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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zu einer eindeutigen Identifikation eines batterieelektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs an einer Ladestation.
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Stand der Technik
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Beim Laden der elektrischen Energiespeicher von elektrisch betriebenen Fahrzeugen besteht der Wunsch, diese Ladevorgänge zeit- und leistungsgesteuert durchführen zu können. Weiterhin sollen die elektrisch betriebenen Fahrzeuge und die zugehörigen Ladestationen reibungslos in die vorhandene Elektroinstallation von Wohnhäusern und Betriebsgebäuden integriert werden. Darüber hinaus bestehen ein großes Interesse und auch wirtschaftliches Potential in der optimierten Nutzung von Photovoltaik-Energie zum Laden der elektrisch betriebenen Fahrzeuge. Da der Austausch der erforderlichen Informationen zwischen den elektrisch betriebenen Fahrzeugen und den Ladestationen heute nicht standardisiert ist, besteht ein Bedarf an einfach und robust anzuwendenden Lösungen, welche einfach und schnell skalierbar sind. Üblicherweise werden die betroffenen Systeme über Cloud-Lösungen vernetzt, in welchen Schnittstellen einfach konfiguriert werden können. Diese Schnittstellen werden auch als API „Application Programming Interface“ bezeichnet. Es ist herausfordernd, zu ermitteln, welches elektrisch betriebene Fahrzeug mit welcher Ladestation verbunden ist. Es ist typischer Stand der Technik, diese Zuordnung über GPS-Satellitendaten zu erledigen. Aufgrund der bei den GPS-Satellitendaten auftretenden Toleranzen und damit gegebenen Abweichungen erscheint dieses Verfahren sehr fehleranfällig zu sein, wenn das Netz der Ladestationen engmaschiger wird und diese mit geringen Abstanden von wenigen Metern angeordnet sind.
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Daher wird beispielsweise in
DE 10 2015 210 726 A1 ein Verfahren zum Zuordnen von Ladestationen und Fahrzeugen vorgeschlagen. Dieser Erfindung liegt die Idee zugrunde, ein Verfahren zur Ermittlung eines Ladepaars mit jeweils einem Ladepartner aus zwei unterschiedlichen Mengen von Ladepartnern zu beschreiben. Die zwei unterschiedlichen Mengen umfassen eine Menge von möglichen Ladestationen und eine Menge von möglichen Fahrzeugen. Ein Ladepaar umfasst eine Ladestation und ein Fahrzeug, welches an der Ladestation einen Ladevorgang durchführt. Das Verfahren umfasst das Veranlassen eines Stimulus in Bezug auf den Ladevorgang durch einen stimulierenden Ladepartner aus einer ersten Menge der zwei Mengen von möglichen Ladepartnern. Außerdem umfasst das Verfahren das Detektieren einer Reaktion auf den Stimulus durch einen reagierenden Ladepartner aus einer zweiten Menge der zwei Mengen von möglichen Ladepartnern. Des Weiteren umfasst das Verfahren das Bilden eines Ladepaares, welches den stimulierenden Ladepartner und den reagierenden Ladepartner umfasst. Nachteilig an diesem Verfahren ist, dass die Übertragung eines Identifikationsmerkmals einer vorangehenden Nachricht eines übergeordneten Systems bedarf und nicht bereits ein Erkennen einer elektrischen Verbindung ausreicht.
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In der Schrift
DE 10 2018 113 694 A1 wird ein Verfahren zu einem Ladevorgang an einer Ladestation für ein Elektrofahrzeug vorgeschlagen, bei welchem durch die Ladestation eine Identität des zu ladenden Elektrofahrzeugs festgestellt wird. Diese festgestellte Identität wird an ein entferntes Backend übermittelt, mit welchem die Ladestation in kommunikativer Verbindung steht. Durch das Backend wird auf eine zu der Identität in einer Datenbank gespeicherte Datenmenge zugegriffen, wobei die Datenmenge Informationen zu dem Elektrofahrzeug und seinen Komponenten beinhaltet. Aufgrund dieser Informationen wird durch eine durch die Ladestation gesteuerte Initialisierung ein Ladevorgang gestartet. Weiter kann eine von der Ladestation bereitgestellte Ladespannung und/oder ein von der Ladestation bereitgestellter Ladestrom während des Ladevorgangs der Batterie beeinflusst werden. Dabei wird auf Grundlage der Informationen ein hinsichtlich Ladezeit, Effizienz, Kosten, Zuverlässigkeit und/oder eines Zustandekommens des Ladevorgangs selbst optimiertes Ladeprofil für den Ladevorgang erstellt. Dabei wird eine Batterie des Elektrofahrzeuges gemäß dem erstellten Ladeprofil von der Ladestation aufgeladen. Nachteilig an diesem Verfahren ist, dass Identifikationsmerkmale verwendet werden, welche nicht mit einer veränderlichen Ladeleistung vergleichbar sind.
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In der Schrift
DE 103 04 284 A1 wird eine Anordnung und ein Verfahren zur Identifikation vorgeschlagen. Diese Anordnung dient zur Identifikation zwischen einem Fahrzeug und einer Ladestation zur Energie- oder Treibstoffversorgung des Fahrzeugs, wobei das Fahrzeug und die Ladestation jeweils über eine Einrichtung zum Senden und Empfangen von Daten verfügen und das Fahrzeug eine Identifikationseinrichtung aufweist, die das Fahrzeug identifizierende Daten aussendet und der Ladevorgang erst dann startet, wenn eine Identifikation zur Ladeberechtigung erfolgt ist. Nachteilig ist, dass die Schrift nicht definiert, was das Identifikationsmerkmal umfasst.
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Daher besteht die Aufgabe der Erfindung darin, ein eindeutiges Identifikationsmerkmal zur Verfügung zu stellen, welches bereits bei einem Erkennen einer elektrischen Verbindung übertragen wird.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Patentanspruchs gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich durch die Merkmale der abhängigen Patentansprüche.
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Offenbarung der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung eines Verfahrens mit dem Kennzeichen des Anspruchs 1 bietet den Vorteil, dass in einem ersten Schritt bei einer Registrierung ein eindeutiges Identifikationsmerkmal für eine Ladestation-Fahrzeug-Paarung erzeugt wird. Damit kann ein batterieelektrisch betriebenes Kraftfahrzeug an einer Ladestation für elektrische Energie eindeutig identifiziert werden. Das eindeutige Identifikationsmerkmal umfasst ein Ladeleistungsprofil mit einer veränderlichen elektrischen Ladeleistung, welche dem batterieelektrisch betriebenen Kraftfahrzeug zugeordnet wird. Somit wird bei einer ersten Verbindung einer Ladestation-Fahrzeug-Paarung zur Registrierung ein eindeutiges Identifikationsmerkmal erzeugt, welches bei weiteren Verbindungen dieser Ladestation-Fahrzeug-Paarung über das eindeutige Ladeleistungsprofil ausgetauscht wird. Dieses eindeutige Ladeleistungsprofil kann beispielsweise durch die Ladestation, das batterieelektrisch betriebene Kraftfahrzeug, den Fahrzeughersteller oder durch einen Ladevertragspartner erzeugt werden.
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Durch die in den abhängigen Ansprüchen genannten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen der in dem unabhängigen Anspruch angegebenen Vorrichtung möglich.
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In vorteilhafter Weise umfasst in einem zweiten Schritt das erfindungsgemäße Verfahren eine Speicherung des Ladeleistungsprofils als Identifikationsmerkmal in einem Energie Management System der Ladestation und in dem batterieelektrisch betriebenen Kraftfahrzeug. Damit ist bei einer wiederholten Verbindung eines batterieelektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs mit einer Ladestation für elektrische Energie eine eindeutige Identifikationsmöglichkeit gegeben, so dass nicht wie bei einer ersten Verbindung einer Ladestation-Fahrzeug-Paarung zunächst ein eindeutiges Identifikationsmerkmal erzeugt werden muss.
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Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn in einem dritten Schritt zu einer eindeutigen Identifikation eines batterieelektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs an einer Ladestation für elektrische Energie das Ladeleistungsprofil durch das batterieelektrisch betriebene Kraftfahrzeug abgefahren wird. In vorteilhafter Weise geschieht dies unmittelbar, sobald eine Verbindung einer Ladestation-Fahrzeug-Paarung hergestellt wird.
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Vorteilhafterweise wird in einem vierten Schritt zu einer eindeutigen Identifikation eines batterieelektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs an einer Ladestation für elektrische Energie bei einer Erkennung des Ladeleistungsprofils durch das Energie Management System ein Ladeprozess freigegeben. Dieses vorteilhafte Verfahren nutzt das Ladeleistungsprofil zur eindeutigen Identifikation eines batterieelektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs an einer Ladestation für elektrische Energie. Die Nutzung des „Schlüssel-Schloss-Prinzips“ führt zu einer sehr schnellen und eindeutigen Identifikation der Partner einer Ladestation-Fahrzeug-Paarung.
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Die vorliegende Erfindung eines Verfahrens mit einer eindeutigen Identifikation eines batterieelektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs an einer Ladestation für elektrische Energie umfasst in einem vorteilhaften fünften Schritt eine Durchführung einer Berechnung eines Ladeplans. Alternativ kann ein Ladeplan aus einem Datenspeicher geladen werden. Durch die in den vorangegangenen Schritten erfolgte eindeutige Identifikation der Partner einer Ladestation-Fahrzeug-Paarung sind die Grundlagen für die Berechnung des Ladeplans bekannt und somit kann dieser unmittelbar nach der eindeutigen Identifikation der Partner einer Ladestation-Fahrzeug-Paarung berechnet werden.
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Bevorzugt wird in einem weiteren Schritt des Verfahrens zu einer eindeutigen Identifikation eines batterieelektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs an einer Ladestation für elektrische Energie in einem sechsten Schritt ein Ladeprozess gestartet. Auf der Basis der in den bereits durchgeführten Schritten des Verfahrens erfolgten Identifikation und Ladeplan-Berechnung kann dieser Ladeprozess eindeutig passend zu der eindeutig identifizierten Ladestation-Fahrzeug-Paarung durchgeführt werden.
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In vorteilhafter Weise wird das eindeutige Identifikationsmerkmal in regelmäßigen und/oder zufälligen Abständen neu erzeugt, um Missbrauch durch ein nachgeahmtes Ladeleistungsprofil zu verhindern. Die Abstände können beispielsweise als kalendarische Abstände bestimmt sein oder auch durch die Anzahl der Ladevorgänge oder auf Basis von zufälligen Kriterien bestimmt sein.
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Nachdem ein neues Ladeleistungsprofil als eindeutiges Identifikationsmerkmal bestimmt wurde, wird das vorhergehende Ladeleistungsprofil als ungültig gekennzeichnet und/oder gelöscht.
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Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden dem Fachmann aus der nachfolgenden Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen, die jedoch nicht als die Erfindung beschränkend auszulegen sind, unter Bezugnahme auf die beigelegten Zeichnungen ersichtlich.
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Figurenliste
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Es zeigt:
- 1 ein Beispiel für ein Ladeleistungsprofil 7 zur gegenseitigen eindeutigen Identifikation;
- 2 ein weiteres beispielhaftes Ladeleistungsprofil 7 zur gegenseitigen eindeutigen Identifikation;
- 3 ein weiteres beispielhaftes Ladeleistungsprofil 7 zur gegenseitigen eindeutigen Identifikation;
- 4 eine schematische Darstellung eines Dienstes zum leistungs- und zeitgesteuerten Laden (Smart Charging).
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Alle Figuren sind lediglich schematische Darstellungen des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung. Insbesondere Abstände und Größenrelationen sind in den Figuren nicht maßstabsgetreu wiedergegeben. In den verschiedenen Figuren sind sich entsprechende Elemente mit den gleichen Referenznummern versehen.
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Die 1 zeigt ein Beispiel für ein eindeutiges Ladeleistungsprofil 7 zur eindeutigen Identifikation. Dieses eindeutige Ladeleistungsprofil 7 wird bei einer ersten Verbindung eines batterieelektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs 2 mit einer Ladestation 3 erzeugt. Batterieelektrisch betriebene Kraftfahrzeuge 2 im Sinne dieser Erfindung umfassen beliebige batterieelektrisch betriebene Kraftfahrzeuge 2 wie beispielsweise einen Roller, ein eBike, einen Pkw oder einen Lkw. Beispielhaft wird dieses als Identifikationsmerkmal 4 dienende eindeutige Ladeleistungsprofil 7 durch ein Smart Charging Backend 34 erzeugt, welches über eine Datenverbindung mit der als Smart Charging Frontend dienenden Ladestation 3 in Verbindung steht. Dieses eindeutige Ladeleistungsprofil 7 stellt einen eindeutigen Schlüssel für eine neue Ladestation-Fahrzeug-Paarung 11 dar. Dabei sind unterschiedliche Ausprägungen möglich, welche sich an den Bedürfnissen der Anwender orientieren. Beispielsweise können jeweils eindeutige Schlüssel für unterschiedliche Paarungen 11 erzeugt werden: Ladestation 3 -Fahrzeug 2 (A), Ladestation 3 - Fahrzeug 2 (B), Ladestation 3 - Fahrzeug 2 (C) usw. oder aber auch Ladestation 3 (X)- Fahrzeug 2 (A), Ladestation 3 (Y)- Fahrzeug 2 (A), Ladestation 3 (Z)- Fahrzeug 2 (A). Kennzeichnend für dieses eindeutige Ladeleistungsprofil 7 ist ein Umschalten von verschiedenen Ladeleistungen 5 mit verschiedenen Zeitdauern. Somit ergibt sich im Schaubild ein Profil, welches Ähnlichkeit mit einem Schlüsselbart aufweist. Dieses Ladeleistungsprofil 7 überträgt nur eine geringe Energie, typischerweise nur wenige Wh und ist daher nicht zum Laden einer Traktionsbatterie eines batterieelektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs 2 auf einen bestimmten Ladezustand hin geeignet.
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Die eindeutigen Schlüssel der vorhandenen Ladepaarungen 11 einer Ladestation 3 werden im Speicher des Smart Charging Backend 34 oder des Energy-Management-System 32 oder im Energy Management System 6 selbst abgelegt.
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Nach dem Herstellen der elektrischen Verbindung 27 zwischen einem batterieelektrisch betriebenen Kraftfahrzeug 2 mit einer Ladestation 3 beginnt das batterieelektrisch betriebenen Kraftfahrzeug 2 unmittelbar mit dem eindeutigen Ladeleistungsprofil 7 des eindeutigen Schlüssels zu laden. Diese Plug-in Event genannte Prozedur wird mehrfach wiederholt.
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Das Energie Management System 32 vergleicht die im Speicher abgelegten Schlüssel mit dem Profil des Schlüssels des Plug in Events.
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Sobald ein bekannter Schlüssel erkannt wurde, wird ein OK-Signal erzeugt und an das Smart Charging Backend weitergegeben. Bei Bedarf kann auch eine Identifikationsnummer 4 der erkannten Paarung 11 über das Backend des Energie Management Systems 32 an das Smart Charging Backend 34 zurückgegeben werden.
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Das Smart Charging Backend 34 startet nach Erhalt des OK-Signals die Berechnung eines Ladeplans 8 und schickt diesen an das Energy Management System Backend 32 und an das batterieelektrisch betriebene Kraftfahrzeug 2.
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Die 2 zeigt ein beispielhaftes Ladeleistungsprofil 7 zur eindeutigen Identifikation. Kennzeichnend für dieses eindeutige Ladeleistungsprofil 7 sind Übergänge zwischen verschiedenen Ladeleistungen 5 mit verschiedenen Zeitdauern. Über die so erzeugten Rampen und deren Gradienten ergibt sich gegenüber dem in 1 gezeigten Schlüssel ein weiteres Charakteristikum zur eindeutigen Identifikation 4 eines batterieelektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs 2. Somit ergibt sich im Schaubild ein etwas aufwändigeres Profil, welches Ähnlichkeit mit einem ebensolchen Schlüsselbart aufweist. Aufgrund der zusätzlichen Freiheitsgrade kann die Qualität der Schlüssel und/oder die Anzahl der Schlüssel erhöht werden.
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Auch dieses Ladeleistungsprofil 7 überträgt nur eine geringe Energie, typischerweise nur wenige Wh und ist daher nicht zum Laden einer Traktionsbatterie eines batterieelektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs 2 auf einen bestimmten Ladezustand hin geeignet.
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Die 3 zeigt ein weiteres beispielhaftes Ladeleistungsprofil 7 zur eindeutigen Identifikation. Kennzeichnend für dieses weitere eindeutige Ladeleistungsprofil 7 sind Übergänge zwischen verschiedenen Ladeleistungen, welche keine konstanten Gradienten aufweisen. Über die so erzeugten Ladeleistungsprofile 7 ergibt sich gegenüber den in den 1 und 2 gezeigten Schlüsseln ein weiteres zusätzliches Kriterium zur eindeutigen Identifikation eines batterieelektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs 2. Das im Schaubild erkennbare aufwändigere Profil weist weitere zusätzliche Freiheitsgrade auf, über welche die Qualität der Schlüssel und/oder die Anzahl der Schlüssel weiter erhöht werden kann.
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Auch dieses Ladeleistungsprofil 7 überträgt nur eine geringe Energie, typischerweise nur wenige Wh und ist daher nicht zum Laden einer Traktionsbatterie eines batterieelektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs 2 auf einen bestimmten Ladezustand hin geeignet.
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Nicht gezeigt sind Kombinationen der in den 1 bis 3 gezeigten Ladeleistungsprofile 7, wodurch weitere Freiheitsgrade zur Erhöhung der Qualität der Schlüssel zur Verfügung stehen.
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Die 4 zeigt eine schematische Übersichtsdarstellung der Komponenten eines Dienstes zum leistungs- und zeitgesteuerten Laden (Smart Charging). In dieser Darstellung stehen zwei Energiequellen 14, 15 für eine Ladestation 3 an einem privaten Wohnhaus 16 zur Verfügung, einmal das öffentliche Versorgungsnetz 14 und einmal ein Photovoltaik-Generator 15 auf dem Dach des privaten Wohnhauses 16. Das öffentliche Versorgungsnetz 14 ist über ein Gerät zur Messung der bezogenen elektrischen Energie, einem sogenannten Stromzähler 17, mit dem Hausverteilungsnetz 18 verbunden. Das Hausverteilungsnetz 18 verfügt über ein Energy Management System 6, über welches beispielsweise die Verteilung der im Hausverteilungsnetz 18 zur Verfügung stehenden Energie koordiniert wird. Teil des Hausverteilungsnetzes 18 ist eine Ladestation 3 zur Übertragung elektrischer Energie an ein batterieelektrisch betriebenes Kraftfahrzeug 2, welches in diesem Beispiel über ein Ladekabel 27 mit der Ladestation 3 verbindbar ist. Dem Nutzer des batterieelektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs 2 steht über ein Smartphone 19 ein Bedieninterface und/oder Überwachungsinterface für den Ladevorgang zur Verfügung. Dabei kommuniziert das Smartphone 19 entweder mit dem batterieelektrisch betriebenen Kraftfahrzeug 2 und/oder mit dem Vehicle Backend 38, welches in der Cloud 39 des Fahrzeuglieferanten 20 betrieben wird.
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Unter einer Cloud 39, 40, 41, 42 wird ein Netzwerkbereich in einem speziellen, auf mehreren Rechnern und/oder Servern verteilten Netzwerk verstanden, in welchem IT-Infrastrukturen als Dienstleistung für ausgelagerte IT-Anwendungen zur beliebigen Benutzung bereitgestellt und genutzt werden, vornehmlich als zentrale Recheneinheit und/oder als zentraler Speicherplatz. Unter Netzwerk wird hier vorzugsweise das sogenannte Internet verstanden.
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Zwischen dem Smart Charging Backend 34 und dem Vehicle Backend 38 wird der Ladeplan 8 ausgetauscht. Hierbei wird eine Bedarfsvorhersage 22 zugrunde gelegt. Weiterhin läuft in dem Smart Charging Backend 34 ein Charge Scheduler 23, welcher den Ladezeitraum 24 bestimmt.
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Das Vehicle Backend 38 ist seinerseits mit dem Smart Charging Backend 34 verbunden, welches ebenfalls in einer Cloud 40 betrieben wird. Dieses Smart Charging Backend 34 ist wiederum mit der Cloud 41 des Energielieferanten 21 verbunden, welcher elektrische Energie über das öffentliche Versorgungsnetz 14 liefert. Zwischen dem Smart Charging Backend 34 und der Cloud 41 des Energielieferanten 21 werden Informationen über die bereitgestellte elektrische Energie 27 ausgetauscht. Weiterhin ist das Smart Charging Backend 34 dem Energy Management Backend 32 verbunden, welches in einer Cloud 42 betrieben wird. Das Smart Charging Backend 34 tauscht mit dem Energy Management Backend 32 Informationen über preisgünstige Stromtarife und preisgünstige Ladezeiträume 26 aus. Dem Energy Management Backend 32 stehen Informationen über den Überschuss 28 an elektrischer Energie aus Erneuerbaren Quellen 10 zur Verfügung. Mit diesen zur Verfügung stehenden Daten kann das Energy Management Backend 32 den maximalen Eigenverbrauch 29 beim Laden eines batterieelektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs 2 bestimmen. Dabei kann das Energy Management Backend 32 weitere Eigenverbraucher des privaten Wohnhauses 16 wie beispielsweise Wäschepflegegeräte, Küchengeräte oder auch Heiz- und Klimageräte berücksichtigen. Neben der elektrischen Energie aus Erneuerbaren Energiequellen 10, welche durch den PV-Generator 15 geliefert wird, können auch andere Energien aus Erneuerbaren Energiequellen 10 wie beispielsweise aus Windkraft oder Wasserkraft berücksichtigt werden.
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Alternativ kann die Paarung 11 eines batterieelektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs 2 mit einer Ladestation 3 mit Hilfe der GPS-Daten des batterieelektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs 2 ermittelt werden. Dieses Verfahren ist aber in einem engmaschigen Netz von Ladestationen, deren Standort sich nur um wenige Meter unterscheidet, stark fehleranfällig.
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Obwohl die vorliegende Erfindung anhand der bevorzugten Ausführungsbeispiele vorstehend vollständig beschrieben wurde, ist sie nicht darauf beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015210726 A1 [0003]
- DE 102018113694 A1 [0004]
- DE 10304284 A1 [0005]
