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SCHMIDT-REINDAHL, Jacob (Kirchhofsweg 25, Frankenfeld, 27336, DE)
PETERSCHMIDT, Nico (Stiegte 15, Wallenhorst, 49134, DE)
SCHMIDT-REINDAHL, Jacob (Kirchhofsweg 25, Frankenfeld, 27336, DE)
| Ansprüche 1. Überwachungssystem zum Überwachen einer Energieübertragung zwischen einer ersten Energieeinheit und einer zweiten Energieeinheit, mit einer RFID-Identifikationseinheit zum Bereithalten einer RFID- Identifikationsinformation der ersten Energieeinheit, einer RFID-Identifikationsempfangseinheit zum Empfangen der RFID- Identifikationsinformation an der zweiten Energieeinheit, und einer Steuereinheit zum Bestimmen einer Energiemengeninformation, die die übertragene Energiemenge zwischen der ersten Energieeinheit und der zweiten Energie- einheit repräsentiert, und zum Senden der Energiemengeninformation und der RFID- Identifikationsinformation an eine Energiekommunikationseinheit eines Energienetzes. 2. Überwachungssystem nach Anspruch 1 , wobei die erste Energieeinheit eine Steckdoseneinheit und/oder eine Stromtankstelleneinheit, insbesondere eines Haushal- tes des Energienetzes, ist. 3. Überwachungssystem nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die zweite Energieeinheit ein Elektrofahrzeug, insbesondere eine Akkueinheit eines Elektrofahr- zeugs, ist. 4. Überwachungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinheit einen Stromzähler zum Messen der übertragenen Energiemenge aufweist. 5. Überwachungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner mit einer Abrechnungseinheit zum Abrechnen der übertragenen Energiemenge auf Basis der Energiemengeninformation und der RFID-Identifikationsinformation. 6. Überwachungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite Energieeinheit eine Identifikationssendeeinheit zum Senden einer Identifikationsin- formation an das Energienetz aufweist. 7. Verfahren zum Überwachen einer Energieübertragung zwischen einer ersten Energieeinheit und einer zweiten Energieeinheit, mit den Schritten Bereithalten einer RFID-Identifikationsinformation der ersten Energieeinheit, Empfangen der RFID-Identifikationsinformation an der zweiten Energieeinheit, Übertragen von Energie zwischen der ersten und der zweiten Energieeinheit, Bestimmen einer Energiemengeninformation, die die übertragene Energiemenge zwischen der ersten Energieeinheit und der zweiten Energieeinheit repräsentiert, und Senden der Energiemengeninformation und der RFID-Identifikationsinformation an eine Energiekommunikationseinheit eines Energienetzes. 8. Verfahren nach Anspruch 7, ferner mit den Schritten Messen der übertragenen Energiemenge, und Bestimmen der Energiemengeninformation auf Basis der gemessenen übertragenen Energiemenge. 9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, ferner mit dem Schritt Abrechnen der übertragenen Energiemenge auf Basis der Energiemengeninformation und der RFID-Identifikationsinformation. 10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, ferner mit dem Schritt Senden einer Identifikationsinformation der zweiten Energieeinheit an das Energienetz. 1 1. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, wobei der Schritt des Energieübertragens ein Laden einer Akkueinheit der zweiten Energieeinheit aufweist. 12. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 1 1 , ferner mit dem Schritt Empfangen einer Freigabe zur Energieübertragung zwischen der ersten Energieeinheit und der zweiten Energieeinheit von der Energiekommunikationseinheit des Energienetzes durch die zweite Energieeinheit. 13. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 12, ferner mit dem Schritt Steuern der Energieübertragung in Abhängigkeit von der Energieübertragungszeit, insbesondere während der Energieübertragung, durch die Energiekommunikationseinheit des Energienetzes. |
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Überwachungssystem und ein Verfahren zum Überwachen einer Energieübertragung zwischen einer ersten Energieeinheit und einer zweiten Energieeinheit.
Findet eine Energieübertragung zwischen z.B. einem Elektrofahrzeug und einem Energienetz statt, wird eine Verrechnung von elektrischer Energie ausgeführt, die aus dem Verbundnetz (Energienetz) in Batterien bzw. Akkueinheiten von Elektrofahrzeugen geladen wird bzw. aus diesen entnommen und wieder zurück in das elektrische Netz (Energienetz) gespeist wird. Die Elektrofahrzeuge und das Energienetz (bzw. dessen Netzbetreiber) können so ein Virtuelles Kraftwerk bilden.
Ein Haushalt besitzt zur Abrechnung des bezogenen Stromes einen Zähler (ausgeführt als Ferraris-Zähler oder Smart Meter). Wird zur Ladung der Batterien eines Elektrofahr- zeugs dieses an eine Steckdose des Haushalts angeschlossen, wird die dafür benötigte Energie über den Haushaltszähler erfasst. Ist der Halter des zu ladenden Elektrofahr- zeugs nicht gleichzeitig der Haushaltsstromkunde, dem die bezogene elektrische Energie nach Ablesung des Haushaltszählers vom Energieversorgungsunternehmen in Rechnung gestellt wird, so muss ein aufwendiger Verrechnungsprozess zwischen dem Fahrzeughai- ter und dem Haushaltsstromkunden stattfinden. Das Problem tritt in ähnlicher Form auch bei der Ladung über öffentlich zugängliche Steckdosen z.B. eines Parkplatzes oder Parkhauses oder bei Ladetankstellen für Elektrofahrzeuge auf.
Als allgemeiner Stand der Technik sei auf die Dokumente WO 2007/141543 A2 und JP 002006245983 A verwiesen.
Es ist Aufgabe der Erfindung diese und weitere Nachteile zu überwinden.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Überwachungssystem zum Überwachen einer Energieübertragung zwischen einer ersten Energieeinheit und einer zweiten Energieeinheit gelöst, wobei das Überwachungssystem aufweist: eine RFID- Identifikationseinheit zum Bereithalten einer RFID-Identifikationsinformation der ersten Energieeinheit, eine RFID-Identifikationsempfangseinheit zum Empfangen der RFID- Identifikationsinformation an der zweiten Energieeinheit, und eine Steuereinheit zum Bestimmen einer Energiemengeninformation, die die übertragene Energiemenge zwischen der ersten Energieeinheit und der zweiten Energieeinheit repräsentiert, und zum Senden der Energiemengeninformation und der RFID-Identifikationsinformation an eine Energiekommunikationseinheit eines Energienetzes.
Die Erfindung basiert auf der Idee, dass Steckdosen (oder auch Stromtankstellen) - d.h. erste Energieeinheiten - durch das Aufkleben von RFID-Tags, die die Steckdose bevor- zugt durch einen Schriftzug als Stromtankstelle kennzeichnen, einem Haushaltszähler zugeordnet sind, wobei der Haushalt Energie aus dem Energienetz bezieht. Wird nun z.B. ein Elektrofahrzeug - d.h. die zweite Energieeinheit - mit einem Stecker, der ein RFI D-Lesegerät enthält, an die Steckdose angeschlossen, so liest das Lesegerät die Kennung der Steckdose aus. Nach abgeschlossener Ladung übermittelt eine Kommuni- kationseinheit bzw. Steuereinheit im E-Fahrzeug z.B. via Power Line Communication oder Mobilfunknetz die Kennung der Steckdose sowie die im Fahrzeug ermittelte geladene Strommenge an das Energieversorgungsunternehmen, wo die Kennung der Steckdose dem Haushaltszähler zugeordnet wird. Die Ermittlung der geladenen Strommenge erfolgt dabei bevorzugt in einem Stromzähler in dem E-Mobil (d.h. dem Elektrofahrzeug) und/oder in dem Haushaltszähler. Bei der nächsten Auslesung des (z.B. Ferraris-) Haushaltszählers wird die ins E-Mobil geladene elektrische Energie mit dem Haushaltszählerstand verrechnet. Die Abrechnung erfolgt bevorzugt in einer Abrechnungseinheit des Energienetzbetreibers. Wird ein Smart Meter als Haushaltszähler eingesetzt, so kann die Verrechnung unmittelbar und automatisch erfolgen, d.h. bevorzugt weist der Haushalt eine Abrechnungseinheit auf. An öffentlich zugänglichen Steckdosen identifiziert sich das Elektrofahrzeug bevorzugt mittels einer Identifikationsinformation zunächst als solches, bevor die Ladung von der Steckdose freigegeben wird. So kann erfindungsgemäß ein Stromklau verhindert werden.
Die Erfindung bewirkt eine einfache Übertragung und Überwachung von elektrischer Energie, die von Elektrofahrzeugen aus dem elektrischen Netz in die Fahrzeugbatterie geladen wurde (oder umgekehrt). Dabei wird mit dem erfindungsgemäßen Überwa- chungssystem insbesondere das Problem der Doppelabrechnung bei Ladung der Batterie an einer konventionellen Steckdose als Stromtankstelle behoben.
Die Einrichtung der Stromtankstelleninfrastruktur kann mit dem erfindungsgemäßen Überwachungssystem sehr einfach realisiert werden. Erfindungsgemäß wird eine flä- chendeckende Implementierung von Stromtankstellen für Elektrofahrzeuge durch einen Rückgriff auf bereits vorhandene Infrastruktur einfach gestaltet. Dabei erfolgt die Abrechnung der geladenen elektrischen Energie erfindungsgemäß weitgehend automatisiert, wodurch eine Doppelabrechnung vermieden wird. Ein weiterer Vorteil liegt in der Reduzierung des Normungsbedarfs auf ein Minimum durch Nutzung bekannter und genormter Schnittstellen. Im Elektrofahrzeug kann z.B. auf einen CAN Bus zurückgegriffen werden, um die vom Nutzer eingegebenen Daten (Ladezeitraum und minimal benötigte Energiemenge für die nächste Fahrt berechnet aus der nächsten geplanten Wegstrecke) sowie die vom Batteriemanagementsystem bereitge- stellten Daten (Batterieladezustand, Batteriegröße und Bedarf an Batteriepflege) an die Kommunikationseinheit im Fahrzeug zu übermitteln. Zum Anschluss des Fahrzeugs an das elektrische Verbundnetz kann auf Standardstecker und Standardsteckdosen abgestellt werden, wobei auch eine Automatisierung des Einsteckens der Stecker in die Steckdose mit demselben Ansatz möglich ist. Die fahrzeuginterne Kommunika- tionseinheit kommuniziert bevorzugt mit der Zentrale eines Virtuellen Kraftwerks über die Smart Metering Infrastruktur. Dies erfolgt bevorzugt über die Powerline Communication bzw. die Kommunikation über das Mobilfunknetz.
Das erfindungsgemäße Überwachungssystem kann vorteilhaft einen Stromklau an öffentlich zugänglichen Steckdosen dadurch verhindern, dass sich das Elektrofahrzeug als solches an der Steckdose identifiziert und die Steckdose den Stromfluss erst nach erfolgreicher Identifikation frei gibt.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass jedes Automobil an jeder Steckdose, die mit einem RFID-Tag bestückt ist, Strom „tanken" kann. Dies kann nach Abstimmung zwi- sehen den Netzbetreibern bevorzugt nach dem Vorbild der Roaming Verträge aus dem Mobilfunkbereich auch für Netze„fremder" Netzbetreiber gelten.
Das erfindungsgemäße Überwachungssystem ist weitestgehend manipulationssicher, da man sich durch das Stehlen eines RFID-Tags und das Aufkleben auf eine eigene Steckdose nicht bereichern kann, sondern damit selbst schadet: Man selbst würde den getank- ten Strom doppelt bezahlen; derjenige, dem der RFID-Tag zugeordnet ist, erhält für ihn vorteilhaft einen Zuschuss zu seiner Stromrechnung vom RFID-Tag Dieb. Andererseits ist es durch die Datenspeicherung in der Zentrale des Virtuellen Kraftwerks leicht nachvollziehbar, wenn jemand seine Stromrechnung durch das Aufkleben eines eigenen RFID- Tags auf eine fremde Steckdose reduzieren möchte. Das erfindungsgemäße Überwachungssystem ist bevorzugt mit anderen Systemen und Verfahren aus dem Vehicle to Grid Bereich verbindbar. So können dem Elektromobilfahrer z.B. günstigere Stromtarife angeboten werden, wenn er mit seinem Fahrzeug lange Zeit am Netz bleibt. Eine„Online-Aushandlung" des Stromtarifs ist denkbar. Unidirektionale (nur Laden) und bidirektionale (mit Rückspeisung in das Netz) Ankopplung von Elektrofahrzeugen an das Verbundnetz sind erfindungsgemäß möglich.
Weiterhin ist bevorzugt, dass die zweite Energieeinheit zum Empfangen einer Freigabe zur Energieübertragung zwischen der ersten Energieeinheit und der zweiten Energieeinheit von der Energiekommunikationseinheit des Energienetzes ausgestaltet ist. So sendet die Energiekommunikationseinheit des Energienetzes z.B. nach einer Authentifizierung ein Freigabesignal an das E-Mobil, welches daraufhin den Aufladeprozess beginnt.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Energiekommunikationseinheit des Energienetzes zum Steuern der Energieübertragung in Abhängigkeit von der Energieübertragungszeit, insbesondere während der Energieübertragung, ausgestaltet. Vor- teilhaft wird erreicht, dass die Energiekommunikationseinheit in Abhängigkeit von Zeiten, zu denen im Netz besonders viel oder wenig Energie zur Verfügung steht (bzw. diese Energie entsprechend teuer oder günstig ist), diese entsprechend an das E-Mobil frei gibt.
In einem weiteren Aspekt bezieht sich die Erfindung auf Verfahren zum Überwachen einer Energieübertragung zwischen einer ersten Energieeinheit und einer zweiten Energieeinheit.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen erläutert, wobei
Fig. 1 eine unidirektionale Ladung sowohl geregelt als auch ungeregelt illustriert;
und Fig. 2 eine schematische Darstellung der Netzkopplung von erfindungsgemäßen elektrischen Fahrzeugen zeigt.
Mit V2G („Vehicle to Grid", übersetzt ins Deutsche etwa:„Fahrzeug ans Netz") wird ein Konzept zur Kopplung von Elektro- und Hybridfahrzeugen mit Batteriespeichern an das elektrische Verbundnetz bezeichnet. Die Kopplung erfolgt so, dass durch die Nutzung der Batteriespeicher in den E-Mobilen Netzdienstleistungen wie Regelleistung sowie Blindleistungskompensation bereitgestellt werden können oder Lastglättung erfolgen kann. Das V2G Konzept sieht vor, dass E-Mobile Strom aus dem Netz entnehmen und in Zeiten großer Netzlast auch wieder einspeisen. Kommunikationstechnologien dienen der dynamischen Einbindung von Elektrofahrzeugen in die bestehenden Stromversorgungs- netze, die es erlauben, von einer Zentrale aus in einer diversen Infrastruktur dezentrale, räumlich verteilte Verbraucher einheitlich technisch zu adressieren. Ein „Dezentrales Energiemanagementsystem" (DEMS) als Zentrale eines Virtuellen Kraftwerks ist für die jeweilige Region bevorzugt, um diese Technologien einführen zu können. Das DEMS übernimmt die Optimierung der Ladung (und beim bidirektionalen V2G auch der Entla- dung) der dezentral verteilten Batteriespeicher von E-Mobilen. Dabei wird neben der räumlichen Verteilung der Speicher über das Netzgebiet die Speicherdichteverschiebung über den Tagesverlauf prognostiziert und in die Netzberechnungen integriert. So kann im unidirektionalen V2G trotz der wegen der E-Mobile größeren zu liefernden Energiemenge ein stabiler Betrieb kritischer Leitungstrassen gewährleistet werden. Durch den Einsatz von Informations- und Kommunikationstechnologie (IKT) werden zum Einen Prognosen über dezentrale, stochastische Einspeisung verbessert, zum anderen wird das Netzmanagement durch eine verbesserte Kraftwerkseinsatzplanung optimiert. Die Informations- und Kommunikationstechnik IKT im Elektrizitätsbereich ist im Folgen- den erläutert.
Leistungselektronische Elemente zur Netzregelung (z.B. V2G) werden gesteuert, um ihre Funktion der Netzregelung sinnvoll ausführen zu können. Netze, in denen die dezentralen Erzeuger und Verbraucher intelligent gesteuert werden, um eine hohe Versorgungssicherheit und Versorgungsqualität zu gewährleisten, werden Smart Grids genannt. Hierbei unterscheidet man die zentrale und die dezentrale Steuerung. Bei der zentralen Steuerung werden jegliche Informationen der dezentralen Erzeuger inklusive des Netzzustandes an ein zentrales Trustcenter geschickt, das die Informationen bündelt, auswertet und Befehle für geeignete Maßnahmen an die dezentralen Energieeinspeiser zurück gibt. Zu dieser zentralen Steuerung gehören das virtuelle Kraftwerk oder das Dezentrale Energiemanagementsystem (DEMS).
Dem gegenüber steht die dezentrale Steuerung, bei der jeder dezentrale Energieeinspeiser nach zuvor festgelegten Regeln entscheidet, welche Reaktion für die aktuelle Situation geeignet wäre.
Beide Strömungen werden durch den zunehmenden Einsatz des Smart Meters befördert, eines digitalen Energiezählers, der neben Datenlogger-Funktionen in einigen Fällen auch fernausgelesen werden und ggf. Schalthandlungen vornehmen kann. Der Einsatz des Smart Meters wird z.B. von der Europäischen Kommission unterstützt, um dem Stromkunden mehr Transparenz in seiner Stromrechnung in kürzeren zeitlichen Abständen zu gewähren. Ziel ist es, den Stromnutzer durch zeitlich kurzfristige Rückmeldung auf sein Energie-Nutzungsverhalten zum effizienten Umgang mit elektrischer Energie anzuhalten. Die Basis des Smart Meters bietet eine Grundlage, auf der eine Kommunikationsstruktur für ein Smart Grid aufgebaut werden kann.
Eine Ausführungsform eines unidirektionalen Vehicle to Grid 50 ist in Fig. 1 dargestellt und mit dem Stromversorgungsnetz 10 (z. B. als WAN Kommunikationsnetz) verbunden. Ein erfindungsgemäßes unidirektionales Vehicle to Grid weist beispielsweise die folgenden Einheiten auf, die in unterschiedlichen Ausführungsformen unterschiedlich zusammengestellt sein können: DEMS 11 : Das Dezentrale Energie Management System ist die Zentrale des Virtuellen Kraftwerks. Von hier aus werden Befehle an die Mikrokraftwerke geschickt, so dass das Ladegerät„weiß" wann es wie stark laden soll.
Die Stationäre Ladestation 12 steht für ein physisches Gerät, das außerhalb des E-Mobiles an einem festen Ort steht und die Aufgabe hat, die Batterien zu laden. Dies kann durch eine Batteriewechselstation oder eine Stromtankstelle realisiert werden. Die stationäre Ladestation kann eine Smart Metering Einheit und eine Ladefreigabeeinheit 13 aufweisen.
SMet-E 51 : Die Smart Metering Einheit misst die elektrische Leistung, berechnet die übertragene Energie und stellt sie als digitalen Wert zur Verfügung.
Leistungselektronik 52: Der Umrichter dient der Gleichrichtung zur Batterieladung. Zusätzlich kann die Leistungselektronik das Steuermanagement und die Bordelektronik aufweisen.
Energie-Speicher Akku 53: Es gibt verschiedene Ausführungsformen der Anordnung des Akkus: im E-Mobil zur Ladung über einen Netzstecker; wird die stationäre Ladestation zur Batterietauschstation, kann der Akku dem E- Mobil entnommen, in die Batterietauschstation mechanisch eingefügt und dort geladen werden.
Embedded System, Kommunikation, IP 51 : Dies ist die Kommunikationseinheit im Fahrzeug, die die Verbindung zwischen der Nutzerschnittstelle, der Ladestation und dem Energiemanagement übernimmt.
MSR-Technik 54: die Mess-, Steuer- und Regeltechnik stellt Messwerte aus dem Fahrzeug zur Verfügung und übernimmt Steuer- und Regelungsaufgaben im Fahrzeug.
Nutzerschnittstelle 55 (Design, Funktionen): Die Nutzerschnittstelle dient der Kommunikation zwischen Technik im Fahrzeug und Nutzer. Sie kommuniziert Zustände im Fahrzeug und im elektrischen Netz mit den Fahrer (aktuell verfügbare Reichweite, Preis pro kWh bei bestimmten Laderandbedin- gungen, etc.). Zudem dient sie als Eingabetool für den Nutzer, um optional mit den Netzbetreiber zu kommunizieren.
Energiemanagement 56: Das hier adressierte Energiemanagement sorgt für geordnete Energie- und Leistungsflüsse zwischen den Komponenten im E-Mobile. Diese können sein: Super-CAPS, Akku, E-Antrieb, Ladegerät (230 V) 59 etc.
Super-CAPS 57: Super-CAPS sind Kondensatoren, die große Leistungen schnell und mit gutem Wirkungsgrad aufnehmen können. Batterien sind besser geeignet, um vergleichsweise geringe Leistungen, aber große Energiemengen aufzunehmen.
E-Antrieb 58: Antrieb, der das E-Mobil elektrisch in Bewegung versetzt.
Zu den Komponenten sind in Figur 1 gestrichelte Pfeile dargestellt, die für die Datenübertragung, bzw. Kommunikation, zwischen technischen Komponenten stehen. Die Pfeile sind nummeriert und bedeuten:
1. Kommunikation zwischen dem DEMS und der Smart Metering Einheit. Dieser kann z.B. über Powerline Communication oder das Mobilfunknetz realisiert sein.
2. Kommunikation zwischen der Smart Metering Einheit in der Ladestation und dem Embedded System im Fahrzeug. Diese kann je nach Komplexität der übertragenen Daten durch Powerline Communication oder eine spezielle Datenleitung realisiert werden.
3. Kommunikation zwischen der Nutzerschnittstelle und dem Embedded System. Diese kann z.B. über den CAN Bus des Fahrzeugs realisiert werden.
4. Kommunikation zwischen dem Embedded System und dem Energiemanagement. Dies kann ebenfalls z.B. über den CAN Bus realisiert werden.
Zudem sind in Figur 1 Pfeile zu sehen, die für die Leistungsübertragung, bzw. den Ener- giefluss, stehen. Diese sind mit römischen Zahlen nummeriert: I. Ladung der Batterie über ein 230 V einphasiges Ladegerät 59 am Netz.
II. Leistungsaustausch zwischen stationärer Ladestation 12 (z. B. an ~ 400 V Stromnetz) und Leistungselektronik im Fahrzeug.
III. Fahrzeuginterner Leistungsfluss zu und von den Batterien und ggf. den Su- per-Caps und dem aktiven Gleichrichter 60.
IV Leistungsfluss von den Batterien / den Super Caps zum elektrischen Antrieb des Fahrzeugs. Bei der Fahrzeugbremsung wird die Bremsenergie zurück in die Batterien /die Super-Caps gespeist (Rekuperation, angedeutet in Fig. 1 durch Pfeil A). Figur 1 zeigt einerseits eine Kommunikationsstruktur der Einheiten 1 1 , 13, 51 , 55 und 56, und andererseits eine Energieflussstruktur der Einheiten 53, 57, 58, 59 und 60.
Das Fahrzeug der Figur 1 kommuniziert direkt mit dem DEMS z.B. über Power-Line Communication. Um herauszufinden, mit welchem Zähler die Ladeenergie verrechnet wird, identifiziert sich die Steckdose beim E-Mobil, welches bevorzugt seine eigene IP mit der IP der Steckdose an das DEMS weiter gibt.
In Fig. 1 ist sowohl die geregelte (400 V) unidirektionale Ladung wie auch die ungeregelte (230 V) unidirektionale Ladung dargestellt. Die Erfindung bezieht sich gleichermaßen jedoch auch auf ein bidirektionales System von Elektrofahrzeug und Stromversorgungsnetz. Die technische Einheit zur Kommunikation zwischen Fahrzeug und Netz kann erfindungsgemäß im Fahrzeug oder an der externen Stromtankstelle angeordnet sein. Die Anordnung im Fahrzeug weist den Vorteil auf, dass das Stromtankstellennetz kostengünstig ausgebaut werden kann. Die Anordnung an der externen Stromtankstelle weist den Vorteil auf, dass Abrechnung und Kommunikation über proprietäre Kanäle des jeweils zuständigen Netzbetreibers erfolgen kann; ferner treten Doppelabrechnungen nicht auf.
Aufgabe der Kommunikationseinheit ist es, den Datenaustausch zwischen Fahrzeug/Batterie und Verbundnetz/Netzbetreiber durchzuführen, Konflikte mit bestehender Infrastruktur zur Stromversorgung und -abrechnung zu umgehen, sowie nach Vorgaben Schalthandlungen vorzunehmen, zu denen sie Befehle vom Batteriemanagement oder vom Netzbetreiber erhalten hat, sowie Schalthandlungen vorzunehmen, über die dezentral entschieden werden kann. Die fahrzeuginterne Kommunikationseinheit zwischen Netz und Fahrzeug bzw. fahrzeuginterne Leistungselektronik weist bei der unidirektionalen Netzankopplung (mit aktivem oder passivem Gleichrichter) den Vorteil auf, dass sie in kleinen Stückzahlen technisch sinnvoll einsetzbar ist, da sie überall nutzbar sind, wo ein Signal des Netzbetreibers verfügbar ist. Ferner besteht ein geringerer Aufwand für die Hardwareentwicklung und ein mittlerer Normungsbedarf bei Zusammenarbeit mit mehreren E-Mobile-Herstellern. Auch ist das System nachrüstbar und in großen Stückzahlen wirtschaftlich einsetzbar.
Die Verwendung einer externen Kommunikationseinheit zwischen Netz und Fahrzeug bzw. fahrzeugexterne Leistungselektronik (Stromtankstelle) weist in dem System der unidirektionalen Netzankopplung (mit aktivem oder passivem Gleichrichter) den Vorteil auf, dass ein besonders geringer Aufwand für die Hardwareentwicklung erforderlich ist. Je nach Ausführung besteht ein geringer bis sehr geringer Normungsbedarf bei Zusammenarbeit mit mehreren E-Mobil-Herstellern. Auch ist das System einfach nachrüstbar und in großen Stückzahlen wirtschaftlich einsetzbar.
Im Folgenden wird eine Ausführungsform beschrieben, mit der ein unidirektionales Vehic- le to Grid im Netzgebiet eines Netzbetreibers, z.B. EWE, effizient und technisch vorteilhaft umgesetzt werden kann. Insbesondere wird ein technischer Lösungsvorschlag zur Kommunikationsstellenimplementierung bereitgestellt.
Um eine Regelung (und auch Abrechnung) der Batterieladung eines E-Mobils durchführen zu können, erhält der Netzbetreiber in seiner Zentrale folgende Informationen: vom Fahrzeug: IP Adresse des Fahrzeugs, um den getankten Strom dem Fahrzeug besit- zer oder Fahrer in Rechnung stellen zu können. Ein Soll-Ladelastgang mit Toleranzbändern, die für die Regelleistungsbereitstellung genutzt werden können. Alternativ: Batteriespeicherkapazität, minimale und maximale Ladeleistung, aktuelle Batteriewartungsanforderungen, aktueller Batterieladezustand, geplanter Zeitpunkt der nächsten Fahrt, und/oder mindestens zu ladende Energiemenge (jeweils bezogen auf die Energie oder Leistung, die über den Netzstecker übertragen werden muss). vom Haus: Identifikation des Stromkunden, über dessen Zähler der Strom für die Fahrzeugladung bezogen wird, um ggf. eine Verrechnung vorzunehmen, falls dem Stromkunden das zu ladende Fahrzeug nicht gehört; Identifikation ggf. über IP Adresse. vom Smart Meter (Platzierung des Smart Meters ist nicht festgelegt): die bezogene Energiemenge. vom Fahrer: Die Annahme des angebotenen Strompreises sofern dieser flexibel ist, um einen Vertragsschluss zwischen Fahrer und Netzbetreiber herbeizuführen.
Weitere Randbedingungen:
Es sollen E-Mobile von beliebigen Nutzern an beliebigen Steckdosen geladen werden können.
Es sollen mehrere individuell abzurechnende Fahrzeuge an das Netz eines Stromkunden angeschlossen werden können, wie zum Beispiel in einem Parkhaus (— > Smart Meter entweder an der Steckdose oder im Fahrzeug).
Wenn das Abrechnungssystem, d.h. Kopplungssystem, (zunächst) nur im Netzgebiet der EWE installiert wird, soll ein Fahrzeug auch ungeregelt und ohne automatische Abrechnung außerhalb des EWE Gebietes geladen werden können.
Sollte das Abrechnungssystem von mehreren Netzbetreibern übernommen werden, so sollte eine automatische Abrechnung auch in einem„fremden" Netzgebiet stattfinden können. Die Verrechnung zwischen den Netzbetreibern sollte automatisch erfolgen, so dass der Fahrer nur eine Rechnung von einem Netzbetreiber erhält (ähnlich dem Roaming aus dem Mobilfunkbereich).
Das System funktioniert bevorzugt sowohl für E-Mobile im Besitz von EWE als Leasinggesellschaft als auch für E-Mobile im Besitz anderer natürlicher oder juristischer Personen. Die Zuordnung von Automobilen zu Netzen von Stromkunden, an denen sie gerade geladen werden, muss eindeutig sein, selbst wenn zwei Steckdosen, die zu verschiedenen Stromkundennetzen gehören direkt nebeneinander hängen. - Sicherheits- und Datenschutzbestimmungen für den digitalen Zahlungsverkehr müssen eingehalten werden.
Die folgende Konstellation ist ein Vorschlag zur Umsetzung der oben genannten Anforderungen:
Jedes E-Mobil im Netzbereich der EWE, dessen Besitzer seine elektrische Energie zur Batterieladung bei der EWE einkaufen möchte, erhält eine kalibrierte und versiegelte „EWE-E-Mobil-Box", die in seinem Fahrzeug installiert wird. Diese übernimmt die folgenden Funktionen: Sie misst die elektrische Ladeleistung und berechnet die geladene Energie zur Abrechnung mit dem Netzbetreiber, kommuniziert mit der Bordelektronik und sammelt die vom Fahrzeug und vom Fahrer benötigten Informationen leitungsgebunden über den CAN Bus des Fahrzeugs. Über einen RFID-Tag, der auf die Steckdose aufgeklebt ist, erhält die E-Mobil-Box die Zuordnung der Steckdose zu einem Haushalt/Haushaltszähler. Der RFID-Tag ist bevorzugt so gestaltet, dass er bei dem Versuch, ihn gewaltsam von der Steckdose zu entfernen, sich selbst zerstört. Zudem kann der RFID-Tag die Aufschrift„Stromtankstelle" tragen. Die Informationen des Fahrers werden nach der nachfolgend beschriebenen Methode ermittelt.
Sobald alle benötigten Informationen zur Verfügung stehen, schickt die EWE-E-Mobil- Box diese über Power-Line Communication zum zentralen Gateway im Niederspannungsnetzabschnitt, das mit dem DEMS kommuniziert und ggf. einen Befehl zur Freigabe der Ladung zu einem bestimmten Stromtarif zurück gibt. Der Stromtarif ist abhängig von den vom Fahrer eingeräumten Freiräumen zur zeitlichen Ladungsverschiebung durch den Netzbetreiber.
Der Netzbetreiber gibt eine gewünschte aktuelle Ladeleistung für das zu ladende E-Mobil über das zentrale Gateway an die Stromtankstelle zurück, die dem E-Mobil den Befehl gibt, diese Ladeleistung zu beziehen. Das E-Mobil setzt diesen Befehl um. Durch die erfindungsgemäße Identifikation der Steckdose als„Stromtankstelle", die zu einem bestimmten Haushaltszähler gehört, können Doppelabrechnungen durch Verrechnung vermieden werden.
Neben den einfachen gekennzeichneten Steckdosen gibt es öffentliche Steckdosen, die nur dann Spannung (elektrische Energie) bereitstellen, wenn sich ein E-Mobil erfolgreich als solches identifiziert hat. Auf diese Weise wird Stromklau mit anderen Verbrauchern vermieden.
Ein solcher Prozess ist in Figur 2 schematisch dargestellt: Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung der Netzkopplung von E-Mobilen. Die E-Mobile 50 werden über die EWE-E- Mobil-Box 83 und einen konventionellen ein- oder dreiphasigen Stecker an eine konventionelle Steckdose 80 eines Haushaltes 70 oder eine öffentliche Steckdose 81 z. B. in einem Parkhaus 71 , angeschlossen. Diese wird durch das Aufkleben eines RFID-Tags, welche die Zugehörigkeit zu einem Haushalt definiert, zu einer Stromtankstelle. Bei der Ankopplung identifiziert sich die Steckdose bei der E-Mobil-Box, welche mit dem zentra- len Gateway 14 durch Powerline Communication kommuniziert. Das zentrale Gateway steht für das Smart Metering im betreffenden Netzabschnitt ohnehin zur Verfügung und muss nicht speziell für das V2G installiert werden. Die E-Mobil-Box überträgt die Nutzerund Fahrzeugdaten sowie die IP der Steckdose vom CAN-Bus 84 zum zentralen Gateway. Dieses leitet die Informationen mittels einer TCP/IP Kommunikation 85 zum DEMS weiter, welches die Freigabe zur Ladung über das zentrale Gateway an die E-Mobil-Box zurückgibt. Die Ladung kann somit einem spezifischen E-Mobil zugeordnet werden. Nach Auslesung des Haushaltszählers 82 kann die zur E-Mobil-Ladung verbrauchte Energie mit dem Haushaltszählerstand verrechnet werden. Eine Doppelabrechnung wird somit vermieden. An öffentlichen Steckdosen wird nur eine Freigabe zur Ladung erteilt, wenn ein E-Mobil angeschlossen ist, um Missbrauch zu verhindern.
Die Kommunikation zwischen Netz und Fahrer unter Berücksichtigung flexibler Stromtarife findet in einer bevorzugten Ausführungsform wie folgt statt:
Der Einkaufspreis des Stromes wird z.B. aufgrund von Erfolg oder Misserfolg bei der Regelleistungsausschreibung aber auch anderer Marktmechanismen variieren. Das Risiko des Energiehandels kann der Netzbetreiber an den Endkunden durchreichen und einen flexiblen Strompreis anbieten. Einerseits kann dies den E-Fahrzeug-Nutzer dazu anregen, intensiver am V2G teilzunehmen und dem Netzbetreiber mehr Flexibilität bei der Nutzung des Batteriespeichers im Fahrzeug zuzugestehen. Andererseits schränkt ein flexibler Strompreis die finanzielle Planungssicherheit des Fahrzeugbesitzers/Fahrers ein. Ein Kompromiss könnte darin bestehen, dass dem Fahrer garantiert wird, dass der flexible Strompreis immer unterhalb des fixen Haushaltstarifs liegt. Die Ermittlung möglicher Lastgänge und des Strompreises kann in drei Phasen erfolgen:
Schritt 1 : Dateneingabe durch den Fahrer: Der Fahrer gibt der Kommunikationseinheit an, wann er nach der nächsten Fahrt an welchem Ort ankommen möchte. Das Navigationsgerät des Fahrzeugs berechnet die Strecke und gibt den Abfahrtszeitpunkt zurück. Dem Fahrer sollen Schnellwahloptionen zur Verfügung gestellt werden, wie z.B.:„Morgen früh zur gewohnten Zeit zur Arbeit fahren".
Schritt 2: Berechnung möglicher Lastgänge durch das Batteriemanagementsystem: Die E-Mobil-Box/Kommunikationseinheit ermittelt aus den eingegebenen Daten und den Batteriedaten (Batterieladezustand, Batteriealterungszustand, Batterieladecharakteristik) die Kurve des Leistungsbedarfs über der Zeit mit akzeptierten Toleranzbändern und übermittelt diese an den Netzbetreiber.
Schritt 3: Berechnung des Stromtarifs für die Ladung: Auf Grundlage des Leistungsbedarfs und dessen Toleranzbändern sowie auf Grundlage der bereits zur Verfügung stehenden und dem Übertragungsnetzbetreiber verkauften Regelbandes berechnet der Netzbetreiber automatisiert den aktuellen Stromtarif. Schritt 4: Bestätigung des Stromtarifs oder Änderung der Randbedingungen: Ist der Fahrer mit dem angebotenen Preis einverstanden, bestätigt er diesen und die Batterieladung kann beginnen. Ist er nicht einverstanden, kann er die Randbedingungen ändern, Schritt 1 wiederholen und den Kreislauf von neuem starten.
Next Patent: DEVICE FOR BOUNDARY LAYER SUCTION AND COMPOSITE COMPONENT THEREFOR