DE102019133575A1 - Method for preventing power grid disturbances in timer-controlled charging, control device and motor vehicle - Google Patents

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Abstract

Durch die Erfindung ist ein Verfahren zum Laden einer Speichervorrichtung zum Speichern elektrischer Energie in einem Kraftfahrzeug (1a, 2a, 3a) bereitgestellt, wobei eine Steuervorrichtung zum Steuern des Ladens gemäß eines Ladeplans zum Erreichen eines Ladeziels vorhanden ist, sodass in einem eingestellten Ladezeitfenster (LZF) die Speichervorrichtung geladen wird und am Ende des Ladezeitfensters (LZF) das Ladeziel erreicht ist. Dabei ist die Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung die Ladedauer (LD) von einem aktuellen Ladezustand der Speichervorrichtung zu dem Ladeziel berechnet und, wenn die Ladedauer geringer als eine Zeitspanne des Ladezeitfensters (LZF) ist, ein Beginn eines Ladevorgangs (LV) innerhalb des Ladezeitfensters (LZF) auf einen vom aktuellen Zeitpunkt verschiedenen Ladestartzeitpunkt verschoben wird, wobei zum Verschieben des Ladevorgangs (LV) mittels einer dem Kraftfahrzeug (1a, 2a, 3a) zugehörigen, intrinsischen Zufallszahl ein Zeitwert ermittelt wird, der den Ladestartzeitpunkt innerhalb des Ladezeitfensters (LZF) bestimmt.The invention provides a method for charging a storage device for storing electrical energy in a motor vehicle (1a, 2a, 3a), a control device for controlling the charging according to a charging plan to reach a charging target being present, so that in a set charging time window (LZF ) the storage device is loaded and the loading target is reached at the end of the loading time window (LZF). The invention is characterized in that the control device calculates the charging duration (LD) from a current state of charge of the storage device to the charging destination and, if the charging duration is less than a period of the charging time window (LZF), a start of a charging process (LV) within the Charging time window (LZF) is shifted to a charging start time different from the current point in time, with a time value being determined for shifting the charging process (LV) by means of an intrinsic random number belonging to the motor vehicle (1a, 2a, 3a) which indicates the charging start time within the charging time window (LZF ) certainly.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum zeitgesteuerten Laden einer Speichervorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie in einem Kraftfahrzeug. Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum zeitgesteuerten Laden eines elektrischen Energiespeichers in einem Kraftfahrzeug.The invention relates to a method for time-controlled charging of a storage device for storing electrical energy in a motor vehicle. The invention relates to a method for time-controlled charging of an electrical energy store in a motor vehicle.

Aus der DE 10 2017 113 842 A1 ist ein Ladesystem für Elektrofahrzeuge mit einem dazwischen geschalteten elektrischen und thermischen Speicher bekannt, das den Gleichstromladevorgang und die Optimierung des thermischen Systems, das Ladegerät und Batterie im Auto und eine Ladesäule umfasst, selbst im Fokus hat. Das zeitliche Verhalten wird nur im Hinblick auf den Ladezeitpunkt und die absolut durch den Energieversorger am Ladezeitpunkt zur Verfügung stehenden Energiemenge berücksichtigt. Es geht um die Auslegung der Kapazität eines Speichers, sodass Lastschwankungen über den elektrischen Speicher abgemildert werden.From the DE 10 2017 113 842 A1 a charging system for electric vehicles with an electrical and thermal storage device connected in between is known, which itself focuses on the DC charging process and the optimization of the thermal system, which includes the charger and battery in the car and a charging station. The behavior over time is only taken into account with regard to the charging time and the absolute amount of energy available by the energy supplier at the charging time. It is about the design of the capacity of a storage system so that load fluctuations are mitigated via the electrical storage system.

Aus der CN 109950974 ist ein Ladesystem für Elektrofahrzeuge bekannt, das das Hoch- oder Runterfahren und das intelligente Zu- oder Abschalten einer Ladevorrichtung durch einen Energieversorger bewirkt. Nach dieser Idee wird der Ladevorgang der Kraftfahrzeuge von dem Netzbetreiber gesteuert.From the CN 109950974 a charging system for electric vehicles is known, which causes the start-up or shut-down and the intelligent connection or disconnection of a charging device by an energy supplier. According to this idea, the charging process of the motor vehicle is controlled by the network operator.

In der DE 10 2017 116 887 A1 ist ein Ladesystem beschrieben, das in einer Ladestation, die mehrere Ladesäulen umfasst, phasenindividuelle Ladevorgänge und Stromregelungen von Seiten der Ladesäule bewirkt. Hier wird die Steuerung der einzelnen Ladevorgänge an den Ladesäulen ausschließlich von Seiten der Ladeeinrichtung gesteuert.In the DE 10 2017 116 887 A1 describes a charging system that effects phase-specific charging processes and current controls on the part of the charging column in a charging station that includes several charging columns. Here, the control of the individual charging processes at the charging stations is controlled exclusively by the charging device.

Problem im Stand der Technik ist, dass die Regelung der Ladeleistung von der Seite des Energieversorgers oder der Ladevorrichtung aus vorgenommen wird. Eine Regelung der Ladeleistung in einem Netz erfolgt dabei nicht überall, da batteriebetriebene Kraftfahrzeuge auch von normalen Haushaltsanschlüssen aus geladen werden können. Diese besitzen in der Regel keine Steuerungsvorrichtung zur Laderegelung.The problem in the prior art is that the charging power is regulated from the side of the energy supplier or the charging device. The charging power in a network is not regulated everywhere, since battery-operated motor vehicles can also be charged from normal household connections. As a rule, these do not have a control device for regulating the charge.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Verteilung und Steuerung der Ladevorgänge unabhängig von der Ladevorrichtung aus bereitzustellen.The invention is based on the object of providing the distribution and control of the charging processes independently of the charging device.

Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die abhängigen Patentansprüche, die folgende Beschreibung sowie die Figuren beschrieben.The object is achieved by the subjects of the independent claims. Advantageous developments of the invention are described by the dependent claims, the following description and the figures.

Durch die Erfindung ist ein Verfahren zum Laden einer Speichervorrichtung zum Speichern elektrischer Energie in einem Kraftfahrzeug bereitgestellt, wobei eine Steuervorrichtung zum Steuern des Ladens gemäß eines Ladeplans zum Erreichen eines Ladeziels vorhanden ist, sodass in einem Ladezeitfenster die Speichervorrichtung geladen wird und am Ende des Ladezeitfensters das Ladeziel erreicht ist. Das Ladezeitfenster kann mit dem Zeitpunkt des Stecker Steckens an eine Ladevorrichtung beginnen oder von einem Benutzer zu einer von dem Benutzer bevorzugten Zeit eingestellt werden. Dabei ist das Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung die Ladedauer von einem aktuellen Ladezustand der Speichervorrichtung zu dem Ladeziel berechnet und, wenn die Ladedauer geringer als eine Zeitspanne des Ladezeitfensters ist, ein Beginn eines Ladevorgangs innerhalb des Ladezeitfensters auf einen vom aktuellen Zeitpunkt verschiedenen Ladestartzeitpunkt verschoben wird, wobei zum Verschieben des Ladevorgangs mittels einer dem Kraftfahrzeug zugehörigen, intrinsischen Zufallszahl ein Zeitwert ermittelt wird, der den Ladestartzeitpunkt innerhalb des Ladezeitfensters bestimmt. Mit anderen Worten: Jedes Kraftfahrzeug, das eine Steuervorrichtung, die dieses Verfahren umsetzen kann, beinhaltet, ermittelt einen Ladestartzeitpunkt mittels einer dem Fahrzeug zugeordneten Zufallszahl, aus der eine Verschiebung bestimmt wird, die festlegt, wann das Kraftfahrzeug nach dem Anschließen an eine Ladevorrichtung anfängt zu laden. Dabei soll sichergestellt werden, dass, wenn mehrere Kraftfahrzeuge dieser Art sich in einem geografischen Gebiet befinden, nicht gleichzeitig alle Kraftfahrzeuge zu laden anfangen, sondern die jeweiligen Ladevorgänge bedingt durch dem jeweiligen Fahrzeug intrinsisch zugeordnete Zufallszahlen individuell zeitversetzt ablaufen. Da die Lebensgewohnheiten mehrerer Benutzer von Kraftfahrzeugen in einem geografischen Gebiet ähnliche Rhythmen haben, beispielsweise durch Nutzen des gleichen Tag-, Nacht Stromtarifs oder ähnlichen Arbeitszeiten, wo die Benutzer zu bestimmten Zeiten von zu Hause wegfahren und nach Hause kommen, besteht das Risiko, dass viele elektrisch betriebene Kraftfahrzeuge zum gleichen Zeitpunkt im geografischen Gebiet geladen werden. Durch die Verschiebung des Ladestartzeitpunkts wird daher eine Verbesserung der Netzstabilität ermöglicht, indem die Kraftfahrzeuge stufenweise zugeschaltet werden. Diese Steuerung geschieht unabhängig von einer fahrzeugexternen Ladeeinrichtung und kann damit alleine von dem Kraftfahrzeug aus erfolgen. Damit kann diese Steuerung auch an heimischen Steckdosen verwendet werden, wo kein zentrales, mehrere Kraftfahrzeuge koordinierendes Management von Stromflüssen vorhanden ist. Der verwendete Begriff „intrinsisch“ bedeutet hier also, dass die Zufallszahl für einen Ladevorgang ohne ein Kommunikation mit einer fahrzeugexternen Datenquelle erfolgen kann.The invention provides a method for charging a storage device for storing electrical energy in a motor vehicle, wherein a control device for controlling the charging according to a charging plan for reaching a charging target is present, so that the storage device is charged in a charging time window and the charging time window is at the end of the charging time window Loading target has been reached. The charging time window can begin at the time the plug is plugged into a charging device or can be set by a user at a time preferred by the user. The method is characterized in that the control device calculates the charging duration from a current state of charge of the storage device to the charging target and, if the charging duration is less than a time span of the charging time window, postponed the start of a charging process within the charging time window to a charging start time different from the current time is, in order to shift the charging process by means of an intrinsic random number belonging to the motor vehicle, a time value is determined which determines the charging start time within the charging time window. In other words: every motor vehicle that contains a control device that can implement this method determines a charging start time by means of a random number assigned to the vehicle, from which a shift is determined that determines when the motor vehicle will start after being connected to a charging device load. The aim is to ensure that if several motor vehicles of this type are located in a geographical area, not all motor vehicles start charging at the same time, but rather that the respective charging processes run individually time-shifted due to the random numbers intrinsically assigned to the respective vehicle. Since the living habits of several users of motor vehicles in a geographical area have similar rhythms, for example by using the same day, night electricity tariff or similar working hours, where the users drive away from home and come home at certain times, there is a risk that many electrically powered vehicles are charged at the same time in the geographical area. By shifting the charging start time, an improvement in the network stability is made possible in that the motor vehicles are switched on in stages. This control takes place independently of a charging device external to the vehicle and can therefore take place solely from the motor vehicle. This control can therefore also be used on domestic sockets where there is no central management of power flows coordinating several vehicles. The term “intrinsic” used here means that the random number for a charging process can take place without communication with a data source external to the vehicle.

Durch die Erfindung ergibt sich der Vorteil, dass eine zeitliche Verzögerung der Einschaltvorgänge allein durch Kraftfahrzeuge ohne eine Kommunikation untereinander bestimmt wird und damit ein System dieser Kraftfahrzeuge einen Beitrag zu einer Netzstabilität auch von Heimanschlüssen aus leisten kann. Ein System aus mehreren dieser Kraftfahrzeuge kann zum Beispiel eine stufenweise, zeitliche Versetzung einer hohen Netzauslastung durch das individuelle Einschalten der jeweiligen Ladevorgänge mittels der dem jeweiligen Kraftfahrzeug zugehörigen, intrinsischen Zufallszahl realisieren. The invention has the advantage that a time delay of the switch-on processes is determined solely by motor vehicles without communication with one another and thus a system of these motor vehicles can make a contribution to network stability even from home connections. A system made up of several of these motor vehicles can, for example, implement a gradual, temporal offset of a high network load by individually switching on the respective charging processes using the intrinsic random number associated with the respective motor vehicle.

Die Erfindung umfasst auch Ausführungsformen, durch die sich zusätzliche Vorteile ergeben.The invention also encompasses embodiments which result in additional advantages.

Eine Ausführungsform sieht vor, dass zum Verschieben des Ladevorgangs mit einem Zufallsgenerator die Zufallszahl für den Zeitwert ermittelt wird, der den Start des Ladevorgangs innerhalb des Ladezeitfensters bestimmt. Mit anderen Worten beinhaltet jedes Kraftfahrzeug in seiner Steuervorrichtung einen Zufallszahlengenerator, der eine Zufallszahl bestimmt, aus der dann ein Zeitversatzwert zum Einschalten des Ladevorgangs zum Laden der Speichervorrichtung ermittelt wird. Dabei ergibt sich der Vorteil, dass jedes Fahrzeug für sich einen individuellen Ladestartzeitpunkt ermittelt, ohne dass das Kraftfahrzeug dabei mit anderen Kraftfahrzeugen kommunizieren muss. Wenn dies mehrere Kraftfahrzeuge in einem geografisch abgegrenzten Gebiet tun, wird dabei eine zeitliche Streuung der Einschaltvorgänge innerhalb eines Ladezeitfensters ermöglicht, sodass dabei das Einschalten stufenweise erfolgt. Durch das stufenweise Einschalten der Ladevorgänge für jedes einzelne Kraftfahrzeug, wird damit das Netz nicht sofort stark belastet. Der Zufallszahlengenerator kann auf einem Algorithmus für sogenannte Pseudo-Zufallszahlen und/oder einer Hardware für die Erzeugung von digitalen Zufallszahlen beruhen.One embodiment provides that, in order to postpone the charging process, a random generator is used to determine the random number for the time value which determines the start of the charging process within the charging time window. In other words, each motor vehicle contains a random number generator in its control device which determines a random number from which a time offset value for switching on the charging process for charging the storage device is then determined. This has the advantage that each vehicle determines an individual charging start time without the motor vehicle having to communicate with other motor vehicles. If several motor vehicles do this in a geographically delimited area, the switch-on processes can be spread over time within a charging time window, so that the switch-on takes place in stages. By gradually switching on the charging processes for each individual motor vehicle, the network is not immediately heavily loaded. The random number generator can be based on an algorithm for so-called pseudo-random numbers and / or on hardware for generating digital random numbers.

Eine Ausführungsform sieht vor, dass zum Verschieben des Ladevorgangs mittels der Zufallszahl eine dem Kraftfahrzeug oder einem vorbestimmten Bauteil des Kraftfahrzeugs zugeordnete Identifikationsnummer verwendet wird. Mit anderen Worten hat jedes Kraftfahrzeug, welches das Verfahren ausführt, eine individuelle intrinsische Nummer, die dabei einen für das Kraftfahrzeug spezifischen Verschiebungsfaktor des Ladestartzeitpunktes bestimmt. So eine Nummer kann beispielsweise eine Fahrzeugidentifikationsnummer, eine Steuergerätidentifikationsnummer oder der Farbcode des Lackes sein. Diese Nummer kann eine Identifikationsnummer des gesamten Kraftfahrzeugs oder die eines Bauteils des Kraftfahrzeugs sein. Da man ja nicht weiß, wo ein hergestelltes Kraftfahrzeug letzten Endes beim Endkunden sein wird und man davon ausgehen kann, dass ein produziertes Kraftfahrzeug auf eine zufällige Weise in einem bestimmten geografischen Gebiet landet, wird dabei eine statistische Verteilung der einzelnen Zeitversatzwerte, die aus den dem Kraftfahrzeug zugeordneten, intrinsischen Zufallszahlen ermittelt werden, sichergestellt. Wenn beispielsweise die dem Kraftfahrzeug zugeordnete individuelle Nummer der Farbcode eines Lackes ist, so können zum Beispiel durch eine programmtechnische Festlegung alle blauen Kraftfahrzeuge in einem bestimmten geografischen Gebiet zuerst laden und dann alle roten Kraftfahrzeuge. Wenn dies nun auf alle verschiedenen Farbvarianten heruntergebrochen wird, wird dabei innerhalb eines geografischen Gebietes eine zufällige Verteilung der Ladestartzeitpunkte geschaffen. Solch eine intrinsische Zufallszahl kann auch aus einem oder mehreren dem Fahrzeug zugeordneten Nummern und/oder Zufallszahlen ermittelt werden, die mittels einer mathematischen Operation miteinander zu der Zufallszahl kombiniert werden. Dabei kann sichergestellt werden, dass die Zufallszahlen auch tatsächlich zufällige Werte sind und dabei mit keinem anderen Kraftfahrzeug in dieser Form übereinstimmen. Dabei wird eine möglichst statistische Verteilung von unterschiedlichen Zahlen innerhalb eines abgeschlossenen geografischen Gebietes gewährleistet. Dabei wird eine möglichst statistische Verteilung von unterschiedlichen Zahlen innerhalb eines abgeschlossenen geografischen Gebietes gewährleistet und, wenn diese Kraftfahrzeuge in diesem geografisch abgeschlossenen Gebiet gleichzeitig geladen werden, das Netz nicht sofort belastet, sondern die Last stufenweise hochgefahren und damit die Netzauslastung geschont, sodass der Netzbetreiber mehr Zeit hat, die entsprechende Leistung auf der Erzeugerseite nachzuregeln.One embodiment provides that an identification number assigned to the motor vehicle or a predetermined component of the motor vehicle is used to postpone the charging process by means of the random number. In other words, each motor vehicle that carries out the method has an individual intrinsic number which determines a shift factor specific to the motor vehicle for the charging start time. Such a number can be, for example, a vehicle identification number, a control unit identification number or the color code of the paint. This number can be an identification number of the entire motor vehicle or that of a component of the motor vehicle. Since one does not know where a manufactured motor vehicle will ultimately be with the end customer and one can assume that a produced motor vehicle ends up in a certain geographical area in a random way, a statistical distribution of the individual time offset values, which is derived from the Motor vehicle assigned, intrinsic random numbers are determined, ensured. If, for example, the individual number assigned to the motor vehicle is the color code of a paint, then all blue motor vehicles in a certain geographical area can, for example, charge first and then all red motor vehicles through a program specification. If this is broken down into all the different color variants, a random distribution of the charging start times is created within a geographical area. Such an intrinsic random number can also be determined from one or more numbers and / or random numbers assigned to the vehicle, which are combined with one another to form the random number by means of a mathematical operation. It can thereby be ensured that the random numbers are actually random values and do not correspond to any other motor vehicle in this form. A statistical distribution of different numbers within a closed geographic area is guaranteed. The most statistical distribution possible of different numbers within a closed geographic area is guaranteed and, if these vehicles are charged at the same time in this geographically closed area, the network is not loaded immediately, but the load is increased gradually and thus the network load is conserved, so that the network operator can do more Has time to readjust the corresponding output on the producer side.

Eine Ausführungsform sieht vor, dass die Verschiebung des Ladevorgangs ein stufenweises Ein- oder Ausschalten des Ladens der Speichervorrichtung in einem System von mehreren Kraftfahrzeugen bewirkt. Mit anderen Worten: Wenn mehrere Kraftfahrzeuge des gleichen Typs gleichzeitig an eine Ladevorrichtung, wie zum Beispiel an eine Haushaltssteckdose, angeschlossen werden und dabei ungefähr eine gleiche Energiemenge laden, wird über das stufenweise Einschalten der Ladevorgänge die Netzlast auch nur stufenweise hochgefahren. Dies ermöglicht einem Energieversorger einen größeren Spielraum zur Netzregulierung. In einem Extremfall, wenn alle Kraftfahrzeuge in einem abgegrenzten geographischen Gebiet von 0 % auf 100% gleichzeitig aufgeladen werden, so hören diese Kraftfahrzeuge auch, wenn sie jeweils 100 % erreicht haben, das Laden auf. Wenn diese mehrere Kraftfahrzeuge nun eine ungefähr gleiche Energiemenge laden, so haben sie alle eine ungefähr gleiche Ladedauer. Wenn diese mehrere Kraftfahrzeuge ihr jeweiliges Ladeziel erreicht haben, schalten sie damit auch stufenweise ab und der Energieversorger hat mehr Zeit, den stufenweisen Lastabfall zu regeln. Dies ergibt den Vorteil, dass plötzlich auftretende große Peaks beim Ladebeginn und beim Ladeende geglättet werden.One embodiment provides that the postponement of the charging process causes the charging of the storage device to be switched on or off in stages in a system of several motor vehicles. In other words: if several vehicles of the same type are connected to a charging device, such as a household socket, at the same time and charge approximately the same amount of energy, the grid load is only gradually increased by switching on the charging processes in stages. This gives an energy supplier greater leeway to regulate the grid. In an extreme case, when all motor vehicles in a delimited geographical area are charged from 0% to 100% at the same time, these motor vehicles also stop charging when they have each reached 100%. If these several motor vehicles now charge approximately the same amount of energy, they all have approximately the same charging time. When these multiple vehicles have reached their respective charging destination, they also switch off gradually and the energy supplier has more time to regulate the gradual drop in load. This gives the advantage of being sudden large peaks at the beginning and end of loading are smoothed.

Eine Ausführungsform sieht vor, dass die Ladedauer eine reine Ladezeit und einen Puffer, welcher einen Zeitaufschlag zum Kompensieren von Leistungsschwankungen beim Laden darstellt, umfasst, um das Ladeziel am Ende des Ladezeitfensters auch bei Störungen sicher zu erreichen. Mit anderen Worten, wenn beispielsweise nach dem Heimkommen nach der Arbeit das Kraftfahrzeug an der heimischen Steckdose zum Laden angeschlossen wird, hat der elektrische Anschluss des Hauses eine maximale Leistungskapazität. Diese begrenzt einerseits die maximale Ladeleistung des Kraftfahrzeugs. Wenn beispielsweise gleichzeitig während des Ladens des Kraftfahrzeugs ein weiteres, größeres elektrisches Gerät im Haushalt, der beispielsweise über ein Heimenergiemanagementsystem (HEMS) verfügt, zugeschaltet wird, wie beispielsweise eine Waschmaschine, so wird dies die maximale Ladeleistung des Kraftfahrzeugs beschränken, da der Haushaltsanschluss nur eine begrenzte Menge an elektrischer Energie maximal bereitstellen kann. Dies stellt, wenn das System von der maximalen Ladeleistung der Haushaltssteckdose ausgeht, eine Störung beim Laden dar. Um dennoch trotzdem das festgesetzte Ladeziel, beispielsweise 80 % Akkukapazität, sicher zu erreichen, werden solche Ereignisse mittels eines erfahrungswertbasierten Puffers berücksichtigt. Dieser Puffer stellt einen Zeitausschlag dar, der erfahrungswertbasiert solche Störungen ausgleicht, sodass das festgesetzte Ladeziel erreicht werden kann.One embodiment provides that the charging duration comprises a pure charging time and a buffer, which represents a time surcharge to compensate for power fluctuations during charging, in order to safely reach the charging target at the end of the charging time window even in the event of malfunctions. In other words, if, for example, after coming home after work, the motor vehicle is connected to the domestic socket for charging, the electrical connection of the house has a maximum power capacity. On the one hand, this limits the maximum charging power of the motor vehicle. If, for example, another, larger electrical device in the household, which has a home energy management system (HEMS), for example a washing machine, is switched on at the same time while charging the motor vehicle, this will limit the maximum charging power of the motor vehicle, since the household connection only has one can provide a limited amount of electrical energy. If the system assumes the maximum charging power of the household socket, this represents a disruption during charging. In order to still achieve the set charging target, for example 80% battery capacity, such events are taken into account by means of an experience-based buffer. This buffer represents a time limit which, based on experience, compensates for such disturbances so that the set loading target can be achieved.

Eine Ausführungsform sieht vor, dass das Verfahren eine aktuell verfügbare Ladeleistung unabhängig von einer Ladestation erkennt und die ermittelte Ladeleistung als Input für eine Berechnung des Ladestartzeitpunkts verwendet. Mit anderen Worten: Das Kraftfahrzeug, das an einer Ladevorrichtung, wie beispielsweise einer Haushaltssteckdose, angeschlossen ist, erkennt, welche Ladeleistung es aus der Ladevorrichtung beziehen kann und nimmt diese erkannte verfügbare Ladeleistung als Input für die Berechnung der Ladedauer zum Erreichen eines vorgegebenen Ladeziels unter Einbeziehung des Puffers für Störungen im Netz. Anschließend wird dann der Ladezeitpunkt innerhalb des Ladezeitfensters berechnet. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass nur in bestimmten Zeitfenstern der Ladevorgang von dem Kraftfahrzeug automatisch unter Berücksichtigung der maximal verfügbaren Ladeleistung bestimmt wird.One embodiment provides that the method detects a currently available charging power independently of a charging station and uses the determined charging power as input for calculating the charging start time. In other words: the motor vehicle that is connected to a charging device, such as a household socket, recognizes which charging power it can draw from the charging device and takes this recognized available charging power as input for calculating the charging time to achieve a given charging target of the buffer for faults in the network. The charging time is then calculated within the charging time window. This has the advantage that the charging process is automatically determined by the motor vehicle only in certain time windows, taking into account the maximum available charging power.

Eine Ausführungsform sieht vor, dass ein Ladezeitfenster auf Basis von Preisleistungsdaten eines Anbieters von elektrischer Energie, die über eine drahtlose Verbindung an das Kraftfahrzeug übertragen werden, so gesetzt wird, dass innerhalb des Ladezeitfensters eine Ladedauer gemäß des Ladeplans berechnet wird, in dem der Ladestartzeitpunkt, der Puffer und ein Ende des Ladevorgangs liegen. Mit anderen Worten, das Kraftfahrzeug kann so programmiert werden, dass es nur innerhalb eines bestimmten Ladezeitfensters, wie beispielsweise zu den Uhrzeiten, an denen ein Nachtstromtarif oder ein anderer Sondertarif des Stromanbieters verfügbar ist, lädt. Innerhalb dieses Ladezeitfensters, das durch den Stromtarif bestimmt wird, kann nun das Kraftfahrzeug so laden, dass es unter Berücksichtigung des Ladeziels den Ladestartzeitpunkt zur Schonung der Netzauslastung so festlegt, dass ein System aus mehreren dieser Kraftfahrzeuge nicht gleichzeitig zu laden beginnen. Das Ladezeitfenster ist durch bestimmte Sondertarife des Stromanbieters vorgesehen, in denen der elektrische Strom sehr günstig zu haben ist. Die Ladedauer liegt dabei innerhalb des ersten Ladezeitfensters und beinhaltet den Puffer, den Ladestartzeitpunkt und den Ladevorgang bis zur Erreichung des Ladeziels. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass das Kraftfahrzeug möglichst kostenoptimal geladen werden kann und dabei die Netzauslastung geschont wird.One embodiment provides that a charging time window is set on the basis of price performance data from a provider of electrical energy, which is transmitted to the motor vehicle via a wireless connection, so that a charging time is calculated within the charging time window according to the charging plan, in which the charging start time, the buffer and an end of the loading process lie. In other words, the motor vehicle can be programmed in such a way that it only charges within a certain charging time window, for example at the times when a night electricity tariff or another special tariff of the electricity provider is available. Within this charging time window, which is determined by the electricity tariff, the motor vehicle can now charge in such a way that, taking into account the charging target, it determines the charging start time to protect the network load so that a system made up of several of these motor vehicles does not start to charge at the same time. The charging time window is provided by certain special tariffs of the electricity provider, in which the electricity is very cheap. The charging time is within the first charging time window and includes the buffer, the charging start time and the charging process until the charging target is reached. This has the advantage that the motor vehicle can be charged as cost-effectively as possible and the network load is saved in the process.

Eine Ausführungsform sieht vor, dass die Steuervorrichtung ein Domänenrechner sein kann, der dieses Verfahren zur Festlegung der Einschaltvorgänge des Ladens des Kraftfahrzeugs umsetzt. Mit anderen Worten, das Kraftfahrzeug muss nicht zwangsläufig selbst diese Steuervorrichtung beinhalten, die das Laden des Kraftfahrzeugs steuert, sondern dies kann auch über eine Rechneranlage erfolgen. Dabei ergibt sich der Vorteil, dass, falls notwendig, auch von einer höheren Ebene in die Ladevorgänge eingegriffen werden kann.One embodiment provides that the control device can be a domain computer which implements this method for determining the switch-on processes for charging the motor vehicle. In other words, the motor vehicle does not necessarily have to contain this control device itself, which controls the charging of the motor vehicle, but this can also be done via a computer system. This has the advantage that, if necessary, it is also possible to intervene in the charging processes from a higher level.

Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug ist bevorzugt als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen, oder als Personenbus oder Motorrad ausgestaltet.The motor vehicle according to the invention is preferably designed as a motor vehicle, in particular as a passenger vehicle or truck, or as a passenger bus or motorcycle.

Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen.The invention also includes the combinations of the features of the described embodiments.

Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:

  • 1 eine grafische Darstellung der Ladezeitvorgänge in einem geografischen Gebiet mit drei Kraftfahrzeugen, die gleichzeitig zu Laden beginnen, wobei die Ladeleistung auf der y-Achse und die Zeit auf der x-Achse aufgetragen wird. Dabei laden diese Kraftfahrzeuge mit unterschiedlichen Ladeleistungen;
  • 2 eine grafische Darstellung der Ladezeitvorgänge in einem geografischen Gebiete mit drei Kraftfahrzeugen, wobei die Ladevorgänge entsprechend dem Gegenstand der Erfindung zeitversetzt starten, wobei die Ladeleistung auf der y-Achse und die Zeit auf der x-Achse aufgetragen wird. Dabei laden diese Kraftfahrzeuge mit unterschiedlichen Ladeleistungen;
  • 3 eine grafische Darstellung der Gesamtladeleistung innerhalb des geografisch abgeschlossenen Gebietes mit drei Kraftfahrzeugen, wobei die Gesamtleistung über die Zeitachse aufgetragen ist;
  • 4 eine grafische Darstellung des geografisch abgegrenzten Gebietes mit einem Kraftwerk und drei Kraftfahrzeugen, die an drei verschiedenen Ladestationen geladen werden; und
  • 5 eine grafische Darstellung der Ladezeitfenster.
Exemplary embodiments of the invention are described below. This shows:
  • 1 a graphical representation of the charging times in a geographical area with three motor vehicles that start to charge at the same time, with the charging power on the y-axis and the time is plotted on the x-axis. These vehicles charge with different charging capacities;
  • 2 a graphical representation of the charging time processes in a geographical area with three motor vehicles, the charging processes starting with a time delay according to the subject matter of the invention, the charging power being plotted on the y-axis and the time on the x-axis. These vehicles charge with different charging capacities;
  • 3rd a graphical representation of the total charging power within the geographically closed area with three motor vehicles, the total power being plotted over the time axis;
  • 4th a graphic representation of the geographically delimited area with a power plant and three motor vehicles that are charged at three different charging stations; and
  • 5 a graphical representation of the loading time window.

Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden. Daher soll die Offenbarung auch andere als die dargestellten Kombinationen der Merkmale der Ausführungsformen umfassen. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.The exemplary embodiments explained below are preferred embodiments of the invention. In the exemplary embodiments, the described components of the embodiments each represent individual features of the invention that are to be considered independently of one another and that each also develop the invention independently of one another. Therefore, the disclosure is intended to include combinations of the features of the embodiments other than those shown. Furthermore, the described embodiments can also be supplemented by further features of the invention that have already been described.

In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen jeweils funktionsgleiche Elemente.In the figures, the same reference symbols denote functionally identical elements.

1 beschreibt eine geografisch abgegrenzte Region, die ein Kraftwerk K aufweist, das diese Region mit elektrischer Energie versorgt. Für eine leichter verständliche Darstellung des Ausführungsbeispiels sei hier ohne Beschränkung von dessen Allgemeingültigkeit angenommen, dass in dieser Region insgesamt drei Haushalte 1, 2 und 3 gebe, die jeweils über ein elektrisches Kraftfahrzeug 1a, 2a und 3a, das jeweils ein Ladegerät nach dem hier beschriebenen Verfahren aufweist, besitzen. Jeder dieser Haushalte 1, 2 und 3 verfügt über einen elektrischen Anschluss, der von dem Kraftwerk K versorgt wird. Dabei hat jeder Haushalt 1, 2 und 3 je nach seinem jeweiligen Stromtarif und nach seinem jeweiligen Netzanschluss eine unterschiedliche maximale elektrische Leistung P1, P2 und P3. Angenommen wird, dass jeder der Haushalte 1,2 und 3 das Kraftfahrzeug 1a, 2a und 3a mit jeweils der eigenen maximalen Ladeleistung aufladen kann. Dabei hat der Haushalt 2 eine eigene Ladestation, beispielsweise jemand, der das Kraftfahrzeug 2a nicht zu Hause lädt sondern an einer externen Ladestation. So werden in diesem Beispiel das Kraftfahrzeug 1a über den Anschluss 1 mit der Leistung P1, das Kraftfahrzeug 3a über den Anschluss des Haushalts 3 mit der Leistung P3 und das Kraftfahrzeug 2a über den Anschluss des Haushalts 2 mit der Leistung P2 geladen. Dabei gilt in diesem Beispiel P2>P1>P3. Die Leistungsunterschiede sollen dabei geringfügig sein, die Ladeleistungsstörungen pro Anschluss abbilden und die Illustration im Folgenden verdeutlichen. Das soll jedoch keine Auswirkung auf die Ladedauer haben, da diese Leistungsunterschiede durch den Puffer abgefangen werden. Vielmehr sollen diese Ladeleistungsunterschiede den Betrieb von zusätzlichen Haushaltsgeräten nach individuellen Lebensgewohnheiten der Benutzer abbilden, die Leistung von einem Anschluss mit einer begrenzten Maximalleistung abziehen, wie beispielsweise beim Anschluss des Haushalts1 und beim Anschluss des Haushalts 3. Der Anschluss des Haushalts 2 als der Anschluss mit der größten Leistung in diesem Beispiel ist dabei eine Ladestation, von deren Anschluss die gesamte Leistung in den Ladevorgang des Kraftfahrzeugs fließt. 1 describes a geographically delimited region that has a power plant K that supplies this region with electrical energy. For a more easily understandable representation of the exemplary embodiment, it is assumed here, without restricting its general validity, that a total of three households in this region 1 , 2 and 3rd give each one an electric motor vehicle 1a , 2a and 3a , each having a charger according to the method described here. Each of these households 1 , 2 and 3rd has an electrical connection that is supplied by the power plant K. Every household has it 1 , 2 and 3rd depending on its electricity tariff and its respective grid connection, a different maximum electrical output P1 , P2 and P3 . It is assumed that each of households 1, 2 and 3 owns the motor vehicle 1a , 2a and 3a can charge with their own maximum charging power. The household has 2 their own charging station, for example someone who drives the motor vehicle 2a does not charge at home but at an external charging station. So in this example the motor vehicle 1a over the connection 1 with performance P1 , the car 3a on connecting the household 3rd with performance P3 and the motor vehicle 2a on connecting the household 2 with performance P2 loaded. In this example, P2>P1> P3 applies. The differences in performance should be insignificant, show the charging performance disruptions per connection and clarify the illustration below. However, this should not have any effect on the loading time, since these differences in performance are absorbed by the buffer. Rather, these charging power differences are intended to map the operation of additional household appliances according to the individual lifestyle habits of the user, subtracting the power from a connection with a limited maximum power, such as when connecting the household1 and when connecting the household 3rd . The connection of the household 2 as the connection with the greatest power in this example is a charging station, from the connection of which the entire power flows into the charging process of the motor vehicle.

Dabei gelten in diesem Beispiel folgende Randbedingungen:

  • Abfahrtszeit 6:00 Uhr.
  • Bevorzugte Ladezeit 22:00 Uhr bis 6:00 Uhr.
  • Der Ladestecker wird um 18:00 Uhr gesteckt.
The following boundary conditions apply in this example:
  • Departure time 6:00 a.m.
  • Preferred charging time 10:00 p.m. to 6:00 a.m.
  • The charging plug is inserted at 6:00 p.m.

Alle Kraftfahrzeuge 1a, 2a und 3a haben dabei jeweils die gleiche Ladedauer von 4,5 h.All motor vehicles 1a , 2a and 3a each have the same charging time of 4.5 hours.

In diesem Beispiel wird davon ausgegangen, dass alle Kraftfahrzeuge 1a, 2a und 3a um 22:00 Uhr mit dem Ladevorgang starten, da hier in diesem Beispiel ein günstigerer Tarif startet. Wenn jetzt angenommen wird, dass alle Kraftfahrzeuge 1a, 2a und 3a am Abend um 22:00 Uhr einen jeweiligen ihrer Fahrleistung des Tages entsprechenden Akkuladezustand aufweisen und sie bis 6:00 Uhr morgens auf 80 % geladen werden sollen, dass alle Kraftfahrzeuge 1a, 2a und 3a über ein Ladezeitfenster von maximal 8h die gleiche elektrische Energiemenge laden müssen. Das Ladezeitfenster ergibt sich in diesem Beispiel aus den Preisleistungsdaten, dass die Kraftfahrzeuge 1a, 2a und 3a von dem Kraftwerk K des Anbieters elektrische Energie empfangen. Nun erstellen die Kraftfahrzeuge 1a, 2a und 3a jeweils unabhängig voneinander jeweils für sich selbst einen Ladeplan, der so ausgelegt ist, dass in dem Ladezeitfenster, hier ein Nachtstromtarif, geladen wird. Wenn nun alle Benutzer gleichzeitig den gleichen Tarif nutzen, entsteht dabei die Problematik, dass Kraftfahrzeuge 1a, 2a und 3a gleichzeitig anfangen zu laden. Dabei entsteht der Nachteil, wenn alle Kraftfahrzeuge 1a, 2a und 3a gleichzeitig zu laden beginnen, dass es zu einer enormen Belastung des Stromnetzes zum Ladestartzeitpunkt t1 führt und schlimmstenfalls zu einem Stromausfall. In dem in 1 gezeigten Beispiel ist zum Zeitpunkt t2 zunächst das Kraftfahrzeug 2a an der Ladestation fertig, da die Ladestation schneller Laden kann als ein Anschluss der Haushalte 1 und 3. Zum Zeitpunkt t3 beenden die Kraftfahrzeuge 1a und 3a das Laden, da die Benutzer beispielsweise zur gleichen Zeit losfahren wollen und die Kraftfahrzeug 1a und 3a zum Zeitpunkt t3 abstecken. Das Beispiel zeigt, wie das Laden von mehreren elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugen in einem geografischen Gebiet, zu starken Lastschwankungen im Stromnetz führen kann. Der Gegenstand der Erfindung soll zu einem Entzerren der Lastschwankungen, die durch das Laden von mehreren elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugen entstehen, beitragen.In this example it is assumed that all motor vehicles 1a , 2a and 3a Start the charging process at 10:00 p.m., as a cheaper tariff starts here in this example. If it is now assumed that all motor vehicles 1a , 2a and 3a in the evening at 10:00 p.m. have a respective battery charge level corresponding to their driving performance of the day and they should be charged to 80% by 6:00 a.m. that all motor vehicles 1a , 2a and 3a Have to charge the same amount of electrical energy over a charging time window of a maximum of 8 hours. In this example, the loading time window results from the price-performance data that the motor vehicles 1a , 2a and 3a received electrical energy from the provider's power plant K. Now create the motor vehicles 1a , 2a and 3a each independently of one another, a charging plan for itself, which is designed so that the charging time window, here a night electricity tariff, is charged. If all users use the same tariff at the same time, the problem arises that motor vehicles 1a , 2a and 3a start charging at the same time. The disadvantage arises when all motor vehicles 1a , 2a and 3a to start charging at the same time that it leads to an enormous load on the power grid at the start of charging time t1 and, in the worst case, to a power failure. In the in 1 The example shown is initially the motor vehicle at time t2 2a ready at the charging station, as the charging station can charge faster than a household connection 1 and 3rd . The motor vehicles end at time t3 1a and 3a the loading as the users for example want to start driving and the motor vehicle at the same time 1a and 3a stake out at time t3. The example shows how charging several electrically powered vehicles in a geographical area can lead to strong load fluctuations in the power grid. The object of the invention is intended to contribute to equalizing the load fluctuations that arise when several electrically operated motor vehicles are charged.

2 zeigt das gleiche Beispiel wie 1. Nun legt im Gegensatz zum obigen Beispiel jedes der Kraftfahrzeuge 1a, 2a und 3a für sich eine Zufallszahl fest, die einen Verschiebungsfaktor definiert, sodass in diesem Beispiel zuerst das Kraftfahrzeug 1a anfängt zu laden, dann das Kraftfahrzeug 2a und schließlich das Kraftfahrzeug 3a. Dieser Wert ist beispielhaft dafür angegeben. Bedingt durch das Zufallszahlenprinzip kann die Reihenfolge jedoch in anderen Ausführungsbeispielen abweichen. Dabei ist in dem Zeitgraphen auf der x-Achse die Zeit aufgetragen und auf der y-Achse die maximale Ladeleistung P, die von dem Kraftwerk K ausgeht. Zuerst fängt nun zum Zeitpunkt t1, also nach 22:00 Uhr, das Kraftfahrzeug 1a zu laden an. Durch die Zeitverschiebung bedingt durch die Zufallszahlen fängt dann zum Zeitpunkt t2 das Kraftfahrzeug 2a zu laden an. Nun beträgt die gesamte Ladeleistung, die das Kraftwerk K erbringen muss, P1 + P2. Zum Zeitpunkt t3 beginnt nun das Kraftfahrzeug 3a zu laden. Nun beträgt die gesamte Ladeleistung, die das Kraftwerk K aufbringen muss, P1 +P2 + P3. Nun sind alle Kraftfahrzeuge 1a, 2a und 3a am Laden und laden nun solange, bis ihr jeweiliges Ladeziel bei 80 % erreicht ist. 2 shows the same example as 1 . In contrast to the example above, each of the motor vehicles now lays 1a , 2a and 3a a random number that defines a shift factor, so that in this example the motor vehicle first 1a begins to charge, then the motor vehicle 2a and finally the motor vehicle 3a . This value is given as an example. Due to the random number principle, however, the order can differ in other exemplary embodiments. The time is plotted on the x-axis in the time graph and the maximum charging power P emanating from the power plant K is plotted on the y-axis. First, the motor vehicle starts at time t1, that is, after 10:00 p.m. 1a to load at. Due to the time shift caused by the random numbers, the motor vehicle then starts at time t2 2a to load at. Now the total charging power that the power plant K has to provide is P1 + P2. The motor vehicle now begins at time t3 3a to load. Now the total charging power that the power plant K has to provide is P1 + P2 + P3. Now all are motor vehicles 1a , 2a and 3a charging and charging until their respective charging target is reached at 80%.

Dabei haben jetzt alle Kraftfahrzeuge 1a, 2a und 3a, wobei sie von dem gleichen Typ sind, die gleiche Ladedauer. Demzufolge hört zuerst das Kraftfahrzeug 1a auf zu laden. Die Gesamtbelastung beträgt nun zum Zeitpunkt t4 folglich P2 + P3. Nachher hört das Kraftfahrzeug 2a, das als zweites Kraftfahrzeug zum Laden angefangen hat, auf mit dem Ladeprozess. Nun beträgt zum Zeitpunkt t5 die Gesamtladeleistung, die das Kraftwerk K aufbringen muss, P3. Zum Zeitpunkt t6 ist nun schließlich um 6:00 Uhr morgens das Kraftfahrzeug 3a mit dem Laden fertig. Die Gesamtladeleistung, die das Kraftwerk K aufbringen muss, springt nun von P3 auf 0. Durch das etappenweise Ein- und Ausschalten der Einschaltvorgänge der Kraftfahrzeuge 1a, 2a und 3a wird dabei ein stufenweises Hochfahren der Netzlast und auch ein stufenweises Herunterfahren der Netzlast ermöglicht.All of them now have motor vehicles 1a , 2a and 3a , being of the same type, the same charging time. As a result, the motor vehicle hears first 1a on to load. The total load at time t4 is therefore P2 + P3. Afterwards the motor vehicle stops 2a , which was the second motor vehicle to start charging, starts the charging process. At the point in time t5, the total charging power that the power plant K has to provide is now P3. At the point in time t6, the motor vehicle is finally at 6:00 a.m. 3a finished with the store. The total charging power that the power plant K has to generate now jumps from P3 to 0. By switching the motor vehicles on and off in stages 1a , 2a and 3a This enables a gradual increase in the network load and also a gradual decrease in the network load.

3 beschreibt nun das Ladeleistungsdiagramm, die ein einzelnes Kraftfahrzeug 1a, 2a oder 3a über die Ladezeit benötigt. Dabei ist die Zeit auf der x-Achse aufgetragen. Die Ladeleistung für jedes einzelne Kraftfahrzeug 1a, 2a und 3a ist auf der y-Achse aufgetragen. Im Folgenden ist auch nun der Einschaltvorgang für ein Kraftfahrzeug an dem jeweiligen Anschluss der Haushalte 1, 2 oder 3 über den Zeitverlauf aufgetragen. Dabei wird angenommen, dass der Ladevorgang an einem bestimmten Zeitpunkt t1, t2 und t3 beginnt und dass dabei das Kraftfahrzeug mit einer maximalen verfügbaren Ladeleistung P1, P2 und P3 geladen wird. Sobald diese Ladeleistung P1, P2 und P3 vollständig anliegt, bleibt sie im Mittel konstant. Es können auch Abweichungen während dieser Zeit auftreten, was durch Einbeziehen eines Puffers mit berücksichtigt wird. In der 3 wird beispielsweise nun das Kraftfahrzeug 1 zum Zeitpunkt t1 nun mit dem Laden beginnen. Dabei liegt nun unmittelbar die volle verfügbare Ladeleistung P1 zum Zeitpunkt t1 an und wird über die gesamte Ladedauer auch bis zum Erreichen des Ladeziels beibehalten. Zum Zeitpunkt t2 wird das Kraftfahrzeug 2 an die Ladevorrichtung angeschlossen und beginn nun unmittelbar mit dem Laden mit der Ladeleistung P2. Das Kraftfahrzeug 3 wird zum Zeitpunkt t3 an das System angeschlossen und beginnt nun zum Zeitpunkt t3 mit dem Laden mit der Ladeleistung P3. Die gesamte Zusatzbelastung des Netzes durch das Laden der Fahrzeugflotte wird nun dadurch erhalten, dass die jeweiligen einzelnen Ladeleistungen P1, P2 und P3 aufaddiert werden. Wenn alle die Kraftfahrzeuge 1, 2a und 3a gleichzeitig mit der jeweils ihnen zur Verfügung stehenden maximalen Ladeleistung anfangen zu laden, entsteht dabei ein sehr starker Peak, das das Netz ausregeln muss. Dabei ist es vorteilhaft, diese Last stufenweise zu verteilen, um dem Netz mehr Zeit zum Regulieren zu geben. 3rd now describes the charging capacity diagram for a single motor vehicle 1a , 2a or 3a needed about the loading time. The time is plotted on the x-axis. The charging power for each individual vehicle 1a , 2a and 3a is plotted on the y-axis. The following is the switch-on process for a motor vehicle at the respective connection of the households 1 , 2 or 3rd plotted over time. It is assumed here that the charging process begins at a specific point in time t1, t2 and t3 and that the motor vehicle is at a maximum available charging power P1 , P2 and P3 is loaded. As soon as this charging power P1 , P2 and P3 is fully applied, it remains constant on average. Deviations can also occur during this time, which is taken into account by including a buffer. In the 3rd is now the motor vehicle, for example 1 Now start charging at time t1. The full available charging power is now immediately available P1 at time t1 and is maintained over the entire charging period until the charging destination is reached. At time t2, the motor vehicle is 2 connected to the charging device and start charging with the charging power immediately P2 . The car 3rd is connected to the system at time t3 and starts charging with the charging power at time t3 P3 . The entire additional load on the network due to the charging of the vehicle fleet is now obtained by the fact that the respective individual charging capacities P1 , P2 and P3 are added up. When all the motor vehicles 1 , 2a and 3a start to charge at the same time as the maximum charging power available to them, a very strong peak arises that the network has to regulate. It is advantageous to distribute this load in stages in order to give the network more time to regulate.

4 zeigt die akkumulierte Leistungsaufnahme aller Elektrofahrzeuge in einem geografisch abgegrenzten Gebiet. Hierbei wird auf das gleiche Beispiel wie in 2 zurückgegriffen. Also es wird angenommen, dass es ein geografisches Gebiet gibt, das von einem Kraftwerk K mit elektrischer Energie versorgt wird. Dabei gibt es jeweils drei elektrische Kraftfahrzeuge 1a, 2a und 3a. Diese Kraftfahrzeuge werden nun im Zeitfenster von 22:00 Uhr bis 6:00 Uhr, was das Ladezeitfenster definiert, laden. Startpunkt ist nun der Zeitpunkt T1 kurz um 22:00 Uhr. Auf der x-Achse ist die Zeit aufgetragen, auf der y-Achse nun die gesamte Leistung, die das Kraftwerk K zum Laden ausschließlich der Kraftfahrzeuge 1a, 2a und 3a zur Verfügung stellen muss. Zum Zeitpunkt t1 beginnt das Kraftfahrzeug 1a mit dem Ladevorgang. Dabei muss das Kraftwerk K nun die Leistung P1 im Netz zur Verfügung stellen, um das Netz ausgeglichen zu halten. Zum Zeitpunkt t2 beginnt nun das Kraftfahrzeug 2a mit dem Laden. Nun muss das Kraftwerk K die Leistung P1 + P2 im gesamten Netz zur Verfügung stellen. Zum Zeitpunkt t3 beginnt nun das Kraftfahrzeug 3a mit dem Laden, weshalb das Kraftwerk K nun die Gesamtladeleistung P1 + P2 + P3 zur Verfügung stellen muss. Die Kraftfahrzeuge 1a, 2a und 3a laden nun gleich lang auf. Das ist zum Beispiel die Ladedauer der Kraftfahrzeuge 1a, 2a und 3a, um vom Ladezustand entsprechend ihrer jeweiligen Fahrleistungen des Tages auf das Ladeziel von 80 % zu kommen. Da das Kraftfahrzeug 1a zuerst angefangen hat zu laden, wird nun das Kraftfahrzeug 1a zum Zeitpunkt t4 mit dem Laden fertig, weshalb das Kraftwerk K nun die Ladeleistung P2 + P3 aufbringen muss, um das Netz stabil zu halten. Zum Zeitpunkt t5 ist das Kraftfahrzeug 2 nun mit dem Laden fertig, weshalb das Kraftwerk K nur noch die Leistung P3 im Netz zur Verfügung stellen muss. Zum Zeitpunkt t6 ist das Kraftfahrzeug 3a mit dem Laden fertig, weshalb das Kraftwerk K nun keine zusätzliche elektrische Leistung zum Laden der Kraftfahrzeuge mehr zur Verfügung stellen braucht. Das Beispiel der 4 zeigt nun das stufenweise Ein- und Ausschalten des Ladevorgangs, wobei die Netzlast nun zeitlich entzerrt wird, sodass das Zuschalten mehrerer elektrischer Kraftfahrzeuge in einem geografisch abgegrenzten Gebiet zu keiner Netzüberlastung führt, sondern diese zeitlich entzerrt. Diese Auslastungen können beim Einschalten des Ladevorgangs entstehen. Ferner können sie auch beim Ausschalten des Ladevorgangs die Netzbelastung, die dabei entsteht, das alle Kraftfahrzeuge 1a, 2a und 3a im Extremfall von gleichzeitiger Routine das Runterfahren der aufgenommenen Last am Ladeziel, entzerren. 4th shows the accumulated power consumption of all electric vehicles in a geographically defined area. The same example as in 2 resorted to. So it is assumed that there is a geographical area that is supplied with electrical energy from a power plant K. There are three electric vehicles each 1a , 2a and 3a . These vehicles will now charge in the time window from 10:00 p.m. to 6:00 a.m., which defines the charging time window. The starting point is now the time T1 briefly at 10:00 p.m. The time is plotted on the x-axis and the total output that the power plant K for charging, excluding the motor vehicles, is now plotted on the y-axis 1a , 2a and 3a must provide. The motor vehicle begins at time t1 1a with the charging process. The power plant K must now have the output P1 in the network to keep the network balanced. The motor vehicle now begins at time t2 2a with the store. Now the power plant K must provide the power P1 + P2 in the entire network. The motor vehicle now begins at time t3 3a with the charging, which is why the power plant K now has the total charging capacity P1 + P2 + P3 must provide. The motor vehicles 1a , 2a and 3a now charge for the same length of time. This is, for example, the charging time of the motor vehicle 1a , 2a and 3a to select from the state of charge according to their the respective mileage of the day to reach the charging target of 80%. Since the motor vehicle 1a first started charging, the motor vehicle will now be 1a finished charging at time t4, which is why the power plant K now has the charging power P2 + P3 has to apply to keep the network stable. The motor vehicle is at time t5 2 now finished with the loading, which is why the power plant K only has the power P3 must make available in the network. The motor vehicle is at time t6 3a finished with the charging, which is why the power plant K now no longer needs to provide any additional electrical power for charging the motor vehicles. The example of 4th now shows the gradual switching on and off of the charging process, with the network load now being equalized in terms of time, so that switching on several electric vehicles in a geographically delimited area does not lead to network overload, but rather equalizes it in terms of time. These loads can occur when the charging process is switched on. Furthermore, when the charging process is switched off, they can reduce the network load that arises on all motor vehicles 1a , 2a and 3a in the extreme case of simultaneous routine, the lowering of the picked up load at the charging destination, equalize.

5 zeigt nun ein Zeitdiagramm für die jeweiligen Ladezeitfenster LZF und den Ladevorgang LV. In diesem Beispiel wird nun das Festlegen des Ladens für das Kraftfahrzeug 1 a beispielhaft gezeigt. Auf der x-Achse ist nun die Zeit t abgebildet und auf der y-Achse die Ladeleistung P, die das Kraftfahrzeug zum Laden aufnimmt. Das Ladezeitfenster LZF wird nun durch die Wahl von bestimmten Preis-Leistungs-Tarifen bestimmt. Diese Preis-Leistungs-Tarife können von einem Benutzer eingestellt werden in Abhängigkeit von dem Angebot eines Anbieters elektrischer Energie. Hier beispielsweise, wo zwischen dem Zeitpunkt t1 und dem Zeitpunkt t2 die elektrische Energie zu einem besonders günstigen Tarif angeboten wird. Diese Zeitpunkte bestimmen nun ein Ladezeitfenster LZF, auf das das Kraftfahrzeug 1a entsprechend konfiguriert werden kann, sodass es nur in diesem Ladezeitfenster LZF lädt. Um einen Beitrag zur Netzstabilität zu leisten, wenn mehrere Kraftfahrzeuge zum Zeitpunkt t1 zu laden beginnen wollen, wird nun das Kraftfahrzeug 1a intern eine Zufallszahl verwenden, die einen Verschiebungsfaktor vom Zeitpunkt t1 auf den Zeitpunkt t3 bestimmt, an dem das Kraftfahrzeug 1a mit dem Laden beginnt. Der Zeitraum zwischen den Zeitpunkten t3 und t2 ist nun die von dem System berechnete Ladedauer LD. Diese Ladedauer LD setzt sich einerseits aus den Komponenten zusammen, die für das Erreichen eines vorgegebenen Ladeziels bestimmt sind, sofern die momentane Ladeleistung konstant bleibt. Das kann beispielsweise von einem Ladezustand entsprechend ihrer jeweiligen Fahrleistungen des Tages auf 80 % der Fall sein. Das Kraftfahrzeug 1a lädt nun zwischen den Zeitpunkten t3 und t5. Der Ladevorgang LV wird am Zeitpunkt t5 beendet. Dabei ist zum Zeitpunkt t5 das Ladeziel von 80 % erreicht. Um Schwankungen von Ladeleistung im Netz zu berücksichtigen, sodass zum Zeitpunkt t2 spätestens das Ladeziel erreicht ist, verwendet das Kraftfahrzeug 1a einen Puffer Bu in der Berechnung der Ladedauer LD, wobei sich der Puffer Bu in dem gezeigten Beispiel zwischen den Zeitpunkten t5 und t2 befindet. Dieser Puffer Bu dient dazu, dass, falls die im Netz verfügbare maximale Ladeleistung abnehmen sollte, dass das System trotzdem das Laden von der Speichervorrichtung so beendet, dass das Ladeziel von 80 % spätestens zum Zeitpunkt t2 erreicht ist. Dabei ist zu unterscheiden, dass die Ladedauer LD einerseits den Ladevorgang LV zwischen den Zeitpunkten t3 und t5 und einen Puffer Bu zwischen den Zeitpunkten t5 und t2 beinhaltet. Die Zufallszahl, die in dem Kraftfahrzeug verwendet wird, den Beginn des Ladevorgangs LV zum Beginn der Ladedauer LD t3 zu bestimmen, bestimmt dabei den Beginn des Ladevorgangs LV und nicht der Ladedauer LD. 5 now shows a time diagram for the respective charging time window LZF and the charging process LV. This example now sets the charging for the motor vehicle 1 a shown as an example. The time t is now shown on the x-axis and the charging power P, which the motor vehicle consumes for charging, is shown on the y-axis. The LZF loading time window is now determined by the choice of certain price-performance tariffs. These price-performance tariffs can be set by a user as a function of the offer from an electrical energy provider. Here, for example, where the electrical energy is offered at a particularly low tariff between time t1 and time t2. These points in time now determine a charging time window LZF to which the motor vehicle can move 1a can be configured accordingly so that it only loads LZF in this loading time window. In order to contribute to network stability when several motor vehicles want to start charging at time t1, the motor vehicle is now 1a internally use a random number that determines a shift factor from time t1 to time t3 at which the motor vehicle 1a starts loading. The period between times t3 and t2 is now the charging time LD calculated by the system. This charging time LD is composed on the one hand of the components that are intended for reaching a specified charging destination, provided that the current charging power remains constant. This can be the case, for example, from a state of charge corresponding to their respective mileage during the day to 80%. The car 1a now loads between times t3 and t5. The charging process LV is ended at time t5. The charging target of 80% is reached at time t5. In order to take into account fluctuations in charging power in the network, so that the charging target is reached at the latest at time t2, the motor vehicle uses 1a a buffer Bu in the calculation of the charging duration LD, the buffer Bu being located between times t5 and t2 in the example shown. This buffer Bu serves to ensure that, if the maximum charging power available in the network should decrease, that the system nevertheless terminates the charging from the storage device in such a way that the charging target of 80% is reached at the latest at time t2. A distinction must be made here between the fact that the charging duration LD includes, on the one hand, the charging process LV between times t3 and t5 and a buffer Bu between times t5 and t2. The random number which is used in the motor vehicle to determine the beginning of the charging process LV at the beginning of the charging period LD t3 determines the beginning of the charging process LV and not the charging period LD.

Das gleiche Muster wird nun auch für alle Kraftfahrzeuge 1a, 2a und 3a, die sich in dem abgegrenzten geografischen Gebiet befinden, verwendet, sodass stufenweise die Netzbelastung über die Ladedauer LD verteilt werden kann. Dabei müssen die Kraftfahrzeuge miteinander nicht in Verbindung stehen. Analog wird dabei das Ladezeitfenster LZF anhand von Preis-Leistungs-Informationen geplant. Diese Preis-Leistungs-Daten können über eine drahtlose Verbindung (über LTE, UTS oder WLAN et cetera) ins Kraftfahrzeug übertragen werden oder durch den Kunden manuell (über ein Backinterface im Kraftfahrzeug, eine App, ein PC von einem Energiemanagementsystem oder ein Heimenergiemanagementsystem) eingetragen werden.The same pattern is now also used for all motor vehicles 1a , 2a and 3a that are located in the delimited geographical area, so that the network load can be gradually distributed over the charging time LD. The motor vehicles do not have to be connected to one another. In the same way, the LZF loading time window is planned on the basis of price-performance information. This price-performance data can be transferred to the vehicle via a wireless connection (via LTE, UTS or WLAN etc.) or entered manually by the customer (via a back interface in the vehicle, an app, a PC from an energy management system or a home energy management system) become.

Der Ladestartzeitpunkt wird dabei so gelegt, dass in den günstigen Zeitfenstern geladen wird. Wenn viele Kunden gleichzeitig den Tarif nutzen, entsteht aber auch hier die Problematik, dass viele Kraftfahrzeuge exakt gleichzeitig aufgrund einer im Kraftfahrzeug verbauten Funkuhr anfangen zu laden. Ein Algorithmus im Kraftfahrzeug berechnet nun die Ladedauer. Insofern die Ladedauer geringer ist als die Zeitspanne im Zeitfenster der Ladedauer (im günstigen Ladezeitfenster), wird der Ladevorgang dynamisch verschoben. Bei dem Verschieben wird dabei ein Puffer berücksichtigt, um das Ladeziel spätestens zum Abfahrtszeitpunkt auch bei Störungen sicher zu erreichen. Dabei erfolgt der Einschaltvorgang nun timergesteuert, sodass die Netzbelastung, wenn viele Nutzer gleichzeitig zu laden beginnen, entzerrt wird. In jedem Fall hat der Kundenwunsch, zum Abfahrtszeitpunkt den gewünschten Ladezustand zu erreichen, die höchste Priorität. Durch Verschieben des Ladestarts per Zufallsgenerator, der einen Wert zur Verschiebung des Ladestarts ermittelt, wird dabei eine zeitliche Verteilung der Verbraucher erreicht. Durch die Verwendung eines Zufallsgenerators ist gewährleistet, dass nahezu alle Verbraucher zu unterschiedlichen Zeitpunkten zu laden beginnen. Vorteile dieser Erfindung sind ein Komfortgewinn für die Kunden, da ein Netzausfall unwahrscheinlicher wird und damit auch ein Stromausfall durch die starke Lastschwankung auf der Verbraucherseite vermieden wird. Durch die stufenweise Belastung des Stromnetzes ergibt sich auch ein Vorteil für Energieversorger, die das Netz damit leichter stabil halten können, was gegebenenfalls Kooperationsspielräume mit Energieversorgern ermöglicht. Mit steigendem Anteil an Elektrofahrzeugen im Feld wird dieser Funktion einer stufenweisen Belastung des Stromnetzes eine immer größere Bedeutung beigemessen.The charging start time is set in such a way that charging takes place in the favorable time windows. If many customers use the tariff at the same time, the problem arises here too that many vehicles start charging exactly at the same time due to a radio clock installed in the vehicle. An algorithm in the motor vehicle now calculates the charging time. If the charging time is shorter than the time span in the charging time window (in the favorable charging time window), the charging process is shifted dynamically. When moving, a buffer is taken into account in order to safely reach the loading destination by the time of departure at the latest, even in the event of disruptions. The switch-on process is now timer-controlled, so that the network load is equalized if many users start charging at the same time. In any case, the customer's request to have the desired charge level at the time of departure has the highest priority. By shifting the charging start by a random generator, which determines a value for the shifting of the charging start, a temporal distribution is created reached the consumer. The use of a random generator ensures that almost all consumers start charging at different times. Advantages of this invention are a gain in comfort for the customer, since a power failure is less likely and thus a power failure due to the strong load fluctuation on the consumer side is avoided. The gradual loading of the electricity network also results in an advantage for energy suppliers, who can thus keep the network stable more easily, which, if necessary, allows scope for cooperation with energy suppliers. With the increasing number of electric vehicles in the field, this function of gradually loading the power grid becomes more and more important.

Insgesamt zeigen die Beispiele, wie durch die Erfindung ein Verhindern von Stromnetzstörungen beim timergesteuerten Laden bereitgestellt werden kann.Overall, the examples show how the invention can provide a prevention of power grid disturbances during timer-controlled charging.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • DE 102017113842 A1 [0002]DE 102017113842 A1 [0002]
  • CN 109950974 [0003]CN 109950974 [0003]
  • DE 102017116887 A1 [0004]DE 102017116887 A1 [0004]

Claims (10)

Verfahren zum Laden einer Speichervorrichtung zum Speichern elektrischer Energie in einem Kraftfahrzeug (1a, 2a, 3a), wobei eine Steuervorrichtung zum Steuern des Ladens gemäß eines Ladeplans zum Erreichen eines Ladeziels vorhanden ist, sodass in einem eingestellten Ladezeitfenster (LZF) die Speichervorrichtung geladen wird und am Ende des Ladezeitfensters (LZF) das Ladeziel erreicht ist, gekennzeichnet dadurch, dass die Steuervorrichtung eine Ladedauer (LD) von einem aktuellen Ladezustand der Speichervorrichtung zu dem Ladeziel berechnet und, wenn die Ladedauer geringer als eine Zeitspanne des Ladezeitfensters (LZF) ist, ein Beginn eines Ladevorgangs (LV) innerhalb des Ladezeitfensters (LZF) auf einen vom aktuellen Zeitpunkt verschiedenen Ladestartzeitpunkt verschoben wird, wobei zum Verschieben des Ladevorgangs (LV) mittels einer dem Kraftfahrzeug (1a, 2a, 3a) zugehörigen, intrinsischen Zufallszahl ein Zeitwert ermittelt wird, der den Ladestartzeitpunkt innerhalb des Ladezeitfensters (LZF) bestimmt.A method for charging a storage device for storing electrical energy in a motor vehicle (1a, 2a, 3a), wherein a control device is present for controlling the charging according to a charging plan for reaching a charging target, so that the storage device is charged in a set charging time window (LZF) and at the end of the charging time window (LZF), the charging target is reached, characterized in that the control device calculates a charging duration (LD) from a current state of charge of the storage device to the charging target and, if the charging time is less than a period of the charging time window (LZF), a The start of a charging process (LV) within the charging time window (LZF) is shifted to a charging start time different from the current point in time, a time value being determined for shifting the charging process (LV) by means of an intrinsic random number belonging to the motor vehicle (1a, 2a, 3a), the charging start time within the charging time window (LZF) determined. Verfahren nach Anspruch 1, wobei zu einem Verschieben des Ladevorgangs (LV) mit einem Zufallsgenerator die Zufallszahl für den Zeitwert ermittelt wird, der den Start des Ladevorgangs (LV) innerhalb des Ladezeitfensters (LZF) bestimmt.Procedure according to Claim 1 , the random number for the time value which determines the start of the charging process (LV) within the charging time window (LZF) is determined for shifting the charging process (LV) with a random generator. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zum Verschieben des Ladevorgangs (LV) mittels der Zufallszahl eine dem Kraftfahrzeug (1a, 2a, 3a), eine einem Bauteil des Kraftfahrzeugs (1a, 2a, 3a) zugeordnete Identifikationsnummer oder eine kombinierte Zufallszahl, die aus einem oder mehreren dem Kraftfahrzeug (1a, 2a, 3a) intrinsischen Werten, die mittels einer mathematischen Operation miteinander kombiniert werden, besteht, verwendet wird .Method according to one of the preceding claims, wherein, for shifting the charging process (LV) by means of the random number, an identification number assigned to the motor vehicle (1a, 2a, 3a), a component of the motor vehicle (1a, 2a, 3a) or a combined random number that consists of one or more values intrinsic to the motor vehicle (1a, 2a, 3a), which are combined with one another by means of a mathematical operation, is used. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Verschiebung des Ladevorgangs (LV) ein stufenweises Ein- oder Ausschalten des Ladens der Speichervorrichtung in einem System von mehreren Kraftfahrzeugen (1a, 2a, 3a) bewirkt.Method according to one of the preceding claims, wherein the postponement of the charging process (LV) causes the charging of the storage device to be switched on or off in stages in a system of several motor vehicles (1a, 2a, 3a). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Ladedauer (LD) eine reine Ladezeit und einen Puffer (Bu), welcher einen Zeitaufschlag zum Kompensieren von Leistungsschwankungen beim Laden darstellt, umfasst, um das Ladeziel am Ende des Ladezeitfensters (LZF) auch bei Störungen sicher zu erreichen.Method according to one of the preceding claims, wherein the charging duration (LD) comprises a pure charging time and a buffer (Bu), which represents a time surcharge to compensate for power fluctuations during charging, in order to ensure the charging target at the end of the charging time window (LZF) even in the event of malfunctions to reach. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verfahren eine aktuell verfügbare Ladeleistung unabhängig von einer Ladevorrichtung (1, 2, 3) erkennt und die ermittelte Ladeleistung als Input für eine Berechnung des Ladestartzeitpunkts verwendet.Method according to one of the preceding claims, wherein the method detects a currently available charging power independently of a charging device (1, 2, 3) and uses the determined charging power as input for calculating the charging start time. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Ladezeitfenster (LZF) auf Basis von Preisleistungsdaten eines Anbieters elektrischer Energie, die über eine drahtlose Verbindung an das Kraftfahrzeug (1a, 2a, 3a) übertragen werden, so gesetzt wird, dass innerhalb des Ladezeitfensters (LZF) die Ladedauer (LD) gemäß des Ladeplans berechnet wird, in der der Ladestartzeitpunkt, der Puffer (Bu) und das Ende des Ladevorgangs (LV) liegen.Method according to one of the preceding claims, wherein the charging time window (LZF) is set on the basis of price performance data from a supplier of electrical energy, which are transmitted to the motor vehicle (1a, 2a, 3a) via a wireless connection, so that within the charging time window (LZF ) the charging time (LD) is calculated according to the charging plan, in which the charging start time, the buffer (Bu) and the end of the charging process (LV) lie. Steuervorrichtung, wobei die Steuervorrichtung ein Domänenrechner ist, der das Verfahren nach Anspruch 1 bis 7 umsetzt.Control device, wherein the control device is a domain computer according to which the method Claim 1 to 7th implements. Kraftfahrzeug (1a, 2a, 3a), das eine Steuervorrichtung nach Anspruch 8 umfasst.Motor vehicle (1a, 2a, 3a) that has a control device according to Claim 8 includes. System von Kraftfahrzeugen (1a, 2a, 3a) nach Anspruch 9, wobei die Steuerung der zeitlichen Verteilung der jeweiligen Ladevorgänge (LV) von dem jeweiligen Kraftfahrzeug intrinsisch erfolgt, ohne dass die Kraftfahrzeuge miteinander kommunizieren müssen und sich eine zeitliche Verteilung der jeweiligen Ladevorgänge (LV) der jeweiligen Kraftfahrzeuge (1a, 2a, 3a) ergibt.System of motor vehicles (1a, 2a, 3a) according to Claim 9 , whereby the control of the temporal distribution of the respective charging processes (LV) of the respective motor vehicle takes place intrinsically, without the motor vehicles having to communicate with each other and a temporal distribution of the respective charging processes (LV) of the respective motor vehicles (1a, 2a, 3a) results.
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