DE102011008675A1

DE102011008675A1 - Verfahren zum Aufladen einer Batterie eines Fahrzeuges

Info

Publication number: DE102011008675A1
Application number: DE102011008675A
Authority: DE
Inventors: Markus Dietze; Thomas Frisch; Ing. Lochner Holger; Dipl.-Ing. Rabe Volker; Dipl.-Math. Wolf Patrick
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2011-01-15
Filing date: 2011-01-15
Publication date: 2012-07-19
Also published as: WO2012095129A2; WO2012095129A3; JP2014505456A; US20140111165A9; US20130278225A1

Abstract

Verfahren zum Aufladen einer Batterie eines Fahrzeuges, wobei das Fahrzeug zum Aufladen der Batterie mit einer Aufladestation verbunden ist, aufweisend die Schritte: fahrzeugseitiges Ermitteln eines ersten Ladeprofils (K1) in Abhängigkeit einer maximalen Nennleistung der Aufladestation, eines Zielladezustands (S') und einer vorgegebenen Ladezeitspanne (T), und fahrzeugseitiges Überprüfen, ob der Zielladezustand (S') in der vorgegebenen Ladezeitspanne (T) erreicht werden kann.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufladen einer Batterie eines Fahrzeuges.
Bei einem derartigen Verfahren wird ein Fahrzeug (insbesondere e-drive-Fahrzeug) zum Aufladen der Batterie des Fahrzeuges auf einen Zielladezustand mit einer Aufladestation verbunden, die ihrerseits über einen Netzanschluss zu einem Energieversorgungsunternehmen mit Energie versorgt wird.
Diesbezüglich ist aus der US 2009/0174365 A1 eine netzwerkgesteuerte Ladungstransfer-Vorrichtung zur Übertragung von Ladung zwischen einem lokalen Stromnetz und einem elektrisch betriebenen Fahrzeug bekannt, umfassend: eine elektrische Steckdose, die dazu konfiguriert ist, einen elektrischen Stecker zur Verbindung mit dem besagten Fahrzeug aufzunehmen; eine elektrische Versorgungsleitung, die das lokale Stromnetz mit der Steckdose verbindet; eine Steuereinheit auf der elektrischen Versorgungsleitung zum An- und Ausschalten der besagten Steckdose; ein Strommessgerät auf der elektrischen Versorgungsleitung zum Messen des Stromes der durch jene Steckdose fließt; ein Steuergerät, das dazu konfiguriert ist, die besagte Steuereinheit zu steuern und den Ausgang des Strommessgerätes zu überwachen; einen mit dem Steuergerät verbundenen Transceiver, der dazu konfiguriert ist, das Steuergerät mit einem LAN (local area network) zu verbinden um auf einen Remote-Server über ein WAN (wide area network) zuzugreifen; und eine Kommunikationseinheit, die mit dem Steuergerät verbunden ist, wobei die Kommunikationseinheit dazu konfiguriert ist, das Steuergerät zur Kommunikation zwischen dem Fahrer des Fahrzeuges und dem Steuergerät mit einer mobilen drahtlosen Kommunikationseinheit zu verbinden, wobei das Steuergerät dazu konfiguriert ist, den Ladungstransfer basierend auf Stromnetzbelastungsdaten zu verwalten, wobei jene Stromnetzbelastungsdaten von dem Remote-Server erhältlich sind, und wobei der Ladungstransfer in beide Richtungen zwischen dem lokalen Stromnetz und dem elektrischen Fahrzeug stattfinden kann.
Weiterhin ist aus der EP 0 820 653 B1 ein Verfahren zum Aufladen einer Batterie für ein Elektrofahrzeug unter Verwendung einer Ladestation bekannt, von der aus die Ladeenergie der Batterie zugeführt wird, wobei das genannte Verfahren unter anderem durch die Schritte gekennzeichnet ist, wonach ein Kommunikationsmittel hergestellt wird, das Daten über den Ladezustand der in Aufladung befindlichen Batterie zwischen der Batterie und der Ladestation übertragen kann, und wonach das Fahrzeug über das genannte Kommunikationsmittel abgefragt wird, um zu ermitteln, ob ein batteriespezifisches Ladesteuermodul vorhanden und mit der genannten Batterie in dem genannten Fahrzeug assoziiert ist; wobei das genannte Verfahren ferner den Schritt umfasst, dass für den Fall, dass ein batteriespezifisches Ladesteuermodul in dem genannten Fahrzeug vorhanden ist, die genannten Batterie durch Zuführen von Ladestrom unter der Steuerung des genannten batteriespezifischen Ladesteuermoduls aufgeladen wird und die Zufuhr von Ladestrom zu der genannten Batterie in Reaktion auf ein entsprechendes Signal, das von dem genannten batteriespezifischen Ladesteuermodul ausgegeben wurde, gestoppt wird.
Hiervon ausgehend, liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Aufladen einer Batterie eines Fahrzeuges (insbesondere Elektrofahrzeugs), die insbesondere zum Antreiben der Fahrzeugs dient, der eingangs genannten Art weiter zu verbessern, wobei insbesondere eine bedarfsgerechte Steuerung des Ladevorgangs realisiert werden soll.
Dieses Problem wird durch ein System mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Danach ist ein Verfahren zum Aufladen einer Batterie eines Fahrzeuges vorgesehen, wobei das Fahrzeug zum Aufladen der Batterie auf einen Zielladezustand mit einer Aufladestation verbunden ist, aufweisend die Schritte: fahrzeugseitiges Ermitteln eines ersten Ladeprofils in Abhängigkeit einer maximalen Nennleistung der Aufladestation, eines Zielladezustands und einer vorgegebenen Ladezeitspanne, und fahrzeugseitiges Überprüfen, ob der Zielladezustand in der vorgegebenen Ladezeitspanne erreicht werden kann.
Das Fahrzeug stellt mithin mit anderen Worten einer entsprechenden Applikation, insbesondere umfassend einen Optimierungsalgorithmus, ein erstes Ladeprofil zur Verfügung, das insbesondere einen zeitlichen Verlauf einer Ladeleistung und ggf. die zugehörige Entwicklung des Zielladezustands beinhaltet und berücksichtigt dabei die Anforderungen der Batterie bezüglich einer möglichen Leistungsaufnahme und des Ladegerätes des Fahrzeuges bezüglich einer möglicher Leistungsabgabe.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass fahrzeugseitig über eine insbesondere fortlaufende Kommunikation mit einer Lastmanagementeinheit eines Netzanschlusses der Aufladestation anhand eines von der Lastmanagementeinheit bereitgestellten und an der Aufladestation (fortlaufend) abrufbaren maximalem Leistungsprofils für die Ladezeitspanne eine weitere zweite Ladekurve errechnet wird und dabei geprüft wird, ob mit dieser der Zielladezustand erreicht werden kann, d. h., der besagte Optimierungsalgorithmus passt das initiale (erste) Ladeprofil (zeitlicher Verlauf der Ladeleistung) unter Erzeugung eines weiteren (zweiten) Ladeprofils an die physikalischen Leistungsgrenzen der Aufladestation und der zum Anschließen des Fahrzeuges an die Aufladestation verwendeten Verbindungsmittel (z. B. Kabel etc.) an.
Bevorzugt wird weiterhin fahrzeugseitig überprüft, ob von der Lastmanagementeinheit weitere mit Tarifprofilen versehene, abrufbare Leistungsprofile abrufbar sind.
Dabei wird vorzugsweise fahrzeugseitig zu jedem der angebotenen Tarifprofile ein Ladeprofil und dessen Kosten entsprechend dem jeweils zugeordneten Tarifprofil ermittelt und geprüft, ob der Zielladezustand mit dem jeweiligen Ladeprofil erreicht werden kann, wobei bevorzugt dasjenige Ladeprofil vom Fahrzeug bei der Lastmanagementeinheit abgerufen wird, mit dem der Zielladezustand auf Grundlage der geringsten Kosten erreicht werden kann.
Bevorzugt wird das jeweilige Ladeprofil mit zeitlich segmentierten Tarifprofilen eines den Netzanschluss mit Energie versorgenden Energieversorgers, die in einer Lastmanagementeinheit abgelegt sind, (zeitlich) synchronisiert, so dass eine entsprechende zeitliche Segmentierung des betreffenden Ladeprofils erzeugt wird (Diskretisierung des Ladeprofils anhand von Stützstellen durch Segmentierung). Bei Bedarf können zusätzliche Zeitsegmente ermittelt werden, um im Weiteren Verlauf bessere Optimierungsmöglichkeiten zu erzielen.
Anhand der besagten Tarifprofile wird dann fahrzeugseitig vorzugsweise ein an der Aufladestation abrufbares maximales Leistungsprofil ermittelt, das die physikalischen Grenzen der Aufladestation und ggf. des Ladegerätes sowie sonstiger Komponenten berücksichtigt, wobei das maximale Leistungsprofil dieselbe zeitliche Segmentierung (Diskretisierung) wie die einzelnen Tarifprofile aufweist.
Hierbei wird bevorzugt fahrzeugseitig (onboard) zumindest in Abhängigkeit des momentanen Ladezustandes, einer Batteriekennlinie des Fahrzeugs, und/oder des maximalen Leistungsprofils eine Ladezustandsprognose berechnet, wobei mittels jener Ladezustandsprognose ermittelt wird, ob das Fahrzeug vollständig bis zum (vordefinierbaren) Zielladezustand in der zur Verfügung stehenden Ladezeitspanne geladen werden kann.
Für den Fall, dass das Fahrzeug nicht vollständig bis zum (vordefinierbaren) Zielladezustand in der zur Verfügung stehenden Ladezeitspanne geladen werden kann, wird in der Folge das erzeugte maximale Leistungsprofil als Ladeprofil für die Steuerung des Ladeverlaufs verwendet.
Für den Fall hingegen, dass eine ausreichende Aufladung der Batterie anhand des maximalen Leistungsprofils möglich ist, wird vorzugsweise fahrzeugseitig überprüft, ob es auf Basis eines Anreizsignals einer Lastmanagementeinheit und des den Netzanschluss der Aufladestation mit Energie versorgenden Energieversorgers eine kostengünstigere Möglichkeit gibt, den Zielladezustand zu erreichen, wobei insbesondere jedes sich aus der zeitlichen Segmentierung ergebende Zeitsegment auf Basis des Anreizsignals mit einem Kostenelement (Kostenfaktor) versehen wird, das sich insbesondere aus dem Produkt der abrufbaren Leistung, der Zeitdauer jener Leistung und ggf. einem vordefinierbaren Anreizfaktor der Lastmanagementeinheit ergibt.
Weiterhin wird bevorzugt fahrzeugseitig anhand aller Zeitsegmente und anhand aller angebotenen Tarifprofile untersucht, welche Leistungsänderung in einem Zeitsegment gegenüber dem (momentanen) maximalen Leistungsprofil den größten Kostenvorteil realisiert, wobei fahrzeugseitig insbesondere überprüft wird, ob diese Leistungsänderung noch immer den Zielladezustand realisiert.
Für den Fall, dass mit der besagten Leistungsänderung nicht mehr der Zielladezustand realisierbar ist, wird die besagte Leistungsänderung vorzugsweise nicht durchgeführt und insbesondere die Kostenelemente entsprechend angepasst.
Für den Fall hingegen, dass mit der besagten Leistungsänderung der Zielladezustand realisierbar ist, wird bevorzugt die besagte Leistungsänderung fahrzeugseitig am maximalen Leistungsprofil vorgenommen und insbesondere die Kostenelemente entsprechend angepasst.
Ist anhand der Kostenelemente keine weitere Leistungsänderung ermittelbar, mit der weiterhin der Zielladezustand auf günstigere Weise erreicht werden kann, wird das solchermaßen ermittelte Ladeprofil vorzugsweise für die Steuerung des Ladevorgangs der Batterie verwendet. Andernfalls wird erneut onboard anhand aller Zeitsegmente und anhand aller angebotenen Tarifprofile überprüft, welche Leistungsänderung in einem Zeitsegment gegenüber dem (momentanen) maximalen Leistungsprofil einen Kostenvorteil realisiert, wobei fahrzeugseitig insbesondere überprüft wird, ob diese Leistungsänderung noch immer den Zielladezustand realisiert.
Schließlich wird das durch die vorstehend beschriebene Optimierung ermittelte Ladeprofil vorzugsweise an die Aufladestation und die Lastmanagementeinheit übermittelt.
Somit ermöglicht das vorstehend beschriebene Onboard-Verfahren auf vorteilhafte Weise die Verarbeitung von Anreizsignalen in Verbindung mit aktuellen Fahrzeuginformationen und Kundenvorgaben zur bedarfsgerechten Steuerung des Ladevorgangs von in Fahrzeugen installierten Batterien.
Ein weiterer Erfindungsgedanke betrifft ein System zum Aufladen von Fahrzeugen (insbesondere e-drive-Fahrzeugen). Danach ist vorgesehen, dass die Ladegeräte jeweils dazu ausgebildet sind, ein Ladeprofil für die zugeordnete Batterie zu ermitteln und an eine zentrale, ggf. entfernte Lastmanagementeinheit zu übermitteln, die dazu ausgebildet ist, zumindest anhand der übermittelten Ladeprofile eine Leistungsverteilung an die Ladegeräte zu ermitteln. Hierbei wird unter einem Ladeprofil der zeitliche Verlauf der Ladeleistung verstanden.
Dieser Erfindungsgedanke betrifft also insbesondere ein System bzw. eine Vorrichtung, bei dem die Ladesteuerung von den angeschlossenen Elektrofahrzeugen ausgeht. Hierbei wird das besagte Fahrzeug insbesondere mit einem Verbindungsmittel (z. B. in Form eines Stromkabels) mit einem Stromanschluss (z. B. Steckdose einer Ladesäule) einer Aufladestation verbunden. Wobei jene Stromanschlüsse über eine Stromleitung (oder mehrere Stromleitungen) mit einem Netzanschluss eines Stromnetzes eines Energieversorgungsunternehmens (EVU) verbunden sind. Das Ladegerät (onboard-Lader) des Fahrzeuges kommuniziert dabei bevorzugt entweder über ”Power Line Communication” (PLC, zu deutsch Stromleitungskommunikation), bei der es sich insbesondere um eine Datenübertragung über bereits vorhandene Kommunikations-, insbesondere Stromnetze, handelt, bei der die Signale in der Regel über eine oder mehrere Trägerfrequenzen zusätzlich auf die jeweilige Leitung aufmoduliert werden, oder über eine drahtlose Kommunikationsverbindung (über einen Netzwerkzugang) mit der Lastmanagementeinheit (Rechner).
Eine onboard-Applikation im jeweiligen Ladegerät ermittelt nun vorzugsweise aus dem jeweiligen Stromanschluss (insbesondere ISO 61851) die zur Verfügung stehenden Netzleistungen und meldet diese bevorzugt zusammen mit einem bedarfsorientierten Ladeprofil an die Lastmanagementeinheit.
Im Lastmanagement bzw. in der Lastmanagementeinheit ermittelt dann vorzugsweise eine sogenannte offboard-Applikation (also eine außerhalb des Fahrzeuges bzw. des Ladegerätes vorgesehene Applikation) aus den gemeldeten Ladeprofilen und Netzleistungsvorgaben eine Leistungsverteilung an die angemeldeten und angeschlossenen Fahrzeuge bzw. deren Ladegeräte.
Vorzugsweise weist das erfindungsgemäße System zur Kommunikation der Ladegeräte mit der Lastmanagementeinheit ein mit der besagten Stromleitung verbundenes erstes Kommunikationsmittel, insbesondere in Form eines PLC-Modems, auf, das dazu eingerichtet und vorgesehen ist, eine insbesondere drahtlose Kommunikationsverbindung, insbesondere in Form einer Ethernet-Verbindung, aufzubauen, über die die Ladegeräte mit der Lastmanagementeinheit verbindbar sind.
Dabei weist das System zur Kommunikation der Ladegeräte mit der Lastmanagementeinheit bevorzugt ein zweites Kommunikationsmittel auf, und zwar insbesondere in Form eines DSL-Routers, das dazu ausgebildet ist, eine Internetverbindung mit der Lastmanagementeinheit aufzubauen, über die die Ladegeräte mit der Lastmanagementeinheit verbindbar sind.
Dies ermöglicht es ferner, ein Ladeprotokoll auch an ein abgesetztes Lastmanagementsystem routen zu können, so dass das Lastmanagement insbesondere als Dienstleistungsfunktion unabhängig vom örtlichen Netzzugang und der Lokalisierung der Ladesäulen durchführbar ist.
Durch die vorgenannte zweite Kommunikationsmittel ist es auch in einfacher Weise möglich, dass das erfindungsgemäße System eine Mehrzahl an Aufladestationen an insbesondere unterschiedlichen Orten verwalten bzw. aufweisen kann, wobei die einzelnen Ladegeräte (Fahrzeuge) wiederum an jenen Stationen jeweils über ein Verbindungsmittel mit je einem Stromanschluss (insbesondere ISO 61851) verbindbar sind und jeweils über das besagte zweite Kommunikationsmittel mit der Lastmanagementeinheit (Server) verbindbar sind. Hierbei ist ggf. zwischen dem ersten Kommunikationsmittel und dem zweiten Kommunikationsmittel einer Aufladestation jeweils eine lokale Steuereinheit zur Steuerung der Kommunikation zwischen der jeweiligen Aufladestation und der Lastmanagementeinheit vorgesehen.
Eine Erkennung der Belegung der Stromanschlüsse der mindestens einen Aufladestation erfolgt vorzugsweise über PLC oder über eine Belegungserkennungseinheit der mindestens einen Aufladestation, die zur Erkennung der Belegung z. B. zumindest eine induktive Bodenplatte aufweist, die derart angeordnet ist, dass ein bestimmungsgemäß mit einem Stromanschluss verbundenes Fahrzeug auf (über) jener Bodenplatte angeordnet ist und daher die Präsenz des Fahrzeuges bzw. die Belegung eines Stromanschlusses detektierbar ist.
Bevorzugt ist die Lastmanagementeinheit (offboard-Applikation) weiterhin dazu eingerichtet und vorgesehen, die Summe der den übermittelten Ladeprofilen entsprechenden Leistungsbedarfe einer Aufladestation mit der jeweils an jener Aufladestation zur Verfügung stehenden Netzleistung zu vergleichen.
Solange dabei jene Summe der gemeldeten Leistungsbedarfe die Netzleistungsvorgaben nicht übersteigt, können alle gemeldeten Bedarfe wie angefordert bedient werden. Sind zu viele Bedarfe angemeldet, wird die Leistung von der Lastmanagementeinheit (offboard-Applikation) vorzugsweise an die einzelnen Fahrzeuge zugeteilt.
Hierbei ist die Lastmanagementeinheit bevorzugt dazu eingerichtet und vorgesehen, für den Fall. dass die besagte Summe die jeweils (an den Aufladestationen) zur Verfügung stehenden Netzleistung übersteigt, die Leistung auf an einer Aufladestation angeschlossene Fahrzeuge Abhängigkeit der Ankunftszeit der Fahrzeuge an der jeweiligen Aufladestation zu verteilen, wobei insbesondere von zwei Fahrzeugen zunächst das Ladegerät desjenigen Fahrzeuges Leistung zugeteilt bekommt, das eine frühere Ankunftszeit aufweist.
Bei diesem Zuteilungsprinzip handelt es sich um das so genannte ”First Come/First Service”-Prinzip. Alternativ können als Zuteilungsprinzip auch Fahrzeugpriorisierungen aus einem Flottenmanagement (Abfahrtszeitpunkt, Reichweitenbedarf, Mindestladebedarf z. B. bei Kühlfahrzeugen, Premiumkundenkonditionen, Schnellladeoptionen) zum Einsatz kommen.
So ist die Lastmanagementeinheit bevorzugt dazu eingerichtet und vorgesehen, insbesondere für den Fall, dass die besagte Summe die jeweils an den Aufladestationen zur Verfügung stehenden Netzleistungen übersteigt, die Leistung in Abhängigkeit eines Abfahrtszeitpunktes eines Fahrzeuges, eines Reichweitenbedarfes eines Fahrzeuges, eines Mindestladebedarfs eines Fahrzeuges, eines Kundenstatus des Fahrzeuges und/oder einer Schnellladeoption des Fahrzeuges an die Ladegeräte der Fahrzeuge zu verteilen.
Des Weiteren ist ein dem System entsprechendes Verfahren als weiterer Erfindungsgedanke denkbar. Danach ist ein Verfahren zum Aufladen von Batterien in Fahrzeugen vorgesehen, insbesondere unter Verwendung eines erfindungsgemäßen Systems, wobei fahrzeugseitig Ladeprofile für die aufzuladenden Batterien ermittelt werden und an eine zentrale, ggf. entfernte Lastmanagementeinheit übermittelt werden, mittels der zumindest anhand der übermittelten Ladeprofile eine Leistungsverteilung an die Fahrzeuge bestimmt wird.
Vorzugsweise wird dabei fahrzeugseitig zusätzlich eine zum Aufladen der jeweiligen Batterie zur Verfügung stehende Netzleistung eines verwendeten Stromnetzes eines EVU ermittelt und zusammen mit den Ladeprofilen an die Lastmanagementeinheit übermittelt, mittels der anhand der übermittelten Ladeprofile und der zur Verfügung stehenden Netzleistung eine Leistungsverteilung an das jeweilige Fahrzeug bestimmt wird.
Das vorgenannte Verfahren kann natürlich auch mittels der einzelnen Merkmale der auf das System bezogenen Ansprüche durch eine entsprechende verfahrensmäßige Formulierung jener Gegenstände fortgebildet werden.
Noch ein weiterer Erfindungsgedanke betrifft ein (offboard-)Verfahren, bei dem in einem ersten Schritt zwischen der Lastmanagementeinheit und einer Steuereinheit im angeschlossenen Fahrzeug eine Kommunikationsverbindung und eine Fahrzeugidentifikation aufgebaut wird, in einem weiteren Schritt vom Lastmanagement eine elektronische Datenstruktur mit zeitlichen Verläufen von möglichen abrufbaren Ladeleistungen und Preissignalen zu den einzelnen abrufbaren Ladeleistungen an die Steuereinheit im Fahrzeug übermittelt wird, und in einem weiteren Schritt vom Lastmanagement die von der Steuereinheit des Fahrzeugs um eine vom Fahrzeug bestimmte Ladekurve retournierte Datenstruktur eingelesen und der vom Fahrzeug mittels Ladekurve angeforderte Leistungsverlauf an der Ladesäule (Stromanschluss) zur Verfügung gestellt wird.
Bevorzugt werden zusammen mit den abrufbaren Ladeleistungen Preissignale zu den einzelnen abrufbaren Ladeleistungen durch die Lastmanagementeinheit an die Steuereinheit übermittelt, wobei vorzugsweise die an die Lastmanagementeinheit zu übermittelnde Ladekurve auch in Abhängigkeit von den Preissignalen, die den abrufbaren Ladeleistungen zugeordnet sind, durch die Steuereinheit bestimmten wird.
Eine jeweils noch verfügbare restliche Ladeleistung wird vorzugsweise demjenigen Fahrzeug angeboten, das nach dem mindestens einen Fahrzeug mit einem Stromanschluss der Aufladestation verbunden wird. Dabei wird vorzugsweise anhand eines von dem mindestens einen Fahrzeug an die Lastmanagementeinheit übermittelten Signals die restliche verfügbare Ladeleistung (Anschlussleistung) durch die Lastmanagementeinheit ermittelt. In einer Variante der Erfindung ist vorgesehen, dass ein Teil der abrufbaren Ladeleistung stets als Reserveleistung für einen kurzfristigen Bedarf vorgehalten wird.
Weiterhin kann die abrufbare Ladeleistung auch in Abhängigkeit von weiteren Verbrauchern, die am gleichen Stromnetz wie der mindestens eine Stromanschluss der Aufladestation hängen, durch die Lastmanagementeinheit an dem mindestens einen Stromanschluss der Aufladestation bereitgestellt werden.
Für den Fall, dass durch das mindestens eine Fahrzeug ein Leistungsverlauf angefordert wird, der eine maximale, am Stromanschluss verfügbare Netzleistung übersteigt, wird vorzugsweise die Bereitstellung von Ladeleistung an zumindest ein weiteres Fahrzeug und/oder das mindestens eine Fahrzeug zumindest zeitweise durch die Lastmanagementeinheit unterbrochen. Jene Unterbrechung kann zum Beispiel in Abhängigkeit von einem vordefinierbaren Mindestladezustand (Mindest-SOC) der Fahrzeuge, einem Tarifmodell, einer Prioritätsklasse der Fahrzeuge, einer Standzeit (Dauer des Aufenthalts an der Aufladestation) der Fahrzeuge, und/oder einer Anschlusszeit (Dauer des Anschlusses an die Aufladestation) der Fahrzeuge vorgenommen werden.
Bevorzugt wird durch die Lastmanagementeinheit zunächst die Bereitstellung von Ladeleistung an zumindest eines derjenigen Fahrzeuge zumindest zeitweise unterbrochen, dessen Ladezustand den vordefinierbaren Mindestladezustand (Kapazität) übersteigt.
Weiterhin ist in einer Variante der Erfindung vorgesehen, dass durch die Lastmanagementeinheit zunächst die Bereitstellung von Ladeleistung an zumindest eines derjenigen Fahrzeuge zumindest zeitweise unterbrochen wird, dessen Standzeit eine vordefinierbare Grenzstandzeit unterschreitet oder überschreitet. Ferner kann in einer Variante der Erfindung auch vorgesehen sein, dass durch die Lastmanagementeinheit zunächst die Bereitstellung von Ladeleistung an zumindest eines derjenigen Fahrzeuge zumindest zeitweise unterbrochen wird, dessen Anschlusszeit eine vordefinierbare Grenzanschlusszeit unterschreitet oder überschreitet.
Das erfindungsgemäße Verfahren bietet daher im Ergebnis insbesondere die Vorteile, dass die Leistungsverteilung flexibel auf die angeforderten Ladeprofile verteilt werden kann. Die Ladeprofile können von der Kundenseite aus gesehen flexibel auf den aktuellen Ladezustand des Fahrzeugs und auf die Tarifstrukturen des Leistungsanbieters sowie auf die jeweilige Netzauslastung angepasst werden. Dabei können über die Preissignale verschiedene Tarife z. B. für Schnellladungen angeboten werden. Ferner können für Premiumkunden Vorzugskondition, wie zeitlich bevorzugtes Laden, angeboten werden. Die Abrechnung kann über die Fahrzeugidentifikation vorteilhaft automatisiert werden.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung bzw. der weiteren Erfindungsgedanken sollen bei den nachfolgenden Figurenbeschreibungen von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren erläutert werden.
Dabei zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Systems zum Aufladen von Batterien in Fahrzeugen;
2 eine schematisch Darstellung einer Abwandlung des in der 1 gezeigten Systems;
3 eine schematische Darstellung einer Abwandlung des in der 2 gezeigten Systems;
4 eine grafische Darstellung eines initialen (ersten) an die Nennleistung angepassten Ladeprofils nebst der zugehörigen zeitlichen Entwicklung des Ladezustands der aufzuladenden Batterie eines Fahrzeuges bei einem onboard-Verfahren;
5 eine grafische Darstellung eines an ein tatsächlich abrufbares maximales Leistungsprofil angepasste (zweites) Ladeprofil nebst der zugehörigen (angepassten) zeitlichen Entwicklung des Ladezustands;
6 eine grafische Darstellung von Tarifprofilen zum Anpassen eines Ladeprofils nebst einer entsprechenden zeitlichen Entwicklung des Ladezustands;
7 eine grafische Darstellung mehrerer möglicher (Lade)leistungsprofile zu unterschiedlichen Tarifprofilen nebst entsprechenden Zielladezustandsprognosen, die das jeweilige Optimierungspotential des onboard-Verfahrens kennzeichnen;
8 eine grafische Darstellung einer Optimierung eines Ladeprofils durch Reduktion der Ladeleistung;
9 eine grafische Darstellung einer Optimierung eines Ladeprofils durch Reduktion der Ladeleistung;
10 eine grafische Darstellung einer abgeschlossenen Optimierung eines Ladeprofils durch Reduktion der Ladeleistung;
11 eine grafische Darstellung einer Optimierung eines Ladeprofils durch Reduktion der Ladeleistung;
12 eine grafische Darstellung einer abgeschlossenen Optimierung eines Ladeprofils durch Reduktion der Ladeleistung;
13 eine grafische Darstellung einer Optimierung eines Ladeprofils durch Teilreduktion der Ladeleistung;
14 eine grafische Darstellung einer initialen Optimierung eines Ladeprofils (ohne Preisinformationen);
15 eine grafische Darstellung eines Optimierungsschrittes bei einer Optimierung gemäß 14;
16 eine grafische Darstellung eines Optimierungsschrittes bei einer Optimierung gemäß 14;
17 eine grafische Darstellung eines Optimierungsschrittes bei einer Optimierung gemäß 14;
18 eine grafische Darstellung eines Optimierungsschrittes bei einer Optimierung gemäß 14;
19 eine grafische Darstellung eines Optimierungsschrittes bei einer Optimierung gemäß 14;
20 eine grafische Darstellung eines Optimierungsschrittes bei einer Optimierung gemäß 14;
21 eine grafische Darstellung einer Ladeleistungsverteilung an ein erstes Fahrzeug nach dem ”first come/first serve”-Prinzip bei einem offboard-Verfahren;
22 eine grafische Darstellung einer Ladeleistungsverteilung an ein zweites Fahrzeug nach dem ”first come/first serve”-Prinzip; und
23 eine grafische Darstellung einer Ladeleistungsverteilung an ein drittes Fahrzeuge nach dem ”first come/first serve”-Prinzip.
Die dem System zum Aufladen von Fahrzeugbatterien zugrunde liegende Idee besteht insbesondere darin, dass eine zentrale Instanz, in Form einer Lastmanagementeinheit direkt mit Fahrzeugen 10–13, bei denen es sich insbesondere um e-drive-Fahrzeuge handelt, deren Batterien aufzuladen sind, über ein Ladeprotokoll (z. B. ISO/IEC 15118) kommuniziert.
Hierzu werden insbesondere die in den 1 bis 3 gezeigten Infrastrukturen bzw. Systeme 1 zur Durchführung des Lastmanagements vorgeschlagen. Voraussetzungen hierzu sind insbesondere ein Kommunikationsprotokoll, eine fahrzeugseitige (onboard-) und eine offboard-Applikation mit je einem entsprechenden Algorithmus.
Gemäß 1 sind dabei aufzuladende Fahrzeuge 10–13 über je ein Verbindungsmittel 100–103 in Form eines Stromkabels mit je einem an einer Ladesäule 2–5 einer Aufladestation 1' vorgesehenen Stromanschluss 110–113, z. B. in Form einer Steckdose, verbunden. Die Stromanschlüsse 110–113 bzw. Ladesäulen 2–5 sind dabei über eine Stromleitung 7 mit einem Netzanschluss 6 eines Stromnetzes eines Energieversorgungsunternehmens verbunden.
Die an die Ladesäulen 2–5 der Aufladestation 1' angeschlossenen Fahrzeuge 100–103 kommunizieren dabei über PLC. Hierzu ist im Bereich der Ladesäulen 2–5 ein erstes Kommunikationsmittel 8 in Form eines PLC-Modems vorgesehen, dass mit der Stromleitung 7 gekoppelt ist und die Kommunikation auf eine Ethernetverbindung 9 zu einer Lastmanagementeinheit 20 umsetzt, die mittels eines Rechners realisierbar ist.
Die Lastmanagementinstanz 20 (Lastmanagementeinheit) stellt eine TCP/IP-Verbindung mit den angeschlossenen Fahrzeugen 100–103 her. Anhand der IP-Adressen der einzelnen Fahrzeuge 100–103 können nun jene Fahrzeuge 100–103 angesprochen werden.
Die Fahrzeuge 100–103 identifizieren sich durch eine eindeutige Kennung. Die Lastmanagementinstanz 20 kommuniziert mit jedem Fahrzeug 100–103 einzeln über ein Ladeprotokoll und besitzt des Weiteren zentrale Komponenten, wie z. B. einen Lastmanagementalgorithmus, eine Fahrzeugüberwachung, eine Lastüberwachung, sowie externe Schnittstellen etc.
Die Belegung der Aufladestation 1' kann wahlweise über die besagte PLC-Kommunikation oder durch eine alternative Fahrzeugpräsenzerkennung, z. B. unter Verwendung von induktiven Bodenplatten unterhalb der Fahrzeuge, realisiert werden.
Die einzelnen Ladesäulen 110–113 selbst sind keine direkten Kommunikationsteilnehmer der PLC-Ladekommunikation. Die Kommunikation findet vielmehr über die vorstehend beschriebene PLC-Kommunikation 8 sowie Ethernetverbindung 9 zwischen einem an der jeweiligen Ladesäule angeschlossenen Ladegerät eines Fahrzeuges 100–103, das zum Aufladen der im Fahrzeug 100–103 installierten Batterie dient, und der Lastmanagementeinheit 20 statt.
Dabei wird durch die angeschlossenen Ladegeräte jeweils ein Ladeprofil (zeitlicher. Verlauf der Ladeleistung) für die zugeordnete Batterie ermittelt und zusammen mit der an der jeweiligen Ladesäule 2–5 zur Verfügung stehenden Netzleistung an die Lastmanagementeinheit 20 übermittelt.
Diese ermittelt (offboard) anhand der übermittelten Ladeprofile und zugehörigen Netzleistungen eine Leistungsverteilung auf die einzelnen, an die Aufladestation 1' angeschlossenen Ladegeräte bzw. Fahrzeuge 100–103 und sorgt für eine entsprechende Bereitstellung der Ladeleistung an den Ladesäulen 2–5.
Die lokalen Stromanschlüsse 110–113 einer Fahrzeugflotte (bzw. einer Aufladestation 1' mit Lastmanagementeinheit 20) verfügen über Anschlüsse gemäß IEC61851-1. Alle Anschlüsse innerhalb einer Aufladestation 1' verfügen über die gleichen Leistungsgrößen oder übermitteln Ihr Leistungslimit gemäß IEC61851-1 an die angeschlossenen Fahrzeuge 100–103, die diese Informationen wiederum der Lastmanagementeinheit 20 zur Verfügung stellen. Sicherheitsfunktionen verbleiben dabei bei den lokalen Ladesäulen oder Wallboxen 2–5 (z. B. Temperaturüberwachung, Stromüberwachung). Eine Abrechnung der einzelnen Stromanschlüsse 110–113 innerhalb einer Einheit 1' ist nicht erforderlich.
Der Vorteil dieses Systems und Verfahrens liegt insbesondere darin, dass eine mehrfache Ausführung der Kommunikationsimplementierung an den einzelnen Ladesäulen 2–5 nicht notwendig ist und somit Kosten eingespart werden können.
Ferner kann die Lastmanagementeinheit 20 durch Verbinden des PLC-Modems 8 über Ethernet 9 mit einem DSL-Router 90 gemäß 2 abgesetzt werden und über eine Internetverbindung 200 angesprochen werden. Dies erlaubt auch eine einfache Kommunikation zwischen der Lastmanagementeinheit 20 (Server) und entsprechenden Servern eines verwendeten Energieversorgers 21, eines etwaigen Flottenmanagements 22 und ggf. einer Regelleistungsbörse 23 über Internetverbindungen 200.
Ferner ist das System 1 auf einfache Weise modularisierbar, da mehrere Aufladestationen 1'–3' nach Art der 2 gemäß 3 miteinander über die jeweiligen DSL-Router 90 verbunden werden können, so dass eine zentrale Lastmanagementeinheit 20 über Internetverbindungen 200 mit den einzelnen Aufladestationen 1'–3' kommuniziert. Hierbei können die einzelnen Aufladestationen 1'–3' ggf. zwischen den PLC-Modems 8 und den DSL-Routern 99 lokale Steuerungseinheiten 99 aufweisen, die ggf. Aufgaben der zentralen Lastmanagementeinheit 20 übernehmen können.
Durch das System 1 kann insbesondere ein termingerechtes Aufladen der Fahrzeuge 10–13 einer lokalen Flotte durch optimale Verteilung der zur Verfügung stehenden Ressourcen entsprechend der Verfügbarkeitsanforderung der Fahrzeuge 10–13 realisiert werden.
Ferner ist eine einfache Anbindung an die IT-Infrastruktur 22 eines Flottenbetreibers möglich (vgl. 3). Hierdurch wird das Flottenmanagement effizienter.
Bei einem onboard-Verfahren gemäß den 4 bis 20 besteht grundsätzlich die Möglichkeit einer bedarfsgerechten Aufladung von Batterien von Fahrzeugen, und zwar insbesondere unter Berücksichtigung von Kundenanforderungen (Abfahrtszeitpunkt, Reichweite), Fahrzeuganforderungen (Alterung der Komponenten, Schonstrategien, physikalische Randbedingungen, Leistungsdaten, Innenwiderstand, Wirkungsgrade, Verlustleistungen, Temperatur etc.), Netzanforderungen (physikalische Randbedingungen des Anschlusses, Netzlast, Zustand des Netzsegmentes, an dem das Fahrzeug angeschlossen ist, Strompreis, Regelleistungsbedarf, sowie Notfallsituationen und Ladestationsanforderungen/Ladekabelanforderungen (max. Strom Ladekabel, max. Strom Ladestation, Anzahl Phasen etc.).
Um ein solchermaßen bedarfsgerechtes Aufladen einer Fahrzeugbatterie zu ermöglichen, stellt zunächst das jeweilige Fahrzeug einem onboard-Optimierungsalgorithmus, der beispielsweise in ein Steuergerät des Fahrzeuges, insbesondere in einen onboard-Lader (Ladegerät) implementiert sein kann, ein initiales erstes Ladeprofil K1 gemäß 4 zur Verfügung. Dieses Profil definiert einen zeitlichen Verlauf einer Ladeleistung P, die die zugehörige Entwicklung des Ladezustands S (SOC, für ”State of Charge”) bedingt (bei 100% ist die Batterie vollständig aufgeladen). Hierbei werden insbesondere die Anforderungen der Batterie hinsichtlich einer möglicher Leistungsaufnahme und des Ladegerätes hinsichtlich einer möglichen Leistungsabgabe berücksichtigt.
Der besagte Optimierungsalgorithmus passt nun gemäß 5 das initiale (erste) Ladeprofil K1 auf die physikalischen Leistungsgrenzen P_max der Aufladestation und der zum Verbinden des Fahrzeuges mit der Aufladestation verwendeten Verbindungsmittel (Kabel) an. Dies bedeutet in dem Beispiel gemäß 5 eine Erniedrigung der Leistung auf die maximal abrufbare Leistung P_max und eine Dehnung des entsprechenden Leistungsprofils P' auf die gesamte Ladezeitspanne T. Der Zielladezustand S' ist in 5 entsprechend frühzeitig vor der eigentlichen Ladezeitspanne T erreicht. In den 4 bis 20 bezeichnet dabei t₀ die Ladezeit bei einem Ladevorgang mit konstanter Spannung, wenn die maximale Ladeleistung verfügbar ist.
Es erfolgt nun gemäß den 6 und 7 eine zeitliche Synchronisation des Ladeprofils K2 mit den Tarifinformationen des Energieversorgers aus der Lastmanagementeinheit, die in Form von Tarifprofilen C1, C2 vorliegen können. Hieraus ergeben sich zusätzliche Stützstellen im Ladeprofil K2 (bei den vertikalen gestrichelte Linien), die aus Leistungs-/Preisänderungen in den Tarifinformationen (C1, C2) resultieren. Hierbei bezeichnen C1 und C2 die Leistungsgrenzen des entsprechenden Tarifs, wobei angenommen werden soll, dass die Kosten jeweils proportional zur Leistungsgrenze sind.
Hieraus ergibt sich eine erste zeitliche Segmentierung des Ladeleistungsangebotes P über der Zeit t. Bei Bedarf können zusätzliche Zeitsegmente ermittelt werden, um im weiteren Verlauf bessere Optimierungsmöglichkeiten zu haben.
Aus den angebotenen Tarifinformationen wird ein maximales Leistungsprofil P' ermittelt, das die physikalischen Grenzen berücksichtigt. Dieses maximale Leistungsprofil P' besitzt dieselbe zeitliche Diskretisierung wie die einzelnen Tarife C1, C2.
Auf Basis des aktuellen Ladezustands (SOC), der Batteriekennlinie des Fahrzeugs und des maximalen Leistungsprofils P' wird eine SOC-Prognose S'', sprich Ladezustandsprognose, ermittelt. Aus dieser in 7 (rechte Seite) dargestellten SOC-Prognose S'' wird ermittelt, ob das Fahrzeug vollständig bzw. bis zum vom Nutzer definierten Zielladezustand in der zur Verfügung stehenden Zeit T aufgeladen werden kann. Anhand der Differenz O zum Zielladezustand S' bei der Ladezeitspanne T lässt sich das Optimierungspotential erkennen.
Ist die termingerechte Aufladung (innerhalb der vordefinierten Ladezeitspanne T) nicht gewährleistet, so wird der Optimierungsalgorithmus beendet und das erzeugte maximale Ladeprofil P' bzw. K2 wird für die Steuerung des Ladeverlaufs verwendet.
Ist eine ausreichende Ladung der Batterie anhand des maximalen Leistungsprofils P' bzw. Ladeprofils K2 möglich (wie in 7 rechts), so wird vom Optimierungsalgorithmus untersucht, ob es auf Basis des Anreizsignals aus der Lastmanagementeinheit (EVU) eine günstigere Möglichkeit gibt, das Ladungsziel zu erreichen.
Hierzu kann jedes Zeitsegment entlang der Zeitachse t auf Basis des Anreizsignals mit einem Kostenelement versehen werden, das sich z. B. aus Kosten = Leistung·Dauer· Anreiz ergibt.
Dann wird über alle Zeitsegmente und alle angebotenen Tarife hinweg untersucht, welche Leistungsänderung ggü. dem jeweiligen maximalen Leistungsprofil P' den größten Kostenvorteil realisiert. Anschließend wird überprüft, ob diese Leistungsänderung noch immer das Ladeziel des Nutzers realisiert. Ist dies nicht der Fall, ist die Leistungsänderung keine Option und die Kostenelemente werden entsprechend angepasst. Ist dies der Fall, wird die Leistungsänderung im maximalen Leistungsprofil P' realisiert und das Ergebnis ist ein neues maximales Leistungsprofil P' bzw. Ladeprofil K2. Die Kostenelemente werden entsprechend angepasst und der Optimierungsvorgang wird wiederholt (vgl. z. B. 8 bis 10).
Wird z. B. gemäß 12 das Ladeziel nicht erreicht, d. h., es ergibt sich kein Schnittpunkt zwischen der berechneten Ladekurve S'' im Intervall 95%–100% und der in das Intervall T–t₀ bis T verschobenen, vorgegebenen (idealen) Ladekurve, die bei T den Ladezustand 100% erreicht. In diesem Fall kann z. B. die Ladeleistung im aktuell betrachteten Segment (bei P') erhöht werden, was gemäß 13 zum gewünschten Schnittpunkt innerhalb des besagten Intervalls führt.
Nach Abschluss der Optimierung, d. h. es gibt anhand der Kostenelemente kein weiteres Optimierungspotential, mit welchem das Ladeziel weiterhin erreicht werden kann (vgl. z. B. 10 und 13), wird das ermittelte Ladeprofil K2 zur Steuerung des Ladevorgangs genutzt. Weiterhin wird das ermittelte Ladeprofil K2 an die Aufladestation und die Lastmanagementeinheit geschickt.
Weiterhin zeigen die 14 bis 20 eine Optimierung, bei der zunächst keine segmentartigen Preisinformationen vorliegen. Gemäß 14 kann dabei beispielsweise mit den beiden dargestellten konstanten Leistungsprofilen P' im Intervall P_max bis P_min (durchgezogene und strichpunktierte Linie) das Ladeziel erreicht werden. Eine Nachfolgende Leistungsänderung zur Optimierung des Leistungsprofils P' führt zu einem zeitlichen Verlauf des Ladezustands S'', der bei der Ladezeitspanne T nicht über die 95%-Schwelle tritt. Entsprechend wird nun gemäß 16 die Ladeleistung konstant erhöht, so dass sich der gewünschte Schnitt ergibt und die Optimierung abgeschlossen werden kann (16 rechts).
17 zeigt demgegenüber eine weitere Optimierungsstrategie, bei der die Ladeleistung P zu einem möglichst späten Zeitpunkt des Ladevorgangs erhöht werden soll. Eine entsprechende Leistungsänderung gemäß 17 führt vorliegend nicht zum gewünschten Schnittpunkt (vgl. 17 rechts), so dass entsprechend der besagten Strategie der Zeitpunkt für die Leistungserhöhung vorverlegt wird, was zum gewünschten Optimierungsergebnis führt, vgl. Leistungsprofil P' in 18. Hier sind die Vorgaben aus der Lastmanagementeinheit hinreichend. Bei der Leistungsänderung gemäß 19 ergibt sich jedoch kein Schnittpunkt im Intervall T–t₀ bis T (strichpunktierter Ladezustandsverlauf entsprechend P' bzw. K2). In diesem Fall reichen die Leistungsgrenzen nicht aus, um die Batterie nach Kundenwunsch zu laden. In diesem Fall wird eine gleichmäßige Erhöhung des entsprechenden Segments (siehe Leistungsprofil P' in 20) vorgenommen, was vorliegend zum gewünschten Schnittpunkt führt (Ladezustandsverlauf S'' geht durch das Intervall 95% bis 100%, T–t₀ bis T, vgl. 20, rechts). Die entsprechende zielführende Leistungsänderung wird insbesondere der Lastmanagementeinheit und dem EVU mitgeteilt, um dieses zu Informieren, mit welchen Vorgaben die Ladung wunschgemäß abgeschlossen werden kann.
Durch das offboard-Verfahren bzw. einen entsprechenden Algorithmus gemäß 21 bis 23 wird insbesondere das Aufladen mehrerer Fahrzeuge unter Berücksichtigung unterschiedlichster Einflussgrößen realisiert. Die Steuerung der Fahrzeuge erfolgt dabei insbesondere über ein Kommunikationsprotokoll (z. B. ISO 15118). Das Verfahren zielt insbesondere darauf ab, dass eine maximale Anschlussleistung die an einer Aufladestation bzw. Ladesäule dieser Station zur Verfügung steht, nicht überschritten wird. Hierbei können grundsätzlich Netzlastinformationen, Strompreise, Notfallsituationen sowie ein Regelleistungsbedarf aus Sicht eines EVU berücksichtigt werden. Bei einem Flottenmanagement können z. B. die Priorisierung der Fahrzeuge, der Reichweitenbedarf der Fahrzeuge, der Abfahrtszeitpunkt der Fahrzeuge, die Leistungsdaten der Fahrzeuge, das Sicherstellen von Mindestbedarfen bei Spezialfahrzeugen, wie z. B. Kühlwagen, als Eingabegrößen des Verfahrens (Einflüsse) herangezogen werden. Bei Parkplatzbetreibern können z. B. ein Premiumkundenstatus, Schnellladeoptionen, oder unterschiedliche Geschäftsmodelle, z. B. Premiumparkplätze erhalten bevorzugt Strom, Langzeitparker parken kostenlos, da über Regelleistungserlöse Kosten abgedeckt sind, als Eingabegrößen des Verfahrens (Einflüsse) herangezogen werden.
Aus den vorstehenden Einflussgrößen können unterschiedliche Aufladestrategien abgeleitet werden. Hierbei kann z. B. nach dem so genannten ”First Come/First Serve”-Prinzip die jeweils restliche verfügbare Anschlussleistung dem neu hinzukommenden Fahrzeug angeboten werden, wobei die Fahrzeugrückmeldung genutzt wird um, die restliche verfügbare Anschlussleistung zu ermitteln.
Das hierfür benötigte Lastmanagement kann in Form einer Lastmanagementeinheit hinter Ladesäulen einer Aufladestation realisiert sein. Über das Stromnetz kann dabei jedes durch ein Ladekabel mit der Aufladestation verbundene Fahrzeug eine Kommunikation mit der Lastmanagementeinheit aufbauen.
Nach der Etablierung einer PLC-Verbindung (Power Line Communication) zwischen einem angeschlossenen Fahrzeug und der Lastmanagementeinheit sendet die offboard-Seite (Lastmanagementeinheit) zwei Tabellen an jenes Fahrzeug. Eine Tabelle enthält dabei die verfügbare Ladeleistung P1 und die zweite Tabelle ein Preissignal zu den jeweiligen Zeitpunkten t.
Die Preistabelle enthält Informationen vom Energieversorgungsunternehmen, die das Laden zu bestimmten Zeitpunkten t attraktiver oder weniger attraktiv machen sollen. Die verfügbare Ladeleistung hängt von der Kapazität des Netzanschlusses der Aufladestation sowie den weiteren angeschlossenen Verbrauchern ab.
Sind bereits Fahrzeuge mit der Lastmanagementeinheit verbunden, so wird deren entnommene Ladeleistung (Ladekurven L1–L3 in den 21 bis 23) zu jedem Zeitpunkt t von der insgesamt verfügbaren Leistung P1–P3 abgezogen und diese „neue maximale Leistungskurve” P1–P3 an das hinzukommende Fahrzeug gesendet. Daraufhin berechnet das Fahrzeug anhand des in seiner Steuereinheit (z. B. Ladegerät) implementierten onboard-Algorithmus die tatsächliche Ladekurve L1 bis L3 für das Fahrzeug. Diese Ladekurve L1 bis L3 sendet das Fahrzeug wiederum an das Lastmanagementsystem zurück. Die durch das hinzukommende Fahrzeug entnommene Ladeleistung L1–L3 wird nun im Lastmanagement für die Neuberechnung der maximal verfügbaren Ladeleistung P1–P3 berücksichtig.
So ist beispielsweise gemäß 21 zunächst kein Fahrzeug an der Aufladestation präsent, so dass eine konstante maximale Leistung P_max an einer Ladesäule zur Verfügung steht. 21 zeigt dabei auf der rechten Seite die von einem ersten mit der Aufladestation verbundenen Fahrzeug anhand der von der Lastmanagementeinheit übermittelten Ladeleistung P1 = P_max = const ermittelte Ladekurve L1, mit der nun jenes erste Fahrzeug aufgeladen wird. Diese Ladekurve L1 wird dabei an die Lastmanagementeinheit zurückgemeldet, die hieraus die für das nächste (nachfolgende) zweite Fahrzeug zur Verfügung stehende Ladeleistung P2 = P_max-L1 errechnet (vgl. 2) Anhand dieser Ladeleistung P2 ermittelt das zweite Fahrzeug seine Ladekurve L2 und meldet diese zurück, so dass nun P3 = P2 – L2 als Ladeleistung an der Ladesäule zur Verfügung steht (vgl. 3). Hieraus ermittelt das dritte Fahrzeug seine Ladekurve L3.
Auf diese Weise wird mittels des offboard-Verfahrens ein effizientes Aufladen von Fahrzeugen ermöglicht, deren summarische Ladeleistung die Anschlussleistung übersteigt. Dabei werden zur gleichen Zeit eine Reduktion der Infrastrukturkosten sowie eine Reduktion der Stromkosten durch Abflachung der Lastgangs bzw. durch Vermeidung von Lastspitzen erreicht. Dies erlaubt einen einfachen Betrieb von Elektroflotten (das Aufladen ist integraler Bestandteil des Flottenbetriebs, da die Ladezeiten in ähnlicher Größenordnung wie Fahrzeiten liegen) und bietet weiterhin eine Grundlage von Geschäftsmodellen für Parkplatzbetreiber im Zusammenhang mit e-Fahrzeugen.
Weiterhin wird eine gezielte Nutzung regenerativer Energien trotz fluktuierendem Angebot möglich.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2009/0174365 A1 [0003]
EP 0820653 B1 [0004]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

ISO 61851 [0025]
ISO 61851 [0030]
ISO/IEC 15118 [0073]
IEC61851-1 [0083]
IEC61851-1 [0083]
ISO 15118 [0104]

Claims

Verfahren zum Aufladen einer Batterie eines Fahrzeuges, wobei das Fahrzeug zum Aufladen der Batterie mit einer Aufladestation verbunden ist, aufweisend die Schritte: – fahrzeugseitiges Ermitteln eines ersten Ladeprofils (K1) in Abhängigkeit einer maximalen Nennleistung der Aufladestation, eines Startladezustandes (S), eines Zielladezustands (S') und einer vorgegebenen Ladezeitspanne (T), und – fahrzeugseitiges Überprüfen, ob der Zielladezustand (S') in der vorgegebenen Ladezeitspanne (T) erreicht werden kann.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass fahrzeugseitig über eine insbesondere fortlaufende Kommunikation mit einer Lastmanagementeinheit eines Netzanschlusses der Aufladestation anhand eines von der Lastmanagementeinheit bereitgestellten und an der Aufladestation abrufbaren maximalen Leistungsprofils (P') für die Ladezeitspanne (T) ein weiteres Ladeprofil (K2) errechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass fahrzeugseitig zumindest in Abhängigkeit des momentanen Ladezustandes, einer Batteriekennlinie des Fahrzeugs, und des weiteren Ladeprofils (K2) eine Ladezustandsprognose (S'') ermittelt wird, wobei mittels jener Ladezustandsprognose (S'') ermittelt wird, ob das Fahrzeug vollständig bis zum Zielladezustand (S') in der zur Verfügung stehenden Ladezeitspanne (T) geladen werden kann.
Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass fahrzeugseitig überprüft wird, ob von der Lastmanagementeinheit weitere mit Tarifprofilen (C1, C2) versehene, abrufbare Leistungsprofile (P') angeboten werden.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass fahrzeugseitig zu jedem der angebotenen Tarifprofile (C1, C2) ein Ladeprofil (K2) und dessen Kosten entsprechend dem jeweils zugeordneten Tarifprofil (C1, C2) errechnet wird, und dass fahrzeugseitig geprüft wird, ob der Zielladezustand mit dem jeweiligen Ladeprofil (K2) erreicht werden kann.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass fahrzeugseitig dasjenige Ladeprofil (K2) bei der Lastmanagementeinheit abgerufen wird, mit dem der Zielladezustand (S') mit den geringsten Kosten erreicht werden kann.
Verfahren nach Anspruch 2 und nach einem der Ansprüche 3 bis 6 soweit rückbezogen auf Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das weitere Ladeprofil (K2) mit zeitlich segmentierten Tarifprofilen (C1, C2) aus der Lastmanagementeinheit zeitlich synchronisiert wird, so dass eine entsprechende zeitliche Segmentierung des weiteren Ladeprofils (K2) erzeugt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass anhand der Tarifprofile (C1, C2) fahrzeugseitig ein an der Aufladestation abrufbares maximales Leistungsprofil (P') ermittelt wird, wobei das maximale Leistungsprofil (P') dieselbe zeitliche Segmentierung wie die einzelnen Tarifprofile (C1, C2) aufweist und mittels einer Ladezustandsprognose nach Anspruch 3 ermittelt wird, ob das Fahrzeug vollständig bis zum Zielladezustand (S') in der zur Verfügung stehenden Ladezeitspanne (T) geladen werden kann.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass für den Fall, dass das Fahrzeug nicht vollständig bis zum Zielladezustand (S') in der zur Verfügung stehenden Ladezeitspanne (T) geladen werden kann, das erzeugte maximale Leistungsprofil (P') als Ladeprofil (K2) für die Aufladung der Batterie verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass für den Fall, dass eine ausreichende Aufladung der Batterie anhand des maximalen Leistungsprofils (P') möglich ist, fahrzeugseitig geprüft wird, ob es auf Basis eines Anreizsignals aus der Lastmanagementeinheit eine kostengünstigere Möglichkeit gibt, den Zielladezustand zu erreichen, wobei insbesondere jedes sich aus der zeitlichen Segmentierung ergebende Zeitsegment auf Basis des Anreizsignals mit einem Kostenelement versehen wird, das sich insbesondere aus dem Produkt der abrufbaren Leistung, der Zeitdauer jener Leistung und einem vordefinierbaren Anreizfaktor aus der Lastmanagementeinheit ergibt.
Verfahren nach den Ansprüchen 3 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass fahrzeugseitig anhand aller Zeitsegmente und anhand aller angebotenen Tarifprofile (C1, C2) untersucht wird, welche Leistungsänderung in einem Zeitsegment gegenüber dem maximalen Leistungsprofil (P') den größten Kostenvorteil realisiert, wobei fahrzeugseitig überprüft wird, ob diese Leistungsänderung noch immer den Zielladezustand (S') realisiert.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass für den Fall, dass mit der besagten Leistungsänderung nicht mehr der Zielladezustand (S') realisierbar ist, die besagte Leistungsänderung verworfen wird und insbesondere die Kostenelemente entsprechend angepasst werden.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass für den Fall, dass mit der besagten Leistungsänderung der Zielladezustand (S') realisierbar ist, die besagte Leistungsänderung fahrzeugseitig am maximalen Leistungsprofil (P') vorgenommen wird und insbesondere die Kostenelemente entsprechend angepasst werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass für den Fall, dass anhand der Kostenelemente keine weitere Leistungsänderung mehr ermittelbar ist mit der weiterhin der Zielladezustand (S') in einer kostengünstigeren Weise erreicht werden kann, das ermittelte Ladeprofil (K2) für die Aufladung der Batterie verwendet wird, und dass andernfalls insbesondere erneut fahrzeugseitig anhand aller Zeitsegmente und anhand aller angebotenen Tarifprofile (C1, C2) untersucht wird, welche Leistungsänderung in einem Zeitsegment gegenüber dem maximalen Leistungsprofil (P') einen Kostenvorteil realisiert, wobei fahrzeugseitig überprüft wird, ob diese Leistungsänderung noch immer den Zielladezustand (S') realisiert.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das ermittelte Leistungsprofil (P') an die Aufladestation und die Lastmanagementeinheit übermittelt wird.