CN108665088A - 用于协调电动车的充电过程的方法，以及电驱动机动车和供电车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于协调电动车的充电过程的方法，其特征在于，从移动供电单元(1)向中央计算机(2)传输(P1)相应的供应信号(S1)，该供应信号至少包含关于所提供的能量的量和当前地理位置的数据，并且从移动购买单元(3)向中央计算机传输(P2)相应的需求信号S2，该需求信号至少包含关于所要求的能量的量和当前地理位置的数据。由中央计算机(2)至少基于供应信号(S1)和需求信号(S2)建立分别包括供电单元(1)和购买单元(3)的可能的组合以及相应评估值。在考虑相应评估值的情况下借助优化方法选择(P4)确定的组合，利用协调信号(S3)向所选出的组合的相应供电单元(1)和相应购买单元(3)传输(P5)其相应的所选出的组合以及关于能量传输过程的数据。

Description

用于协调电动车的充电过程的方法，以及电驱动机动车和供 电车辆
技术领域
本发明涉及一种用于协调电动车的充电过程的方法，以及电驱动机动车和供电车辆。
背景技术
电驱动机动车根据当前的现有技术每次电池充电具有最大500km的续航里程，这大大超过日常生活中所需的行车里程。如果行车里程超过电池充电的最大续航里程，则需要实施充电过程。对于这个问题来说存在两种解决方案。第一种方案提出，中断行驶，以便在静止的充电站处进行充电过程。在此，这种充电站首要位于高速公路附近，例如在停车场或服务区处。优选地，充电过程在此借助使用快充技术来实现，借此当前能实现直至130kW的充电功率。因此，具有90kWh的能量存储量的能量存储器例如可以在30分钟之内被充电至80％。借助这种技术，行驶中断的持续时间可以降低至对于驾驶员来说可接受的程度。其他方案提出了电驱动机动车在行驶期间的感应充电。在此规定，公路网的各个部分配备有用于执行感应充电过程的装置，由此，电驱动机动车在行驶期间能通过安装在道路内的装置来充电。然而对于更广泛地使用这种技术来说，需要公路网的大部分配备有充电装置。
在DE 10 2013 206 903 A1中描述一种能实现机动车的电能量存储器的移动式充电的方法。该方法包括对于机动车的移动式充电要求，其中基于机动车的位置和剩余里程来确定机动车与服务车辆的交会点，并且从服务车辆给机动车传输电能。
在DE 10 2010 055 102 A1中描述了一种用于向电动车的牵引用电池充电的方法。在此规定，电动车在正在进行的交通中与牵引车辆机械耦联，其中在一种实施方式中电能从牵引车辆借助电耦联传输给电动车。
在DE 10 2015 205 811 A1中描述了增程器车辆和其应用。增程器车辆在此具有用于自动行驶的器件和用于接收关于找到要充电的主车辆的信息的接收器件。
在DE 10 2009 028 565 A1中描述了一种用于为电驱动车辆充电的装置以及用于运行该装置的方法。该装置能在两个车辆之间在行驶期间交换电能。在此一种改进方案提出，可以借助用于无线数据传输的单元通知能量过剩或能量需求。这种通知可以直接传输给另一个车辆或充电站。在此还可以由驾驶员确定价格或价格区间。
现有技术的不利方面在于下述情况，其中描述的用于在能量供应方和能量接收方之间协调的步骤是针对分散的或局部的相聚而设计的。未明确地说明更多个能量供应方与更多个能量接收方的协调和长期的相聚。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种方法，所述方法优化多个移动能量接收方和移动能量供给方的相聚。
所述目的通过独立权利要求的主题来实现。本发明的有利的改进方案通过从属权利要求的特征、下面的说明书以及附图得出。
通过本发明提供了一种用于协调电动车的充电过程的方法。这种方法的特征在于，从移动供电单元向中央计算机传输相应的供应信号，该供应信号至少包含关于所提供的能量的量和当前地理位置的数据，并且从移动购买单元向中央计算机传输相应的需求信号，该需求信号至少包含关于所要求的能量的量和当前地理位置的数据。由中央计算机至少基于供应信号和需求信号建立分别由供电单元和购买单元构成的可能的组合以及相应评估值。在下一个步骤中，在考虑组合的相应评估值的情况下借助优化方法对组合进行选择，向所选出的组合的相应供电单元和相应购买单元发出相应的协调信号，该协调信号包含了所涉及组合和执行能量传输的数据。在最后的步骤中，根据所选出的组合启动相应的供电单元和相应的购买单元的能量传输过程。
移动供电单元可以例如是被配置用于在充电过程期间向另一电驱动机动车传输电能并且为此提供能量的电驱动机动车。
移动购买单元可以例如是被配置用于在充电过程期间从另一电驱动机动车接收电能并且需求能量的电驱动机动车。
供应信号和需求信号可以例如通过无线移动网络根据GSM-标准来传输。供应信号和/或需求信号可以由驾驶员手动提出或者由机动车电子元件自动提出。
中央计算机可以例如是具有微处理器的计算机或计算机组/计算机网。
组合分别包括移动供电单元和所分配的移动购买单元。在此，至少基于供应信号和需求信号通过中央计算机为每个组合建立评估值。评估值描述了利用这种组合执行的充电过程的效率。评估值可以被用于从可能的组合中选出组合。上述情况例如可以借助数学最大化方程来实现，其中评估值被作为用于相应组合的相应加权因数。在此，以如下方式从可能的组合中选出组合：选出对于整个系统而言实现评估值最大值的组合。
能量传输过程描述了一种用于从供电单元向购买单元传输能量的过程。除了供电单元对购买单元进行的原本的充电过程，能量传输过程还包括供电单元和接收单元向所计算的相聚点的行驶过程，该相聚点可以由中央计算机借助协调信号传输给所选出的组合的伙伴。在此规定了，行驶过程和充电过程由两个机动车自动执行。当然还可以，在能量传输过程启动之前，两个机动车之一的至少一个驾驶员必须手动地确认该能量传输过程的启动。充电过程可以由相应的组合伙伴使用充电耦联装置来实现。在此，供电单元的能量存储器可以被放电，并且供电单元的能量存储器可以被充电。所述组合伙伴可以在充电过程期间或开始前不久通过充电耦联装置通信。在此用于执行充电过程的参数可以被协调一致，所述参数例如包括充电功率或能够由能量存储器接收的能量的量。因此可以防止对能量存储器的损害。优选地，充电过程借助直流快充技术(DC-Schnellladetechnik)来实现。
该方法的一种改进方案提出，供应信号和/或需求信号包括至行驶目标的计划的和/或可能的行驶路线，在建立可能的组合和相应的评估值时使用所述行驶路线。换句话说，供电单元和接收单元传输由其计划的和/或对其来说可能的至行驶目标的行驶路线，这些行驶路线然后可以由中央计算机用于建立和评估可能的组合。驾驶员或自动驾驶仪例如可以规定，哪条路线是至目的地的优选的行驶路线以及至目的地的哪些其他行驶路线是允许的。优选的行驶路线例如可以是里程最短的行驶路线，可能的行驶路线包括下述行驶路线：这些行驶路线同样通向行驶目标并且其额外的里程处于由驾驶员或由自动驾驶仪所限定的数值以下。因此中央计算机可以不仅基于当前的地理位置、而且基于所计划的行驶路线来确定可能的组合。相应地，在形成评估值时可以考虑：伙伴中的至少一方是否必须行驶与其所计划的路线不同的路线。这可能会使评估变差。由此得出了下述优点，中央计算机可以进一步提前地计划。
一种改进方案提出，把关于在供电单元和购买单元之间的行驶路线和/或可能的路径的当前的或预测的交通情况的数据用于计算评估值。换句话说，中央计算机把组合伙伴的行驶路线和/或在供电单元与购买单元之间的可能的路径与当前的或预测的交通情况相组合，以便由此来计算评估值。预测的交通情况例如可以包括规划的建筑工地或基于记录数据的拥堵预测。与具有相同路线长度的组合相比，如果在该路线上存在或预测有增加的交通流量，则该组合可以具有更小的评估值。由此得出了下述优点：使所分配的组合伙伴被交通延误的可能性减小到最低程度。
一种改进方案提出，供应信号和/或需求信号包括计划的和/或允许的行驶时间，在建立可能的组合和相应的评估值时使用所述行驶时间。换句话说，供电单元和购买单元可以把计划和/或允许的行驶时间告知中央计算机。供电单元例如可以向中央计算机告知供电单元最迟能何时抵达目的地或行程最多能持续多久。由此得出了下述优点，即可以确保基于某一充电过程的相应供电单元和/或购买单元不会在允许的时刻之后抵达目的地。
一种改进方案提出，供应信号和/或需求信号包括当前的荷电状态，在建立可能的组合和相应的评估值时使用所述当前的荷电状态。换句话说，向中央计算机告知当前的荷电状态，从而中央计算机可以使用当前荷电状态来确定可能的组合和/或在计算评估值时考虑荷电状态的迫切性。从而评估值的计算能以下述方式实现：为具有较低的荷电状态的机动车分配较高的评估值。因此能够优先处理该机动车。由此得出了下述优点：能根据迫切性进行分配。
一种改进方案提出，供应信号和/或需求信号包括所需的日续航里程，在建立可能的组合和相应的评估值时使用所需的日续航里程。换句话说，各单元可以把所需的日续航里程传输给中央计算机，从而中央计算机在建立可能的组合和相应的评估值时对该数值加以考虑。传输给中央计算机的路线例如可以仅包括一部分路线，或者在同一天计划归程。由此得出了下述优点：不仅可以基于当前的行驶路线、而且可以基于计划的行驶路线来进行分配。
一种改进方案提出，供电单元和购买单元至少在能量传输过程期间被自动控制。换句话说，至少在交换过程期间通过自动驾驶仪来控制机动车，该自动驾驶仪引导组合伙伴相聚。由此得出了下述优点，使组合伙伴能可靠地相聚。
该方法的一种改进方案提出，借助供电车辆来进行在供电单元与相应的购买单元之间的能量传输过程。供电单元、购买单元和供电车辆在此从中央计算机获得相应的协调信号。首先执行用于从供电单元向供电车辆传输能量的能量传输过程。接下来执行用于从供电车辆向购买单元传输能量的能量传输过程。换句话说，没有进行用于从供电单元向购买单元传输能量的直接能量传输过程，而是间接地借助供电车辆来进行能量传输，该供电车辆起到连结作用。因此，供电车辆例如可以在暂时过量供应电能的情况下为其能量存储器充电，由此供电车辆不必驶向充电站。由此得出了下述优点，车辆不必为了每次充电过程而离开其作用领域，该作用领域例如可以是高速公路。
该方法的一种改进方案提出，账单数据存储在中央计算机中，账单数据配属于相应的购买单元和相应的供电单元，并且账单数据的相应的数值在购买单元和供电单元之间的能量传输过程之后被改变。换句话说，所传输的能量的量在中央计算机中结算。例如可以根据供应和需求来确规定某一确定的能量数值，或者可以由供电单元和购买单元确定个别价格。能量价格尤其可以在下述情况下提高：购买单元具有非常紧迫的能量需求并且出于这个原因获得分配更高的评估值。由此得出了下述优点，所述方法可以经济地运行。
本发明还包括一种供电车辆，该供电车辆被配置用于，将供应信号和/或需求信号传输给中央计算机并且接收中央计算机的协调信号。供电车辆被配置用于，以5级自动程度自动行驶。供电车辆具有能量存储能力至少为100kWh的能量存储器，并且在尾部区域和/或前部区域内具有相应的充电耦联装置，所述充电耦联装置被配置用于，在行驶运行期间与另一车辆建立充电过程和通信过程。充电耦联装置被配置用于，借助直流快充法在能量交换期间以至少100kW的功率传输能量。
5级自动程度意味着，供电车辆能够在没有人力干预的情况下行驶并且能参与道路交通。能量存储器例如可以是蓄电池，该蓄电池可以具有至少100kWh的能量存储能力。可以规定，针对供电车辆配置专门的充电站，该充电站优选设立在高速公路附近并且彼此间具有最大200km的间距。
本发明还包括一种电驱动机动车，所述电驱动机动车被设置用于，至少以3级自动程度自动行驶。电驱动机动车的特征在于，电驱动机动车被设置用于，将供应信号和/或需求信号传输给中央计算机，并且从中央计算机接收分配的协调信号。机动车在尾部区域和/或前部区域内具有相应的充电耦联装置，所述充电耦联装置被配置用于，在行驶运行期间与另一车辆建立能量交换和通信连接，其中所述充电耦联装置被配置用于，借助直流快充法在能量交换期间以至少100kW的功率进行传输。3级自动程度意味着，机动车被配置用于能够高度自动化地行驶。优选规定的是，机动车具有4级自动程度并且因此被设计用于全自动化地行驶。电驱动机动车能以下述方式设计：该电驱动机动车可以作为移动购买单元和/或移动供电单元起作用。由此得出了下述优点：供电过程不是仅能够通过为此专门设置的供电车辆来实施，由此增加了潜在的移动供电单元的数目。
本发明还包括根据本发明的方法的改进方案，所述改进方案具有如结合根据本发明的机动车的改进方案所述的特征。出于这个原因，在此不再次描述根据本发明的方法的相应的改进方案。
附图说明
下面描述了本发明的实施例。其中示出了：
图1示出了所述方法的示意性流程图，
图2示意性示出了在该方法的参与者之间的相互作用，
图3示出了电驱动机动车，和
图4示出了供电车辆。
具体实施方式
下面阐述的实施例是本发明的优选实施例。在所述实施例中，各实施方式的所述组成部分分别是本发明的各个要彼此独立看待的特征，这些特征还分别彼此独立地改进本发明并且因此也要单独地或在不同于所示出的组合中被作为本发明的组成部分看待。此外，所述实施方式还能通过本发明的其他已经描述的特征来补充。
在附图中，功能相同的元件分别具有相同的附图标记。
图1示意性示出了该方法的流程图。该方法以相应的供应信号S1从移动供电单元1向中央计算机2的传输P1为开始，所述供应信号至少具有关于所提供的能量的量和当前地理位置的数据。信号的传输例如可以通过GSM-网络来实现。相应的供应信号S1还可以包括其他数据。这些数据例如可以包括至行驶目标的计划的和/或可能的行驶路线、计划的和/或允许的行驶时间、当前荷电状态或所需的日续航里程。相应地供应信号S1可以是一次性发出的或持续发出的。移动供电单元例如可以是具有至少一个充电耦联装置4的电驱动机动车或具有至少一个充电耦联装置5的供电车辆。在第二步骤中，可以从移动购买单元3向中央计算机2传输P2相应的需求信号S2，该需求信号至少包括关于所需求的能量的量和当前地理位置的数据。移动购买单元可以例如是具有至少一个充电耦联装置4的电驱动机动车或具有至少一个充电耦联装置5的供电车辆。相应的需求信号S2还可以包括其他数据。在下一个步骤中，由中央计算机2至少基于供应信号S1和需求信号S2建立P3分别包括供电单元1和购买单元3的可能的组合以及相应的评估值。可能的组合指的是：在移动供电单元1和移动购买单元3之间的所有的理论上可行的组合。对于每个单独的组合都可以计算出一个评估值，该评估值描述了该组合的效率值。所述计算可以至少基于供应信号S1和需求信号S2来进行。还可以同时使用其他数据，该其他数据例如包括关于供电单元1和购买单元3之间的行驶路线和/或可能路径的当前或预测的交通情况的数据。评估值可以借助优化方法被用于进行组合选择P4。优化方法例如可以是最大化方法，这种方法能选出使整个系统获得最大评估值的组合。在此考虑下述实际情况：不能选出对于每个单个的组合伙伴1、3都最佳的组合。选出的组合借助协调信号S3通过中央计算机2被传输P5给相应的供电单元1和相应的购买单元3。协调信号S3可以包括关于如下内容的数据：所分配的组合伙伴1、3、用于能量传输过程的价格、组合伙伴的地理上和时间上的相聚点、路径、要行驶的速度、要传输的能量的量和其他信息。在接收协调信号S3之后，相应的供电单元1和相应的购买单元3可以根据所选出的组合启动P6能量传输过程。能量传输过程的启动可以是需要由组合伙伴1、3的至少之一的驾驶员或自动驾驶仪的同意来实现。从而例如可以在能量传输过程启动之前示出关于价格、能量的量、路径和其他数值的概况。能量传输过程不仅是指在充电过程范围内的单纯的交换能量，而且该概念也可以例如包含驶向路径(Anfahrensweg)。可以至少在能量交换过程期间自动地控制供电单元1和购买单元3。由此得出了下述优点，能实现组合伙伴1、3在时间和地点上的更好的组合。可能更有效的是：由三方来执行充电过程。在这种情况下，从开始的移动供电单元1至最终的接收单元3并不进行直接的能量传输，而是中间加入了一个合作方，该合作方对于开始的移动供电单元1起到移动接收单元3的作用，并且对于最终的移动接收单元3起到移动供电单元1的作用。换句话说，能量传输过程借助两组能量传输过程实现。但优选地被中间加入的可以不仅仅是供电车辆5。
图2示意性示出了在电驱动机动车4、5、5‘和中央计算机2之间的可能的相互作用。参与的机动车4、5、5‘可以将供应信号S1和/或需求信号S2传输给中央计算机2，并且从中央计算机2接收协调信号S3。在附图中示出了能量传输过程L1、L2、L3a、L3b的可能的组合。可能的是：在传输的需求信号S2和传输的供应信号S1的基础上选择由充满电的电驱动机动车5和用尽电的电驱动机动车5‘组成的组合的评估值。在这种情况下，中央计算机2将协调信号S3传输给可以作为移动供电单元1起作用的电驱动机动车5和可以作为移动购买单元3起作用的电驱动机动车5‘。然后，这两个电驱动机动车5，5‘可以启动能量传输过程P6。在该情况L1下，能量直接从电驱动机动车5传输至另一电驱动机动车5‘。也可以是：可以由中央计算机2选出包括供电车辆4和电驱动机动车5‘的组合。在这种情况L2下，供电车辆5起到移动供电单元1的作用并且电驱动机动车5‘起到移动购买单元3的作用。还可以是：选择中间加入供电车辆4。在这种情况下，中央计算机2将协调信号S3传输给第一电驱动机动车5、供电车辆4和最终的电驱动机动车5‘。在这种情况下，第一能量传输过程P6在开头的移动供电单元1和供电车辆4之间进行，该供电车辆在这个分步骤L3a中起到移动购买单元3‘的作用。在下一个分过程L3b中，供电车辆4可以起到移动供电单元1‘的作用，并且最终的电驱动机动车5‘可以起到移动接收单元3的作用，其中能量可以从供电车辆4传输给最终的移动购买单元3。
图3示出了电驱动机动车5，该电驱动机动车可以具有能量存储器6、用于自动驾驶仪的控制单元7、通信单元8和两个充电耦联装置9，这两个充电耦联装置分别配置在机动车的前部和尾部。控制单元7能以下述方式配置：能实现自动程度-级别3或4的自动化行驶。充电耦联装置可以被配置用于，借助直流快充法以至少100kW的功率来进行传输。充电耦联装置同样可以被配置用于，在充电过程期间与组合伙伴通信。由此，可以防止能量存储器6的过充。通信单元8能以下述方式配置：能与中央计算机2通信。
图4示出了供电车辆4，该供电车辆可以具有能量存储器6、用于自动驾驶仪的控制单元7、通信单元8和两个充电耦联装置9，这两个充电耦联装置分别配置在供电车辆4的前部和尾部。控制单元7能以下述方式配置：能实现自动程度-级别5的自动化行驶。通信单元8能以下述方式配置：能与中央计算机2通信。充电耦联装置9可以被配置用于，借助直流快充法以至少100kW的功率来进行传输。充电耦联装置同样可以被配置用于，与组合伙伴在充电过程期间通信。由此可以防止能量存储器6的过充。能量存储器6优选具有至少100kWh的能量存储能力。
总之所述示例说明了：如何通过本发明提供一种用于协调充电系统来对电驱动机动车进行移动式充电的方法。

Claims (10)

1.一种用于协调电动车的充电过程的方法，其特征在于，
a.由中央计算机(2)从移动供电单元(1)接收(P1)相应的供应信号(S1)，该供应信号至少包含关于所提供的能量的量和当前地理位置的数据，
b.由中央计算机从移动购买单元(3)接收(P2)相应的需求信号(S2)，该需求信号至少包含关于所要求的能量的量和当前地理位置的数据，
c.由中央计算机(2)至少基于供应信号(S1)和需求信号(S2)建立(P3)含相应的供电单元(1)和购买单元(3)的可能的组合以及相应的评估值，
d.在考虑组合的相应评估值的情况下借助优化方法对组合进行选择(P4)，
e.借助于协调信号(S3)向所选出的组合的相应供电单元(1)和相应购买单元(3)传输(P5)其相应的所选出的组合以及关于能量传输过程的数据，
f.由所选出的组合的相应的供电单元(1)和相应的购买单元(3)根据协调信号(S3)的数据启动(P6)能量传输过程。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，供应信号(S1)和/或需求信号(S2)包括至行驶目标的计划的和/或可能的行驶路线，所述计划的和/或可能的行驶路线在建立可能的组合和相应的评估值时被考虑。
3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，把关于在供电单元(1)中的至少一个供电单元和购买单元(3)中的至少一个购买单元之间的行驶路线和/或可能的路径的当前的或预测的交通情况的数据用于计算评估值。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，供应信号(S1)和/或需求信号(S2)包括计划的和/或允许的行驶时间，所述计划的和/或允许的行驶时间在建立可能的组合和相应的评估值时被考虑。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，供应信号(S1)和/或需求信号(S2)包括当前的荷电状态，该当前的荷电状态在建立可能的组合和相应的评估值时被考虑。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，供应信号(S1)和/或需求信号(S2)包括所需的日续航里程，该所需的日续航里程在建立可能的组合和相应的评估值时被考虑。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，借助供电车辆(4)来进行在供电单元(1)和相应的购买单元(3)之间的能量传输过程(P6)，其中
a.供电单元(1)、购买单元(3)和供电车辆(5)从中央计算机(2)获得相应的协调信号(S3)，
b.供电单元(1)和供电车辆(4)执行用于将能量从供电单元(1)传输给供电车辆(4)的能量传输过程，
c.供电车辆(4)和购买单元(3)执行用于将能量从供电车辆(4)传输给购买单元(3)的能量传输过程(P6)。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，账单/结算数据存储在中央计算机(2)中，账单数据配属于相应的购买单元和相应的供电单元并且账单数据的相应的数值在购买单元(3)和供电单元(1)之间的能量传输过程(P6)之后被改变。
9.供电车辆(4)，其特征在于，
a.供电车辆(4)被配置用于，将供应信号(S1)和/或需求信号(S2)传输给中央计算机(2)，
b.从中央计算机(2)接收涉及供电车辆(4)的组合信号(S3)，
c.供电车辆(4)被配置用于，以5级自动程度自动行驶，
d.供电车辆(4)具有能量存储能力至少为100kWh的能量存储器(6)，
e.供电车辆(4)在尾部区域和/或前部区域内具有相应的充电耦联装置(9)，所述充电耦联装置被配置用于，在行驶运行期间与另一车辆建立能量交换和通信连接，其中
f.充电耦联装置(9)被配置用于，借助直流快充法在能量交换期间以至少100kW的功率进行传输。
10.电驱动机动车(5)，所述电驱动机动车被设置用于，至少以3级自动程度自动行驶，其特征在于，
a.电驱动机动车(5)被设置用于，将供应信号(S1)和/或需求信号(S2)传输给中央计算机(2)，
b.从中央计算机(2)接收涉及电驱动机动车(5)的协调信号(S3)，
c.机动车(5)分别在尾部区域和/或前部区域内具有充电耦联装置(9)，所述充电耦联装置被配置用于，在行驶运行期间与另一车辆建立能量交换和通信连接，其中
d.充电耦联装置(9)被配置用于，借助直流快充法在能量交换期间以至少100kW的功率进行传输。
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