DE102015222751A1

DE102015222751A1 - Verfahren zur Versorgung einer Mehrzahl an Fahrzeugen mit elektrischer Energie und System

Info

Publication number: DE102015222751A1
Application number: DE102015222751.0A
Authority: DE
Inventors: Ralf Schulz; Enrique Marcial-Simon
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2015-11-18
Filing date: 2015-11-18
Publication date: 2017-05-18

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Versorgung einer Mehrzahl an Fahrzeugen (11, 13, 15, 21, 23, 25) mit elektrischer Energie angegeben. Es wird jeweils eine vorläufige Bewertungsmatrix für jedes der Fahrzeuge (11, ...,25) bereitgestellt, die vorläufige Bewertungskennwerte umfasst. Die vorläufigen Bewertungskennwerte sind repräsentativ für jeweils einen mit Zuführen von elektrischer Leistung in einer vorläufigen Zeitspanne einhergehenden Aufwand. Des Weiteren wird wenigstens ein Leistungskennwert bereitgestellt, der jeweils repräsentativ ist für einen Richtwert einer den Fahrzeugen (11, ...,25) in einem vorgegebenen Zeitraum zuzuführenden elektrischen Leistung. Ferner wird abhängig von der jeweiligen vorläufigen Bewertungsmatrix und dem Leistungskennwert jeweils eine Bewertungsmatrix ermittelt und dem jeweiligen Fahrzeug (11, ...,25) bereitgestellt, die Bewertungskennwerte umfasst. Die Bewertungskennwerte sind repräsentativ für jeweils einen mit einem Bezug von elektrischer Leistung in einer Zeitspanne durch das jeweilige Fahrzeug (11, ...,25) einhergehenden Aufwand. Es wird ferner ein System angegeben.

Description

Es wird ein Verfahren zur Versorgung einer Mehrzahl an Fahrzeugen mit elektrischer Energie angegeben. Ferner wird ein System zur Versorgung einer Mehrzahl an Fahrzeugen mit elektrischer Energie angegeben.
Die Aufgabe, die der Erfindung zu Grunde liegt, ist es, ein Verfahren sowie ein korrespondierendes System zur Versorgung einer Mehrzahl an Fahrzeugen mit elektrischer Energie zu schaffen, das dazu beiträgt, ein effizientes Bereitstellen der elektrischen Energie zu gewährleisten.
Die Aufgabe wird gelöst durch die unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Gemäß einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Versorgung einer Mehrzahl an Fahrzeugen mit elektrischer Energie. Es wird jeweils eine vorläufige Bewertungsmatrix für jedes der Fahrzeuge bereitgestellt, die vorläufige Bewertungskennwerte umfasst. Die vorläufigen Bewertungskennwerte sind repräsentativ für jeweils einen mit Zuführen von elektrischer Leistung in einer vorläufigen Zeitspanne einhergehenden Aufwand.
Des Weiteren wird wenigstens ein Leistungskennwert bereitgestellt, der jeweils repräsentativ ist für einen Richtwert einer den Fahrzeugen in einem vorgegebenen Zeitraum zuzuführenden elektrischen Leistung.
Ferner wird abhängig von der jeweiligen vorläufigen Bewertungsmatrix und dem Leistungskennwert jeweils eine Bewertungsmatrix ermittelt und dem jeweiligen Fahrzeug bereitgestellt, die Bewertungskennwerte umfasst. Die Bewertungskennwerte sind repräsentativ für jeweils einen mit einem Bezug von elektrischer Leistung in einer Zeitspanne durch das jeweilige Fahrzeug einhergehenden Aufwand.
In vorteilhafter Weise wird so dazu beigetragen, dass eine Versorgung der Fahrzeuge mit elektrischer Energie indirekt beeinflusst, insbesondere an den jeweiligen Leistungskennwert angepasst werden kann. Beispielhaft kann so eine durch den Leistungskennwert vorgegebene, möglichst konstante Abnahme elektrischer Leistung aus einem gemeinsamen Stromnetz erfolgen. Alternativ können so kurzfristige, in dem gemeinsamen Stromnetz auftretende Lastspitzen vermieden oder ausgeglichen werden.
Hierbei wird jedoch das Ladeverhalten der Fahrzeuge insbesondere ohne harte Begrenzung einer maximalen Stromabnahme beeinflusst. Somit kann das Fahrzeug abhängig von der Bewertungsmatrix weiterhin selbstständig entscheiden, zu welchem Zeitpunkt welche elektrische Leistung bezogen werden soll, so dass beispielsweise ein gewünschter Abfahrtzeitpunkt des Fahrzeugs eingehalten werden kann, oder ein besonders batterieschonendes Ladeverhalten ermöglicht wird.
In anderen Worten wird dazu beigetragen, Leistungsabnahmevorgaben des Stromnetzes zu erfüllen und zugleich ein fahrzeugindividuelles Ladeverhalten ermöglicht. Somit wird ein Betrag geleistet, ein effizientes Bereitstellen der elektrischen Energie zu gewährleisten.
Die jeweilige vorläufige Bewertungsmatrix ist dabei repräsentativ für einen voraussichtlichen Aufwand, der mit dem Zuführen der elektrischen Leistung in der jeweiligen vorläufigen Zeitspanne einhergeht. Beispielsweise kann dies ein zu erwartender CO2-Ausstoß sein, der im Zusammenhang mit einem Bereitstellen der elektrischen Leistung erzeugt wird, oder Kosten, die ein Netzbetreiber hierfür verlangt.
Die jeweilige Bewertungsmatrix ist dabei repräsentativ für einen durch das jeweilige Fahrzeug wahrnehmbaren Aufwand, der mit dem Bezug der elektrischen Leistung in der jeweiligen Zeitspanne einhergeht. Die jeweilige Bewertungsmatrix entspricht also einer an die Mehrzahl der Fahrzeuge angepassten, vorläufigen Bewertungsmatrix.
Die jeweilige vorläufige Zeitspanne kann dabei der jeweiligen Zeitspanne entsprechen. Ebenso kann in der jeweiligen vorläufigen Bewertungsmatrix und der jeweiligen Bewertungsmatrix eine Einteilung der elektrischen Leistung in Leistungsstufen einander entsprechen.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem ersten Aspekt ist der jeweilige Leistungskennwert ein Sekundärregelleistungssignal.
Damit die Stromversorgung jederzeit gesichert bleibt, müssen Übertragungsnetzbetreiber (ÜNB) schnell auf jede Instabilität im Netz reagieren. Dies geschieht unter anderem durch Zugriff auf Sekundärregel-Leistung. Diese Reserve beschaffen sie am Markt für Regelleistung beziehungsweise Regelenergie. Spätestens nach 30 Sekunden starten sie einen Abruf. Je nachdem ob im Netz eine Über- oder Unterspeisung vorliegt, rufen sie positive oder negative Sekundärregelleistung ab. In In einer vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem ersten Aspekt ist der jeweilige Leistungskennwert ein sogenanntes „demand response“ Signal.
Bei einer sogenannten „demand response" handelt es sich um Abweichungen eines elektrischen Nutzerverhaltens von Endnutzerkunden von ihrem gewöhnlichen Nutzungsmuster aufgrund von Preisveränderungen der Elektrizität über die Zeit, oder aufgrund von Prämien, welche zu einem geringeren Nutzen der Elektrizität zu Zeiten hoher Bereitstellungskosten verleiten sollen.
In vorteilhafter Weise trägt dies dazu bei, Leistungsabnahmevorgaben des Stromnetzes zeitnah zu erfüllen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem ersten Aspekt werden die Fahrzeuge in regionale Gruppen eingeteilt. Für jede regionale Gruppe wird ein separater Leistungskennwert bereitgestellt, der jeweils repräsentativ ist für einen Richtwert einer der regionalen Gruppe in dem jeweils vorgegebenen Zeitraum zuzuführenden elektrischen Leistung.
In vorteilhafter Weise kann so gezielt das Ladeverhalten von regional zusammengehörigen Fahrzeugen, wie beispielsweise Fahrzeugen, die über einen gleichen Netzknoten an ein gemeinsames Stromnetz gekoppelt sind, beeinflusst werden.
Eine Einteilung der Fahrzeuge kann beispielsweise abhängig von einem jeweiligen Standort einer Energieversorgungseinheit, mit der das Fahrzeug gekoppelt ist, oder einem jeweiligen Standort des Fahrzeugs erfolgen. Die regionale Gruppe kann auch als „Pool“ oder Zusammenschluss bezeichnet werden, deren Ladeverhalten beeinflusst wird (sogenannte „Poolsteuerung“ oder Zusammenschlusssteuerung).
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem ersten Aspekt wird abhängig von der jeweiligen vorläufigen Bewertungsmatrix ein jeweiliger Ladeplan der Fahrzeuge ermittelt. Der jeweilige Ladeplan ist repräsentativ für einen zeitlichen Verlauf eines Bezugs elektrischer Leistung durch das jeweilige Fahrzeug.
Das Ermitteln der jeweiligen Bewertungsmatrix umfasst eine erste Anpassung der jeweiligen vorläufigen Bewertungsmatrix abhängig von dem jeweiligen Ladeplan. Die erste Anpassung ist derart ausgestaltet, dass eine Abweichung der durch die Fahrzeuge bezogenen elektrischen Leistung von dem jeweiligen Richtwert in dem vorgegebenen Zeitraum kleiner ist als ein vorgegebener Grenzwert.
Der jeweilige Ladeplan kann auch als geplanter Ladeverlauf, Ladeaufnahmeprofil (LAP), Ladeprofil oder „charging profile“ bezeichnet werden. Der jeweilige Ladeplan ist dabei insbesondere repräsentativ für ein voraussichtliches Ladeverhalten des jeweiligen Fahrzeugs.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem ersten Aspekt wird das Verfahren auf einem Backend durchgeführt, wobei die Fahrzeuge eine erste Kommunikationsschnittstelle aufweisen. Das Backend kann aus einem oder mehreren und/oder einer Hierarchie von Servern bestehen, die miteinander kommunizieren und Aufgaben auch teilen können.
Die jeweilige vorläufige Bewertungsmatrix und die jeweilige Bewertungsmatrix werden dem jeweiligen Fahrzeug durch das Backend jeweils über die erste Kommunikationsschnittstelle bereitgestellt. Des Weiteren wird der jeweilige Ladeplan dem Backend durch das jeweilige Fahrzeug über die erste Kommunikationsschnittstelle bereitgestellt.
Dies ermöglicht eine präzise Prognose des jeweiligen Ladeverhaltens der Fahrzeuge, da der Ladeplan vom Fahrzeug selbst ermittelt und anschließend umgesetzt wird.
Die erste Kommunikationsschnittstelle wird beispielsweise nach dem Protokoll gemäß ISO15118-2: 2014 betrieben. Hierbei handelt es sich insbesondere um die Version vom 01. April 2014 mit dem Titel „Road vehicles – Vehicle-to-Grid Communication Interface – Part 2: Network and application protocol requirements" der Internationalen Organisation für Normung (ISO). Abhängig von einer über die erste Kommunikationsschnittstelle übermittelten Bewertungsmatrix wird von dem jeweiligen Fahrzeug beispielhaft stets ein Ladeplan ermittelt, anhand dessen sich das zukünftige Ladeverhalten des jeweiligen Fahrzeugs orientiert. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem ersten Aspekt wird das Verfahren auf einem Backend durchgeführt, wobei dem Backend eine Simulationseinheit zugeordnet ist. Des Weiteren weisen die Fahrzeuge eine erste Kommunikationsschnittstelle auf.
Die jeweilige vorläufige Bewertungsmatrix wird der Simulationseinheit bereitgestellt. Ferner wird der jeweilige Ladeplan durch die Simulationseinheit ermittelt und dem Backend zur ersten Anpassung der jeweiligen vorläufigen Bewertungsmatrix bereitgestellt. Des Weiteren wird die jeweilige Bewertungsmatrix dem jeweiligen Fahrzeug durch das Backend über die erste Kommunikationsschnittstelle bereitgestellt.
Dies ermöglicht eine Prognose des jeweiligen Ladeverhaltens der Fahrzeuge, die mit besonders geringem Kommunikationsaufwand verbunden ist. Insbesondere kann in diesem Zusammenhang auf einen Austausch der vorläufigen Bewertungsmatrix und des Ladeplans zwischen Fahrzeug und Backend verzichtet werden.
Bei der Simulationseinheit kann es sich beispielsweise um ein ausführbares Programm oder einen Teil hiervon handeln. Beispielsweise umfasst die Simulationseinheit in diesem Zusammenhang wenigstens eines aus Software-Komponente, Software-Bibliothek, Programm, oder Simulation.
Alternativ oder zusätzlich kann die Simulationseinheit eine Fahrzeug-Komponente umfassen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem ersten Aspekt wird das Verfahren auf einem Backend durchgeführt, wobei die Fahrzeuge eine erste und eine zweite Kommunikationsschnittstelle aufweisen.
Die jeweilige vorläufige Bewertungsmatrix wird dem jeweiligen Fahrzeug durch das Backend über die zweite Kommunikationsschnittstelle bereitgestellt. Ferner wird der jeweilige Ladeplan dem Backend durch das jeweilige Fahrzeug über die zweite Kommunikationsschnittstelle bereitgestellt.
Des Weiteren wird die jeweilige Bewertungsmatrix dem jeweiligen Fahrzeug durch das Backend über die erste Kommunikationsschnittstelle bereitgestellt.
In vorteilhafter Weise ermöglicht dies eine besonders präzise Prognose des jeweiligen Ladeverhaltens der Fahrzeuge. Im Falle, dass die jeweilige vorläufige Bewertungsmatrix über die zweite Kommunikationsschnittstelle von dem jeweiligen Fahrzeug empfangen wird, kann auf Grundlage dessen der Ladeplan durch das Fahrzeug ermittelt und dem Backend bereitgestellt werden. Bei dem hierbei ermittelten Ladeplan handelt es sich jedoch insbesondere um einen vorläufigen Ladeplan, der nicht umgesetzt wird. In vorteilhafter Weise können so Beschränkungen hinsichtlich einer maximalen Anzahl an umzusetzenden Leistungsaufnahmeplänen eingehalten werden. In diesem Fall wird abhängig von dem ermittelten Ladeplan, also dem vorläufigen Ladeplan, die jeweilige Bewertungsmatrix durch das Backend ermittelt und dem jeweiligen Fahrzeug über die erste Kommunikationsschnittstelle bereitgestellt. Beispielsweise ermittelt das jeweilige Fahrzeug dann wie bereits erläutert den jeweiligen tatsächlich umzusetzenden Ladeplan.
Bei der ersten Kommunikationsschnittstelle handelt es sich insbesondere um die bereits beschriebene erste Kommunikationsschnittstelle, die beispielsweise mittels dem Protokoll gemäß ISO15118-2: 2014 betrieben wird. Abhängig von einer über die erste Kommunikationsschnittstelle übermittelten Bewertungsmatrix wird von dem jeweiligen Fahrzeug beispielhaft stets ein Ladeplan ermittelt, anhand dessen sich das zukünftige Ladeverhalten des jeweiligen Fahrzeugs orientiert.
Abhängig von einer über die zweite Kommunikationsschnittstelle übermittelten (vorläufigen) Bewertungsmatrix wird von dem jeweiligen Fahrzeug hingegen beispielhaft lediglich ein vorläufiger Ladeplan ermittelt, von dem ein zukünftiges Ladeverhalten des jeweiligen Fahrzeugs unberührt bleibt. Bei der zweiten Kommunikationsschnittstelle handelt es sich beispielsweise um eine TCP/IP-Schnittstelle, wie einen zusätzlichen VAS-Kanal auf Basis der ISO15118-2: 2014. Abweichend hiervon kann es sich bei der der zweiten Kommunikationsschnittstelle auch um eine separate Schnittstelle handeln.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem ersten Aspekt umfasst das Ermitteln der jeweiligen Bewertungsmatrix eine zweite Anpassung der jeweiligen vorläufigen Bewertungsmatrix. Für jedes Fahrzeug wird jeweils ein Abfahrtskennwert bereitgestellt, der repräsentativ ist für einen jeweiligen voraussichtlichen Abfahrtszeitpunkt und/oder einen jeweiligen gewünschten Ladezustand des Fahrzeugs.
Abhängig von dem jeweiligen Abfahrtskennwert wird jeweils ein spätester Zeitpunkt ermittelt, zu dem die Zuführung elektrischer Leistung gestartet wird. Die zweite Anpassung ist derart ausgestaltet, dass eine Abweichung eines jeweiligen Startzeitpunkts des Bezugs elektrischer Leistung durch das jeweilige Fahrzeug von dem jeweiligen spätesten Zeitpunkt kleiner ist als ein vorgegebener Grenzwert.
In vorteilhafter Weise können durch einen möglichst späten Ladevorgang individueller Fahrzeuge Vorgaben wie durch den Leistungskennwert hinsichtlich einer Gesamtladeleistung aller Fahrzeuge eingehalten werden. In anderen Worten können so einzelne Fahrzeuge priorisiert werden. Hierbei gilt es insbesondere zu ermitteln, welche Mindestleistung ein jeweiliges Fahrzeug voraussichtlich beziehen wird.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem ersten Aspekt umfasst das Ermitteln der jeweiligen Bewertungsmatrix eine dritte Anpassung der jeweiligen vorläufigen Bewertungsmatrix. Für jedes Fahrzeug wird jeweils ein Abfahrtskennwert bereitgestellt, der repräsentativ ist für einen jeweiligen voraussichtlichen Abfahrtszeitpunkt und/oder einen jeweiligen gewünschten Ladezustand des Fahrzeugs.
Abhängig von dem jeweiligen Abfahrtskennwert wird jeweils ein frühester Zeitpunkt ermittelt, zu dem die Zuführung elektrischer Leistung gestartet wird. Die dritte Anpassung ist derart ausgestaltet, dass eine Abweichung eines jeweiligen Startzeitpunkts des Bezugs elektrischer Leistung durch das jeweilige Fahrzeug von dem jeweiligen frühesten Zeitpunkt kleiner ist als ein vorgegebener Grenzwert.
In vorteilhafter Weise können durch einen möglichst frühen Ladevorgang individueller Fahrzeuge Vorgaben wie durch den Leistungskennwert hinsichtlich einer Gesamtladeleistung aller Fahrzeuge eingehalten werden. In anderen Worten können so einzelne Fahrzeuge priorisiert werden. Hierbei gilt es insbesondere zu ermitteln, welche Maximalleistung einem jeweiligen Fahrzeug voraussichtlich zuführbar ist.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem ersten Aspekt umfasst das Ermitteln der jeweiligen Bewertungsmatrix eine vierte Anpassung der jeweiligen vorläufigen Bewertungsmatrix.
Für jedes Fahrzeug wird jeweils ein Datensatz bereitgestellt, welcher Zustandskennwerte umfasst. Die Zustandskennwerte sind jeweils repräsentativ für einen Zustand einer jeweiligen am Ladevorgang des jeweiligen Fahrzeugs beteiligten Komponente.
Abhängig von dem jeweiligen Datensatz wird jeweils ein Effizienzkennwert ermittelt, der repräsentativ ist für einen jeweiligen Wirkungsgrad bei der Zuführung elektrischer Leistung.
Die vierte Anpassung ist derart ausgestaltet, dass unter Berücksichtigung des jeweiligen Effizienzkennwerts eine Abweichung der durch die Fahrzeuge bezogenen elektrischen Leistung von dem jeweiligen Richtwert in dem vorgegebenen Zeitraum kleiner ist als ein vorgegebener Grenzwert.
Dies hat den Vorteil, dass auf Software-Bibliotheken und/oder Hardware in Form von zusätzlichen Steuergeräten verzichtet werden kann, vielmehr kann es sich hierbei um einen lernenden Algorithmus handeln.
Der jeweilige Datensatz umfasst dabei insbesondere neben aktuellen Zustandskennwerten, die repräsentativ sind für einen Zustand einer am derzeitigen Ladevorgang beteiligten Komponente des jeweiligen Fahrzeugs, auch eine Mehrzahl an alten Zustandskennwerten, die repräsentativ sind für einen Zustand einer an einem bereits abgeschlossenen Ladevorgang beteiligten Komponente eines beliebigen Fahrzeugs. Hierbei bilden beispielsweise die alten Zustandskennwerte jeweils eines bereits abgeschlossenen Ladevorgangs einen Datenpunkt. Ferner bilden die aktuellen Zustandskennwerte einen Datenpunkt.
Die Zustandskennwerte umfassen beispielhaft wenigstens eine der folgenden Komponenteneigenschaften:

– Steckertyp der jeweiligen Ladesäule,
– Maximale Ladeleistung des jeweiligen Fahrzeugs,
– Maximale Ladeleistung der jeweiligen Ladesäule,
– Temperatur einer Batterie des jeweiligen Fahrzeugs,
– Degradierung einer Batterie des jeweiligen Fahrzeugs,
– Ladezustand des jeweiligen Fahrzeugs.

Der jeweilige Effizienzkennwert kann beispielsweise durch Interpolation anhand der Datenpunkte ermittelt werden. Die aktuellen Zustandskennwerte können im Hinblick auf spätere Ladevorgänge anschließend als alte Zustandskennwerte in den Datensatz aufgenommen werden.
Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung ein System zur Versorgung einer Mehrzahl an Fahrzeugen mit elektrischer Energie. Das System umfasst ein Backend, das zur Kommunikation jeweils mit den Fahrzeugen gekoppelt ist. Das System ist ausgebildet, ein Verfahren gemäß dem ersten Aspekt durchzuführen. Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
1 ein System zur Versorgung einer Mehrzahl an Fahrzeugen mit elektrischer Energie,
2 ein backendseitiges Ablaufdiagramm bei Betreiben des Systems gemäß 1, und
3 ein fahrzeugseitiges Ablaufdiagramm bei Betreiben des Systems gemäß 1.
Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Im Rahmen einer intelligenten Steuerung eines Ladeverhaltens von Elektrofahrzeugen ist eine Zusammenschlusssteuerung (sogenannte „Pool“-steuerung) seitens eines Backend-Servers vorgesehen, welche mit teilnehmenden Elektrofahrzeugen kommuniziert und Ladepläne verschickt. Diese Ladepläne können nicht nur maximale Leistungswerte enthalten, sondern auch Kostenfunktionen. Mit diesen Kostenfunktionen hat der Server die Möglichkeit, das Ladeverhalten eines Fahrzeugs indirekt zu beeinflussen, ohne eine maximale Stromabnahme durch das jeweilige Fahrzeug hart zu begrenzen. Dies hat den Vorteil, dass das jeweilige Fahrzeug selbst entscheiden kann, wie ein optimaler Ladevorgang aussieht, und kann bei Bedarf mehr Energie laden als vielleicht zunächst geplant. Somit kann das jeweilige Fahrzeug gewährleisten, dass ein Fahrzeugnutzerwunsch wie beispielsweise ein gewünschter Ladezustand zum Abfahrtszeitpunkt (sogenannte Abfahrtsladezustand oder Abfahrts-„State of Charge“, SoC) oder zusätzliche Vorbedingungen auch bedient werden können, und nicht durch eine ungeeignete Tariftabelle (sogenannter „Tarifschedule“), beispielsweise aufgrund zu geringer maximaler Energie-Leistungsschranken, verhindert werden.
Zu den zusätzlichen Vorbedingungen gehören allgemein Verbraucher, wie beispielsweise eine Vorrichtung zur Klimatisierung. Harte Schranken, wie eine maximale Ladeleistung, werden nicht in die Tariftabelle gesetzt, sondern in einer Maximalladeleistungstabelle (sogenannter „PMaxSchedule“) definiert. In der Tariftabelle sind Kosten enthalten.
Außerdem kennt das jeweilige Fahrzeug im Gegensatz zu dem Server beispielsweise auch Anforderungen an eine im jeweiligen Fahrzeug verbaute Leistungselektronik und kann auch hierfür den Ladungsvorgang verbessern.
In der Zusammenschlusssteuerung kann es jedoch durch unvorhergesehenes Verhalten zu Schwankungen kommen. Beispielsweise kann dies durch ein Abstecken von einem oder mehreren Fahrzeugen vor einer geplanten Abfahrtszeit oder aufgrund unterschiedlicher Effizienz-Werte im Ladevorgang erfolgen. In diesem Falle muss die Zusammenschlusssteuerung eventuell eingreifen, um prognostizierte Werte einzuhalten, welche beispielsweise zuvor mit einer weiteren Partei wie einem Energieversorger, Aggregator oder Ähnlichem vereinbart wurde.
Der zweite Fall, in dem die Poolsteuerung die Ladevorgänge beeinflussen soll ist der Eingang eines sogenannten „Demand-Response“(DR)- bzw. Sekundärregelleistungs(SRL)-Ereignisses. Bei einem solchen Ereignis wird ad-hoc eine Veränderung in einer Leistungsaufnahme eines Netzpunktes oder eines Fahrzeug-Zusammenschlusses (sogenannter Fahrzeug-„Pool“) gefordert. Die Zusammenschlusssteuerung muss dann dafür Sorge tragen, dass sich die Leistungsaufnahme des Zusammenschlusses innerhalb einer gewissen Zeit entsprechend verändert.
Die Reaktion der Zusammenschlusssteuerung sollte dabei möglichst präzise und schnell erfolgen, damit eine beispielsweise in einem Sekundärregelleistungssignal geforderte Reaktionszeit eingehalten werden kann und eine maximale Anzahl von erneuten Ladeplänen bzw. Leistungsaufnahmeplänen nicht überschritten wird. Im Falle, dass nur eine geringe Anzahl an Fahrzeugen zur Verfügung steht ist eine besonders gute Abschätzung des Ladeverhaltens der Fahrzeuge notwendig.
Hierzu kann eine Funktion bereitgestellt werden, welche Informationen über den prognostizierten Ladeverlauf auf Basis einer bestimmten Kostenfunktion liefert. Diese Funktion ist beispielsweise in Form einer Software-Komponente realisiert. Die Ausführung dieser Funktion kann jedoch mit einem hohen Berechnungsaufwand verbunden sein. Der Server übermittelt dem Fahrzeug eine Kostenfunktion und das Fahrzeug antwortet mit einem entsprechenden Leistungsaufnahmeplan. Für die Kommunikation dient beispielsweise der ISO-Standard ISO15118-2: 2014 als Basis. Übermittelt hierbei das Fahrzeug einen Leistungsaufnahmeplan an den Server, übernimmt das Fahrzeug diesen Leistungsaufnahmeplan auch. Eine maximale Anzahl umsetzbarer Leistungsaufnahmepläne im Fahrzeug kann beispielsweise unbegrenzt sein. Abweichend hiervon ist jedoch auch denkbar, dass die maximale Anzahl begrenzt ist, beispielsweise um ein anfallendes Datenvolumen bei Übermittlung der jeweiligen Leistungsaufnahmepläne gering zu halten.
Für die Regulierung des Zusammenschlusses können verschiedene Informationen genutzt werden. In einer ersten Ausführungsvariante („Prognose 1“) wird eine prognostizierte Leistungsaufnahme auf Basis einer aktuellen Tariftabelle ermittelt. In einer zweiten Ausführungsvariante („Prognose 2“) wird ein Ladeprofil auf Basis der aktuellen Tariftabelle mit einem spätesten Ladestart ermittelt, mit welchem nur so viel Energie, wie als notwendig erachtet geladen wird. In einer dritten Ausführungsvariante („Prognose 3“) wird ein Ladeprofil auf Basis der aktuellen Tariftabelle mit einem frühesten Ladestart ermittelt, mit welchem mit möglichst hoher Leistung so viel Energie wie möglich geladen wird.
1 zeigt ein System 1 mit einem solchen Backend 100, das kommunikativ mit einer Mehrzahl an Fahrzeugen 11, 13, 15, 21, 23, 25 gekoppelt ist. Den Fahrzeugen 11, 13, 15, 21, 23, 25 ist dabei jeweils eine Energieversorgungseinheit 12, 14, 16, 22, 24, 26 zugeordnet, mit denen sie zur Versorgung mit elektrischer Energie gekoppelt sind.
Die Fahrzeuge 11, 13, 15, 21, 23, 25 und/oder Energieversorgungseinheiten 12, 14, 16, 22, 24, 26 sind in regionale Gruppen 10, 20 eingeteilt, die jeweils einen vorgenannten Zusammenschluss darstellen.
Das Backend 100 ist an eine Kommunikationsschnittstelle 200 eines Stromnetzbetreibers gekoppelt. Beispielsweise kann dem Stromnetzbetreiber so über ein Signal 210 ein Arbeitspunkt mitgeteilt werden, der repräsentativ ist für eine den Fahrzeugen 11, 13, 15, 21, 23, 25 bzw. einer jeweiligen regionalen Gruppe 10, 20 zuzuführende elektrische Leistung zu einem aktuellen Zeitpunkt und/oder einem zukünftigen Zeitpunkt, beispielsweise in fünf Minuten.
Des Weiteren kann dem Backend durch den Stromnetzbetreiber mittels eines Signals 220 ein Leistungskennwert bereitgestellt werden, der repräsentativ ist für einen Richtwert einer der jeweiligen regionalen Gruppe 10, 20 in einem vorgegebenen Zeitraum zuzuführenden elektrischen Leistung. Beispielsweise handelt es sich bei dem Leistungskennwert um ein Sekundärregelsignal, beispielhaft um ein negatives Sekundärregelsignal.
Das Backend 100 ist insbesondere ausgebildet, die vorgenannte Zusammenschlusssteuerung durchzuführen. In diesem Zusammenhang ist sie insbesondere ausgebildet, diejenigen der Fahrzeuge 11, 13, 15, 21, 23, 25 zu finden, deren Ladeleistung zu einem aktuellen oder späteren Zeitpunkt derart erhöht werden kann, dass die Summe der Fahrzeuge 11, 13, 15 bzw. 21, 23, 25 den jeweiligen geplanten Arbeitspunkt weiterhin einhalten und das Sekundärregelsignal ausreichend bedient werden kann. In anderen Worten wird eine Abweichung einer durch die Fahrzeuge 11, 13, 15, 21, 23, 25 bezogenen elektrischen Leistung von dem jeweiligen Richtwert in einem vorgegebenen Zeitraum kleiner gehalten als ein vorgegebener Grenzwert. Hierzu werden ausgewählte der Fahrzeuge 11, 13, 15, 21, 23, 25 entsprechend mit Tariftabellen stimuliert.
Vorgenannte Tariftabellen sind insbesondere repräsentativ für die ebenfalls vorgenannten Kostenfunktionen und können auch als jeweilige Bewertungsmatrix bezeichnet werden. Diese umfasst jeweils Bewertungskennwerte, die repräsentativ sind für jeweils einen mit dem Bezug von elektrischer Leistung in einer Zeitspanne durch das jeweilige Fahrzeug 11, 131, 15, 21, 23, 25 einhergehenden Aufwand. Die Bewertungsmatrix wird den jeweiligen Fahrzeugen 11, 13, 15, 21, 23, 25 dabei über eine Kommunikationsschnittstelle 110, 120 bereitgestellt.
Das Backend 100 umfasst insbesondere einen Daten- und Programmspeicher, in dem ein Programm gespeichert ist, das im Folgenden anhand des Ablaufdiagramms der 2 näher erläutert wird.
Das Programm wird in einem Schritt S11 gestartet, in dem beispielsweise Variablen initialisiert werden. Beispielsweise wird das Programm gestartet, sobald ein jeweiliger, vorgenannter Leistungskennwert bereitgestellt wird. Das Programm wird anschließend in einem Schritt S13 fortgesetzt.
In dem Schritt S13 werden die Fahrzeuge 11, 13, 15, 21, 23, 25 in jeweilige regionale Gruppen 10, 20 unterteilt. Beispielsweise erfolgt dies abhängig von einer Position des jeweiligen Fahrzeugs 11, 13, 15, 21, 23, 25, oder der entsprechenden Energieversorgungseinheit 12, 14, 16, 22, 24, 26. Der jeweilige Leistungskennwert wird wenigstens einer der regionalen Gruppen 10, 20 zugeordnet. Das Programm wird anschließend in einem Schritt S15 fortgesetzt.
In dem Schritt S15 wird für wenigstens eines der Fahrzeuge 11, 13, 15, 21, 23, 25 eine vorläufige Bewertungsmatrix bereitgestellt. Die vorläufige Bewertungsmatrix umfasst vorläufige Bewertungskennwerte, die repräsentativ sind für jeweils einen mit Zuführen von elektrischer Leistung in einer vorläufigen Zeitspanne einhergehenden Aufwand. Die vorläufige Bewertungsmatrix ist insbesondere repräsentativ für den mit Zuführen von elektrischer Leistung an eine Gesamtheit der Fahrzeuge 11, 13, 15, 21, 23, 25 verbundenen Aufwand. Beispielsweise wird die vorläufige Bewertungsmatrix durch die Kommunikationsschnittstelle 200 des Stromnetzbetreibers bereitgestellt, oder durch das Backend 100 ermittelt, beispielsweise abhängig von einer voraussichtlichen Sonnenscheindauer oder Ähnlichem. Das Programm wird anschließend in einem Schritt S17 fortgesetzt.
In dem Schritt S17 wird für das wenigstens eine der Fahrzeuge 11, 13, 15, 21, 23, 25 abhängig von dem Leistungskennwert eine jeweilige Bewertungsmatrix ermittelt. Hierbei erfolgt insbesondere eine Anpassung der jeweiligen vorläufigen Bewertungsmatrix, die wie folgt durchgeführt wird:
In einem ersten Ausführungsbeispiel ist dem Backend 100 eine Simulationseinheit zugeordnet. Insbesondere ist das Backend 100 derart umgesetzt, dass es im Besitz der entsprechenden Berechnungsfunktion ist, wie sie auch im jeweiligen Fahrzeug 11, 13, 15, 21, 23, 25 vorliegt. Beispielsweise erfolgt dies durch eine gleiche Software, wie in Form einer Software-Komponente, einer Bibliothek, einem Programm oder einer Simulation. Das Backend 100 ist dabei insbesondere mit verschiedenen existierenden Software-Versionen wie im jeweiligen Fahrzeug 11, 13, 15, 21, 23, 25 ausgestattet, welche entsprechend für das Backend 100 kompiliert sind. Somit hat das Backend 100 Zugriff auf eine Funktion, die identisch ist mit der Funktion im jeweiligen Fahrzeug 11, 13, 15, 21, 23, 25. Alternativ oder zusätzlich sind an das Backend 100 gleiche Hardware-Komponenten wie im jeweiligen Fahrzeug 11, 13, 15, 21, 23, 25 angebunden, wie beispielsweise Steuergeräte, oder ganze Fahrzeuge mit entsprechender Software-Komponente und entsprechend existierenden verschiedenen Software-Versionen. Eine identische Funktion ist durch gleiche Hardware mit entsprechender Schnittstelle gegeben.
Für die Zusammenschlusssteuerung wird beispielsweise eine Software-Komponente verwendet, welche die Prognosen liefert. Die Ausführung der Funktion ist hinsichtlich ihrer Verarbeitungszeit jedoch relativ teuer im Sinne von unterschiedlichen Hardware-Versionen und/oder einer Software-Version-Ausstattung (sogenanntes „Software-Version-Equipment“), die gewartet werden muss. Teuer im Sinne von Kommunikationsaufwand/-verzögerung oder Hardware-Kosten kann sie auch dann sein, wenn Daten mit externen Hardware- und/oder Software-Komponenten ausgetauscht werden müssen.
Im Falle, dass oben genannte Hardware- und/oder Software-Komponenten nicht zur Verfügung stehen, sondern nur die jeweiligen Fahrzeuge 11, 13, 15, 21, 23, 25 selbst, so kann die Ausführung der Funktion erst recht teuer aufgrund des auftretenden Kommunikationsaufwands und der damit verbundenen Zeitverzögerung sein, sowie der Verarbeitungszeit im jeweiligen Fahrzeug 11, 13, 15, 21, 23, 25. Insbesondere die Verarbeitungszeit im jeweiligen Fahrzeug 11, 13, 15, 21, 23, 25 ist dabei kritisch, da eine Neuverhandlung wie bereits erwähnt begrenzt sein kann und beispielsweise lediglich bis zu fünf Mal vorkommen darf.
Abhängig von der vorgenannten Berechnungsfunktion kann ein vorläufiger Ladeplan der jeweiligen Fahrzeuge 11, 13, 15, 21, 23, 25 ermittelt werden, so wie dieser durch die Fahrzeuge 11, 13, 15, 21, 23, 25 selbst ermittelt werden würde. Abhängig von dem Leistungskennwert und dem jeweiligen vorläufigen Ladeplan wird die jeweilige vorläufige Bewertungsmatrix nun so angepasst, dass eine möglichst geringe Abweichung von dem Richtwert bei Bezug von elektrischer Leistung durch die Fahrzeuge 11, 13, 15, 21, 23, 25 erfolgt.
In einem zweiten Ausführungsbeispiel unterscheidet sich das System 1 hinsichtlich des ersten Ausführungsbeispiel lediglich in der Kommunikationsschnittstelle 120 zwischen dem jeweiligen Fahrzeug 21, 23, 25 und dem Backend 100. Hier ist die Kommunikationsschnittstelle 120 vom jeweiligen Fahrzeug 21, 23, 25 beziehungsweise eine durch den vorgenannten ISO-Standard vorgeschlagene Schnittstelle und/oder ein Port und/oder eine ISO-Nachricht zwischen dem Backend 100 und dem jeweiligen Fahrzeug, 21, 23, 25 derart umgesetzt, dass das Backend 100 eine Leistungsprognose vom jeweiligen Fahrzeug 21, 23, 25 für eine gewissen Tariftabelle abfragen kann, ohne, dass das jeweilige Fahrzeug 21, 23, 25 diesen Leistungsaufnahmeplan sofort übernimmt.
Diese Kommunikationsschnittstelle 120 kann eine proprietäre Schnittstelle sein. Auf Basis von ISO15118-2: 2014 kann diese Kommunikationsschnittstelle 120 beispielsweise über den zusätzlichen VAS-Kanal bedient werden. In anderen Worten umfasst die Kommunikationsschnittstelle 120 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel eine erste Kommunikationsschnittstelle und eine zweite Kommunikationsschnittstelle, wobei die erste Kommunikationsschnittstelle beispielsweise analog zu der Kommunikationsschnittstelle 110 ausgebildet ist. Wie im ersten Ausführungsbeispiel ist das jeweilige Fahrzeug 11, 13, 15, 21, 23, 25 dabei dazu ausgebildet, bei Empfang einer (vorläufigen) Bewertungsmatrix über die erste Kommunikationsschnittstelle einen Ladeplan zu ermitteln und diesen anschließend umzusetzen. Im Gegensatz zu dem ersten Ausführungsbeispiel ist das jeweilige Fahrzeug 11, 13, 15, 21, 23, 25 jedoch zusätzlich dazu ausgebildet, bei Empfang einer (vorläufigen) Bewertungsmatrix über die zweite Kommunikationsschnittstelle einen vorläufigen Ladeplan zu ermitteln, der jedoch nicht umgesetzt und stattdessen dem Backend 100 bereitgestellt wird.
Da das jeweilige Fahrzeug 21, 23, 25 nicht sofort sein errechnetes Ladeprofil auf Basis der empfangenen Tariftabelle ausführt, sondern, beispielsweise unter Verwendung anderer Schnittstellen, erst später, muss das Backend 100 dies in seiner Prognose berücksichtigen. Dies geschieht beispielhaft dadurch, dass das Backend 100 für eine vorgegebene Zeitdauer, beispielsweise die nächsten zehn Sekunden einer notwendigen Reaktionszeit, eine Maximalleistung und die Kosten entsprechend setzt, oder die Schnittstelle einen Zeitpunkt in der Zukunft vorsieht, den das jeweilige Fahrzeug 21, 23, 25 als Empfangszeitpunkt für die Tariftabelle annehmen soll.
Dies hat den Vorteil, dass die Prognose recht genau und zuverlässig ist, da sie vom jeweiligen Fahrzeug 21, 23, 25 selbst kommt. Dadurch, dass die jeweiligen Fahrzeuge 21, 23, 25 die Kostenfunktion nicht sofort übernehmen, kommt es auch nicht zu einer Neuverhandlung, sodass die Leistungselektronik der jeweiligen Fahrzeuge 21, 23, 25 geschont wird und eine häufige Prognose des jeweiligen Fahrzeugs 21, 23, 25 erstellt werden kann. In anderen Worten wird dadurch eine Anzahl noch umzusetzbarer Ladepläne nicht dekrementiert. Außerdem müssen nicht viele verschiedene Ausprägungen von Fahrzeugen, Steuergeräten, Software-Versionen etc. berücksichtigt werden, wie dies bei dem ersten Ausführungsbeispiel der Fall ist.
Analog zu dem ersten Ausführungsbeispiel wird abhängig von dem durch das jeweilige Fahrzeug 21, 23, 25 bereitgestellten vorläufigen Ladeplan und dem Leistungskennwert die jeweilige vorläufige Bewertungsmatrix nun so angepasst, dass eine möglichst geringe Abweichung von dem Richtwert bei Bezug von elektrischer Leistung durch die Fahrzeuge 21, 23, 25 erfolgt.
Das System 1 kann technisch beispielsweise dadurch begrenzt sein, dass das jeweilige Fahrzeug 21, 23, 25 nicht alle notwendigen Daten an das Backend 100 schicken kann. Daher kann seitens des Backends 100 eine Stimulation gewünscht sein.
In einem dritten Ausführungsbeispiel erstellt das Backend 100 die Kostenfunktion derart, dass das jeweilige Fahrzeug 11, 13, 15, 21, 23, 25 eine Berechnung des Ladeprofils derart verbessern kann, so dass das Ladeprofil mit dem spätesten Ladestart, mit dem nur die Energie geladen wird, welche als notwendig erachtet wird, errechnet wird (Prognose 2).
Hierfür wird eine geeignete Kostenfunktion herangezogen, wobei ein höherer Wert jeweils höhere Kosten repräsentiert. Die Kosten betragen Eins bzw. Null unter der Voraussetzung, dass das jeweilige Fahrzeug 11, 13, 15, 21, 23, 25 dann auch wirklich möglichst spät das Laden anfängt. Eventuell ist dies nicht immer gegeben, da aus Effizienzgründen oder aufgrund von Hitzeentwicklung eine geringere Ladeleistung günstiger sein könnte. In diesem Fall handelt es sich dann aber nicht um den spätesten Zeitpunkt.
In einer ersten Variante der Prognose 2 wird die Kostenfunktion bis zur Abfahrtszeit so oft in Eins-Null-Kosten unterteilt, wobei Eins am Anfang und Null möglichst spät aufgelistet wird, so dass eine Leistungsaufnahme möglichst spät eintrifft. In anderen Worten wird dem jeweiligen Fahrzeug ein Anreiz gegeben, möglichst spät zu beginnen Leistung zu beziehen. Hierzu wird beginnend von der Abfahrtszeit ein Zeitschlitz der Zeitdauer von einer Sekunde (sogenannter „1-Sekundenslot“) auf Kosten Null gesetzt, der Rest bis zum Startzeitpunkt auf Kosten Eins gesetzt. Der Verarbeitungsaufwand steigt mit der Dauer bis zur Abfahrtszeit linear an und der Aufwand für die Berechnung bei n Sekunden bis zur Abfahrtszeit beträgt eine Größenordnung von in etwa O(n).
In einer zweiten Variante der Prognose 2 ist im Sinne einer binären Suche der Aufwand geringer und beträgt eine Größenordnung von nur O(log(n)). Hierbei wird im aktuellen Schlitz die erste Hälfte mit Kosten Eins und die zweite Hälfte mit Kosten Null belegt. Liegt in der linken Hälfte noch keine Leistungsaufnahme vor, so wird mit der rechten Hälfte weiterverfahren. Die Schlitze werden solange unterteilt, bis sie kleiner als eine vorgegebene Zeitdauer, beispielsweise kleiner als eine Sekunde. Es wird das Ladeprofil mit dem spätesten Ladestart zwischengespeichert und dieser am Schluss zurückgeliefert.
Eine dritte Variante der Prognose 2, insbesondere eine absteigende Kostenfunktion, bietet eine noch schnellere Prognose. Unter der Berücksichtigung von einem vorgegebenen Zeitpunkt, zu dem eine Energie-Mengen-Änderung stattfinden darf (beispielsweise etwa 75 Minuten) kann die Kostenfunktion entsprechend in eine vorgegebene Anzahl an Schlitzen unterteilt werden, so dass der Verarbeitungsaufwand auf eine Größenordnung von O(m) mit m << n schrumpft. Im günstigsten Fall beträgt der Aufwand sogar O(1). Beispielsweise ist die vorgegebene Anzahl der Schlitze gleich einer Anzahl möglicher unterschiedlicher Kosten. Auf Basis von sogenannten „ISO-Price-Levels“ gemäß dem vorgenannten ISO-Standard ist die Anzahl möglicher unterschiedlicher Kosten beispielsweise 256. Somit ergeben sich bei 75 Minuten bzw. 4500 Sekunden geteilt durch die Anzahl möglicher unterschiedlicher Kosten von 256 circa 20 Sekunden Schlitze. Auf Basis von sogenannten „ISO-Cost-Levels“ gemäß dem vorgenannten ISO-Standard ist ein solcher Werte-Bereich noch größer, da eine Dezimalzahl mit bis zu 3 Nachkommastellen angegeben werden kann. Dadurch werden Ein-Sekunden-Schlitze möglich. Dies stellt den günstgsten Fall dar, in dem der Aufwand auf O(1) schrumpft.
Aktuell existiert trotzdem noch die Einschränkung bezüglich der maximalen Anzahl von Zeitslots; gemäß dem vorgenannten ISO-Standard können maximal 1024 Zeitslots definiert werden.
Die Kostenfunktion kann an das Fahrzeug geschickt werden oder an eine Hardware- und/oder Software-Komponente mit identischer Funktion oder Abschätzung.
Mit Hilfe dieser Herangehensweise kann mit möglichst wenig Kommunikation bzw. Aufwand das Ladeprofil mit dem spätesten Ladestart berechnet werden.
In einem vierten Ausführungsbeispiel erstellt der Backend-Server eine grobe Prognose für das Ladeprofil mit dem frühesten Ladestart, mit dem mit möglichst hoher Leistung so viel Energie wie möglich geladen wird, derart, dass die Berechnung hinsichtlich gewisser Kriterien verbessert wird (Prognose 3).
Hierfür wird eine geeignete Kostenfunktion herangezogen, wobei ein höherer Wert jeweils höhere Kosten repräsentiert. Die Kosten betragen Eins bzw. Null unter der Voraussetzung, dass das jeweilige Fahrzeug 11, 13, 15, 21, 23, 25 dann auch wirklich möglichst früh das Laden anfängt. Eventuell ist dies nicht immer gegeben, da aus Effizienzgründen oder aufgrund von Hitzeentwicklung eine geringere Ladeleistung günstiger sein könnte. In diesem Fall handelt es sich dann aber nicht um den spätesten Zeitpunkt.
In einer ersten Variante der Prognose 3 wird die Kostenfunktion bis zur Abfahrtszeit so oft in Null-Eins-Kosten unterteilt, wobei Null am Anfang und Eins möglichst früh aufgelistet wird o dass eine Leistungsaufnahme möglichst früh eintrifft. Hierzu wird beginnend von der Abfahrtszeit ein Zeitschlitz der Zeitdauer von einer Sekunde auf Kosten Null gesetzt, der Rest bis zum Startzeitpunkt auf Kosten Eins gesetzt. Der Verarbeitungsaufwand steigt mit der Dauer bis zur Abfahrtszeit linear an und der Aufwand für die Berechnung bei n Sekunden bis zur Abfahrtszeit beträgt eine Größenordnung von in etwa O(n).
In einer zweiten Variante der Prognose 3 ist im Sinne einer binären Suche der Aufwand geringer und beträgt eine Größenordnung von nur O(log(n)). Hierbei wird im aktuellen Schlitz die erste Hälfte mit Kosten Null und die zweite Hälfte mit Kosten Eins belegt. Liegt in der linken Hälfte noch keine Leistungsaufnahme vor, oder ist in der rechten Hälfte noch Leistungsaufnahme eingeplant, so wird mit der rechten Hälfte weiterverfahren. Ansonsten wird mit der linken Hälfte weiterverfahren. Die Schlitze werden solange unterteilt, bis sie kleiner als eine vorgegebene Zeitdauer, beispielsweise kleiner als eine Sekunde. Es wird das Ladeprofil mit dem frühesten Ladestart zwischengespeichert und dieser am Schluss zurückgeliefert.
Eine dritte Variante der Prognose 3, insbesondere eine absteigende Kostenfunktion, bietet eine noch schnellere Prognose. Unter der Berücksichtigung von einem vorgegebenen Zeitpunkt, zu dem eine Energie-Mengen-Änderung stattfinden darf (beispielsweise etwa 75 Minuten) kann die Kostenfunktion entsprechend in eine vorgegebene Anzahl an Schlitzen unterteilt werden, so dass der Verarbeitungsaufwand auf eine Größenordnung von O(m) mit m << n schrumpft. Im günstigsten Fall beträgt der Aufwand sogar O(1). Beispielsweise ist die vorgegebene Anzahl der Schlitze gleich einer Anzahl möglicher unterschiedlicher Kosten. Auf Basis von „ISO-Price-Levels“ gemäß dem vorgenannten ISO-Standard ist die Anzahl möglicher unterschiedlicher Kosten beispielsweise 256. Somit ergeben sich bei 75 Minuten bzw. 4500 Sekunden geteilt durch die Anzahl möglicher unterschiedlicher Kosten von 256 circa 20 Sekunden Schlitze. Auf Basis von „ISO-Cost-Levels“ gemäß dem vorgenannten ISO-Standard ist ein solcher Werte-Bereich noch größer, da eine Dezimalzahl mit bis zu 3 Nachkommastellen angegeben werden kann. Dadurch werden Ein-Sekunden-Schlitze möglich. In diesem Fall handelt es sich um den besten Fall mit Aufwand O(1).
Die Kostenfunktion kann wie im dritten Ausführungsbeispiel an das Fahrzeug geschickt werden oder an eine Hardware/Software-Komponente mit identischer Funktion oder Abschätzung.
Mit Hilfe dieser Herangehensweise kann mit möglichst wenig Kommunikation bzw. Aufwand das Ladeprofil mit dem frühesten Ladestart berechnet werden.
Im Anschluss an den Schritt S17 wird das Programm in einem Schritt S19 fortgesetzt.
In dem Schritt S19 wird für das wenigstens eine der Fahrzeuge 11, 13, 15, 21, 23, 25 die jeweilige Bewertungsmatrix bereitgestellt. Das Programm wird anschließend beendet.
Das wenigstens eine der Fahrzeuge 11, 13, 15, 21, 23, 25 umfasst insbesondere ebenfalls jeweils einen Daten- und Programmspeicher, in dem ein Programm gespeichert ist, das im Folgenden anhand des Ablaufdiagramms der 3 näher erläutert wird.
Das Programm wird in einem Schritt S21 gestartet, in dem beispielsweise Variablen initialisiert werden. Beispielsweise wird das Programm gestartet, sobald dem jeweiligen Fahrzeug 11, 13, 15, 21, 23, 25 die jeweilige Bewertungsmatrix durch das Backend 100 bereitgestellt wird (vgl. Schritt S19). Das Programm wird anschließend in einem Schritt S23 fortgesetzt.
In dem Schritt S23 wird abhängig von der jeweiligen Bewertungsmatrix ein Ladeplan durch das jeweilige Fahrzeug 11, 13, 15, 21, 23, 25 ermittelt. Der Ladeplan wird anschließend durch das jeweilige Fahrzeug 11, 13, 15, 21, 23, 25 umgesetzt, das heißt, es erfolgt ein Bezug elektrischer Leistung durch das jeweilige Fahrzeug 11, 13, 15, 21, 23, 25 gemäß dem ermittelten Ladeplan.
In einem fünften Ausführungsbeispiel wird unabhängig von Prognose-Typ (1, 2 oder 3) und Kosten durch das Backend 100 eine Prognose auf Basis vergangener Ladevorgänge erstellt. Ziel hierbei ist eine möglichst präzise Prognose auf Basis der Historie und/oder eine einfache Regulierung eines jeweiligen Fahrzeugs mit Hilfe eines „günstigen Ladezeitfensters“.
Für verschiedene Zustandskennwerte, die repräsentativ sind für einen Zustand einer am Ladevorgang beteiligten Komponente (im Folgenden auch als Parameter bezeichnet) und deren Wertebereiche wird dabei ein Effizienzkennwert bzw. -faktor berechnet, der sich hinsichtlich der Parameter in mehreren Dimensionen unterscheiden kann. Beispielsweise werden für Ladevorgänge Datenpunkte umfassend Zustandskennwerte eines Ladevorgangs erstellt, beispielsweise in Form von Vektoren, für welche ein Effizienzfaktor berechnet wird. Hierbei werden beispielsweise Einträge ersetzt bzw. neue Einträge in der Kalkulation mit einbezogen, sofern ein bereits existierender Eintrag in der Tabelle für bestimmte Parameterwerte vorgefunden wird.
Als vereinfachtes Beispiel sei ein Fahrzeug genannt, welches eine Batterie-Kapazität von 30kWh, eine Ladeleistung von 3000W und eine Effizienz von 1,0 aufweist. Hieraus ergibt sich für eine Dauer bis zum Erreichen eines Ladezustands (SoC) von jeweils einem Prozent Sechs Minuten.

In folgender Tabelle ist ein beispielhafter Datensatz gegeben, der Zustandskennwerte zu verschiedenen Ladevorgängen sowie einen dazu ermittelten Effizienzkennwert umfasst:

Ladezustan d (SoC)	Soll-HV-Ladeleistung	Batterie temperatur [C]	Dauer zum Erreichen eines Ladezustand s von +1%	Berechnet e Effizienz
80%	3000W	20°	6,5 Min	0,923
...	...	...	...	...
90%	3000W	20°	6,5 Min	0,923
...	...	...	...	...
98%	3000W	20°	12 Min	0,5
99%	3000W	20°	15 Min	0,4
...	...	...	...	...
80%	3000W	10°	6,5 Min	0,923
...	...	...	...	...
80%	3000W	5°	7,0 Min	0,857
...	...	...	...	...
80%	3000W	0°	7,0 Min	0,857
...	...	...	...	...

Werden in einem aktuellen Ladevorgang ein Ladezustand von 80%, eine Ladeleistung von 3000W und eine Batterietemperatur von 2°C als Zustandskennwerte ermittelt, so erfolgt eine Abschätzung des Ladeprofils anhand dessen: Hierfür werden entsprechende Einträge mit Effizienz von 0,857 wiedergefunden, woraus sich eine geschätzte Dauer von 7 Minuten ergibt.
Die Wahl der Parameter ist dabei nicht auf obiges Beispiel beschränkt. Es könnte beispielsweise zusätzlich eine Degradierung der Batterie hinzugefügt werden. Dann wird das Ladeprofil derart prognostiziert, dass auch das Alter bzw. die Degradierung der Batterie berücksichtigt wird. Es könnte beispielsweise eine Fahrzeugidentifikationsnummer (vehicle identification number, VIN) als Parameter VIN hinzugefügt werden. Dann erfolgt eine Prognose derart, dass auch individuelle Eigenschaften bzw. Eigenheiten eines jeweiligen Fahrzeugs berücksichtigt werden.
Als weiterer Parameter ist auch eine Vorkonditionierung (Voko) samt Voko-Temperatur wie auch Innen- und Außentemperatur denkbar, bei der beispielsweise eine Temperatur der Batterie und/oder des Fahrzeuginnenraums zum Abfahrtszeitpunkt auf jeweils eine vorgegebene Temperatur aufgeheizt oder abgekühlt wird.
In einem sechsten Ausführungsbeispiel wird in Anlehnung an das fünfte Ausführungsbeispiel auf Basis von historischen Ladevorgängen eine Ladeprognose erstellt, welche aufgrund von wenigen Datensätzen mit Hilfe eines evolutionären Algorithmus derart erstellt wird, dass der Genotyp die Effizienzstufen eines Ladevorgangs darstellen. Diese Effizienzstufen können wiederum spezifisch für die unterschiedlichen Temperaturen und Ladezustände, wie bereits im fünften Ausführungsbeispiel dargestellt, berechnet werden. Der Genotyp (Kodierung) des Algorithmus sieht hierbei zwischen 10 und 32 Bit für die Repräsentation des Effizienzkennwertes vor. Beispielsweise wäre für eine 10 Bit Effizienzkodierung und 100 Ladezustands-Stufen bei Stufen von jeweils 1% die Länge des Genotyps 1000Bit lang.
Im mittleren Bereich könnten die Effizienzkennwerte für größere Ladezustands-Stufen derart kodiert werden, dass der Genotyp kürzer und die Anzahl der Berechnungen damit weniger wird.
Beispielhaft könnten die Ladezustands-Stufen bei einer 10 Bit Effizienzkodierung zwischen einschließlich 0% und 20% wie oben genannt jeweils 1% betragen, zwischen einschließlich 20% und 80% jedoch 5%. Ab einem Ladezustand von einschließlich 80% bis einschließlich 100% können die Ladezustandsstufen wiederum 1% betragen. Daraus ergibt sich als Länge des Genotyps 40·10 Bit + 60/5·10 Bit = 520 Bit.
In einem siebten Ausführungsbeispiel wird in Anlehnung an das sechste Ausführungsbeispiel eine Prognose anhand historischer Daten derart erstellt, dass historische Daten in eine genetische Algorithmus-Berechnung einfließen, welche mit Hilfe dieser Daten, insbesondere der vom jeweiligen Fahrzeug übertragenen Ladeprofile, und Operatoren einen Algorithmus generieren, welcher die historischen Prognosen möglichst optimal abdeckt. Dieser Algorithmus wird dann für die zukünftige Ladeprognose herangezogen. Insbesondere handelt es sich hierbei nicht um einen genetischen Algorithmus, sondern einen per genetischer Programmierung generierten Algorithmus, welcher auf Basis von historischen Arten evolviert wurde.
Um die genetische Programmgenerierung einfacher zu gestalten, könnten beispielsweise verschiedene Klassen identifiziert und anhand der Klassifizierung eine unterschiedliche Auswahl von historischen Daten verwendet werden, welche für eine Fitnessfunktion verwendet werden. Hierbei kann ein Ladevorgang beispielsweise auf Basis von Eigenschaften beteiligter Komponenten wie Fahrzeughersteller, Modell, Steuergerät, Software- und/oder Hardware-Version klassifiziert werden.
Es fließen Operationen wie beispielsweise Potenzieren („Pow()“), Addieren, Subtrahieren, Dividieren, Multiplizieren, Negativ, und Vergleiche („IF_LESS_THEN_ELSE“, „IF_GREATER_THEN_ELSE“) ein.
Weiterhin fließen typische Parameter ein, welche oftmals zu Verfügung stehen wie beispielsweise ein aktueller Ladezustand bzw. Energiespeicherstand, eine Batteriekapazität, eine Differenz zur Abfahrtszeit, eine Differenz zur Ansteckzeit, eine Außentemperatur, eine Innentemperatur, eine Batterietemperatur, eine Vorkonditionierungsart (1 = keine Vorkonditionierung, 2 = kleine Vorkonditionierung, 3 = volle Vorkonditionierung), eine maximale Fahrzeug-/Ladesäulen-Leistung.
Als variable Werte könnten Werte in dem Bereich von 1 bis 10 generiert werden.
In der Annahme, dass in historischen Ladevorgängen zu verschiedenen Zeitpunkten oben genannte Parameter zur Verfügung stehen, kann die Fitnessfunktion derart gestaltet sein, dass sie in Abhängigkeit von Energiestand und dem Zeitpunkt t0 die voraussichtliche Leistungsaufnahme und/oder einen voraussichtlichen Ladezustand berechnet.
Das generierte Programm kann dann im Nachhinein derart verwendet werden, dass mit einer entsprechend häufiger / enger zeitlicher Abtastung der Ladeverlauf prognostiziert wird.
Die Prognose gemäß dem fünften bis siebten Ausführungsbeispiel stellt einen lernenden Algorithmus dar, der weder Software-Bibliotheken noch Hardware in Form von Steuergeräten benötigt noch die jeweiligen Versionen kennen muss. Parallel zum aktuellen Betrieb von Fahrzeugen und der Zusammenschlusssteuerung werden diesem stets neue Daten anhand bereits hinterlegter und/oder anderen Fahrzeugen bereitgestellt.
Der Algorithmus kann dabei adaptiv und individuell auf das jeweilige Fahrzeug und seine besonderen Eigenschaften reagieren, welche eventuell sogar noch nicht einmal bekannt sind bzw. unbekannte Fehler und Eigenschaften berücksichtigt. Außerdem ist der Algorithmus als solcher generisch, da die Wahl der Parameter beliebig sein kann und damit das Resultat entsprechend der Parameterwahl und der Wahl der möglichen Parameter-Wertebereiche beeinflusst werden kann. Der Algorithmus ist unabhängig von einer Fahrzeugeigenen Schätzung und kann weitere Prognose-Daten wie Wetter- und Temperaturprognose im Ladeprofil mitberücksichtigen.
Bezugszeichenliste

11, 13, 15, 21, 23, 25: Fahrzeug
12, 14, 16, 22, 24, 26: Energieversorgungseinheit
10, 20: regionale Gruppe
100: Backend
110, 120, 200: Kommunikationsschnittstelle
210, 220: Sekundärregelsignal
S11, ..., S23: Programmschritte

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Nicht-Patentliteratur

ISO15118-2: 2014 [0026]
01. April 2014 mit dem Titel „Road vehicles – Vehicle-to-Grid Communication Interface – Part 2: Network and application protocol requirements“ der Internationalen Organisation für Normung (ISO) [0026]
ISO15118-2: 2014 [0035]
ISO15118-2: 2014 [0036]
ISO15118-2: 2014 [0063]
ISO15118-2: 2014 [0080]

Claims

Verfahren zur Versorgung einer Mehrzahl an Fahrzeugen (11, 13, 15, 21, 23, 25) mit elektrischer Energie, wobei – jeweils eine vorläufige Bewertungsmatrix für jedes der Fahrzeuge (11, 13, 15, 21, 23, 25) bereitgestellt wird, umfassend vorläufige Bewertungskennwerte, die repräsentativ sind für jeweils einen mit Zuführen von elektrischer Leistung in einer vorläufigen Zeitspanne einhergehenden Aufwand, – wenigstens ein Leistungskennwert bereitgestellt wird, der jeweils repräsentativ ist für einen Richtwert einer den Fahrzeugen (11, 13, 15, 21, 23, 25) in einem vorgegebenen Zeitraum zuzuführenden elektrischen Leistung, und – abhängig von der jeweiligen vorläufigen Bewertungsmatrix und dem Leistungskennwert jeweils eine Bewertungsmatrix ermittelt und dem jeweiligen Fahrzeug (11, 13, 15, 21, 23, 25) bereitgestellt wird, umfassend Bewertungskennwerte, die repräsentativ sind für jeweils einen mit einem Bezug von elektrischer Leistung in einer Zeitspanne durch das jeweilige Fahrzeug (11, 131, 15, 21, 23, 25) einhergehenden Aufwand.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem – der jeweilige Leistungskennwert ein Sekundärregelleistungssignal ist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem – die Fahrzeuge (11, 13, 15, 21, 23, 25) in regionale Gruppen (10, 20) eingeteilt werden, und – für jede regionale Gruppe (10, 20) ein separater Leistungskennwert bereitgestellt wird, der jeweils repräsentativ ist für einen Richtwert einer der regionalen Gruppe (10, 20) in dem jeweils vorgegebenen Zeitraum zuzuführenden elektrischen Leistung.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem – abhängig von der jeweiligen vorläufigen Bewertungsmatrix ein jeweiliger Ladeplan der Fahrzeuge (11, 13, 15, 21, 23, 25) ermittelt wird, der repräsentativ ist für einen zeitlichen Verlauf eines Bezugs elektrischer Leistung durch das jeweilige Fahrzeug (11, 13, 15, 21, 23, 25), und – das Ermitteln der jeweiligen Bewertungsmatrix eine erste Anpassung der jeweiligen vorläufigen Bewertungsmatrix abhängig von dem jeweiligen Ladeplan umfasst, wobei die erste Anpassung derart ausgestaltet ist, dass eine Abweichung der durch die Fahrzeuge (11, 13, 15, 21, 23, 25) bezogenen elektrischen Leistung von dem jeweiligen Richtwert in dem vorgegebenen Zeitraum kleiner ist als ein vorgegebener Grenzwert.
Verfahren nach Anspruch 4, bei dem das Verfahren auf einem Backend (100) durchgeführt wird, und die Fahrzeuge (11, 13, 15, 21, 23, 25) eine erste Kommunikationsschnittstelle aufweisen, wobei – die jeweilige vorläufige Bewertungsmatrix und die jeweilige Bewertungsmatrix dem jeweiligen Fahrzeug (11, 13, 15, 21, 23, 25) durch das Backend (100) jeweils über die erste Kommunikationsschnittstelle bereitgestellt werden, und – der jeweilige Ladeplan dem Backend (100) durch das jeweilige Fahrzeug (11, 13, 15, 21, 23, 25) über die erste Kommunikationsschnittstelle bereitgestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Verfahren auf einem Backend (100) durchgeführt wird, dem eine Simulationseinheit zugeordnet ist, und die Fahrzeuge (11, 13, 15, 21, 23, 25) eine erste Kommunikationsschnittstelle aufweisen, wobei – die jeweilige vorläufige Bewertungsmatrix der Simulationseinheit bereitgestellt wird, – der jeweilige Ladeplan durch die Simulationseinheit ermittelt und dem Backend (100) zur ersten Anpassung der jeweiligen vorläufigen Bewertungsmatrix bereitgestellt wird, und – die jeweilige Bewertungsmatrix dem jeweiligen Fahrzeug (11, 13, 15, 21, 23, 25) durch das Backend (100) über die erste Kommunikationsschnittstelle bereitgestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, bei dem das Verfahren auf einem Backend (100) durchgeführt wird, und die Fahrzeuge (11, 13, 15, 21, 23, 25) eine erste und eine zweite Kommunikationsschnittstelle aufweisen, wobei – die jeweilige vorläufige Bewertungsmatrix dem jeweiligen Fahrzeug (11, 13, 15, 21, 23, 25) durch das Backend (100) über die zweite Kommunikationsschnittstelle bereitgestellt wird, – der jeweilige Ladeplan dem Backend (100) durch das jeweilige Fahrzeug (11, 13, 15, 21, 23, 25) über die zweite Kommunikationsschnittstelle bereitgestellt wird, und – die jeweilige Bewertungsmatrix dem jeweiligen Fahrzeug (11, 13, 15, 21, 23, 25) durch das Backend (100) über die erste Kommunikationsschnittstelle bereitgestellt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem – das Ermitteln der jeweiligen Bewertungsmatrix eine zweite Anpassung der jeweiligen vorläufigen Bewertungsmatrix umfasst, wobei – für jedes Fahrzeug (11, 13, 15, 21, 23, 25) jeweils ein Abfahrtskennwert bereitgestellt wird, der repräsentativ ist für einen jeweiligen voraussichtlichen Abfahrtszeitpunkt und/oder einen jeweiligen gewünschten Ladezustand des Fahrzeugs (11, 13, 15, 21, 23, 25), – abhängig von dem jeweiligen Abfahrtskennwert jeweils ein spätester Zeitpunkt ermittelt wird, zu dem die Zuführung elektrischer Leistung gestartet wird, und – die zweite Anpassung derart ausgestaltet ist, dass eine Abweichung eines jeweiligen Startzeitpunkts des Bezugs elektrischer Leistung durch das jeweilige Fahrzeug (11, 13, 15, 21, 23, 25) von dem jeweiligen spätesten Zeitpunkt kleiner ist als ein vorgegebener Grenzwert.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem – das Ermitteln der jeweiligen Bewertungsmatrix eine dritte Anpassung der jeweiligen vorläufigen Bewertungsmatrix umfasst, wobei – für jedes Fahrzeug (11, 13, 15, 21, 23, 25) jeweils ein Abfahrtskennwert bereitgestellt wird, der repräsentativ ist für einen jeweiligen voraussichtlichen Abfahrtszeitpunkt und/oder einen jeweiligen gewünschten Ladezustand des Fahrzeugs (11, 13, 15, 21, 23, 25), – abhängig von dem jeweiligen Abfahrtskennwert jeweils ein frühester Zeitpunkt ermittelt wird, zu dem die Zuführung elektrischer Leistung gestartet wird, und – die dritte Anpassung derart ausgestaltet ist, dass eine Abweichung eines jeweiligen Startzeitpunkts des Bezugs elektrischer Leistung durch das jeweilige Fahrzeug (11, 13, 15, 21, 23, 25) von dem jeweiligen frühesten Zeitpunkt kleiner ist als ein vorgegebener Grenzwert.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem – das Ermitteln der jeweiligen Bewertungsmatrix eine vierte Anpassung der jeweiligen vorläufigen Bewertungsmatrix umfasst, wobei – für jedes Fahrzeug (11, 13, 15, 21, 23, 25) jeweils ein Datensatz umfassend Zustandskennwerte bereitgestellt wird, die jeweils repräsentativ sind für einen Zustand einer jeweiligen am Ladevorgang des jeweiligen Fahrzeugs (11, 13, 15, 21, 23, 25) beteiligten Komponente, – abhängig von dem jeweiligen Datensatz jeweils ein Effizienzkennwert ermittelt wird, der repräsentativ ist für einen jeweiligen Wirkungsgrad bei der Zuführung elektrischer Leistung, und – die vierte Anpassung derart ausgestaltet ist, dass unter Berücksichtigung des jeweiligen Effizienzkennwerts eine Abweichung der durch die Fahrzeuge (11, 13, 15, 21, 23, 25) bezogenen elektrischen Leistung von dem jeweiligen Richtwert in dem vorgegebenen Zeitraum kleiner ist als ein vorgegebener Grenzwert.
System (1) zur Versorgung einer Mehrzahl an Fahrzeugen (11, 13, 15, 21, 23, 25) mit elektrischer Energie, umfassend ein Backend (100), das zur Kommunikation jeweils mit den Fahrzeugen (11, 13, 15, 21, 23, 25) gekoppelt ist, wobei das System (1) ausgebildet ist, ein Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 10 durchzuführen.