DE102020004733A1 - Fahrzeuggestütztes Energiespeichersystem - Google Patents

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DE102020004733A1
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Björn Bergfelder
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines fahrzeuggestützten Energiespeichersystems (100), welches wenigstens zeitweise mit einem externen Stromnetz (30) gekoppelt ist, umfassend wenigstens ein Fahrzeug (10) mit einer Batterie; und eine Ladestation (32) zum Laden und/oder Entladen der Batterie des Fahrzeugs (10) über das externe Stromnetz (30). Das Verfahren umfasst wenigstens die Schritte: Erfassen von Systemdaten (20) und Zustandsdaten (22) des Fahrzeugs (10); Bestimmen eines Energiefensters (24) für ein Speichern und/oder Entnehmen einer überschüssigen Energiemenge über das Stromnetz (30) in und/oder aus der Batterie über einen mit dem Fahrzeug (10) verbundenen Dienst (16) und Übermitteln des Energiefensters (24) an eine Einrichtung (70) eines Betreibers des Stromnetzes (30); Bestimmen von Lade- und/oder Entladeparametern (36) gemäß dem bestimmten Energiefenster (24) durch die Einrichtung (70); Laden oder Entladen der Batterie an der Ladestation (32) gemäß den bestimmten Lade- und/oder Entladeparametern (36).Die Erfindung betrifft ferner ein fahrzeuggestütztes Energiespeichersystem (100) für ein solches Verfahren.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines fahrzeuggestützten Energiespeichersystems, welches wenigstens zeitweise mit einem externen Stromnetz gekoppelt ist, sowie ein fahrzeuggestütztes Energiespeichersystem für ein solches Verfahren.
  • Konzepte zur Abgabe von elektrischem Strom aus den Antriebsbatterien von Elektro- und Hybridautos zurück in das öffentliche Stromnetz nennt man Vehicle-to-Grid (V2G, zu Deutsch: Vom Fahrzeug zum Netz), bzw. allgemeiner V2X, wobei X für Fahrzeug, Haus oder Stromnetz stehen kann. Im Unterschied zu reinen Elektro-Autos können bidirektional ladefähige Fahrzeuge nicht nur elektrische Energie aus dem Netz entnehmen, sondern als Teil eines intelligenten Energiesystems in Zeiten großer Netzlast auch wieder über spezielle Ladestationen in das Netz oder das Haus einspeisen. V2G ermöglicht somit eine intelligente Sektorkopplung, oder beispielsweise die Versorgung eines Hauses bei Stromausfall.
  • Die V2G-Technik könnte dazu beitragen, den Verkehrssektor zu dekarbonisieren, Laststeuerungsaufgaben wahrzunehmen, die Integration erneuerbarer Energien zu verbessern sowie eine zusätzliche Einnahmequelle für Energieversorgungsunternehmen und Besitzer von Elektroautos zu bilden. Auch das Erbringen von Systemdienstleistungen ist möglich. Die V2G-Technik kann damit eine ähnliche Funktion erfüllen wie Batterie-Speicherkraftwerke und Solarbatterien. Für eine effiziente Anwendung ist allerdings eine ausreichend hohe Zahl von Fahrzeugen mit Elektrospeichern und öffentlicher oder privater Anschlussstellen erforderlich.
  • Die meisten Fahrzeugbatterien weisen eine von den Ladezyklen und vom Energiedurchsatz abhängige Lebensdauer auf. Für eine effektive und effiziente Funktion des V2G-Konzeptes muss der Fahrzeugbesitzer dem Netzbetreiber die zentrale Kontrolle über die Lade- und Entladevorgänge überlassen. In diesem Fall tangiert der Betrieb V2G möglicherweise die Garantiebedingungen der Hersteller, denn das V2G-Konzept kann damit die Lebensdauer der Batterie beeinflussen.
  • Die KR101505465B1 offenbart ein System zum Steuern des Ladens/Entladens einer Batterie unter Kontrolle einer Häufigkeit von V2G-Vorgängen. Insbesondere umfasst das System eine Ladeeinheit zum Empfangen des aktuellen Ladezustands und der Lademengeninformationen einer internen Batterie eines Elektrofahrzeugs, zum Empfangen der erforderlichen Lademenge und der Ladeendzeitinformationen der Batterie von einem Benutzerterminal und zum anschließenden Laden der Batterie. Weiter umfasst das System eine Ladesteuereinheit, um mindestens einen der erforderlichen Ladebeträge, die Ladeendzeit und den aktuellen Ladezustand des Elektrofahrzeugs von der Ladeeinheit zu empfangen und Energie zum Laden der Batterie an die Ladeeinheit basierend auf den empfangenen Informationen zu übertragen, wodurch optimale Lade-/Entlademengen der Batterie in einem von einem Hauptnetz isolierten Mikronetz unter Berücksichtigung des aktuellen Ladezustands der Batterie im Elektrofahrzeug bestimmt werden.
  • Eine Aufgabe der Erfindung ist es, ein ressourcenschonendes Verfahren zum Betreiben eines fahrzeuggestützten Energiespeichersystems anzugeben, welches wenigstens zeitweise mit einem externen Stromnetz gekoppelt ist.
  • Eine weitere Aufgabe ist es, ein fahrzeuggestütztes Energiespeichersystem anzugeben.
  • Die vorgenannten Aufgaben werden mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst.
  • Günstige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung.
  • Nach einem Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Betreiben eines fahrzeuggestützten Energiespeichersystems vorgeschlagen, welches wenigstens zeitweise mit einem externen Stromnetz gekoppelt ist, umfassend wenigstens ein Fahrzeug mit einer Batterie; sowie eine Ladestation zum Laden und/oder Entladen der Batterie des Fahrzeugs über das externe Stromnetz. Das Verfahren umfasst wenigstens die Schritte: Erfassen von Systemdaten des Fahrzeugs; Erfassen aktueller Zustandsdaten des Fahrzeugs; Bestimmen eines Energiefensters für ein Speichern und/oder Entnehmen einer überschüssigen Energiemenge über das Stromnetz in und/oder aus der Batterie auf Basis der Systemdaten und der Zustandsdaten des Fahrzeugs über einen mit dem Fahrzeug verbundenen Dienst und Übermitteln des Energiefensters an eine Einrichtung eines Betreibers des Stromnetzes; Bestimmen von Lade- und/oder Entladeparametern gemäß dem bestimmten Energiefenster durch die Einrichtung des Betreibers des Stromnetzes; sowie Laden oder Entladen der Batterie an der Ladestation gemäß den bestimmten Lade- und/oder Entladeparametern.
  • Der Begriff „Überschüssige Energiemenge“ kann in diesem Zusammenhang so verstanden werden, dass eine im Stromnetz produzierte, aber aktuell nicht benötigte Energiemenge für eine Zwischenspeicherung zur Verfügung steht, oder dass eine in der Batterie gespeicherte, aber aktuell für das Fahrzeug nicht benötigte Energiemenge für eine Verwendung im Stromnetz zur Verfügung steht. Dies kann über eine sogenannte Vehicle-to-X (V2X)-Anwendung, erfolgen, wobei X beispielsweise für ein anderes Fahrzeug, ein Haus oder das Stromnetz steht. Unter Stromnetz kann dabei auch ein internes Stromnetz innerhalb eines Gebäudes verstanden werden, welches zusätzlich noch an ein externes Stromnetz gekoppelt sein kann. Die Batterie kann so gespeicherte Energie über das Stromnetz an ein anderes Fahrzeug abgeben und/oder in das interne Stromnetz des Gebäudes einspeisen und/oder direkt an das externe Stromnetz abgeben. Umgekehrt kann eine Energiemenge von einem anderen Fahrzeug und/oder aus dem internen Stromnetz eines Gebäudes und/oder direkt aus dem externen Stromnetz aufgenommen werden.
  • Werden Elektrofahrzeuge oder Plug-In-Fahrzeuge exzessiv genutzt, indem etwa sehr schnell gefahren wird, schnell geladen wird oder die Batterie für einen V2X-Betrieb intensiv genutzt wird, ist der Energiedurchsatz der Batterie sehr hoch. Dadurch können unkontrollierte Batteriekosten und/oder höhere Garantiekosten verursacht werden.
  • Nach dem beschriebenen Verfahren werden Systemdaten und Zustandsdaten des Fahrzeugs und damit insbesondere der Batterie erfasst und in Datenspeichern, welche beispielsweise in einem oder mehreren internetbasierten externen Datenspeichern, insbesondere einer internetbasierten so genannten Cloud, realisiert sein können, vorgehalten. Zustandsdaten des Fahrzeugs können beispielsweise umfassen: Ladezustand der Batterie (state of charge (SOC)), Alterungszustand der Batterie (state of health (SOH)), zulässige Ladeleistung, Fahrleistung, zulässiger Energiedurchsatz, Batterietemperatur, Betriebsdauer des Fahrzeugs (über die Abfahrzeit) und ähnliche Größen.
  • Erfindungsgemäß wird ein Dienst implementiert, beispielsweise als Backend-Dienst, der in dem Datenspeicher, insbesondere in der internetbasierten Cloud, implementiert sein kann, um den Energiedurchsatz beim Laden und/oder Entladen der Batterie im Rahmen einer V2X-Anwendung zu kontrollieren.
  • Über den Dienst kann ein Energiefenster bestimmt werden, welches einen aktuell zulässigen Energiedurchsatz angibt, der vom aktuellen Zustand der Batterie und den Nutzungsbedingungen des Fahrzeugs durch den Fahrer abhängt. Dabei können auch geplante oder prognostizierte Nutzungsbedingungen optional berücksichtigt werden. Das Energiefenster beinhaltet beispielsweise eine Menge an nutzbarer Energie, eine Energiegrenze für das Entladen oder Laden der Batterie, oder eine Grenze für die Ladeleistung pro Ladevorgang.
  • Beispielsweise kann für eine Batterie mit einer nutzbaren Energiemenge von 80 kWh bei einer vorgesehenen Betriebsdauer von 10 Jahren ein zulässiger Gesamt-Energiedurchsatz von 180 MWh angegeben sein. Umgerechnet ergibt das einen Energiedurchsatz pro Jahr von 18000 kWh/Jahr, welcher beispielsweise von einem sogenannten Extrem-Nutzer auch erreicht würde. Ein normaler Nutzer, der vielleicht nur 20000 km pro Jahr mit einem Verbrauch von 31 kWh/100 km fährt, würde nur 12340 kWh/Jahr erreichen. Das bedeutet, dass die Differenz zwischen der Extremnutzung und der Normalnutzung, nämlich 5660 kWh/Jahr als Energiedurchsatz für V2X-Anwendungen zur Verfügung stehen kann.
  • Das bestimmte Energiefenster kann an eine Einrichtung eines Netzbetreibers übermittelt werden, der daraus dann Lade- und/oder Entladeparameter für ein Speichern und/oder Entnehmen einer überschüssigen Energiemenge über das Stromnetz in und/oder aus der Batterie bestimmen kann. Damit kann beispielsweise ein Zeitpunkt für einen Lade- und/oder Entladevorgang, zulässige Leistungsdaten und ähnliche Parameter bestimmt werden.
  • Über das erfindungsgemäße Verfahren kann gewährleistet werden, dass die Batterie des Fahrzeugs bei einer V2X-Anwendung ressourcenschonend unter für die Batterie günstigen Bedingungen betrieben wird. Damit kann sichergestellt werden, dass für den Nutzer bei einem Einsatz der Fahrzeugbatterie unter V2X-Bedingungen Einschränkungen reduziert werden, sodass ein eventueller Anstieg an Garantiekosten vermieden werden kann und eine eventuelle Degradation der Batterie reduziert werden kann.
  • Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass ein V2X-Einsatz des Fahrzeugs, bzw. der Batterie über das Fahrzeug gesteuert und kontrolliert werden kann. Das Fahrzeug kann so dem Netzbetreiber bzw. dessen Einrichtung mitteilen, welche Nutzung im Rahmen von V2X für einen möglichst ressourcenschonenden Einsatz der Batterie zulässig ist. Damit behält der Fahrzeugnutzer die Kontrolle über den Einsatz seiner Batterie zu solchen, beispielsweise stromnetzstabilisierenden, Maßnahmen. Auch kann der Einsatz der Batterie für eine V2X-Anwendung durch das Fahrzeug konkret angestoßen werden. Der Fahrzeugnutzer behält die Kontrolle über den Einsatz der Batterie, was beispielsweise für eine Vorbereitung auf eine zukünftig geplante Nutzung des Fahrzeugs von Bedeutung sein kann.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens können die Zustandsdaten des Fahrzeugs wenigstens eine der folgenden Größen umfassen: einen aktuellen Ladezustand der Batterie; einen maximal zulässigen Ladezustand der Batterie; eine aktuelle Betriebsdauer des Fahrzeugs; eine aktuelle Temperatur der Batterie. Weiter können die Systemdaten des Fahrzeugs wenigstens eine der folgenden Größen umfassen: einen zulässigen Gesamt-Energiedurchsatz der Batterie, insbesondere eine zulässige Energiemenge für das Laden und/oder eine zulässige Energiemenge für das Entladen der Batterie; eine zulässige Ladeleistung der Batterie; eine zulässige Entladeleistung der Batterie.
  • Systemdaten setzen dabei die generellen Randbedingungen für die Nutzung der Batterie bezüglich Laden und Entladen, während die Zustandsdaten beispielsweise den Ist-Zustand der Batterie sowie den aktuellen Alterungszustand kennzeichnen. Systemdaten und Zustandsdaten können vorteilhaft in unterschiedlichen Datenspeichern, beispielsweise in einer Cloud-Applikation abgelegt sein, da sich Systemdaten selten verändern, während Zustandsdaten laufend aktualisiert werden. Möglich ist jedoch auch, Systemdaten und Zustandsdaten in demselben Datenspeicher abzulegen.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens kann das Energiefenster wenigstens eine der folgenden Größen umfassen: einen Betrag an nutzbarer Energie für ein Speichern und/oder Entnehmen einer überschüssigen Energiemenge über das Stromnetz; eine Lade- und/oder Entladegrenze des Energieinhalts der Batterie; eine Ladeleistungsgrenze pro Ladevorgang. Dabei können vorteilhaft auch geplante oder prognostizierte Nutzungsbedingungen der Batterie, bzw. des Fahrzeugs optional berücksichtigt werden.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens kann nach einem Abschluss eines Lade- und/oder Entladevorgangs ein erfolgter Energiedurchsatz zurückgemeldet werden. Insbesondere kann der erfolgte Energiedurchsatz von der Ladestation an den Dienst zurückgemeldet werden. Auf diese Weise ist es möglich, die aktuellen Zustandsdaten der Batterie wieder auf den neuen Stand zu versetzen und über den Dienst auch die in den Datenspeichern abgelegten Daten der Batterie zu aktualisieren. Damit können neue V2X-Einsätze möglichst aktuell geplant werden. Außerdem ist es möglich, aus dem V2X-Einsatz Rückschlüsse auf zukünftige V2X-Einsätze der Batterie zu ziehen.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens kann der aktuelle Ladezustand der Batterie beim Laden und/oder Entladen der Batterie direkt an die Ladestation übermittelt werden. Insbesondere kann der aktuelle Ladezustand der Batterie beim Laden und/oder Entladen der Batterie von dem Fahrzeug direkt an die Ladestation übermittelt werden. Dadurch ist eine möglichst direkte Rückkopplung auf die Lade- und/oder Entladeparameter, welche von der Ladestation verwendet werden, gegeben.
  • Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein fahrzeuggestütztes Energiespeichersystem für ein oben beschriebenes Verfahren vorgeschlagen, umfassend wenigstens ein Fahrzeug mit einer Batterie; eine Ladestation, welche zum Laden und/oder Entladen der Batterie des Fahrzeugs über ein externes Stromnetz vorgesehen ist; einen Datenspeicher, insbesondere einen internet-basierten Datenspeicher für Systemdaten des Fahrzeugs; einen Datenspeicher, insbesondere einen internet-basierten Datenspeicher für aktuelle Zustandsdaten des Fahrzeugs. Dabei ist ein Dienst, insbesondere ein mit dem Fahrzeug verbundener Dienst zur Bestimmung eines Energiefensters für ein Speichern und/oder Entnehmen einer überschüssigen Energiemenge über das Stromnetz aus und/oder in die Batterie auf Basis der Systemdaten und der Zustandsdaten des Fahrzeugs vorgesehen.
  • Das erfindungsgemäße Energiespeichersystem unterstützt eine Anwendung des oben beschriebenen Verfahrens für ein Speichern und/oder Entnehmen einer überschüssigen Energiemenge über das Stromnetz in und/oder aus der Batterie im Rahmen eines V2X-Einsatzes. Zur Vermeidung unnötiger Wiederholung wird auf die oben beschriebenen Vorteile des Verfahrens verwiesen.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Energiespeichersystems kann der Dienst zur Bestimmung des Energiefensters in dem Datenspeicher für aktuelle Zustandsdaten des Fahrzeugs implementiert sein. Günstigerweise können so die Zustandsdaten auf einfache Weise direkt zur Verfügung gestellt werden, ohne dass zusätzliche Datenkanäle benötigt werden. Damit ist die Integration des Dienstes in fahrzeuggestützte Datensysteme leichter möglich, was auch eine eventuell nötige Wartung des Dienstes vereinfacht. Darüber hinaus sind auch sicherheitsrelevante Aspekte auf effiziente Weise darzustellen.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Energiespeichersystems kann eine Einrichtung eines Betreibers des Stromnetzes mit dem Datenspeicher für aktuelle Zustandsdaten des Fahrzeugs verbunden sein. Dadurch kann eine Übermittlung des Energiefensters, welches mit dem ebenfalls auf dem Datenspeicher für Zustandsdaten implementierten Dienst bestimmt wird, auf geeignete Weise erfolgen. Seitens des Netzbetreibers können so effizient die Lade- und/oder Entladeparameter für eine Durchführung des V2X-Einsatzes bestimmt und der Lade- oder Entladevorgang eingeleitet werden.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Energiespeichersystems kann ein aktueller Ladezustand der Batterie beim Laden und/oder Entladen direkt an die Ladestation übermittelbar sein. Insbesondere kann der aktuelle Ladezustand der Batterie beim Laden und/oder Entladen direkt von dem Fahrzeug an die Ladestation direkt übermittelbar sein. Dadurch ist eine möglichst direkte Rückkopplung auf die Lade- und/oder Entladeparameter, welche von der Ladestation verwendet werden, gegeben.
  • Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Zeichnungen, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
  • Dabei zeigen:
    • 1 eine Systemübersicht eines fahrzeuggestützten Energiespeichersystems nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
    • 2 ein Ablaufdiagramm des Verfahrens zum Betreiben eines fahrzeuggestützten Energiespeichersystems nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
    • 3 ein Beispiel für die zur Verfügung stehende Menge an in die Fahrzeugbatterie einspeisbarer Energie bei verschiedenen Nutzungsarten des Fahrzeugs.
  • In den Figuren sind gleiche oder gleichartige Komponenten mit gleichen Bezugszeichen beziffert. Die Figuren zeigen lediglich Beispiele und sind nicht beschränkend zu verstehen.
  • 1 zeigt eine Systemübersicht eines fahrzeuggestützten Energiespeichersystems 100 nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Energiespeichersystem 100 ist wenigstens zeitweise mit einem externen Stromnetz 30 gekoppelt. Das Energiespeichersystem 100 ist für V2X-Anwendungen, also für ein Speichern und/oder Entnehmen einer überschüssigen Energiemenge über das Stromnetz 30 aus und/oder in die Batterie eines Fahrzeugs 10 vorgesehen.
  • Der Begriff „überschüssige Energiemenge“ kann in diesem Zusammenhang so verstanden werden, dass eine im Stromnetz 30 produzierte, aber aktuell nicht benötigte Energiemenge für eine Zwischenspeicherung zur Verfügung steht, oder dass eine in der Batterie gespeicherte, aber aktuell für das Fahrzeug 10 nicht benötigte Energiemenge für eine Verwendung im Stromnetz 30 zur Verfügung steht. Dies kann über eine sogenannte Vehicle-to-X (V2X) - Anwendung, erfolgen, wobei X beispielsweise für ein anderes Fahrzeug, ein Haus oder das Stromnetz 30 steht. Unter Stromnetz 30 kann dabei auch ein internes Stromnetz innerhalb eines Gebäudes verstanden werden, welches zusätzlich noch an ein externes Stromnetz 30 gekoppelt sein kann. Die Batterie kann so gespeicherte Energie über das Stromnetz 30 an ein anderes Fahrzeug abgeben, und/oder in das interne Stromnetz des Gebäudes einspeisen und/oder direkt an das externe Stromnetz 30 abgeben. Umgekehrt kann eine Energiemenge von einem anderen Fahrzeug, aus dem internen Stromnetz eines Gebäudes und/oder direkt aus dem externen Stromnetz 30 aufgenommen werden.
  • Das fahrzeuggestützte Energiespeichersystem 100 umfasst das Fahrzeug 10 mit einer Batterie, das an eine Ladestation 32, welche zum Laden und/oder Entladen der Batterie des Fahrzeugs 10 über das externe Stromnetz 30 vorgesehen ist, ankoppelbar ist. Weiter umfasst das Energiespeichersystem 100 einen Datenspeicher 12 für Systemdaten 20 des Fahrzeugs 10, welcher in diesem Ausführungsbeispiel als Cloud-Speicher realisiert sein kann, sowie einen Datenspeicher 14 für aktuelle Zustandsdaten 22 des Fahrzeugs 10, welcher auch als Cloud-Speicher realisiert sein kann.
  • Weiter ist ein mit dem Fahrzeug 10 verbundener Dienst 16 zur Bestimmung eines Energiefensters 24 für ein Speichern und/oder Entnehmen einer überschüssigen Energiemenge über das Stromnetz 30 aus und/oder in die Batterie auf Basis der Systemdaten 20 und der Zustandsdaten 22 des Fahrzeugs 10 vorgesehen. Der Dienst 16 zur Bestimmung des Energiefensters 24 ist ebenfalls in dem Datenspeicher 14 für aktuelle Zustandsdaten 22 des Fahrzeugs 10 implementiert.
  • Eine Einrichtung 70 eines Betreibers des Stromnetzes 30 ist mit dem Datenspeicher 14 für aktuelle Zustandsdaten 22 des Fahrzeugs 10 beispielsweise über eine Internet-Anbindung zumindest zeitweise verbunden. Die Ladestation 32, welche von dem Netzbetreiber bzw. der Einrichtung 70 betrieben und gesteuert werden kann, ist mit dem externen Stromnetz 30 verbunden. Die Einrichtung 70 des Netzbetreibers umfasst neben dem Stromnetz 30 und der Ladestation 32 wenigstens einen Datenspeicher 34, welcher auch als internet-basierter Cloud-Speicher realisiert sein kann.
  • Das Fahrzeug 10 kann direkt über eine bidirektional ausgebildete Ladeleitung 40 mit der Ladestation 32 verbunden werden. Dabei kann ein aktueller Ladezustand 42 der Batterie beim Laden und/oder Entladen von dem Fahrzeug 10 direkt an die Ladestation 32 übermittelt werden.
  • 2 zeigt dazu ein Ablaufdiagramm des Verfahrens zum Betreiben des fahrzeuggestützten Energiespeichersystems 100 nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben des fahrzeuggestützten Energiespeichersystems 100 werden Systemdaten 20 des Fahrzeugs 10 erfasst und in dem Datenspeicher 12 abgelegt, Schritt S100. Weiter werden aktuelle Zustandsdaten 22 des Fahrzeugs 10 erfasst und in dem Datenspeicher 14 abgelegt, Schritt S102.
  • Die Zustandsdaten 22 des Fahrzeugs 10 umfassen dabei wenigstens eine der folgenden Größen: einen aktuellen Ladezustand 42 der Batterie; einen maximal zulässigen Ladezustand der Batterie; eine aktuelle Betriebsdauer des Fahrzeugs 10; eine aktuelle Temperatur der Batterie. Die Systemdaten 20 des Fahrzeugs 10 umfassen dabei wenigstens eine der folgenden Größen: einen zulässigen Gesamt-Energiedurchsatz der Batterie, insbesondere eine zulässige Energiemenge für das Laden und/oder eine zulässige Energiemenge für das Entladen der Batterie; eine zulässige Ladeleistung der Batterie; eine zulässige Entladeleistung der Batterie.
  • Ein Energiefenster 24 für ein Speichern und/oder Entnehmen einer überschüssigen Energiemenge über das Stromnetz 30 in und/oder aus der Batterie auf Basis der Systemdaten 20 und der Zustandsdaten 22 des Fahrzeugs 10 wird über den mit dem Fahrzeug 10 verbundenen Dienst 16 bestimmt, Schritt S104. Die Übertragung der Systemdaten 20 sowie der Zustandsdaten 22 kann dabei beispielsweise durch den Dienst 16 über eine Fahrzeugidentifikationsnummer des Fahrzeugs 10 angefordert werden.
  • Das Energiefenster 24 umfasst dabei wenigstens eine der folgenden Größen: einen Betrag an nutzbarer Energie für ein Speichern und/oder Entnehmen einer überschüssigen Energiemenge über das Stromnetz 30; eine Lade- und/oder Entladegrenze des Energieinhalts der Batterie; eine Ladeleistungsgrenze pro Ladevorgang.
  • Nach Bestimmung wird das Energiefenster 24 an den Betreiber des Stromnetzes 30 bzw. dessen Einrichtung 70 übermittelt. Die Übertragung der Information kann dabei beispielsweise über eine Vertragsnummer des Fahrzeugbesitzers vom Netzbetreiber bzw. dessen Einrichtung 70 angefordert werden. Über die Vertragsnummer kann beispielsweise auf die verschlüsselt hinterlegte Fahrzeugidentifikationsnummer zugegriffen werden.
  • Optional können an die Einrichtung 70 des Netzbetreibers auch Zustandsdaten 22 des Fahrzeugs 10 übertragen werden, welche beispielsweise eine der folgenden Größen umfassen können: einen aktuellen Ladezustand 42 der Batterie; einen maximal zulässigen Ladezustand der Batterie; eine aktuelle Betriebsdauer des Fahrzeugs 10; eine aktuelle Temperatur der Batterie.
  • Der Netzbetreiber bestimmt mit seiner Einrichtung 70 aus dem bestimmten Energiefenster 24 Lade- und/oder Entladeparameter 36, Schritt S106. Die Bestimmung der Lade- und/oder Entladeparameter 36 kann dabei beispielsweise in einer Cloud-basierten Web-Applikation des Cloud-Speichers 34 durchgeführt werden. Die Lade- und/oder Entladeparameter 36 werden an die Ladestation 32 übertragen.
  • Sodann kann die Batterie an der Ladestation 32 gemäß den bestimmten Lade- und/oder Entladeparametern 36 geladen oder entladen werden, Schritt S108. Der aktuelle Ladezustand 42 der Batterie wird beim Laden und/oder Entladen der Batterie von dem Fahrzeug 10 direkt an die Ladestation 32 übermittelt.
  • Nach einem Abschluss des Lade- und/oder Entladevorgangs wird ein erfolgter Energiedurchsatz 26 von der Ladestation 32 an den Dienst 16 zurückgemeldet, sodass die Zustandsdaten 22 des Fahrzeugs 10 aktualisiert werden können.
  • 3 zeigt ein Beispiel für die zur Verfügung stehende Menge an in die Fahrzeugbatterie einspeisbarer Energie bei verschiedenen Nutzungsarten des Fahrzeugs 10.
  • Das Diagramm zeigt eine Auftragung des Energiedurchsatzes 52 in MWh einer Batterie als Funktion der Zeit 50.
  • Beispielsweise ist für die Batterie mit einer nutzbaren Energiemenge von 80 kWh bei einer vorgesehenen Betriebsdauer von 10 Jahren ein zulässiger Gesamt-Energiedurchsatz von 180 MWh angenommen. Umgerechnet ergibt das einen Energiedurchsatz pro Jahr von 18000 kWh/Jahr, welcher beispielsweise von einem sogenannten Extrem-Nutzer, gestrichelte Linie 56, auch erreicht würde.
  • Ein normaler Nutzer, der vielleicht nur 20000 km pro Jahr mit einem Verbrauch von 31 kWh/100 km fährt, entsprechend der durchgezogenen Linie 54, würde im Schnitt nur 12340 kWh/Jahr erreichen. Das bedeutet, dass die Differenz zwischen der Extremnutzung und der Normalnutzung, nämlich 5660 kWh/Jahr im Schnitt als Energiedurchsatz für V2X-Anwendungen zur Verfügung stehen kann. Das wird durch die punktierte Fläche 60 und die karierte Fläche 64 dargestellt.
  • Ein gemischtes Fahrprofil, durch die punktierte Linie 58 dargestellt, weist am Anfang eine hohe Fahrleistung auf, welche dann aber in einen sehr flachen Verlauf übergeht, der erst zum Ende der Laufzeit wieder ansteigt. Das bedeutet, über etwa die Hälfte der Laufzeit wird der durchschnittliche Energiedurchsatz überschritten, durch die schraffierte Fläche 62 dargestellt. In dieser Zeit wäre ein Einsatz der Batterie für V2X-Anwendungenungünstig. Ab etwa der Hälfte der Laufzeit wird der durchschnittliche Energiedurchsatz unterschritten, durch die karierte Fläche 64 dargestellt. In dieser Zeit stünde die Batterie bevorzugt für V2X-Anwendungen zur Verfügung.
  • Bezugszeichenliste
    • 10
    Fahrzeug
    12
    Datenspeicher
    14
    Datenspeicher
    16
    Dienst
    20
    Systemdaten
    22
    Zustandsdaten
    24
    Energiefenster
    26
    Energiedurchsatz
    30
    Stromnetz
    32
    Ladestation
    34
    Datenspeicher
    36
    Lade-/Entladeparameter
    40
    Ladeleitung
    42
    Ladezustand
    50
    Zeitskala
    52
    Energieskala
    54
    Fahrprofil Normalfahrer
    56
    Fahrprofil Extremfahrer
    58
    Fahrprofil gemischt
    60
    nutzbare Energie
    62
    überschrittene Energie
    64
    unterschrittene Energie
    70
    Einrichtung
    100
    Energiespeichersystem
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • KR 101505465 B1 [0005]

Claims (9)

  1. Verfahren zum Betreiben eines fahrzeuggestützten Energiespeichersystems (100), welches wenigstens zeitweise mit einem externen Stromnetz (30) gekoppelt ist, umfassend wenigstens - ein Fahrzeug (10) mit einer Batterie; - eine Ladestation (32) zum Laden und/oder Entladen der Batterie des Fahrzeugs (10) über das externe Stromnetz (30), wobei das Verfahren wenigstens die Schritte umfasst: - Erfassen von Systemdaten (20) des Fahrzeugs (10); - Erfassen aktueller Zustandsdaten (22) des Fahrzeugs (10); - Bestimmen eines Energiefensters (24) für ein Speichern und/oder Entnehmen einer überschüssigen Energiemenge über das Stromnetz (30) in und/oder aus der Batterie auf Basis der Systemdaten (20) und der Zustandsdaten (22) des Fahrzeugs (10) über einen mit dem Fahrzeug (10) verbundenen Dienst (16) und Übermitteln des Energiefensters (24) an eine Einrichtung (70) eines Betreibers des Stromnetzes (30); - Bestimmen von Lade- und/oder Entladeparametern (36) gemäß dem bestimmten Energiefenster (24) durch die Einrichtung (70) des Betreibers des Stromnetzes (30); - Laden oder Entladen der Batterie an der Ladestation (32) gemäß den bestimmten Lade- und/oder Entladeparametern (36).
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Zustandsdaten (22) des Fahrzeugs (10) wenigstens eine der folgenden Größen umfassen: - einen aktuellen Ladezustand (42) der Batterie; - einen maximal zulässigen Ladezustand der Batterie; - eine aktuelle Betriebsdauer des Fahrzeugs (10); - eine aktuelle Temperatur der Batterie; und wobei die Systemdaten (20) des Fahrzeugs (10) wenigstens eine der folgenden Größen umfassen: - einen zulässigen Gesamt-Energiedurchsatz der Batterie, insbesondere eine zulässige Energiemenge für das Laden und/oder eine zulässige Energiemenge für das Entladen der Batterie; - eine zulässige Ladeleistung der Batterie; - eine zulässige Entladeleistung der Batterie.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Energiefenster (24) wenigstens eine der folgenden Größen umfasst: - einen Betrag an nutzbarer Energie für ein Speichern und/oder Entnehmen einer überschüssigen Energiemenge über das Stromnetz (30); - eine Lade- und/oder Entladegrenze des Energieinhalts der Batterie; - eine Ladeleistungsgrenze pro Ladevorgang.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei nach einem Abschluss eines Lade- und/oder Entladevorgangs ein erfolgter Energiedurchsatz (26) zurückgemeldet wird, insbesondere von der Ladestation (32) an den Dienst (16) zurückgemeldet wird.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der aktuelle Ladezustand (42) der Batterie beim Laden und/oder Entladen der Batterie direkt an die Ladestation (32) übermittelt wird, insbesondere von dem Fahrzeug (10) direkt an die Ladestation (32) übermittelt wird.
  6. Fahrzeuggestütztes Energiespeichersystem (100) für ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend wenigstens - ein Fahrzeug (10) mit einer Batterie; - eine Ladestation (32), welche zum Laden und/oder Entladen der Batterie des Fahrzeugs (10) über ein externes Stromnetz (30) vorgesehen ist; - einen Datenspeicher (12), insbesondere einen internet-basierten Datenspeicher (12) für Systemdaten (20) des Fahrzeugs (10); - einen Datenspeicher (14), insbesondere einen internet-basierten Datenspeicher (14) für aktuelle Zustandsdaten (22) des Fahrzeugs (10); wobei ein Dienst (16), insbesondere ein mit dem Fahrzeug (10) verbundener Dienst (16) zur Bestimmung eines Energiefensters (24) für ein Speichern und/oder Entnehmen einer überschüssigen Energiemenge über das Stromnetz (30) aus und/oder in die Batterie auf Basis der Systemdaten (20) und der Zustandsdaten (22) des Fahrzeugs (10) vorgesehen ist.
  7. Energiespeichersystem nach Anspruch 6, wobei der Dienst (16) zur Bestimmung des Energiefensters (24) in dem Datenspeicher (14) für aktuelle Zustandsdaten (22) des Fahrzeugs (10) implementiert ist.
  8. Energiespeichersystem nach Anspruch 6 oder 7, wobei eine Einrichtung (70) eines Betreibers des Stromnetzes (30) mit dem Datenspeicher (14) für aktuelle Zustandsdaten (22) des Fahrzeugs (10) verbunden ist.
  9. Energiespeichersystem nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei ein aktueller Ladezustand (42) der Batterie beim Laden und/oder Entladen direkt an die Ladestation (32) übermittelbar ist, insbesondere von dem Fahrzeug (10) an die Ladestation (32) direkt übermittelbar ist.
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