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Die Erfindung betrifft eine Erfassungseinrichtung zur Erfassung eines Ladevorgangs an einer Ladestation zum Laden von Elektrofahrzeugen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Weiterhin betrifft die Erfindung ein System zur Erfassung eines Ladevorgangs, aufweisend eine Erfassungseinrichtung, sowie ein Verfahren zur Erfassung eines Ladevorgangs.
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Eine derartige Erfassungseinrichtung umfasst ein Messmittel, eingerichtet zum Messen einer aufgenommenen elektrischen Energiegröße von der Ladestation und einem mit der Ladestation elektrisch verbundenen Elektrofahrzeug.
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Ladestationen zum Laden von Elektrofahrzeugen sind aus dem Stand der Technik bekannt. Bei den bekannten Ladestationen kann ein Nutzer sein Elektrofahrzeug an die Ladestation anschließen und einen Ladevorgang initiieren. Der Ladevorgang erfolgt, in dem eine elektrische Energiegröße in Form von elektrischer Energie von der Ladestation an das Elektrofahrzeug abgegeben wird. Nach dem Ladevorgang wird üblicherweise bei Ladestationen, die im öffentlichen Bereich aufgestellt sind, mit Unterstützung eines Backend-Systems der durchgeführte Ladevorgang abgerechnet. Eine solche Ladestation ist beispielsweise in der
DE 10 2018 132 967 A1 beschrieben. Ladestationen in nicht öffentlichen Bereichen, die oftmals auch als Wallboxen bezeichnet werden und in privat genutzten Garagen, usw. installiert sind, verfügen oftmals nicht über Energiemesszähler, oder nur über nicht hinreichend genaue Energiemesszähler, und auch nicht über die geeigneten Schnittstellen, um eine Abrechnung über ein Backend-System durchführen zu können.
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Allerdings wird in immer mehr Fällen das Abrechnen einzelner Ladevorgänge von durch Elektrofahrzeuge geladener Energie an Ladestationen in nicht öffentlichen Bereichen notwendig, beispielsweise für die Rückerstattung des Ladens von Dienstfahrzeugen an privaten Ladestationen der Mitarbeiter.
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Ersetzen oder Aufrüsten von bereits existierenden Ladestationen, um eine Abrechnung über ein Backend-System zu ermöglichen ist oftmals sehr aufwendig und mit hohen Kosten verbunden.
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Auch die bloße Installation eines Stromzählers vor einer bereits existierenden Ladestationen ist in vielen Fällen nicht ausreichend, da jeder Ladevorgang separat abrechenbar sein soll.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es eine Erfassungseinrichtung bereitzustellen, die es ermöglicht jeden Ladevorgang einer Ladestation kostengünstig zu erfassen, ohne in das Zusammenwirken der einzelnen Komponenten der Ladestation einzugreifen.
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Diese Aufgabe wird durch einen Gegenstand mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Demnach ist das Messmittel angepasst zur Installation in einer elektrischen Zuleitung der Ladestation; und die Erfassungseinrichtung weist ein Verarbeitungsmittel auf, das mit dem Messmittel verbunden ist, und eingerichtet ist zum:
- Erfassen der elektrischen Energiegröße von dem Messmittel,
- Bilden und Übermitteln von Energiedaten bezüglich des Ladevorgangs an ein Backend-System.
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Unter dem Begriff „Erfassungseinrichtung“ kann hierin eine Einrichtung aufweisend einen Energiemesszähler verstanden werden, der extern von einer bereits bestehenden Ladestation in der elektrischen Zuleitung der Ladestation installierbar ist und Energiedaten bezüglich Ladevorgängen, die mit der Ladestation durchgeführt werden, mittels damit verbundenem Verarbeitungsmittel, an ein Backend-System übermittelt. Das Messmittel und das Verarbeitungsmittel können in einem Gehäuse angeordnet sein und die Anschlüsse/Schnittstellen der Erfassungseinrichtung können sich durch die Gehäusewand erstrecken. Alternativ hierzu können das Messmittel und das Verarbeitungsmittel auch in separaten Gehäusen angeordnet sein.
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Als „Erfassung eines Ladevorgangs“ kann das Erfassen der elektrischen Energiegröße verstanden werden, beispielweise der elektrischen Energie in Kilowattstunden, die während des Ladevorgangs an die Ladestation und dem damit verbundenen Elektrofahrzeug abgegeben wurde. Weiterhin kann unter dem Begriff „Erfassung des Ladevorgangs“ auch das Erfassen weiterer Daten verstanden werden, die während eines Ladevorgangs entstehen können, wie beispielswiese Start- und Stopp Zeitpunkte des Ladevorgangs. Die Ladestation kann eine bekannte Wallbox sein mit einer maximalen Ladeleistung von 11 kW/h. Allerdings kann die Ladestation auch eine höhere oder niedrigere maximale Ladeleistung haben. Beispielsweise kann die Ladestation auch angepasst sein, um Elektrokleinfahrzeuge, wie beispielsweise Fahrräder oder Elektroroller aufzuladen.
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Das Messmittel kann in einem Beispiel als Stromzähler, insbesondere als Wirkstromzähler, ausgebildet sein. Erfindungsgemäß ist das Messmittel angepasst zur Installation in einer elektrischen Zuleitung der Ladestation. Das Messmittel kann ein handelsüblicher Energiemesszähler sein. Die elektrische Zuleitung kann hier als elektrische Leitung oder als ein elektrisches Kabel verstanden werden, welches die elektrische Energie zu der Ladestation transportiert. Beispielsweise kann das Messmittel über Eingangsklemmen mit der elektrischen Zuleitung verbunden sein und über Abgangsklemmen kann die Ladestation mit dem Messmittel verbunden sein. Idealerweise ist die elektrische Zuleitung die einzige Zuleitung für die Ladestation und außer der Ladestation sind keine weiteren elektrischen Verbraucher nach dem Messmittel angeordnet, um ein akkurates Messergebnis zu erhalten.
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Weiterhin weist die Erfassungseinrichtung ein Verarbeitungsmittel auf, das mit dem Messmittel verbunden ist. Beispielsweise kann das Verarbeitungsmittel in dem Messmittel integriert sein oder separat von dem Messmittel ausgebildet sein und mit dem Messmittel in Verbindung stehen. Beispielsweise kann das Verarbeitungsmittel als Recheneinheit in Form eines Mikroprozessors ausgebildet sein, der ein Computerprogramm abarbeitet.
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Das Verarbeitungsmittel ist angepasst die elektrische Energiegröße von dem Messmittel zu erfassen. Hierbei kann die elektrische Energiegröße ein Momentanwert sein, der fortlaufend oder zu bestimmten Zeitpunkten von dem Messmittel empfangen wird. Die Energiedaten, die basierend auf den erfassten elektrischen Energiegrößen gebildet sind, können Informationen über die abgegebene Energiemenge bezüglich eines Ladevorgangs aufweisen, sowie sonstige Daten bezüglich des Ladevorgangs, wie Start- und Stoppzeitpunkte des Ladevorgangs. Anschließend übermittelt das Verarbeitungsmittel die Energiedaten an das Backend-System, beispielsweise über hierfür ausgebildete Schnittstellen. Das Backend-System kann eine Software auf einer Recheneinheit eines externen Dienstleisters sein und nutzerabhängige Ladevorgänge dokumentieren.
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Vorteilhaft bietet die beschriebene Erfassungsvorrichtung die Möglichkeit einfach in Installationen mit bestehenden Ladestationen, die keine oder nur unzureichende Möglichkeiten zur Erfassung eines Ladevorgangs haben, eingefügt werden zu können. Somit wird eine kostengünstige Lösung bereitgestellt, Ladevorgänge rechtskonform zu erfassen, ohne dass ein Wechsel bereits installierter Ladestationen notwendig wird.
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Weiterhin kann das Erfassen vollautomatisch durchgeführt werden, ein manuelles Ablesen von Zählerständen kann entfallen.
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In einem Beispiel ist das Verarbeitungsmittel angepasst, die aufgenommene elektrische Energiegröße zyklisch zu erfassen, insbesondere mit einem Zyklus von kleiner gleich 200 Millisekunden.
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Beispielsweise kann die aktuell aufgenommene elektrische Energiegröße zyklisch von dem Messmittel erfasst, beziehungsweise abgefragt werden. Hierbei wurde vorteilhaft festgestellt, dass eine Zykluszeit von bis zu 200 Millisekunden ausreichend ist, um genaue Energiedaten bilden zu können, während gleichzeitig Rechenressourcen eingespart werden.
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In einem Beispiel ist das Verarbeitungsmittel angepasst, zum:
- Erkennen eines Startereignisses, wenn eine elektrische Energiegröße erfasst wird, die über einem anpassbaren Schwellwert liegt, und
- Bilden und Übermitteln von Energiedaten an das Backend-System, aufweisend das Startereignis und einen Startzählerstand des Messmittels.
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Vorteilhaft kann der Start eines Ladevorgangs automatisch erkannt werden, wenn eine elektrische Energiegröße erfasst wird, die über einem Schwellwert liegt. Daher ist ein Datenaustausch zwischen Ladestation und Erfassungseinrichtung, beispielsweise über eine Datenschnittstelle, nicht notwendig. Der Schwellwert kann manuell angepasst werden in Abhängigkeit von der spezifischen Installation / Ladestation.
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In einem Beispiel liegt der anpassbare Schwellwert in einem Bereich von 40 bis 1400 Watt, insbesondere beträgt der anpassbare Schwellwert 200 Watt. Es hat sich gezeigt, dass der Eigenverbrauch häufig eingesetzter Ladestationen in einem Bereich von 15 bis 40 Watt liegt. Die Ladeschwelle der meisten Elektrofahrzeuge beträgt 1400 Watt. Daher kann vorteilhaft bei einem Schwellwert in einem Bereich zwischen 40 und 1400 Watt die Erkennung eines falschen Startereignisses vermieden werden. Abhängig von zukünftig verwendeten Ladestationen und Elektrofahrzeugen kann dieser Wert entsprechend angepasst werden. Beispielsweise kann der Schwellwert über ein Potentiometer an der Erfassungseinrichtung, oder durch das Ändern eines Softwareparameters angepasst werden.
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In einem Beispiel ist das Verarbeitungsmittel angepasst zum Erfassen des Startzählerstands zwei Zyklen vor dem Erkennen des Startereignisses.
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Beispielsweise kann das Verarbeitungsmittel angepasst sein eine Anzahl elektrischer Energiegrößen von vorherigen Zyklen temporär vorzuhalten, bzw. zu puffern, um beim Erkennen eines Startereignisses auf diese Energiegrößen zuzugreifen und um diese mit dem Startereignis zu verknüpfen. In dem vorgenannten Beispiel wird der Zählerstand des Messmittels, der zwei Zyklen vor dem Startereignis erfasst wurde mit dem Startereignis verknüpft.
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Vorteilhaft können hierdurch Latenzzeiten der Software kompensiert werden und der Ladevorgang kann vollständig erfasst werden.
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In einem Beispiel ist das Verarbeitungsmittel angepasst, zum:
- Erkennen eines Stoppereignisses, wenn eine elektrische Energiegröße erfasst wird, die unter dem anpassbaren Schwellwert liegt, und
- Bilden und Übermitteln von Energiedaten an das Backend-System, aufweisend das Stoppereignis und einen Stoppzählerstand des Messmittels.
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Vorteilhaft kann hierdurch auch der Stopp eines Ladevorgangs automatisch erkannt werden.
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In einem Beispiel ist das Verarbeitungsmittel angepasst, den Stoppzählerstand zwei Zyklen nach dem Erkennen des Stoppereignisses zu erfassen.
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Analog zur Erfassung des Startzählerstands kann einen Zählerstand des Messmittels, der zwei Zyklen nach dem Stoppereignis erfasst wurde, mit dem Stoppereignis verknüpfen, um vorteilhaft hierdurch Latenzzeiten der Software kompensieren zu können und um den gesamten Ladevorgang über die gesamte Länge zu erfassen.
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In einem Beispiel weist die Erfassungseinrichtung ein Kommunikationsmodul auf, das mit dem Verarbeitungsmittel verbunden ist und das angepasst ist zum Übermitteln, insbesondere zum Übermitteln über ein Open Charge Point Protocol, OCPP, der Energiedaten bezüglich des Ladevorgangs an das Backend-System.
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Beispielsweise kann das Kommunikationsmodul als Gateway ausgebildet sein und die Energiedaten von der Erfassungseinrichtung können automatisch an das Backend-System übermittelt werden.
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In einem Beispiel weist das Messmittel einen Measuring Instruments Directive, MID, konformen Energiemesszähler auf.
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In vielen Abrechnungsfällen wird zumindest der Einsatz eines geeichten MID-Zählers nach der Richtlinie 2004/22/EG gefordert. Vorteilhaft kann durch den Einsatz dieses Zählertyps den Vorschriften entsprochen werden.
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Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf ein System zur Erfassung eines Ladevorgangs, aufweisend:
- eine Ladestation zum Laden von Elektrofahrzeugen; und
- eine Erfassungseinrichtung, wie hierin beschrieben, wobei ein Messmittel der Erfassungseinrichtung in einer elektrischen Zuleitung der Ladestation installiert ist.
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Außerdem bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Erfassung eines Ladevorgangs an einer Ladestation zum Laden von Elektrofahrzeugen, aufweisend die Schritte: Messen, mit einem Messmittel installiert in einer elektrischen Zuleitung der Ladestation, einer aufgenommenen elektrischen Energiegröße von der Ladestation und einem mit der Ladestation elektrisch verbundenen Elektrofahrzeug;
- Erfassen, mit einem mit dem Messmittel verbundenen Verarbeitungsmittel, der elektrischen Energiegröße; und
- Bilden und Übermitteln, mit dem Verarbeitungsmittel, von Energiedaten bezüglich des Ladevorgangs an ein Backend-System.
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Das beschriebene Verfahren kann mit der hierin beschriebenen Erfassungseinrichtung durchgeführt werden.
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In einem Beispiel weist das Erfassen der elektrischen Energiegröße ein zyklisches Erfassen der elektrischen Energiegröße, insbesondere mit einem Zyklus von kleiner gleich 200 Millisekunden, auf.
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In einem Beispiel weist das Erfassen der elektrischen Energiegröße auf:
- Erkennen eines Startereignisses, wenn eine elektrische Energiegröße erfasst wird, die über einem anpassbaren Schwellwert liegt, und Bilden und Übermitteln von Energiedaten an das Backend-System, aufweisend das Startereignis und einen Startzählerstand des Messmittels; und/oder
- Erkennen eines Stoppereignisses, wenn eine elektrische Energiegröße erfasst wird, die unter dem anpassbaren Schwellwert liegt, und Bilden und Übermitteln von Energiedaten an das Backend-System, aufweisend das Stoppereignis und einen Stoppzählerstand des Messmittels.
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In einem Beispiel liegt der anpassbare Schwellwert in einem Bereich von 40 bis 1400 Watt, insbesondere beträgt er 200 Watt.
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In einem Beispiel weist das Erfassen der elektrischen Energiegröße auf:
- Erfassen des Startzählerstands zwei Zyklen vor dem Erkennen des Startereignisses, und/oder
- Erfassen des Stoppzählerstand zwei Zyklen nach dem Erkennen des Stoppereignisses.
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Die Verfahrensschritte können aufeinanderfolgend, wie beschrieben, durchgeführt werden. Alternativ hierzu können die Verfahrensschritte auch in veränderter Abfolge, bzw. mit Zwischenschritten durchgeführt werden.
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Der der Erfindung zugrunde liegende Gedanke soll nachfolgend anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsformen näher erläutert werden. Es zeigen:
- 1 eine schematische Ansicht einer Erfassungseinrichtung gemäß einer Ausführungsform, eine Ladestation und ein Elektrofahrzeug;
- 2 eine schematische Zustandsdarstellung zur Erkennung eines Start- und Stoppereignisses;
- 3 eine schematische Darstellung einer zyklischen Erfassung einer Energiegröße; und
- 4 Verfahrensschritte eines Verfahrens zur Erfassung eines Ladevorgangs an einer Ladestation zum Laden von Elektrofahrzeugen.
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Die 1 zeigt eine schematische Ansicht einer Erfassungseinrichtung 1 gemäß einer Ausführungsform, eine Ladestation 100 und ein Elektrofahrzeug 200.
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Die gezeigte Erfassungseinrichtung 1 ist extern von der Ladestation 100 in der elektrischen Zuleitung 103 der Ladestation 100 installiert und übermittelt Energiedaten bezüglich Ladevorgängen, die mit der Ladestation 100 durchgeführt werden, an ein Backend-System 300. Die Erfassungseinrichtung 1 weist hierfür ein Messmittel 3, ein Verarbeitungsmittel 5 und ein Kommunikationsmodul 7 auf, die zusammen in einem Gehäuse angeordnet sind. In alternativen Ausführungsformen können das Messmittel 3, das Verarbeitungsmittel 5 und/oder das Kommunikationsmodul 7 auch einzeln in separaten Gehäusen angeordnet sein.
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Das Messmittel 3 ist eingerichtet zum Messen einer aufgenommenen elektrischen Energiegröße von der Ladestation 100 und dem mit der Ladestation 100 elektrisch verbundenen Elektrofahrzeug 200. Hierfür ist das Messmittel 3 in der elektrischen Zuleitung 103 der Ladestation 100 installiert. Das gezeigte Messmittel 3 ist als Measuring Instruments Directive, MID, konformer Stromzähler ausgebildet. Die gezeigte Ladestation 100 ist eine Ladestation, beziehungsweise Wallbox, wie sie oftmals in nicht öffentlichen Bereichen, wie in einer Garage, verwendet wird. Die gezeigte elektrische Zuleitung 103 ist die einzige Zuleitung für die Ladestation 100 und außer der Ladestation 100 sind keine weiteren elektrischen Verbraucher nach dem Messmittel 3 angeordnet.
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Weiterhin weist die gezeigte Erfassungseinrichtung 1 ein Verarbeitungsmittel 5 auf, das mit dem Messmittel 3 verbunden ist, und eingerichtet ist zum Erfassen der elektrischen Energiegröße von dem Messmittel 3, und zum Bilden und Übermitteln von Energiedaten bezüglich des Ladevorgangs an das gezeigte Backend-System 300. Das gezeigte Verarbeitungsmittel 5 ist als Recheneinheit ausgebildet und angepasst zum Erfassen der elektrischen Energiegröße von dem Messmittel 3. Die elektrische Energiegröße ist ein Momentanwert, der zyklisch von dem Messmittel 3 empfangen wird. Das Verarbeitungsmittel 5 verarbeitet die erfassten Energiegrößen und bildet darauf basierend Energiedaten, die Informationen über die an die Ladestation 100 abgegebene Energiemengen bezüglich eines Ladevorgangs aufweisen, aber auch Start- und Stoppzeitpunkte des Ladevorgangs, sowie sonstige Daten bezüglich des Ladevorgangs. Anschließend übermittelt das Verarbeitungsmittel 5 oder optional das Verarbeitungsmittel 5 über das Kommunikationsmodul 7 die elektrische Energiegröße an das Backend-System 300, beispielsweise über ein Open Charge Point Protocol, OCPP.
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Die 2 zeigt eine schematische Zustandsdarstellung zur Erkennung eines Start- und Stoppereignisses. Das in 1 gezeigte Verarbeitungsmittel ist angepasst, zum Erkennen eines Startereignisses, also dem Start des Ladevorgangs, wenn eine elektrische Energiegröße erfasst wird, die über einem Schwellwert S liegt. Wie in 2 gezeigt, wird der Ladevorgang so lange erkannt bis der Schwellwert S wieder unterschritten wird.
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Die 3 zeigt eine schematische Darstellung einer zyklischen Erfassung einer Energiegröße. Als Beispiel werden eine Anzahl von aufeinanderfolgenden Zyklen x erfasst. Der Startzählerstand wird, wie gezeigt, zwei Zyklen vor dem Erkennen des Startereignisses erfasst. Hierfür wird eine Anzahl elektrischer Energiegrößen von vorherigen Zyklen temporär gepuffert, um beim Erkennen des Startereignisses auf diese Energiegrößen zuzugreifen und um diese mit dem Startereignis zu verknüpfen. Weiterhin ist in 3 gezeigt, dass der Stoppzählerstand zwei Zyklen nach dem Erkennen des Stoppereignisses erfasst wird und mit dem Stoppereignis verknüpft wird.
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Die 4 zeigt Verfahrensschritte eines Verfahrens 1000 zur Erfassung eines Ladevorgangs an einer Ladestation zum Laden von Elektrofahrzeugen.
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Das gezeigte Verfahren 1000 weist die Schritte auf:
- Messen 1010, mit einem Messmittel installiert in einer elektrischen Zuleitung der Ladestation, einer aufgenommenen elektrischen Energiegröße von der Ladestation und einem mit der Ladestation elektrisch verbundenen Elektrofahrzeug, und
- Erfassen 1020 der elektrischen Energiegröße, mit einem Verarbeitungsmittel verbunden mit dem Messmittel. Das Erfassen 1020 kann optional den Schritt aufweisen:
- Zyklisches Erfassen 1021 der elektrischen Energiegröße, insbesondere mit einem Zyklus von kleiner gleich 200 Millisekunden.
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Weiterhin weist das Verfahren 1000 den Schritt auf:
- Bilden und Übermitteln 1030, mit dem Verarbeitungsmittel, von Energiedaten bezüglich des Ladevorgangs. Das Bilden und Übermitteln 1030 kann optional die folgenden Schritte aufweisen:
- Erkennen 1031 eines Startereignisses, wenn eine elektrische Energiegröße erfasst wird, die über einem anpassbaren Schwellwert liegt, und Bilden und Übermitteln von Energiedaten an das Backend-System, aufweisend das Startereignis und einen Startzählerstand des Messmittels, und Erfassen des Startzählerstands zwei Zyklen vor dem Erkennen des Startereignisses; und
- Erkennen 1032 eines Stoppereignisses, wenn eine elektrische Energiegröße erfasst wird, die unter dem anpassbaren Schwellwert liegt, und Bilden und Übermitteln von Energiedaten an das Backend-System, aufweisend das Stoppereignis und einen Stoppzählerstand des Messmittels, und Erfassen des Stoppzählerstand zwei Zyklen nach dem Erkennen des Stoppereignisses.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Erfassungseinrichtung
- 3
- Messmittel
- 5
- Verarbeitungsmittel
- 7
- Kommunikationsmodul
- 100
- Ladestation
- 103
- Elektrische Zuleitung
- 200
- Elektrofahrzeug
- 300
- Backend-System
- 1000
- Verfahren zur Erfassung eines Ladevorgangs
- 1010
- Messen
- 1020
- Erfassen
- 1021
- Zyklisches Erfassen
- 1030
- Bilden und Übermitteln
- 1031
- Erkennen eines Startereignisses
- 1032
- Erkennen eines Stoppereignisses
- S
- Schwellwert
- X
- Zyklus
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102018132967 A1 [0003]
