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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Koordinieren von Ladevorgängen mehrerer Kraftfahrzeuge mittels einer Koordinationseinrichtung, sowie eine Koordinationseinrichtung.
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Aktuell ist der Anteil elektrifizierter Kraftfahrzeuge noch relativ gering, weshalb auch die Energieversorgung für solche Elektrofahrzeuge kein Problem darstellt. Allerdings muss mit einem schnellen Anwachsen des Gebrauchs von Elektrofahrzeugen gerechnet werden. Darüber hinaus nimmt auch die Automatisierung von Kraftfahrzeugen zu, sodass auch anzunehmen ist, dass zukünftig viele Kraftfahrzeuge automatisch fahren werden. In einem solchen Fall müssen dann Kraftfahrzeuge selbsttätig ökonomisch und effizient über das Laden entscheiden können. Jedoch steht hierfür noch keinerlei technologische Unterstützung bereit.
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Ein schnelles Wachstum des Anteils an elektrifizierten Kraftfahrzeugen würde zudem sehr hohe Anforderungen an die Energieversorgung beziehungsweise deren Verfügbarkeit stellen. Wenn beispielsweise die meisten Kraftfahrzeuge nachts auf ihrem Parkplatz gleichzeitig geladen werden würden, würde dies das Stromnetz überlasten und zudem hohe Energiekosten zur Folge haben. In gleicher Weise gäbe es einen viel zu großen Wettstreit um zur Verfügung stehende freie Ladestationen. Die Zunahme an elektrischen Kraftfahrzeugen würde also zu einem Stromversorgungsengpass führen, was wiederum die Stromkosten enorm in die Höhe treiben würde. All diese Dinge würden sich also nachteilig auf die Verwendung von Elektrofahrzeugen auswirken. Andererseits würde aber auch das Erstellen neuer Energieerzeugungsprojekte enorm viel Zeit in Anspruch nehmen, um mit diesem Energiebedarf umgehen zu können. Insbesondere würde der Aufbau neuer Kraftwerke oder Energieerzeugungsanlagen durch die Regierung oder den öffentlichen Sektor viele Jahre dauern. Zudem verfolgen viele Länder, darunter auch Deutschland, den vollständigen Ausstieg aus der Kernenergie und die Reduktion verbrennungsbasierter Energieerzeugung, zum Beispiel durch Kohlekraftwerke, da die C02-Emission die Umwelt massiv belastet. Aber den gesamten Energiebedarf allein durch regenerative Energiequellen zu decken ist bereits jetzt schon schwierig und erst recht aussichtslos, falls noch ein drastischer Anstieg des Energiebedarfs, insbesondere bei räumlichen und/oder zeitlichen Verbrauchsspitzen, hinzukommt. Würde ein starker Anstieg der Anzahl von Elektrofahrzeugen zudem das Vorsehen zusätzlicher Kohlekraftwerke erforderlich machen, dann würde die durch die Elektrofahrzeuge reduzierte CO2-Emission nur auf die Energieerzeugung durch Kraftwerke verlagert werden, was kontraproduktiv wäre und zudem umwelttechnisch fatal.
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Daher wäre es wünschenswert, die Energieversorgung auch bei einem Anstieg der Anzahl an elektrifizierten Kraftfahrzeugen auf möglichst kostengünstige Weise sicherstellen zu können.
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Die
US 2017/0282736 A1 beschreibt ein automatisiertes System zur Verwaltung und Bereitstellung eines Ladestationennetzwerks. Hierbei können einem Kraftfahrzeug unter Berücksichtigung von Strom kosten und der Position des Kraftfahrzeugs mehrere mögliche Ladestationen zur Auswahl gestellt werden und eine ausgewählte Ladestation kann für das Kraftfahrzeug reserviert werden. Die Zuweisung eines Kraftfahrzeugs zu einer Ladestation erfolgt dabei höchstens unter der Verwendung von Parametern dieses zuzuweisenden Kraftfahrzeugs, sowie Parametern der Ladestation, aber nicht unter Berücksichtigung von Informationen anderer Fahrzeuge, geschweige denn unter Berücksichtigung von Informationen einer Fahrzeugflotte.
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Weiterhin beschreibt die
DE 10 2012 015 949 A1 ein Verfahren zur Steuerung des Ladebetriebs eines Elektrofahrzeugs, welches über eine Energieverbindung mit wenigstens einer elektrischen Energiequelle verbunden wird, wobei wenigstens ein den zeitlichen Verlauf eines Ladevorgangs bestimmender Ladeparameter in Abhängigkeit wenigstens einer prädiktiven, zeitbezogenen Nutzungsinformation für das Elektrofahrzeug ermittelt wird. Auf Basis der Nutzungsinformation kann beispielsweise geschlussfolgert werden, dass die Batterie aktuell nicht vollständig geladen werden muss, da demnächst eine für den Nutzer komfortablere Lademöglichkeit, zum Beispiel zu Hause oder an seinem Arbeitsplatz, zur Verfügung steht. Eine Zuweisung eines Kraftfahrzeugs hierbei jedoch nicht, weder im räumlichen noch zeitlichen Sinne.
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Des Weiteren beschreibt die
DE 10 2013 221 492 A1 ein Verfahren zum Erzeugen eines gemeinsamen Geheimnisses zwischen einem Elektrofahrzeug und einer kontrollierenden Instanz einer zum Aufladen des Elektrofahrzeugs ausgestalteten Ladestation. Ein Lernen, insbesondere Maschinenlernen, von Ladebedarfsdaten erfolgt hierbei jedoch nicht, genauso wenig wie eine Berücksichtigung laderelevanter Infrastrukturdaten.
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Durch diese Verfahren und Systeme wird jedoch ebenfalls keine Lösung für das oben beschriebene Problem des Stromversorgungsengpasses und der Zunahme der Strompreise bei steigender Anzahl von Elektrofahrzeugen vorgesch lagen.
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Daher ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen, welche eine Verbesserung oder eine Optimierung der Energieverfügbarkeit und der Stromkosten, insbesondere im Falle eines Anstiegs der Anzahl an elektrifizierten Kraftfahrzeugen, ermöglichen.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren und eine Koordinationseinrichtung mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung sowie der Figuren.
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Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Koordinieren von Ladevorgängen mehrerer Kraftfahrzeuge mittels einer Koordinationseinrichtung empfängt die Koordinationseinrichtung von einem jeweiligen der Kraftfahrzeuge zumindest eine erste Information betreffend eine Position des jeweiligen Kraftfahrzeugs und eine zweite Information betreffend einen Energiespeicher des jeweiligen Kraftfahrzeugs. Darüber hinaus empfängt die Koordinationseinrichtung zumindest eine dritte Information betreffend eine von zumindest einem Energieversorgungsnetz bereitstellbare Energieversorgung. Des Weiteren ermittelt die Koordinationseinrichtung für ein jeweiliges Kraftfahrzeug in Abhängigkeit von den ersten und zweiten Informationen sowie in Abhängigkeit von der dritten Information einen empfohlenen Ladeortsbereich und ein empfohlenes Zeitintervall für ein Laden des jeweiligen Kraftfahrzeugs und übermittelt eine Angabe über den für ein jeweiliges Kraftfahrzeug ermittelten empfohlenen Ladeortsbereich und über das empfohlene Zeitintervall an das jeweilige Kraftfahrzeug.
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Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass durch eine zentralisierte Koordination von Ladevorgängen der mehreren Kraftfahrzeuge eine bessere und angepasstere räumliche und zeitliche Verteilung von Ladevorgängen ermöglicht wird, was wiederum eine Optimierung der Energieverfügbarkeit und der Stromkosten, insbesondere im Falle eines Anstiegs der Anzahl an elektrifizierten Kraftfahrzeugen, ermöglicht. Durch das Sammeln von Informationen, insbesondere telematischen und diagnostischen Daten beziehungsweise Zustandsdaten der jeweiligen Kraftfahrzeuge und deren Energiespeicher, sowie von Informationen betreffend die Energieversorgung, wird vorteilhafterweise eine optimierte Koordination der Ladevorgänge von mehreren elektrifizierten Kraftfahrzeugen und dadurch eine optimierte räumliche und zeitliche Verteilung dieser Ladevorgänge ermöglicht. Dadurch lassen sich vorteilhafterweise gezielt Ladestoßzeiten und damit einhergehende Versorgungsengpässe und Preiserhöhungen vermeiden, ohne dass dafür der Ausbau der Energieerzeugung nötig ist. Dies ermöglicht es vorteilhafterweise, die Strompreise niedrig zu halten, was wiederum ein starkes Argument für den Kauf eines Elektrofahrzeugs darstellt. Da sich hierdurch vorteilhafterweise eine zu starke Beanspruchung des Energieversorgungsnetzes durch zu viele Elektrofahrzeuge vermeiden lässt, ist dieses Verfahren zudem besonders umweltfreundlich. Beispielsweise wird es hierdurch vermieden, dass zu Stoßzeiten eine Energieversorgung durch Kernkraftwerke, Kohlekraftwerke oder Gaskraftwerke zur Verfügung gestellt werden muss, was die CO2-Emission reduziert sowie auch die Umweltverschmutzung. Zudem ist dieses Verfahren auch besonders gut für automatisch fahrende Fahrzeuge geeignet, da hierdurch eine Empfehlung für Ort und Zeit an das jeweilige Kraftfahrzeug übermittelt werden kann, welches daraufhin sich automatisiert zu der gegebenen Zeit beziehungsweise dem empfohlenen Zeitintervall an der empfohlenen Ladestation einfinden kann.
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Der Ladeortsbereich kann beispielsweise eine Ladestation darstellen oder einen Bereich mit einer oder mehreren Ladestationen. Als Ladeortsbereich können aber nicht nur öffentliche Ladestationen empfohlen werden, sondern beispielsweise auch durch private Haushalte bereitgestellte Ladestationen. Einem betreffenden Fahrzeug kann somit zum Beispiel auch eine Ladestation des privaten Haushalts des Halters oder Nutzers des betreffenden Kraftfahrzeugs empfohlen werden. Auch dies kann der Koordinationseinrichtung mitgeteilt werden. Bei der Koordination der Ladevorgänge wird zudem eine Empfehlung für ein betreffendes Kraftfahrzeug nicht nur in Abhängigkeit von Daten dieses einzelne Kraftfahrzeug betreffend ermittelt, sondern auch Daten der anderen Kraftfahrzeuge und deren Ladezustände sowie Positionen berücksichtigt. Um eine optimierte Zuordnung der Kraftfahrzeuge zu Ladestationen sowie Ladezeitpunkten beziehungsweise Ladezeitintervallen zu ermöglichen, sodass einerseits eine optimale Anpassung der Ladevorgänge an die räumliche und zeitlich bereitstellbaren Energiemengen zumindest eines Versorgungsnetzes ermöglicht wird, andererseits auch ein Laden eines jeweiligen betreffenden Kraftfahrzeugs, ohne dass dieses hierzu große Umwege auf sich nehmen muss, ermöglicht wird, können sogenannte Predictive Analytics verwendet werden, zum Beispiel unter Verwendung vorhersagender Modellierung, bei welcher ein mathematisches Modell auf Basis von historischen Daten erstellt wird, welches ein prädiktives Modell darstellt und das dann auf aktuelle Daten angewandt wird, zum Beispiel um bestimmte Ereignisse vorherzusagen oder eine Optimierung zu ermöglichen. Darunter fallen auch maschinenlernende Verfahren sowie Data-Mining.
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Besonders vorteilhaft ist dabei die Verwendung eines künstlichen neuronalen Netzes, da diese besonders geeignet zur Analyse komplexer Vorhersage- und Optimierungsaufgaben sind. Nichtsdestoweniger kann eine Modellierung der Situation, insbesondere zur Bestimmung des empfohlenen Ladeortsbereichs und des empfohlenen Zeitintervalls, auch auf anderen Methoden unter Verwendung künstlicher Intelligenz basieren. Beispiele hierfür sind die Spieltheorie, die eine mathematische Methode darstellt, in der Entscheidungssituationen modelliert werden, in denen mehrere Beteiligte interagieren, die dynamische Programmierung, die eine Methode zum algorithmischen Lösen eines Optimierungsproblems durch Aufteilung in Teilprobleme und systematischen Speicherung von Zwischenresultaten darstellt, und die Pareto-Optimierung, auch mehrkriterielle Optimierung, multikriterielle Optimierung oder Vektoroptimierung genannt, die das Lösen eines Optimierungsproblems mit mehreren Zielen, also eines mehrkriteriellen oder multikriteriellen Problems zum Gegenstand hat. Besonders vorteilhaft ist es dabei vor allem, wenn, wie dies gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung vorgesehen ist, die Koordinationseinrichtung den empfohlenen Ladeortsbereich und das empfohlene Zeitintervall in Abhängigkeit von den ersten und zweiten Informationen sowie in Abhängigkeit von der dritten Information mittels eines Deep-Learning-Verfahrens, insbesondere unter Verwendung eines tiefen künstlichen neuronalen Netzes, ermittelt. Hierdurch lässt sich eine Optimierung basierend auf einer Vorhersage des Verbrauchs und der Nutzung der Energie durchführen. Weiterhin ist es auch denkbar, dass die Koordinationseinrichtung eine Vorhersage über einen Energiebedarf der jeweiligen Kraftfahrzeuge und über die von dem zumindest einen Energieversorgungsnetz, insbesondere zum Laden der Kraftfahrzeuge, bereitstellbare Energie mittels Predictive Analytics erstellt und den empfohlenen Ladeortsbereich und das empfohlene Zeitintervall in Abhängigkeit von der Vorhersage ermittelt. Diese Vorhersage kann sich auf einen vorbestimmten Zeitraum beziehen, der vorzugsweise relativ kurz bemessen ist, wodurch sich eine solche Vorhersage relativ genau erstellen lässt.
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Ein solches künstliches neuronales Netz kann optional auch zunächst in einer Lernphase mit entsprechenden Lerndaten trainiert werden. Diese Lerndaten können beispielsweise Erfahrungswerte und/oder bereits erfasste Fahrdaten, Verbrauchsdaten und Versorgungsnetzdaten darstellen. Eine solche Lernphase ist vor allem bei der Verwendung eines überwachten Lernverfahrens vorteilhaft, während bei der Verwendung anderer Verfahren, zum Beispiel bei verstärkenden Lernverfahren, auch auf eine Lernphase verzichtet werden kann bzw. die Lernphase kann mit einer Anwendungsphase einhergehen, so dass das System seine Entscheidungsstrategie in Abhängigkeit von bereitgestelltem Feedback vorwährend anpasst und optimiert, um seine Belohnung zu maximieren.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst die erste Information historische und/oder aktuelle Positionsdaten eines jeweiligen der Kraftfahrzeuge und/oder eine geplante Fahrroute des jeweiligen Kraftfahrzeugs. Auf Basis der historischen Positionsdaten oder Streckendaten, zum Beispiel bereits gefahrener Strecken, können bestimmte Regelmä-ßigkeiten, Muster oder Routinen abgeleitet werden, die vorteilhafterweise für eine Vorhersage genutzt werden können, wann sich das betreffende Kraftfahrzeug in welchem geografischen Bereich wahrscheinlich aufhalten wird, um hieraus geeignete und mögliche empfohlene Ladeortsbereiche und die zugehörigen Ladezeitintervalle ermitteln zu können. Genauso können auch geplante Fahrrouten, wenn diese beispielsweise in ein Navigationssystem des Kraftfahrzeugs eingegeben werden, genutzt werden, um geeignete Ladeorte mit zugehörigen Ladezeitintervallen entlang dieser Route zu ermitteln und mit den Daten der anderen Kraftfahrzeuge entsprechend abzustimmen, insbesondere unter Berücksichtigung der von dem Versorgungsnetz bereitgestellten dritten Information. Diese erste Information kann zudem wiederholt, zum Beispiel in regelmäßigen Zeitabständen, insbesondere nur während der Fahrt des betreffenden Kraftfahrzeugs, oder auch ereignisgetriggert, zum Beispiel bei einem jeweiligen Start des Kraftfahrzeugs, an die Koordinationseinrichtung, zum Beispiel über Funk oder eine andere kabellose Kommunikationsmöglichkeit, übermittelt werden.
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Auf Basis dieser ersten Informationen lassen sich dann vorteilhafterweise sehr genaue Vorhersagen machen, in welchem geografischen Gebiet sich ein Kraftfahrzeug während eines Zeitintervalls, in welchem demnächst ein Laden des Energiespeichers stattfinden sollte, befinden wird.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst die zweite Information mindestens eine der folgenden Daten: Einen Typ und/oder eine maximale Kapazität des Energiespeichers eines jeweiligen Kraftfahrzeugs, einen aktuellen Ladezustand des Energiespeichers, eine auf Basis des aktuellen Ladezustands des Energiespeichers prognostizierte Restreichweite des jeweiligen Kraftfahrzeugs, einen Zeitpunkt des letzten Ladens des Energiespeichers und/oder eine ab dem Zeitpunkt des letzten Ladens gefahrene Strecke oder auch ein weiterer elektrischer Parameter des jeweiligen Kraftfahrzeugs. All diese Daten sind vorteilhafterweise geeignet, um vorherzusagen, in welchem Zeitraum ein Aufladen des Energiespeichers vorteilhaft beziehungsweise erforderlich sein wird. Vor allem ist die prognostizierte Restreichweite eines jeweiligen Kraftfahrzeugs besonders vorteilhaft als die zweite Information, da eine solche Restreichweite unter Umständen von einem Kraftfahrzeug auf Basis des aktuellen Ladezustands des Energiespeichers, optional weiterer Batterieparameter wie zum Beispiel der Batterietemperatur oder ähnlichem, sowie der Fahrweise bzw. des Fahrstils des Fahrers bereits zum Teil selbst ermittelt werden kann. Eine solche Restreichweite lässt sich dann besonders vorteilhaft von der Koordinationseinrichtung weiterverwerten. Andernfalls kann die Koordinationseinrichtung durch entsprechende von den jeweiligen Kraftfahrzeugen bezogene Daten über den aktuellen Ladezustand des Energiespeichers, Typ des Batteriespeichers, Batterietemperaturen, anderer Zustandsparameter sowie unter Umständen auch Fahrparameter, insbesondere Fahrdynamikparameter, aus denen sich die Fahrweise eines Fahrers ableiten lässt, eine solche Restreichweite auch selbst ermitteln beziehungsweise prognostizieren. Auch diese Daten können wiederholt, insbesondere während der Fahrt der jeweiligen Kraftfahrzeuge, zum Beispiel regelmäßig, oder auch nur zu bestimmten Ereignissen an die Koordinationseinrichtung übermittelt werden. Auf Basis dieser Daten lässt sich vorteilhafterweise besonders genau vorhersagen, zu welchem Zeitpunkt ein jeweiliges der Kraftfahrzeuge wahrscheinlich geladen werden sollte.
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Im Allgemeinen werden von den Kraftfahrzeugen telematische und diagnostische Daten an die Koordinationseinrichtung übermittelt, wobei elektrische Parameter des Kraftfahrzeugs eine Untergruppe der diagnostischen Daten darstellt. Zudem sind die genannten Beispiele für die erste und zweite Information nur als besonders vorteilhafte Beispiele zu verstehen und nicht als abschließende Aufzählung.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst die dritte Information eine auf einen Zeitraum und/oder einen Ortsbereich bezogene Daten betreffend Stromkosten und/oder eine bereitstellbare Energiemenge und/oder einen Auslastungszustand des mindestens einen Versorgungsnetzes. Dies ist besonders vorteilhaft, denn unter Berücksichtigung dieser Parameter lässt sich das Laden der jeweiligen Elektrofahrzeuge optimiert auf die zu jeweiligen Zeitpunkten an jeweiligen Orten vorhandenen Energiekapazitäten abstimmen. Besonders vorteilhaft ist dabei die Berücksichtigung des Auslastungszustands, da der Wirkungsgrad eines Stromerzeugers für eine bestimmte Last optimal ist. Dies kann bei der Koordination vorteilhafterweise ebenfalls berücksichtigt werden und so der Wirkungsgrad insgesamt gesteigert werden. Ohne eine Koordination der Ladevorgänge würde eine hohe Energieanforderung von Seiten der Elektrofahrzeuge zu einem überlasteten Betrieb der Stromerzeuger führen, dies wiederum zu einem verminderten Wirkungsgrad und dies wiederum zu höheren Strompreisen.
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Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Koordinationseinrichtung zum Empfang der dritten Information mit einem zentralen Stromnetz und/oder mindestens einem Microgrid oder einem Smart Grid kommuniziert. Ein Microgrid ist dabei ein lokales Stromnetz, welches Energie erzeugt und autonom arbeiten kann, genauso gut aber auch mit einem übergeordneten Versorgungsnetz verbunden sein kann und mit diesem synchron arbeitet. Die Koordinationseinrichtung kann auch mit mehreren, insbesondere vielzähligen Microgrids und/oder einem Cluster aus Microgrids, kommunizieren, um die dritte Information zu empfangen. Die von einem Microgrid erzeugte Energie kann damit direkt an Verbraucher abgegeben werden oder alternativ auch in ein übergeordnetes Versorgungsnetz eingespeist werden. Wenn zum Beispiel im August viele Familien in Urlaub fahren, sinkt der Stromverbrauch in diesen Haushalten deutlich. Die von Microgrids bereitgestellte Energie kann dann zum Beispiel zur Ladung von Elektrofahrzeugen verwendet werden. Somit können vorteilhafterweise Fahrzeuge, die Energie benötigen, an Smart Grids vermittelt werden, die Energiesenken benötigen. Bei der Koordination der Ladevorgänge der Kraftfahrzeuge ist es besonders vorteilhaft, sowohl übergeordnete Versorgungsnetze, zentralisierte und/oder dezentralisierte Versorgungsnetze, als auch derartige Microgrids einzubeziehen, um möglichst präzise die zu einem gegebenen Zeitpunkt oder Zeitintervall an einem bestimmten Ort vorhandenen Energiekapazitäten möglichst gut abschätzen zu können. Derartige Versorgungsnetze können beispielsweise als sogenannte Smart Grids, das heißt als intelligente Versorgungsnetze, ausgebildet sein. Durch solche Smart Grids können Prognosen des Verbrauch sowie die zu jeweiligen Zeitpunkten und an jeweiligen Orten zur Verfügung stellbare Energie sowie deren Preis vorhergesagt werden. Die Koordinationseinrichtung, die zum Beispiel selbst Teil eines Kraftfahrzeug-Backends sein kann, kann beispielsweise in ein Backend eines solchen intelligenten Stromnetzes integriert sein oder zumindest mit diesem kommunizieren. Somit können jederzeit besonders präzise Vorhersagen getroffen werden, was die Optimierungsmöglichkeiten weiter verbessert.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die Angabe über den empfohlenen Ladeortsbereich und das empfohlene Zeitintervall an das jeweilige Kraftfahrzeug in Form eines Lade-Tokens übermittelt. Dieser Token kann dann in vorteilhafter Weise gleichzeitig zur Authorisierung eines Ladevorgangs an der über diesen Token identifizierten Ladestation während des empfohlenen Ladezeitintervalls dienen. Ein solcher Token kann kryptographisch erzeugt werden. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird der Token, insbesondere der kryptographische Token, mittels eines Hardware-Sicherheitsmoduls, auch Hardware Security Module (HSM) genannt, zum Beispiel mittels IBM CryptoCards, oder mittels Quantencomputer-Kryptographie, oder mittels eines Software-Moduls, welches dedizierte Kryptographie-Algorithmen implementiert, zum Beispiel Elliptische-Kurven-Kryptografie, erzeugt. Mittels eines solchen kryptographischen Tokens kann einerseits die empfohlene Ladestation für das Kraftfahrzeug reserviert werden und andererseits kann verhindert werden, dass die Reservierung durch eine Person oder ein System manipuliert wird, wodurch vorteilhafterweise Missbrauch verhindert werden kann. Die Ladestationen können dann entsprechende Dekodierer für die Token aufweisen. Zudem können die gleichen Kryptographie-basierten Token-Konzepte, wie sie oben genannt wurden, in gleicher Weise auch für die Übermittlung der Informationen, insbesondere der dritten Information, zwischen den Stromnetzen und der Koordinationseinrichtung verwendet werden. Hierdurch kann vorteilhafterweise das Hacken eines IT-Systems der Stromnetze verhindert oder zumindest erschwert werden und dadurch schlimmere Folgen, wie ein Totalausfall der Stromversorgung verhindert werden.
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Weiterhin ist es auch vorteilhaft, wenn die Angabe über den empfohlenen Ladeortsbereich an das empfohlene Zeitintervall als eine Benachrichtigung an einen Benutzer und/oder Halter des jeweiligen Kraftfahrzeugs ausgegeben wird, insbesondere durch eine Ausgabeeinrichtung des betreffend Kraftfahrzeugs und/oder durch ein dem Benutzer beziehungsweise dem Halter zugeordnetes Gerät, insbesondere ein mobiles Kommunikationsgerät. Der Benutzer beziehungsweise Halter eines Kraftfahrzeugs kann zum Beispiel mit seinem mobilen Kommunikationsgerät, wie zum Beispiel einem Handy, Smartphone, einem Tablet-PC oder ähnliches, bei der Koordinationseinrichtung registriert sein. Wird also die Angabe über die Ladestation und das empfohlene Ladezeitintervall an das Kraftfahrzeug übermittelt, so kann der Benutzer oder Halter des betreffenden Kraftfahrzeugs gleichzeitig über eine entsprechende Nachricht auf seinem mobilen Kommunikationsgerät informiert werden. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn es sich zum Beispiel bei dem Kraftfahrzeug um ein vollkommen autonom manövrierbares Kraftfahrzeug handelt. Wird das Kraftfahrzeug manuell von einem Fahrer gefahren, der den Benutzer beziehungsweise Halter darstellt, so ist es besonders vorteilhaft, wenn die Information über die empfohlene Ladestation und das empfohlene Ladezeitintervall über eine Ausgabeeinrichtung des Kraftfahrzeugs direkt ausgegeben wird. Die Ausgabe kann auch über eine angezeigte Karte des Navigationsgeräts des betreffenden Kraftfahrzeugs erfolgen, sodass der Benutzer auf einfache Weise an den empfohlenen Ladeort, der zum Beispiel während der Fahrt automatisch als Navigations-Zwischenziel gesetzt werden kann, navigieren kann.
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Sollte es beispielsweise vorkommen, dass aus irgendwelchen Gründen der empfohlene Ladeort oder auch das empfohlene Ladezeitintervall nicht den Wünschen des Fahrers beziehungsweise des Benutzers oder Halters entspricht, da der Ladeort zum Beispiel zu weit von der geplanten Route entfernt ist, so kann beispielsweise auch ein neuer Token angefordert werden beziehungsweise nach Verfall oder Ablauf der empfohlenen Ladezeit, ohne dass das Kraftfahrzeug am empfohlenen Ladeort geladen wurde, automatisch erzeugt werden. So kann die Koordinationseinrichtung automatisch eine neue Empfehlung für das Kraftfahrzeug berechnen und an das Kraftfahrzeug übermitteln, insbesondere wiederum in Form eines Tokens. Damit ist ein Fahrer also vorteilhafterweise nicht gezwungen, eine von der Koordinationseinrichtung berechnete Empfehlung anzunehmen. Hierdurch lässt sich der Benutzerkomfort weiter steigern.
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Des Weiteren betrifft die Erfindung auch eine Koordinationseinrichtung zum Koordinieren von Ladevorgängen mehrerer Kraftfahrzeuge, wobei die Koordinationseinrichtung dazu ausgelegt ist, von einem jeweiligen der Kraftfahrzeuge zumindest eine erste Information betreffend eine Position des jeweiligen Kraftfahrzeugs und eine zweite Information betreffend einen Energiespeicher des jeweiligen Kraftfahrzeugs zu empfangen, zumindest eine dritte Information betreffend eine von zumindest einem Energieversorgungsnetz bereitstellbare Energieversorgung zu empfangen, für ein jeweiliges Kraftfahrzeug in Abhängigkeit von den ersten und zweiten Informationen sowie in Abhängigkeit von der dritten Information einen empfohlenen Ladeortsbereich und ein empfohlenes Zeitintervall für ein Laden des jeweiligen Kraftfahrzeugs zu ermitteln und eine Angabe über den für ein jeweiliges Kraftfahrzeug ermittelten empfohlenen Ladeortsbereich und das empfohlene Zeitinterfall an das jeweilige Kraftfahrzeug übermitteln. Diese Angabe gibt insbesondere den empfohlenen Ladeortsbereich an sowie das empfohlene Zeitintervall.
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Die mit Bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren und seine Ausführungsformen genannten Vorteile gelten in gleicher Weise für die erfindungsgemäße Koordinationseinrichtung. Darüber hinaus ermöglichen die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und seinen Ausgestaltungen genannten Verfahrensschritte die Weiterbildung der erfindungsgemäßen Koordinationseinrichtung durch weitere gegenständliche Merkmale.
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Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen.
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Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt die einzige Fig. eine schematische Darstellung eines Systems 10 mit einer Koordinationseinrichtung 12 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Die Koordinationseinrichtung 12 ist in diesem Beispiel Teil eines Kraftfahrzeugs-Backends 14, welches zum Beispiel einen Server oder einen Zusammenschluss von mehreren Servern darstellen kann. Weiterhin sind mehrere Kraftfahrzeuge 16 mit dem Kraftfahrzeug-Backend 14 kommunikativ koppelbar, insbesondere über eine kabellose Kommunikationsverbindung, zum Beispiel über Funk. Hierdurch können also Daten zwischen dem Backend 14 und den jeweiligen Kraftfahrzeugen 16 ausgetauscht werden.
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Bei den Kraftfahrzeugen 16 handelt es sich vorliegend um elektrifizierte Kraftfahrzeuge, die also beispielsweise als Elektrofahrzeug und/oder als Hybridfahrzeug mit Elektromotor ausgebildet sind und zum Betrieb des Elektromotors eine Traktionsbatterie 18, zum Beispiel eine Hochvolt-Batterie, aufweisen. Weiterhin weist ein jeweiliges Kraftfahrzeug auch eine Steuereinrichtung 20 sowie eine Ausgabeeinrichtung 22 auf, die zum Beispiel als Anzeigeeinrichtung, zum Beispiel als Display, ausgebildet sein kann, auf.
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Diese Traktionsbatterien 18 müssen hin und wieder geladen werden. Ein solches Laden kann zum Beispiel an entsprechenden privaten Ladestationen, zum Beispiel von privaten Haushalten, oder auch an öffentlichen Ladestationen 28 erfolgen. Die Energieversorgung wird dabei von zumindest einem Energieversorgungsnetz 24 beziehungsweise Stromnetz bereitgestellt. Um eine Überlastung eines solchen Energieversorgungsnetzes 24 zu vermeiden, zum Beispiel wenn sehr viele der Kraftfahrzeuge 16 in derselben Region zur gleichen Zeit laden, was einen Engpass in der Energieversorgung sowie ein Explodieren der Strompreise zur Folge hätte, koordiniert nun vorteilhafterweise die Koordinationseinrichtung 12 die Ladevorgänge der jeweiligen Kraftfahrzeuge 16. Eine derartige Koordination kann dabei beispielsweise auch lokal begrenzt durchgeführt werden, sodass zum Beispiel immer nur die Ladevorgänge derjenigen Kraftfahrzeuge 16 koordiniert werden, die einer bestimmten geografischen Region zugeordnet sind. Derartige geografische Regionen können zum Beispiel über politische Grenzen wie zum Beispiel Landkreise, Bezirke, Bundesländer, Länder oder ähnliches definiert sein, oder auch willkürlich und von solchen politischen Grenzen verschieden definiert sein.
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Zur Koordination der Ladevorgänge übermitteln die jeweiligen Kraftfahrzeuge 16 zum Beispiel regelmäßig erste Informationen 11, die Positionsdaten der betreffenden Kraftfahrzeuge 16 umfassen, sowie zweite Informationen 12, die den Energiespeicher 18 betreffende Daten umfassen, an das Backend 14 beziehungsweise die Koordinationseinrichtung 12. Anhand dieser übermittelten Daten kann die Koordinationseinrichtung 12, insbesondere unter Verwendung eines Deep-Learning-Verfahrens mithilfe eines künstlichen neuronalen Netzes 12a prognostizieren, ab wann ein erneutes Aufladen des jeweiligen Energiespeichers 18 der jeweiligen Kraftfahrzeuge 16 erforderlich sein wird, sowie wo sich das jeweilige Kraftfahrzeug 16 in diesem Zeitintervall, zu welchem sich ein Laden empfiehlt, aufhält. Weiterhin empfängt die Koordinationseinrichtung 12 zudem auch dritte Informationen 13 vom Versorgungsnetz 24, welche beispielsweise auf einen Zeitraum und/oder einen Ortsbereich bezogene Daten betreffend Stromkosten und/oder eine bereitstellbare Energiemenge und/oder einen Auslastungszustand, insbesondere einen für den Zeitraum und/oder Ortsbereich, zum Beispiel auf Basis von Erfahrungswerten, prognostizierten Auslastungszustand des Versorgungsnetzes 24 umfassen können. Dabei können eines oder mehrere solcher Stromnetze 24, insbesondere zentralisierte oder dezentralisierte Stromnetze, sowie insbesondere auch Microgrids, derartige Daten an ein Stromnetz-Backend 24a bereitstellen, welches wiederum mit dem Kraftfahrzeug-Backend 14 kommunikativ gekoppelt ist. Dadurch ist es vorteilhafterweise möglich, dass die Koordinationseinrichtung 12 die von den Stromnetzen 24 bereitgestellten dritten Informationen 13 auswertet und die Ladevorgänge der jeweiligen Kraftfahrzeuge 16 angepasst und optimiert auf die zu jeweiligen Zeitpunkten in jeweiligen Ortsbereichen zur Verfügung stehenden Energiekapazitäten koordiniert. Basierend auf den von den Kraftfahrzeugen 16 an die Koordinationseinrichtung 12 übermittelten ersten und zweiten Informationen 11, 12 sowie auf Basis der von den Stromnetzen 24 empfangenen dritten Informationen 13 berechnet entsprechend die Koordinationseinrichtung 12 für ein jeweiliges Kraftfahrzeug 16 einen empfohlenen Ladeortsbereich P, wie beispielsweise eine empfohlene Ladestation 28, sowie ein empfohlenes Zeitintervall T für das Laden an dem empfohlenen Ladeort. Die Information über diesen empfohlenen Ladeortsbereich P und das empfohlene Ladezeitintervall T wird dann entsprechend von der Koordinationseinrichtung 12 an die jeweiligen Kraftfahrzeuge 16 übermittelt. Beispielsweise kann diese Information den Kraftfahrzeugen 16 mittels eines entsprechenden Lade-Tokens 26 bereitgestellt werden, der entsprechende Angaben über den empfohlenen Ladeort P sowie die empfohlene Ladezeit T enthält. Zusätzlich kann auch ein jeweiliger Fahrer, Benutzer oder Halter des betreffenden Kraftfahrzeugs 16 durch eine entsprechende Nachricht benachrichtigt werden. Eine solche Benachrichtigung kann zum Beispiel über die Ausgabeeinrichtung 22 eines jeweiligen Kraftfahrzeugs 16 ausgegeben werden. Der Empfang dieser Angabe 26 und die entsprechende Ausgabe der Daten über die Ausgabeeinrichtung 22, sowie auch das senden der ersten und zweiten Informationen 11, 12 kann dabei von der Steuereinrichtung 20 gesteuert werden.
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Der Lade-Token 26 stellt vorzugsweise einen kryptographischen Token dar, der speziell für ein jeweiliges Kraftfahrzeug 16 von einem geeigneten Tokengenerator, wie das hier dargestellte Hardware-Sicherheitsmodul HDM, erzeugt wird, zum Beispiel auf eine entsprechende Anfrage durch das Backend 14 hin, und dann an das Backend 14 übermittelt wird, welches wiederum den Token 26 an das zugeordnete Kraftfahrzeug 16 übermittelt. Findet sich das Kraftfahrzeug 16 zu der mittels des Tokens 26 spezifizierten empfohlenen Ladezeit T an der empfohlenen Ladestation 28, die zum empfohlenen Ortsbereich P korrespondiert, ein, so kann die Ladestation 28, die einen entsprechenden Dekodierer 30 aufweist, den vom Kraftfahrzeug 16 an die Ladestation 28 übermittelten Token 26 dekodieren und dadurch die Authorisierung des Kraftfahrzeugs 16 zum Laden überprüfen und bei verifizierter Authorisierung das Laden freigeben.
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Sieht ein Fahrer den empfohlenen Ladeort P oder die empfohlene Ladezeit T als ungeeignet oder unerwünscht an, so kann er dieses empfohlene Zeitintervall auch verstreichen lassen, ohne zu laden, woraufhin die Koordinationseinrichtung 12 eine erneute Empfehlung für das betreffende Kraftfahrzeug 16 bezüglich Ladeort P und Ladezeitintervall T ermittelt, insbesondere auf zwischenzeitlich neu gewonnenen und an die Koordinationseinrichtung 12 übermittelten ersten, zweiten und dritten Informationen 11, 12, 13. Dabei ist es vorteilhaft, wenn das Ladezeitintervall so bemessen ist, dass das Kraftfahrzeug beziehungsweise der Energiespeicher 18 noch ausreichend geladen ist, selbst nach Ablauf dieser empfohlenen Ladezeit T, um eine erneute Empfehlung zu empfangen und dieser gegebenenfalls zu folgen.
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Insgesamt zeigen die Beispiele, wie durch die Erfindung ein Verfahren und eine Koordinationseinrichtung bereitgestellt werden können, die die Verfügbarkeit und den Preis der Stromversorgung angepasst auf die Ladebedürfnisse jeweiliger Kraftfahrzeuge optimieren. So können vorteilhafterweise Engpässe vermieden werden, der Strompreis niedrig gehalten werden, eine Überlastung von Stromnetzen vermieden werden, das Entstehen von Stoßzeiten auf ein Minimum reduziert werden sowie auch die Notwendigkeit neuer stromerzeugender Einrichtungen oder die Verwendung noch bestehender, aber die Umwelt belastender Einrichtungen, vermieden werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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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.
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2017/0282736 A1 [0005]
- DE 102012015949 A1 [0006]
- DE 102013221492 A1 [0007]
