DE102021214172A1

DE102021214172A1 - Verfahren zum identifizieren einer zu ladenden einrichtung und steuern von deren ladeprozess an einer ladestation

Info

Publication number: DE102021214172A1
Application number: DE102021214172.2A
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 den Bereich des Ladens und Steuerns eines Ladeprozesses einer zu ladenden Einrichtung, beispielsweise eines Elektrofahrzeuges, insbesondere das Laden einer zu ladenden Einrichtung durch ein Verfahren zum Identifizieren und Steuern des Ladeprozesses einer zu ladenden Einrichtung an einer Ladestation im öffentlichen, halböffentlichen oder privaten Raum durch ein Einprägen eines elektrischen Signals seitens der Ladestation und das Zuordnen des eingeprägten elektrischen Signals durch eine von der zu ladenden Einrichtung und der Ladestation räumlich entfernte Recheneinheit. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass die entfernte Recheneinheit ein computerlesbares Speichermedium umfasst, welches ein Computerprogrammprodukt enthält, dass die Instruktionen zum Identifizieren einer zu ladenden Einrichtung an einer Ladestation und zum Steuern des Ladeprozesses einer zu ladenden Einrichtung an einer Ladestation enthält.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft den Bereich des Ladens und Steuerns eines Ladeprozesses einer zu ladenden Einrichtung, bevorzugt eines Elektrofahrzeuges, insbesondere das Laden eines Elektrofahrzeuges an einer Ladestation mit Drehstrom-, Wechselstrom-, und/oder Gleichstromanschluss. Die Erfindung betrifft hierbei ein Verfahren zum Identifizieren einer zu ladenden Einheit, bevorzugt eines Elektrofahrzeuges an einer Ladestation durch Einprägen eines elektrischen Signals. Ferner betrifft die Erfindung zudem ein Verfahren zum Steuern des Ladeprozesses einer an der Ladestation identifizierten zu ladenden Einrichtung, insbesondere eines Elektrofahrzeuges, durch eine von der zu ladenden Einrichtung und der Ladestation räumlich entfernte Recheneinheit.
Stand der Technik
Elektrofahrzeuge und das Laden selbiger sind aus dem Stand der Technik hinreichend bekannt. Aufgrund der bisher nach wie vor eingeschränkten Reichweite von Elektrofahrzeugen sind beim Einsatz derselben, beispielsweise in der Fahrzeugflotte eines Unternehmens, die Ladezeiten und der Energiebedarf relevant für die Planung von Aufträgen, Betriebsabläufen und für die Kostenabschätzung. Eine günstige Planung der Ladezeiten der Fahrzeugflotte spielt auch eine Rolle im Zusammenhang mit dem Nachhaltigkeitsprofil des Unternehmens und seines Engagements im Bereich des Umweltschutzes, da das Laden zu Zeiten zu denen regenerative Energien einen Großteil der Energieversorgung stellen umweltverträglicher ist als bspw. das Laden nachts, wenn keine Solarenergie zur Verfügung steht.
In Elektrofahrzeugen ist (im Unterschied zu Brennstoffzellenfahrzeugen) typischerweise ein Battery Management System (BMS) verbaut, welches die Zufuhr der Ladeleistung regelt und den Ladeprozess überwacht, indem es Vorgaben zur gesamtzulässigen Ladeleistung gibt und für einen Ausgleich der Zellspannungen zwischen den einzelnen Zellen des Akkumulators sorgt. Status- und Fehlermeldungen des BMS lassen sich mit einem On-Board-Diagnosesystem (OBD) auslesen, welches über genormte Anschlüsse mit dem BMS verbindbar ist. Dennoch ist es möglich, dass ein Elektrofahrzeug mit einer Ladestation inkompatibel ist, sodass der Ladeprozess an dieser Säule nicht, oder durch einen sehr geringen Ladestrom lediglich mit großen Verzögerungen stattfinden kann. Des Weiteren ermöglicht das dem Elektrofahrzeug zugeordnete BMS lediglich das Überwachen und Steuern des Ladeprozesses eines Elektrofahrzeugs. Bei einer Flotte an Elektrofahrzeugen, die beispielsweise zu unterschiedlichen Zeitpunkten ihren Ladeprozess beenden sollen, kann das BMS zur Steuerung und Leistungsverteilung nicht herangezogen werden.
Ein weiterer Faktor beim Laden von Elektrofahrzeugen, welche zur Fahrzeugflotte eines Unternehmens gehören, ist die Freigabe der jeweiligen Ladestation, beispielsweise einer firmeninternen Ladestation, für das an ihr angeschlossene Elektrofahrzeug. Um auszuschließen, dass firmenfremde Fahrzeuge an der Ladestation laden, sind unterschiedliche Verfahren bekannt.
Aus DE 10 2020 205022A1 ist beispielsweise ein Mittel und Verfahren zur Autorisierung eines Ladevorgangs an einer Ladestation bekannt. Dabei wird zunächst eine Nahfeldschnittstelle zwischen einem Nutzer und einer Ladestation aufgebaut. Im Anschluss wird eine mit einem Signaturschlüssel signierte Nutzerkennung des Nutzers über die Nahfeldschnittstelle übertragen, welche seitens der Ladestation zur Authentifizierung des Nutzers geprüft wird. Das Verfahren erlaubt darüber hinaus einen Abgleich von Konditionssätzen, welche in einem Speicherbereich des Authentifikationsmittels und der Ladestation enthalten sind. In einem letzten Schritt erfolgt dann die Freigabe des Ladeprozesses. Dabei kann ein Nachweis der Ladeberechtigung und ein Abrufen der Konditionssätze über das Identifizieren des Nutzers beispielsweise durch einen Schlüsselschalter, einen RFID-Chip in Form einer Karte oder eines Tokens oder ein mobiles Endgerät erfolgen. Aus anderen Bereichen ist zudem eine Autorisierung des Ladeprozesses über eine manuelle Fernfreischaltung bekannt. Nachteilig an solchen Verfahren sind die Verzögerungszeiten, die durch den Identifikationsprozess entstehen, sowie die Fehleranfälligkeit, insbesondere die Täuschbarkeit der genannten Optionen. Zusätzlich ist zum Auslesen von RFID-Chips spezielle Hardware in der Ladestation notwendig, um das Identifizieren zu gewährleisten.
Aus DE 10 2020 114144A1 ist eine Ladestation für ein Elektrofahrzeug bekannt, welche über eine Nahfeld-Kommunikationsschnittstelle für eine Nahfeldkommunikation, dazu ausgelegt, ein Datenpaket über das Nahfeld zu senden und zu empfangen, sowie eine Weitverkehrsnetz-Kommunikationsschnittstelle für eine Weitverkehrsnetzkommunikation verfügt, die dazu ausgelegt ist, ein Datenpaket über das Weitverkehrsnetz zu senden und zu empfangen, wobei die Nahfeld-Kommunikationsschnittstelle ferner dazu ausgelegt ist, der Weitverkehrsnetz-Kommunikationsschnittstelle ein Datenpaket zur Weiterleitung über das Weitverkehrsnetz bereitzustellen. Durch die Erfindung kann eine Autorisierung eines Ladeprozesses für ein Elektrofahrzeug durch die Ladestation auch dann gewährleistet werden, wenn über ein anderes Authentifizierungsmittel, bspw. ein mobiles Endgerät, keine Internetverbindung besteht.
Dennoch ist auch in der DE 10 2020 114144A1 ein Authentifizierungsmittel, also bspw. ein Smartphone, ein Tablet oder eine RFID-Karte zum Autorisieren des Ladeprozesses notwendig und der Nutzer muss einen Authentifizierungsprozess bewusst initiieren, welcher im Anschluss Zeit in Anspruch nimmt.
Aus der DE 10 2018 128188A1 ist ein Ladesystem bekannt, umfassend eine Mehrzahl von Ladestationen, mindestens ein Speichermodul, eingerichtet zum Speichern von ladestationspositionsabhängigen Ladekurvencharakteristika und zumindest ein Ladekurvenbestimmungsmodul, eingerichtet zum Bestimmen einer Ladekurve zum Laden eines an einer ersten Ladestation angeschlossenen Elektrofahrzeugs basierend auf einer Positionsinformation der ersten Ladestation und den gespeicherten ladestationspositionsabghängigen Ladekurvencharakteristika. Das Ladesystem ist darüber hinaus dadurch gekennzeichnet, dass das Ladesystem ein Kurvenanpassungsmodul umfasst, was derart eingerichtet ist, dass es das Anpassen einer bestimmten Ladekurve basierend auf mindestens einer Echtzeitinformation ermöglicht. Echtzeitinformationen beziehen sich hierin auf Stromnetzparameter, meteorologische Parameter, Zustandsinformation des angeschlossenen Fahrzeugs und Zustandsinformation der ersten Ladestation. Durch ein solches Überwachen der Ladekurve eines Elektrofahrzeugs ist es möglich, den Ladeprozess eines Elektrofahrzeugs zu überwachen und/oder zu steuern mit Hinblick auf die aktuellen Gegebenheiten während des Ladens, bspw. Schwankungen im Stromtarif, in der Temperatur, und/oder des State of Charge des Akkumulators des Elektrofahrzeugs. Es ist allerdings kein Identifizieren des Ladeprozesses anhand der gespeicherten Ladekurvencharakteristika möglich, zumal diese witterungs- und alterungsbedingt für ein Elektrofahrzeug schwanken. Auch ist das Steuern der Ladekurven, und somit das Anpassen des Ladeprozesses durch einen Nutzer nicht gewährleistet.
Weiterhin bekannt ist aus dem Stand der Technik das Identifikationsverfahren nach ISO 15118, wobei es sich um ein Identifikationsverfahren in zwei Schritten handelt. Hierbei wird zunächst bei einem ersten Ladevorgang das Elektrofahrzeug durch eine Registrierung und Autorisierung der Bezahlfunktion einmalig an einer Ladestation identifiziert. Bei jedem weiteren Ladevorgang wird das Elektrofahrzeug nach dem Koppeln mit der Ladestation durch ein Ladekabel automatisch mittels eines Austausches von Zertifikaten identifiziert. Nachteilig ist hier zu erwähnen, dass für Angreifer die Zertifikate mit Hilfe von Diagnose-Tools aus der Ladestation auslesbar und imitierbar sind, sodass es möglich ist, auf Kosten eines anderen Fahrzeughalters ein Elektrofahrzeug an einer solchen Ladestation zu laden. Auch ist das Steuern eines Ladeprozesses, insbesondere das dezentrale Steuern des Ladeprozesses, nicht realisiert.
Aufgabe
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das Identifizieren einer oder mehrerer zu ladender Einrichtungen (1), insbesondere eines oder mehrerer Elektrofahrzeuge an einer oder mehreren Ladestationen (2) sowie das Steuern und/oder Beenden des Ladeprozesses dezentral und ohne Zeitverlust zu ermöglichen.
Optional ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, verschiedene Typen von zu ladenden Einrichtungen, insbesondere von Elektrofahrzeugen (bspw. unabhängig vom Hersteller des Elektrofahrzeuges und des sich ggf. unterscheidenden BMS und/oder des Alters des Elektrofahrzeuges) teil- oder vollautomatisiert in das System eines Ladestationsnetzes in einem öffentlichen, halböffentlichen oder privaten Raum einzubinden.
Es ist dabei ebenfalls Aufgabe, ein aufwandsarmes Identifikationsverfahren bereitzustellen, welches eine Freigabe des Ladevorgangs ohne weitere durch den Nutzer anzuwendende technische Hilfsmittel ermöglicht, also ohne ein Identifizieren und Abrechnen beispielsweise mittels Smartphone Apps, Schlüsselschaltern oder RFID-Karten anzuwenden.
Lösung
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren gelöst, welches das Identifizieren einer zu ladenden Einrichtung (1), insbesondere eines Elektrofahrzeuges, an einer Ladestation (2) und das Steuern des Ladeprozesses einer identifizierten Einrichtung, insbesondere eines identifizierten Elektrofahrzeuges an einer Ladestation durch eine von der ladenden Einrichtung und der Ladestation räumlich entfernte Recheneinheit (4) mittels eines Computerprogrammproduktes ermöglicht.
Des Weiteren wird die technische Aufgabe durch das Bereitstellen zumindest eines Computerprogrammproduktes gelöst, wobei das zumindest eine Computerprogrammprodukt Instruktionen in Form eines Programmcodes und/oder eines Algorithmus umfasst, die das Identifizieren eines Elektrofahrzeugs an einer Ladestation realisierbar verwirklichen.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst, umfassend ein Verfahren zum Identifizieren und Steuern des Ladeprozesses einer zu ladenden Einrichtung (1), insbesondere eines Elektrofahrzeuges, an einer Ladestation (2) im öffentlichen, halböffentlichen oder privaten Raum, gekennzeichnet dadurch, dass durch die Ladestation ein beliebiges, gut aufzulösendes elektrisches Signal eingeprägt wird, welches zum Identifizieren der zu ladenden Einrichtung an der Ladestation durch ein Computerprogrammprodukt dient. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst hierbei die folgenden Schritte:

- Bestimmen eines maximalen Ladestroms (S01),
- Einprägen eines elektrischen Signals mit alternierenden Amplituden von Strom und/oder Spannung durch die Ladestation (2) (S02),
- Erkennen des eingeprägten elektrischen Signals durch eine der ladenden Einrichtung (1) zugeordnete Recheneinheit (3) (S03),
- Übermitteln des erkannten eingeprägten elektrischen Signals an eine von der zu ladenden Einrichtung (1) und der Ladestation (2) räumlich entfernte Recheneinheit (4) durch die der zu ladenden Einrichtung zugeordnete Recheneinheit (3) (S04),
- Zuordnen des übermittelten erkannten eingeprägten elektrischen Signals zu der der zu ladenden Einrichtung (1) zugeordneten übermittelnden Recheneinheit (3) durch die von der zu ladenden Einrichtung und der Ladestation räumlich entfernte Recheneinheit (4) aus dem vorangegangenen Schritt S04
- Melden der zugeordneten zu ladenden Einrichtung (1) an die Ladestation (2) durch die von der zu ladenden Einrichtung und der Ladestation räumlich entfernte Recheneinheit (4) (S06).

Allgemeine Vorteile
Das Verfahren beruht auf einer sicheren Identifikationsmethode, da die Signale der Ladestation (2) und die Kennung der zu ladenden Einrichtung (4) dezentral durch eine von der zu ladenden Einrichtung und der Ladestation räumlich entfernte Recheneinheit (4) geprüft und gespeichert werden. Die ausgesendeten Signale sind durch die von der zu ladenden Einrichtung (1) und der Ladestation (2) räumlich entfernte Recheneinheit (4) eindeutig zuordenbar und können nicht durch einen Zugriff auf die Ladestation ausgewertet und gefälscht werden. Beispielsweise kann eine dazu notwendige Hard- und Software bei bestehenden Ladestationen leicht nachgerüstet werden.
Das Verwenden einer von der zu ladenden Einrichtung (1) und der Ladestation (2) räumlich entfernten Recheneinheit (4) zum Identifizieren einer zu ladenden Einrichtung an einer Ladestation ermöglicht zusätzlich das Überwachen von mehreren zu ladenden Einrichtungen an verschiedenen Ladestationen, die durch das erfindungsgemäße Verfahren identifiziert worden sind. Somit ist die Ladeleistung entsprechend der aktuellen Netzlast und des Strompreises, der Einsatzzeiten der zu ladenden Einrichtungen, insbesondere der zu ladenden Elektrofahrzeuge und der Kompatibilität der zu ladenden Einrichtung (1) mit der Ladestation (2) steuerbar.
Ein weiterer Vorteil ist das automatische Identifizieren der zu ladenden Einrichtung (1) an der Ladestation (2) lediglich durch Koppeln der zu ladenden Einrichtung mit der Ladestation, ohne dass ein weiterer Schritt (z.B. Identifizieren über Schlüsselkarte, Kreditkarte, RFID, etc.) notwendig wird.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung sowie aus den Ausführungsbeispielen.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
Zunächst wird hierbei in einem den Schritten S01 bis S06 vorgelagerten Schritt (S00) eine zu ladende Einrichtung (1), bevorzugt ein Fahrzeug, vorzugsweise ein Elektrofahrzeug umfassend ein Battery Management System (BMS) (10), physisch und elektrisch mit einer Ladestation (2) im öffentlichen, halböffentlichen oder privaten Raum, vorzugsweise über ein Ladekabel (5), gekoppelt. Alternativ ist auch eine induktive Kopplung zwischen dem Elektrofahrzeug (1) und der Ladestation (2) möglich.
Der halböffentliche oder private Raum bezieht sich im Sinne der Erfindung auf Orte, die der Allgemeinheit nicht, oder nur teilweise zugänglich sind. Beispielsweise kann der Begriff ein firmeninternes Parkhaus umfassen, welches ausschließlich den Mitarbeitern des Unternehmens zur Verfügung steht, aber auch eine Parkplatzanlage, die sowohl Firmenmitarbeitern, als auch anderen Personen zur Verfügung steht. In einem solchen Fall ist es notwendig, sicherzustellen, dass lediglich autorisiertes Personal die Ladeinfrastruktur nutzen kann. Ein weiteres Beispiel ist ein Mehrfamilienhaus mit einer Parkgarage. Auch hier muss sichergestellt werden, dass nur berechtigte Anwohner die Ladeinfrastruktur nutzen.
Der öffentliche Raum bezieht sich auf die für die Allgemeinheit (z.B. Fußgänger) zugängliche Ladeinfrastruktur.
Im Weiteren wird die zu ladende Einrichtung (1) hierin als ein Elektrofahrzeug bezeichnet. Es ist jedoch ebenfalls möglich, das hierin offenbarte Verfahren für eine andere Vorrichtung umfassend einen aufladbaren Akkumulator, sowie ein BMS (10) zu verwenden. Eine solche Vorrichtung kann bspw. ein Laptop, ein Tablet, oder ein Smartphone sein. Die folgende Bezeichnung der zu ladenden Einrichtung (1) als Elektrofahrzeug ist nicht einschränkend zu verstehen.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Identifizieren eines Elektrofahrzeugs (1) an einer Ladestation (2) umfasst zunächst das Prüfen der von der Ladestation bereitgestellten maximalen Ladeleistung, insbesondere des maximalen Ladestroms. Auf diese Weise kann vorteilhaft sichergestellt werden, dass die benötigte Ladeleistung vorhanden ist. Des Weiteren ist eine zeitliche Abschätzung des Ladeprozesses durchführbar, und es wird gewährleistet, dass das Elektrofahrzeug (1) mit der Ladestation (2) kompatibel ist. Somit kann zusätzlich auch von Seiten der Ladestation (2) sichergestellt werden, dass das Elektrofahrzeug (1) und der ihm zugeordnete Akkumulator durch den Ladeprozess keinen Schaden nehmen, und dass zeitliche Abläufe zum Beispiel in einem Betrieb, die an der Einsatzfähigkeit eines Elektrofahrzeugs hängen, eingehalten werden können.
Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst außerdem in einem weiteren Schritt das Einprägen eines elektrischen Signals, besonders bevorzugt eines Stromsignals. Zu diesem Zweck wird die Ladeleistung, die von der Ladestation (2) bereitgestellt und über das Ladekabel (5) dem Elektrofahrzeug (1) zur Verfügung gestellt wird, mit einer bestimmten Signalform versehen.
Während des Ladeprozesses stellt die Ladestation (2) nach dem erfindungsgemäßen Verfahren eine Ladeleistung bereit. Die Ladeleistung wird durch das Regulieren und/oder zeitliche Steuern der Ladespannung am Ausgang der Ladestation (2), also an der Verbindung der Ladestation und des angeschlossenen Ladekabels (5), angepasst. Bei der Spannung handelt es sich um Wechselspannung oder Gleichspannung, besonders bevorzugt Wechselspannung.
In einer Ausgestaltung ist das von der Ladestation (2) erzeugte elektrische Signal, besonders bevorzugt ein Stromsignal, derart ausgestaltet, dass es ein periodisches, also sich zeitlich wiederholendes Stromsignal ist, wobei die Amplitude des periodischen Stromsignals zwischen zumindest zwei deutlich unterscheidbaren Werten alterniert. Insbesondere handelt es sich bei dem Stromsignal um ein Signal, dass durch ein pulsweitenmoduliertes Spannungssignal erzeugt wird.
Unter Pulsweitenmodulation versteht der Fachmann eine Modulationsart. Hierbei wird ein Ausgangssignal mit fester Frequenz, bevorzugt ein Rechtecksignal, mit Hilfe eines von ihm verschiedenen Informationssignals, bspw. ein Sägezahnsignal oder ein Sinussignal oder ein Rechtecksignal, derart moduliert, dass das zeitliche Verhältnis zwischen der Zeit, bei der das Ausgangssignal eine hohe Amplitude aufweist (t₁, Einschaltzeit), und der Zeit, bei der das Ausgangssignal eine niedrige Amplitude aufweist (t₂), variierbar ist. Die Summe der Zeit, während der sich das Signal bei niedriger und bei hoher Amplitude befindet, bezeichnet man als Periodendauer (T). Das Verhältnis der Periodendauer T und der Einschaltzeit t₁ wird als Tastverhältnis oder Duty Cycle bezeichnet. Durch den Duty Cycle eines pulsweitenmodulierten Spannungssignals an einem elektrischen Verbraucher kann die Amplitude des Stromsignals, welches der elektrische Verbraucher empfängt, eingestellt werden.
Das Spannungssignal ist derart ausgestaltet, dass die Frequenz des pulsweitenmodulierten Spannungssignals vorzugsweise 1 kH beträgt, d.h. die Einschaltzeit t₁ des Spannungssignals variiert in einem Zeitbereich zwischen 0.1 ms und 1 ms. Beispielsweise ist das von der Ladestation (2) vorgegebene Informationssignal zum Erzeugen des pulsweitenmodulierten Spanungssignals ein periodisches Rechtecksignal, Sinussignal oder Sägezahnsignal, bevorzugt ein Rechtecksignal. Vorzugsweise wird das pulsweitenmodulierte Spannungssignal periodisch wiederholend gesendet. Durch ein periodisch wiederholtes Spannungssignal kann vorteilhaft eine geringere Fehleranfälligkeit beim Identifizieren und Detektieren des eingeprägten elektrischen Signals erreicht werden.
In einer weiteren Ausgestaltung ist das von der Ladestation (2) erzeugte elektrische Signal, besonders bevorzugt ein Stromsignal, derart ausgestaltet, dass es sich um ein einmaliges Stromsignal, das heißt eine einmalige Signalabfolge handelt. Insbesondere handelt es sich bei dem Stromsignal um ein Stromsignal, dass durch ein pulsweitenmoduliertes Spannungssignal erzeugt wird.
Das Spannungssignal ist derart ausgestaltet, dass die Frequenz des pulsweitenmodulierten Spannungssignals vorzugsweise 1 kH beträgt, d.h. die Einschaltzeit t₁ des Spannungssignals variiert in einem Zeitbereich zwischen 0.1 ms und 1 ms. Beispielsweise ist das von der Ladestation (2) vorgegebene Informationssignal zum Erzeugen des pulsweitenmodulierten Spannungssignals ein Rechtecksignal oder ein Sinussignal oder ein Sägezahnsignal, bevorzugt jedoch das Rechtecksignal. Durch ein einmaliges Senden des Spannungssignals wird die zum Identifizieren benötigte Zeit vorteilhaft verkürzt.
Das pulsweitenmodulierte Spannungssignal ist derart eingerichtet, dass seine Amplitude zwischen zwei deutlich unterscheidbaren Werten variiert. Bevorzugt variiert die Amplitude des Spannungssignals zwischen minus zwölf Volt und zwölf Volt, besonders bevorzugt zwischen minus zwölf Volt und sechs Volt.
In einer Ausgestaltung handelt es sich bei dem eingeprägten elektrischen Signal um ein Stromsignal. Vorzugsweise alterniert das eingeprägte elektrische Stromsignal zwischen sechs Ampere und 32 Ampere. Bevorzugt ändert sich der Wert des eingeprägten Stromsignals um zumindest zwei bis acht Ampere, besonders bevorzugt zwei bis vier Ampere, ganz besonders bevorzugt zwei bis drei Ampere.
In einer weiteren Ausführung verhält sich das eingeprägte elektrische Signal stufenförmig. Dabei alterniert das eingeprägte elektrische Signal zwischen einer minimalen Amplitude, vorzugsweise zumindest sechs Ampere, einer davon verschiedenen, maximalen Amplitude und zumindest einer weiteren, von der maximalen Amplitude deutlich unterscheidbaren Amplitude.
Ein solches alternierendes eingeprägtes elektrisches Signal ist vorzugsweise von dem im Elektrofahrzeug (1) verbauten Management System, insbesondere von dem im Elektrofahrzeug fest verbauten Battery Management System (BMS) (10) so detektierbar, dass die detektierten Amplituden des eingeprägten elektrischen Signals klar unterscheidbar sind. Vorteilhaft kann durch ein solches Verfahren auf weitere Elektronik in der Ladestation (2), beispielsweise zum Auslesen eines RFID-Tags oder einer Schnittstelle zum Empfangen eines nutzerspezifischen Signals (bspw. zum Empfangen von Kreditkartendaten) verzichtet werden.
Weiterhin umfasst das erfindungsgemäße Verfahren das Erkennen des vom BMS (10) detektierten eingeprägten elektrischen Signals. In einer Ausgestaltung erfolgt das Erkennen des vom BMS (10) detektierten eingeprägten elektrischen Signals durch eine fahrzeugfremde, mit dem BMS des Elektrofahrzeugs (1) gekoppelte Recheneinheit (3). Die Recheneinheit (3) ist derart ausgestaltet, dass sie mit dem BMS (10) über einen On-Board-Diagnose (OBD) Anschluss gekoppelt ist. Unter On-Board-Diagnose versteht der Fachmann ein Fahrzeugdiagnosesystem, welches vom Fahrzeug gesammelte Daten und Fehlermeldungen bezüglich dessen Funktion, einschließlich Daten des BMS, über genormte Schnittstellen auslesbar und analysierbar macht.
Durch das Koppeln einer fahrzeugfremden Recheneinheit (3) mit dem BMS (10) über eine genormte Schnittstelle ist vorteilhaft das Auswerten der Fahrzeugdaten für unterschiedliche Fahrzugtypen analog realisierbar.
Die fahrzeugfremde, mit dem BMS (10) des Elektrofahrzeugs (1) gekoppelte Recheneinheit (3) umfasst weiterhin ein Speichermedium, welches ein Computerprogrammprodukt enthält. Insbesondere beinhaltet das Computerprogrammprodukt Instruktionen, die es ermöglichen, das vom BMS (10) detektierte eingeprägte elektrische Signal mittels des Koppelns via OBD Anschluss auszulesen und in ein digitales Datenformat umzuwandeln. Somit kann das eingeprägte elektrische Signal in eine für ein Übertragen des Signals günstige, also gut über eine Datenkommunikationsschnittstelle übertragbare, Signalform umgewandelt werden.
Des Weiteren umfasst die fahrzeugfremde, mit dem BMS (10) des Elektrofahrzeugs (1) gekoppelte Recheneinheit (3) eine Datenkommunikationsschnittstelle. Die Datenkommunikationsschnittstelle ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass sie eine Datenübertragung mittels eines kontaktlosen Datenübertragungsformates ermöglicht. Dabei kann vorgesehen sein, dass die Datenübertragung von der fahrzeugfremden, mit dem BMS (10) des Elektrofahrzeugs (1) gekoppelten Recheneinheit (3) über ein drahtloses Netzwerk an eine vom ladenden Elektrofahrzeug und der Ladestation (2) räumlich entfernte Recheneinheit (4), oder von der fahrzeugfremden, mit dem BMS des Elektrofahrzeugs gekoppelten Recheneinheit über ein Endgerät an eine vom ladenden Elektrofahrzeug und der Ladestation räumlich entfernte Recheneinheit realisiert wird. Eine räumlich entfernte Recheneinheit bezieht sich im Sinne der Erfindung auf eine Recheneinheit (4), die sich an einem anderen Ort als die Ladestation (2) und das zu ladende Elektrofahrzeug (1) befindet. Handelt es sich beispielsweise bei der Ladestation (2) um eine Ladestation, welche am Ort einer Zweigniederlassung einer Firma installiert ist, so kann sich die vom ladenden Elektrofahrzeug (1) und der Ladestation (2) räumlich entfernte Recheneinheit (4) in der Firmenzentrale an einem anderen Ort befinden.
Vorzugsweise findet die Datenübertragung über ein standardisiertes Datenübertragungsverfahren, bspw. via Bluetooth, Mobilfunk (z.B. LTE oder 5G), LoRaWAN oder bevorzugt WLAN statt.
In einem weiteren Schritt erfolgt, im Sinne des erfindungsgemäßen Verfahrens, das Übertragen des in ein digitales Signal umgewandelten, detektierten eingeprägten elektrischen Signals an eine vom ladenden Elektrofahrzeug (1) und der Ladestation (2) räumlich entfernte Recheneinheit (4).
In einer Ausgestaltung handelt es sich bei der räumlich entfernten Recheneinheit (4) um ein lokalisiertes Rechensystem, also ein physisch greifbares, an einem festen Ort angeordnetes Rechensystem, umfassend ein Speichermedium zum Speichern von Daten, eine Prozessoreinheit zum Ausführen von Instruktionen, beispielsweise hinterlegt in einem Computerprogrammprodukt, und eine Datenkommunikationsschnittstelle zum Übertragen und Empfangen von Daten. Somit ist das Identifizieren eines Elektrofahrzeugs (1) an einer Ladestation (2) vorteilhaft aus der Entfernung und automatisiert durchführbar.
In einer weiteren Ausgestaltung handelt es sich bei der vom Elektrofahrzeug (1) und der Ladestation (2) räumlich entfernten Recheneinheit (2) um ein delokalisiertes Rechensystem. Ein delokalisiertes Rechensystem bezeichnet im Sinne der Erfindung eine verteilte Rechnerumgebung mit der Fähigkeit zum Speichern von Daten und Verarbeiten von Daten, wobei die Rechnerumgebung aus einzelnen Rechensystemen, umfassend zumindest ein Speichermedium zum Speichern von Daten, zumindest eine Prozessoreinheit zum Ausführen von Instruktionen, beispielsweise hinterlegt in einem Computerprogrammprodukt, und zumindest eine Datenkommunikationsschnittstelle zum Übertragen und Empfangen von Daten, besteht. Vorzugsweise wird eine solche verteilte Rechnerumgebung (auch als Cloud bezeichnet) verwendet, um eine größere Menge an gespeicherten Daten ausfallsicher zu hinterlegen. Beim Ausfall einer einzelnen Recheneinheit ist vorteilhaft gewährleistet, dass es nicht zu einem Verlust aller hinterlegten Daten kommt.
Die vom Elektrofahrzeug (1) und der Ladestation (2) räumlich entfernte Recheneinheit (4) ist derart eingerichtet, dass sie in einem weiteren Schritt ein in ein digitales Datenformat umgewandeltes detektiertes eingeprägtes elektrisches Signal empfängt und dieses mittels eines Computerprogrammprodukts sowohl einer, mit dem BMS (10) eines Elektrofahrzeugs gekoppelten Recheneinheit (3), insbesondere einer fahrzeugfremden Recheneinheit, als auch einer Ladestation zuordnet. Ein solches Verfahren ermöglicht vorteilhaft ein Zuordnen des Elektrofahrzeugs (1) zu der Ladestation (2), ohne dass ein Identifizieren mittels einer hardware- und/oder kostenintensiven Technologie, beispielsweise RFID-Chips oder Schlüsselschalter, notwendig wird. Das Zuordnen läuft bevorzugt automatisiert ab ohne eine Eingabe seitens des Nutzers zu erfordern.
Dabei ist vorgesehen, dass auf der vom Elektrofahrzeug (1) und der Ladestation (2) räumlich entfernten Recheneinheit (4) sowohl alle eingeprägten elektrischen Signale von unterschiedlichen verbauten Ladestationen, als auch spezifische Kennungen, die der dem Elektrofahrzeug zugeordneten, mit dem BMS (10) verbundenen Recheneinheit (3) zugeordnet sind, hinterlegt sind, die in den öffentlichen, halböffentlichen oder privaten Raum eingebunden sind.
Optional ist vorgesehen, dass das Zuordnen des in ein digitales Datenformat umgewandelten eingeprägten elektrischen Signals über ein vorbestimmtes algorithmisches Model erfolgt. Vorzugsweise kann das algorithmische Model in Abhängigkeit sämtlicher Elektrofahrzeuge (1) und Ladestationen (2), die in den öffentlichen, halböffentlichen oder privaten Raum eingebunden sind, bspw. mittels Machine Learning oder einer künstlichen Intelligenz trainiert werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst in einem letzten Schritt das Melden des zugeordneten Elektrofahrzeugs (1) an die Ladestation (2) durch die vom Elektrofahrzeug und der Ladestation räumlich entfernte Recheneinheit (4). Die Ladestation (2) ist derart eingerichtet, dass sie zumindest ein Speichermedium zum Speichern von Daten, zumindest eine Prozessoreinheit zum Ausführen von Instruktionen, beispielsweise hinterlegt in einem Computerprogrammprodukt, sowie zumindest eine Datenkommunikationsschnittstelle umfasst.
In einer Ausgestaltung der Erfindung erfolgt das Melden des zugeordneten Elektrofahrzeugs (1) direkt an die Ladestation (2) durch die vom Elektrofahrzeug und der Ladestation räumlich entfernte Recheneinheit (4). Ein solches Verfahren realisiert vorteilhaft ein schnelles und unkompliziertes Identifizieren eines Elektrofahrzeugs (1) und ermöglicht eine Kontrolle der zu ladenden Elektrofahrzeuge dahingehend, ob eine Berechtigung zum Laden vorliegt, ob genügend Kapazitäten für den Ladeprozess vorhanden sind und ob das Elektrofahrzeug mit der Ladestation (2) kompatibel ist.
In einer weiteren Ausgestaltung erfolgt das Melden des zugeordneten Elektrofahrzeugs (1) indirekt an die Ladestation (2), wobei zunächst ein Melden des zugeordneten Elektrofahrzeugs und der zugeordneten Ladestation an eine fahrzeugfremde, mit dem BMS (10) eines Elektrofahrzeugs gekoppelte Recheneinheit (3) erfolgt. In einem weiteren Schritt erfolgt im Anschluss das Melden des zugeordneten Elektrofahrzeugs (3) durch die fahrzeugfremde, mit dem BMS (10) des Elektrofahrzeugs (1) gekoppelte Recheneinheit (3) an die zugeordnete Ladestation (2). Ergänzend zu den obengenannten Vorteilen, bietet dieses Verfahren eine zusätzliche Sicherheit bei der Fahrzeugauthentifizierung, da nur ein Elektrofahrzeug (1) identifiziert werden kann, welches über eine erfindungsgemäße fahrzeugfremde, mit dem BMS (10) des Elektrofahrzeugs gekoppelte Recheneinheit (3) verfügt. Somit kann vorteilhaft verhindert werden, dass Elektrofahrzeuge, die nicht der eigenen Fahrzeugflotte zugehörig sind, den Ladeprozess initiieren können.
In einer Ausgestaltung ist das erfindungsgemäße Verfahren derart eingerichtet, dass der Ladeprozess eines zugeordneten Elektrofahrzeugs (1) an der Ladestation (2) dezentral steuerbar und/oder beendbar ist. Das Steuern und/oder Beenden des Ladeprozesses ist hierbei vorzugsweise durch einen Nutzer oder automatisiert mit Hilfe eines Computerprogrammproduktes möglich. Zum Ausführen des Steuerns und/oder Beendens des Ladeprozesses des Elektrofahrzeugs (1) wird erfindungsgemäß zumindest eine Recheneinheit eingesetzt, umfassend ein Speichermedium zum Speichern von Daten, eine Prozessoreinheit zum Ausführen von Instruktionen, beispielsweise hinterlegt in einem Computerprogrammprodukt, sowie eine Datenkommunikationsschnittstelle. Besonders bevorzugt handelt es sich bei der Recheneinheit um eine mobile Recheneinheit, beispielsweise ein Smartphone, Tablet oder Laptop. Vorteilhaft erfolgt das Steuern und/oder Beenden des Ladeprozesses somit zeitlich und räumlich flexibel.
In einer weiteren Ausgestaltung erfolgt das dezentrale Steuern und/oder Beenden des Ladeprozesses eines zugeordneten Elektrofahrzeugs (1) über eine vom ladenden Elektrofahrzeug und der Ladestation (2) entfernte Recheneinheit (4). Bevorzugt erfolgt das Steuern und/oder Beenden des Ladeprozesses des zugeordneten Elektrofahrzeugs (1) automatisiert über ein auf dem Speichermedium der vom ladenden Elektrofahrzeug und der Ladestation (2) entfernten Recheneinheit (4) hinterlegtes Computerprogrammprodukt. Durch ein solches Verfahren ist vorteilhaft ein automatisierter Ladeprozess für ein oder mehrere Elektrofahrzeuge (1) einer Flotte zeitlich regelbar und beispielsweise an einen Einsatz- oder Dienstplan koppelbar.
Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst weiterhin eine Ladestation (2), welche das Laden mittels Gleichstrom, Wechselstrom oder Drehstrom ermöglicht, die derart eingerichtet ist, dass sie zumindest ein Modul enthält, welches das oben beschriebene elektrische Signal mit alternierenden Signalstärken erzeugt. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Modul um eine fest in der Ladestation (2) verbaute Elektronik (20).
In einer Ausgestaltung erfolgt das Erzeugen des elektrischen Signals mit alternierenden Signalstärken über die fest in der Ladestation (2) verbaute Elektronik (20). Bevorzugt handelt es sich bei dem eingeprägten elektrischen Signal um ein Stromsignal, ganz besonders bevorzugt um ein Stromsignal, welches periodisch, also sich zeitlich wiederholend, ist, und eine Amplitude aufweist, die zwischen zumindest zwei deutlich unterscheidbaren Werten alterniert. Besonders bevorzugt werden die zumindest zwei deutlich unterscheidbaren Werte der Amplitude des Stromsignals dadurch erzeugt, dass ein von der Ladestation (2) bereitgestelltes Spannungssignal durch eine von der Elektronik (20) umfasste Schaltung pulsweitenmoduliert wird. Bei der von der Elektronik (20) umfassten Schaltung handelt es sich bspw. um einen Schalter und/oder eine Kippstufe und/oder einen Oszillator. Durch einen solchen Aufbau ist die Form des eingeprägten elektrischen Signals nicht von weiteren zeitintensiven Berechnungen abhängig. Somit ist ein Elektrofahrzeug (1) vorteilhaft automatisch an einer Ladestation (2) identifizierbar
In einer weiteren Ausgestaltung erfolgt das Erzeugen des elektrischen Signals mit alternierenden Signalstärken über ein Computerprogrammprodukt, welches auf einem Speichermedium der von der Ladestation (2) umfassten Elektronik (20) hinterlegt ist. Bevorzugt handelt es sich bei dem eingeprägten elektrischen Signal um ein Stromsignal, besonders bevorzugt um ein periodisches, also sich zeitlich wiederholendes, Stromsignal, welches über eine Amplitude verfügt, die zwischen zumindest zwei deutlich unterscheidbaren Werten alterniert. Besonders bevorzugt werden die zumindest zwei deutlich unterscheidbaren Werte der Amplitude des Stromsignals dadurch erzeugt, dass ein von der Ladestation bereitgestelltes Spannungssignal durch eine von der Elektronik (20) umfasste Recheneinheit durch das Ausführen eines Computerprogrammprodukts pulsweitenmoduliert wird. Bei der von der Elektronik (20) umfassten Recheneinheit handelt es sich in dieser Ausgestaltung um ein Microcontroller. Somit ist gewährleistet, dass das Stromsignal zum Identifizieren eines Elektrofahrzeugs (1) an einer Ladestation (2) vorteilhaft variabel und an die aktuelle Netzauslastung anpassbar ist.
In einer weiteren Ausgestaltung erfolgt das Erkennen des vom BMS (10) detektierten eingeprägten elektrischen Signals direkt über das BMS eines Elektrofahrzeugs (1) selbst. Das BMS (10) ist derart ausgestaltet, dass es ein Speichermedium, welches ein Computerprogrammprodukt enthält, eine Prozessoreinheit zum Ausführen von Instruktionen, sowie eine Datenkommunikationsschnittstelle zum kontaktlosen Übertragen von Daten umfasst. Insbesondere beinhaltet das Computerprogrammprodukt Instruktionen, die es ermöglichen, das vom BMS (10) detektierte eingeprägte elektrische Signal in ein digitales Datenformat umzuwandeln. Somit kann das eingeprägte elektrische Signal in eine für ein Übertragen des Signals günstige, also gut über eine Datenkommunikationsschnittstelle übertragbare, Signalform umgewandelt werden.
Im Sinne des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt das Übertragen des in ein digitales Signal umgewandelten, detektierten eingeprägten elektrischen Signals über die vom BMS (10) des Elektrofahrzeugs (1) umfasste Datenkommunikationsschnittstelle zum kontaktlosen Übertragen von Daten an eine vom ladenden Elektrofahrzeug und einer Ladestation (2) entfernte Recheneinheit (4). Durch eine Integration der Datenübertragung in das BMS (10) kann vorteilhaft Hardware eingespart, und ein zusätzlicher Aufwand durch Nachrüsten des Elektrofahrzeugs (1) vermieden werden.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft die Verwendung des hierin definierten Verfahrens zum Steuern und/oder Beenden eines oder mehrerer Ladeprozesse zumindest einer zu ladenden Einrichtung, insbesondere eines Elektrofahrzeugs (1) an einer elektrischen Ladestation (2), wie hierin beschrieben, im öffentlichen, halböffentlichen oder privaten Raum, sowie die Auswertung und Abrechnung der abgerufenen Ladeleistungen.
Die Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens erlaubt das Überwachen und Steuern, beispielsweise einer Elektrofahrzeugflotte einer Firma angepasst an die Dienstpläne und Einsatzzeiten der Elektrofahrzeuge (1), sowie die Kontrolle der abgegebenen Ladeleistung und das Sicherstellen der Kompatibilität der jeweiligen Elektrofahrzeuge mit der Ladestation (2), an der sie angeschlossen sind. So ist vorteilhaft ein Schutz der Elektrofahrzeugflotte, eine Kontrolle der Energieabgabe und eine Optimierung der Ladeprozesse der Flotte ermöglicht.
Das Verwenden des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Abrechnung der abgerufenen Leistung erlaubt zudem ein fehlerfreies Zuordnen einer zu ladenden Einrichtung, insbesondere eines Elektrofahrzeugs (1), zu einem Ladeprozess und ermöglicht zusätzlich eine Kontrolle der Kosten, sowie einen Abgleich der benötigten Leistung mit der zurückgelegten Strecke.
Ausführungsbeispiele
Anhand folgender Figuren und Ausführungsbeispiele wird die vorliegende Erfindung näher erläutert, ohne die Erfindung auf diese zu beschränken.
Dabei zeigt

1 Eine schematische Ansicht eines Aufbaus nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Identifizieren einer zu ladenden Einrichtung (1), hier eines Elektrofahrzeugs (1), an einer Ladestation (2) und zum Steuern von dessen Ladeprozess, wobei das Elektrofahrzeug (1) durch ein Ladekabel (5) mit der Ladestation (2) gekoppelt ist, und derart ausgestaltet ist, dass es über ein BMS (10) und eine mit dem BMS (10) verbundene, fahrzeugfremde Recheneinheit (3) verfügt, und wobei die fahrzeugfremde Recheneinheit (3) mit einer vom Elektrofahrzeug (1) und der Ladestation (2) räumlich entfernten Recheneinheit (4) über eine Datenkommunikationsschnittstelle gekoppelt ist, und wobei die Ladestation (2) eine Elektronik (20) mit einer Recheneinheit umfasst, die derart ausgestaltet ist, dass sie mit der vom Elektrofahrzeug (1) und der Ladestation (2) räumlich entfernten Recheneinheit (4) über eine Datenkommunikationsschnittstelle gekoppelt oder koppelbar ist.
2 Eine schematische Ansicht eines Aufbaus nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Identifizieren einer zu ladenden Einrichtung (1), hier eines Elektrofahrzeugs (1), an einer Ladestation (2) und zum Steuern von dessen Ladeprozess, wobei das Elektrofahrzeug (1) durch ein Ladekabel (5) mit der Ladestation (2) gekoppelt ist, und derart ausgestaltet ist, dass es über ein BMS (10) und eine in das BMS (10) des Elektrofahrzeugs (1) integrierte Recheneinheit (3) verfügt, und wobei die in das BMS (10) des Elektrofahrzeugs (1) integrierte Recheneinheit (3) mit einer vom Elektrofahrzeug (1) und der Ladestation (2) räumlich entfernten Recheneinheit (4) über eine Datenkommunikationsschnittstelle gekoppelt ist, und wobei die Ladestation eine Elektronik (20) mit einer Recheneinheit umfasst, die derart ausgestaltet ist, dass sie mit der vom Elektrofahrzeug (1) und der Ladestation (2) räumlich entfernten Recheneinheit (4) über eine Datenkommunikationsschnittstelle gekoppelt oder koppelbar ist.
3 Eine schematische Ansicht eines Aufbaus nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Identifizieren einer zu ladenden Einrichtung (1), hier eines Elektrofahrzeugs (1), an einer Ladestation (2) und zum Steuern von dessen Ladeprozess, wobei das Elektrofahrzeug (1) durch ein Ladekabel (5) mit der Ladestation (2) gekoppelt ist, und derart ausgestaltet ist, dass es über ein BMS (10) und eine mit dem BMS (10) verbundene, fahrzeugfremde Recheneinheit (3) verfügt, und wobei die fahrzeugfremde Recheneinheit (3) mit einer vom Elektrofahrzeug (1) und der Ladestation (2) räumlich entfernten Recheneinheit (4) über eine Datenkommunikationsschnittstelle gekoppelt ist, und wobei die Ladestation (2) eine Elektronik (20) mit einer Recheneinheit umfasst, die derart ausgestaltet ist, dass sie mit der mit dem BMS (10) verbundenen, fahrzeugfremden Recheneinheit (3) über eine Datenkommunikationsschnittstelle gekoppelt oder koppelbar ist.
4 Eine schematische Ansicht eines Aufbaus nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Identifizieren einer zu ladenden Einrichtung (1), hier eines Elektrofahrzeugs (1), an einer Ladestation (2) und zum Steuern von dessen Ladeprozess, wobei das Elektrofahrzeug (1) durch ein Ladekabel (5) mit der Ladestation (2) gekoppelt ist, und derart ausgestaltet ist, dass es über ein BMS (10) und eine mit dem BMS (10) verbundene, fahrzeugfremde Recheneinheit (3) verfügt, und wobei die fahrzeugfremde Recheneinheit (3) mit einer vom Elektrofahrzeug (1) und der Ladestation (2) räumlich entfernten Recheneinheit (4) über eine Datenkommunikationsschnittstelle gekoppelt ist, die derart eingerichtet ist, dass es sich bei der entfernten Recheneinheit (4) um eine verteilte Rechnerumgebung, auch Cloud, handelt, und wobei die Ladestation (2) eine Elektronik (20) mit einer Recheneinheit umfasst, die derart ausgestaltet ist, dass sie mit der vom Elektrofahrzeug (1) und der Ladestation (2) räumlich entfernten Recheneinheit (4) über eine Datenkommunikationsschnittstelle gekoppelt oder koppelbar ist.
6 Spannungsdiagramm für das durch die Elektronik (20) der Ladestation (2) erzeugte pulsweitenmodulierte Spannungssignal

Die 1 visualisiert in einem ersten Ausführungsbeispiel das erfindungsgemäße Verfahren, umfassend ein an eine Ladestation (2) durch ein Ladekabel (5) gekoppeltes Elektrofahrzeug (1). Das Koppeln des Elektrofahrzeugs (1) erfolgt dabei durch ein dafür ausgelegtes Ladekabel (5), das derart ausgestaltet ist, dass es die für das Laden des Elektrofahrzeugs (1) benötigte Leistung übertragen kann. Dem Elektrofahrzeug (1) zugeordnet ist eine mit dem BMS (10) des Elektrofahrzeugs (1) verbundene, fahrzeugfremde Recheneinheit (3), welche durch einen OBD-Adapter mit dem BMS (10) des Elektrofahrzeugs (1) verbunden ist. Vom Elektrofahrzeug (1) und der Ladestation (2) räumlich entfernt angeordnet befindet sich eine weitere Recheneinheit (4), welche derart ausgestaltet ist, dass es sich dabei um eine lokalisierte, also physisch greifbare Recheneinheit (4), insbesondere einen PC handelt.
In einem ersten Schritt (S01) gibt die Ladestation (2) in dieser Ausgestaltung die maximale Ladeleistung vor, die von der Ladestation (2) zur Verfügung gestellt wird. In dieser Ausgestaltung wird dabei der maximale Ladestrom von der Ladestation (2) vorgegeben.
In dieser Ausgestaltung prägt die Ladestation (2) im nächsten Schritt (S02) ein elektrisches Signal ein. Bei diesem elektrischen Signal handelt es sich um ein Stromsignal. Das Stromsignal ist derart eingerichtet, dass es periodisch, also sich zeitlich wiederholend, ist und so ausgestaltet, dass die Amplitude des periodischen Signals zwischen zwei deutlich unterscheidbaren Werten alterniert. In dieser Ausgestaltung variiert das Stromsignal zwischen den Amplituden sechs Ampere und zehn Ampere, wobei das Stromsignal zunächst eine Amplitude von sechs Ampere, dann zehn Ampere und dann wieder sechs Ampere aufweist, In dieser Ausgestaltung handelt es sich bei dem Stromsignal um ein Rechtecksignal. Zum Einprägen des elektrischen Stromsignals umfasst die Ladestation (2) eine Elektronik (20). Die Elektronik (20) ist derart eingerichtet, dass sie ein von der Ladestation (2) bereitgestelltes Spannungssignal durch eine von ihr umfasste Schaltung pulsweitenmoduliert. In dieser Ausgestaltung handelt es sich bei der von der Elektronik (20) umfassten Schaltung um eine Schaltung umfassend zumindest einen Oszillator.
In einem nächsten Schritt (S03) wird das eingeprägte Stromsignal von einem dem Elektrofahrzeug (1) zugeordneten BMS (10) detektiert. In dieser Ausgestaltung ist das BMS (10) des Elektrofahrzeugs (1) über einen OBD Anschluss mit einer fahrzeugfremden Recheneinheit (3) gekoppelt. Die fahrzeugfremde Recheneinheit (3) ist derart ausgestaltet, dass über den OBD Anschluss das vom BMS (10) detektierte eingeprägte Stromsignal durch die Recheneinheit (3) auslesbar ist. Weiterhin ist die Recheneinheit (3) derart ausgestaltet, dass sie eine Kommunikationsschnittstelle, eine Prozessoreinheit sowie ein computerlesbares Speichermedium umfasst, wobei das Speichermedium ein Computerprogrammprodukt enthält, welches derart ausgestaltet ist, dass es das Auslesen und Übertragen des vom BMS (10) des Elektrofahrzeugs (1) detektierten eingeprägten elektrischen Signals ausführbar verwirklicht.
Des Weiteren umfasst das erfindungsgemäße Verfahren in dieser Ausgestaltung in einem weiteren Schritt (S04) das Übertragen des durch die fahrzeugfremde Recheneinheit (3) ausgelesenen eingeprägten elektrischen Signals an eine von der Ladestation (2) und dem gekoppelten Elektrofahrzeug (1) räumlich entfernte Recheneinheit (4). In dieser Ausgestaltung handelt es sich bei der Recheneinheit (4) um eine lokalisierte Recheneinheit (4), umfassend eine Kommunikationseinheit, eine Prozessoreinheit sowie computerlesbares Speichermedium, wobei das Speichermedium ein Computerprogrammprodukt enthält. Das Computerprogrammprodukt ist derart ausgestaltet, dass es das Empfangen und Zuordnen eines ausgelesenen eingeprägten elektrischen Signals zu einer einem Elektrofahrzeug (1) zugeordneten sendenden Recheneinheit (3) und einer mit dem Elektrofahrzeug (1) gekoppelten Ladestation (2) ausführbar verwirklicht.
In dieser Ausgestaltung handelt es sich bei der vom Elektrofahrzeug (1) und der Ladestation (2) räumlich entfernten Recheneinheit (4) um einen PC. Weitere Ausgestaltungen, wobei es sich bei der Recheneinheit (4) beispielsweise um einen Laptop, ein Tablet oder ein Mobiltelefon handelt, sind möglich.
Die hierin beschriebene erste Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst in einem weiteren Schritt (S05) das Zuordnen des empfangenen ausgelesenen eingeprägten elektrischen Signals durch die vom Elektrofahrzeug (1) und der Ladestation (2) räumlich entfernte Recheneinheit (4) zu einer einem Elektrofahrzeug (1) zugeordneten sendenden Recheneinheit (3) und einer Ladestation (2). Hierbei wird in diesem Ausführungsbeispiel auf eine im Speichermedium der entfernten Recheneinheit (4) hinterlegte Datenbank zurückgegriffen.
In einem nächsten Schritt (S06) wird das erfolgreiche Zuordnen des empfangenen ausgelesenen eingeprägten elektrischen Signals durch die vom Elektrofahrzeug (1) und der Ladestation (2) räumlich entfernte Recheneinheit (4) an die Ladestation (2) gemeldet. Hierzu verfügt die von der Ladestation (2) umfasste Elektronik (20) über eine Recheneinheit, umfassend ein computerlesbares Speichermedium, eine Prozessoreinheit und eine Kommunikationsschnittstelle, wobei das Speichermedium ein Computerprogrammprodukt enthält, welches das Melden des erfolgreichen Zuordnens des empfangenen ausgelesenen eingeprägten elektrischen Signals durch die vom Elektrofahrzeug (1) und der Ladestation (2) räumlich entfernte Recheneinheit (4) ausführbar verwirklicht. Des Weiteren ermöglicht das Computerprogrammprodukt das Empfangen und Umsetzen von Befehlen zum Steuern und/oder Beenden des Ladeprozesses des angeschlossenen Elektrofahrzeugs (1) durch die vom Elektrofahrzeug (1) und der Ladestation (2) räumlich entfernte Recheneinheit (4). Somit ist der Ladeprozess des angeschlossenen Elektrofahrzeugs (1) durch einen Nutzer und/oder einen Algorithmus steuerbar und/oder beendbar.
In diesem Ausführungsbeispiel sind die Kommunikationsschnittstellen der vom Elektrofahrzeug (1) und der Ladestation (2) räumlich entfernten Recheneinheit (4), der von der Ladestation (2) umfassten Elektronik (20) zugeordneten Recheneinheit und der dem Elektrofahrzeug (1) zugeordneten, fahrzeugfremden Recheneinheit (3) derart ausgestaltet, dass sie eine Datenkommunikation über WLAN ermöglichen.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens wie in 2 visualisiert, handelt es sich bei der dem Elektrofahrzeug (1) zugeordneten Recheneinheit (3) um eine ins BMS (10) des Elektrofahrzeugs (1) integrierte Recheneinheit. In dieser Ausgestaltung wird das von der Ladestation (2) eingeprägte Stromsignal analog zum beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel von einem dem Elektrofahrzeug (1) zugeordneten BMS (10) detektiert. Das detektierte eingeprägte elektrische Signal wird von der ins BMS (10) integrierten Recheneinheit (3) an eine entfernte Recheneinheit (4), wie in der vorigen Ausgestaltung beschreiben, übermittelt.
Die 3 zeigt in einem weiteren Ausführungsbeispiel einen Aufbau analog zum ersten Ausführungsbeispiel, umfassend ein Elektrofahrzeug (1), eine Ladestation (2), eine dem Elektrofahrzeug (1) zugeordnete, mit dem BMS (10) des Elektrofahrzeugs (1) über einen OBD Anschluss gekoppelte fahrzeugfremde Recheneinheit (3), sowie eine vom Elektrofahrzeug (1) und der Ladestation (2) räumlich entfernte Recheneinheit (4), wobei es sich um eine lokalisierte, d.h. physisch greifbare Recheneinheit, insbesondere um einen PC, handelt. Analog zum ersten Ausführungsbeispiel wird auch hier ein maximaler Ladestrom durch die Ladestation (2) vorgegeben, ein elektrisches Signal, insbesondere ein Stromsignal eingeprägt (S01), welches vom BMS (10) des Elektrofahrzeugs (1) detektiert und von der mit dem BMS (10) des Elektrofahrzeugs (1) gekoppelten, fahrzeugfremden Recheneinheit (3) ausgelesen und an die vom Elektrofahrzeug (1) und der Ladestation (2) entfernte Recheneinheit (4) übermittelt wird. Durch die vom Elektrofahrzeug (1) und der Ladestation (2) räumlich entfernte Recheneinheit (4) erfolgt das Zuordnen des empfangenen ausgelesenen eingeprägten elektrischen Signals zu der sendenden Recheneinheit (3) und der Ladestation (2).
In einem weiteren Schritt (S06) meldet die vom Elektrofahrzeug (1) und der Ladestation (2) räumlich entfernte Recheneinheit (4) das zugeordnete empfangene ausgelesene eingeprägte elektrische Signal an die mit dem BMS (10) des Elektrofahrzeugs (1) über einen OBD Anschluss gekoppelte, fahrzeugfremde Recheneinheit (3). Die mit dem BMS (10) über einen OBD Anschluss gekoppelte, fahrzeugfremde Recheneinheit (3) ist derart eingerichtet, dass sie über eine Kommunikationsschnittstelle verfügt, sodass ein Signal an die von der Ladestation (2) umfasste Elektronik (20) durch die Recheneinheit (3) übermittelbar ist, welches das erfolgte Zuordnen durch die vom Elektrofahrzeug (1) und der Ladestation (2) räumlich entfernte Recheneinheit (4) bestätigt und den Ladevorgang freigibt. Die Kommunikationsschnittstelle ist derart eingerichtet, dass sie eine Datenkommunikation zwischen der mit dem BMS (10) des Elektrofahrzeugs (1) über einen OBD Anschluss gekoppelten, fahrzeugfremden Recheneinheit (3) und einer der Ladestation (2) zugeordneten Elektronik (20), umfassend eine Recheneinheit, via WLAN, oder einer anderen Funkverbindung, ermöglicht. Der Ladeprozess ist durch die vom Elektrofahrzeug (1) und der Ladestation (2) entfernte Recheneinheit (4) über die mit dem BMS (10) des Elektrofahrzeugs (1) über einen OBD Anschluss gekoppelte, fahrzeugfremde Recheneinheit (3) steuerbar und/oder beendbar.
Die 4 zeigt in einem weiteren Ausführungsbeispiel eine vom Elektrofahrzeug (1) und der Ladestation (2) entfernte Recheneinheit (4), die derart ausgestaltet ist, dass es sich um eine verteilte Rechnerumgebung handelt. Eine verteilte Rechnerumgebung bezieht sich im Sinne der Erfindung auf eine Rechensystem umfassend mehrere separate Recheneinheiten, die über Kommunikationsschnittstellen einen Datenaustausch realisierbar verwirklichen. In diesem Ausführungsbeispiel handelt es sich bei der verteilten Recheneinheit um eine Cloud.
In diesem Ausführungsbeispiel übermittelt die mit dem BMS (10) des Elektrofahrzeugs (1) gekoppelte Recheneinheit (3) das ausgelesene eingeprägte elektrische Signal an die vom Elektrofahrzeug (1) und der Ladestation (2) räumlich entfernte verteilte Recheneinheit (4), welche das Signal in einem weiteren Schritt (S06) an die Ladestation (2) meldet und somit den Ladeprozess des Elektrofahrzeugs (1) steuerbar und/oder beendbar macht.
Alternativ ist auch eine weitere Ausgestaltung denkbar, in der das Elektrofahrzeug (1) mit der Ladestation (2) über Induktion zum Laden gekoppelt ist. Die Ladestation (2) umfasst dabei eine Spule, welche in einem Bereich um die Ladestation (2) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladestation (2) in der Spule durch eine angelegte elektrische Leistung, insbesondere durch eine angelegte Spannung oder einen die Spule durchfließenden Strom, ein Magnetfeld induziert. Dabei wird das Stromsignal durch die Ladestation (2) über eine Veränderung im Magnetfeld der Spule erzeugt. Das dem Elektrofahrzeug (1) zugeordnete BMS (10) detektiert das eingeprägte elektrische Signal, welches analog zu dem ersten Ausführungsbeispiel ausgelesen und weiter prozessiert wird.
Die 5 zeigt in einem weiteren Ausführungsbeispiel einen Aufbau wie in 4 wobei es sich bei der zu ladenden Einrichtung um ein Smartphone (1) handelt. In diesem Ausführungsbeispiel übermittelt die mit dem BMS (10) des Smartphones (1) gekoppelte Recheneinheit (3) das ausgelesene eingeprägte elektrische Signal an eine vom Smartphone (1) und der Ladestation (2) räumlich entfernte verteilte Recheneinheit (4), welche das Signal in einem weiteren Schritt (S06) an die Ladestation (2) meldet und somit den Ladeprozess des Smartphones (1) steuerbar und/oder beendbar macht.
In 6 ist das Erzeugen des eingeprägten elektrischen Stromsignals über ein von der Ladestation (2) vorgegebenes, pulsweitenmoduliertes Spannungssignal verdeutlicht. Die Ladestation (2) ist derart eingerichtet, dass sie eine Elektronik (20) umfasst, wobei die Elektronik (20) eine Schaltung umfasst, die derart ausgelegt ist, dass sie ein pulsweitenmoduliertes Spannungssignal erzeugt. In diesem Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem Spannungssignal um ein Rechtecksignal mit einer maximalen Amplitude von sechs Volt und einer minimalen Amplitude von minus zwölf Volt. Die Einschaltzeiten t₁ des Spannungssignals betragen in einem ersten Duty Cycle (201) 0,16 ms und in einem zweiten Duty Cycle (202) 0,24 ms. Im ersten Duty Cycle (201) wird in 16% der Zeit Ladeleistung für ein Elektrofahrzeug (1) bereitgestellt, was einem Ladestrom von zehn Ampere entspricht. Im zweiten Duty Cycle (202) wird in 26% der Zeit Ladeleistung für das Elektrofahrzeug bereitgestellt, was einem Ladestrom von 16 Ampere entspricht. Das Stromsignal ist somit derart ausgestaltet, dass seine Amplitude zunächst zehn Ampere und dann 16 Ampere beträgt. Das Stromsignal wird in einem nächsten Schritt von einem dem Elektrofahrzeug (1) zugeordneten BMS (10) detektiert und nach den in den vorigen Ausführungsbeispielen erläuterten Schritten ausgewertet.
Zudem ist darauf hinzuweisen, dass der Fachmann zweifelsohne erkennt, dass sich die einzelnen Merkmale, die in den vorstehenden konkreten Ausführungsformen beschrieben sind, auf angemessene Weise miteinander kombinieren lassen, soweit kein Widerspruch vorliegt, wobei zum Vermeiden unnötiger Wiederholung auf eine separate Beschreibung verschiedener möglicher Kombinationen verzichtet wird.
Bezugszeichenliste

1: Zu ladende Einrichtung
2: Ladestation
3: Der zu ladenden Einrichtung zugeordnete Recheneinheit
4: Von der zu ladenden Einrichtung und der Ladestation räumlich entfernte Recheneinheit
5: Ladekabel
10: Battery Management System (BMS)
20: Der Ladestation zugeordnete Elektronik
201: Erster Duty Cycle
202: Zweiter Duty Cycle

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102020205022 A1 [0005]
DE 102020114144 A1 [0006, 0007]
DE 102018128188 A1 [0008]

Claims

Verfahren zum Identifizieren und Steuern des Ladeprozesses einer zu ladenden Einrichtung (1), insbesondere eines Elektrofahrzeugs an einer Ladestation (2) im öffentlichen, halböffentlichen oder privaten Raum umfassend die folgenden Schritte: a) Bestimmen (S01) eines maximalen Ladestroms an einer Ladestation (2), b) Einprägen (S02) eines elektrischen Signals mit alternierenden Amplituden von Strom und/oder Spannung durch die Ladestation (2), c) Erkennen (S03) des eingeprägten elektrischen Signals durch eine der zu ladenden Einrichtung (1) zugeordnete Recheneinheit (3), d) Übermitteln (S04) des erkannten eingeprägten elektrischen Signals an eine von der zu ladenden Einrichtung (1), und der Ladestation (2) räumlich entfernte Recheneinheit (4) durch die dem Elektrofahrzeug zugeordnete Recheneinheit (3), e) Zuordnen (S05) des übermittelten erkannten eingeprägten elektrischen Signals zu der der zu ladenden Einrichtung (1) zugeordneten übermittelnden Recheneinheit (3) durch die von der zu ladenden Einrichtung (1) und der Ladestation (2) räumlich entfernte Recheneinheit (4) aus Schritt (S04), f) Melden (S06) der zugeordneten zu ladenden Einrichtung (1) an die Ladestation (2) durch die von der zu ladenden Einrichtung (1) und der Ladestation (2) räumlich entfernte Recheneinheit (4).
Verfahren nach Anspruch 1, wobei ein Ladeprozess der der Ladestation (2) zugeordneten zu ladenden Einrichtung (1) dezentral steuerbar und/oder beendbar ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das dezentrale Steuern und/oder Beenden des Ladeprozesses über die von der zu ladenden Einrichtung (1) und der Ladestation (2) räumlich entfernte Recheneinheit (4) erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Ladestation (2) derart eingerichtet ist, dass sie eine Elektronik (20) enthält, welche das eingeprägte elektrische Signal mit alternierenden Signalstärken nach Schritt S02 erzeugt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Melden (Schritt S06) der zugeordneten zu ladenden Einrichtung (1) durch die von der zu ladenden Einrichtung (1) und der Ladestation (2) räumlich entfernte Recheneinheit (4) direkt an die Ladestation erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei es sich bei der der zu ladenden Einrichtung (1) zugeordneten Recheneinheit (3) um eine einrichtungsfremde Recheneinheit handelt, die mit einem Battery Management System (10) der zu ladenden Einrichtung (1) koppelbar/verbindbar ist.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei die der zu ladenden Einrichtung (1) zugeordnete, mit dem Battery Management System (10) gekoppelte einrichtungsfremde Recheneinheit (3) derart ausgelegt ist, dass sie über eine Kommunikationsschnittstelle verfügt, die eine Datenkommunikation zwischen dieser Recheneinheit und der Ladestation (2) ermöglicht.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Melden der zugeordneten zu ladenden Einrichtung (1) durch die von der zu ladenden Einrichtung (1) und der Ladestation (2) räumlich entfernte Recheneinheit (4) an die Ladestation (2) indirekt über die einrichtungsfremde, mit dem Battery Management System (10) gekoppelte Recheneinheit (3) erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die der zu ladenden Einrichtung (1) zugeordneten Recheneinheit (3) in ein Battery Management System (10) der zu ladenden Einrichtung (1) integriert ist.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei die in das Battery Management System (10) der zu ladenden Einrichtung (1) integrierte Recheneinheit (3) derart ausgelegt ist, dass sie über eine Kommunikationsschnittstelle verfügt, die eine Datenkommunikation zwischen dieser Recheneinheit und der Ladestation (2) ermöglicht.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Melden der zugeordneten zu ladenden Einrichtung (1) durch die von der zu ladenden Einrichtung (1) und der Ladestation (2) räumlich entfernte Recheneinheit (4) an die Ladestation (2) indirekt über die in das Battery Management System (10) der zu ladenden Einrichtung (1) integrierte Recheneinheit (3) erfolgt.
Computerprogrammprodukt, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch einen Computer diesen veranlassen, Schritt (S03) des Verfahrens nach Anspruch 1 auszuführen, wobei es das eingehende eingeprägte elektrische Signal erkennt und in ein digitales Datenformat umwandelt.
Computerlesbares Medium, auf dem das Computerprogrammprodukt nach Anspruch 12 gespeichert ist.
Computersystem, umfassend ein computerlesbares Medium nach Anspruch 13 und eine Datenkommunikationseinheit, wobei das Computersystem derart eingerichtet ist, dass das in ein digitales Datenformat umgewandelte erkannte eingeprägte elektrische Signal an eine räumlich entfernte Recheneinheit (4) übermittelbar ist.
Computerprogrammprodukt, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch einen Computer diesen veranlassen, Schritt (S05) des Verfahrens nach Anspruch 1 auszuführen, wobei ein empfangenes, in ein digitales Datenformat umgewandeltes eingeprägtes elektrisches Signal einem Sender und einer Ladestation (2) zuordenbar ist.
Computerlesbares Medium, auf dem das Computerprogrammprodukt nach Anspruch 15 gespeichert ist.
Computersystem, umfassend ein computerlesbares Medium nach Anspruch 16 und eine Datenkommunikationseinheit, wobei das Computersystem derart eingerichtet ist, dass das in ein digitales Datenformat umgewandelte, einem Sender und einer Ladestation (2) zugeordnete eingeprägte elektrische Signal an die Ladestation (2) übermittelbar ist.
Computerprogrammprodukt, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch einen Computer diesen veranlassen, das Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 11 auszuführen, wobei der Ladevorgang nach dem Erkennen der zugeordneten zu ladenden Einrichtung (1) steuerbar und/oder beendbar ist.
Computerlesbares Medium, auf dem das Computerprogrammprodukt nach Anspruch 18 gespeichert ist.
Computersystem, umfassend ein computerlesbares Medium nach Anspruch 19 und eine Datenkommunikationseinheit, wobei das Computersystem derart eingerichtet ist, dass die an eine Ladestation (2) angeschlossene zu ladende Einrichtung (1) durch von einer Cloud kommunizierte Daten erkennbar, und deren Ladeprozess steuerbar und/oder beendbar ist.
Netzwerk, umfassend die Computersysteme nach den Ansprüchen 14, 17 und 20.
Verwendung des Verfahrens nach einem der vorherigen Ansprüche zum Steuern und/oder Beenden eines oder mehrerer Ladeprozesse zumindest einer zu ladenden Einrichtung (1) an einer Ladestation (2) nach einem der vorherigen Ansprüche im öffentlichen, halböffentlichen oder privaten Raum, sowie zur Auswertung und Abrechnung der abgerufenen Leistungen.