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
Aus der
In der
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.
-
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.
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.
- 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
In diesem Beispiel wird davon ausgegangen, dass alle Kraftfahrzeuge
Dabei haben jetzt alle Kraftfahrzeuge
Das gleiche Muster wird nun auch für alle Kraftfahrzeuge
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]
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2019
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