DE102020103102A1

DE102020103102A1 - System und verfahren zum laden einer flotte von batterieelektrofahrzeugen

Info

Publication number: DE102020103102A1
Application number: DE102020103102.5A
Authority: DE
Inventors: Saeid LOGHAVI; Seth Loveall; Stephanie Singer; Jennifer FREDERICKS
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2019-02-08
Filing date: 2020-02-06
Publication date: 2020-08-13
Also published as: CN111605419A; US20200254897A1; US10953767B2

Abstract

Die Offenbarung stellt ein System und Verfahren zum Laden einer Flotte von Batterieelektrofahrzeugen bereit. Ein Flottenladesystem beinhaltet eine Vielzahl von Ladegeräten. Eine Steuerung ist programmiert zum Vorhersagen eines Ladebedarfs für Flotten- und Nichtflottenfahrzeuge über ein vorbestimmtes Zeitintervall. Die Steuerung generiert eine Ladestrategie für das vorbestimmte Zeitintervall, welche Gesamtenergiekosten minimiert und Speichern von Energie in den Flottenfahrzeugen für den Verkauf an Nichtflottenfahrzeuge beinhaltet. Die Steuerung lädt und entlädt die Flotten- und Nichtflottenfahrzeuge gemäß der Ladestrategie.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Diese Anmeldung betrifft im Allgemeinen das Verwalten des Ladens einer Flotte von B atteri eel ektrofahrzeugen.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Batterieelektrofahrzeuge (battery-electric vehicles - BEVs) verfügen über eine eingeschränkte Reichweite, die auf der Menge von elektrischer Energie basiert, die an Bord gespeichert werden kann. Die Zeit, die zum Aufladen eines BEVs benötigt wird, kann viel länger sein als die Zeit zum Betanken eines Fahrzeugs mit Brennkraftmaschine (internal combustion engine - ICE). Zudem steht derzeit weniger öffentliche Infrastruktur für das Aufladen von BEVs als für das Betanken von ICE-Fahrzeugen zur Verfügung. Solche Beschränkungen können eine breite Akzeptanz von BEVs in der Bevölkerung verhindern.
KURZDARSTELLUNG
Ein Flottenladesystem beinhaltet eine Vielzahl von Ladegeräten. Das Flottenladesystem beinhaltet ferner eine Steuerung, die programmiert ist zum Vorhersagen eines Ladebedarfs und von Ladezeitintervallen für Flotten- und Nichtflottenfahrzeuge, Laden der Flottenfahrzeuge, um Energie für den Verkauf zu speichern, die einen vorhergesagten Energieverbrauch für einen Fahrzyklus übersteigt, und Entladen der Flottenfahrzeuge, um den Ladebedarf für Nichtflottenfahrzeuge zu befriedigen, um eine Differenz zwischen der für den Verkauf gespeicherten Energie und der an die Nichtflottenfahrzeuge abgegebenen Energie zu minimieren.
Die Steuerung kann ferner programmiert sein zum Drosseln einer Laderate der Nichtflottenfahrzeuge, um eine Differenz zwischen der in den Flottenfahrzeugen gespeicherten Energie und der tatsächlich abgegebenen Energie zu minimieren. Die Steuerung kann ferner programmiert sein zum Empfangen, von den Nichtflottenfahrzeugen, einer Reservierungsanforderung für das Laden. Die Steuerung kann ferner programmiert sein zum Bereitstellen eines Bonus für die Nichtflottenfahrzeuge für das Bereitstellen einer Reservierungsanforderung. Bei dem Bonus kann es sich um einen ermäßigten Preis für Elektrizität handeln, die dem Nichtflottenfahrzeug bereitgestellt wird.
Ein Verfahren, dass durch eine Steuerung durchgeführt wird, beinhaltet Vorhersagen eines Energiebedarfs und von Ladezeitintervallen für Flotten- und Nichtflottenfahrzeuge bei einer Ladeeinrichtung, die eine Vielzahl von Ladegeräten beinhaltet. Das Verfahren beinhaltet ferner Laden von Flottenfahrzeugen, für die es vorhergesagt ist, dass sie mit den Ladegeräten gekoppelt werden, wenn für ein Nichtflottenfahrzeug vorhergesagt wird, dass es gemäß den vorhergesagten Ladezeitintervallen geladen wird, auf ein Niveau, welches den vorhergesagten Energiebedarf der Flottenfahrzeuge um einen Wert übersteigt, der durch den vorhergesagten Energiebedarf für das Nichtflottenfahrzeug definiert ist. Das Verfahren beinhaltet ferner Entladen der Flottenfahrzeuge, um das Nichtflottenfahrzeug zu laden, wenn es verbunden ist.
Das Verfahren kann ferner Laden der Flottenfahrzeuge zu einer Zeit, wenn Kosten für die Elektrizität von einem Energieversorger niedriger sind als Kosten für die Elektrizität, wenn für das Nichtflottenfahrzeug vorhergesagt wird, dass es geladen wird, beinhalten. Das Verfahren kann ferner Festlegen eines Preises für Energie, die dem Nichtflottenfahrzeug bereitgestellt wird, der einen Wert übersteigt, der für die Energie gezahlt wurde, beinhalten. Das Verfahren kann ferner Bereitstellen eines Bonus für Nichtflottenfahrzeuge, um das Drosseln einer Laderate zu erlauben, um eine Differenz zwischen der in den Flottenfahrzeugen gespeicherten Energie und der an das Nichtflottenfahrzeug abgegebenen Energie zu minimieren, beinhalten. Das Verfahren kann ferner Empfangen einer Reservierungsanforderung für das Nichtflottenfahrzeug, die einen vorhergesagten Ladebedarf und ein Ladezeitintervall für das Nichtflottenfahrzeug enthält, beinhalten. Das Verfahren kann ferner Minimieren von Ladekosten für Flottenfahrzeuge beinhalten. Das Verfahren kann ferner Speichern von Energie in Flottenfahrzeugen während Perioden minimaler Elektrizitätskosten während eines vorbestimmten Zeitraums und Übertragen der Energie zwischen Flottenfahrzeugen während Perioden, in welchen die Elektrizitätskosten höher als die minimalen Elektrizitätskosten sind, beinhalten. Das Verfahren kann ferner Generieren und Beurteilen von Flottenplänen, um den Energieverbrauch der Flottenfahrzeuge zu minimieren, beinhalten.
Ein Flottenladesystem beinhaltet eine Vielzahl von Ladegeräten. Das Flottenladesystem beinhaltet ferner eine Steuerung, die programmiert ist zum Vorhersagen eines Ladebedarfs für Flotten- und Nichtflottenfahrzeuge über ein vorbestimmtes Zeitintervall, Generieren einer Ladestrategie für das vorbestimmte Zeitintervall, welche Gesamtenergiekosten minimiert und Speichern von Energie in Flottenfahrzeugen für den Verkauf an Nichtflottenfahrzeuge enthält, und Laden und Entladen der Flotten- und Nichtflottenfahrzeuge gemäß der Ladestrategie.
Die Ladestrategie kann Laden der Flottenfahrzeuge zu einer Zeit, wenn Kosten für die Elektrizität von einem Energieversorger minimal sind, beinhalten. Die Steuerung kann ferner programmiert sein zum Empfangen einer Reservierungsanforderung für die Nichtflottenfahrzeuge. Die Steuerung kann ferner programmiert sein zum Bereitstellen eines Bonus für Nichtflottenfahrzeuge, um das Drosseln einer Laderate zu erlauben, um eine Differenz zwischen der in den Flottenfahrzeugen gespeicherten Energie und der an die Nichtflottenfahrzeuge abgegebenen Energie zu minimieren. Die Steuerung kann ferner programmiert sein zum Umsetzen eines dynamischen Programmierungsalgorithmus, um die Gesamtenergiekosten für die Flottenfahrzeuge zu minimieren. Die Steuerung kann ferner programmiert sein zum Laden und Entladen der Flottenfahrzeuge, sodass eine in jedem gespeicherte Menge von Energie mindestens eine Menge von Energie ist, die zum Zurücklegen einer bevorstehenden Route benötigt wird. Die Steuerung kann ferner programmiert sein zum Entladen der Flottenfahrzeuge, um die Nichtflottenfahrzeuge derart mit Energie zu versorgen, dass die Flottenfahrzeuge eine Ladung beibehalten, die einem vorhergesagten Energieverbrauch für jedes der Flottenfahrzeuge entspricht.
Figurenliste

1 stellt eine mögliche Konfiguration für ein elektrifiziertes Fahrzeug dar.
2 stellt eine mögliche Konfiguration für ein Fahrzeugladesystem.
3 stellt eine visuelle Darstellung für das Berechnen von inkrementellen Kosten- und Straftermen dar.
4 stellt einen Verlauf einer möglichen Ladestrategie für eine Flotte von Fahrzeugen dar, die mit dem Fahrzeugladesystem gekoppelt sind.
5 stellt ein Ablaufdiagramm einer möglichen Abfolge von Vorgängen für ein Flottenladesystem dar.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden hierin beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass die offenbarten Ausführungsformen lediglich Beispiele sind und andere Ausführungsformen verschiedene und alternative Formen annehmen können. Die Figuren sind nicht unbedingt maßstabsgetreu; einige Merkmale könnten vergrößert oder verkleinert dargestellt sein, um Details bestimmter Komponenten zu zeigen. Demnach sind hierin offenbarte konkrete strukturelle und funktionelle Details nicht als einschränkend auszulegen, sondern lediglich als repräsentative Grundlage, um den Fachmann die vielfältige Verwendung der vorliegenden Erfindung zu lehren. Der Durchschnittsfachmann wird verstehen, dass verschiedene Merkmale, die unter Bezugnahme auf eine beliebige der Figuren veranschaulicht und beschrieben sind, mit Merkmalen kombiniert werden können, die in einer oder mehreren anderen Figuren veranschaulicht sind, um Ausführungsformen zu erzeugen, die nicht ausdrücklich veranschaulicht oder beschrieben sind. Die Kombinationen veranschaulichter Merkmale stellen repräsentative Ausführungsformen für übliche Anwendungen bereit. Verschiedene Kombinationen und Modifikationen der Merkmale, die mit den Lehren dieser Offenbarung vereinbar sind, könnten jedoch für bestimmte Anwendungen oder Umsetzungen wünschenswert sein.
Flottenbetreiber können bestimmen, dass BEVs eine wirtschaftliche Wahl für Flottenfahrzeuge sind. Ein Flottenbetreiber kann eine ausreichende Ladeinfrastruktur bereitstellen, um sicherzustellen, dass die Transportbedürfnisse der Flotte befriedigt werden. Der Flottenbetreiber kann eine Ladeeinrichtung errichten, um das Laden für zahlreiche Flottenfahrzeuge zu verwalten. Ein Flottenbetreiber kann Fahrzeuge beispielsweise innerhalb eines vorbestimmten Bereichs in Bezug auf eine zentrale Aufladeeinrichtung betreiben. Darüber hinaus können Flottenfahrzeuge mit einem vorhersehbaren Plan innerhalb eines vorbestimmten Zeitfensters arbeiten (z. B. Lieferfahrzeuge, die von 9:00 bis 17:00 Uhr betrieben werden). Während der Nutzung der Flottenfahrzeuge kann die Ladeeinrichtung möglicherweise nicht ausgelastet sein. Flottenbesitzer können durch die Maximierung von Nutzen und Gewinn für den Betrieb von Flottenfahrzeugen motiviert sein. Flottenanwendungen können durch verschiedene Faktoren beeinflusst werden, darunter die Begrenzung der BEV-Reichweite, die Ladezeit, gestaffelte Stromtarife, staatliche Vorschriften und Boni, die Flottengröße und der Flottentyp. Diese Faktoren können für jeden Flottenbetreiber unterschiedlich gewichtet sein. Eine groß angelegte Anpassung von BEVs in Flottenanwendungen kann eine Rolle bei der Erweiterung der Ladeinfrastruktur spielen und eine breitere Akzeptanz von BEVs für Verbraucher außerhalb der Flotte fördern.
1 stellt eine mögliche Konfiguration für ein BEV 112 dar. Das BEV 112 kann eine elektrische Maschine 114 umfassen, die mechanisch an ein Getriebe oder einen Getriebekasten 116 gekoppelt ist. Die elektrische Maschine 114 kann dazu in der Lage sein, als Elektromotor und als Generator betrieben zu werden. Der Getriebekasten 116 kann ein Differential enthalten, das so konfiguriert ist, dass es die Drehzahl der Antriebswellen 120, die mechanisch mit den Antriebsrädern 122 des Fahrzeugs 112 gekoppelt sind, anpasst. Die Antriebswellen 120 können als die Antriebsachse bezeichnet werden. Die elektrische Maschine 114 kann außerdem als ein Generator fungieren und kann Vorteile in Bezug auf die Kraftstoffeffizienz bereitstellen, indem Energie zurückgewonnen wird, die normalerweise in einem Reibungsbremssystem als Wärme verloren gehen würde.
Ein Batteriepack oder eine Traktionsbatterie 124 speichert Energie, die durch die elektrische Maschine 114 für den Antrieb verwendet werden kann. Die Traktionsbatterie 124 kann einen Hochspannungsgleichstromausgang (direct current - DC) bereitstellen. Ein Schützmodul 142 kann ein oder mehrere Schütze beinhalten, die dazu konfiguriert sind, die Traktionsbatterie 124 von einem Hochspannungsbus 152 zu isolieren, wenn sie geöffnet sind, und die Traktionsbatterie 124 mit dem Hochspannungsbus 152 zu verbinden, wenn sie geschlossen sind. Der Hochspannungsbus 152 kann Leistungs- und Rückleiter zum Führen von Strom über den Hochspannungsbus 152 beinhalten. Das Schützmodul 142 kann in die Traktionsbatterie 124 integriert sein. Ein oder mehrere Leistungselektronikmodule 126 können elektrisch an den Hochspannungsbus 152 gekoppelt sein. Das Leistungselektronikmodul 126 ist außerdem elektrisch an die elektrische Maschine 114 gekoppelt und stellt die Fähigkeit bereit, Energie bidirektional zwischen der Traktionsbatterie 124 und der elektrischen Maschine 114 zu übertragen. Zum Beispiel kann eine Traktionsbatterie 124 eine DC-Spannung bereitstellen, während die elektrische Maschine 114 mit einem Dreiphasenwechselstrom (alternating current - AC) betrieben werden kann, um zu funktionieren. Das Leistungselektronikmodul 126 kann die DC-Spannung in einen Dreiphasen-AC-Strom zum Betreiben der elektrischen Maschine 114 umwandeln. In einem Regenerationsmodus kann das Leistungselektronikmodul 126 den Dreiphasen-AC-Strom von der elektrischen Maschine 114, die als Generator fungiert, in die DC-Spannung umwandeln, die mit der Traktionsbatterie 124 kompatibel ist.
Zusätzlich zum Bereitstellen von Energie zum Antrieb kann die Traktionsbatterie 124 Energie für andere elektrische Fahrzeugsysteme bereitstellen. Das Fahrzeug 112 kann ein DC/DC-Wandlermodul 128 beinhalten, das den Hochspannungs-DC-Ausgang aus dem Hochspannungsbus 152 in einen Niederspannungs-DC-Pegel eines Niederspannungsbusses 154 umwandelt, der mit den Niederspannungsverbrauchern 156 kompatibel ist. Ein Ausgang des DC/DC-Wandlermoduls 128 kann elektrisch an eine Hilfsbatterie 130 (z. B. eine 12-V-Batterie) gekoppelt sein, um die Hilfsbatterie 130 zu laden. Die Niederspannungsverbraucher 156 können über den Niederspannungsbus 154 elektrisch an die Hilfsbatterie 130 gekoppelt sein. Ein oder mehrere elektrische Hochspannungsverbraucher 146 können an den Hochspannungsbus 152 gekoppelt sein. Die elektrischen Hochspannungsverbraucher 146 können eine zugeordnete Steuerung aufweisen, welche die elektrischen Hochspannungsverbraucher 146 gegebenenfalls betreibt und steuert. Beispiele für elektrische Hochspannungsverbraucher 146 können ein Lüfter, ein elektrisches Heizelement und/oder ein Klimakompressor sein.
Das elektrifizierte Fahrzeug 112 kann dazu konfiguriert sein, die Traktionsbatterie 124 über eine externe Stromquelle 136 wiederaufzuladen. Bei der externen Stromquelle 136 kann es sich um eine Verbindung mit einer Steckdose handeln. Die externe Stromquelle 136 kann elektrisch an eine Ladestation oder eine Versorgungsausrüstung für Elektrofahrzeuge (electric vehicle supply equipment - EVSE) 138 gekoppelt sein. Die externe Stromquelle 136 kann ein elektrisches Stromverteilungsnetz sein, wie es von einem Stromversorgungsunternehmen bereitgestellt wird. Die EVSE 138 kann Schaltungen und Steuerungen zum Regulieren und Verwalten der Übertragung von Energie zwischen der Stromquelle 136 und dem Fahrzeug 112 bereitstellen. Die externe Stromquelle 136 kann der EVSE 138 elektrische Leistung als DC oder AC bereitstellen. Die EVSE 138 kann einen Ladestecker 140 zum Koppeln an einen Ladeanschluss 134 des Fahrzeugs 112 aufweisen. Bei dem Ladeanschluss 134 kann es sich um eine beliebige Art von Anschluss handeln, die dazu ausgelegt ist, Leistung von der EVSE 138 an das Fahrzeug 112 zu übertragen. Der Ladeanschluss 134 kann elektrisch an ein bordeigenes Leistungsumwandlungsmodul 132 gekoppelt sein. Das bordeigene Leistungsumwandlungsmodul 132 kann die Leistung konditionieren, die von der EVSE 138 zugeführt wird, um der Traktionsbatterie 124 und dem Hochspannungsbus 152 die ordnungsgemäßen Spannungs- und Strompegel bereitzustellen. Das bordeigene Leistungsumwandlungsmodul 132 kann mit der EVSE 138 eine Schnittstelle bilden, um die Abgabe von Leistung an das Fahrzeug 112 zu koordinieren. Der EVSE-Stecker 140 kann Stifte aufweisen, die mit entsprechenden Aussparungen des Ladeanschlusses 134 zusammenpassen. Alternativ können verschiedene Komponenten, die als elektrisch gekoppelt oder verbunden beschrieben sind, Leistung unter Verwendung einer drahtlosen induktiven Kopplung übertragen.
Elektronische Module in dem Fahrzeug 112 können über ein oder mehrere Fahrzeugnetzwerke kommunizieren. Das Fahrzeugnetzwerk kann eine Vielzahl von Kanälen zur Kommunikation umfassen. Ein Kanal des Fahrzeugnetzwerkes kann ein serieller Bus sein, wie etwa ein Controller Area Network (CAN). Einer der Kanäle des Fahrzeugnetzwerks kann ein Ethernet-Netzwerk laut der Definition durch die Normengruppe 802 des Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) umfassen. Zusätzliche Kanäle des Fahrzeugnetzwerks können diskrete Verbindungen zwischen Modulen beinhalten und können Leistungssignale von der Hilfsbatterie 130 beinhalten. Unterschiedliche Signale können über unterschiedliche Kanäle des Fahrzeugnetzwerkes übertragen werden. Beispielsweise können Videosignale über einen Hochgeschwindigkeitskanal (z. B. Ethernet) übertragen werden, während Steuersignale über ein CAN oder diskrete Signale übertragen werden können. Das Fahrzeugnetzwerk kann beliebige Hardware- und Softwarekomponenten beinhalten, die eine Übertragung von Signalen und Daten zwischen Modulen unterstützen. Das Fahrzeugnetzwerk ist in 1 nicht gezeigt, es kann jedoch impliziert sein, dass das Fahrzeugnetzwerk mit einem beliebigen elektronischen Modul verbunden sein kann, das in dem Fahrzeug 112 vorhanden ist. Eine Fahrzeugsystemsteuerung (vehicle system controller - VSC) 148 kann vorhanden sein, um den Betrieb der verschiedenen Komponenten zu koordinieren. Es ist zu beachten, dass Vorgänge und Prozeduren, die hier beschrieben sind, in einer oder mehreren Steuerungen umgesetzt sein können. Die Umsetzung von Merkmalen, die derart beschrieben sein können, dass sie durch eine bestimmte Steuerung umgesetzt sind, ist nicht unbedingt auf die Umsetzung durch diese bestimmte Steuerung begrenzt. Die Funktionen können auf mehrere Steuerungen, die über das Fahrzeugnetzwerk kommunizieren, aufgeteilt sein.
Das Fahrzeug 112 kann eine bordeigene Ladesteuerung (onboard charge controller - OBCC) 180 enthalten, die für das Verwalten des Ladens der Traktionsbatterie 124 konfiguriert ist. Die OBCC 180 kann mit anderen elektronischen Modulen kommunizieren, um den Ladevorgang zu verwalten. Zum Beispiel kann die OBCC 180 mit Steuerungen kommunizieren, die mit der Traktionsbatterie 124 und/oder dem Leistungsumwandlungsmodul 132 assoziiert sind. Zusätzlich kann die OBCC 180 eine Schnittstelle zur Kommunikation mit der EVSE 138 enthalten. Die EVSE 138 kann beispielsweise eine Kommunikationsschnittstelle 182 für die Kommunikation mit Fahrzeugen enthalten. Die Kommunikationsschnittstelle 182 kann eine drahtlose Schnittstelle sein (z. B. Bluetooth, WiFi) oder kann über den EVSE-Stecker 140 und den Ladeanschluss 134 eine drahtgebundene Schnittstelle sein.
Die Traktionsbatterie 124 kann durch verschiedene Betriebsparameter gekennzeichnet sein. Eine Ladekapazität der Traktionsbatterie 124 kann die Energiemenge angeben, welche die Traktionsbatterie 124 speichern kann. Ein Ladezustand (state of charge - SOC) der Traktionsbatterie 124 kann eine aktuelle Energiemenge darstellen, die in der Traktionsbatterie 124 gespeichert ist. Der SOC kann als ein Prozentsatz einer maximalen Energiemenge dargestellt sein, die in der Traktionsbatterie 124 gespeichert werden kann. Die Traktionsbatterie 124 kann auch entsprechende Lade- und Entladeleistungsgrenzen aufweisen, welche die Leistungsmenge definieren, die zu einem bestimmten Zeitpunkt an oder durch die Traktionsbatterie 124 zugeführt werden kann. Die OBCC 180 kann Algorithmen zur Schätzung und/oder Messung der Betriebsparameter der Traktionsbatterie 124 umsetzen.
2 zeigt eine mögliche Konfiguration eines Flottenladesystems 200 zum Laden einer Flotte von Fahrzeugen, das öffentlich zugängliche Ladestationen beinhaltet. Das Flottenladesystem 200 kann eine Verbindung mit einer Versorgungsleistungsquelle 202 beinhalten. Die Versorgungsleistungsquelle 202 kann Elektrizität bereitstellen, die über eine oder mehrere Übertragungsleitungen 216 an die Flottenladeeinrichtung übertragen wird. Die Übertragungsleitungen 216 können elektrisch an einen Verteilerkasten 222 gekoppelt sein, der sich bei der Flottenladeeinrichtung befinden kann. Der Verteilerkasten 222 kann so konfiguriert sein, dass er Elektrizität von den Übertragungsleitungen 216 aufnimmt und die Elektrizität an ein lokales Ladesystem-Leistungsnetz 224 verteilt. Das lokale Ladesystem-Leistungsnetz 224 kann aus Leitern bestehen, welche die Elektrizität innerhalb der Flottenladeeinrichtung leiten. Der Verteilerkasten 222 kann einen oder mehrere Transformatoren zur Skalierung der Elektrizität von den Übertragungsleitungen 216 zum lokalen Ladesystem-Leistungsnetz 224 enthalten.
Das lokale Ladesystem-Leistungsnetz 224 kann so konfiguriert sein, dass es einem/einer oder mehreren Ladegeräten/Ladestationen 138 (oder EVSE, wie zuvor beschrieben) Leistung bereitstellt. Die Ladestationen 138 können so konfiguriert sein, dass sie ein oder mehrere elektrifizierte Fahrzeuge 112 laden, die mit den Ladestationen 138 verbunden sind. Die Ladestationen 138 können auch so konfiguriert sein, dass sie Leistung von den Fahrzeugen 112 aufnehmen und die Leistung an das lokale Ladesystem-Leistungsnetz 224 übertragen. Ein Fahrzeug kann mit den Ladestationen 138 verbunden sein, wenn der Ladestecker 140 mit dem Ladeanschluss 134 gekoppelt ist. Bei drahtlosen Ladekonfigurationen kann ein Fahrzeug verbunden sein, wenn eine Empfangsspule des Fahrzeugs an einer Übertragungsspule der Ladestation 138 ausgerichtet ist. Die Fahrzeuge 112 können eine Traktionsbatterie 124 enthalten. Die Fahrzeuge 112 können ein bordeigenes Leistungsumwandlungsmodul 132 (oder ein wie zuvor beschriebenes Stromumwandlungsmodul) enthalten. Die Fahrzeuge 112 können eine bordeigene Ladesteuerung 180 enthalten, die das Laden und Entladen der Traktionsbatterie 124 von der Ladestation 138 aus verwaltet.
Das Flottenladesystem 200 kann eine oder mehrere Energiespeichervorrichtungen 218 enthalten. Bei den Energiespeichervorrichtungen 218 kann es sich um Batterien oder Batteriesysteme handeln, die sich vor Ort befinden. Die Energiespeichervorrichtungen 218 können elektrisch mit einem oder mehreren alternativen Energiegeneratoren 226 gekoppelt werden. Die alternativen Energiegeneratoren 226 können alternative Energiequellen wie Wind- und/oder Sonnenenergiegeneratoren beinhalten. Die vom alternativen Energiegenerator 226 erzeugte Energie kann zur späteren Verwendung in den Energiespeichervorrichtung 218 gespeichert werden. Ein Leistungswandler 220 kann zwischen den Energiespeichervorrichtungen 218 und dem lokalen Ladesystem-Leistungsnetz 224 elektrisch gekoppelt sein. Der Leistungswandler 220 kann so konfiguriert sein, dass er je nach Richtung des Leistungsflusses Energie auf die richtigen Spezifikationen umwandelt. Der Leistungswandler 220 kann beispielsweise elektrische Energie aus den Energiespeichervorrichtungen 218 in eine mit dem lokalen Leistungsnetz 224 kompatible Form umwandeln. In dieser Richtung kann der Leistungswandler 220 DC-Leistung in AC-Leistung umwandeln. Für den Leistungsfluss in der entgegengesetzten Richtung kann der Leistungswandler 220 AC-Leistung in DC-Leistung umwandeln. Die Energiespeichervorrichtungen 218 können ebenfalls Leistung aus dem lokalen Ladesystem-Leistungsnetz 224 aufnehmen.
Das Flottenladesystem 200 kann eine Flottenverwaltungssteuerung 204 beinhalten. Die Flottenverwaltungssteuerung 204 kann eine Verarbeitungseinheit 206 enthalten, die so konfiguriert ist, dass sie ein/eine oder mehrere Programme oder Aufgaben zur Verwaltung des Betriebs des Flottenladesystems 200 ausführt. Die Flottenverwaltungssteuerung 204 kann ferner flüchtigen und nicht flüchtigen Speicher zum Speichern von Programmen und Daten beinhalten. Die Flottenverwaltungssteuerung 204 kann eine Fahrzeug- und Ladestationsnetzwerkschnittstelle 210 enthalten, um ein erstes Kommunikationsnetzwerk 214 aufzubauen. Die Ladestationen 138 und das Fahrzeug 112 können so konfiguriert sein, dass sie über das erste Kommunikationsnetzwerk 214 über drahtgebundene und/oder drahtlose Schnittstellen kommunizieren. Die Fahrzeug- und Ladestationsnetzwerkschnittstelle 210 kann so konfiguriert sein, dass sie Daten zwischen der Verarbeitungseinheit 206 und den Ladestationen 138 und den bordeigenen Ladesteuerungen 180 austauscht. Die Fahrzeug- und Ladestationsnetzwerkschnittstelle 210 kann drahtgebundene und drahtlose Schnittstellen beinhalten. So kann beispielsweise die Schnittstelle zu den Ladestationen 138 drahtgebunden sein, während die Schnittstelle zu den bordeigenen Ladesteuerungen 180 drahtlos sein kann.
Die Flottenverwaltungssteuerung 204 kann eine externe Kommunikationsschnittstelle 208 enthalten, die so konfiguriert ist, dass sie mit einem externen Netzwerk oder einer Cloud 228 (z. B. dem Internet) kommuniziert. Bei der externen Kommunikationsschnittstelle 208 kann es sich um eine Ethernet-Schnittstelle (drahtgebunden und/oder drahtlos) handeln, die zum Zugreifen auf das externe Netzwerk 228 konfiguriert ist. Die Verarbeitungseinheit 206 kann über das externe Netzwerk 228 mit der Versorgungsleistungsquelle 202 kommunizieren. Die Versorgungsleistungsquelle 202 kann so konfiguriert sein, dass sie mit dem externen Netzwerk 228 kommuniziert. Zum Beispiel kann die Versorgungsleistungsquelle 202 so konfiguriert sein, dass sie Elektrizitätskosteninformationen über das externe Netzwerk 228 überträgt. Die Elektrizitätskosteninformationen können einen Tarifplan für die Elektrizität beinhalten.
Der Stromversorger kann Elektrizität zu unterschiedlichen Preisen in Abhängigkeit von Marktbedingungen bereitstellen. Wenn der Elektrizitätsbedarf zum Beispiel hoch ist, kann der Stromversorger Elektrizität zu einem relativ hohen Preis bereitstellen, um von der Nutzung abzuhalten. Wenn der Elektrizitätsbedarf hoch ist, kann der Stromversorger ebenfalls dafür Zahlen, Elektrizität vom Flottenladesystem 200 zu erhalten. Das Flottenladesystem 200 kann so konfiguriert sein, dass es Leistung von den Energiespeichervorrichtungen 218 und den Fahrzeugtraktionsbatterien 124 an die Übertragungsleitungen 216 überträgt. Wenn der Elektrizitätsbedarf gering ist (z. B. spät in der Nacht), kann der Versorger Elektrizität zu einem relativ niedrigen Preis bereitstellen. In einigen Situationen kann der Stromversorger Benutzer für die Verwendung von Elektrizität bezahlen. Solche Bedingungen könnten auftreten, wenn ein Überangebot im Netz besteht und die verbleibende Energiespeicherkapazität gering ist.
Das Flottenladesystem 200 kann so konfiguriert sein, dass es eine Anzahl von Ladestationen 138 bereitstellt. Die Anzahl von Ladestationen 138 kann die Anzahl von Fahrzeugen 112 definieren, die gleichzeitig geladen werden können. Das Flottenladesystem 200 kann so konfiguriert sein, dass es erweiterbar ist, sodass Ladestationen 138 später hinzugefügt werden können, wenn sich der Bedarf ändert.
Die Fahrzeuge 112 können nach Eigentum und/oder Zweck unterschieden werden. Beispielsweise können einige der Fahrzeuge 112 (z.B. 112A, 112B und 112C) dem Eigentümer/Betreiber der Flottenladeeinrichtung 200 gehören und/oder von ihm betrieben werden. Derartige Fahrzeuge können als Flottenfahrzeuge bezeichnet werden. Einige der Fahrzeuge 112 (z. B. 112D und 112E) können Personen gehören und/oder von diesen betrieben werden, die nicht mit der Flottenladeeinrichtung 200 assoziiert sind (z. B. öffentliche Benutzer). Derartige Fahrzeuge können als Nichtflottenfahrzeuge bezeichnet werden. Die Fahrzeuge 112 können eine Traktionsbatterie 124 und eine bordeigene Ladesteuerung 180 enthalten. Jedes der Fahrzeuge 112 kann unterschiedliche Batteriekapazitäten, Lade-/Entladeleistungsgrenzen und Ladezustände aufweisen. Jede Traktionsbatterie 124 kann je nach der spezifischen Konfiguration einen anderen Betriebsbereich aufweisen. Die OBCC 180 jedes Fahrzeugs 112 kann batteriespezifische Parameter an die Flottenverwaltungssteuerung 204 übermitteln. Jedes Fahrzeug 112 kann auch eine andere Systemeffizienz aufweisen. Die Systemeffizienz kann die unterschiedlichen Verlustmerkmale innerhalb des elektrifizierten Antriebsstrangs einschließen. Die Effizienz kann durch Eigenschaften der elektrischen Maschinen, Leistungsmodule und Getriebekästen beeinflusst werden. Die Effizienz kann die Effektivität definieren, mit der Energie durch das System übertragen wird.
Die Ladestationen 138 können nach Zugang unterschieden werden. Einige Ladestationen (z. B. 138A, 138B und 138C) sind möglicherweise nur für die Flottenfahrzeuge zugänglich. Diese Ladestationen können sich an einem sicheren Ort befinden, zu dem nur die Flottenfahrzeuge Zugang haben (z. B. Garage, eingezäunter Parkplatz mit kontrolliertem Zugang). Einige Ladestationen (z. B. 138D und 138E) können öffentlich zugänglich sein. In einigen Konfigurationen können die Ladestationen 138 sowohl von Flotten- als auch von Nichtflottenfahrzeugen 112 genutzt werden. Der Anteil von privaten und öffentlichen Ladestationen kann basierend auf der Konfiguration variieren.
Das Flottenladesystem 200 kann so konfiguriert sein, dass es die Ladestationen 138 betreibt, um Nutzen und Gewinn für die Betreiber der Einrichtung/Flotte zu maximieren. So kann der Einrichtungsbetreiber beispielsweise davon profitieren, dass Flottenfahrzeuge (z. B. 112A, 112B, 112C) zu möglichst minimalen Kosten geladen werden. Darüber hinaus kann der Einrichtungsbetreiber wünschen, dass die Flottenfahrzeuge ausreichend aufgeladen sind, um eine Route (z. B. Fahrzyklus) zurückzulegen und zur Einrichtung zurückzukehren, ohne dass ihnen die Energie ausgeht. Der Betrieb des Flottenladesystems 200 kann durch verschiedene Faktoren beeinflusst werden, dazu zählen die Reichweitenbeschränkungen der Fahrzeuge, die Ladezeit für die Fahrzeuge, gestaffelte Stromtarife, staatliche Vorschriften/Boni sowie Größe und Typ der Flotte. Die Flottenverwaltungssteuerung 204 kann Parameter empfangen, die mit diesen Faktoren assoziiert sind.
Das Flottenladesystem 200 kann dazu konfiguriert sein, den Nutzen zu maximieren, die Kosten zu minimieren und die Einnahmen für den Eigentümer/Betreiber der Einrichtung zu maximieren. Ein Fahrzeughersteller, der ein System zum Verwalten der Ladeeinrichtung bereitstellen kann, das diese Ziele erreicht, kann ebenfalls profitieren. Ein solches System kann zum Beispiel zu einem erhöhten Fahrzeugverkauf an den Flottenbetreiber führen. Das Flottenladesystem 200 kann ein energiebasiertes Modell von Flottenfahrzeugen und Nichtflottenfahrzeugen enthalten und Optimierungsalgorithmen verwenden, um die Ladekosten zu minimieren und den Fahrzeugnutzen zu maximieren. Das energiebasierte Modell kann Fahrzeugpläne und gestaffelte Stromtarife enthalten. Die Flottenverwaltungssteuerung 204 kann dazu programmiert sein, das energiebasierte Modell und die Optimierungsalgorithmen umzusetzen.
Das Flottenladesystem 200 kann so konfiguriert sein, dass es den Nutzen maximiert, indem nicht ausgelastete Fahrzeuge, die auf dem Flottenparkplatz aufbewahrt werden, zum Speichern von Energie für die zukünftige Verwendung verwendet werden. Ein nicht ausgelastetes Fahrzeug kann ein Fahrzeug sein, das nicht regelmäßig für Flottenzwecke eingesetzt wird (z. B. ein Ersatz- oder Zusatzfahrzeug). Ein nicht ausgelastetes Fahrzeug kann auch ein Fahrzeug sein, das nicht auf die volle Batteriespeicherkapazität aufgeladen werden muss, um einen Fahrzyklus zu absolvieren. Die nicht ausgelasteten Fahrzeuge können zusätzliche Batteriespeicherkapazität enthalten, die zum Übertragen von Energie an andere Flottenfahrzeuge, den Versorger und/oder an Fahrzeuge externer Kunden genutzt werden kann. Die Steuerstrategie kann sicherstellen, dass jedes Fahrzeug vor einer geplanten Abfahrtszeit auf ein vorbestimmtes Niveau aufgeladen wird. Das vorbestimmte Niveau kann ein SOC-Niveau sein, einschließlich einer Reservemenge, das es dem Fahrzeug ermöglicht, eine erwartete Route oder einen erwarteten Fahrzyklus zu absolvieren. Die Auslastung der Flottenfahrzeuge kann aus einem vom Flottenbetreiber geführten Einsatzplan bestimmt werden. Die Auslastung von Flottenfahrzeugen kann auch durch einen Lernalgorithmus bestimmt werden, der die Ankünfte in und Abfahrten der Flottenfahrzeuge aus der Einrichtung beobachtet. Die Ladesteuerstrategie kann durch die Flottenverwaltungssteuerung 204 umgesetzt werden.
Die Energiespeichervorrichtungen 218 und Flottenfahrzeug, die sich vor Ort befinden, können geladen werden, wenn die Elektrizitätstarife vorteilhaft sind, und zu einem höheren Preis an den Netzbetreiber unter Verwendung externe Kunden unter Verwendung der Ladestationen 138 verkauft werden. Einrichtungen, die vor Ort über alternative Energiegeneratoren 226 verfügen, können ein Planungssystem nutzen, um die Abhängigkeit von der Versorgungsleistungsquelle 202 zu minimieren und Energie für die spätere Verwendung zu speichern. Ein Optimierungsalgorithmus kann für eine Kosten-Nutzen-Analyse verwendet werden, um eine quantifizierbare und objektive Analyse zum Vergleichen der Betriebskosten verschiedener Fahrzeuge in der Flotte bereitzustellen und um Kosten und Nutzen des Hinzufügens oder Aufrüstens von Energiespeichervorrichtungen, alternativen Energiegeneratoren und/oder Ladestationen vor Ort zu untersuchen.
Das Flottenladesystem 200 kann so konfiguriert sein, dass es die Einnahmen für den Einrichtungseigentümer maximiert, indem die öffentliche Verwendung der Ladestationen 138 auf Flottenparkflächen erlaubt wird. Die Einnahmen können generiert werden, indem die Ladestationen 138 für das Laden von Privatfahrzeugen geöffnet werden. Der Gewinn kann maximiert werden, indem die Flottenfahrzeuge und die Energiespeichervorrichtungen 218 geladen werden, wenn die Elektrizitätspreise niedrig sind, und die gespeicherte Energie zu einem höheren Preis verkauft wird. Das Flottenladesystem 200 kann so konfiguriert sein, dass es prädiktive Algorithmen zum Vorhersagen der Anzahl und des Plans der externen Kunden, welche die Ladestationen 138 verwenden, verwendet. Die prädiktiven Algorithmen können Eingaben für die Planungsalgorithmen zum Auswählen von Energiespeicheroptionen bereitstellen. Die Energiespeicheroptionen können so ausgewählt sein, dass die Differenz zwischen der in den Energiespeichervorrichtungen gespeicherten Energie und der tatsächlich an externe Kunden abgegebenen Energie minimiert wird. Die prädiktiven Algorithmen können die entgangene Gelegenheit zum Generieren von Gewinn aufgrund der Unterschätzung oder Überschätzung des Energiebedarfs durch externe Kunden minimieren. Die Einnahmen können weiter maximiert werden, indem Boni für externe Kunden bereitgestellt werden. Die Boni können einen ermäßigten Preis für die Elektrizität beinhalten. Beispielsweise können Ermäßigungen für die Vorabreservierung einer Ladestation bereitgestellt werden. Das Flottenladesystem 200 kann eine Web-Schnittstelle enthalten, auf die über das externe Netzwerk 228 zugegriffen werden kann, um die Eingabe von Reservierungen Bedienern von Nichtflottenfahrzeugen zu verwalten. Durch Reservierungen kann das Flottenladesystem 200 im Voraus genauer planen und Energie zu den niedrigsten Kosten speichern. Ermäßigungen und/oder Boni können bereitgestellt werden, um zu ermöglichen, dass die Laderate für Nichtflottenfahrzeuge gedrosselt wird, um die Differenz zwischen der für den Verkauf gespeicherten Energie und tatsächlich abgegebenen Energie zu minimieren.
Das Flottenladesystem 200 kann so konfiguriert sein, dass die Ladekosten für Flottenfahrzeuge minimiert werden. Die Flottenverwaltungssteuerung 204 kann ein global optimales Steuersystem für die Ladeinfrastruktur umsetzen. Die Ladekosten können minimiert werden, indem Flottenfahrzeuge mit der günstigsten Elektrizität geladen werden und/oder die Elektrizitätskosten durch Verkäufe an Nichtflottenfahrzeuge ausgeglichen werden. Das Flottenladesystem 200 kann so konfiguriert sein, dass es Energie in nicht ausgelasteten Flottenfahrzeugen und anderen Energiespeichervorrichtungen vor Ort speichert. Das Flottenladesystem 200 kann die gespeicherte Energie nutzen, um Fahrzeuge zu laden, welche die Ladeeinrichtung zu Zeitpunkten mit den höchsten Stromtarifen verwenden. Ein dynamischer Programmierungsalgorithmus kann von der Flottenverwaltungssteuerung 204 umgesetzt werden, um die optimale Ladesteuerstrategie zu bestimmen. Das Flottenladesystem 200 kann Nutzen aus gestaffelten Elektrizitätstarifplänen und Fahrzeugeinsatzplänen ziehen, um die Ladekosten zu minimieren. Der dynamische Programmierungsalgorithmus kann Faktoren wie die Systemeffizienz und Lade-/Entladegrenzen berücksichtigen (z. B. zur Vermeidung thermischer Schäden). Der Flottenladeplan kann durch einen vorhergesagten Plan externer Kunden und den Energiebedarf beeinflusst werden. Die Energiespeichervorrichtungen 218 vor Ort können einen Anreiz dafür bieten, mehr Energie vor den Ankunftszeiten der externen Kunden zu speichern. Externe Kunden können dazu angeregt werden, langsames/schnelles Laden auszuwählen, um die Einnahmen des Flottenbetreibers zu maximieren, indem günstige Elektrizität, die in den Energiespeichervorrichtungen gespeichert ist, vollständig genutzt wird und der Energiebedarf der Flotte zu Zeitpunkten mit hohen Elektrizitätspreisen minimiert wird.
Das Flottenladesystem 200 stellt einen Bonus für Flottenkunden bereit, um die Investition in Ladeinfrastruktur zu erhöhen. Ein Ausbau der Ladeinfrastruktur kann die Anpassung von Elektrofahrzeugen am Markt erhöhen. Das Flottenladesystem 200 kann zusätzliche Einnahmen für Flottenbetreiber generieren, indem es Flottenbetreiber dazu ermutigt, Ladestationen öffentlich zugänglich zu machen. Das Flottenladesystem 200 kann zusätzliche Einnahmen für Flottenbetreiber generieren, indem Ladestationen für einzelne Kunden geöffnet werden, wenn sie nicht von Flottenfahrzeugen genutzt werden. Das Flottenladesystem 200 kann auch zum Prognostizieren des Betriebs der Flottenfahrzeuge und zum Vergleichen unterschiedlicher Fahrzeuge/Ladevorrichtungen, die für eine Flottenerweiterung in Frage kommen, verwendet werden. Das Flottenladesystem 200 kann auch zum Bewerten unterschiedlicher Flottenpläne verwendet werden, um den Flottenbetrieb zu optimieren. Außerdem kann das Flottenladesystem 200 Pläne für Nichtflottenfahrzeuge vorhersagen und dieses Wissen in die Optimierung einfließen lassen.
Das Flottenladesystem 200 kann so konfiguriert sein, dass es den Stromfluss zwischen Fahrzeugen 112 ohne die Verwendung der Übertragungsleitungen 216 und/oder der Versorgungsleistungsquelle 202 ermöglicht. Dabei wird ein Leistungsweg zwischen den Fahrzeugen 112 und den Energiespeichervorrichtungen 218 genutzt, die mit den Ladestationen 138 verbunden sind. Dies ermöglicht die Übertragung von Leistung zwischen den Speicherelementen, ohne die Ressourcen des Leistungsnetzes zu nutzen. Die Konfiguration erlaubt die Übertragung von Leistung zwischen Fahrzeugen während Perioden mit hohen Stromtarifen.
Die Flottenverwaltungssteuerung 204 kann einen dynamischen Programmierungs(DP)-Algorithmus umsetzen. Optimalitätsprinzip von Bellman besagt, dass die Optimalität einer zukünftigen Steuerhandlung nicht durch eine beliebige vorherige Steuereingabe beeinflusst wird. DP nutzt dieses Prinzip, um durch einen vorbestimmten Plan mit identifizierten Zuständen und Steuervariablen in der Zeit rückwärts zu gehen, und stellt einen optimalen Steuerweg innerhalb der Beschränkungen des Steuerraums bereit.
Der DP-Algorithmus kann für eine Klasse von zeitdiskreten Modellen der folgenden Form verwendet werden: $x_{k + 1} = F_{k} (x_{k}, u_{k}), k = [0, N - 1]$
wobei k den Index der diskretisierten Zeit bezeichnet, x_k die Zustandsvariable bezeichnet, u_k die Steuervariable bezeichnet und F_k die Funktion bezeichnet, welche die Zustandsvariable definiert. Zusätzlich werden für die Anwendung von DP die Zustands- und Steuervariablen diskretisiert.
Die Gesamtkosten für die Nutzung der Steuerstrategie π = {u₀, u₁, ... u_N-1} mit dem Ausgangszustand x₀ sind definiert durch: $J_{0, π} (x_{0}) = g_{0} (x_{0}) + g_{N} (x_{N}) + ϕ_{N} (x_{N}) + \sum_{k = 0}^{N - 1} [h_{k} (x_{k}, u_{k}) + ϕ_{k} (x_{k}, u_{k})]$
wobei J_0,n(x₀) die Gesamtkosten darstellt, go(xo) und g_N(x_N) die Kosten des ersten bzw. letzten Schrittes darstellen, Φ_k(x_k, u_k) die Straffunktion zur Durchsetzung der Einschränkungen der Zustands- und Steuervariablen ist und h_k(x_k, u_k) die inkrementellen Kosten der Anwendung der Steuerung zum Zeitpunkt k ist. Der optimale Steuerweg ist einer, der die in Gleichung (2) dargestellten Gesamtkosten minimiert.
Der für den Fall von Flottenfahrzeugen angepasste DP-Algorithmus kann in jeder beliebigen Programmiersprache als rückwärtsgerichtete Simulation umgesetzt werden, bei der auf einem Flottenparkplatz geparkte Fahrzeuge nach einem vorbestimmten Abfahrtsplan und einem gestaffelten Stromtarifplan geladen werden. Der Algorithmus kann auch Nichtflottenfahrzeuge auf der Grundlage eines vorhergesagten Plans einbeziehen. Darüber hinaus können Eigentümer von Nichtflottenfahrzeugen ermutigt werden, eine Ladestation im Voraus zu reservieren, wodurch der Vorhersagevorgang unterstützt werden kann. Der Batterieladezustand (SOC) kann unter der Annahme eines konstanten Leistungsflusses bei jedem Zeitschritt berechnet werden. Der Hauptvorteil der Umsetzung einer rückwärtsgerichteten Simulation ist die kürzere Berechnungszeit, die auf Kosten des Übersehens von Energie aufgrund von transienten Effekten geht.
Das DP-Steuerproblem der Flotte von elektrifizierten Fahrzeugen ist gekennzeichnet als: $x_{i} = ({SOC}_{i}), i = 1,2,3, \dots, n$
$u_{i} = (V_{i}, A_{i})$
$h_{k} = r a t e_{e} (x, u)$
wobei rate_e die Kosten für elektrische Energie ist, SOCi der Batterieladezustand (SOC) für das i-te Fahrzeug in der Flotte ist und V_i und A_i die Lade-/Entladespannung und -stromstärke bei jedem Zeitschritt für das i-te Fahrzeug bezeichnen.
Der auf die Flotte angewandte DP-Algorithmus versucht, die vorwärtsgerichteten Elektrizitätskosten an einem beliebigen Punkt des diskretisierten Zustand-Zeit-Raums zu minimieren. Dieser Minimierungsvorgang wird wie folgt zusammengefasst: $J_{k} (S O C_{k}^{i}) = min [J_{k + 1} (S O C_{k + 1}^{i}) + r a t e_{e} + ϕ_{k}]$
Die Beschränkungen der Systemausgestaltung, basierend auf der Betriebsgrenze jeder Komponente, können wie folgt zusammengefasst werden: $\begin{matrix} Flotte \\ Komponentenf ä higkeit \\ Einschr ä nkungen \end{matrix} : {\begin{matrix} V_{i, min} (S O C_{i}) \leq V_{i} \leq V_{i, max} (S O C_{i}) \\ A_{i, min} (S O C_{i}) \leq A_{i} \leq A_{i, max} (S O C_{i}) \\ (S O C_{i}, T_{i}) P_{i, min} \leq P_{i} \leq P_{i, max} (S O C_{i}, T_{i}) \end{matrix}$
wobei P_i und T_i die Lade-/Entladeleistung und eine Kerntemperatur der Traktionsbatterie im Fahrzeug i bezeichnen. Steuerentscheidungen außerhalb des in Gleichung (7) spezifizierten Bereichs können zur Anwendung eines großen Strafterms führen.
Um übermäßige Zyklen der Traktionsbatterien 124 in den Fahrzeugen 112 zu verhindern, kann dem Fahrzeug i eine Ladeerhaltungsbeschränkung auferlegt werden, bis die Simulationszeit innerhalb einer vorgegebenen Anzahl von Zeitschritten ab einer planmäßigen Abfahrt liegt. Die folgende Beschränkung kann angewendet werden: ${SOC}_{i, min} \leq {SOC}_{i} \leq {SOC}_{i, max}$
und zwar unter Verwendung des in Gleichung (6) beschriebenen Strafterms. Die Strafterme können um mehrere Größenordnungen höher sein als die inkrementellen Kosten für die Nutzung von Elektrizität. Wenn eine Steuerentscheidung zu einem SOC für Fahrzeug i außerhalb des in Gleichung (8) spezifizierten Bereichs führt, kann ein großer Strafterm angewandt werden; andernfalls können die Straftermine auf null gesetzt werden.
Der DP-Algorithmus kann versuchen, den SOC für jede der Fahrzeugtraktionsbatterien 124 zu einer vorbestimmten Zeit auf einen gewünschten Wert zu bringen. Der gewünschte Wert kann ein SOC-Niveau sein, das ausreicht, um eine vorbestimmte Reichweite für den nächsten Fahrzyklus oder eine bevorstehende Route bereitzustellen. Die vorbestimmte Zeit kann eine erwartete Abfahrtszeit sein. Die Reichweite und die Abfahrtszeit können aus dem Flottenplan bestimmt werden. Bei Nichtflottenfahrzeugen können die Reichweite und die Abfahrtszeit vorhergesagte Werte sein oder auf Reservierungsdaten basieren. Jedes der Fahrzeuge kann einen anderen Plan mit unterschiedlichen Reichweiten- und Zeitanforderungen aufweisen. Das System kann auch erwartete Ankunftszeiten an der Ladeeinrichtung berücksichtigen.
Der DP-Algorithmus kann so konfiguriert sein, dass er ein vorbestimmtes Zeitintervall darstellt. Der DP-Algorithmus kann so konfiguriert sein, dass er die Ladestrategie für das vorbestimmte Zeitintervall darstellt. Die Entscheidung für das vorbestimmte Zeitintervall kann von der konkreten Flottenanwendung abhängen. Ein längeres Zeitintervall kann wechselnden Bedingungen unterliegen, kann aber zu optimaleren Ergebnissen führen. Ein kürzeres Zeitintervall kann zu weniger optimalen Ergebnissen führen, ist aber möglicherweise besser für stark variierende Bedingungen geeignet.
Der DP-Algorithmus kann mit einer Vielzahl von Parametern ausgeführt werden. So kann ein Flottenbetreiber beispielsweise Fahrzeuge oder Ladestationen hinzufügen und die Ergebnisse simulieren. Fahrzeugparameter wie die Batteriekapazität können ebenfalls geändert und modelliert werden. Der DP-Algorithmus kann eine Rückmeldung darüber bereitstellen, wie sich Systemveränderungen auf die Kosten der Ladeeinrichtung auswirken. Der DP-Algorithmus kann dem Flottenbetreiber eine wertvolle Rückmeldung zur Beurteilung von Änderungen bereitstellen, die das Flottenladesystem kosteneffizienter machen können. Durch das Variieren der Simulationsparameter kann der Flottenbetreiber Entscheidungen treffen, die zu geringeren Kosten oder höheren Einnahmen führen.
3 stellt eine visuelle Darstellung 300 für das Berechnen von inkrementellen Kosten- und Straftermen bereit. Von links nach rechts stellt jede Spalte 302 alle möglichen Ladezustandsoptionen (SOC) zu einem spezifischen Zeitpunkt dar. SOC-Werte im ersten (z. B. t=1) und letzten Schritt (z. B. t=N), gezeigt als Quadrate 312, können mit großen Straftermen belegt werden, um sicherzustellen, dass der optimale Steuerweg bei einem vorbestimmten Anfangs-SOC beginnt und mit einer ausreichend geladenen Batterie endet. SOC-Werte, die durch die Quadrate 312 dargestellt werden, können mit einem hohen Strafterm belegt werden, um sicherzustellen, dass der optimale Steuerweg nicht zu einer Überladung oder vollständigen Entladung der Batterie führt. Ziel-SOC-Werte können als Rauten 318 in der Spalte ganz rechts der Tabelle dargestellt sein. SOC-Werte in den Zeitschritten, die außerhalb der SOC-Grenzen liegen, die als Dreiecke 314 gezeigt sind, können mit einem hohen Strafterm belegt werden. SOC-Werte, die als Kreise 316 gezeigt sind, können über keine assoziierten Strafterme verfügen. Einige SOC-Werte können zum Beispiel größer als ein Maximal-SOC 304 oder kleiner als ein Minimal-SOC 306 sein. Ein SOC-Delta 308 kann die SOC-Differenz zwischen benachbarten SOC-Niveaus definieren.
Die in 3 gezeigten Pfeile zeigen die mit verschiedenen Steuerentscheidungen assoziierten inkrementellen und Strafkosten an. Durchgezogene Pfeile 320 stellen zulässige Steuerentscheidungen dar, wobei jede mit einzigartigen inkrementellen Kosten belegt ist, die vom Leistungsfluss abhängig sind, wohingegen gestrichelte Pfeile 324 Steuerentscheidungen darstellen, die Entlade-/Ladeleistungsgrenzen verletzen, und gepunktete Pfeile 322 Steuerentscheidungen darstellen, die SOC-Grenzen verletzen. Bei der Anwendung von DP werden in jedem Zeitschritt alle möglichen Steuerentscheidungen für jeden diskretisierten Wert der Zustandsvariable (SOC) beurteilt und die Steuerentscheidung mit den minimalen Kosten wird gespeichert. Der optimale Steuerweg ist durch Steuerentscheidungen beschrieben, die mit dem diskretisierten Zustandswert mit den minimalen Kosten in jedem Zeitschritt assoziiert sind.
Eine der Haupteinschränkungen bei der Anwendung von DP, der sogenannte Fluch der Dimensionalität, beschreibt die rechnerischen Einschränkungen, die durch die Anforderung verursacht werden, die Zielfunktion für jede Kombination von Zustandsvariablen zu beurteilen. Umfangreiche Studien über die Anwendung unterschiedlicher Anpassungen von DP, wie z. B. approximative dynamische Programmierung (ADP) und parallele dynamische Programmierung (PDP), wurden durchgeführt, um die Berechnungskosten zu reduzieren. Ähnliche Anpassungen von DP können die Berechnungskosten reduzieren und die Simulationszeit erheblich reduzieren.
Es sollte ebenfalls angemerkt werden, dass die Systemdynamik die Entscheidung für den Simulationszeitschritt diktieren kann. Zum Beispiel weist die Anpassung von DP zum Analysieren der Architektur von Hybridelektrofahrzeugen und des optimalen Leistungsflusses zwischen elektrischer Maschine und dem Motor ein Beispiel mit schneller Systemdynamik auf. Im Vergleich dazu weist die Anwendung von DP auf das hierin beschriebene System eine langsamere Systemdynamik auf. Unter Ausnutzung der langsamen Systemdynamik können die Simulationszeitschritte mit begrenzter Auswirkung auf die Entscheidung für die optimale Steuerstrategie reduziert werden und somit können die Berechnungskosten deutlich reduziert werden.
Die Flottenverwaltungssteuerung 204 kann prädiktive Algorithmen zum Bestimmen des Ladeplans für die Fahrzeuge 112 umsetzen. Der prädiktive Algorithmus kann so konfiguriert sein, dass er einen erwarteten Energiebedarf für Flotten- und Nichtflottenfahrzeuge lernt. Der Energiebedarf für Flottenfahrzeuge kann aus einem Flottenplan abgeleitet werden. Der Flottenplan kann die Abfahrt von und Ankunft der Flottenfahrzeuge an der Ladeeinrichtung definieren. Der Flottenplan kann die Fahrtstrecke und eine Schätzung des Energiebedarfs für die Fahrt für jedes der Flottenfahrzeuge definieren. Darüber hinaus kann die Flottenverwaltungssteuerung 204 den Energiebedarf und den Plan auf der Grundlage des bisherigen Betriebs der Flottenfahrzeuge vorhersagen. Die Flottenverwaltungssteuerung 204 kann beispielsweise die Ankunfts- und Abfahrtszeiten der Flottenfahrzeuge überwachen, indem sie die Trennung und Verbindung der Flottenfahrzeuge von/mit den Ladestationen 138 überwacht. Auf der Grundlage dieser Informationen kann die Flottenverwaltungssteuerung 204 das Laden für jedes der Flottenfahrzeuge so verwalten, dass genügend Energie gespeichert wird, um die Fahrt zu absolvieren. Der Algorithmus kann einen Spielraum enthalten, um sicherzustellen, dass mehr Energie als benötigt gespeichert wird, im Routen-, Wetter- und/oder Verkehrsvariationen zu berücksichtigen.
Der prädiktive Algorithmus kann ferner so konfiguriert sein, dass er einen erwarteten Energiebedarf für Nichtflottenfahrzeuge lernt oder vorhersagt. Nichtflottenfahrzeuge weisen möglicherweise keine bekannte Ankunfts- und/oder Abfahrtszeit auf. Daher kann der Energieverbrauch im Laufe der Zeit erlernt werden, um sicherzustellen, dass genügend Energie zu den niedrigsten Kosten zur Verfügung steht. Die Flottenverwaltungssteuerung 204 kann den Betrieb von Nichtflottenfahrzeug basierend auf dem vergangenen Ladeverlauf vorhersagen. Die Flottenverwaltungssteuerung 204 kann die Ladeverlaufsdaten für Nichtflottenfahrzeuge, die zuvor an dem Standort geladen wurden, speichern. In einigen Konfigurationen können die Nichtflottenfahrzeuge eine Ladestation zu einer vorbestimmten Zeit reservieren. Die Nichtflotten-Planungsanforderungen können dazu verwendet werden, die Energiespeicherungsanforderungen für die Energiespeichervorrichtungen und die Traktionsbatterien der Flottenfahrzeuge zu bestimmen, um die Nichtflottenfahrzeuge zu einem späteren Zeitpunkt unterzubringen. Der prädiktive Algorithmus kann den Energiebedarf von Nichtflottenfahrzeugen auf der Grundlage des Standorts der Ladeeinrichtung und der Tageszeit ebenfalls vorhersagen. So kann beispielsweise eine Ladeeinrichtung, die sich in der Nähe eines Stadtzentrums mit einem aktiven Nachtleben befindet, einen höheren Energiebedarf für Nichtflottenfahrzeug am Abend/in der Nacht vorhersagen. Eine Ladeeinrichtung in der Nähe eines Büroparks kann während der normalen Arbeitszeiten einen höheren Energiebedarf für Nichtflottenfahrzeuge vorhersagen.
Die prädiktiven Algorithmen können Boni für die Speicherung zusätzlicher Energie im Energiespeichersystem der Flotte zum Verkauf an Nichtflottenfahrzeuge zuweisen. Der Algorithmus kann Zwischen-SOC-Ziele und -Zeiten einbeziehen, um eine Energieübertragung zu einem späteren Zeitpunkt unterzubringen. Dies kann durch eine Änderung der Strafen innerhalb des DP-Algorithmus umgesetzt werden. Beispielsweise kann ein vorhergesagter Energiebedarf für Nichtflottenfahrzeuge dazu führen, dass die Traktionsbatterien der Flottenfahrzeuge auf ein höheres Niveau geladen werden, um sicherzustellen, dass Energie für Nichtflottenfahrzeuge zur Verfügung steht. Für Lösungen, die diese Bedingung nicht erfüllen, kann ein größerer Strafterm angewendet werden. Das Flottenladesystem 200 kann Abweichungen vom Energiebedarf durch Nichtflottenfahrzeuge mit Kosten oder Strafen assoziieren, die durch den prädiktiven Algorithmus bestimmt werden. Der DP-Algorithmus kann Strafterme für ein beliebiges Ungleichgewicht zwischen dem vorhergesagten Energiebedarf für Nichtflottenfahrzeuge und der tatsächlichen Energie, die für den Verkauf an Nichtflottenfahrzeuge gespeichert ist, enthalten.
Die prädiktiven Algorithmen können die Anzahl und den Plan der Nichtflottenfahrzeuge, welche die Einrichtung nutzen, vorhersagen. Der vorhergesagte Plan und die vorhergesagte Anzahl der Nichtflottenfahrzeuge können den Optimierungsalgorithmus beeinflussen, indem die Laderate für Nichtflottenfahrzeuge gedrosselt wird, um den Nutzen jeder Ladestation zu maximieren. Das Drosseln der Laderate kann das Verringern der Rate des Ladens der Fahrzeuge beinhalten. Das Drosseln kann auftreten, wenn die Anzahl der Nichtflottenfahrzeuge der Erwartung nach geringer ist als die Anzahl der Ladestationen ist. Das Drosseln kann auftreten, wenn der aktuelle Stromtarif für die aus dem Netz gelieferte Leistung im Vergleich zu Stromtarifen zu einem zukünftigen Zeitpunkt hoch ist. Das Drosseln kann auch verwendet werden, um die Laderate an die Entladerate der Energiespeichervorrichtungen anzupassen. Der Optimierungsalgorithmus kann eine Strafe für eine höhere Laderate assoziieren. Die Strafe kann reduziert werden, wenn der Erwartung nach mehr Nichtflottenfahrzeuge die Ladestation nutzen und/oder der Stromtarif aus dem Netz reduziert wird.
Der prädiktive Algorithmus kann die erwartete Ladedauer und Gesamtenergie für jedes Kundenfahrzeug berücksichtigen, indem er einen Bonus für die Speicherung zusätzlicher Energie in Speichervorrichtungen vor Ort während Perioden mit niedrigen Stromtarifen assoziiert, die nicht an Nichtflottenfahrzeuge abgegeben werden kann, bevor der Stromtarif steigt. Zum Beispiel Nichtflottenfahrzeuge, für die erwartet wird, dass sie vor der Erhöhung des Stromtarifs am Ladesystem eintreffen, aber unter Verwendung der günstigeren Elektrizität nicht vollständig geladen werden können. In anderen Beispielen kann vorhergesagt werden, dass Fahrzeuge zu Zeitpunkten mit erhöhten Elektrizitätskosten ankommen. In solchen Fällen kann es vorteilhaft sein, Energiespeichervorrichtungen mit kostengünstigerer Elektrizität aufzuladen und die Energie zu übertragen, wenn die Tarife teurer sind.
Der prädiktive Algorithmus kann periodisch ausgeführt werden, um den Ladebedarfs und die Pläne für Flotten- und Nichtflottenfahrzeuge über ein vorbestimmtes Zeitintervall vorherzusagen. Das vorbestimmte Zeitintervall kann ein Zeitintervall in der Zukunft sein. Die Pläne können vorhergesagte Ankunfts- und Abfahrtszeiten und den vorhergesagten Energiebedarf für jedes der Fahrzeuge enthalten. Der dynamische Programmierungsalgorithmus kann unter Verwendung des vorhergesagten Energiebedarfs und der vorhergesagten Fahrzeugpläne, die durch die prädiktiven Algorithmen generiert wurden, periodisch ausgeführt werden. Die Flottenverwaltungssteuerung 204 kann dazu programmiert sein, den dynamischen Programmierungsalgorithmus auszuführen, um eine Ladestrategie für das vorbestimmte Zeitintervall zu generieren, welche die Gesamtenergiekosten minimiert. Die Ladestrategie kann das Speichern von Energie in den Flottenfahrzeugen zum Verkauf an die Nichtflottenfahrzeuge beinhalten. Die Flottenverwaltungssteuerung 204 kann mit den bordeigenen Ladesteuerungen 180 zusammenarbeiten, um die Flotten- und Nichtflottenfahrzeuge gemäß der Ladestrategie zu laden und zu entladen.
4 stellt einen Verlauf 400 einer Simulation für das Laden einer Flotte von sieben Fahrzeugen und einer Speichervorrichtung vor Ort dar. Der Stromtarifplan und Fahrzeugeinsatzplan sind bekannt. Während eines ersten Zeitraums T1 418 gilt ein Stromtarif von 0,28 $ pro kWh. Während eines zweiten Zeitraums T2 420 gilt ein Stromtarif von 0,03 $ pro kWh. Während eines dritten Zeitraums T3 422, zahlt der Stromversorger 0,15 $ pro kWh für die Verwendung von Elektrizität. Während eines vierten Zeitraums T4 424 gilt ein Stromtarif von 0,28 $ pro kWh. Während eines fünften Zeitraums T5 426 gilt ein Stromtarif von 0,03 $ pro kWh. Der Stromtarif während des ersten Zeitraums T1 418 und des vierten Zeitraums T4 424 kann als hoher Stromtarif angesehen werden. Der Stromtarif während des zweiten Zeitraums T2 420 und des fünften Zeitraums T5 426 kann als niedriger Stromtarif angesehen werden.
Das Simulationsbeispiel stellt dar, dass alle Fahrzeuge zum Zeitpunkt Null an die Ladestationen angeschlossen sind. Die Anwendung der Optimierungsfunktion ist jedoch nicht derart eingeschränkt. Die Traktionsbatterien in den Fahrzeugen können unterschiedliche Kapazitäten und Start-SOC-Werte aufweisen. In diesem Beispiel kann das Ziel darin bestehen, die volle Ladung zur Einsatzzeit zu erreichen, die kleiner als die Simulationsendzeit ist. Die Simulation betreibt ebenfalls die Energiespeichervorrichtung vor Ort in einem ladungserhaltenden Modus, in dem der Anfangs-SOC und der End-SOC gleich sind. Die Simulation kann versuchen, den SOC der Fahrzeugbatterien bis zu einer vorgegebenen Zeit vor der Einsatzzeit innerhalb von 30 %-70 % zu halten. Die Laderate kann basierend auf dem SOC begrenzt sein. Beispielsweise kann das Laden mit einer maximalen Laderate durchgeführt werden, wenn der SOC bei unter 50 % liegt. Das Laden kann mit einer niedrigen Laderate erfolgen, wenn der SOC bei über 80 % liegt. Zwischen 50 % und 80 % kann eine mittlere Laderate angewendet werden.
Die Kurve 402 stellt den SOC einer Energiespeichervorrichtung vor Ort mit einer Kapazität von 60 kWh und einem Anfangs-SOC von 60 % dar. Die Kurve 404 stellt den SOC eines ersten Fahrzeugs mit einer Kapazität von 15 kWh, einem Anfangs-SOC von 50 % und einer Einsatzzeit von 180 Minuten dar. Die Kurve 406 stellt den SOC eines zweiten Fahrzeugs mit einer Kapazität von 14 kWh, einem Anfangs-SOC von 20 % und einer Einsatzzeit von 234 Minuten dar. Die Kurve 408 stellt den SOC eines dritten Fahrzeugs mit einer Kapazität von 20 kWh, einem Anfangs-SOC von 42 % und einer Einsatzzeit von 252 Minuten dar. Die Kurve 410 stellt den SOC eines vierten Fahrzeugs mit einer Kapazität von 18 kWh, einem Anfangs-SOC von 3 % und einer Einsatzzeit von 360 Minuten dar. Die Kurve 412 stellt den SOC eines fünften Fahrzeugs mit einer Kapazität von 20 kWh, einem Anfangs-SOC von 12 % und einer Einsatzzeit von 360 Minuten dar. Die Kurve 414 stellt den SOC eines sechsten Fahrzeugs mit einer Kapazität von 20 kWh, einem Anfangs-SOC von 10 % und einer Einsatzzeit von 288 Minuten dar. Die Kurve 416 stellt den SOC eines siebten Fahrzeugs mit einer Kapazität von 18 kWh, einem Anfangs-SOC von 22% und einer Einsatzzeit von 90 Minuten dar.
Im Simulationsbeispiel wird jedes Fahrzeug vor der Abfahrt auf ein volles SOC-Niveau geladen. Der SOC-Wert jedes Fahrzeugs vor der Abfahrt kann jedoch als ein niedrigerer Wert gewählt werden. Das SOC-Niveau kann zum Beispiel auf ein SOC-Niveau festgelegt werden, das den Fahrzyklus befriedigen und eine vorbestimmte Fehlerspanne enthalten kann.
Der DP-Algorithmus versucht, die mit der optimalen Steuerentscheidung assoziierten Kosten zu minimieren. Zum Beispiel kann der hohe Stromtarif in T1 418 für das Aufladen die Strafterme überwiegen, die auf das fünfte Fahrzeug, das der Kurve 412 entspricht, und das sechste Fahrzeug, das der Kurve 414 entspricht, angewendet werden, die einen Anfangs-SOC unter dem Mindest-SOC-Schwellenwert von 30 % aufweisen (wie in Gleichung (8) beschrieben). Der relativ hohe Stromtarif während des ersten Zeitraums T1 418 kann Fahrzeuge und beliebige Speichervorrichtungen vor Ort ebenfalls dazu anregen, gespeicherte Energie gewinnbringend in das Leistungsnetz einzuspeisen. Fahrzeuge können bestraft werden, wenn sie unter einen SOC von 30 % entladen werden, und daher kann eine Tiefentladung der Fahrzeugtraktionsbatterie verhindert werden. Wenn der SOC des Fahrzeugs 30 % erreicht, kann der Strafterm das Fahrzeug dazu anregen, mit dem Laden zu beginnen, wenn der SOC des Fahrzeugs jedoch über 30 % steigt, kann der hohe Stromtarif das Fahrzeug dazu anregen, gespeicherte Energie gewinnbringend in das Netz einzuspeisen. Der Wechsel zwischen dem Anreiz, die Batterie gewinnbringend zu entladen, und der Strafe, um eine Tiefentladung zu verhindern, der bei einem SOC von genau 30 % auftritt, kann dazu führen, dass ein Fahrzeug mehrere Lade- und Entladezyklen durchläuft, da das vierte Fahrzeug, das der Kurve 410 entspricht, und das siebte Fahrzeug, das der Kurve 416 entspricht, mehrere Lade- und Entladezyklen während des ersten Zeitraums T1 418 darstellen. Diese Art von Verhalten kann entweder durch die Anwendung eines höheren Diskretisierungsniveaus auf die Steuer- und Zustandsräume oder durch die graduelle Anwendung der Tiefentladungsstrafe vermieden werden, sodass eine geringe Strafe zum ersten Mal bei einem SOC von 30 % anfällt und die Strafe bei weiterer Entladung der Batterie steigt.
Der Optimierungsalgorithmus führt zu einer Reduzierung der Ladekosten von 111 % im Vergleich zum vollständigen Laden der Flottenfahrzeuge beginnend bei Zeitpunkt Null (z. B. grundlegende Ladestrategie). Die optimale Ladelösung nutzt die Zeiträume, in denen der Stromversorger für die Verwendung von Elektrizität bezahlt, was zu einem Nettogewinn führt. Das Simulationsergebnis stellt das optimale Ladeprofil für jedes der Fahrzeuge bei gegebenem Parametersatz dar. Die Simulation kann mit unterschiedlichen Parametern durchgeführt werden, um die Auswirkungen von Parameteränderungen zu untersuchen.
5 stellt ein Ablaufdiagramm 500 für eine mögliche Abfolge von Vorgängen bereit, die in der Flottenverwaltungssteuerung 204 umgesetzt werden kann. Eine Optimierungseinrichtungsphase 502 kann Vorgänge beinhalten, die Eingaben für den Optimierungsalgorithmus bereitstellen. Die Vorgänge der Optimierungseinrichtungsphase 502 können parallel umgesetzt werden und/oder können zu verschiedenen Zeiten durchgeführt werden, wenn sich entsprechende Eingaben ändern.
In Vorgang 504 können Energiekosten bestimmt werden. Zum Beispiel kann ein Tarifplan vom Versorger angefordert und/oder empfangen werden. Darüber hinaus können die assoziierten Kosten für lokale Energieerzeugungsanlagen bestimmt werden.
In Vorgang 506 können die Energiebedarfe und die Pläne für Flottenfahrzeuge vorhergesagt werden. Der Energiebedarf und die Ladezeitintervalle der Flottenfahrzeuge können auf der Grundlage eines Flottenplans vorhergesagt werden, der die Abfahrts- und Ankunftszeiten und den Energieanforderungen für den Fahrzyklus enthält. Die Informationen können vom Flottenbetreiber eingegeben werden und/oder im Laufe der Zeit beim Laden der Flottenfahrzeuge erlernt werden.
In Vorgang 508 können die Energiebedarfe und die Pläne für Nichtflottenfahrzeuge vorhergesagt werden. Der Energiebedarf und die Ladezeitintervalle (z. B. Plan) der Nichtflottenfahrzeuge können anhand von Reservierungsanforderungen bestimmt werden, wie empfangen wurden. Außerdem kann der Bedarf der Nichtflottenfahrzeuge im Laufe der Zeit basierend auf vorherigen Ladeverlaufsdaten erlernt werden.
In Vorgang 510 können Optimierungsparameter bestimmt werden. Die Optimierungsparameter können Strafterme für den DP-Algorithmus enthalten. Zu den Optimierungsparametern können Parameter wie die Batteriekapazität für Energiespeichervorrichtungen vor Ort gehören.
In Vorgang 512 kann die Ladestrategie für ein Zeitintervall generiert werden. Das Zeitintervall kann aus einer Abfolge von Zeitabschnitten bestehen. Das Zeitintervall kann zum Beispiel in Zeitabschnitte von einer Minute unterteilt werden. Die Ladestrategie kann durch das Ausführen des dynamischen Programmierungsalgorithmus generiert werden. Die Ladestrategie kann die Gesamtenergiekosten minimieren. Die Ladestrategie kann das Speichern von Energie in den Flottenfahrzeugen zum Verkauf an die Nichtflottenfahrzeuge beinhalten. Wenn möglich kann die Ladestrategie Energie während Perioden mit minimalen Elektrizitätskosten in Flottenfahrzeugen speichern. Nichtflottenfahrzeugen kann ein Preis berechnet werden, der höher als die minimalen Elektrizitätskosten ist. Die Ladestrategie kann dazu führen, dass Flottenfahrzeuge auf ein Niveau geladen werden, das den vorhergesagten Energiebedarf/-verbrauch der Flottenfahrzeuge um einen Gesamtbetrag überschreitet, der mindestens einem vorhergesagten Energiebedarf für ein Nichtflottenfahrzeug entspricht. Die Ladestrategie kann einen Lade-/Entladeplan für jedes der Fahrzeuge enthalten. Der Lade-/Entladeplan kann die Lade-/Entladeleistung für jedes Fahrzeug über jedes Zeitsegment des Zeitintervalls enthalten.
In Vorgang 514 können die Flotten- und Nichtflottenfahrzeuge gemäß der Ladestrategie geladen und entladen werden. Die Fahrzeuge können betrieben werden, indem die Lade-/Entladeleistung für jedes Zeitsegment an jedes der Fahrzeuge übermittelt wird. Die OBCC jedes Fahrzeugs kann die Traktionsbatterie entsprechend der bereitgestellten Lade-/Entladeleistung für jedes Zeitsegment laden/entladen.
In Vorgang 516 kann die Ausführung des Systems überwacht werden. So kann das System beispielsweise prüfen, um sicherzustellen, ob jeder Lade-/Entladeleistungsbefehl befolgt wird. Das System kann bestimmen, ob der Lade-/Entladeleistungsbefehl nicht befolgt werden kann (z. B. Fahrzeug nicht angeschlossen). Das System kann ferner die Auswirkung auf die Kosten der Nichtbefolgung des Befehls bestimmen.
In Vorgang 518 kann eine Überprüfung durchgeführt werden, um zu bestimmen, ob die Ausführung akzeptabel ist. Die Ausführung kann akzeptabel sein, wenn jedes Fahrzeug vorhanden ist und gemäß der Ladestrategie betrieben wird. Wenn die Ausführung akzeptabel ist, kann das System die Ladestrategie weiterhin ausführen. Die Ausführung ist möglicherweise nicht akzeptabel, wenn die Auswirkung auf die Kosten einen Schwellenwert überschreitet. Wenn die Ausführung nicht akzeptabel ist, kann Vorgang 520 durchgeführt werden.
In Vorgang 520 können die Ladeparameter angepasst werden, um die tatsächlichen Bedingungen widerzuspiegeln. Die Optimierungseinrichtungsphase 502 kann mit den aktualisierten Parametern durchgeführt werden, sodass eine neue Ladestrategie berechnet werden kann. Beispiele für sich ändernde Parameter können Fahrzeuge sein, die nicht ungefähr zu den geplanten Zeiten ankommen oder abfahren. Andere Beispiele können eine unerwartete Ankunft oder einen unerwarteten Bedarf von Nichtflottenfahrzeugen sein. Darüber hinaus können Probleme mit dem Fahrzeug oder der Ladestation auftreten, die sich auf die Ladestrategie auswirken. Eine nicht funktionsfähige Ladestation kann beispielsweise dazu führen, dass ein Fahrzeug nicht geladen oder entladen werden kann. In solchen Fällen kann es wünschenswert sein, die Ladestrategie mit den neuen Beschränkungen zu erneuern.
Die Ladestrategie minimiert die Gesamtenergiekosten und/oder maximiert die Einnahmen für den Flottenbetreiber. Das System stellt dem Flottenbetreiber auch eine Möglichkeit bereit, die Auswirkungen von Änderungen an den Fahrzeugen und/oder dem Flottenladesystem zu analysieren. Die Ladestrategie ist in der Lage, Flotten- und Nichtflottenfahrzeuge handhaben, um die Einnahmen zu maximieren und/oder die Kosten für den Flottenbetreiber zu reduzieren. Durch das Bereitstellen von Boni für den Flottenbetreiber kann das System den Flottenbetreiber dazu ermutigen, ein Teil der Ladestationen für die Öffentlichkeit zur Verfügung zu stellen.
Die in der vorliegenden Schrift offenbarten Prozesse, Verfahren oder Algorithmen können einer Verarbeitungsvorrichtung, einer Steuerung oder einem Computer zuführbar sein/davon umgesetzt werden, die bzw. der eine beliebige bestehende programmierbare elektronische Steuereinheit oder eine dafür vorgesehene elektronische Steuereinheit umfassen kann. Gleichermaßen können die Prozesse, Verfahren oder Algorithmen als Daten und Anweisungen gespeichert sein, die durch eine Steuerung oder einen Computer in vielen Formen, einschließlich unter anderem Informationen, die dauerhaft auf nicht beschreibbaren Speichermedien wie etwa ROM-Vorrichtungen gespeichert sind, und Informationen, die veränderbar auf beschreibbaren Speichermedien wie etwa Disketten, Magnetbändern, CDs, RAM-Vorrichtungen und sonstigen magnetischen und optischen Medien gespeichert sind, ausgeführt werden können. Die Prozesse, Verfahren und Algorithmen können zudem in einem durch Software ausführbaren Objekt umgesetzt sein. Alternativ können die Prozesse, Verfahren oder Algorithmen ganz oder teilweise unter Verwendung geeigneter Hardwarekomponenten ausgeführt sein, wie etwa anwendungsspezifischer integrierter Schaltungen (Application Specific Integrated Circuits - ASICs), feldprogrammierbarer Gate-Arrays (Field-Programmable Gate Arrays - FPGAs), Zustandsmaschinen, Steuerungen oder anderer Hardwarekomponenten oder Vorrichtungen oder einer Kombination aus Hardware-, Software- und Firmwarekomponenten.
Wenngleich vorstehend beispielhafte Ausführungsformen beschrieben sind, ist nicht beabsichtigt, dass diese Ausführungsformen alle möglichen Formen beschreiben, die durch die Patentansprüche eingeschlossen sind. Die in der Beschreibung verwendeten Ausdrücke sind vielmehr beschreibende als einschränkende Ausdrücke und es versteht sich, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Geist und Umfang der Offenbarung abzuweichen. Wie zuvor beschrieben, können die Merkmale verschiedener Ausführungsformen miteinander kombiniert werden, um weitere erfindungsgemäße Ausführungsformen zu bilden, die unter Umständen nicht ausdrücklich beschrieben oder veranschaulicht sind. Wenngleich verschiedene Ausführungsformen gegenüber anderen Ausführungsformen oder Umsetzungen nach dem Stand der Technik hinsichtlich einer oder mehrerer gewünschter Eigenschaften als vorteilhaft oder bevorzugt beschrieben sein können, erkennt der Durchschnittsfachmann, dass ein oder mehrere Merkmale oder eine oder mehrere Eigenschaften in Frage gestellt werden können, um die gewünschten Gesamtattribute des Systems zu erzielen, die von der konkreten Anwendung und Umsetzung abhängen. Diese Attribute können unter anderem Folgendes umfassen: Kosten, Festigkeit, Lebensdauer, Lebenszykluskosten, Marktfähigkeit, Erscheinungsbild, Verpackung, Größe, Wartbarkeit, Gewicht, Herstellbarkeit, einfache Montage usw. Demnach liegen Ausführungsformen, die in Bezug auf eine oder mehrere Eigenschaften als weniger wünschenswert als andere Ausführungsformen oder Umsetzungen nach dem Stand der Technik beschrieben sind, nicht außerhalb des Umfangs der Offenbarung und können für bestimmte Anwendungen wünschenswert sein.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Flottenladesystem bereitgestellt, das Folgendes aufweist: eine Vielzahl von Ladegeräten; und eine Steuerung, die programmiert ist zum Vorhersagen eines Ladebedarfs und von Ladezeitintervallen für Flotten- und Nichtflottenfahrzeuge, Laden der Flottenfahrzeuge, um Energie für den Verkauf zu speichern, die einen vorhergesagten Energieverbrauch für einen Fahrzyklus übersteigt, und Entladen der Flottenfahrzeuge, um den Ladebedarf für Nichtflottenfahrzeuge zu befriedigen, um eine Differenz zwischen der für den Verkauf gespeicherten Energie und der an die Nichtflottenfahrzeuge abgegebenen Energie zu minimieren.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Steuerung ferner programmiert zum Drosseln einer Laderate der Nichtflottenfahrzeuge, um eine Differenz zwischen der in den Flottenfahrzeugen gespeicherten Energie und der tatsächlich abgegebenen Energie zu minimieren.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Steuerung ferner programmiert zum Empfangen, von den Nichtflottenfahrzeugen, einer Reservierungsanforderung für das Laden.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Steuerung ferner programmiert zum Bereitstellen eines Bonus für die Nichtflottenfahrzeuge für das Bereitstellen einer Reservi erungsanforderung.
Gemäß einer Ausführungsform handelt es sich bei dem Bonus um einen ermäßigten Preis für Elektrizität, die dem Nichtflottenfahrzeug bereitgestellt wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein Verfahren Folgendes: durch eine Steuerung, Vorhersagen eines Energiebedarfs und von Ladezeitintervallen für Flotten- und Nichtflottenfahrzeuge bei einer Ladeeinrichtung, die eine Vielzahl von Ladegeräten beinhaltet; Laden von Flottenfahrzeugen, für die es vorhergesagt ist, dass sie mit den Ladegeräten gekoppelt werden, wenn für ein Nichtflottenfahrzeug vorhergesagt wird, dass es gemäß den vorhergesagten Ladezeitintervallen geladen wird, auf ein Niveau, welches den vorhergesagten Energiebedarf der Flottenfahrzeuge um einen Wert übersteigt, der durch den vorhergesagten Energiebedarf für das Nichtflottenfahrzeug definiert ist; und Entladen der Flottenfahrzeuge, um das Nichtflottenfahrzeug zu laden, wenn es verbunden ist.
Gemäß einer Ausführungsform, Laden der Flottenfahrzeuge zu einer Zeit, wenn Kosten für die Elektrizität von einem Energieversorger niedriger sind als Kosten für die Elektrizität, wenn für das Nichtflottenfahrzeug vorhergesagt wird, dass es geladen wird.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Erfindung ferner gekennzeichnet durch Festlegen eines Preises für Energie, die dem Nichtflottenfahrzeug bereitgestellt wird, der einen Wert übersteigt, der für die Energie gezahlt wurde.
Gemäß einer Ausführungsform, Bereitstellen eines Bonus für Nichtflottenfahrzeuge, um das Drosseln einer Laderate zu erlauben, um eine Differenz zwischen der in den Flottenfahrzeugen gespeicherten Energie und der an das Nichtflottenfahrzeug abgegebenen Energie zu minimieren.
Gemäß einer Ausführungsform, Empfangen einer Reservierungsanforderung für das Nichtflottenfahrzeug, die einen vorhergesagten Ladebedarf und ein Ladezeitintervall für das Nichtflottenfahrzeug enthält.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Erfindung ferner gekennzeichnet durch Minimieren von Ladekosten für Flottenfahrzeuge.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Erfindung ferner gekennzeichnet durch Speichern von Energie in Flottenfahrzeugen während Perioden minimaler Elektrizitätskosten während eines vorbestimmten Zeitraums und Übertragen der Energie zwischen Flottenfahrzeugen während Perioden, in welchen die Elektrizitätskosten höher als die minimalen Elektrizitätskosten sind.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Erfindung ferner gekennzeichnet durch Generieren und Beurteilen von Flottenplänen, um den Energieverbrauch der Flottenfahrzeuge zu minimieren.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Flottenladesystem bereitgestellt, das Folgendes aufweist: eine Vielzahl von Ladegeräten; und eine Steuerung, die programmiert ist zum Vorhersagen eines Ladebedarfs für Flotten- und Nichtflottenfahrzeuge über ein vorbestimmtes Zeitintervall, Generieren einer Ladestrategie für das vorbestimmte Zeitintervall, welche Gesamtenergiekosten minimiert und Speichern von Energie in Flottenfahrzeugen für den Verkauf an Nichtflottenfahrzeuge enthält, und Laden und Entladen der Flotten- und Nichtflottenfahrzeuge gemäß der Ladestrategie.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet die Ladestrategie Laden der Flottenfahrzeuge zu einer Zeit, wenn Kosten für die Elektrizität von einem Energieversorger minimal sind.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Steuerung ferner programmiert zum Empfangen einer Reservierungsanforderung für die Nichtflottenfahrzeuge.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Steuerung ferner programmiert zum Bereitstellen eines Bonus für Nichtflottenfahrzeuge, um das Drosseln einer Laderate zu erlauben, um eine Differenz zwischen der in den Flottenfahrzeugen gespeicherten Energie und der an die Nichtflottenfahrzeuge abgegebenen Energie zu minimieren.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Steuerung ferner programmiert zum Umsetzen eines dynamischen Programmierungsalgorithmus, um die Gesamtenergiekosten für die Flottenfahrzeuge zu minimieren.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Steuerung ferner programmiert zum Laden und Entladen der Flottenfahrzeuge, sodass eine in jedem gespeicherte Menge von Energie mindestens eine Menge von Energie ist, die zum Zurücklegen einer bevorstehenden Route benötigt wird.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Steuerung ferner programmiert zum Entladen der Flottenfahrzeuge, um die Nichtflottenfahrzeuge derart mit Energie zu versorgen, dass die Flottenfahrzeuge eine Ladung beibehalten, die einem vorhergesagten Energieverbrauch für jedes der Flottenfahrzeuge entspricht.

Claims

Flottenladesystem, umfassend: eine Vielzahl von Ladegeräten; und eine Steuerung, die programmiert ist zum Vorhersagen eines Ladebedarfs und von Ladezeitintervallen für Flotten- und Nichtflottenfahrzeuge, Laden der Flottenfahrzeuge, um Energie für den Verkauf zu speichern, die einen vorhergesagten Energieverbrauch für einen Fahrzyklus übersteigt, und Entladen der Flottenfahrzeuge, um den Ladebedarf für Nichtflottenfahrzeuge zu befriedigen, um eine Differenz zwischen der für den Verkauf gespeicherten Energie und der an die Nichtflottenfahrzeuge abgegebenen Energie zu minimieren.
Flottenladesystem nach Anspruch 1, wobei die Steuerung ferner programmiert ist zum Drosseln einer Laderate der Nichtflottenfahrzeuge, um eine Differenz zwischen der in den Flottenfahrzeugen gespeicherten Energie und der tatsächlich abgegebenen Energie zu minimieren.
Flottenladesystem nach Anspruch 1, wobei die Steuerung ferner programmiert ist zum Empfangen, von den Nichtflottenfahrzeugen, einer Reservierungsanforderung für das Laden.
Flottenladesystem nach Anspruch 3, wobei die Steuerung ferner programmiert ist zum Bereitstellen eines Bonus für die Nichtflottenfahrzeuge für das Bereitstellen einer Reservi erungsanforderung.
Flottenladesystem nach Anspruch 4, wobei es sich bei dem Bonus um einen ermäßigten Preis für Elektrizität handelt, die dem Nichtflottenfahrzeug bereitgestellt wird.
Flottenladesystem nach Anspruch 1, wobei die Steuerung ferner programmiert ist zum Umsetzen eines dynamischen Programmierungsalgorithmus, um Gesamtenergiekosten für die Flottenfahrzeuge zu minimieren.
Flottenladesystem nach Anspruch 1, wobei die Steuerung ferner programmiert ist zum Entladen der Flottenfahrzeuge, um die Nichtflottenfahrzeuge derart mit Energie zu versorgen, dass die Flottenfahrzeuge eine Ladung beibehalten, die einem vorhergesagten Energieverbrauch für jedes der Flottenfahrzeuge entspricht.
Verfahren, umfassend: durch eine Steuerung, Vorhersagen eines Energiebedarfs und von Ladezeitintervallen für Flotten- und Nichtflottenfahrzeuge bei einer Ladeeinrichtung, die eine Vielzahl von Ladegeräten beinhaltet; Laden von Flottenfahrzeugen, für die es vorhergesagt ist, dass sie mit den Ladegeräten gekoppelt werden, wenn für ein Nichtflottenfahrzeug vorhergesagt wird, dass es gemäß den vorhergesagten Ladezeitintervallen geladen wird, auf ein Niveau, welches den vorhergesagten Energiebedarf der Flottenfahrzeuge um einen Wert übersteigt, der durch den vorhergesagten Energiebedarf für das Nichtflottenfahrzeug definiert ist; und Entladen der Flottenfahrzeuge, um das Nichtflottenfahrzeug zu laden, wenn es verbunden ist.
Verfahren nach Anspruch 8, ferner umfassend Laden der Flottenfahrzeuge zu einer Zeit, wenn Kosten für die Elektrizität von einem Energieversorger niedriger sind als Kosten für die Elektrizität, wenn für das Nichtflottenfahrzeug vorhergesagt wird, dass es geladen wird.
Verfahren nach Anspruch 9, ferner umfassend Festlegen eines Preises für Energie, die dem Nichtflottenfahrzeug bereitgestellt wird, der einen Wert übersteigt, der für die Energie gezahlt wurde.
Verfahren nach Anspruch 8, ferner umfassend Bereitstellen eines Bonus für Nichtflottenfahrzeuge, um das Drosseln einer Laderate zu erlauben, um eine Differenz zwischen der in den Flottenfahrzeugen gespeicherten Energie und der an das Nichtflottenfahrzeug abgegebenen Energie zu minimieren.
Verfahren nach Anspruch 8, ferner umfassend Empfangen einer Reservierungsanforderung für das Nichtflottenfahrzeug, die einen vorhergesagten Ladebedarf und ein Ladezeitintervall für das Nichtflottenfahrzeug enthält.
Verfahren nach Anspruch 8, ferner umfassend Minimieren von Ladekosten für Flottenfahrzeuge.
Verfahren nach Anspruch 8, ferner umfassend Speichern von Energie in Flottenfahrzeugen während Perioden minimaler Elektrizitätskosten während eines vorbestimmten Zeitraums und Übertragen der Energie zwischen Flottenfahrzeugen während Perioden, in welchen die Elektrizitätskosten höher als die minimalen Elektrizitätskosten sind.
Verfahren nach Anspruch 8, ferner umfassend Generieren und Beurteilen von Flottenplänen, um den Energieverbrauch der Flottenfahrzeuge zu minimieren.