Mobile Mobile MessdatenerfassungMessdatenerfassung für ... · In der Ladestation muss eine PLC-Modul mit Schaltmodul integriert sein. Das vorhandene Stromnetz kann ohne aufwendige

Mobile Mobile MessdatenerfassungMessdatenerfassungfür Elektrofahrzeugefür Elektrofahrzeugefür Elektrofahrzeugefür Elektrofahrzeuge

U i ität SiU i ität Si

Dipl.Dipl.-- Ing. Matthias SchneiderIng. Matthias Schneider

Universität SiegenUniversität SiegenInstitut für Digitale KommunikationssystemeInstitut für Digitale KommunikationssystemeUniv.Univ.--Prof. Dr. Christoph RulandProf. Dr. Christoph RulandHölderlinstraße 3Hölderlinstraße 3DD--57076 Siegen57076 Siegenhttp://www.dcs.unihttp://www.dcs.uni--siegen.desiegen.de

AgendaAgenda

MarktanalyseMarktanalyseMarktanalyseMarktanalyseSystemanforderungenSystemanforderungenSystemSystem--BlockschaltbildBlockschaltbildyyMessszenarienMessszenarienAnforderungen an ein MessgerätAnforderungen an ein MessgerätK ik i bi dK ik i bi dKommunikationsverbindungenKommunikationsverbindungenLadekonzepteLadekonzepte www.buch-der-synergie.de

30.10.2009 Dipl.-Ing. Matthias Schneider - Institut für Digitale Kommunikationssysteme 2

MarktanalyseMarktanalyse


Quelle: www.buch-der-synergie.de

SystemanforderungenSystemanforderungen

Überwachung des LadeÜberwachung des Lade-- bzw. bzw. EntladevorgangsEntladevorgangs bei bei ElektrofahrzeugenElektrofahrzeugenElektrofahrzeugenElektrofahrzeugenTransparente und sichere AbrechnungTransparente und sichere Abrechnung

AuthentikationAuthentikation der Vertragsteilnehmerder VertragsteilnehmerAuthentikationAuthentikation der Vertragsteilnehmerder Vertragsteilnehmer

Verwaltung unterschiedlicherVerwaltung unterschiedlicherKundenprofile für ein FahrzeugKundenprofile für ein Fahrzeug

www.buch-der-synergie.deKundenprofile für ein FahrzeugKundenprofile für ein Fahrzeug

z.B.: Die Fahrer haben unterschiedliche Energieversorgerz.B.: Die Fahrer haben unterschiedliche Energieversorger

Es müssen SpezialEs müssen Spezial-- und Standardsteckdosen unterstütztund Standardsteckdosen unterstütztEs müssen SpezialEs müssen Spezial und Standardsteckdosen unterstützt und Standardsteckdosen unterstützt werden.werden.Unterschiedliche LadestationenUnterschiedliche Ladestationen

PrivathaushaltePrivathaushalteTankstelle, AutoreisezugTankstelle, AutoreisezugParkplatz, Parkhaus, öffentliche PlätzeParkplatz, Parkhaus, öffentliche Plätze


www.menekes.de

AuthentikationAuthentikation, Autorisierung, , Autorisierung, AccountingAccounting

Voraussetzungen für die Nutzung jeder StromquelleVoraussetzungen für die Nutzung jeder StromquelleIdentifikation und Identifikation und AuthentikationAuthentikation, z. B. auf Basis digitale Signaturen, , z. B. auf Basis digitale Signaturen, Voraussetzung: Public Key InfrastrukturVoraussetzung: Public Key Infrastruktur

Autorisierung Nachweis der Befugnis KreditfähigkeitAutorisierung Nachweis der Befugnis KreditfähigkeitAutorisierung, Nachweis der Befugnis, KreditfähigkeitAutorisierung, Nachweis der Befugnis, KreditfähigkeitAccountingAccounting: Abrechnung (lokal, cash) oder online, z.B. auf : Abrechnung (lokal, cash) oder online, z.B. auf Basis digitaler SignaturenBasis digitaler SignaturenBasis digitaler SignaturenBasis digitaler SignaturenAnforderungen: Anforderungen:

Signalisierung vor dem Laden (Signalisierung vor dem Laden (AuthentikationAuthentikation))g g (g g ( ))OnlineOnline--Verbindung (optional) zwischen Energieversorger (Provider) Verbindung (optional) zwischen Energieversorger (Provider) und Kunde für die Autorisierungund Kunde für die AutorisierungL d Ei h lt M A h ltL d Ei h lt M A h ltLadevorgang: Einschalten, Messen, AusschaltenLadevorgang: Einschalten, Messen, AusschaltenOnlineOnline--Verbindung (optional) für die AbrechnungVerbindung (optional) für die AbrechnungÜberwachungsÜberwachungs--Kommunikation während des LadevorgangsKommunikation während des LadevorgangsÜberwachungsÜberwachungs Kommunikation während des LadevorgangsKommunikation während des Ladevorgangs


SystemSystem--BlockschaltbildBlockschaltbild

TankstelleEnergieversorger

Privathaushalt

Stromnetz

Parkhaus / Parkplatz


MessszenarienMessszenarien

Prinzipiell gibt es unterschiedliche Möglichkeiten, Messgeräte Prinzipiell gibt es unterschiedliche Möglichkeiten, Messgeräte i S t i t llii S t i t lliim System zu installieren:im System zu installieren:

Installation des Messgerätes in der Ladestation (Zapfsäule)Installation des Messgerätes in der Ladestation (Zapfsäule)P id A dP id A dPrepaid AnwendungenPrepaid AnwendungenParkhausParkhaus

Installation des Stromzählers im AutoInstallation des Stromzählers im Auto www buch-der-synergie deInstallation des Stromzählers im AutoInstallation des Stromzählers im AutoIn Analogie zu Haushaltszähler (Der Zähler ist in Auto fest integriert In Analogie zu Haushaltszähler (Der Zähler ist in Auto fest integriert und überträgt bei Bedarf die Stromverbrauchsdaten zum und überträgt bei Bedarf die Stromverbrauchsdaten zum

www.buch der synergie.de

Energieversorger, bzw. wird vom Energieversorger abgefragt.)Energieversorger, bzw. wird vom Energieversorger abgefragt.)Ladeprozedur in Privathaushalten mit StandardLadeprozedur in Privathaushalten mit Standard--SteckdosenSteckdosenÖffentliche oder private Ladestationen mitÖffentliche oder private Ladestationen mitÖffentliche oder private Ladestationen mit Öffentliche oder private Ladestationen mit OnlineOnline--Verbindung zum Energieversorger.Verbindung zum Energieversorger.


Pro und Kontra für Zapfsäule Pro und Kontra für Zapfsäule

Pro:Pro:Vorgegebene Infrastruktur vom EnergieversorgerVorgegebene Infrastruktur vom EnergieversorgerVorgegebene Infrastruktur vom EnergieversorgerVorgegebene Infrastruktur vom EnergieversorgerEinfaches AbrechnungsmanagementEinfaches Abrechnungsmanagement

-- Prepaid / Kreditkarte etc.Prepaid / Kreditkarte etc.pp-- Einfache Einfache AuthentisierungAuthentisierung z.B. mit z.B. mit

Kundenkarte an der ZapfsäuleKundenkarte an der Zapfsäule

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Kundenkarte an der ZapfsäuleKundenkarte an der Zapfsäule-- Abrechnung über KundenkontoAbrechnung über Kundenkonto

Kontra:Kontra:Kontra:Kontra:Der Kunde ist auf die vorgegebene Infrastruktur eines Der Kunde ist auf die vorgegebene Infrastruktur eines EnegieversorgersEnegieversorgers angewiesen.angewiesen.Hohe Kosten für den Aufbau der InfrastrukturHohe Kosten für den Aufbau der InfrastrukturDie Kompatibilität der Systeme der Energieversorger Die Kompatibilität der Systeme der Energieversorger mußmußgewährleistet werdengewährleistet werdengewährleistet werden.gewährleistet werden.Keine Abrechungsmöglichkeit beim Laden in PrivathaushaltenKeine Abrechungsmöglichkeit beim Laden in Privathaushalten


Pro und Kontra Messgerät im FahrzeugPro und Kontra Messgerät im Fahrzeug

Pro:Pro:Der Ladeprozess kann an jeder Standardsteckdose gestartet Der Ladeprozess kann an jeder Standardsteckdose gestartet werden (Onlinewerden (Online-- bzw. Offlinebzw. Offline--Mode).Mode).Beim Ladeprozess in Privathaushalten erhält der Privathaushalt eineBeim Ladeprozess in Privathaushalten erhält der Privathaushalt eineBeim Ladeprozess in Privathaushalten erhält der Privathaushalt eine Beim Ladeprozess in Privathaushalten erhält der Privathaushalt eine Gutschrift vom Energieversorger.Gutschrift vom Energieversorger.

Kontra:Kontra:In jedem Fahrzeug muss ein geeichtes Messgerät installiert werden.In jedem Fahrzeug muss ein geeichtes Messgerät installiert werden.Für Für AuthentisierungAuthentisierung der Kunden beim Energieversorger muss z.B. der Kunden beim Energieversorger muss z.B. eine PKI installiert werdeneine PKI installiert werdeneine PKI installiert werden.eine PKI installiert werden.


Anforderungen an ein MessgerätAnforderungen an ein Messgerät

Das Messgerät ist erforderlich für Das Messgerät ist erforderlich für AccountingAccounting..D M ät i t f d li h fü diD M ät i t f d li h fü diDas Messgerät ist erforderlich für dieDas Messgerät ist erforderlich für dieÜberwachung des Ladeprozesses.Überwachung des Ladeprozesses.G i h M ä d E i d K dG i h M ä d E i d K dGeeichtes Messgerät, dem Energieversorger und Kunde Geeichtes Messgerät, dem Energieversorger und Kunde vertrauen.vertrauen.M d t d b i B d f di Z t l d tM d t d b i B d f di Z t l d tMessdaten werden bei Bedarf an die Zentrale gesendet, Messdaten werden bei Bedarf an die Zentrale gesendet, bzw. am Gerät ausgelesen.bzw. am Gerät ausgelesen.

Messdaten müssen digital signiert werdenMessdaten müssen digital signiert werdenOptionale Verschlüsselung der Messdaten bei derOptionale Verschlüsselung der Messdaten bei derOptionale Verschlüsselung der Messdaten bei der Optionale Verschlüsselung der Messdaten bei der Übertragung zum Energieversorger, falls Kundendaten mit Übertragung zum Energieversorger, falls Kundendaten mit übertragen werden müssen.übertragen werden müssen.übertragen werden müssen.übertragen werden müssen.


MessgerätMessgerät


KommunikationsverbindungenKommunikationsverbindungen

Wie kann eine Kommunikationsverbindung zwischen Elektrofahr e g nd Energie ersorger a ssehen?

OnlineOnline--ModeMode

Elektrofahrzeug und Energieversorger aussehen?

OutbandOutband--SignalisierungSignalisierung

-- Funkmodem Funkmodem -- Ladestecker mit KommunikationsleitungLadestecker mit Kommunikationsleitung

InbandInband--SignalisierungSignalisierung

CC üüwww.buch-der-synergie.de

-- PLCPLC--DatenübertragungDatenübertragungKombination aus Kombination aus InbandInband-- und und OutbandOutband--SignalisierungSignalisierung

OffliOffli M dM dOfflineOffline--ModeModeDie Abrechnungsdaten werden im Fahrzeug zwischengespeichert Die Abrechnungsdaten werden im Fahrzeug zwischengespeichert und bei der nächsten Onlineund bei der nächsten Online--Kommunikation zum Energieversorger Kommunikation zum Energieversorger g gg gmit übertragen.mit übertragen.


OutbandOutband-- SignalisierungSignalisierung

OutbandOutband--SignalisierungSignalisierungg gg gµProzessoren auf beiden Seiten kommunizieren µProzessoren auf beiden Seiten kommunizieren und steuern den Ladevorgang.und steuern den Ladevorgang.Zusätzliche Kommunikationsleitung Zusätzliche Kommunikationsleitung

-- Es können keine SEs können keine Standardtandard--StromkabelStromkabeldd St k i t t dSt k i t t d

www.menekes.de

und und --Stecker eingesetzt werden.Stecker eingesetzt werden.In jeder Ladestation muss eine Spezialkupplung für den In jeder Ladestation muss eine Spezialkupplung für den Ladestecker eingebaut werdenLadestecker eingebaut werdenLadestecker eingebaut werden.Ladestecker eingebaut werden.Alternativ kann mit einem zusätzlichen Kabel für die Alternativ kann mit einem zusätzlichen Kabel für die Datenübertragung gearbeitet werdenDatenübertragung gearbeitet werden

-- Der Datenübertragungskanal kann auch über eine Der Datenübertragungskanal kann auch über eine Funkschnittstelle ausgeführt werden (Bluetooth, Funkschnittstelle ausgeführt werden (Bluetooth, WLAN MBUSWLAN MBUS Wireless etc )Wireless etc )WLAN, MBUSWLAN, MBUS--Wireless, etc.).Wireless, etc.).



InbandInband--SignalisierungSignalisierungKommunikation über das Ladekabel Kommunikation über das Ladekabel

(P Li C i i (PLC))(P Li C i i (PLC))-- (Power Line Communication (PLC))(Power Line Communication (PLC))StandardStandard--Stromkabel und Stromkabel und ––steckerstecker finden Verwendung.finden Verwendung.In der Ladestation muss eine PLCIn der Ladestation muss eine PLC Modul mit Schaltmodul integriertModul mit Schaltmodul integriert

www.elektro--service.de

In der Ladestation muss eine PLCIn der Ladestation muss eine PLC--Modul mit Schaltmodul integriert Modul mit Schaltmodul integriert sein.sein.Das vorhandene Stromnetz kann ohne aufwendige Das vorhandene Stromnetz kann ohne aufwendige Umbaumaßnahmen genutzt werden.Umbaumaßnahmen genutzt werden.Jede Ladestation (z.B.: Steckdose) muss mit einem zusätzlichen Jede Ladestation (z.B.: Steckdose) muss mit einem zusätzlichen Schaltmodul ausgerüstet werdenSchaltmodul ausgerüstet werdenSchaltmodul ausgerüstet werden.Schaltmodul ausgerüstet werden.



Problem bei Problem bei InbandInband--Signalisierung über StandardSignalisierung über Standard--PLCPLCWährend der PLCWährend der PLC--Kommunikation fließt Strom über die Kommunikation fließt Strom über die Ladeverbindung,Ladeverbindung,zumindest während derzumindest während der AuthentikationAuthentikation und Autorisierungund Autorisierungzumindest während der zumindest während der AuthentikationAuthentikation und Autorisierung und Autorisierung (Millisekunden, Sekunden oder Minuten bei Erfordernis externer (Millisekunden, Sekunden oder Minuten bei Erfordernis externer Kommunikation)Kommunikation)

LöLöLösung:Lösung:Mit speziellen Schaltmodulen ist es möglich, PLC Signale zu senden Mit speziellen Schaltmodulen ist es möglich, PLC Signale zu senden und zu empfangen ohne Ankopplung an das Stromnetz.und zu empfangen ohne Ankopplung an das Stromnetz.und zu empfangen ohne Ankopplung an das Stromnetz.und zu empfangen ohne Ankopplung an das Stromnetz.PLCPLC--Kommunikation ist möglich mit Strom oder ohne StromKommunikation ist möglich mit Strom oder ohne StromFunktioniert auch bei Lieferung von Drehstrom Funktioniert auch bei Lieferung von Drehstrom


www.elosal.de

LadekonzepteLadekonzepte

Standard LadeszenarioStandard LadeszenarioAnwendung im ParkhausAnwendung im ParkhausParken auf privatenParken auf privaten-- bzw. öffentlichen Parkplätzenbzw. öffentlichen ParkplätzenLaden bei Freunden und Bekannten im PrivathaushaltLaden bei Freunden und Bekannten im PrivathaushaltLadeszenario mit SpezialsteckerLadeszenario mit Spezialstecker


StandardStandard--LadeszenarioLadeszenario

Stromnetz


Szenario ParkhausSzenario Parkhaus

SchaltmodulSt t

Schaltmodul

Stromnetz~400V/~230V

SchaltmodulPLC-

ModulCom-Modul

SchaltmodulController

Konzentrator


Szenario ParkplatzSzenario Parkplatz

St tPLC-Steckdose

Stromnetz~400V/~230V Schaltmodul

ControllerPLC-Modul

PLC-Steckdose

PLC-Modul

Com-Modul PLC-

SteckdoseController

KonzentratorPLC-

Steckdose


Szenario PLCSzenario PLC--GatewayGateway

St tPLC-Gateway

Stromnetz~400V/~230V Schaltmodul

ControllerPLC-Modul

PLC-Gateway

PLC-Modul

Com-Modul

y

PLC-Gateway

Controller

Konzentrator

Gateway

PLC-Gateway


Gateway

Szenario PrivathaushaltSzenario Privathaushalt

PLC-Modul

Com-ModulStromnetz

~400V/~230V

Controller

Konzentrator


ZusammenfassungZusammenfassung

SystemanforderungenSystemanforderungenSystemSystem--BlockschaltbildBlockschaltbildMessszenarienMessszenarienAnforderungen an ein MessgerätAnforderungen an ein MessgerätL d k tL d k tLadekonzepteLadekonzepte



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