DE102021214171A1

DE102021214171A1 - Verfahren zur prüfung von ladesäulen und deren funktionsumfang

Info

Publication number: DE102021214171A1
Application number: DE102021214171.4A
Authority: DE
Inventors: Oliver Raguse
Original assignee: Eclever Entw oHG; Eclever Entwicklungs oHG
Current assignee: ECLEVER TECHNOLOGY GMBH, DE
Priority date: 2021-12-12
Filing date: 2021-12-12
Publication date: 2023-06-15

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Prüfen von Ladesäulen und deren Funktionsumfang durch fahrzeugseitiges oder ladesäulenseitiges Erfassen relevanter Parameter sowie auftretenden Fehlern während eines Ladevorgangs eines elektrischen Fahrzeugs an einer Ladesäule.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Kontrolle und Meldung von Fehlern und Abweichungen bei Ladesäulen für Elektrofahrzeuge.
Stand der Technik
Während der Einführung der ersten Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor konnten die Kraftstoffe nur in Apotheken erworben werden. Da Kraftfahrzeuge zu jener Zeit ohnehin nicht weit verbreitet waren, waren die Fahrzeugführer in der Regel mit den Umwegen vertraut. Im Laufe der Jahrzehnte hat sich das Bild gewandelt. Nahezu in jedem Ort und in regelmäßigen Abständen an den Autobahnen gibt es Tankstellen und die Fahrzeuge mit Verbrennungsmotoren verfügen über Reichweiten mit einer Tankfüllung, mit denen diese im alltäglichen Gebrauch häufig seltener als einmal pro Woche betankt werden müssen.
Seit etwa einem halben Jahrzehnt setzen sich auf Grund einer steigenden Anzahl von Konsumenten, die sich Gedanken um die Umwelt machen, sowie politischer Vorgaben auch Fahrzeuge mit einem elektrischen Antriebsstrang bzw. elektrisch unterstütztem Antriebsstrang und einem Akkumulator durch.
Auf Grund der mangelnden Nachfrage fand der Ausbau der Ladeinfrastruktur, also der Ausbau der notwendigen Ladesäulen zum Laden der elektrischen Fahrzeuge im öffentlichen Raum, zunächst nur sporadisch und oft nur auf Initiative kleiner Unternehmen oder kommunaler Träger wie Stadtwerken statt.
Zumindest in der Anfangsphase des Ausbaus der Ladeinfrastruktur wurden die Ladesäulen von Unternehmen gefertigt, die zwar über eine enorme Expertise im Aufbau von Hochvolttechnik usw. verfügten, denen aber eine entsprechende Expertise in digitalen Belangen hinsichtlich der Softwareentwicklung fehlte.
In der Folge waren die ersten Ladesäulen im Hinblick auf IT-Sicherheitsaspekte äußerst unsicher. Auch die etablierten Abrechnungsverfahren bieten keinerlei Sicherheit und ebenso fehlt den meisten Ladesäulen eine geeignete Vorrichtung, um die Integrität und Funktionalität der Ladesäule regelmäßig zu prüfen und den ermittelten Status an den Betreiber zu übersenden.
Das am weitesten verbreitete Abrechnungsverfahren setzt auf das Auslesen eines öffentlichen Merkmals einer RFID-Karte, sogenannter Mifare Classic Karten, deren Verschlüsselungsverfahren bereits seit 2008 als absolut unsicher gelten. Diese Karten können mit einfachsten Mitteln kopiert werden. Unabhängig von der schlechten Verschlüsselung wird für die Abrechnung aber oft nur die ID der Karte, also eine vermeintlich eindeutige Kennzahl der Karte genutzt, die öffentlich ist. Somit kann ein Angreifer Karten im öffentlichen Raum oder durch einen Angriff auf eine Ladesäule auslesen, wobei die in einer Ladesäule gespeicherten Daten (u.a. Kennzahlen verschiedenere Karten und Zahlungsnformationen) zudem oft durch Diagnoseports leicht ausgelesen werden können. Außerdem ist die Verbindung einer Ladesäule zur Infrastruktur des Ladesäulenbetreibers, die bspw. ein Ladesäulenverzeichnis oder die Abrechnungsschnittstellen bereitstellt, oft nur unzureichend verschlüsselt.
Durch die Vielzahl unterschiedlicher Ladesäulenbetreiber ist es für den Nutzer zudem oft unklar, an wen er sich im Falle eines Defekts der Ladesäule wenden muss. Die Betreiber mit einer großen Zahl an Ladesäulen bieten zum Teil einen Telefon-Support an. Dieser kann mitunter durch einen Reboot der Ladesäule oder ein Freischalten aus der Ferne Abhilfe schaffen. Leider sind Fahrzeugführer eines Elektrofahrzeugs dennoch gerade bei der Nutzung der Ladesäulen von kleineren Anbietern oder nachts in der Regel sich selbst überlassen. In der Praxis ziehen diese daher oft resigniert weiter und bemühen nicht einmal den Telefon-Support. Defekte Ladesäulen werden so mitunter wochenlang nicht als defekt erkannt und repariert.
So offenbart bspw. die US11167655B2 eine kabelgebundene Ladesäule, die einen Fehlerzustand durch eine Lichtquelle an den Nutzer melden kann. Jedoch offenbart die Patentschrift keine Möglichkeit, wie außer dem Nutzer noch ein anderer, insbesondere der Betreiber der Ladesäule, über einen Fehlerzustand informiert wird. Die EP3119637B1 offenbart dahingegen ein Verfahren zur Kopplung eines Induktionsladesystems, das ebenfalls im Fehlerfall abgebrochen werden kann, ohne dass eine Meldung des Fehlers an einen Betreiber erfolgt.
Die US20210354584A1 offenbart dahingegen eine Ladesäule umfassend eine Ausgabevorrichtung, wobei die Ausgabevorrichtung bei Auftreten eines Fehlerzustands bspw. auch eine E-Mail an den Betreiber der Ladesäule senden kann. Vorteilhaft ist damit zumindest eine automatische Meldung an den Ladesäulenbetreiber sichergestellt. Jedoch offenbart die Schrift keine automatische Meldung an durch Dritte betriebene Ladesäulenverzeichnisse. Weiterhin wird auch nicht erfasst, ob die Ladesäule ggf. durch nicht ladende Fahrzeuge blockiert ist und nicht zuletzt ist zur Umsetzung des Verfahrens ein erheblicher Umfang an Messtechnik erforderlich, mit dem alle Ladesäulen, die das Verfahren umsetzen wollten, ausgerüstet sein müssten.
Zentrale Ladesäulenverzeichnisse bündeln die Informationen zu Ladesäulen, mitunter auf Basis der Daten, die die Ladesäulenbetreiber selbst zur Verfügung stellen, zum Teil auf Basis von Daten, die durch eine Online-Gemeinschaft zusammengetragen wurden.
Eine bekannte Online-Gemeinschaft namens „GoingElectric“ stellt eine solche Datenbank bereit. Neben dem Zugriff auf Informationen zu Ladesäulen können Nutzer auf der Webseite außerdem Störungen an einer Ladesäule melden, damit andere Fahrzeugführer von Elektrofahrzeugen nicht ebenfalls mit derselben defekten Ladesäule konfrontiert sind.
Diese Lösung erfordert aber genau wie die Lösung per Telefon-Hotline Zeit und Aufwand von Seiten des Nutzers und hat zusätzlich den Nachteil, dass die Informationen über den Ausfall nicht automatisch beim Ladesäulenbetreiber ankommen.
Zudem kommt es immer wieder vor, dass die Position einer Ladesäule nach deren Aufbau falsch im Ladesäulenverzeichnis hinterlegt wird, oder zuvor vorhandene Ladesäulen zumindest übergangsweise, oder dauerhaft abgebaut werden, ohne dass diese Informationen im Ladesäulenverzeichnis hinterlegt wird. Daher erreichen Fahrzeugführer von Elektrofahrzeugen immer wieder Orte, an denen vermeintlich eine Ladesäule vorzufinden sein sollte, wobei diese aber nicht auffindbar ist.
Des Weiteren kommt es auch regelmäßig vor, dass eine Ladesäule mit einer gewissen Ladeleistung aufgeführt wird, die das Modell vor Ort tatsächlich jedoch nicht aufweist.
Aufgabe
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bereitzustellen, das durch die Betreiber von Ladesäulen gemeldete Daten prüft, mit der tatsächlichen Situation vor Ort abgleicht und auftretende Abweichungen und Defekte an den Betreiber meldet, um die Qualität der über Ladesäulenverzeichnisse zugänglichen Daten zu verbessern und zu einem schnellen Beheben der Störungen beizutragen.
Lösung
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Prüfung von Ladesäulen und deren Funktionsumfang gelöst, das die folgenden Schritte umfasst:

- Definieren (S01) zumindest einer relevanten Region, für welche zumindest eine Ladesäule überprüft werden soll,
- Abrufen (S02) zumindest einer vorliegenden Information zu mindestens einer Ladesäule in der relevanten Region,
- Feststellen (S03) der Intention eines Fahrzeugführers eine Ladesäule in der relevanten Region zu nutzen,
- Erproben (S04) eines Ladevorgangs,
- Identifizieren (S05) der Ladesäule, für die der Ladevorgang avisiert ist,
- Fahrzeugseitiges und/oder ladesäulenseitiges Erfassen (S06) relevanter Parameter wie etwa Ort, Spannung, Stromstärke oder anderer den Ladevorgang beeinflussender Größen während des Ladevorgangs,
- Abgleichen (S07) der erfassten Daten der relevanten Parameter während des Ladevorgangs mit zumindest einer vorliegenden Information zur genutzten Ladesäule,
- Melden (S08) der Abweichung der erfassten relevanten Parameter zu den erwarteten Parametern sowie das Melden von Defekten.

Ferner wird das Verfahren durch eine oder mehrere Vorrichtungen zum Umsetzen zumindest der Schritte S06 bis S08 unterstützt.
Allgemeine Vorteile
Vorteilhaft wird durch das Verfahren sichergestellt, dass menschliche Fehler bei der Ersterhebung von Daten zu Ladesäulen sowie danach entstehende Defekte möglichst schnell erfasst, gemeldet und korrigiert werden können. Der Fachmann weiß zudem, dass für eine zweckgemäße Erfassung von Verkehrsdaten zur Berücksichtigung während einer Navigation, um bspw. Verzögerungen durch einen Stau mit einzubeziehen, etwa 5% der in der betrachteten Region verwendeten Fahrzeuge benötigt werden. So kann davon ausgegangen werden, dass es bereits genügen würde, wenn ein niedriger Prozentsatz aller Fahrzeuge mit einer geeigneten Vorrichtung für die Umsetzung von Schritt S06 ausgerüstet wäre, um flächendeckend Fehler an allen bestehenden Ladesäulen zu erkennen, ohne dass diese eigene Messtechnik benötigen.
Weitere Vorteile sind der Beschreibung und den Ausführungsbeispielen zu entnehmen.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst ein Definieren zumindest einer relevanten Region, für welche zumindest eine Ladesäule oder eine Mehrzahl an Ladesäulen überprüft werden soll. Das Definieren zumindest einer relevanten Region stellt eine Einschränkung der zu berücksichtigenden Ladesäulen dar und dient insbesondere der technischen Optimierung. Wollte man regelmäßig alle Ladesäulen weltweit prüfen, würde dies insbesondere zu mehr Traffic, also größeren übertragenen Datenmengen führen. Vorteilhaft ist die Einschränkung auf eine Region also mit einer Ersparnis in den übertragenen Datenmengen verbunden. Prinzipiell wäre es aber auch denkbar, die Daten für die ganze Welt zu laden.
Zudem kann die Anzahl der zu prüfenden Ladesäulen für die folgenden Schritte vorteilhaft reduziert werden, wodurch vorteilhaft weniger Rechenleistung aufgewendet werden muss. Weiterhin vorteilhaft reduziert der geringere Traffic die Hardwareanforderungen sowohl netzwerkseitig als auch in der technischen Ausgestaltung des Servers oder der Server, welche die Betreiber von Ladesäulen oder Ladesäulenverzeichnissen unterhalten müssen, um die Anfragen der Anwender des Verfahrens zu beantworten.
In der konkreten Ausgestaltung der Einschränkung auf eine relevante Region oder relevante Regionen besteht ein Zielkonflikt. Um das erfindungsgemäße Verfahren möglichst zu optimieren, also die Wahrscheinlichkeit für das Erkennen einer defekten Ladesäule zu maximieren, dürfen nicht zu viele Ladesäulen im Vorfeld der nachfolgenden Schritte herausgefiltert werden.
Wenn sich der Fahrzeugführer des Elektrofahrzeugs ohnehin auf einer geplanten Route von einem Startpunkt A zu einem Zielpunkt B befindet, müssen zwei Fälle unterschieden werden:

Erstens: Insofern bereits mindestens eine Ladesäule entlang einer Route eingeplant ist, können die folgenden Überlegungen auf die entlang der Route eingeplantem Ladesäulen beschränkt werden. Da ohnehin eine Vorrichtung zum Erfassen der relevanten Parameter wie bspw. Spannung, Stromstärke, Ladeleistung, Verlustleistung, Akkutemperatur, Umgebungstemperatur, Degradationszustand des Akkumulators o.Ä. während des Ladevorgangs im Fahrzeug angebracht sein muss, kann diese Vorrichtung auch kontinuierlich, also auch während der Fahrt, den „State of Charge“ (SoC, engl.: Füllstand des Akkumulators) überwachen und somit den Fahrzeugführer zum Umplanen seiner Route über eine andere Ladesäule auffordern, womit weitere Gedanken hinsichtlich der Relevanz anderer Ladesäulen für die weiteren Schritte entfallen.

Zweitens: Sollten keine Ladesäule entlang der Route eingeplant sein, muss davon ausgegangen werden, dass der Fahrzeugführer spontan eine Ladesäule entlang der Route aufsuchen möchte.
In diesem Fall kann um die gesamte Route ein beliebiges Polygon bzw. eine beliebige Menge von sich zumindest teilweise überlappenden Polygonen aufgespannt werden. Polygone in diesem Sinne wären auch Ellipsen oder Kreise oder sonstige „runde“ Formen.
Bevorzugt sollte eine sogenannte Boundingbox als Polygon aufgezogen werden, welche eine geografische Region durch jeweils eine minimale und maximale geographische Länge sowie eine minimale und maximale geographische Breite definiert, wodurch ein sphärisches Rechteck aufgespannt wird. In der sogenannten Mercator-Projektion und einigen anderen Kartenprojektionen (auch Kartennetzentwurf oder Kartenabbildung) erscheinen diese Boundingboxen als Rechtecke. In der Realität sind die Längen- und Breitengrade, die die Boundingbox begrenzen allerdings keine gerade, sondern gekrümmte Linien auf einen Großkreis (mit einer Näherung der Erde als Kugel unter Verwendung von Kugelkoordinaten), weshalb es sich in der Realität nicht um ein einfaches Rechteck, sondern ein sphärisches Rechteck handelt.
Zur weiteren Optimierung, insbesondere bei langen Routen, können um einzelne Routenabschnitte, bevorzugt um jeden einzelnen Abschnitt auf einer Route zwischen zwei Abbiegungen, Boundingboxen aufgezogen werden, sodass bspw. bei einer Route von Berlin zum Bodensee nicht halb Deutschland berücksichtigt wird, sondern lediglich kleine Korridore zwischen zwei Wegpunkten. Als Abbiegungen zur Bestimmung der Streckenabschnitte können wahlweise alle Kurven, oder aber bevorzugt nur Orte, an denen der Fahrzeugführer vom Straßenverlauf auf eine andere Straße wechseln muss, verwendet werden.
Eine Abfrage auf Basis von Boundingboxen ist insbesondere deshalb bevorzugt, weil sie mit entsprechenden Indizes auf Datenbanken eine besonders schnelle und einfache Abfrage in den Datenbanken der Ladesäulenverzeichnisse ermöglichen. Der Fachmann versteht unter einem Index in einer Datenbank eine von der Datenstruktur getrennte Indexstruktur in einer Datenbank, welche die Suche und das Sortieren nach bestimmten Feldern beschleunigt.
Für den Fall, dass der Fahrzeugführer keinerlei Route geplant hat, können nur wenige Optimierungen vorgenommen werden. Auch in diesem Fall kann auf Basis der vorhergehenden Überlegungen mit Abfragen innerhalb von Regionen, bevorzugt Boundingboxen, gearbeitet werden, um die Abfrage vorteilhaft zu beschleunigen.
Dabei sollte eine Boundingbox gewählt werden, welche die Position des Fahrzeugs beinhaltet. In einer ersten Überlegung könnte die Position des Fahrzeugs in der Mitte der Boundingbox liegen und die Boundingbox eine feste Ausbreitung entlang der geographischen Breite und Länge, also bspw, 20 km entlang des Breiten- und 20 km entlang des Längengrades, haben. Als weitere Optimierung kann zu Beginn der Fahrt anhand der geographischen Breite ein Umrechnungsfaktor von der gewählten Längeneinheit in ein Delta in der geographischen Länge und Breite umgerechnet werden, sodass vorteilhaft die Neuberechnung der Boundingbox während der Fahrt beschleunigt wird. Bevorzugt kann die Boundingbox in Abhängigkeit der Fahrtrichtung und Geschwindigkeit entlang der Fahrtrichtung länger gewählt werden als in der zur Fahrtrichtung orthogonalen Richtung. Weiterhin bevorzugt kann die Boundingbox auf der Heckseite des Fahrzeugs kürzer ausfallen, der Fahrzeug also relativ zur Boundingbox aus der Mitte verschoben sein Unabhängig von der für die Selektion der Ladesäulen gewählten Region muss sichergestellt werden, dass das Fahrzeug diese nicht verlässt. Bevorzugt erfolgt dies durch regelmäßige Kontrolle bei der Auswertung der Position des Fahrzeugs. Besonders bevorzugt erfolgt dies bei jeder Auswertung der Position des Fahrzeugs. Der Fachmann weiß, dass üblicherweise bei Verwendung der höchsten Präzision eines GPS-Moduls, etwa einmal pro Sekunde ein neuer sogenannter GPS-Fix zur Verarbeitung bereitsteht. Ein GPS-Fix umfasst Informationen wie mindestens eine Position in geographischen Koordinaten, sowie ggf. auch Höhe und/oder Geschwindigkeit usw. Alternativ zur örtlich gebundenen regelmäßigen Prüfung besteht auch die Möglichkeit, zeitlich regelmäßig zu prüfen, ob sich das Fahrzeug weiterhin in der Region befindet.
In Schritt S02 werden Informationen zu den innerhalb der in S01 definierten relevanten Region liegenden Ladesäulen aus mindestens einem Ladesäulenverzeichnis geladen. Diese umfassen bspw. den Ort sowie maximale Ladeleistung, das Modell, den Belegungsstatus etwaige bekannte Defekte, den Betreiber usw.
Beim Schritt des Abrufens der Daten (S02) lassen sich erneut Datenübertragungen und damit übertragenes Datenvolumen einsparen, bzw. der Traffic reduzieren. So kann bspw. durch Übertragen eines Zeitstempels oder zum Beispiel auch unter Verwendung einer HTTP-GET-Anfrage mit einem sogenannten If-Unmodified-Since-Header on einem If-None-Match-Header eine Anfrage an das Ladesäulenverzeichnis gesendet werden, woraufhin nur solche Einträge erneut abgerufen werden, die sich seit dem letzten Abruf zumindest teilweise geändert haben. HTTP-Anfragen (HTTP, engl.: Hyper Text Transfer Protocol) stellen eine Möglichkeit der Kommunikation zwischen Computern in einem Netzwerk dar. In der Spezifikation von HTTP sind verschiedene sogenannte Header-Felder (engl.: Kopfzeile) definiert, die standardisierte Informationen beinhalten, wie die Anfrage zu bearbeiten ist. Die beiden genannten Header bieten jeweils eine Möglichkeit, bei der Abfrage von Informationen durch den angefragten Server prüfen zu lassen, ob sich die angefragten Inhalte geändert haben. Unter Verwendung anderer Techniken wie Prüfsummenberechnungen ließe sich auch sicherstellen, dass bereits bekannte Informationen nicht erneut geladen werden, indem die Prüfsummen der bekannten Informationen bei Anfragen an den Server mitgesendet werden, um eine serverseitige Prüfung auf Änderungen zu ermöglichen und in der Folge nur neue Informationen als Antwort zu erhalten.
Nachdem die für einen Ladevorgang potenziell relevanten Ladesäulen sowie relevante Informationen zu diesen auf Basis einer relevanten Region abgerufen wurden, muss die Intention des Fahrzeugführers eine Ladesäule zu nutzen festgestellt werden. Dies wird bevorzugt, um den Fahrzeugführer um eine Rückmeldung zu der betreffenden Ladesäule zu bitten, vorteilhaft aber zu viele Rückfragen zu vermeiden. Für den Fall einer Route mit eingeplanten Ladesäulen ist dies im Grunde oben bereits beschrieben. Durch die Einschränkung auf Ladesäulen in der Nähe der Route sowie deren Erreichbarkeit ist die Auswahl bereits deutlich reduziert. Sofern bereits Ladesäulen eingeplant sind, ist bereits bekannt, welche Ladesäulen der Fahrzeugführer anfahren möchte.
Wenn eine Route geplant ist und abgefahren wird, muss mit abnehmendem SoC zunehmend davon ausgegangen werden, dass kommende Ladesäulen entlang der Strecke immer relevanter werden.
Folgende Überlegungen gelten zudem sowohl für den Fall, dass eine Route ohne Ladesäulen geplant ist, als auch für den Fall, dass der Fahrzeugführer ohne geplante Route unterwegs ist:

Ladesäulen, die auf Grund des niedrigen SoC nicht mehr erreicht werden können, verlieren bevorzugt vollständig an Relevanz. Je nach Nutzerpräferenzen oder erhobenen Fahrzeugführerprofilen müssen Ladesäulen, die mit einem SoC zwischen 5% und 20% erreicht werden als besonders relevant betrachtet werden. Insbesondere auf Langstreckenfahrten auf einer Autobahn kann davon ausgegangen werden, dass ein Fahrzeugführer eine Ladesäule nutzen möchte, wenn er bspw. auf einen Rastplatz mit einer Ladesäule auffährt. Des Weiteren ist anzunehmen, dass der Fahrzeugführer, sofern er eine weitere Strecke, zum Beispiel mehr als 100 km am Stück zurückgelegt hat, auf einer Langstreckenfahrt ist und bevorzugt Schnellladesäulen aufsuchen möchte. Zudem können Ladesäulen auf Basis der für den Fahrzeugführer entstehenden Kosten bzw. der zu erwartenden Zeiten für die notwendige Ladung positiv gewichtet oder diskriminiert werden. Diese variieren mitunter auf Basis der möglichen Ladeleistungen und des Betreibers der Säule sowie in Abhängigkeit der vom Fahrzeugführer verwendeten Ladestromanbieter (sogenannte Mobility Service Provider, MSP).

Bei einem Abweichen von einer geplanten Route lässt sich zudem annehmen, dass der Grund für ein Verlassen der Route möglicherweise die Suche nach einer Ladesäule ist.
Bei der Abwägung der oben genannten Kriterien kann wahlweise ein Algorithmus zur Berechnung einer abstrakten Kostenfunktion verwendet und diese optimiert werden, oder es kommt eine künstliche Intelligenz zur Vorhersage der Pläne des Fahrzeugführers zum Einsatz.
Nachdem die mögliche Intention des Fahrzeugführers zum Nutzen einer Ladesäule detektiert wurde, muss das, weiter unten beschriebene, Erproben des Ladens erkannt werden. Für den Fall, dass eine Ladesäule am im Ladesäulenverzeichnis angegebenen Ort aufzufinden ist, ist dies trivial, da der Fahrzeugführer versuchen wird, das Fahrzeug mit der Ladesäule zu verbinden.
Eine Ladesäule im Sinne der Erfindung ist eine Vorrichtung, die über eine stromführende Leitung (z.B. ein Kabel) mit dem Fahrzeug verbunden werden kann, und/oder eine z.B. im Straßen-/ Parkplatzbelag eingelassene Spulenvorrichtung zum Laden eines Fahrzeugs durch Induktion. Auch eine Ladung mittels Stromabnehmer, wie sie etwa für Busse mit elektrischem Antriebsstrang genutzt werden, fällt unter diese Bezeichnung. Der Teil der Ladesäule, der zur Stromübertragung gedacht ist, wird als stromführendes Element bezeichnet.
Wenn die Intention des Fahrzeugführers eine Ladesäule zu nutzen mit hinreichender Wahrscheinlichkeit determiniert wurde, kommt es zum Erproben eines Ladevorgangs an dieser Ladesäule.
Für den Fall, dass ein Kabel verbunden wird, oder eine Verbindung durch induktive Spulen aufgebaut wird, kommt es je nach verwendeter Technik zu einem entsprechenden Protokoll-Handshake, bei dem sich das Fahrzeug und die Ladesäule bspw. hinsichtlich des erwarteten Ladestroms o.Ä. einigen. Spätestens mit dem Initiieren des Handshakes ist klar, dass der Fahrer versucht, das Fahrzeug an dieser Ladesäule zu laden. Sollte der Handshake nicht funktionieren, liegt ein meldefähiger Fehler vor, der an das an die Infrastruktur des Betreibers oder ein Ladesäulenverzeichnis gemeldet werden kann.
Sollte keine Ladesäule am angegebenen Ort vorhanden sein, oder ist die Zufahrt bspw. durch andere an der Ladesäule parkende Fahrzeuge behindert, kann die Intention des Fahrzeugführers, eine bestimmte dem Stand der Technik entsprechende Ladesäule zu nutzen, lediglich auf Basis des aktuellen Standorts und ggf. auf Basis der Fahrzeugmerkmale erkannt werden. Das Anfahren der Ladesäule selbst entspricht dann dem Erproben eines Ladevorgangs. Zu beachtende Merkmale wären bspw. der SoC, abnehmende Geschwindigkeit vor dem vermeintlichen Erreichen der Ladesäule, ggf. ein Anhalten oder sogar ein Aussteigen des Fahrzeugführers o.Ä. Sollten die Merkmale entsprechend vorliegen, wird der Fahrzeugführer wahlweise über eine Vorrichtung im Fahrzeug, oder über ein digitales Endgerät gefragt, ob die Ladesäule defekt oder unerreichbar war. Dabei ließe sich anhand von historischen Daten auch berücksichtigen, ob der Fahrzeugführer die Ladesäule(n) bereits kennt, da dessen Verhalten dann mit hoher Wahrscheinlichkeit anders ausfällt, als wenn er die Ladesäule(n) nicht kennt und diese noch sucht. Wenn er dann meldet, dass die Ladesäule defekt oder unzugänglich ist, liegt ein meldefähiger Defekt vor, der an das an die Infrastruktur des Betreibers oder ein Ladesäulenverzeichnis gemeldet werden kann.
In einer bevorzugten Ausgestaltung werden die Ladesäulen mit einem Modul zum Aussenden eines Funksignals, bevorzugt mit einer sogenannten Funkbarke, wiederum bevorzugt durch Bluetooth LE Beacons und/oder RFID-Transmitter oder mittels einer entsprechenden Weiterentwicklung, ausgerüstet. Hierdurch kann vorteilhaft die Identität einer Ladesäule sowie ggf. der der Ladesäule bekannte Belegungsstatus und/oder etwaige Defekte übertragen werden, ohne dass eine Verbindung hergestellt werden muss. Vorteilhaft für die Nutzung von Bluetooth LE oder RFID spricht, dass diese Technologien in mobilen Endgeräten weit verbreitet sind und eine entsprechende Applikation (auch: App) in einem entsprechenden mobilen Endgerät so ohne Zutun des Nutzers/Fahrzeugführers auf die Anwesenheit der Ladesäule reagieren kann, um bspw. zu erfragen, ob der Nutzer diese Ladesäule nutzen möchte.
Da häufig viele Ladesäulen dicht beieinanderstehen, ist es nach einem erfolgreichen Start des Ladevorgangs in der Regel notwendig, die Ladesäule zu identifizieren. Wenn nur eine Ladesäule vereinzelt steht, ist die Identifikation trivial, da das Fahrzeug mit einer Ladesäule verbunden ist und lädt, kann es sich bei nur einer einzelnen Ladesäule in der Nähe ausschließlich nur um diese Ladesäule handeln.
Andernfalls besteht die Möglichkeit, dass die Ladesäule identifiziert wird, indem ein Signal über die Verbindung (Kabel oder induktive Kopplung mit Spulen) oder einen Funkstandard wie Bluetooth, W-LAN, LoRaWAN o.Ä. übertragen wird. Beim übertragenen Signal kann es sich um ein analoges Signal wie Spannungs- oder Stromstärkenvariationen, oder auch um digitales Signal handeln. Unabhängig von der genauen Umsetzung ist diese Methodik vorteilhaft dadurch gekennzeichnet, dass das Identifizieren der Ladesäule sehr einfach und fehlerfrei umsetzbar ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann die Ladesäule, wie oben beschrieben, um eine Funkbake erweitert sein, bzw. diese umfassen. Dadurch können die durch die Funkbake ausgesendeten Informationen zum Identifizieren der zu nutzenden oder genutzten Ladesäule verwendet werden, indem bspw. die Änderung des Belegungsstatus oder deren ID mit den Informationen aus einem Ladesäulenverzeichnis abgeglichen werden.
Da eine solche Identifizierung bei bestehenden Ladesäulen vermutlich nachgerüstet werden müsste, was Kosten beim Betreiber verursacht, lässt sich die Ladesäule alternativ auch auf einem anderen Wege identifizieren. So kann beim Abstellen des Fahrzeugs der Belegungsstatus aller Ladesäulen in der näheren Umgebung aus bekannten Ladesäulenverzeichnissen abgefragt werden. Der Belegungsstatus einer Ladesäule ändert sich, wenn ein Fahrzeug den Ladevorgang startet oder beendet. Dadurch kann vorteilhaft auf ein Nachrüsten von zusätzlichen Bauteilen in bestehenden Ladesäulen verzichtet werden. Zudem wird dadurch die Komplexität der bestehenden Ladesäulen nicht erhöht. Da Komplexität in der Regel mit Fehleranfälligkeit korreliert ist, wird damit vorteilhaft auch die Fehleranfälligkeit gegenüber solchen Ladesäulen mit zusätzlichen zum Durchführen des Verfahrens gedachten Bauteilen reduziert.
Nach dem Start des Ladevorgangs erfasst eine Vorrichtung innerhalb des Fahrzeugs relevante Daten zu relevanten Parametern des Ladevorgangs, wie bspw. die anliegende Spannung und Stromstärke, sowie die abgerufene Leistung, die Temperatur des Akkumulators, die Verlustleistung oder Ähnliches.
In einer alternativen Ausgestaltung des Verfahrens werden die relevanten Parameter während des Ladevorgangs auch seitens der Ladesäule ermittelt und an den Betreiber der Ladesäule gemeldet.
Bei der Vorrichtung im Fahrzeug handelt es sich vorzugsweise um eine Recheneinheit, die an ein fahrzeuginternes Netzwerk, weiterhin bevorzugt ein BUS-System, besonders bevorzugt an einen CAN-BUS oder an einen Diagnoseport des Fahrzeugs angeschlossen ist oder angeschlossen werden kann.
Wenn der Ladevorgang unerwartet abbricht, liegt ein weiterer meldefähiger Defekt vor, der bspw. an die Infrastruktur des Betreibers oder ein Ladesäulenverzeichnis gemeldet werden kann.
Wenn der Ladevorgang erfolgreich beendet werden kann, werden die im Zeitraum des Ladens erfassten Daten mit den für die Ladesäule erwarteten Daten abgeglichen. So wird bspw. geprüft, ob die Ladesäule mit der korrekten Spannung geladen hat, oder ob die im Ladesäulenverzeichnis hinterlegte maximale Leistung erreicht wurde. Dabei werden alle erhobenen Parameter berücksichtigt. Dies ist notwendig, da je nach Temperatur des Akkumulators und des SoC sowie der Firmwareversion des Batterie Management Systems (BMS) unterschiedliche Ladeleistungen möglich sind, sodass eine Ladeleistung unterhalb der maximal für die Ladesäule ausgewiesenen Ladeleistung nicht notwendigerweise einen Fehler seitens der Ladesäule indiziert.
Dieser Abgleich kann direkt auf der Vorrichtung im Fahrzeug, welche die Daten erhebt, auf einem mobilen Endgerät (Smartphone) des Fahrzeugführers oder auf einem mit dem Internet verbundenen Server lokalisiert sein.
Insofern im Laufe des Verfahrens etwaige offensichtliche Defekte oder nennenswerte Abweichungen zwischen den ausgewiesenen Soll-Werten, die bspw. in Ladesäulenverzeichnissen ausgewiesen sind, entstehen, werden diese abschließend entweder durch die Vorrichtung zum Erfassen der Daten selbst oder durch ein mobiles Endgerät entweder indirekt über einen weiteren Server oder direkt an mindestens ein Ladesäulenverzeichnis gemeldet. Zudem könnten Verstöße gegen etwaige Gesetze und Verordnungen, wie das Parken an einer Ladesäule ohne zu Laden (auch: unberechtigtes Parken) an entsprechende Instanzen (z.B. Ämter) gemeldet werden.
Insofern die relevanten Parameter auch ladesäulenseitig erhoben werden, meldet diese die gemessenen Daten in einer bevorzugten Ausgestaltung ebenfalls an den Betreiber der Ladesäule bzw. dessen Infrastruktur, sodass dieser vorteilhaft möglichst schnell über Auffälligkeiten informiert wird, um diese zu beheben.
Insofern eine Ladesäulenvorrichtung, insbesondere die Ladesäule für die Umsetzung des erfindungsgemäßen Verfahrens um weitere Komponenten zum Erfassen der relevanten Parameter während des Ladens oder auch zum Erfassen von sonstigen Fehlern oder zum Melden von detektierten Auffälligkeiten erweitert wird, können auch weitere Funktionen zum Erfüllen des Zwecks des Verfahrens hinzugefügt werden. So wird eine Ladesäule bevorzugt um einen Sensor zum Erfassen einer Belegung der Ladesäule bspw. mittels eines LIDAR-Sensors, eines Radars oder eines Sonars, aber auch bspw. durch einen Gewichtssensor eingelassen im Parkplatz, erweitert. Vorteilhaft können dadurch unzulässige Belegungen ohne Ladevorgang wie etwa durch Falschparker erfasst werden, was mit Ladesäulen aus dem Stand der Technik nicht möglich ist.
Bevorzugt erfolgt das verfahrensgemäße Erfassen über zumindest ein Computerprogramm, das auf zumindest einem Medium in der Vorrichtung im Fahrzeug gespeichert ist und in der Vorrichtung ausgeführt wird. Das Computerprogramm kann die Daten für eine spätere Analyse auf einem Medium abspeichern.
Der Abgleich der erhobenen Daten mit den erwarteten Daten erfolgt bevorzugt ebenfalls über zumindest ein Computerprogramm, welches auf einem Medium gespeichert ist, wobei das Medium wahlweise Teil der Vorrichtung des Fahrzeugs, Teil eines mobilen Endgeräts oder Teil eines Servers sein kann.
Ausführungsbeispiele
Anhand folgender Figuren und Ausführungsbeispiele wird die vorliegende Erfindung näher erläutert, ohne die Erfindung auf diese zu beschränken.
Dabei zeigt

1: Eine schematische Darstellung der Interaktion der beteiligten Komponenten in einer Ausführungsform

1 stellt eine schematische Darstellung der Interaktion der beteiligten Komponenten dar. Zur Erläuterung des Zusammenspiels ist ein Elektrofahrzeug (5) mit einer Ladesäule als Befüllvorrichtung (3) abgebildet. Die Verbindung zwischen den beiden erfolgt über ein Kabel (4). Zur Freigabe des Ladevorgangs baut die Ladesäule (3) eine Verbindung (11) zu einem Abrechnungsserver auf, der Teil der Infrastruktur (2) des Ladesäulenbetreibers ist. Wenn der Server bestätigt, dass die Zahlung für die Ladung freigegeben ist, beginnt der Ladevorgang. In diesem Fall meldet das BMS des Fahrzeugs (5) die Ladung sowie relevante Parameter wie Ladestrom, Füllstand des Akkumulators usw. auf dem fahrzeuginternen CAN-Bus. Die Verbindungseinheit (6) eingesteckt in einem Diagnoseport des Fahrzeugs (5), zum Beispiel einem OBD-Port, erfährt so die relevanten Daten und überträgt diese an die Vorrichtung zum Erfassen (7). Die Vorrichtung zum Erfassen der Daten zu den relevanten Parametern (7) überträgt (13) die erfassten Informationen regelmäßig an ein System zum Auswerten der erfassten Daten (8). In diesem Fall ist das System zur Verarbeitung der erfassten Daten (8) Dieses System kommuniziert (9) zwecks des Abgleichs der erfassten Daten mit den erwarteten Daten mit einem Ladesäulenverzeichnis (1) und ruft die dort hinterlegten Daten ab. Häufig betreiben Ladesäulenbetreiber (engl. CPO, charge point operator) oder die Anbieter von RFID-Karten zum Freischalten von Ladesäulen und deren Abrechnung (engl. MSPs, mobility service provider) eigene Verzeichnisse von Ladesäulen. In dem Fall könnte das Ladesäulenverzeichnis (1) Teil der Infrastruktur des Ladesäulenbetreibers (2) sein. Im Regelfall wird das System Abgleich der erfassten Daten (8) mit mehreren Ladesäulenverzeichnissen (1) kommunizieren (9). Das Ladesäulenverzeichnis (1) kommuniziert (10) zudem mit der Infrastruktur des Ladesäulenbetreibers (2). Dabei wird bspw. der geänderte Belegungszustand der Ladesäule (3) gemeldet, sofern ein Ladevorgang startet oder endet. Zudem werden zum Beispiel auch Defekte oder Änderungen in der Ladeleistung übertragen.
Bezugszeichenliste

1: Öffentlich zugängliches Ladesäulenverzeichnis umfassend Informationen zu einer Ladesäule (3)
2: Digitale Infrastruktur des Ladesäulenbetreibers, bspw. zum Betrieb der Abrechnung.
3: Ladesäule zum Laden des elektrischen Fahrzeugs (5)
4: Ladekabel zum Herstellen der Verbindung zwischen Ladesäule (3) und Fahrzeug (5)
5: Fahrzeug
6: Verbindung zwischen einer Vorrichtung zum Erfassen relevanter Parameter während des Ladevorgangs (7) und einem Diagnoseport des Fahrzeugs (5), in diesem Fall drahtlos mit der Vorrichtung verbunden.
7: Vorrichtung zum Erfassen relevanter Parameter während des Ladevorgangs des Fahrzeugs (5)
8: System zum Auswerten der erfassten Daten (7)
9: Austausch von Daten zwischen dem System zum Auswerten der erfassten Daten (8) und dem öffentlich zugänglichen Ladesäulenverzeichnis (1), bspw. zum Melden neu aufgetretener Fehler bei einer Ladesäule.
10: Austausch von Daten zwischen der digitalen Infrastruktur des Ladesäulenbetreibers (2) und dem öffentlichen Ladesäulenverzeichnis
11: Austausch von Daten zwischen der digitalen Infrastruktur des Ladesäulenbetreibers (2) und der Ladesäule (3) bspw. zum Zwecke der Abrechnung oder zur Übertragung des Belegungsstatus o.Ä.
12: Austausch von Daten des Fahrzeugs zwischen der Vorrichtung zum Erfassen relevanter Parameter während des Ladevorgangs (7) mittels der Verbindung (6) der Vorrichtung zum Erfassen der Ladedaten.
13: Austausch von Daten zwischen der Vorrichtung zum Erheben relevanter Parameter während des Ladevorgangs im Fahrzeug (7) in diesem Fall realisiert durch eine direkte Verbindung bspw. per Mobilfunk

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

US 11167655 B2 [0009]
EP 3119637 B1 [0009]
US 20210354584 A1 [0010]

Claims

Verfahren zum Prüfen von Ladesäulen und deren Funktionsumfang umfassend die folgenden Schritte: a. Definieren (S01) zumindest einer relevanten Region, für welche zumindest eine Ladesäule überprüft werden soll, b. Abrufen (S02) zumindest einer vorliegenden Information zumindest einer Ladesäule in der relevanten Region, wobei die Information zumindest ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend Standort, maximale Ladeleistung, angebotene Stecker-Typen, maximale Spannung, maximale Stromstärke, Zugangsvorraussetzungen, Betreiber, Stromkosten o.Ä., c. Feststellen (S03) der Intention eines Fahrzeugführers eine Ladesäule in der relevanten Region zu nutzen, d. Erproben (S04) eines Ladevorgangs, e. Identifizieren (S05) der Ladesäule, für die der Ladevorgang avisiert ist, f. fahrzeugseitiges und/oder ladesäulenseitiges Erfassen (S06) relevanter Parameter ausgewählt aus der Gruppe umfassend Ort, Spannung, Stromstärke oder andere den Ladevorgang beeinflussende Größen während des Ladevorgangs, g. Abgleichen (S07) der erfassten Daten der relevanten Parameter während des Ladevorgangs mit zumindest einer vorliegenden Information zur genutzten Ladesäule, h. Melden (S08) der Abweichung der erfassten Daten relevanter Parameter zu den erwarteten Parametern sowie das Melden von Defekten.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Definition der relevanten Region in Schritt S01 auf Basis einer geplanten Route, insbesondere in einem Raum um die Route erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die relevante Region auf Basis des aktuellen Standortes des Nutzers ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die vorliegenden Informationen zu den Ladesäulen in der relevanten Region in Schritt S02 nur erneut abgerufen werden, wenn sie sich zumindest teilweise geändert haben.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei nur solche Informationen zu den Ladesäulen abgerufen werden, die sich geändert haben.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Feststellen der Intention eines Fahrzeugführers eine Ladesäule zu nutzen in Schritt S03 auf Basis einer geplanten Route erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Feststellen der Intention eines Fahrzeugführers eine Ladesäule zu nutzen in Schritt S03 auf Basis des aktuellen Standortes und/oder anderer Daten erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Feststellen der Intention eines Fahrzeugführers eine Ladesäule zu nutzen in Schritt S03 auf Basis von Merkmalen eines Fahrzeugs erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei ein Algorithmus und/oder eine künstliche Intelligenz zum Einsatz kommt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Erproben der Ladesäule (S04) durch Anfahren und/oder Verbinden der Ladesäule mit dem Fahrzeug erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Identifikation einer Ladesäule in Schritt S05 auf Basis des Standorts des Nutzers und/oder einer Abfrage des Nutzers/Fahrzeugführers erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei das Identifizieren einer Ladesäule in Schritt S05 auf Basis eines Signals zwischen Ladesäule und Fahrzeug erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die Identifikation einer Ladesäule in Schritt S05 auf Basis des aktuellen Standorts und/oder eines Abgleichs mit einem aus einem Ladesäulenverzeichnis abgerufenen Belegungszustand der verwendeten Ladesäule erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei das Erfassen von Daten zu den relevanten Parametern in Schritt S06 über eine Vorrichtung im Fahrzeug erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei der Abgleich der erfassten Daten zu den relevanten Parametern (Schritt S07) mit den abgerufenen bzw. erwarteten Daten zu den relevanten Parametern auf der Vorrichtung im Fahrzeug stattfindet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei die erfassten Daten zu den relevanten Parametern zum Abgleich mit den abgerufenen bzw. erwarteten Daten zu den relevanten Parametern (Schritt S07) an einen Server übertragen werden und der Abgleich auf dem Server stattfindet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei die erfassten Daten zu den relevanten Parametern zum Abgleich mit den abgerufenen bzw. erwarteten Daten zu den relevanten Parametern (Schritt S07) auf einem mobilen Endgerät erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, wobei gefundene Abweichungen zwischen den abgerufenen bzw. erwarteten und den erfassten Daten zu den relevanten Parametern sowie eventuelle Defekte der Ladesäule an den Betreiber der Ladesäule und/oder Verzeichnisse von Ladesäulen gemeldet werden.
Computerprogrammprodukt, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch einen Computer diesen veranlassen, Daten zu relevanten Parametern während des Ladeprozesses gemäß Schritt (S06) zu erfassen und/oder das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18 auszuführen.
Computerlesbares Medium, auf dem zumindest ein Computerprogrammprodukt nach Anspruch 19 gespeichert ist.
Computerlesbares Medium, umfassend Befehle, die bei der Ausführung durch einen Computer diesen veranlassen, das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18 auszuführen und die erfassten Daten zu relevanten Parametern während des Ladeprozesses zu speichern.
Vorrichtung zur Datenverarbeitung (Computer) umfassend zumindest ein computerlesbares Medium nach Anspruch 20 sowie zumindest ein computerlesbares Medium nach Anspruch 21, wobei ein computerlesbares Medium insbesondere Anspruch 20 und Anspruch 21 gleichzeitig erfüllen kann.
Fahrzeug umfassend eine Vorrichtung zur Datenverarbeitung nach Anspruch 22.
Computerprogrammprodukt, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch einen Computer diesen veranlassen, Daten sowie Fehlermeldungen, die durch ein Computerprogrammprodukt nach Anspruch 19 erfasst werden, entgegen zu nehmen und Abweichungen zwischen diesen und den vom Ladesäulenbetreiber abgerufenen Informationen zu erkennen.
Computerlesbares Medium, auf dem das Computerprogrammprodukt nach Anspruch 24 gespeichert ist.
Vorrichtung zur Datenverarbeitung (Computer), umfassend ein computerlesbares Medium nach Anspruch 25.
Netzwerk, welches die Vorrichtungen zur Datenverarbeitung nach den Ansprüchen 22 und 26 sowie eine Vorrichtung zur Datenverarbeitung für das Bereitstellen der Daten zu Ladesäulen sowie zur Meldung von Defekten umfasst.
Ladesäulenvorrichtung zum Laden eines Fahrzeugs, wobei die Ladesäulenvorrichtung eine Funkbarke umfasst, wobei die Funkbake dazu eingerichtet ist, Informationen auszusenden.
Ladesäulenvorrichtung, umfassend einen Computer nach Anspruch 22, wobei der Computer zur Bearbeitung von ladesäulenseitig erfassten Daten zu den relevanten Parametern sowie Fehlern eingerichtet ist.
Ladesäulenvorrichtung nach Anspruch 28 oder 29, wobei die Ladesäulenvorrichtung eine Vorrichtung umfasst, die zum Erkennen einer Belegung der Ladesäulenvorrichtung eingerichtet ist, auch ohne dass die Ladesäule ein Fahrzeug lädt.