CZ2016563A3 - Systém propojení vozidlové navigační jednotky se zejména decentralizovanými zdroji elektrické energie pro vyhrazení přístupu k nabíjení pro vozy s elektrickou pohonnou jednotkou - Google Patents

Abstract

Systém, kde vozidlová jednotka (2) s navigací (5) je propojena s baterií akumulátorů elektromobilu (1) pro zajištění úrovně nabití baterie akumulátorů zajišťuje využití informací o dostupné nabíjecí infrastruktuře a dostupné elektrické energie v okolí naplánované trasy elektromobilu. Systém tak může napomoci řešit problém nedostatečné kapacity, vysoké hmotnosti a vysoké ceny baterií používaných v elektromobilech, kdy reálný dojezd současných elektromobilůjen velmi zřídka přesáhne 200 km. Jednou z možností, jak problém nabíjení baterií elektromobilu řešit, je rozvoj zejména decentralizované výroby a využití elektrické energie, kdy mnohem větší část elektrické energie, než dosud bude získávána z obnovitelných zdrojů, jako jsou fotovoltaické nebo větrné elektrárny. Takto získaná energie ovšem nebude pouze dodávána do současné distribuční sítě, ale bude také uchovávána a spotřebovávána lokálně, v blízkosti obnovitelných zdrojů, kde ji také budou moci využívat řidiči elektromobilů.

Description

Systém propojení vozidlové navigační jednotky se zejména decentralizovanými zdroji elektrické energie pro vyhrazení přístupu k nabíjení pro vozy s elektrickou pohonnou jednotkou

Oblast techniky

Technické řešení se týká datového propojení vozidlové jednotky s navigací s dalšími telematickými a informačními systémy tak, aby řidič vozidla vybaveného elektrickou pohonnou jednotkou mohl snadno získat informace o aktuálních dostupných zdrojích elektrické energie a stavu a obsazenosti nabíjecí infrastruktury v okolí plánované trasy vozidla i s případnou možností rezervace zdrojů energie pro nabití baterií vozidla.

Navrhované technické řešení spadá do oblasti dopravní telematiky a oblasti způsobů využití zdrojů elektrické energie.

Dosavadní stav techniky

Jedním z velikých problémů současnosti je stále nedostatečná kapacita, vysoká hmotnost a vysoká cena baterií používaných v elektromobilech. Reálný dojezd současných elektromobilů tak jen velmi zřídka přesáhne 200 km. S tím souvisí větší závislost posádky elektromobilů na dostupných zdrojích elektrické energie, kdy nabíjecí místo musí být vybaveno dostatečně dimenzovanou přípojkou elektrické energie a dále nesmí být nabíjecí stanice právě využívána jiným elektromobilem.

Tyto výše popsané podmínky se mohou stát zásadně omezujícími pro rozšiřování elektromobility ve chvíli, kdy dojde alespoň k několikaprocentní penetraci trhu elektromobily. V takové situaci bude zjevné, že současná centralizovaná distribuční síť pro elektrickou energii není dostatečně dimenzována na tak zásadní zvýšení požadavků na přenos elektrické energie a bude nutné urychleně hledat nová, zatím nevyužívaná řešení.

Jednou z možností, jak výše uvedený problém řešit, je rozvoj decentralizované výroby a využití elektrické energie, kdy mnohem větší část elektrické energie než dosud bude získávána z decentralizovaných, zejména obnovitelných zdrojů, jako jsou fotovoltaické nebo větrné elektrárny. Takto získaná energie ovšem nebude pouze dodávána do současné distribuční sítě, ale bude také uchovávána a spotřebovávána lokálně, v blízkosti decentralizovaných, zejména obnovitelných zdrojů elektrické energie.

Jako příklad současného stavu techniky lze uvést ostrovní systém rodinného domu, kdy fotovoltaické panely jsou umístěny na střeše, energie je uchovávána v bateriích umístěných např. v garáži rodinného domu a spotřeba energie rodiny je optimalizována s ohledem na maximální využití decentralizovaných obnovitelných zdrojů. Ostrovní systém může pak být připojen k běžné distribuční sítě pouze pro případ pokrytí spotřebních špiček, které většinou nepřesahují 20% celkové roční spotřeby.

Tyto decentralizované zdroje lze však dále rozšířit v části získávání a uchování elektrické energie, kdy v současnosti nevyužitá energie může sloužit k nabíjení baterií elektromobilu ve vlastnictví majitelů rodinného domu.

Navíc však lze takto případně nevyužitou elektrickou energii nabídnout ke spotřebě dalším uživatelům, především řidičům elektromobilů. Tito uživatelé - řidiči elektromobilů však v současnosti mají jen velmi málo informací o poloze nabíjecích stanic a nemají prakticky žádné informace o aktuální dostupnosti elektrické energie, zejména u takových nabíjecích stanic, které nejsou připojené do distribuční sítě a pro nabíjení využívají lokální obnovitelné zdroje.

Podstata vynálezu

Cílem technického řešení je vyřešit výše popsaný problém s přístupem elektromobilů k elektrické energii pro dobití jejich baterií tím, že vozidlová jednotka elektromobilu bude obsahovat navigační software s přístupem do centrální části systému, kde budou dostupné aktualizované údaje o nabíjecích stanicích v okolí plánované cesty elektromobilu. Těmito údaji budou zejména poloha nabíjecí stanice, dostupné množství elektrické energie a údaje o aktuálním nebo plánovaném obsazení nabíjecí stanice v době, kdy by přicházelo v úvahu nabití elektromobilu.

Dalším důležitým údajem pak bude cena za jednotku odebrané elektrické energie, která se může často měnit na principu aukce ceny za jednotku energie v případě, že systém získá více požadavků na dobití baterií od více elektromobilů, ale kapacita zdroje bude postačovat pouze na dobití omezeného množství elektromobilů v určeném časovém rámci.

• ♦ · ·

-3 Tato omezená kapacita zdroje elektrické energie může být způsobena jak omezenými možnostmi uchování elektrické energie v ostrovních systémech, tak může být také způsobena nedostatečně dimenzovanou rozvodnou sítí, která není v konkrétním místě schopna dodat požadované množství energie, nebo může být také způsobena nedostatečně dimenzovanou nabíjecí infrastrukturou, kdy nabíjení elektromobilu může trvat až několik hodin.

Řidič elektromobilu tak při plánování své trasy zadá cíl do vozidlové jednotky s navigací, která vyhodnotí úroveň nabití baterií elektromobilu, získá údaje z centrální části systému o poloze dobíječích stanic v okolí trasy a dále o množství, časové dostupnosti a ceně elektrické energie, která by mohla být použita pro dobíjení baterií elektromobilu v průběhu plánované trasy. Navigační část vozidlové jednotky pak se zohledněním všech relevantních údajů, jako jsou úroveň nabití baterií elektromobilu, cíl trasy, poloha dobíječích stanic v okolí trasy, množství, cena a časová dostupnost elektrické energie navrhne řidiči elektromobilu jednu nebo více tras, které mohou být optimalizovány podle různých parametrů, jako jsou ujetí co nejmenší vzdálenosti, dosažení co nejrychleji cíle plánované trasy, dosažení co nejnižších nákladů na dobíjení během jízdy nebo dle kombinace těchto jednotlivých kritérií.

Pokud řidič zvolí trasu, na které bude nutné provést jedno nebo více dobití baterií, systém mu nabídne možnost rezervace množství energie, ceny a časového okna nebo časových oken pro nabíjení elektromobilu. Pokud řidič tuto rezervaci potvrdí, systém mu bude garantovat po předem definovanou dobu parametry dobití. Pokud řidič rezervaci odmítne, může být navigován po navržené trase, ovšem bez záruky, že budou baterie elektromobilu dobity v předpokládaném časovém rámci a s předpokládanou cenou. Volba vhodné strategie řidiče pro rezervaci nabíjení pak bude zřejmě záležet na kapacitě zdrojů v okolí plánované trasy a preferencích řidiče.

Navrhovaný systém bude poskytovat služby také na straně nabídky elektrické energie. Poskytovatelé elektrické energie, ať již půjde o lokálního výrobce elektrické energie z obnovitelných zdrojů nebo půjde o nabíjecí stanice připojené k centrální distribuční síti elektrické energie, budou moci být on-line propojeni s centrální částí systému, kde budou moci dle svého uvážení nabízet jimi určené množství elektrické energie k možnému dobití baterií elektromobilů, s určenou cenou za jednotku elektrické energie v určeném časovém rámci.

-4Dále bude centrální systém shromažďovat údaje o poloze dobíječích stanic, jejich technický popis s ohledem na kompatibilitu s dobíjecími rozhraními elektromobilů nebo další relevantní technické údaje.

Systém je možné také realizovat včetně modulu, který bude umožňovat poskytovatelům energií určit si vlastní strategii změny ceny nabízené elektrické energie v závislosti na objemu a čase realizace aktuální poptávky. Součástí systému bude v takovém případě také modul, který umožní limitovat cenu za jednotku elektrické energie na straně řidičů elektromobilů.

Tímto technickým řešením lze vyřešit problém s malým reálným dojezdem elektromobilu, kdy vozidlová jednotka při plánování trasy vezme v úvahu známou polohu dobíječích stanic a trasu přizpůsobí tak, aby trasa byla optimalizovaná buď vzhledem k ujeté vzdálenosti, nebo vzhledem k času potřebného na projetí trasy nebo vzhledem k ceně spotřebované elektrické energie.

Vyřešení tohoto problému může přinést ekonomické úspory z důvodu zrychlení návratnosti nákladů na vybudování zejména lokálních zdrojů elektrické energie, úspory času řidičů elektromobilů a také v neposlední řadě z důvodu snížení nebo minimalizace nákladů na posílení stávající distribuční sítě elektrické energie.

Přehled obrázků na výkresech

Možnosti technického řešení jsou objasněny na obr. č. 1, na němž je znázorněno propojení centrální části systému s vozidlovou jednotkou s navigací a se systémy poskytovatelů elektrické energie podle níže uvedeného příkladu technického řešení.

Příklad provedení vynálezu

Propojení vozidlové jednotky s navigací, se zdroji elektrické energie a s vazbou na centrální server systému je principiálně popsáno na níže uvedeném konkrétním provedení, přičemž tímto popisem nejsou kladeny žádné překážky k představě obdobných řešení, která zřejmým způsobem odborníkům vyplývají z nastíněného příkladu, například pro aplikace s jinými typy vozidlových jednotek (OBU), pro aplikace využívající namísto vozidlové jednotky mobilní telefon s navigací nebo pro použití jiných řídících center, platebních technologií apod.

-5. ; _: ·_: · « ·· ··

Baterie akumulátorů elektromobilu 1 jsou propojeny kabelem nebo bezdrátově s vozidlovou jednotkou 2, která může být realizována např. formou mobilního telefonu, tabletu PC, nebo vestavěné vozidlové jednotky, která obsahuje modul pro bezdrátovou komunikaci s centrálním serverem 3. Vozidlová jednotka také obsahuje blok navigace 5. Centrální server 3 je propojen se systémy poskytovatelů elektrické energie 4, které zajistí, že centrální server bude znát polohu dobíječích stanic, množství, časovou dostupnost a cenu elektrické energie, která by mohla být použita pro dobíjení baterií elektromobilu. Propojení centrálního serveru 3 a se systémy poskytovatelů elektrické energie 4 je realizováno prostřednictvím komunikační technologie, jako je propojení optickými kabely, kabely, Wi-fi, datovou sítí mobilních telefonů GSM, LTE, které mohou komunikovat zabezpečeně i nezabezpečeně. Propojení vozidlové jednotky 2 s centrálním serverem je realizováno prostřednictvím bezdrátové komunikační technologie, jako je Wi-fi, datovou sítí mobilních telefonů GSM, LTE, které také mohou komunikovat zabezpečeně i nezabezpečeně. Centrální server 3 může být dále doplněn o funkční modul pro aukční stanovení ceny za odebranou a rezervovanou elektrickou energii 6, přičemž cena za energii může být stanovena tak, aby byly co nejvíce zohledněny obchodní preference všech uživatelů systému, zejména snaha prodat co nejvíce elektrické energie na straně poskytovatelů a snaha získat co nejnižší cenu současně s co nerychlejší nebo nejkratší trasou na straně řidičů elektromobilů. Systémy poskytovatelů elektrické energie 4 mohou být doplněny o platební modul 7, který umožní zaplatit za odebranou elektrickou energii, a to buď předem s využitím běžné platební metody, jako jsou platební karty, platební systémy mobilních operátorů nebo platební systémy poskytovatelů operačních systémů mobilních telefonů, nebo umožní zaplatit ad hoc přímo v místě odběru.

Jednotlivé výše uvedené moduly jsou dále popsány:

Baterie akumulátorů elektromobilu 1 je standardní zařízení, které zabezpečuje uchování elektrické energie potřebné pro provoz elektromobilu. Baterie akumulátorů elektromobilu 1 obsahuje modul, který umožňuje přenášet údaje o úrovni nabití baterie akumulátorů 1 v elektronické formě do vozidlové jednotky.

Vozidlová jednotka 2 obsahuje modul pro bezdrátovou komunikaci s centrálním serverem, modul pro určení polohy vozidla GNSS, např. GPS, Galileo, Glonass a modul, který umožňuje zobrazení mapy nebo navigaci řidiče 5. Vozidlová jednotka 2 je propojena s baterií akumulátorů 1, a to buď bezdrátově, např. pomocí bluetooth nebo wi-fi, nebo kabelem s cílem získávat údaje o aktuální úrovni nabití baterie. Vozidlová jednotka 2 může být realizována ve

formě smartphone, tabletu s GSM modulem, průmyslového PC s GSM modulem, přímo zabudovaná ve vozidle nebo jiným vhodným hardware.

Centrální server 3 je bezdrátově např. pomocí GSM, CDMA, LTE nebo Wi-fi technologie propojen s vozidlovou jednotkou 2 a dále je propojen s různými systémy poskytovatelů elektrické energie 4. Centrální server ověřuje dostupnost a cenu elektrické energie v systémech poskytovatelů elektrické energie 4.

Centrální server 3 pak dále na základě komunikace s vozidlovou jednotkou 2 zajišťuje rezervaci elektrické energie v systémech poskytovatelů elektrické energie 4, příp. může vypořádat platby za rezervaci a za odebranou elektrickou energii.

Typický příklad využití systému lze popsat:

Řidič elektromobilu zadá vozidlové jednotce s navigací 2 cíl své cesty. Vozidlová jednotka s navigací 2 vypočte nejvhodnější trasu, např. nejkratší nebo nejrychlejší, bez ohledu na to, zda cíl trasy leží v dojezdové vzdálenosti (akčním rádiu) elektromobilu. Pokud je vypočtená trasa delší než akční rádius elektromobilu nebo delší, než vzdálenost, kterou elektromobilů může ujet vzhledem k úrovní nabití baterií, vozidlová jednotka 2 zjistí na základě komunikace s centrálním serverem 3 seznam systémů poskytovatelů elektrické energie 4 - dobíječích stanic - ležících v předem definovaném okolí naplánované trasy včetně údajů o přesné poloze dobíječích stanic, množství, časové dostupnosti a ceně elektrické energie. Vozidlová jednotka 2 dále provede přepočtení trasy, kdy při hledání optimální trasy jsou ve výpočetním algoritmu zohledněny údaje získané z centrálního serveru 3 o přesné poloze dobíječích stanic, množství, časové dostupnosti a ceně elektrické energie a je spočtena minimálně jedna nová trasa, na níž jsou dle preferencí řidiče optimalizovány parametry, tj. buď jde o nejkratší trasu, nejrychlejší trasu nebo o trasu s nejnižšími náklady na spotřebovanou elektrickou energii. Řidič se na základě popisu trasy dále rozhodne, zda chce za příslušný poplatek rezervovat možnost nabití baterií elektromobilu 1, nebo zda bude spoléhat na dostatečné množství dostupné elektrické energie v systémech poskytovatelů elektrické energie 4 - dobíječích stanicích a možnost nabití baterií elektromobilu si rezervovat nebude. Tato rezervace je provedena na základě komunikace vozidlové jednotky 2 se systémy poskytovatelů elektrické energie 4 prostřednictvím centrálního serveru 3.

Poté je řidič navigován po vypočtené trase, která zohlední nutné prodloužení dojezdu elektromobilu, a která zahrne také návštěvu dobíječi stanice nebo stanic.

• · »

Výše popsaný proces předcházející výběru trasy a akceptace ceny za rezervovanou elektrickou energii může být dále rozšířen o opakované dotazy vozidlové jednotky 2 na cenu elektrické energie v závislosti na množství odebrané elektrické energie a na času, kdy k dobití baterií elektromobilu dojde. Vozidlová jednotka 2 tak může opakovaně provádět výpočty optimální trasy vzhledem ke změněným vstupním parametrům - poloze dobíječích stanic, množství, časové dostupnosti a ceně elektrické energie. Řidič pak může potvrdit trasu a rezervaci elektrické energie po několika optimalizačních cyklech.

Průmyslová využitelnost

Systém propojení vozidlové navigační jednotky se zejména decentralizovanými zdroji elektrické energie pro vyhrazení přístupu k nabíjení pro vozy s elektrickou pohonnou jednotkou v silniční dopravě řeší problém, kdy řidič elektromobilu může bez velkých nákladů prodloužit reálný dojezd elektromobilu v situaci, kdy navigační systém plánovanou trasu vhodně doplní o nutné zastávky pro dobití baterií elektromobilu. Systém navíc umožňuje řidiči si potřebné množství energie rezervovat v dohodnutém časovém rámci a za předem známou, akceptovanou cenu.

Systém dále řeší problém využití decentralizovaných zdrojů elektrické energie a dále jeho použití může významně snížit náklady na doplnění stávající distribuční sítě elektrické energie v situaci, kdy počet elektromobilů např. v České republice překročí hranici několika desítek tisíc.

Okamžitá průmyslová využitelnost popsaného řešení je dána i současnými trendy v energetice, jako jsou decentralizace, dekarbonizace a digitalizace, a dále také silným rozvojem dopravně-telematických systémů, které umožňují on-line navigaci a on-line přístup k externím systémům.

Claims (1)

1. ·/. Systém propojení vozidlové navigační jednotky se zejména decentralizovanými zdroji elektrické energie pro vyhrazení přístupu k nabíjení pro vozy s elektrickou pohonnou jednotkou, kde vozidlová jednotka (2) s navigací (5) je propojena s baterií akumulátorů elektromobilu (1) pro zjištění úrovně nabití baterie akumulátorů vyznačující se tím, že vozidlová jednotka (2) je dále propojena s centrálním serverem (3), na kterém jsou dostupné informace o poloze dobíječích stanic v okolí trasy a dále o množství, časové dostupnosti a ceně elektrické energie, která by mohla být použita pro dobíjení baterií elektromobilu (1) v průběhu jízdy po naplánované trase, přičemž navigační část (5) vozidlové jednotky (2) se zohledněním všech relevantních údajů, jako jsou úroveň nabití baterií elektromobilu, cíl trasy, poloha dobíječích stanic v okolí trasy, množství, cena a dostupnost elektrické energie navrhne řidiči elektromobilu jednu nebo více tras, které mohou být optimalizovány podle různých parametrů, jako jsou ujetí co nejmenší vzdálenosti, dosažení co nejrychleji cíle plánované trasy, dosažení co nejnižších nákladů na dobíjení během jízdy nebo dle kombinace těchto jednotlivých kritérií, přičemž si řidič může elektrickou energii potřebnou k dobití baterie elektromobilu (1) během naplánované trasy rezervovat s využitím vozidlové jednotky (2) a prostřednictvím centrálního serveru (3) u systémů poskytovatelů elektrické energie (4) v předem známém časovém rámci za předem známou akceptovanou cenu.