DE102017203852A1 - Method for unbalanced load limiting and unbalanced load limiting unit - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Schieflastbegrenzung beim Ladevorgang eines Energiespeichers eines oder mehrerer Fahrzeuge, wobei die Fahrzeuge an einem oder mehreren Ladepunkten eines Ladeclusters angeschlossen sind. Das Verfahren umfasst: Ermitteln einer Anzahl von Phasen, die an einem oder mehreren Ladepunkten der Ladecluster belastet werden, Ermitteln eines einphasigen Ladens an einem oder mehreren Ladepunkten, Ermitteln eines zweiphasigen Ladens an einem oder mehreren Ladepunkten, Ermitteln der jeweiligen Phasen, die beim nicht dreiphasigen Laden belastet werden, Erstellen eines Ladeplans für jeweils das eine oder die mehreren Fahrzeuge, basierend auf der ermittelten Anzahl von Phasen und/oder der einphasig belasteten Phasen. A method for unbalanced load during the charging of an energy storage of one or more vehicles, wherein the vehicles are connected to one or more charging points of a charging cluster. The method comprises: determining a number of phases loaded at one or more charging points of the charging clusters, determining a single-phase charging at one or more charging points, determining a two-phase charging at one or more charging points, determining the respective phases that are in the non-three-phase Load charging, creating a charging plan for each of the one or more vehicles, based on the determined number of phases and / or the single-phase loaded phases.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Schieflastbegrenzung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 und eine Schieflastbegrenzungseinheit.The invention relates to a method for unbalanced load limiting according to the preamble of claim 1 and a Schieflastbegrenzungseinheit.
Der Energiespeicher eines Elektrofahrzeugs wird üblicherweise an einer Ladevorrichtung aufgeladen. An einer solchen Ladevorrichtung können mehrere Elektrofahrzeuge gleichzeitig angeschlossen werden, um deren Energiespeicher aufzuladen. Am Anschlusspunkt der Ladevorrichtung zum Stromnetz kann dann eine Schieflast auftreten. Bekannt ist, die Last am Anschlusspunkt mit einem Lastmanagementsystem zu überwachen. Beim Auftreten einer Überlast, wird die Ladeleistung für die Elektrofahrzeuge so reduziert, dass ein vorgegebener Maximalwert am Anschlusspunkt nicht überschritten wird.The energy storage of an electric vehicle is usually charged to a charging device. At such a charging device, several electric vehicles can be connected simultaneously to charge their energy storage. At the connection point of the charging device to the power grid can then occur a unbalanced load. It is known to monitor the load at the connection point with a load management system. When an overload occurs, the charging power for the electric vehicles is reduced so that a predetermined maximum value is not exceeded at the connection point.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren zur Schieflastbegrenzung und eine verbesserte Schieflastbegrenzungseinheit anzugeben.It is an object of the present invention to provide an improved method for unbalanced load limiting and an improved unbalanced load limiting unit.
Die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe erfolgt durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.The achievement of the object of the invention is achieved by the features of the independent claims. Advantageous developments of the invention will become apparent from the dependent claims.
Der Erfindung liegen folgende Kenntnisse zugrunde: Beim Laden mehrerer nicht dreiphasig ladender Elektrofahrzeuge an einem Ladecluster kann die Situation eintreten, dass der Anschlusspunkt des Ladeclusters zum Stromnetz unsymmetrisch belastet wird. Ein solches Ladecluster ist beispielsweise eine Flottenladeeinrichtung mit mehreren Ladepunkten zum Anschluss von Elektrofahrzeugen. Im Stand der Technik ist eine reaktive Begrenzung der Ladeleistung auf einzelne Ladepunkte oder der gesamten Flottenladevorrichtung vorgesehen, wenn am Anschlusspunkt eine Überlast festgestellt wird. Die Ladeleistung wird dann so reduziert, dass ein vorgegebener Maximalwert nicht überschritten wird.The invention is based on the following knowledge: When charging several non-three-phase charging electric vehicles to a charging cluster, the situation may arise that the connection point of the charging cluster is charged to the power grid unbalanced. Such a charging cluster is for example a fleet loading device with several charging points for connecting electric vehicles. In the prior art, a reactive limitation of the charging power to individual charging points or the entire fleet charging device is provided when an overload is detected at the connection point. The charging power is then reduced so that a predetermined maximum value is not exceeded.
Eine solche reaktive Begrenzung der Ladeleistung beachtet nicht die Schieflast, die beispielsweise von einem Netzbetreiber vorgegeben wird, sondern nur einen vorgegebenen maximalen Wert für die Last am Anschlusspunkt des Ladeclusters. Die Einhaltung einer maximalen Schieflast, beispielsweise von 4,6 kVA kann damit nicht sichergestellt werden. Bei bekannten Lastmanagementsystemen wird jedes Fahrzeug als ein dreiphasig ladendes Fahrzeug angenommen, wodurch es zu Lastmanagementeingriffen in Form von Begrenzung von Ladeleistung an dem jeweiligen Ladepunkt kommen kann, obwohl dies nicht nötig wäre.Such a reactive limitation of the charging power does not take into account the unbalanced load, which is predetermined by a network operator, for example, but only a predetermined maximum value for the load at the connection point of the charging cluster. Compliance with a maximum unbalanced load, for example, of 4.6 kVA can not be guaranteed. In known load management systems, each vehicle is assumed to be a three-phase charging vehicle, which may result in load management interventions in the form of limiting charging power at the respective charging point, although this would not be necessary.
Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen wird ein Verfahren zur Schieflastbegrenzung beim Ladevorgang eines Energiespeichers eines oder mehrerer Fahrzeuge angegeben, wobei die Fahrzeuge an einem oder mehreren Ladepunkten eines Ladeclusters angeschlossen sind. Das Verfahren umfasst: Ermitteln einer Anzahl von Phasen, die an einem oder mehreren Ladepunkten des Ladeclusters belastet werden, Ermitteln nicht dreiphasigen Ladens an einem oder mehreren Ladepunkten, Ermitteln der jeweiligen Phasen, die beim nicht dreiphasigen Laden belastet werden, Erstellen eines Ladeplans für jeweils das eine oder die mehreren Fahrzeuge, basierend auf der ermittelten Anzahl von Phasen und/oder der belasteten Phasen.The inventive measures a method for unbalanced load during charging of an energy storage of one or more vehicles is specified, the vehicles are connected to one or more charging points of a charging cluster. The method comprises: determining a number of phases loaded at one or more charging points of the charging cluster, determining non-three-phase charging at one or more charging points, determining the respective phases charged in non-three-phase charging, creating a charging schedule for each of them one or more vehicles based on the determined number of phases and / or the loaded phases.
Ein Ladecluster weist mehrere Ladepunkte auf, die an einem gemeinsamen Bezugspunkt hinsichtlich Leistungsobergrenze und Schieflast angeschlossen sind. Ein Ladecluster kann außer Ladepunkten zusätzlich auch Steuerungsfunktionen beinhalten. Diese können sowohl in einer separaten Einheit, wie auch in einem Ladepunkt oder in einem Backend angeordnet sein. A charging cluster has several charging points connected at a common reference point in terms of power cap and unbalanced load. In addition to charging points, a charging cluster can also contain control functions. These can be arranged both in a separate unit, as well as in a charging point or in a backend.
Ein Ladepunkt ist eine Ladeeinrichtung zum Laden eines einzelnen Elektro- oder Plug-In-Hybridfahrzeugs (alle Aussagen zu Elektrofahrzeugen bezüglich der Erfindung gelten auch für Plug-In-Hybridfahrzeuge und vice versa). Der Ladepunkt ist in Zusammenhang mit dieser Erfindung so eingerichtet, dass er über Kommunikationsmittel angesprochen werden kann und durch eine Interaktion mit dem angeschlossenen Fahrzeug eine vorgegebene Ladeleistung einstellen kann.A charging point is a charging device for charging a single electric or plug-in hybrid vehicle (all statements regarding electric vehicles relating to the invention also apply to plug-in hybrid vehicles and vice versa). The charging point is in the context of this invention set up so that it can be addressed via communication means and set by interaction with the connected vehicle a predetermined charging power.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren zur Schieflastbegrenzung wird ein Energie- und Lastmanagement angegeben, welches aufgrund der ermittelten Anzahl der bei einem individuellen Fahrzeug, beispielsweise einem Elektrofahrzeug, verwendeten Phasen und bei nicht dreiphasigem Laden, in Kenntnis der ermittelten belasteten Phasen, einen Ladeplan für jedes am Ladepunkt beziehungsweise am Ladecluster angeschlossenen Fahrzeug erstellt. Dies hat den Vorteil, dass eine vorgegebene maximale Schieflast einer Ladeinfrastruktur mit mehreren Ladeclustern hinter einem Anschlusspunkt, beispielsweise der Anschlusspunkt zu einem Stromnetz, von beispielsweise 4,6 kVA sichergestellt werden kann. Die vorgegebene Schieflastbegrenzung kann von einem Netzbetreiber vorgegeben werden oder von einem Betreiber der Ladecluster oder kann auf andere Art und Weise festgelegt sein. Mit Anschlusspunkt zum Netz ist der Verknüpfungspunkt des Ladeclusters zum elektrischen Energieversorgungsnetz gemeint.The inventive method for unbalanced load limiting an energy and load management is specified, which due to the determined number of used in an individual vehicle, such as an electric vehicle, phases and not three-phase charging, with knowledge of the determined loaded phases, a charging plan for each at the charging point or connected to the charging cluster vehicle created. This has the advantage that a predetermined maximum unbalanced load of a charging infrastructure with multiple charging clusters behind a connection point, for example, the connection point to a power grid, for example, 4.6 kVA can be ensured. The predetermined unbalanced load limit may be specified by a network operator or by an operator of the charging cluster or may be specified in other ways. By connection point to the network is meant the point of connection of the charging cluster to the electrical energy supply network.
Die Anzahl der Phasen, die an einem oder mehreren Ladepunkten des Ladeclusters belastet werden, wird über die Messung der Leistung beim Ladevorgang, während einer Initialisierungsphase am Anfang des Ladevorgangs über Zähler oder Leistungsmesser ermittelt. Aus den Messwerten lässt sich die Anzahl der belasteten oder genutzten Phasen ermitteln. Des Weiteren können die Phasenanschlüsse der einzelnen Ladepunkte (Zuordnung der leistungsübertragenden Kontakte zu den Phasen des Anschlusspunktes) in einer Datenbank hinterlegt sein, so dass die Information, welche Anschlussphase beispielsweise beim einphasigen Ladevorgang belastet wird, schon vorliegt. Bei einem späteren wiederholten einphasigen Ladevorgang zum Laden des Energiespeichers des Fahrzeugs kann die Information der Anschlussphase direkt aus der Datenbank verwendet werden und eine erneute Ermittlung der Anschlussphase kann entfallen.The number of phases charged at one or more charging points of the charging cluster is determined by measuring the charging power during an initialization phase on the charging cycle Start of charging via meter or power meter determined. The measured values can be used to determine the number of loaded or used phases. Furthermore, the phase connections of the individual charging points (assignment of the power-transmitting contacts to the phases of the connection point) can be stored in a database, so that the information on which connection phase is loaded, for example, in single-phase charging already exists. In a later repeated single-phase charging for charging the energy storage of the vehicle, the information of the connection phase can be used directly from the database and a re-determination of the connection phase can be omitted.
Der Ladeplan umfasst die Vorgabe einer maximalen Ladeleistung über einen vorgegebenen oder berechneten Zeitraum. Er wird jeweils für jedes Fahrzeug erstellt, dessen Energiespeicher aufgeladen werden soll. Der Ladeplan eines jeden Fahrzeugs umfasst eine Lastvorgabe (Leistungsvorgabe) für den aktuellen Zeitpunkt oder eine Lastplanung für die Anwesenheit des Fahrzeugs am Ladepunkt während sein Energiespeicher aufgeladen wird. Durch Lastvorgaben an einem oder mehreren Fahrzeugen wird beispielsweise die Schieflast am Anschlusspunkt reaktiv auf einen Wert begrenzt. Bei einer Lastplanung für ein oder mehrere Fahrzeuge wird eine zu erwartende Schieflast präventiv verhindert. Der Ladeplan für jedes individuelle Fahrzeug kann auf verschiedene Art und Weise umgesetzt werden: Als Leistungsvorgabe durch Kommunikationsmittel an einen Ladepunkt, der dazu eingerichtet ist, die Ladeleistung ggf. in Verbindung mit dem Fahrzeug zu begrenzen. Oder durch Kommunikation mit dem Fahrzeug, welches selbst die Leistungsbegrenzung umsetzt (z.B. Verwendung
Eine weitere vorteilhafte Weiterentwicklung des Verfahrens sieht vor, dass die Ermittlung des nicht dreiphasigen Ladens umfasst: Freigeben einer initialen Ladeleistung pro Phase am jeweiligen Ladepunkt, Vergleich der vorgegebenen Ladeleistung mit der vom Fahrzeug angenommenen Ladeleistung, Feststellen eines nicht dreiphasigen Ladens, falls die vom Fahrzeug angenommene Ladeleistung unterhalb eines Schwellwertes liegt, oder Feststellen eines zweiphasigen Ladens, falls die vom Fahrzeug angenommene Ladeleistung unterhalb eines weiteren Schwellwertes liegt, Speichern der ermittelten Ladeart und der belasteten Phase.A further advantageous development of the method provides that the determination of the non-three-phase charging comprises: enabling an initial charging power per phase at the respective charging point, comparing the predetermined charging power with the charging power assumed by the vehicle, determining a non-three-phase charging if the vehicle adopted Charging power is below a threshold value, or determining a two-phase charging, if the charging power assumed by the vehicle is below a further threshold value, storing the determined type of charge and the loaded phase.
Zum Ermitteln des nicht dreiphasigen Ladevorgangs und der belasteten Phasen des Ladevorganges wird zunächst ein Ladesignal oder Ladevorgabe über den Ladepunkt an das Fahrzeug zur Ladung freigegeben und die Reaktion des Fahrzeugs darauf ausgewertet. Daraus wird ermittelt, ob einphasiges oder mehrphasiges Laden vorliegt. Des Weiteren wird auch die Anzahl der belasteten Phasen ermittelt. Die Ladevorgabe kann beispielsweise ein Dreifaches der minimalen Ladeleistung sein. Dies kann über eine Ladesteuerung des Ladeclusters erfolgen. Dabei wird diese zugewiesene Ladeleistung am Ladepunkt gleichmäßig auf alle drei Phasen aufgeteilt, wobei gleichmäßig pro Phase der gleiche Wert zugeteilt wird. Die vom Fahrzeug tatsächlich aufgenommene Leistung wird mit einem Messgerät am Ladepunkt anhand der gemessenen Leistungswerte ermittelt und mit der vorgegebenen Ladeleistung verglichen. Liegt die aufgenommene Leistung unterhalb eines Schwellenwertes unter der freigegebenen Summenleistung für die drei Phasen, wird einphasiges Laden festgestellt. Liegt die aufgenommene Leistung unterhalb eines weiteren Schwellenwertes, wird zweiphasiges Laden festgestellt.For determining the non-three-phase charging process and the charged phases of the charging process, a charging signal or charging instruction is first released to the vehicle for charging via the charging point and the reaction of the vehicle to it is evaluated. From this it is determined whether single-phase or multi-phase charging is present. Furthermore, the number of loaded phases is also determined. The charging requirement may be, for example, three times the minimum charging power. This can be done via a charge control of the charging cluster. In the process, this assigned charging power is evenly distributed at the charging point to all three phases, the same value being allocated evenly per phase. The actual power consumed by the vehicle is determined with a measuring device at the charging point on the basis of the measured power values and compared with the given charging power. If the power consumed is below a threshold below the total enabled power for the three phases, single-phase charging is detected. If the power consumed is below another threshold, two-phase charging is detected.
Dies hat den Vorteil, dass erkannt werden kann, ob am Ladepunkt einphasig, zweiphasig oder dreiphasig geladen wird. Die für den aktuellen Ladevorgang ermittelte Ladeart, das heißt einphasiges oder mehrphasiges Laden, als auch die Zuordnung zur beanspruchten Netzanschlussphase werden gespeichert und können unmittelbar zur Erstellung des Ladeplans verwendet werden. Des Weiteren kann die Feststellung, ob einphasiges oder mehrphasiges Laden vorliegt auch durch hinterlegtes Wissen, beispielsweise in einer Datenbank, ermittelt werden. Dieses Wissen umfasst die Ladeart, fahrzeugspezifische Daten oder Nutzerwunsch. Durch die Speicherung der ermittelten Ladeart, kann bei einem zukünftigen Ladevorgang des Energiespeichers des Fahrzeugs das erneute Ermitteln der Ladeart entfallen.This has the advantage that it can be detected whether charging at the charging point is single-phase, two-phase or three-phase. The charging mode determined for the current charging process, ie single-phase or multi-phase charging, as well as the assignment to the claimed mains connection phase are stored and can be used directly for the creation of the charging plan. Furthermore, the determination as to whether single-phase or multi-phase charging is present can also be determined by stored knowledge, for example in a database. This knowledge includes the type of charge, vehicle-specific data or user request. By storing the determined type of charge, the renewed determination of the charging mode can be omitted in a future charging of the energy storage of the vehicle.
In einer vorteilhaften Weiterentwicklung sieht das Verfahren vor, dass eine maximale Ladeleistung beim Ladevorgang ermittelt wird, umfassend: Freigeben einer maximalen Ladeleistung am jeweiligen Ladepunkt, Vergleich der vorgegebenen maximalen Ladeleistung mit der vom Fahrzeug angenommenen Leistung, und Speichern der vom Fahrzeug aufgenommenen Leistung als maximale Ladeleistung dieses Fahrzeugs.In an advantageous development, the method provides that a maximum charging power is determined during the charging process, comprising: enabling a maximum charging power at the respective charging point, comparing the predetermined maximum charging power with the power assumed by the vehicle, and storing the power consumed by the vehicle as the maximum charging power this vehicle.
In einer vorteilhaften Weiterentwicklung sieht das Verfahren vor, dass eine Verringerung oder Erhöhung der Ladeleistung zum Aufladen des Energiespeichers von einem oder mehreren Fahrzeugen zur Reduzierung der Schieflast führt, wobei die Ladeleistung einzelner Fahrzeuge an einer Anschlussphase verringert oder erhöht wird.In an advantageous further development, the method provides that a reduction or increase in the charging power for charging the energy store by one or more vehicles leads to a reduction in the unbalanced load, whereby the charging power of individual vehicles is reduced or increased at a connection phase.
Wenn ein Fahrzeug an das Ladecluster angeschlossen wird, liegen zunächst keine Informationen zum Fahrzeug oder zum Nutzer des Fahrzeugs vor. Lediglich die Konfiguration des Ladeclusters ist bekannt: Anschlussleistung zum Stromnetz, Anzahl der Ladepunkte, aktive Ladepunkte, Mess- und Steuerungseinrichtungen der Ladepunkte etc. Liegen keine weiteren Informationen vom Fahrzeug oder zum Ladewunsch dessen Nutzers vor, so verwendet eine Schieflastbegrenzungseinheit dann diese Werte um die Schieflast auf einen vorgegebenen Wert begrenzen.When a vehicle is connected to the charging cluster, initially there is no information about the vehicle or the user of the vehicle. Only the configuration of the charging cluster is known: connected load to the power grid, number of charging points, active charging points, measuring and control equipment of the charging points etc. Lying If there is no further information from the vehicle or for the user's request to load it, then an unbalanced load limiting unit uses these values to limit the unbalanced load to a predetermined value.
Das Verhalten der Fahrzeuge, die an einem oder mehreren Anschlusspunkten der Ladecluster angeschlossen sind, wird überwacht, indem die Ladeleistung des jeweiligen an den Ladepunkten ladenden Fahrzeuges gemessen und zurückgeführt wird. Die vom Ladepunkt dem Fahrzeug maximal bereitgestellte Ladeleistung wird berechnet. Die Berechnung erfolgt unter Berücksichtigung aller Fahrzeuge an den Ladepunkten und der vorgegebenen Parameter der Ladepunkte wie Phasenanschluss der Ladepunkte, Leistungsressourcen des Ladeclusters und rückgeführte Leistungsmesswerte. Die zeitliche Auflösung der Leistungsmessung ist mindestens so hoch gewählt, wie die vom Anlagenbetreiber des Ladeclusters beabsichtigte zeitliche Anpassung der Leistungsobergrenze.The behavior of the vehicles, which are connected to one or more connection points of the charging cluster, is monitored by measuring and returning the charging power of the respective vehicle charging at the charging points. The maximum charging power provided to the vehicle by the charging point is calculated. The calculation is based on all vehicles at the charging points and the specified parameters of the charging points such as phase connection of the charging points, power resources of the charging cluster and returned power measurements. The temporal resolution of the power measurement is chosen to be at least as high as the time limit of the power upper limit intended by the system operator of the charging cluster.
Ändern sich gegebene Randbedingungen an einer Phase, indem beispielsweise ein weiteres Fahrzeug zum Laden an die Ladepunkte angeschlossen wird oder der Energiespeicher eines Fahrzeugs vollständig aufgeladen ist, werden neue Werte als Leistungsobergrenze für alle aktiven Ladepunkte der Ladecluster berechnet. Falls erforderlich oder gewünscht können für alle Ladepunkte neue Werte als Leistungsobergrenze berechnet werden, einschließlich derjenigen Ladepunkte bei denen auf einer Phase eine Veränderung eintrat. Dabei wird so vorgegangen, dass das Schieflastkriterium, welches nachstehend erläutert wird, stets erfüllt wird.If given boundary conditions on a phase change, for example by another vehicle being connected to the charging points for charging or if the energy storage of a vehicle is completely charged, new values are calculated as the upper limit for all active charging points of the charging cluster. If required or desired, new values can be calculated as a performance cap for all charging points, including those charging points where a change occurred on one phase. The procedure is that the unbalanced load criterion, which is explained below, is always met.
In einer anderen vorteilhaften Weiterentwicklung ist vorgesehen, dass die Verringerung oder Erhöhung der Ladeleistung von einem oder mehreren Fahrzeugen dazu verwendet wird, die Einhaltung einer Leistungsbezugsdifferenz der Anschlussphasen untereinander sicherzustellen.In another advantageous development, it is provided that the reduction or increase in the charging power of one or more vehicles is used to ensure compliance with a power reference difference of the connection phases with each other.
Das Schieflastkriterium pro Phase ist erfüllt, wenn folgende Anforderungen erfüllt sind:
- 1. die auf den Anschlussphasen gemessenen Leistungen sind ermittelt,
- 2. die Leistungsbezugsdifferenzen zwischen den Anschlussphasen (Einhaltung der Schieflastgrenzen) werden eingehalten, wobei PLi, die Summe aller von Phase i bezogenen Leistungen, und PSO, die Schieflastobergrenze ist:
- 1. the performances measured on the connection phases are determined
- 2. the power reference differences between the connection phases (compliance with the unbalanced load limits) are complied with, where P Li , the sum of all services related to phase i, and P SO , the unbalanced load limit is:
Diese Schieflastrestriktionen werden als feste Grenzwerte hinterlegt, oder als variabler Input einer Optimierung zugeführt.These unbalanced load restrictions are stored as fixed limit values or fed to a variable input as an optimization.
Beim Eintreten einer Schieflast wird die Leistung der nicht dreiphasigen Fahrzeuge entsprechend obiger Kriterien angepasst und gleichzeitig wird die Einhaltung der Leistungsbegrenzung der einzelnen Netzanschlussphasen sichergestellt. Die angeschlossenen Fahrzeuge konkurrieren somit um die beschränkten Leistungsressourcen.If an unbalanced load occurs, the performance of the non-three-phase vehicles is adjusted in accordance with the above criteria, while at the same time ensuring compliance with the power limitation of the individual grid connection phases. The connected vehicles thus compete for the limited power resources.
Vorteilhaft umfasst die Lastplanung ein Leistungsprofil für das jeweilige Fahrzeug und den Ladepunkt. Die Schieflast wird begrenzt durch optimierte, phasenindividuelle Planung der Ladevorgänge im Sinne des Schieflastkriteriums. Um eine optimale Lastplanung für jedes Fahrzeug zu erstellen, werden Daten zum Fahrzeug oder auch zum Nutzerverhalten benötigt. Die Fahrzeugdaten umfassen beispielsweise: maximale Ladeleistung, Speicherkapazität, Ladekennlinie, Ladeenergiebedarf und Ladeart (ein-, zwei oder dreiphasiges Laden). Daten zum Nutzerverhalten umfassen: geplante Abfahrzeit, Wunsch auf sofortiges Laden oder intelligentes Laden, Wunsch auf Klimatisierung zur Abfahrzeit, angestrebtes Ziel-SOC. Auch werden die Daten der Ladecluster benötigt, welche umfassen: Anschlussleistung zum Stromnetz, Anzahl der Ladepunkte, aktive Ladepunkte, etc.The load planning advantageously includes a performance profile for the respective vehicle and the charging point. The unbalanced load is limited by optimized, phase-individual planning of the loading processes in terms of the unbalanced load criterion. To create optimal load planning for each vehicle, data about the vehicle or user behavior is needed. The vehicle data include, for example: maximum charging power, storage capacity, charging characteristic, charging energy requirement and charging mode (one, two or three-phase charging). Data on user behavior include: planned departure time, desire for immediate loading or intelligent charging, desire for air conditioning at departure time, target target SOC. Also, the data of the charging cluster is needed, which includes: connected load to the power grid, number of charging points, active charging points, etc.
Das Leistungsprofil stellt vorteilhafterweise einen Leistungsverlauf über die geplante Anwesenheit des Fahrzeugs am Ladepunkt zur Verfügung.The power profile advantageously provides a performance curve over the planned presence of the vehicle at the charging point.
Eine Lastplanung für die Einhaltung der Schieflast wird erstellt. Es wird ein Leistungsprofil pro Fahrzeug und Ladepunkt berechnet, das den Leistungsverlauf über die geplante Anwesenheit des Fahrzeugs am Ladepunkt beschreibt. Zur Berechnung des Ladeplans für jedes Fahrzeug wird ein Algorithmus verwendet. Beispielsweise ist dies der Bin-Packing-Algorithmus mit einer First-Fit-Strategie, der die bereitgestellten Leistungsressourcen in möglichst wenigen, großen Leistungsblöcke kombinatorisch so verwendet, dass eine schnelle Erreichung des Ziels des Ladens des Energiespeichers der Fahrzeuge entsprechend dem Kundenwunsch erreicht wird. Ein weiterer Algorithmus ist der Viterbi-Algorithmus, wobei Iterationsschritte durchlaufen werden, in denen eine gewichtete Kostenfunktion verglichen wird und so eine wirtschaftlich optimierte Lösung für den Ladeplan ausgegeben wird.Load planning for compliance with the unbalanced load is created. A performance profile per vehicle and charging point is calculated, which describes the performance curve over the planned presence of the vehicle at the charging point. An algorithm is used to calculate the charging schedule for each vehicle. For example, this is the bin-packing algorithm with a first-fit strategy that combinatorially uses the provided power resources in as few large power blocks as possible to achieve rapid achievement of the goal of charging the energy storage of the vehicles according to the customer's request. Another algorithm is the Viterbi algorithm, which iterates through steps comparing a weighted cost function to give an economically optimized solution to the load plan.
Sollte bei einem Ladecluster eine Mischung von Fahrzeugen mit Lastvorgaben und Fahrzeugen mit Lastplanung eintreten, werden die gesamten verfügbaren Leistungsressourcen auf Lastvorgabe und Lastplanung aufgeteilt. Die Verteilung der Leistungsressourcen erfolgt je Anschlussphase in Abhängigkeit der Anzahl der beteiligten Fahrzeuge und ihres Leistungsanspruchs. Weitreichenden Strategien wie dynamische Leistungszuordnung werden implementiert um Optimierungspotenziale stärker zu nutzen. Should a cluster of clusters encounter a mixture of vehicles with load specifications and vehicles with load planning, all available power resources will be split between load specification and load planning. The distribution of the power resources per connection phase depends on the number of vehicles involved and their entitlement to benefits. Far-reaching strategies such as dynamic performance allocation are implemented to make better use of optimization potential.
Der Ladeplan wird anhand von gespeicherten Daten oder anhand von Annahmen über eine benötigte Leistung und/oder Ladeenergiemenge jeweils des einen oder der mehreren Fahrzeuge erstellt. Der Ladeplan für jedes Fahrzeug, dessen Energiespeicher aufgeladen werden soll, ist abhängig von der benötigten Leistung beziehungsweise der Ladeenergiemenge. In die vorausplanende Ladeplanermittlung können weiterhin einfließen: Prognosen über Energieerzeugung beispielsweise Photovoltaik sowie Prognosen über weitere Verbraucher, die denselben Anschluss wie das Ladecluster verwenden und in der gesamthaften Auslastung des Anschlusses berücksichtigt werden müssen. Ferner Wünsche des Fahrzeugnutzers beispielsweise die Abfahrtszeit, Parameter zur Infrastruktur der einzelnen Ladepunkte, Fahrzeugparameter wie Speicherkapazität und Ladekennlinie.The load plan is generated based on stored data or assumptions about a required power and / or amount of each of the one or more vehicles. The charging plan for each vehicle whose energy storage is to be charged depends on the required power or the amount of charging energy. In the preliminary planning of the charging plan, it is also possible to make use of forecasts of energy production, such as photovoltaics, as well as forecasts of further consumers using the same connection as the charging cluster and having to take account of the overall utilization of the connection. Further wishes of the vehicle user, for example the departure time, parameters for the infrastructure of the individual charging points, vehicle parameters such as storage capacity and charging characteristic.
Am Beginn des Ladevorgangs kann eine Messung der Leistung für einen oder mehrere Ladepunkte während einer Initialisierungsphase erfolgen. Die Messung erfolgt über Zähler oder Leistungsmesser. Die Messung kann an jedem Ladepunkt auch über ein externes Messsystem erfolgen, das nicht Bestandteil des Ladeclusters ist. Aus den Messwerten wird die Anzahl der belasteten Phasen ermittelt. Nach erfolgter Initialisierungsphase wird festgestellt, ob ein Ladevorgang einphasig, zweiphasig oder dreiphasig ist.At the beginning of the charging process, a measurement of the power for one or more charging points during an initialization phase can take place. The measurement takes place via counter or power meter. The measurement can also be made at each charging point via an external measuring system, which is not part of the charging cluster. From the measured values, the number of loaded phases is determined. After the initialization phase, it is determined whether a charging process is single-phase, two-phase or three-phase.
Die Phasenanschlüsse der einzelnen Ladepunkte des Ladeclusters können in einer Datenbank gespeichert werden. Das Speichern der ermittelten Ladeanschlüsse hat den Vorteil, dass beim Erstellen des Ladeplans beim Ladevorgang für eines am jeweiligen Ladepunkt angeschlossene Fahrzeug, unmittelbar die Information berücksichtig wird, welche Anschlussphasen bei einem nicht dreiphasigen Ladevorgang belastet werden.The phase connections of the individual charging points of the charging cluster can be stored in a database. The saving of the determined charging connections has the advantage that, when the charging plan is being created during the charging process for a vehicle connected to the respective charging point, the information is immediately taken into account which connection phases are charged in a non-three-phase charging process.
Erfindungsgemäß ist eine Schieflastbegrenzungseinheit zum Ausführen des Verfahrens zur Schieflastbegrenzung angegeben. Die Schieflastbegrenzungseinheit umfasst vorteilhaft ein Informationsverarbeitungs-Modul zum Speichern und Bereitstellen von Daten, ein Detektions-Modul zur Detektion einer Ladeart (definiert durch genutzte Phasen und Leistung), ein Ladeplan-Modul zum Erstellen eines Ladeplans, ein Lastvorgabe-Modul zur Laststeuerung einzelner Phasen an einem Ladepunkt, ein Lastplanungs-Modul zur Lastplanung einzelner Phasen an einem Ladepunkt.According to the invention, an unbalanced load limiting unit for carrying out the method for unbalanced load limiting is specified. The unbalanced load limiting unit advantageously comprises an information processing module for storing and providing data, a detection mode for detecting a charge type (defined by used phases and power), a charge plan module for creating a charge plan, a load demand module for load control of individual phases a charging point, a load planning module for load planning of individual phases at a charging point.
Das Informationsverarbeitungs-Modul, das Detektions-Modul, das Ladeplan-Modul, das Lastvorgabe-Modul, das Lastplanungs-Modul können insgesamt oder zumindest teilweise in einem Modul zusammengefasst werden. Das Ladeplan-Modul umfasst auch das Ermitteln der Leistungsressourcen, am Netzanschlusspunkt. Die Leistungsressourcen sind Leistungen die in Abhängigkeit der Ist-Auslastung des Ladeclusters frei verteilt werden können.The information processing module, the detection module, the loading plan module, the load request module, the load planning module can be combined in total or at least partially in one module. The load plan module also includes determining the power resources at the grid connection point. The service resources are services that can be distributed freely depending on the actual load of the load cluster.
Das Informationsverarbeitungs-Modul empfängt und speichert alle Informationen oder Daten, die zur gleichzeitigen Durchführung des Verfahrens zur Last- und Schieflastbegrenzung notwendig sind. Eine eindeutige Zuordnung von Ladepunkt und angeschlossenem Fahrzeug wird über einen Authentifizierungsvorgang am Ladepunkt gewährleistet. Die Daten die im Informationsverarbeitungs-Modul gespeichert werden, umfassen Fahrzeug- und Nutzerdaten und können beispielsweise auch aus den folgenden Bezugsquellen bezogen werden: externe Datenbanken mit fahrzeugspezifischen Kenndaten (beispielsweise BMW Connected Drive), spezielle Applikationen zum intelligenten Laden auf mobilen Endgeräten, Verknüpfung zu Nutzer-Accounts von Dienstleistern über eine Authentifizierung oder eine Tabelle mit hinterlegtem Wissen aus vorangegangen Ladevorgängen an der Ladecluster.The information processing module receives and stores any information or data necessary to simultaneously carry out the load and unbalance control method. An unambiguous assignment of the charging point and the connected vehicle is ensured via an authentication process at the charging point. The data stored in the information processing module include vehicle and user data and can be obtained, for example, from the following sources: external databases with vehicle-specific characteristics (for example, BMW Connected Drive), special applications for smart loading on mobile devices, linking to users Accounts of service providers via an authentication or a table with deposited knowledge from previous load operations at the load cluster.
Die verfügbaren Leistungsressourcenkönnen aus verschiedenen Quellen stammen, wie beispielsweise: Photovoltaik, Netz, Speicher, Blockheizkraftwerke. Die Leistungswerte für die unterschiedlichen Quellen können unterschiedlichen Ursprungs sein: feste Konfigurationsparameter, welche vom Betreiber einstellbar sind; Datenbankwerte, beispielsweise zeitliche bedingte Leistungsverläufe; Daten von angebundenen Gebäudemanagementsystemen; Messungen; Prognosen.The available power resources may come from different sources, such as: photovoltaic, grid, storage, combined heat and power plants. The power values for the different sources can be of different origin: fixed configuration parameters that can be set by the operator; Database values, such as time-related performance histories; Data from connected building management systems; measurements; Forecasts.
Bei symmetrischer Einspeisung werden Leistungsressourcen gleichmäßig auf alle drei Phasen verteilt, so dass pro Phase jeweils ein Drittel der verfügbaren Leistung zur Verwendung im Lastvorgabe-Modul sowie Lastplanungs-Modul bereitsteht.With symmetrical infeed, power resources are evenly distributed across all three phases, so that one third of the available power is available per phase for use in the load specification module and load scheduling module.
Das Ladeplan-Modul kann eine unsymmetrische Auslastung des Ladeclusters durch Messungen, externe Informationen oder Prognosen der Auslastung erkennen. Je nach Netzsituation können die Module Lastvorgabe und Lastplanung Schieflast beschränken.The load plan module can detect unbalanced load on the load cluster through measurements, external information, or utilization forecasts. Depending on the network situation, the modules can limit load specification and load planning unbalanced load.
Erfindungsgemäß ist ein Ladecluster angegeben, welches mehrere Ladepunkte zum Laden des Energiespeichers eines oder mehrerer Fahrzeuge umfasst, wobei das Ladecluster eine Schieflastbegrenzungseinheit aufweist. Das Ladecluster ist beispielsweise eine Flottenladeeinrichtung die mehrere Ladepunkte aufweist, an denen eines oder mehrere Fahrzeuge, insbesondere Elektrofahrzeuge, angeschlossen werden.According to the invention, a charging cluster is specified, which has several charging points for charging the Energy storage of one or more vehicles, wherein the charging cluster has a unbalanced load limiting unit. The charging cluster is, for example, a fleet loading device which has a plurality of charging points to which one or more vehicles, in particular electric vehicles, are connected.
Weitere Einzelheiten der Erfindung sind den Ausführungsbeispielen zu entnehmen, die im Folgenden anhand der Figuren beschrieben werden. Es zeigen:
-
1 : schematischer Aufbau einer Schieflastbegrenzungseinheit; -
2 : Ablauf des Verfahrens zur Schieflastbegrenzung in einer Schieflastbegrenzungseinheit.
-
1 : schematic structure of a unbalanced load limiting unit; -
2 : Procedure of the method for unbalanced load limiting in a unbalanced load limiting unit.
Die Schieflastbegrenzungseinheit
Mit einem Detektions-Modul
Die Schieflastbegrenzungseinheit
Die Schieflastbegrenzungseinheit
Nach dem Anschluss eines oder mehrerer Fahrzeuge am Ladecluster, wird in einem ersten Schritt überprüft, ob fahrzeugspezifische Daten (zur Ladeart: z.B. einphasig/dreiphasig ladendes Fahrzeug, maximale Ladeleistung, Verlauf der Ladekennlinie) im Modul
Liegen genügend Daten vor, wird unmittelbar ein Ladeplan in Form einer Lastplanung für das Fahrzeug bereitgestellt. Die Lastplanung wird vom Lastplanungs-Modul
Liegen nicht genügend Daten für eine Lastplanung vor, wird ermittelt, ob einphasiges Laden bei einem oder mehreren Ladepunkten vorliegt und es wird ermittelt, welche Phase bei einphasigem Laden belastet wird. Dies wird vom Detektions-Modul
Zusammenfassend ist festzuhalten, dass durch die beschriebenen Maßnahmen eine Schieflastbegrenzungseinheit und ein Verfahren zur Schieflastbegrenzung beim Ladevorgang eines Energiespeichers eines oder mehrerer Fahrzeuge an einem oder mehreren Ladepunkten eines Ladeclusters angegeben wird, durch das ein energie- und leistungsoptimierter Ablaufplan für Ladevorgänge von Elektrofahrzeugen und sogenannten Plug-In-Hybridfahrzeugen an einem Ladecluster bestehend aus mehreren Ladepunkten generiert werden kann. Das Verfahren ermöglicht eine höhere Ausnutzung der zur Verfügung stehenden Anschlussleistung aufgrund der phasenweisen Optimierung und die Sicherstellung der Einhaltung des Schieflastkriteriums für Ladeinfrastrukturen mit mehreren Ladepunkten.In summary, it should be noted that the described measures specify a unbalanced load limiting unit and a method for unbalanced load during charging of an energy store of one or more vehicles at one or more charging points of a charging cluster, by means of which an energy- and power-optimized schedule for charging processes of electric vehicles and so-called plug-in charging systems. In-hybrid vehicles can be generated at a charging cluster consisting of several charging points. The method allows a higher utilization of the available connection power due to the phased optimization and ensuring compliance with the unbalanced load criterion for charging infrastructures with multiple charging points.
Es ist zu beachten, dass die in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systeme sowohl alleine, als auch in Kombination mitanderen in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systemen verwendet werden können. Des Weiteren können jegliche Aspekte der in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtung und Systemen in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden. Insbesondere können die Merkmale der Ansprüche in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden.It should be understood that the methods, devices and systems described herein may be used alone as well as in combination with other methods, devices and systems described in this document. Furthermore, any aspects of the methods, apparatus, and systems described herein may be combined in a variety of ways. In particular, the features of the claims can be combined in a variety of ways.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- SESE
- SchieflastbegrenzungseinheitUnbalanced load limitation unit
- M1M1
- Informationsverarbeitungs-ModulInformation processing module
- M2M2
- Detektions-ModulDetection module
- M3M3
- Ladeplan-ModulCharging plan module
- M4M4
- Lastvorgabe-ModulLoad default module
- M5M5
- Lastplanungs-ModulLoad planning module
- M6M6
- Modul präventiver SchieflastvermeidungModule preventive weight loss prevention
- LPLP
- Ladepunkt(e)Load point (e)
- KK
- Kommunikationskanalcommunication channel
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature
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- 2017-03-08 DE DE102017203852.7A patent/DE102017203852A1/en active Pending
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