Modulare Plattformen für Ladestationen in der Elektromobilität

Transkript

1 Modulare Plattformen für Ladestationen in der Elektromobilität Moritz Thümmler, Andreas Pretschner Institut für Prozessautomation und eingebettete Systeme (PAES) HTWK Leipzig Energiecluster trifft Wissenschaft Moritz Thümmler, Andreas Pretschner Modulare Ladestationen / / 27

2 Inhalt Was soll eine Ladestation leisten? Nutzeforderungen Betreiberforderungen Folgerung Systemansatz Modulare Hardware Modulare Software Threading Thrift OCPP Building Modulare Ladestationen im Einsatz Laternenparken Mobilitätsstationen Vor- und Nachteile des modularen Ansatzes Zusammenfassung Literatur Moritz Thümmler, Andreas Pretschner Modulare Ladestationen / / 27

3 Was soll eine Ladestation leisten? Ladestationen müssen leicht und schnell an ihre Umgebung anpassbar sein. Quelle: [1] Moritz Thümmler, Andreas Pretschner Modulare Ladestationen / / 27

4 Nutzerforderungen einfache Benutzung jede Ladestation sollte nutzbar sein Nutzen von Standards Quelle: [2] Quelle: [3] Moritz Thümmler, Andreas Pretschner Modulare Ladestationen / / 27

5 Betreiberforderungen Skalierbarkeit austauschbare (gleichwertige) Hardware Update- und Upgrade-Fähigkeit Remote-Zugriffe Kompatibelität zu verschiedenen Backendsystemen Moritz Thümmler, Andreas Pretschner Modulare Ladestationen / / 27

6 Folgerung erweiterbar austauschbare Teile beliebige Teile einsetzbar Modularität Moritz Thümmler, Andreas Pretschner Modulare Ladestationen / / 27

7 Systemansatz Modularer Ansatz Quelle: eigene Abbildung Moritz Thümmler, Andreas Pretschner Modulare Ladestationen / / 27

8 Modulare Hardware simple wallbox Ladestation Ladecontroller, Spannungsversorgung, Stecker + Verschiedene Authentifizierungsmethoden (RFID, PIN/TAN, QR-Code) + Mensch-Maschine-Schnittstelle + Remote-zugriff + Verbindung zu einem Backend / Cluster-Lösungen Moritz Thümmler, Andreas Pretschner Modulare Ladestationen / / 27

9 Wall-Box Spannungsversorgung Wall-Box ETH Charge Controller IEC Steuersignale Sekundärtechnik 230V Stecker 1 Stecker 2 Quelle: eingene Abbildung Moritz Thümmler, Andreas Pretschner Modulare Ladestationen / / 27

10 Ladesäule Backend/Cluster Master Power Supply Charging Station ETH Touchdisplay SBC RS-485 kwh RFID USB Wall-Box 1 ETH/RS-485 Wall-Box 2 Quelle: eingene Abbildung Moritz Thümmler, Andreas Pretschner Modulare Ladestationen / / 27

11 Wall-Box Backend Cluster ETH Master ETH Ladesäule Cluster-Member Wall-Box Quelle: eingene Abbildung Moritz Thümmler, Andreas Pretschner Modulare Ladestationen / / 27

12 Modulare Software IPC Queue GUI Terminal Modulare Software bildet modulare Hardware ab. Control Process Charge Controller Electricity meter Authorisation Eth RS485 USB Hardware Backend Eth Master Member Eth Quelle: eingene Abbildung Moritz Thümmler, Andreas Pretschner Modulare Ladestationen / / 27

13 Modulare Software Softwaremodule können wärend der Kompilierung ausgetauscht werden flexibel Sprache: C/C++ (ist das System) kompatibel zu allen Systemschnittstellen, portierbar Mensch-Maschine-Schnittstelle nutzt QT cross-platform C++Framework integrierter Thrift-Server Schnittstelle um das System von der Ferne zu bedienen integrierter OCPP Server und Client standard Protokoll für Ladestationen Quelle: eingene Abbildung Moritz Thümmler, Andreas Pretschner Modulare Ladestationen / / 27

14 Linux alle Systemschnittstellen liegen offen C ermöglicht hardwarenahe Programmierung Crosscompiler und andere Tools sind frei freie Bibliotheken Systemfacilities (syslogd, pcscd usw.) Möglichkeit in den Kernel zu gehen posix konform bzw. System V, BSD Moritz Thümmler, Andreas Pretschner Modulare Ladestationen / / 27

15 Verteilung der Komponenten Quelle: eingene Abbildung Moritz Thümmler, Andreas Pretschner Modulare Ladestationen / / 27

16 Threading Quelle: eingene Abbildung Moritz Thümmler, Andreas Pretschner Modulare Ladestationen / / 27

17 Threads jeder Thread ist Zustandsmaschine eigene Datenhaltung HMI ausgelagert in anderen Prozess Moritz Thümmler, Andreas Pretschner Modulare Ladestationen / / 27

18 Kanäle IPC (Sockets, Message Queues) Protokolle (OCPP, IEC 15118, SFTP) eigene Schnittstellen (Kommunikation HMI<->Controller) Moritz Thümmler, Andreas Pretschner Modulare Ladestationen / / 27

19 Thrift vollständig integrierter Thrift-Server Thrift-Applikationen können in nahezu 20 Programmiersprachen geschrieben werden (z. B.: C++; Java; C#, PHP, Perl, usw.) mögliche Use-Cases: Entfernte Zugriffe Anzeige der Ladedaten über Webseite Steuern der Ladevogangs über ein Smartphone (Linux basiert) Terminal-Client (C#) zentrales Monitoring (Java) Homepage (PHP) Moritz Thümmler, Andreas Pretschner Modulare Ladestationen / / 27

20 Open Charge Point Protocol OCPP standardisiertes Applikationsprotokoll der "Open Charge Alliance" definiert die Kommunikation zwischen Ladesäule und Backend Vorteile Definiert alle PDUs die zur Abwicklung gebraucht werden Möglichkeit der Bildung eines übergeordneten Ladenetzes mittel OICP (Open Intercharge Protocol) Moritz Thümmler, Andreas Pretschner Modulare Ladestationen / / 27

21 Build-Vorgang und Einstellungsmöglichkeiten Hardwarekomponenten(Firmware, Revisionen) Konfigurationsdateien (whitelist) Aufrufparameter und -optionen Makros im Code Moritz Thümmler, Andreas Pretschner Modulare Ladestationen / / 27

22 Modulare Ladestationen im Einsatz Mobilitätsstation und Laternenparken - zwei Projekte, zwei Ansätze, eine Plattform - Quelle: eigene Abbildungen Moritz Thümmler, Andreas Pretschner Modulare Ladestationen / / 27

23 Laternenparken I unauffälliges Design I intuitive Bedienung I verschiedene Anmeldeverfahren I Das System ist entwickelt um den gesamten Ladevorgang zu begleiten: von der Kommunikation mit dem Auto bis zur Rechnungsstellung Quelle: eigene Abblidung Moritz Thümmler, Andreas Pretschner Modulare Ladestationen / / 27

24 Mobilitätsstationen Informationen über alle Nahverkehrsmethoden(z.B. Nextbike, Teilauto, LVB) vollständig ins System eingebettete Software Die entwickelte Software kann in übergeordnete Systeme eingebettet werden. Quelle: [4] Moritz Thümmler, Andreas Pretschner Modulare Ladestationen / / 27

25 Vor- und Nachteile des modularen Ansatzes Vorteile individuelle Lösungen können von einer Plattform abgeleitet werden Tests der einzelnen Module vergleichsweise einfach kompatibel mit verschiedenen Platformen skalierbar Nachteile Gesamtsystemtests sind komplex abhängig von Hardware veriantenreiche Testfälle Modularität muss strikt eingehalten werden Moritz Thümmler, Andreas Pretschner Modulare Ladestationen / / 27

26 Zusammenfassung der modulare Ansatz ist erfolgreich angewendet worden einfaches Einbinden neuer Module Zusammenstellung der Module in allen sinnvollen Varianten ohne großen Aufwand möglich scheinbar simple Anwendungen können komplex werden Moritz Thümmler, Andreas Pretschner Modulare Ladestationen / / 27

27 Literatur [1] (2016, Jan) Burgellern, "Unsere Ladestation für Ihr Elektroauto", http: // [2] (2016, Jan) Mennekes, "Products", http: // [3] (2016, Jan) lpseity, "Smart Card Services", ipseitygroup.com/images/sample/sample17old.jpg [4] (2016, Jan) TAF, "Interaktive Touch-Displays", /csm_stehle_lm_kopie_68fbfc88d1.jpg Moritz Thümmler, Andreas Pretschner Modulare Ladestationen / / 27