Die Erfindung betrifft im Allgemeinen das Gebiet der Elektromobilität. Im Besonderen betrifft die Erfindung die Ladekommunikation zwischen einer Ladestation und dem Ladesteuergerät des E-Fahrzeugs gemäß der ISO/1 EC 1 5118.

Hintergrund der Erfindung

Ladestationen werden für das Aufladen der Batterie, üblicherweise ein Lithium-Ionen- Akku, eines Elektrofahrzeugs (E-Fahrzeug) benutzt. Mittlerweile definiert der

Standard für sogenanntes intelligentes Laden (Smart Charging), der ISO/1 EC 15118, die Ladekommunikation zwischen der Ladestation und einem Ladesteuergerät des E-Fahrzeugs, um aktiv den Ladevorgang zu steuern, indem z.B. die Stromaufnahme spontan während des Ladevorgangs geändert wird, um eine Überlastung des

Stromnetzes zu vermeiden. Soweit es die Kommunikation betrifft, so setzt ISO 15118 auf Power Line Communication (PLC) und einen TCP/IP-Protokollstack mit dem IP- und dem TCP-Protokoll oder alternativ mit dem User Datagram Protocol (UDP). In der Anwendungsschicht sind das Domain Name System (DNS) für die

Namenserfassung, Transport Layer Security (TLS) für die Verschlüsselung der Daten auf der Transportschicht, das Vehicle to Grid Transport Protocol (V2GTP) und ein Modul für das Smart Charging auf den Protokoll Stack aufgesetzt.

Nach dem Einstecken des Ladekabels stellt das Ladesteuergerät des E-Fahrzeugs zunächst über PLC eine Kommunikationsverbindung mit der Ladestation her. Dann erhält das Fahrzeug per DHCP eine IP-Adresse, woraufhin das Ladesteuergerät über einen Broadcast (Charge Point Discovery) anfragt, welche IP-Adresse die

Ladestation hat. Nun baut das Fahrzeug eine TCP- und darüber eine TLS- Verbindung auf, wobei sich sowohl die Ladestation als auch das E-Fahrzeug über Zertifikate authentifizieren. Über diese verschlüsselte Verbindung werden sowohl Dienste-Informationen, Tariftabellen und Ladeprofile ausgetauscht und ausgewählt als auch die Zahlungsmodalitäten geklärt. Nun wird das Kabel physikalisch verriegelt, damit es während des Ladevorgangs nicht abgezogen werden kann - unter anderem, um Stromdiebstahl zu verhindern. Zuletzt schaltet die Ladestation den Strom ein, und das eigentliche Laden beginnt. Dabei tauschen E-Fahrzeug und Ladestation regelmäßig ihren Status und Stromzählerstände aus und das E- Fahrzeug quittiert die Abnahme der Energie. Während des Ladens kann sich das E- Fahrzeug in einen Ruhezustand versetzen, um damit den eigenen Energieverbrauch zu reduzieren. Aus diesem Ruhezustand erwacht es periodisch, um eine

Statusaktualisierung durchzuführen. Das Laden selbst wird dabei kontinuierlich fortgeführt. Am Ende schaltet die Ladestation den Strom ab und löst die

Steckerverriegelung. Der letzte quittierte Zählerstand wird zur Abrechnung über das Internet an den Energieversorger übermittelt. Für Energiemanagementfunktionen sollte gemäß ISO/IEC 15118 das

Ladesteuergerät des E-Fahrzeugs eine maximal mögliche Leistungsaufnahme (Pmax) des E-Fahrzeugs an ein Energiemanagementsystem (EMS) kommunizieren bzw. übertragen. Das EMS plant auf Basis dieser übertragenen maximal möglichen Leistungsaufnahme Pmax einen optimierten Ladebetrieb.

Offenbarung der Erfindung

Der Erfinder hat festgestellt, dass in der Praxis die kommunizierte bzw. übertragene maximal mögliche Leistungsaufnahme Pmax beim Ladevorgang aus

verschiedensten Gründen häufig nicht erreicht wird. D.h., die tatsächlich feststellbare Ladeleistung Pmax-ist des E-Fahrzeugs weicht von der übertragenen theoretischen maximalen Leistung Pmax ab. Dies hat einen unmittelbaren Einfluss auf die

Prognosegüte und die Optimierung des EMS. Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Ladesteuergerät anzugeben, welches hinsichtlich der tatsächlichen Ladeleistung verbessert ist. Des Weiteren soll ein Fahrzeug mit einem entsprechenden Ladesteuergerät angegeben werden. Darüber hinaus soll ein Verfahren zur Ladesteuerung angegeben werden. Die Aufgabe wird mit den jeweiligen Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weitere Ausführungsbeispiele und vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem Ladesteuergerät beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit den entsprechenden Verfahren zur Ladesteuerung und jeweils umgekehrt.

Ein Kerngedanke der Erfindung liegt darin, Abweichungen zwischen der tatsächlich feststellbaren Ladeleistung Pmax-ist des E-Fahrzeugs und der übertragenen theoretischen maximalen Leistung Pmax mittels Onlinemessungen festzustellen und den übertragenen maximalen Leistungswert Pmax dynamisch an die tatsächliche Leistungsaufnahme Pmax-ist anzupassen. Damit kann die Prognosegüte und die Optimierung seitens des EMS verbessert werden. Darüber hinaus kann ein

Nachjustieren seitens des Ladesteuergeräts oder des EMS aufgrund der Abweichung zwischen der theoretischen Energieaufnahme und der tatsächlichen

Energieaufnahme vermieden werden.

Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine Energiemanagementeinrichtung zur Einstellung eines Ladeprofils an einem Ladesteuergerät in einem Elektrofahrzeug. Dazu ist die Energiemanagementeinrichtung eingerichtet, das Ladeprofil am bzw. im Ladesteuergerät für die Aufladung einer Batterie des Elektrofahrzeugs an einer Ladestation einzustellen. Ein Ladeprofil ist der zeitliche Verlauf der Ladeleistung einer Batterie oder eines Batteriesystems, speziell bei einem Elektrofahrzeug. Das Ladeprofil kann aus einer externen Vorgabe resultieren, wenn bspw. eine Optimierung des Energiebezugs als Ziel gesetzt ist. Es kann aber auch eine Eigenschaft des Batteriesystems sein, z.B. da die Ladeleistung bei Erreichen der Ladeschlussspannung absinkt. Letzteres kann u.a. ein Grund sein, weswegen die vorgegebene Ladeleistung nicht erreichbar ist.

Das Ladeprofil wird wenigstens unter Berücksichtigung eines geplanten

Nutzungszeitpunktes des Elektrofahrzeugs und eines gewünschten Ladezustands der Batterie (State of Charge, SoC) sowie eines vorgegebenen Wertes für die maximal aufnehmbare Ladeleistung Pmax des Elektrofahrzeugs eingestellt.

Die Energiemanagementeinrichtung ist erfindungsgemäß mit einer Messeinheit gekoppelt, die eingerichtet ist, eine an das Elektrofahrzeug seitens der Ladestation abgegebene tatsächliche Ladeleistung zu messen und, selbstständig oder in Folge einer Anfrage seitens der Energiemanagementeinrichtung, an die

Energiemanagementeinrichtung zu übertragen.

Die Energiemanagementeinrichtung ist weiter eingerichtet, den Wert der tatsächlich abgegebenen Ladeleistung Pmax-ist für eine entsprechende Neueinstellung des Ladeprofils zu verwenden.

Die Energiemanagementeinrichtung kann in das Elektrofahrzeug, vorzugsweise in das Ladesteuergerät integriert sein. Alternativ kann die

Energiemanagementeinrichtung programmiertechnisch auf einen Backend-Server implementiert sein, beispielsweise des Fahrzugherstellers oder eines

Energieversorgers. Das Ladesteuergerät kann mit dem Backend-Server mittels einer Datenübertragungseinrichtung des Elektrofahrzeugs oder auch über eine PLC- Datenverbindung zur Ladestation kommunikativ verbunden sein, vorzugsweise über das Internet. Die Messeinheit kann in das Ladesteuergerät und/oder in die

Ladestation integriert sein.

Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung kann die

Energiemanagementeinrichtung auch in die Ladestation integriert sein. Ebenso kann dann die Messeinheit in das Ladesteuergerät und/oder in die Ladestation integriert sein.

Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Einstellung eines Ladeprofils in einem Ladesteuergerät für die Aufladung einer Batterie eines Elektrofahrzeugs an einer Ladestation. Das Ladeprofil wird vorzugsweise unter Berücksichtigung eines geplanten Nutzungszeitpunktes und eines gewünschten Ladezustands der Batterie sowie eines vorgegebenen Wertes für die maximal aufnehmbare Ladeleistung des Elektrofahrzeugs in einer Energiemanagementeinrichtung eingestellt. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf:

- Messen der an das Elektrofahrzeug seitens der Ladestation abgegebenen tatsächlichen Ladeleistung (Pmax-ist),

Übertragen der tatsächlichen Ladeleistung (Pmax-ist) an die

Energiemanagementeinrichtung, und Anpassen des Ladeprofils basierend auf der gemessenen tatsächlichen Ladeleistung (Pmax-ist).

Vorzugsweise wird das Verfahren in regelmäßigen Zeitabständen durchgeführt. Dies kann beispielsweise gesteuert über einen entsprechenden Timer alle 15 Minuten erfolgen. Selbstverständlich sind auch andere Zeitabstände oder unregelmäßige Zeitabstände möglich.

Vorzugsweise wird der Übertragungsschritt nur dann durchgeführt, wenn sich der Wert gegenüber dem zuletzt übertragenen Wert geändert hat, vorzugsweise um einen vorbestimmten Betrag.

Ein vierter Aspekt der Erfindung betrifft ein Elektrofahrzeug mit einer Batterie und einem Ladesteuergerät für die Batterie. Das Elektrofahrzeug weist weiter eine Energiemanagementeinrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung auf oder ist damit über eine Datenverbindung kommunikativ verbunden.

Ein fünfter Aspekt der Erfindung betrifft eine Ladestation zum Aufladen einer Batterie eines Elektrofahrzeugs aufweisend eine Energiemanagementeinrichtung gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung im Einzelnen beschrieben ist. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Ebenso können die vorstehend genannten und die hier weiter ausgeführten Merkmale je für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen Verwendung finden. Funktionsähnliche oder identische Bauteile oder Komponenten sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Das gezeigte und beschriebene Ausführungsbeispiel ist nicht als abschließend zu verstehen, sondern hat beispielhaften Charakter zur Erläuterung der Erfindung. Die Beschreibung dient der Information des Fachmanns, daher werden in der Beschreibung bekannte Strukturen und Verfahren nicht im Detail gezeigt oder erläutert, um das Verständnis nicht zu erschweren. Figur 1 veranschaulicht ein Elektrofahrzeug, das über ein Ladekabel an eine

Ladestation zur Aufladung einer Batterie des Elektrofahrzeugs angeschlossen ist, wobei der Aufladevorgang von einem Ladesteuergerät gemäß einem durch eine Energiemanagementeinrichtung eingestellten Ladeprofil gesteuert wird. Figur 2 zeigt ein Flussdiagramm für ein Verfahren zur Einstellung eines Ladeprofils in einem Ladesteuergerät für die Aufladung einer Batterie eines Elektrofahrzeugs an einer Ladestation.

Figur 1 zeigt ein Elektrofahrzeug 14, das über ein Ladekabel 15 an eine Ladestation 18 zur Aufladung einer Batterie 16 des Elektrofahrzeugs 14 angeschlossen ist. Der Aufladevorgang der Batterie 16 wird von einem Ladesteuergerät 12 des

Elektrofahrzeugs 14 gemäß einem durch eine Energiemanagementeinrichtung 10a, 10b, 10c oder 10d eingestellten Ladeprofil gesteuert. Ein Nutzer des Elektrofahrzeugs 14 kann beispielsweise an einem

Fahrerinformationssystem (nicht gezeigt) des Fahrzeugs oder an einer auf einem mobilen Kleincomputer, beispielsweise einem Smartphone 11 oder einem Tablet- Computer, laufenden Software-Applikation (App) als grafische Benutzerschnittstelle Einstellungen an einer Energiemanagementeinrichtung 10a, 10b, 10c oder 10d vornehmen. Diese Einstellungen können beispielsweise zukünftige Nutzungszeiten des Elektrofahrzeugs 14 sowie einen gewünschten Ladezustand (SoC) der Batterie 16 für die Nutzung beinhalten.

Die Energiemanagementeinrichtung 10a, 10b, 10c oder 10d ist u.a. dazu

eingerichtet, ein optimales Ladeprofil am Ladesteuergerät 12 für die Aufladung der Batterie 16 des Elektrofahrzeugs 14 an der Ladestation 18 einzustellen. Dabei berücksichtigt die Energiemanagementeinrichtung 10a, 10b, 10c oder 10d

wenigstens den nächsten geplanten Nutzungszeitpunkt des Elektrofahrzeugs 14 und ggf. den dazu gewünschten Ladezustand der Batterie 16. Des Weiteren kann die Energiemanagementeinrichtung 10a, 10b, 10c oder 10d bei der Einstellung des Ladeprofils auch Stromtarife und die zugehörigen Zeitpläne und/oder die

Verfügbarkeit alternativer Energiequellen, wie Wind- oder Solarstromquellen, zur Kostenersparnis heranziehen. D.h., wenn bis zum nächsten Nutzungszeitpunkt hinreichend Zeit zur Verfügung steht, dann wird die Energiemanagementeinrichtung 10a, 10b, 10c oder 10d versuchen, das Ladeprofil so einzustellen, dass die Batterie 16 möglichst kostengünstig auf den gewünschten Ladezustand geladen werden kann.

Für die Planung des Ladeprofils ist u.a. ein wesentlicher Parameter die vom

Elektrofahrzeug 14 beim Aufladen maximal aufnehmbare Ladeleistung Pmax. Dieser Wert ist meist vom Fahrzeughersteller entsprechend der technischen Gegebenheiten am Fahrzeug im Ladesteuergerät 12 abgelegt. Bei einem Aufladevorgang bezieht das Elektrofahrzeug dann diese Ladeleistung, um die Batterie zu laden. Es wurde jedoch festgestellt, dass es aus verschiedensten Gründen vorkommt, dass dem Elektrofahrzeug 12 diese maximale Ladeleistung Pmax seitens der Ladestation 18 nicht zur Verfügung gestellt wird oder werden kann. Dadurch verlängert sich der Ladevorgang entsprechend. Dies hat entsprechenden Einfluss auf die Prognosegüte für den Ladevorgang seitens der Energiemanagementeinrichtung 10a, 10b, 10c oder 10d. Mit anderen Worten, aufgrund einer Abweichung der tatsächlich möglichen Ladeleistung von der theoretischen maximalen Ladeleistung wird das Ladeprofil fehlerhaft eingestellt. Um dieses Problem zu beheben, ist die Energiemanagementeinrichtung 10a, 10b, 10c oder 10d mit einer Messeinheit 20a oder 20b gekoppelt. Die Messeinheit 20a oder 20b ist eingerichtet, die an das Elektrofahrzeug 14 seitens der Ladestation 18 abgegebene tatsächliche Ladeleistung Pmax-ist zu messen. Die Messeinheit 20a oder 20b ist weiter eingerichtet, selbstständig oder in Folge einer Anfrage seitens der Energiemanagementeinrichtung 10a, 10b, 10c oder 10d, den aktuellen Wert der abgegebenen tatsächlichen Ladeleistung Pmax-ist an die Energiemanagementeinrichtung 10a, 10b, 10c oder 10d zu übertragen. Damit ist der Energiemanagementeinrichtung 10a, 10b, 10c oder 10d der aktuelle Wert der abgegebenen tatsächlichen Ladeleistung Pmax-ist bekannt: Entsprechend kann die Energiemanagementeinrichtung 10a, 10b, 10c oder 10d dann diesen Wert der tatsächlichen Ladeleistung (Pmax-ist) für eine entsprechende Neueinstellung oder Neuberechnung des Ladeprofils verwenden. Die Prognosegüte und die

Optimierung seitens der Energiemanagementeinrichtung sind damit genauer und ein Nachjustieren seitens des Ladesteuergeräts oder der

Energiemanagementeinrichtung aufgrund der Abweichung zwischen der

theoretischen Energieaufnahme und der tatsächlichen Energieaufnahme der Batterie 16 beim Ladevorgang kann vermieden werden.

In der Figur 1 sind mehre Möglichkeiten gezeigt, an welcher Stelle die

Energiemanagementeinrichtung 10a, 10b, 10c oder 10d implementiert sein kann. In einer Ausführung ist die Energiemanagementeinrichtung 10a in das Elektrofahrzeug 14 integriert, beispielsweise in das Fahrerinformationssystem (nicht in Figur 1 gezeigt). Alternativ kann eine Energiemanagementeinrichtung 10b in das

Ladesteuergerät 12 integriert sein.

Zusätzlich oder alternativ kann eine Energiemanagementeinrichtung 10c oder 10d programmiertechnisch in einem Backend-Server 22 oder 24 implementiert sein. Das Ladesteuergerät 12 kann mittels einer Datenübertragungseinrichtung 26,

beispielsweise einer Funkschnittstelle für mobile Datenübertragung des

Elektrofahrzeugs 14, mit dem Internet 42 verbunden sein. Das Ladesteuergerät 12 kann auch mittels einer Übertragungseinrichtung 26, beispielsweise einer Nahbereichsfunkschnittstelle, wie z.B. WLAN, Bluetooth, ZigBee odgl., des Elektrofahrzeugs 14 über eine Datenverbindung 29 mit dem Smartphone 11 verbunden sein, auf dem die oben genannte Software-Applikation als grafische Nutzerschnittstelle zur Energiemanagementeinrichtung läuft. Das Smartphone 11 ist selbst über eine Datenverbindung 31 mit dem Internet 42 verbunden.

Schließlich kann die Energiemanagementeinrichtung 10b auch in die Ladestation 18 integriert sein. Das Ladesteuergerät 12 ist dann über die in das Ladekabel 15 integrierte PLC- Verbindung mit der Energiemanagementeinrichtung 10b kommunikativ verbunden. Die Ladestation 18 kann über ihre Anbindung an ein Stromversorgungsnetz 44, das in bekannter Weise eine Anbindung an das Internet 42 bereitstellt, mit dem Internet 42 und damit mit einem der Backend-Server 22, 24 verbunden sein.

Die Messeinheit 20a ist in das Ladesteuergerät 12 integriert. Alternativ ist die

Messeinheit 20b in die Ladestation 18 integriert. Beide Möglichkeiten sind für die hier vorgeschlagene Lösung zur dynamischen Kommunikation der tatsächlich

abgegebenen Ladeleistung Pmax-ist gleichwertig.

Bei dem in der Figur 1 gezeigten Backend-Server 22, in dem die

Energiemanagementeinrichtung 10c implementiert sein kann, handelt es sich um einen Server des Fahrzeugherstellers. Wenn die Energiemanagementeinrichtung 10c beim Fahrzeughersteller liegt, können technische Verbesserungen unmittelbar zum Vorteil des Nutzers umgesetzt werden. Außerdem erhält der Fahrzeughersteller so immer aktuelle Daten über die im Einsatz befindlichen Elektrofahrzeuge, wie zum Beispiel Zustand der Batterien 16 usw.

Bei dem in der Figur 1 gezeigten Backend-Server 24, in dem die

Energiemanagementeinrichtung 10d implementiert sein kann, handelt es sich um einen Server eines oder mehrerer Energieversorger. Wenn die

Energiemanagementeinrichtung 10d beim Energieversorger liegt, können

Informationen über die Stromtarife unmittelbar bei der Planung des Ladeprofils berücksichtigt werden. Außerdem bekommt der Stromversorger so einen aktuellen Statusüberblick über die an seine Ladestationen 18 angeschlossenen

Elektrofahrzeuge 14 und über eine Fusion der zahlreichen Ladeprofile eine bessere Möglichkeit den Strombedarf für die Elektromobilität besser planen zu können.

Im Wesentlichen können die verschiedenen in der Figur 1 gezeigten

Konfigurationsmöglichkeiten zur Durchführung eines Verfahrens zur Einstellung eines Ladeprofils in dem Ladesteuergerät 12 für die Aufladung der Batterie 16 des Elektrofahrzeugs 14 an der Ladestation 18 genutzt werden. Figur 2 zeigt ein vereinfachtes Flussdiagramm für das Verfahren.

Das Ladeprofil wird, wie bereits erläutert, unter Berücksichtigung eines geplanten Nutzungszeitpunkts und eines gewünschten Ladezustands der Batterie 16 sowie eines vorgegebenen Werts für die maximal aufnehmbare Ladeleistung des

Elektrofahrzeugs 14 seitens einer der Energiemanagementeinrichtungen 10a, 10b, 10c oder 10d eingestellt.

Das Verfahren umfasst einen Schritt S10, in dem die an das Elektrofahrzeug 14 seitens der Ladestation 18 abgegebene tatsächliche Ladeleistung Pmax-ist gemessen wird.

In einem Schritt S20 wird der Wert der gemessenen, tatsächlich abgegebenen Ladeleistung Pmax-ist an eine der Energiemanagementeinrichtungen 10a, 10b, 10c oder 10d übertragen.

In einem Schritt S30 wird dann von der Energiemanagementeinrichtung 10a, 10b, 10c oder 10d das Ladeprofil basierend auf der gemessenen, tatsächlichen

Ladeleistung Pmax-ist, wenn notwendig, angepasst.

Das Verfahren kann in regelmäßigen Zeitabständen automatisch durchgeführt werden. Alternativ oder zusätzlich kann in dem Verfahren vorgesehen sein, dass der Übertragungsschritt S20 nur dann durchgeführt wird, wenn sich der Wert der gemessenen, tatsächlichen Ladeleistung Pmax-ist gegenüber dem zuletzt übertragenen Wert geändert hat, vorzugsweise um einen vorbestimmten Betrag. Ein entsprechender Schritt S15, in dem dies geprüft wird, ist in der Figur 2 gezeigt. Wenn sich der Wert nicht hinreichend verändert hat, also im Wesentlichen unverändert geblieben ist, geht das Verfahren sofort zurück zu Schritt S10. Falls sich der Wert ausreichend stark geändert hat, geht das Verfahren weiter zu Schritt S20.