Wertes für den Energiepreis zum Zähler wird die bereits konstatierte Eichrechtskonformität des Energiezählers genutzt, um ohne zusätzliche Komponenten und damit mit geringem Mehraufwand auch den Energiepreis eichrechtskonform anzugeben.In order to be able to indicate the amount of energy delivered by the charging device to the electric vehicle during the charging process in accordance with calibration law, an energy meter is mandatory as part of the charging control. The energy meter is usually arranged in a closed measuring capsule, which is preferably closed securely in accordance with calibration law, in particular sealed. In addition, the energy meter has a display for the meter reading, which can usually be read from the outside of the charging device through a sight glass. By transmitting the value for the energy price according to the invention and displaying it on the display of the energy meter, the price is indicated in an encapsulated unit and thus in conformity with calibration law. By transferring the value for the energy price to the meter, the already established conformity of the energy meter with calibration law is used to indicate the energy price in compliance with calibration law without additional components and thus with little additional effort.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Ladevorrichtung ist der Energiezähler mit einer Signatureinheit gekoppelt, um den Zählerstand und den Wert für den Energiepreis zu digital zu signieren. Eine digitale Signatur für den Zählerstand ist bei Ladesäulen bekannt. Dadurch, dass die dafür vorhandene Signatureinheit auch zum Signieren des Energiepreises eingesetzt wird, wird auch diese Größe nachvollziehbar und manipulationssicher beim Ladevorgang hinterlegt, ohne dass dazu eine separate Signatureinheit eingesetzt werden muss. Bevorzugt ist dabei der Energiezähler zusammen mit der Signatureinheit in einer Messkapsel angeordnet, insbesondere in einer verschlossenen Messkapsel.In an advantageous embodiment of the charging device, the energy meter is coupled to a signature unit in order to digitally sign the meter reading and the value for the energy price. One digital signature for the meter reading is known from charging stations. Because the signature unit available for this is also used to sign the energy price, this size is also stored in a traceable and tamper-proof manner during the charging process, without a separate signature unit having to be used. The energy meter is preferably arranged together with the signature unit in a measuring capsule, in particular in a closed measuring capsule.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist die Ladevorrichtung eine Bezahleinrichtung mit mindestens einem Eingabeterminal zur Entgegennahme einer Benutzereingabe und einem Karten- und/oder NFC (Near Field Communication)-Lesegerät auf. Durch die Angabe des Energiepreises über den Energiezähler ist die erfindungsgemäße Ladesäule zur Durchführung von Ladevorgängen mit Benutzern geeignet, die vorab keinen Vertrag mit einem Betreiber der Ladesäule abgeschlossen haben. Die Bezahleinrichtung stellt nun die weiteren technischen Erfordernisse zum Identifizieren und Autorisieren eines solchen Benutzers bereit.In a further advantageous embodiment, the charging device has a payment device with at least one input terminal for receiving user input and a card and / or NFC (Near Field Communication) reader. By specifying the energy price via the energy meter, the charging column according to the invention is suitable for carrying out charging processes with users who have not previously concluded a contract with an operator of the charging column. The payment device now provides the further technical requirements for identifying and authorizing such a user.
Ein erfindungsgemäßes System zum Laden eines Elektrofahrzeugs weist mindestens eine derartige Ladevorrichtung auf, die datentechnisch mit einer Netzwerkumgebung verbunden ist, die einen Ladevorrichtungsverwaltungsdienst bereitstellt. Neben einem Monitoring der Ladevorgänge kann über die Datenverbindung ein Wert für den Energiepreis an die Ladevorrichtung zur Darstellung auf dem Energiezähler übermittelt werden.A system according to the invention for charging an electric vehicle has at least one such charging device, which is connected in terms of data technology to a network environment that provides a charging device management service. In addition to monitoring the charging processes, a value for the energy price can be transmitted to the charging device for display on the energy meter via the data connection.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Systems ist die mindestens eine Ladevorrichtung datentechnisch mit einer weiteren Netzwerkumgebung verbunden, die einen Abrechnungsdienst bereitstellt. So kann auf einen vom Betreiber der Ladevorrichtung unabhängigen Abrechnungsdienst zurückgegriffen werden.In an advantageous embodiment of the system, the at least one charging device is connected in terms of data technology to a further network environment that provides a billing service. A billing service that is independent of the operator of the charging device can thus be used.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Laden eines Elektrofahrzeugs durch eine Ladevorrichtung weist die folgenden Schritte auf:
- - Bereitstellen eines Wertes für einen Energiepreis an eine Steuereinheit der Ladevorrichtung;
- - Übertragen des Wertes an einen Energiezähler mit einer Anzeige;
- - Darstellen des Wertes für den Energiepreis zusammen mit mindestens einem Zählerstand des Energiezählers auf der Anzeige des Energiezählers;
- - Bereitstellen von elektrischer Energie an einem Ladeanschluss der Ladevorrichtung; und
- - Erfassen von abgegebener Energie an dem Ladeanschluss durch den Energiezähler.
- - Providing a value for an energy price to a control unit of the charging device;
- - Transmitting the value to an energy meter with a display;
- - Representation of the value for the energy price together with at least one meter reading of the energy meter on the display of the energy meter;
- - Provision of electrical energy at a charging connection of the charging device; and
- - Detection of energy delivered at the charging connection by the energy meter.
Es ergeben sich die im Zusammenhang mit der Ladevorrichtung genannten Vorteile.The advantages mentioned in connection with the charging device result.
In einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens wird der Wert für den Energiepreis aus einer Netzwerkumgebung abgerufen. In dieser Ausgestaltung kann der Preis auf einfache Weise vom Betreiber flexibel an aktuelle Energiepreise angepasst werden.In an advantageous development of the method, the value for the energy price is retrieved from a network environment. In this embodiment, the operator can easily adapt the price flexibly to current energy prices.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens werden vor Beginn eines Ladevorgangs Bezahlinformationen eines Benutzers über eine Bezahleinrichtung erfasst und zur Authentifizierung an einen Abrechnungsdienst gesendet. Durch die Angabe des Energiepreises über den Energiezähler ist die erfindungsgemäße Ladesäule zur Durchführung von Ladevorgängen mit Benutzern geeignet, die vorab keinen Vertrag mit einem Betreiber der Ladesäule abgeschlossen haben. Die Bezahleinrichtung und nachfolgende Autorisierung ermöglicht die Nutzung der Ladevorrichtung durch einen solchen Benutzer.In a further advantageous development of the method, before the start of a loading process, payment information of a user is recorded via a payment device and sent to a billing service for authentication. By specifying the energy price via the energy meter, the charging column according to the invention is suitable for carrying out charging processes with users who have not previously concluded a contract with an operator of the charging column. The payment facility and subsequent authorization enable such a user to use the charging device.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens werden nach Beendigung eines Ladevorgangs mindestens ein Zählerstand des Energiezählers und der Wert für den Energiepreis digital signiert und abgespeichert. Bevorzugt können die digital signierten Daten von dem Benutzer abgerufen werden und zur Erstellung eines Belegs verwendet werden. Dabei kann vorgesehen sein, dass ein Benutzer zum Abrufen der digital signierten Daten Informationen zum Ladevorgang angibt, anhand derer der Ladevorgang identifiziert wird. Die Daten können Abschnitte einer Kartennummer, eine Position der Ladevorrichtung und/oder eine Uhrzeit des Ladevorgangs umfassen. Entsprechende Informationen des Benutzers werden mit den Daten verglichen, um ein dem Benutzer zugeordneten Datensatz eines Ladevorgangs zu identifizieren.In a further advantageous development of the method, after a charging process has ended, at least one meter reading of the energy meter and the value for the energy price are digitally signed and stored. The digitally signed data can preferably be called up by the user and used to create a receipt. In this case, it can be provided that, in order to retrieve the digitally signed data, a user provides information on the charging process, on the basis of which the charging process is identified. The data can include sections of a card number, a position of the loading device and / or a time of the loading process. Corresponding information from the user is compared with the data in order to identify a data record of a charging process assigned to the user.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen mithilfe von Figuren näher erläutert. Die Figuren zeigen:
-
1 ein schematisches Diagramm eines Systems mit einer Ladevorrichtung; -
2 ein schematisches Diagramm des Aufbaus einer Ladevorrichtung; und -
3a, b jeweils ein Flussdiagramm zur Verdeutlichung eines Verfahrens zum Betreiben einer Ladevorrichtung.
-
1 a schematic diagram of a system having a charging device; -
2 a schematic diagram of the construction of a charging device; and -
3a, b each a flowchart to illustrate a method for operating a charging device.
In
Das System umfasst neben der Ladevorrichtung
Die Ladevorrichtung
Gemäß
Die Ladesäule
Zudem ist eine Bezahleinrichtung
Die Ladevorrichtung
In der
Die dem Betreiber
Der Belegverwaltungsdienst
Die Ladesteuerung
Um die beim Ladevorgang von der Ladevorrichtung
Vom Energiezähler
In
Der Verfahrensablauf gemäß
In einem ersten Schritt S1 wird in dem in
In einem nächsten Schritt S2 wird der in dem Schritt S1 abgerufene Wert von der Ablaufsteuerung
Zusätzlich ist in der Regel vorgesehen, den Preis auch auf einer für einen Benutzer
In einem nächsten Schritt S3 wird abgefragt, ob ein Benutzer
Wenn ein Ladevorgang geplant ist, verzweigt das Verfahren zu einem nächsten Schritt S4, in dem die Bezahleinrichtung
Dabei kann vorgesehen sein, eine typische Maximalsumme, die für einen Ladevorgang anfallen kann, mit an den Abrechnungsdienst zu senden, um eine Reservierung oder Vorabbuchung dieses Betrages vorzunehmen. Entsprechend muss die Bezahloption eine Kreditlinie dieser Höhe zulassen, um eine Autorisierung und Freigabe durch den Abrechnungsdienst zur Folge zu haben.It can be provided that a typical maximum amount that can be incurred for a charging process is also sent to the billing service in order to make a reservation or advance booking of this amount. Accordingly, the payment option must allow a credit line of this amount in order to result in authorization and approval by the billing service.
In einem Schritt S5 wird eine Antwort des Abrechnungsdienstes aus der Abrechnungs-Cloud
Wurde die Transaktion freigegeben, verzweigt der Schritt zu einem nächsten Schritt S6, in dem der Ladevorgang gestartet wird. Zu diesem Zweck kann durch den Abrechnungsdienst eine Transaktionsnummer generiert werden, die als Identifikationsnummer für den weiteren Vorgang geführt wird.If the transaction has been released, the step branches to a next step S6, in which the loading process is started. For this purpose, the billing service can generate a transaction number that is used as an identification number for the further process.
Zum Starten des Ladevorgangs wird eine entsprechende Information unter Weitergabe der Transaktionsnummer an die Ladesteuerung
Der Ladevorgang wird dann fortgesetzt und es wird in einem Schritt S7 wiederholt überprüft, ob der Ladevorgang weiter aktiv ist oder durch Beendigung des Ladevorgangs oder Überschreitung einer maximal für den Ladevorgang vorgesehenen Zeit abgebrochen wird.The charging process is then continued and in a step S7 it is repeatedly checked whether the charging process is still active or is aborted by terminating the charging process or exceeding a maximum time provided for the charging process.
In einem Schritt S8 wird nach dem Ende des Ladevorgangs der Wert des Energiezählers
Die Datenpakete werden in einem sich anschließenden Schritt S9 von der Steuereinheit
Eine Kopie des öffentlichen Schlüssels des Signiervorgangs wird in einer Ausgestaltung unabhängig von den Datenpaketen ebenfalls von der Steuereinheit
Weiter werden in einem letzten Schritt S10 die Informationen aus den Datenpaketen genutzt, um dem Abrechnungsdienst in der weiteren Netzwerkumgebung
In einer Alternative zu dem in
In dem Flussdiagramm in
Das Verfahren gemäß
Bei dem System gemäß
Dazu stellt der Benutzer
Diese Informationen werden in einem Schritt S12 von dem Belegverwaltungsdienst
In einem Schritt S13 wird der Beleg dann an die Anwendung
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 11
- Betreiberoperator
- 22
- Benutzeruser
- 33
- Anwendungapplication
- 44th
- Netzwerkumgebung (Betreiber-Cloud)Network environment (operator cloud)
- 4141
- LadevorrichtungsverwaltungsdienstLoader management service
- 4242
- BelegverwaltungsdienstDocument management service
- 55
- weitere Netzwerkumgebung (Abrechnungs-Cloud) further network environment (billing cloud)
- 1010
- Ladevorrichtung (Ladesäule)Charging device
- 1111th
- LadesteuerungCharge control
- 111111
- SteuereinheitControl unit
- 112112
- EnergiezählerEnergy meter
- 113113
- SignatureinheitSignature unit
- 114114
- MesskapselMeasuring capsule
- 1212th
- Ablaufsteuerungflow control
- 1313th
- DatenbankDatabase
- 1414th
- BezahleinrichtungPayment facility
- 141141
- EingabeterminalInput terminal
- 142142
- Karten- oder NFC-LeserCard or NFC reader
Claims (14)
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