DE102012204021A1 - Verfahren und System zum Laden eines Energiespeichers eines elektrischen Kraftwagens - Google Patents

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Richard Roskosch
Claus Seisenberger
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Siemens Corp
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Siemens AG
Siemens Corp
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Laden eines Energiespeichers eines elektrischen Kraftwagens (10), bei welchem elektrische Energie von einer fahrzeugexternen Ladeeinrichtung (18) zu dem Energiespeicher des Kraftwagens übertragen wird, dadurch gekennzeichnet, dass vor Beginn des Ladevorgangs ein Identifikationssignal vom Kraftwagen (10) an ein der Ladeeinrichtung zugeordnetes Steuergerät übertragen wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Laden eines Energiespeichers eines elektrischen Kraftwagens nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 sowie ein System zum Abwickeln eines Ladevorgangs eines Energiespeichers eines elektrischen Kraftwagens nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 8.
  • Elektrische Fahrzeuge gewinnen aus Umweltschutz- und Effizienzgründen zunehmend an Bedeutung. Derzeit verfügbare Technologien für elektrische Energiespeicher im Fahrzeug erfordern jedoch bei wirtschaftlich sinnvoller Auslegung ein vergleichsweise häufiges Nachladen. Bei herkömmlichen Ladesystemen stellt der Benutzer das Fahrzeug in der Nähe einer Ladestation ab und verbindet das Fahrzeug über eine Leitung mit dieser.
  • Wesentlich komfortabler ist der Einsatz von kabellosen Ladesystemen, bei denen beispielsweise das Fahrzeug so über einer auf dem Boden angebrachten Einheit abgestellt wird, dass eine Primärspule der Bodeneinheit einer unter dem Fahrzeugboden angebrachten Sekundärspule gegenüber steht. Die Energieübertragung erfolgt dann mit Hilfe eines magnetischen Wechselfeldes zwischen der Bodeneinheit und der Einheit unter dem Fahrzeugboden. Es entfällt dabei das manuelle Anschließen des Fahrzeugs an eine Ladestation, so dass das Fahrzeug lediglich innerhalb eines bestimmten Bereichs über der Bodeneinheit abgestellt und gegebenenfalls für den Ladevorgang freigegeben werden muss.
  • Derartige kabellose Ladesysteme ermöglichen ein unkompliziertes Nachladen des Fahrzeugs an vielen Orten, wenn dort entsprechende Bodeneinheiten installiert sind. Dadurch kann der Nachteil der begrenzten Kapazität von Energiespeichern in Kraftwagen in gewissen Grenzen ausgeglichen werden, indem beispielsweise das Fahrzeug während Parkphasen stets nachgeladen wird.
  • Ein Problem bei derartigen Systemen liegt in der Abrechnung bzw. der Authentifizierung des Fahrzeugs für den Ladevorgang. Der Komfortgewinn durch kabelloses Laden geht zumindest teilweise wieder verloren, wenn der Fahrer des Kraftwagens zusätzliche Authentifizierungs- oder Bezahlhandlungen an außerhalb des Kraftwagens installierten Ladesäulen oder dergleichen vornehmen muss. Erfolgt die Bezahlung beispielsweise durch Einlegen der Kreditkarte in einen außerhalb des Fahrzeugs befindlichen Automaten, so kann sich zusätzlich das Problem ergeben, dass durch den Benutzer eventuell das Fahrzeug falsch identifiziert oder einer falschen bodengebundenen Ladeeinheit zugeordnet wird, was zu fehlerhaften Abrechnungen führen kann.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren nach dem Oberbegriff von Patentspruch 1 sowie ein System nach dem Oberbegriff nach Patentanspruch 8 bereitzustellen, welche ein sicheres, komfortables und manipulationsgeschütztes Abwickeln von Ladevorgängen mittels drahtloser Ladeeinrichtungen ermöglichen.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein System mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8 gelöst.
  • Bei einem derartigen Vorfall kann zum Laden eines Energiespeichers eines elektrischen Kraftwagens elektrische Energie von einer fahrzeugexternen Ladeeinrichtung zu dem Energiespeicher des Kraftwagens übertragen, was vorzugsweise drahtlos bewerkstelligt wird. Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, dass vor Beginn des Ladevorgangs ein Identifikationssignal vom Kraftwagen an ein der Ladeeinrichtung zugeordnetes Steuergerät übertragen wird. Durch die automatische Selbstidentifikation des Kraftwagens gegenüber der Ladeeinrichtung entfällt die Notwendigkeit, vom Benutzer separate Identifikationshandlungen an fahrzeugexternen Vorrichtungen, beispielsweise Ladesäulen oder dergleichen vorzunehmen. Dies bedeutet einen beträchtlichen Komfortgewinn für den Benutzer und vermeidet gleichzeitig Fehlidentifikationen, wie sie bei derartigen fahrzeugexternen Systemen vorkommen können.
  • Es ist dabei insbesondere zweckmäßig, das Identifikationssignal verschlüsselt zu übermitteln, um eine besonders gute Sicherheit des Identifikationsprozesses zu gewährleisten und Missbrauch zu vermeiden. Beispielsweise können hierfür sog. „security controller“ verwendet werden, wie sie allgemein bereits aus der Handhabung von Transaktionen mit Kreditkarten oder dergleichen bekannt sind.
  • Es ist ferner zweckmäßig, wenn das Identifikationssignal nur nach korrekter Eingabe eines Identifikationscodes durch einen Benutzer übertragen wird. Dies kann nach Art einer ebenfalls aus dem Kreditkarten- bzw. Scheckkartenbereich bekannten PIN-Eingabe geschehen und gewährleistet ein besonders hohes Sicherheitsniveau und vermeidet Missbrauch.
  • In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird nach Empfang des Identifiktationssignals das Identifikationssignal mit einer Datenbank und Identifikationssignalen verglichen und dem Kraftwagen auf Grundlage dieses Vergleichs eine eindeutige Identität zugeordnet. Beispielsweise können sämtliche Identifikationssignale in einer zentralen Datenbank hinterlegt werden, sodass eine eindeutige Zuordnung des Kraftwagens zu einem Benutzer – und damit beispielsweise zu seiner Bankverbindung oder dergleichen – ermöglicht wird. Neben einer vollständig zentralisierten Hinterlegung von Identifikationssignalen kann auch eine anbieterspezifische Datenbankverwaltung gewählt werden, bei welcher sich der Nutzer bei einem bestimmten Anbieter anmelden muss und damit eine einmalige und eindeutige Identifikationsnummer hinterlegt, wie dies beispielsweise bei der Zuordnung von SIM-Karten zu Mobiltelefonverträgen erfolgt.
  • Das Identifikationssignal kann von einer fest im Kraftwagen installierten Identifikationseinrichtung – beispielsweise einem oben erwähnten Security-Controller – bereitgestellt werden.
  • Alternativ ist es auch möglich, das Identifikationssignal von einer in eine zugeordnete Aufnahme des Kraftwagens einzulegenden tragbaren Identifikationseinrichtung bereitzustellen. Dies kann beispielsweise nach Art einer Kredit- bzw. Chipkarte oder nach Art einer SIM-Karte, wie sie aus Mobiltelefonen bekannt ist, erfolgen.
  • Neben der geschilderten Verwendung zur Authentifizierung und Identifikation von Kraftwagen bei Ladeprozessen ihrer elektrischen Energiespeicher kann das Identifikationssignal auch für weitere Vorgänge genutzt werden. Beispielsweise kann das Identifikationssignal auch zur Abwicklung weiterer Bezahlvorgänge an ein dem Bezahlvorgang zugeordnetes Steuergerät übertragen werden. Denkbar sind beispielsweise Anwendungen bei Autowaschanlagen, für Bezahlvorgänge in Parkhäusern oder in der Drive-In-Gastronomie.
  • Die Erfindung betrifft ferner ein System zum Abwickeln eines Ladevorgangs eines Energiespeichers eines elektrischen Kraftwagens, welches eine fahrzeugexterne Ladeeinrichtung umfasst mittels welcher elektrische Energie zum Energiespeicher des Kraftwagens übertragbar ist. Erfindungsgemäß ist hier vorgesehen, dass der Kraftwagen eine Übertragungseinrichtung zum Übertragen eines Identifikationssignals an ein der Ladeeinrichtung zugeordnetes Steuergerät aufweist. Wie bereits des erfindungsgemäßen Verfahrens geschildert, kann so eine eindeutige Zuordnung des Kraftwagens, bzw. des Kraftwagennutzers, zu einem spezifischen Ladevorgang bewerkstelligt werden, ohne dass der Benutzer fahrzeugexterne Vorrichtungen bedienen muss. Dies erhöht den Komfort und die Sicherheit der Transaktion.
  • Das Identifikationssignal wird vorzugsweise von einer fest im Kraftwagen installierten Identifikationseinrichtung nach Art eines Security-Controllers bereitgestellt. Dies ermöglicht eine besonders sichere Abwicklung der Transaktion und vermeidet Missbrauch. Es ist dabei besonders zweckmäßig, wenn der Kraftwagen wenigstens eine redundante Identifikationseinrichtung aufweist, sodass auch bei einem Ausfall oder Defekt an einer installierten Identifikationseinrichtung weitere Ladevorgänge möglich sind.
  • Alternativ zur Verwendung von fest installierten Identifikationseinrichtungen ist es möglich, das Identifikationssignal von einer in eine zugeordnete Aufnahme des Kraftwagens einzulegenden tragbaren Identifikationseinrichtung bereitzustellen. Diese kann beispielsweise die Form einer Chipkarte besitzen, welche zur Authentifizierung bei einem Ladevorgang in einen entsprechenden Chipkartenleser des Kraftwagens eingelegt wird. Auch die Gestaltung nach Art einer SIM- bzw. Mikro-SIM-Karte oder auch die Integration dieser Funktion in einen Autoschlüssel, ggf. mit drahtloser Anbindung an das Fahrzeug, ist möglich.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Identifikationseinrichtung und/oder die Übertragungseinrichtung zum Verschlüsseln des Identifikationssignals ausgelegt, um solche Fehlidentifikationen bei Ladevorgängen zu vermeiden.
  • Der Kraftwagen weist ferner vorzugsweise eine Eingabevorrichtung zum Eingeben eines Identifikationscodes durch einen Benutzer auf. Durch die Eingabe eines derartigen Codes nach Art einer PIN kann zuverlässig sichergestellt werden, dass ein Ladevorgang nur von einem berechtigten Benutzer gestartet werden kann, sodass fehlerhafte Abrechnungen und dergleichen vermieden werden. Das der Ladeeinrichtung zugeordnete Steuergerät ist von einer vorzugsweise mit einer Datenbank zum Zuordnen eindeutiger Identitäten zu Identifikationssignalen gekoppelt. Wie bereits anhand des erfindungsgemäßen Verfahrens geschildert, können in einer derartigen Datenbank zentralisiert alle eindeutigen und einmaligen Identifikationssignale hinterlegt werden, sodass die Kommunikation zwischen Kraftwagen und Ladeeinrichtung der Ladeeinrichtung zuverlässig die entsprechenden Nutzerdaten zur Verfügung stellen kann.
  • Im Folgenden wird die Erfindung wie die Ausführungsformen anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Systems zum Abwickeln von Ladevorgängen elektrischer Kraftwagen und
  • 2 ein Flussdiagramm, welches den Ablauf eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens veranschaulicht.
  • Zum Laden einer Batterie eines Kraftwagens 10 wird der Kraftwagen so auf einer Oberfläche 12, beispielsweise einem Parkplatz, platziert, dass eine im Bereich des Fahrzeugbodens 14 angeordnete Induktionsspule 16 in Überdeckung mit einer bodenseitigen Induktionsspule 18 kommt. Eine in der FIG nicht dargestellte äußere Energiequelle erzeugt ein elektromagnetisches Wechselfeld in der bodenseitigen Spule 18, welches wiederum einen Stromfluss in der Spule 16 des Kraftwagens 10 induziert, der zum Laden der Batterie des Kraftwagens 10 genutzt werden kann.
  • Um die Vorteile der kabellosen Batterieaufladung vollständig nutzen zu können, ist es zweckmäßig, wenn der Fahrer des Kraftwagens 10 zum Autorisieren bzw. bezahlen des Ladevorgangs keine separaten Handlungen an außerhalb des Kraftwagens 10 gelegenen Vorrichtungen vornehmen muss. Aus diesem Grund ist eine Identifizierungseinrichtung 20 im Kraftwagen vorgesehen, die mit einem Sender 22 gekoppelt ist. Die Identifizierungseinrichtung 20 kann einen eindeutig zuordenbaren Code erzeugen, der mittels des Senders 22 an einen Empfänger 24 übertragen werden kann, der der bodenseitigen Spule 18 zugeordnet ist. Idealerweise erfolgt diese Kommunikation verschlüsselt, so dass ein Missbrauch ausgeschlossen werden kann. Vor Beginn des Ladevorgangs wird somit eine eindeutige Identifikation vom Kraftwagen 10 zur Ladevorrichtung übermittelt, so dass die Abrechnung bezüglich der beim Laden übertragenen Energiemenge dem Fahrer des Kraftwagens 10 eindeutig zugeordnet werden kann.
  • Selbstverständlich können auch sowohl fahrzeugseitig als auch bodenseitig jeweilige Sender-/Empfängereinheiten vorgesehen sein, die eine bidirektionale Kommunikation erlauben. Die Übertragung kann dabei mit üblichen Standards, beispielsweise auf WLAN- oder Mobilfunkbasis erfolgen. Neben der Bereitstellung der Identifikation durch einen fest im Fahrzeug installierten Security Controller 20 ist es auch möglich, die Identifikation beispielsweise auf einer Chipkarte oder dergleichen zu speichern, die vom Fahrer in ein entsprechendes Lesegerät des Kraftwagens 10 eingelegt wird, um den Ladevorgang zu starten. Zusätzliche Sicherheit kann gewährleistet werden, wenn der Fahrer zusätzlich einen persönlichen Identifikationscode eingibt, um die Energieübertragung und die darauf folgende Bezahlung zu autorisieren.
  • Um auch bei Ausfällen der Sicherheitseinrichtungen ein Laden der Batterie des Kraftwagens 10 zu ermöglichen, ist es ferner zweckmäßig, die Identifikationseinrichtung 20 redundant vorzusehen.
  • 2 zeigt den detaillierten Verfahrensablauf für ein Ausführungsbeispiel eines derartigen Lade- und Bezahlprozesses. In einem ersten Verfahrensschritt S10 steuert der Kraftwagen 10 einen am Parkplatz mit einer bodenseitigen Spule 18 und den dazugehörigen Ladeeinrichtungen an. Gegebenenfalls wird in einem folgenden Verfahrensschritt S12 der Einparkvorgang durch ein geeignetes Fahrerassistenzsystem unterstützt, so dass der Kraftwagen 10 zuverlässig in Überdeckung zur bodenseitigen Spule 18 kommt und ein vorgegebener Abstand D zwischen den Spulen 16, 18 eingehalten wird.
  • Die Einhaltung dieser Randbedingungen wird im folgenden Verfahrensschritt S14 überprüft. Stimmt die Positionierung des Kraftwagens 10 nicht mit den Sollvorgaben überein, so wird im Schritt S16 eine Fehlermeldung ausgegeben und im Schritt S18 der Ladevorgang abgebrochen.
  • Bei einer korrekten Platzierung des Kraftwagens 10 wird dagegen im Verfahrensschritt S20 zunächst eine Autorisierung des Ladevorgangs durch den Benutzer abgewartet. Dies kann beispielsweise durch Betätigung eines entsprechenden Bedienelements am Armaturenbrett geschehen.
  • Hat der Benutzer den Ladevorgang autorisiert, so wird im Schritt S22 die Authentifizierung des Fahrzeugs 10 gegenüber der Ladeeinrichtung durchgeführt. Hierzu wird eine verschlüsselte Identifikationsnummer, wie sie beispielsweise im Security Controller 20 gespeichert sein kann, durch den Sender 22 an den Empfänger 24 übertragen. Der Empfänger 24 übermittelt die empfangene Identifikationsnummer an ein zugeordnetes Steuergerät, welches unter Benutzung einer entsprechenden Datenbank dem Kraftwagen 10 nun eine eindeutige Identität zuordnen kann. In der Datenbank können beispielsweise auch Bankverbindungen und der Gleichen des Fahrzeuginhabers hinterlegt sein, so dass ein automatisierter Bezahlvorgang später gestartet werden kann.
  • Um einen Missbrauch des Systems zu vermeiden, wird im folgenden Schritt S24 eine persönliche Identifikationsnummer des Kraftwagenfahrers 10 abgefragt, welche diese über eine geeignete Tastatur oder dergleichen am Armaturenbrett eingibt. Auch diese Identifikationsnummer wird im Schritt S28 vom Sender 22 an den Empfänger 24 übertragen, vom Steuergerät der Ladevorrichtung verarbeitet und mit einer Datenbank abgeglichen.
  • Wird in Schritt S30 festgestellt, dass keine korrekte Pinnummer eingegeben wurde, so wird die Eingabe im Schritt S32 wiederholt. Dies kann allenfalls dreifach wiederholt werden, andernfalls wird der Ladevorgang abgebrochen und eine zumindest temporäre Sperre für die eindeutige Identifikationsnummer des Kraftwagens 10 verhängt, die z.B. durch einen Anruf beim Betreiber des Ladesystems wieder aufgehoben werden kann. Bei korrekter Pineingabe wird dagegen in Schritt S34 der Ladevorgang freigegeben und schließlich in Schritt S36 gestartet.
  • Neben der Pin-Abfrage können auch zusätzliche Sicherungsmaßnahmen vorgesehen sein, die im Falle eines Diebstahls oder Austausches des Security Controllers 20 eine illegale Abrechnung erschweren. Dies kann beispielsweise in ähnlicher Weise erfolgen, wie die Mechanismen zur Wegfahrsperre bei modernen Fahrzeugen, wobei bei der Inbetriebnahme des Kraftwagens eine gesicherte Kommunikation, beispielsweise zwischen einem im Fahrzeugschlüssel angeordneten Transponder und einem geeigneten Empfänger stattfinden muss. Der Security Controller 20 kann ferner beispielsweise ins Modul einer Motorsteuerung, ins Modul für ein Schließsystem oder ein anderes Steuergerät im Fahrzeug integriert werden, um Manipulationen oder den Diebstahl einer entsprechenden Einheit zu erschweren. Auch können mehrere Security Controller 20 über mehrere Steuergeräte des Fahrzeugs verteilt werden, um Manipulationen oder Diebstahl weiter zu erschweren.
  • Neben der beschriebenen Anwendung des Systems zur Identifikation, Autorisierung und Bezahlung von Ladevorgängen, kann das System auch für andere Bezahlvorgänge, beispielsweise für die Benutzung von Parkplätzen, Parkhäusern, Autowaschstraßen oder der Gleichen, oder auch für die Bezahlung am Drive-in-Terminal der Systemgastronomie benutzt werden.

Claims (14)

  1. Verfahren zum Laden eines Energiespeichers eines elektrischen Kraftwagens (10), bei welchem elektrische Energie von einer fahrzeugexternen Ladeeinrichtung (18) zu dem Energiespeicher des Kraftwagens übertragen wird, dadurch gekennzeichnet, dass vor Beginn des Ladevorgangs ein Identifikationssignal vom Kraftwagen (10) an ein der Ladeeinrichtung zugeordnetes Steuergerät übertragen wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Identifikationssignal verschlüsselt übermittelt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Identifikationssignal nur nach korrekter Eingabe eines Identifikationscodes durch einen Benutzer übertragen wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass nach Empfang des Identifikationssignals das Identifikationssignal mit einer Datenbank von Identifikationssignalen verglichen wird und dem Kraftwagen (10) auf Grundlage dieses Vergleichs eine eindeutige Identität zugeordnet wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Identifikationssignal von einer fest im Kraftwagen (10) installierten Identifikationseinrichtung (20) bereitgestellt wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Identifikationssignal von einer in eine zugeordnete Aufnahme des Kraftwagens (10) einzulegenden oder drahtlos abfragbaren, tragbaren Identifikationseinrichtung bereitgestellt wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Identifikationssignal zur Abwicklung eines weiteren Bezahlvorgangs an ein dem Bezahlvorgang zugeordnetes Steuergerät übertragen wird.
  8. System zum Abwickeln eines Ladevorgangs eines Energiespeichers eines elektrischen Kraftwagens (10), mit einer fahrzeugexternen Ladeeinrichtung (18), mittels welcher elektrische Energie zu dem Energiespeicher des Kraftwagens übertragbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftwagen eine Übertragungseinrichtung (22) zum Übertragen eines Identifikationssignals an ein der Ladeeinrichtung (18) zugeordnetes Steuergerät aufweist.
  9. System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Identifikationssignal von einer fest im Kraftwagen (10) installierten Identifikationseinrichtung (20) bereitstellbar ist.
  10. System nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftwagen (10) wenigstens eine redundante Identifikationseinrichtung (20) aufweist.
  11. System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Identifikationssignal von einer in eine zugeordnete Aufnahme des Kraftwagens (10) einzulegenden tragbaren Identifikationseinrichtung bereitstellbar ist.
  12. System nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Identifikationseinrichtung und/oder die Übertragungseinrichtung zum Verschlüsseln des Identifikationssignals ausgelegt ist.
  13. System nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftwagen (10) eine Eingabevorrichtung zum Eingeben eines Identifikationscodes durch einen Benutzer aufweist.
  14. System nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das der Ladeeinrichtung (18) zugeordnetes Steuergerät mit einer Datenbank zum Zuordnen eindeutiger Identitäten zu Identifikationssignalen gekoppelt ist.
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