DE102020125851A1 - Verfahren zum Austauschen von Energie, Verarbeitungseinheit und Fahrzeug - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Austauschen von elektrischer Energie (E) zwischen einem Energiespeicher (7) in einem Fahrzeug (1) und einer stationären Energiebereitstellungsvorrichtung (EV) eines Energie-Netzwerkes (30), wobei der Energiespeicher (7) elektrische Energie (E) dauerhaft speichert und eine elektrische Verbindung zwischen dem Energiespeicher (7) und der stationären Energiebereitstellungsvorrichtung (EV) ausgebildet werden kann, um Energie (E) auszutauschen, Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass ein Austausch von Energie (E)
- aus dem Energie-Netzwerk (30) über die stationäre Energiebereitstellungsvorrichtung (EV) in den Energiespeicher (7) in eine erste Energie-Übertragungsrichtung (R1), oder
- aus dem Energiespeicher (7) über die stationären Energiebereitstellungsvorrichtung (EV) in das Energie-Netzwerk (30) in eine zweite Energie-Übertragungsrichtung (R2)
erfolgt, um durch den Fahrzeugbetreiber (2) eine Netzdienstleistung (DL) zu erbringen, wobei durch die erbrachte Netzdienstleistung (DL) eine Auslastung (L) des Energie-Netzwerks (30) durch den Austausch von Energie (E) in die erste oder die zweite Energie-Übertragungsrichtung (R1) kompensiert wird zum Stabilisieren des Energie-Netzwerkes (30).

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Austauschen von Energie zwischen mindestens einem Energiespeicher in einem Fahrzeug, insbesondere Nutzfahrzeug, und einer stationären Energiebereitstellungsvorrichtung eines Energie-Netzwerkes, eine Verarbeitungseinheit und ein Fahrzeug mit einer derartigen Verarbeitungseinheit zur Durchführung des Verfahrens.
  • Es ist bekannt, Fahrzeuge, insbesondere Nutzfahrzeuge, über stationäre Oberleitungen, die oberhalb einer Fahrbahn angeordnet sind, mit Energie zu versorgen. Die Oberleitungen sind dabei Teil eines Energie-Netzwerkes, in dem über Netz-Verteiler Energie mit einer bestimmten Netz-Spannung und einer bestimmten Netz-Frequenz bereitgestellt wird. Fahrzeuge können über Energieabnehmer an die Oberleitungen gleitend ankoppeln, um Energie aus dem Energie-Netzwerk zu entnehmen. Mit der Energie kann der elektrische Antrieb des Fahrzeuges versorgt werden, beispielsweise dann, wenn ein Energiespeicher im Fahrzeug geschont werden soll oder aber ein Ladezustand des Energiespeichers zu niedrig ist. Beispielhaft ist dies in DE 10 2016 208 878 A1 , DE 10 2018 206 957 A1 oder DE 10 2004 028 243 A1 gezeigt. Weiterhin kann ein Aufladen der Energiespeicher erfolgen, um oberleitungsfreie Strecken zu überbrücken.
  • Das Problem, das bei der elektrischen Versorgung von Fahrzeugen mittels einer Oberleitung besteht, ist die Netz-Spannung sowie die Netz-Frequenz des Energie-Netzwerks, die stabil zu halten sind, um einen Zusammenbruch der Energieversorgung zu vermeiden und damit eine beständige Energieversorgung für alle angekoppelten Fahrzeuge sicherzustellen. Dies sollte unabhängig von der Anzahl an Fahrzeugen sein, die dem Energie-Netz über die Oberleitung Energie entziehen. Je mehr Fahrzeuge sich jedoch an die Oberleitungen ankoppeln und darüber Energie entziehen, desto mehr sinkt z.B. die Netz-Frequenz, wodurch das Energie-Netzwerk ab einem bestimmten Zeitpunkt überlastet werden und zumindest zeitweise auch ausfallen kann.
  • Dieses Problem resultiert daraus, dass die Netz-Verteiler aktuell nicht darauf ausgelegt sind, ausreichend Energie für den steigenden Leistungsbedarf bereitzustellen. Sollte sich die Elektromobilität flächendeckend durchsetzen, ist daher die Auslegung der Netz-Verteiler entscheidend, um genügend Energie für eine hohe Auslastung bereitstellen zu können. Stellt man sich einen Autobahnparkplatz vor, an dem mehrere Schnelladesäulen installiert sind, um zunächst nur Personenkraftwagen zu laden, kommt es bei einem vorhandenen Netz-Verteiler schnell zu Problemen, wenn plötzlich auch Nutzfahrzeuge geladen werden sollen. Dies ist insbesondere dann problematisch, wenn viele Fahrzeuge gleichzeitig geladen werden. Dies ist entsprechend auch auf das Laden von Fahrzeugen über die Oberleitungen übertragbar. Ein weiteres Problem bei der Energieversorgung ist die zunehmende volatile Bereitstellung von erneuerbaren Energien, was sich hauptsächlich auf das Verteilernetz auswirkt, über das die Energie für die Oberleitungen bereitgestellt wird.
  • Um auf diese Nachteile zu reagieren, ist für eine Anwendung in einer Mine in US 2011/0094841 A1 oder US 2015/0090554 A1 vorgesehen, Bremsenergie, die beim Bremsen des Minenfahrzeuges erzeugt wird, direkt über die Oberleitungen in das mineninterne Energie-Netzwerk einzuspeisen, wodurch eine hohe Auslastung des Energie-Netzwerkes zumindest zeitweise kompensiert werden kann. Nachteilig hierbei ist, dass eine Kompensation der Netzauslastung lediglich dann erfolgen kann, wenn genügend Fahrzeuge bremsen.
  • In DE 11 2012 005 255 T5 ist weiterhin beschrieben, einen Bremsvorgang für ein Minenfahrzeug gezielt anzuweisen, um Bremsenergie in das Energie-Netzwerk einzuspeisen, wenn ein anderes Minenfahrzeug gerade Energie benötigt. Hierbei ist nachteilig, dass das Fahrzeug in seinem normalen Fahrbetrieb durch die Bremsanweisung gestört wird.
  • Aufgabe der Erfindung ist, ein Verfahren zum Austauschen von Energie zwischen mindestens einem Energiespeicher in einem Fahrzeug, insbesondere Nutzfahrzeug, und einem Energie-Netzwerk anzugeben, das die Nachteile im Stand der Technik vermeidet und daher eine durchgängige und zuverlässige Bereitstellung von Energie insbesondere für fahrende Fahrzeuge gewährleisten kann. Aufgabe ist weiterhin eine Verarbeitungseinheit und ein Fahrzeug anzugeben.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren, eine Verarbeitungseinheit sowie ein Fahrzeug gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Die Unteransprüche geben bevorzugte Weiterbildungen an.
  • Erfindungsgemäß ist demnach ein Verfahren zum Austauschen von elektrischer Energie zwischen mindestens einem Energiespeicher in einem Fahrzeug, insbesondere einem Nutzfahrzeug, und einer stationären Energiebereitstellungsvorrichtung eines Energie-Netzwerkes, beispielsweise einer stationären Oberleitung oder in der Fahrbahn integrierte stationäre Fahrbahnleitungen, z.B. Induktionsschleifen, vorgesehen, wobei der mindestens eine Energiespeicher ausgebildet ist, elektrische Energie dauerhaft zu speichern, und eine elektrische Verbindung zwischen dem mindestens einen Energiespeicher und der stationären Energiebereitstellungsvorrichtung ausgebildet werden kann, um Energie auszutauschen, wobei ein Austausch von Energie
    • - aus dem Energie-Netzwerk über die stationäre Energiebereitstellungsvorrichtung in den mindestens einen Energiespeicher des Fahrzeuges in eine erste Energie-Übertragungsrichtung, oder
    • - aus dem mindestens einen Energiespeicher des Fahrzeuges über die stationäre Energiebereitstellungsvorrichtung in das Energie-Netzwerk in eine zweite Energie-Übertragungsrichtung
    erfolgt, um durch den Fahrzeugbetreiber des Fahrzeuges eine Netzdienstleistung zu erbringen, wobei durch die erbrachte Netzdienstleistung eine aktuelle Auslastung des Energie-Netzwerks durch den Austausch von Energie in die erste Energie-Übertragungsrichtung oder in die zweite Energie-Übertragungsrichtung gezielt kompensiert wird zum Stabilisieren des Energie-Netzwerkes.
  • Erfindungsgemäß wird also erkannt, dass der oder die Energiespeicher, die in einem Fahrzeug vorhanden sind, zum Erbringen einer Netzdienstleistung insbesondere während der Fahrt, wenn sich das Fahrzeug gegenüber der stationären Energiebereitstellungsvorrichtung, d.h. den stationären Oberleitungen oder stationären Fahrbahnleitungen, bewegt und eine elektrische Verbindung ausgebildet ist, auch im öffentlichen Straßenverkehr verwendet werden können. Vorteilhafterweise können dadurch verfügbare Speicherkapazitäten im Fahrzeug, sei es in einem Zugfahrzeug oder in einem Anhänger eines zweiteiligen Fahrzeuges oder in beiden, dem Energie-Netzwerk als Puffer zur Verfügung gestellt werden. Dies kann unabhängig vom Fahrzustand des Fahrzeuges erfolgen, d.h. unabhängig davon, ob das Fahrzeug bremst oder Gas gibt. Es ist lediglich vorteilhaft, dass der Energiespeicher einen entsprechenden Speicherstatus aufweist und der Fahrzeugbetreiber den Energiespeicher für die zu erbringende Netzdienstleistung freigibt. Damit sich das Erbringen der Netzdienstleistung zum Stabilisieren des Energie-Netzwerkes aus ökonomischer Sicht rechnet, kann der Fahrzeugbetreiber die Freigabe von einem Energie-Preis abhängig machen.
  • So kann die Integration der stationären Energiebereitstellungsvorrichtungen in die vorhandene Netzinfrastruktur verbessert werden. Selbst wenn also über die Netz-Verteiler der tatsächliche schwankende Leistungsbedarf des Energie-Netzwerks, d.h. eine Überlastung oder eine Unterlastung des Energie-Netzwerkes, nicht ausgeregelt wird oder werden kann, kann bei ggf. entsprechend ausgehandeltem Energie-Preis über den Rückgriff auf die ankoppelbaren Energiespeicher in den Fahrzeugen gezielt versucht werden, ein Gleichgewicht in der Auslastung des Energie-Netzwerks einzustellen. Je mehr Fahrzeuge daran teilhaben, desto besser kann das Energie-Netzwerk beispielsweise bei den entsprechenden Freigaben des Netzbetreibers und des Fahrzeugbetreibers bei einer Überlastung oder Unterlastung stabilisiert werden.
  • Werden Oberleitungen beispielsweise auf bergigen Fahrbahnen installiert, können so die Fahrzeuge die bergab fahren und/oder die über einen entsprechenden Energiestatus verfügen und genügend Speicherkapazitäten aufweisen, die bergauf fahrenden Fahrzeuge antreiben, die einen erhöhten Leistungsbedarf aufweisen. Hierfür kann gezielt die bereits mitgeführte Energie aus dem Energiespeicher so genutzt werden, dass sich der Fahrzustand des Fahrzeuges beim Erbringen der Netzdienstleistung nicht verändert. Dabei ist durchaus denkbar, dass die Einspeisung von Energie zu einem Zeitpunkt erfolgen kann, zu dem das Fahrzeug keine Antriebsunterstützung benötigt, die Batterien aber vollgeladen sind. Diese überschüssige Energie kann dann während der Fahrt für die Netzdienstleistung freigegeben werden.
  • Die Netzdienstleistung zur Stabilisierung des Energie-Netzwerkes kann also grundsätzlich in jedem beliebigen Fahrzustand des Fahrzeuges erbracht werden, insofern der Fahrzustand durch die Netzdienstleistung nicht beeinträchtigt wird. Wenn das Fahrzeug elektrisch durch die Energiespeicher angetrieben wird, kann der Energiespeicher also unabhängig vom Antriebszustand Energie aus dem Energie-Netzwerk aufnehmen oder überschüssige Energie in das Energie-Netzwerk abgeben, um die Netzdienstleistung zu erbringen, ohne dass der Fahrbetrieb dadurch beeinträchtigt wird. Wird das Fahrzeug abgebremst und ist dadurch Rekuperationsleistung vorhanden, kann der Energiespeicher diese vollständig Energie aufnehmen oder der Energiespeicher nur einen Teil aufnehmen und den Rest in das Energie-Netzwerk abgeben oder die gesamte durch Rekuperation umgewandelte Energie in das Energie-Netzwerk abgegeben werden. Ergänzend kann in dem Fall zusätzlich gespeicherte Energie aus dem Energiespeicher in das Energie-Netzwerk abgegeben werden.
  • Vorzugsweise ist weiterhin vorgesehen, dass ein Kopplungs-Signal erzeugt und ausgegeben wird, um eine elektrische Verbindung zwischen dem mindestens einen Energiespeicher und der stationären Energiebereitstellungsvorrichtung auszubilden. Vorzugsweise liegt ein mechanischer oder induktiver Kontakt zwischen einem mit den Energiespeichern verbindbaren Energieabnehmer am Fahrzeug und der stationären Oberleitung bzw. der Fahrbahnleitung (z.B. Induktionsschleife) dauerhaft vor, beispielsweise bewirkt durch einen Pantographen oder einen induktiven Energieabnehmer, o.ä., um durch ein elektrisches Umschalten in Abhängigkeit des Kopplungs-Signals schnell auf eine Schwankung in der Auslastung des Energie-Netzwerks reagieren zu können. Dadurch wird der Verbindungs- und Übertragungsprozess vereinfacht.
  • Vorzugsweise ist weiterhin vorgesehen, dass die Auslastung des Energie-Netzwerkes zwischen einer hohen Auslastung und einer geringen Auslastung liegen kann, wobei bei einer hohen Auslastung des Energie-Netzwerks ein Austausch von Energie in die zweite Energie-Übertragungsrichtung und bei einer geringen Auslastung des Energie-Netzwerks ein Austausch von Energie in die erste Energie-Übertragungsrichtung erfolgt, um die hohe Auslastung (Überlastung) oder die (zu) geringe Auslastung (Unterlastung) des Energie-Netzwerks gezielt zu kompensieren. Damit kann in vorteilhafter Weise auf Leistungsschwankungen im Netz reagiert werden, wobei die Auslastung des Energie-Netzwerks vorzugsweise aus einer Netz-Frequenz im Energie-Netzwerk ermittelt wird, wobei für den Fall,
    • - dass die Netz-Frequenz nach unten von einer vorgegebenen Mittenfrequenz des jeweiligen Energie-Netzwerkes, beispielsweise 50Hz, abweicht, eine hohe Auslastung vorliegt und
    • - dass die Netz-Frequenz nach oben von einer vorgegebene Mittenfrequenz des jeweiligen Energie-Netzwerkes abweicht, eine geringe Auslastung vorliegt.
  • Mit diesen Zusammenhängen kann in einfacher Weise ermittelt werden, wann eine Aufnahme oder ein Einspeisen von Energie zu einem instabilen Energie-Netzwerk führen würde und mit einem Austausch von Energie in die entsprechende Energie-Übertragungsrichtung zu reagieren ist, um das Gleichgewicht zu halten bzw. die Netz-Frequenz auf die Mittenfrequenz des jeweiligen Energie-Netzwerkes einzustellen. Dies trägt automatisch zur Stabilisierung des Energie-Netzwerks bei.
  • Vorzugsweise ist dazu vorgesehen, dass die Netz-Frequenz vom Fahrzeug aus gemessen wird und/oder drahtlos oder drahtgebunden, z.B. per Power Line Communication (PLC) über einen Schleifkontakt an der stationären Oberleitung, auf das Fahrzeug übermittelt wird. Basierend darauf kann vorteilhafterweise auch aus dem Fahrzeug heraus abgeleitet werden, ob und in welche Richtung ein Energieaustausch bzw. die jeweilige Netzdienstleistung nötig bzw. sinnvoll ist, indem die Abweichung von der Mittenfrequenz bestimmt wird. Dadurch ist das Fahrzeug nicht auf ein entsprechendes Freigabe-Signal bzw. eine Freigabe zum Erbringen der Netzdienstleistung vom Netzbetreiber angewiesen.
  • Weiterhin kann vorgesehen sein, dass auch der Netzbetreiber über eine drahtlose oder drahtgebundene Kommunikation das Kopplungs-Signal zum Ausbilden der elektrischen Verbindung zwischen dem mindestens einen Energiespeicher und der stationären Energiebereitstellungsvorrichtung erzeugen kann. Erlaubt der Fahrzeugbetreiber dem Netzbetreiber über eine entsprechende vorab erteilte Freigabe einen solchen Zugriff auf den oder die Energiespeicher im Fahrzeug kann das Erbringen der Netzdienstleistung zum Stabilisieren des Energie-Netzwerkes bei der jeweils vorliegenden Auslastung also auch komplett vom Netzbetreiber gesteuert werden.
  • Vorzugsweise ist weiterhin vorgesehen, dass bei einem Fahrzeug mit mehr als einem Energiespeicher ein Austausch von Energie zwischen dem Energie-Netzwerk und allen Energiespeichern oder lediglich einigen der mehreren Energiespeicher erfolgt. Demnach kann auch selektiv entschieden werden, ob für die jeweilige Netzdienstleistung alle Energiespeicher für die Stabilisierung zur Verfügung gestellt werden (können) oder im Anbetracht der aktuellen Fahrsituation/Auslastung des Fahrzeuges/Energie-Netzwerkes nur einige. Es kann also ergänzend gezielt auf den Energiestatus des jeweiligen Energiespeichers im Fahrzeug und auch auf nur geringe Schwankungen der Auslastung reagiert werden. Dadurch kann auch geplant werden, ob das Fahrzeug selbst noch Energie aus einem der Energiespeicher benötigt, den anderen Energiespeicher aber für eine Netzstabilisierung freigeben kann. So kann in dem Fall nur einer der Energiespeicher für die jeweilige Netzdienstleistung belastet werden.
  • Vorzugsweise ist weiterhin vorgesehen, dass der Austausch von Energie ergänzend in Abhängigkeit eines dem mindestens einen Energiespeicher zugeordneten Speicherstatus und/oder Energie-Preises und/oder Status-Faktors erfolgt, wobei jedem der mindestens einen Energiespeicher vorzugsweise ein eigener Status-Faktor zugeordnet ist. Vorteilhafterweise werden also für den Austausch von Energie auch weitere Faktoren mit einbezogen, um beispielsweise zu bewerten, ob ein Austausch aus ökonomischer Sicht sinnvoll ist oder im jeweiligen Energiespeicher überhaupt Kapazitäten für eine Aufnahme oder eine Einspeisung von Energie vorhanden sind.
  • Vorzugsweise ist dabei vorgesehen, dass der Energie-Preis einen Aufnahme-Energie-Preis und/oder einen Abgabe-Energie-Preis beinhaltet, wobei der Aufnahme-Energie-Preis den Energie-Preis für die Aufnahme von Energie aus dem Energie-Netzwerk in den mindestens einen EnergieSpeicher angibt (Auflade-Modus), und der Abgabe-Energie-Preis den Energie-Preis für die Abgabe von Energie aus dem mindestens einen Energiespeicher im Fahrzeug in das Energie-Netzwerk (Einspeise-Modus). Dadurch kann vorteilhafterweise festgelegt werden, dass das Bereitstellen von gespeicherter Energie anders entschädigt wird als das „Aufbewahren“ von Energie.
  • Dies spiegelt sich beispielsweise dadurch wieder, dass der Energie-Preis vorzugsweise abhängig ist von dem Status-Faktor und/oder einem Einkaufspreis für Energie, wobei für den Aufnahme-Energie-Preis vorzugsweise gilt: Aufnahme-Energie-Preis = Einkaufspreis x (1 - Status-Faktor) und für den Abgabe-Energie-Preis vorzugsweise gilt: Abgabe-Energie-Preis = Einkaufspreis x (1 + Status-Faktor). Der aktuelle Speicherstatus senkt oder erhöht damit den Einkaufspreis, je nachdem, ob Energie bereitgestellt oder „aufbewahrt“ werden soll, um die jeweilige Energiedienstleistung zu erbringen.
  • Vorzugsweise ist dabei vorgesehen, dass der Status-Faktor in Abhängigkeit eines Degenerationszustandes des mindestens einen Energiespeichers und/oder eines Ladezustandes des mindestens einen Energiespeichers gebildet wird, so dass der Status-Faktor einen aktuellen Speicherstatus des jeweiligen Energiespeichers charakterisiert, wobei vorzugsweise jedem Energiespeicher ein eigener Status-Faktor zugeordnet wird und insbesondere der Ladezustand abhängig von der Energie-Übertragungsrichtung ist. Dadurch wird vorteilhafterweise berücksichtigt, dass das Entnehmen oder Aufnehmen von Energie aus dem Energiespeicher bzw. das Erteilen der Fahrzeugbetreiber-Freigabe abhängig von einem Degenerationszustand sowie auch von dem Ladezustand gemacht werden kann, da sich dies auf die Wirtschaftlichkeit der Netzdienstleistung auswirkt. So ist ein stark degenerierter Energiespeicher anders zu bewerten als ein neuwertiger Energiespeicher, was sich auch im Energiepreis widerspiegeln kann. Ergänzend kann auch eine Abschreibung des Energiespeichers bei der Ermittlung des Energiepreises berücksichtigt werden. Auch der Ladezustand ist entscheidend dafür, ob ein Energiespeicher für eine Netzdienstleistung angeboten werden kann. Dabei kann vorzugsweise berücksichtigt werden, dass der Degenerationszustand und der Ladezustand gewichtet werden zum Ermitteln des Status-Faktors, wobei je nach Typ des Energiespeichers beispielsweise eine gleichwertige Gewichtung vorgesehen sein kann.
  • Vorzugsweise ist weiterhin vorgesehen, dass der Degenerationszustand des mindestens einen Energiespeichers ermittelt wird in Abhängigkeit mindestens einer Größe ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: einer Speichertemperatur, einem Lade- und Endladeverhalten, einer Zyklenfestigkeit, einem Speicheralter, einer Umgebungstemperatur, einer Zugfahrzeug-Spannung, einer Anhänger-Spannung, wobei diese Größen in Abhängigkeit des verwendeten Energiespeichers unterschiedlich gewichtet werden zum Ermitteln des Degenerationszustandes. Es können also eine Reihe von Größen ermittelt oder eingelesen werden, die bei der Ermittlung des Degenerationszustandes und damit bei der Ermittlung des Status-Faktors bzw. des Energie-Preises berücksichtigt werden können, um eine fundierte Entscheidung über die Wirtschaftlichkeit bzw. den exakten Energie-Preis treffen zu können.
  • Weiterhin ist vorzugsweise vorgesehen, dass zum Ausbilden der elektrischen Verbindung zwischen dem mindestens einen Energiespeicher und der stationären Energiebereitstellungsvorrichtung mindestens die folgenden Schritte durchgeführt werden:
    • - Ermitteln, ob eine Netzbetreiber-Freigabe vorliegt, wobei die Netzbetreiber-Freigabe angibt, ob ein Netzbetreiber des Energie-Netzwerks erlaubt, wahlweise Energie in die erste Energie-Übertragungsrichtung oder in die zweite Energie-Übertragungsrichtung zu übertragen;
    • - Ermitteln, ob basierend auf der Netzbetreiber-Freigabe eine Fahrzeugbetreiber-Freigabe erteilt wird, wobei die Fahrzeugbetreiber-Freigabe angibt, ob ein Austausch von Energie in die erste Energie-Übertragungsrichtung oder in die zweite Energieübertragung-Richtung zugelassen wird;
    • - Austauschen von Energie zwischen dem Energie-Netzwerk und dem mindestens einen Energiespeicher in Abhängigkeit der aus der Netzbetreiber-Freigabe und der Fahrzeugbetreiber-Freigabe folgenden, freigegebenen Energie-Übertragungsrichtung zum Erbringen der Netzdienstleistung.
  • Demnach können also gezielt Freigaben erteilt werden, da ggf. nicht jedes Fahrzeug berechtigt oder in der Lage ist, eine erfindungsgemäße Netzdienstleistung zum Stabilisieren des Energie-Netzwerkes zu erbringen. Dabei kann vorzugsweise vorgesehen sein, dass bei einer hohen Auslastung des Energie-Netzwerks eine Netzbetreiber-Freigabe in die zweite Energie-Übertragungsrichtung erteilt wird und bei einer geringen Auslastung des Energie-Netzwerks eine Netzbetreiber-Freigabe in die erste Energie-Übertragungsrichtung erteilt wird. Dadurch sind Fahrzeuge normalerweise nur noch in der Lage eine Netzdienstleistung zu erbringen oder zu erhalten, mit der eine zu geringe oder eine zu hohe Last kompensiert wird. Die Freigaben werden in dem Fall also in Abhängigkeit der aktuellen Auslastung (Überlastung/Unterlastung) erteilt.
  • Vorzugsweise ist weiterhin vorgesehen, dass die Netzbetreiber-Freigabe in Abhängigkeit einer Fahrzeugart eines an die stationäre Energiebereitstellungsvorrichtung angekoppelten Fahrzeuges erteilt wird. Dadurch können Ausnahmen festgelegt werden. Beispielsweise kann die Netzbetreiber-Freigabe zunächst nur auf Hybridfahrzeuge wirken, d.h. eine Netzbetreiber-Freigabe kann für Hybridfahrzeuge in ein oder beide Energie-Übertragungsrichtungen selektiv verweigert (oder erteilt) werden, da diese Hybridfahrzeuge auch ohne eine Energieversorgung angetrieben werden können. Dabei kann zur Erteilung der Netzbetreiber-Freigabe als Bedingung beispielsweise festgelegt werden, dass das Hybridfahrzeug lediglich über den nicht-elektrischen Teil des Antriebs, z.B. den Verbrennungsmotor, anzutreiben ist, um die Energie aus dem Energiespeicher vollständig für die Stabilisierung des Energie-Netzwerkes nutzen zu können. Die Netzbetreiber-Freigabe wird also nur für eine Energie-Übertragungsrichtung erteilt, wobei mit dem Verbrennungsmotor über den Energiespeicher auch Energie in das Energie-Netzwerk eingespeist werden kann.
  • Ist z.B. eine Auslastung des Energie-Netzwerks dann noch immer zu hoch oder zu niedrig, kann die Netzbetreiber-Freigabe auch auf rein elektrisch angetriebene Fahrzeuge wirken, d.h. eine Netzbetreiber-Freigabe kann auch für rein elektrisch angetriebene Fahrzeuge in ein oder beide Energie-Übertragungsrichtungen selektiv verweigert (oder erteilt) werden, um ein Zusammenbrechen des Energie-Netzwerks durch Überlastung oder Unterlastung zu vermeiden. Eine Übertragung von Energie in die jeweils andere Energie-Übertragungsrichtung, die die Auslastung wieder ins Gleichgewicht bringen würde, ist dann vorzugsweise weiterhin für jede Fahrzeugart gestattet. Das Abkoppeln von rein elektrisch angetriebenen Fahrzeugen kann vorzugsweise auch von einem Ladezustand des Energiespeichers und/oder von der noch zu fahrenden Strecke bis zur nächsten Ladestation abhängig gemacht werden, so dass die Netzbetreiber-Freigabe nur auf rein elektrisch angetriebene Fahrzeuge wirkt, deren Ladezustand höher ist als ein Grenz-Ladezustand, z.B. 40%, und/oder die in der Lage sind, auch bei einer Einspeisung von Energie in das Energie-Netzwerk noch die nächste Ladestation zu erreichen.
  • Vorzugsweise ist weiterhin vorgesehen, dass die Netzbetreiber-Freigabe und/oder die Fahrzeugbetreiber-Freigabe drahtlos zwischen dem Fahrzeug und dem Energie-Netzwerk und/oder dem Netzbetreiber übertragen werden. Dadurch können eine zuverlässige und schnelle Kommunikation und eine schnelle Reaktion darauf erfolgen.
  • Vorzugsweise ist weiterhin vorgesehen, dass die Fahrzeugbetreiber-Freigabe erteilt wird, wenn der Netzbetreiber einem vom Fahrzeugbetreiber für eine Netzdienstleistung vorgegebenen Energie-Preis zustimmt. Dadurch ist der Fahrzeugbetreiber in der Lage, einen Energie-Preis vorzugeben, der eine voranschreitende Degeneration des Energiespeichers aufgrund der Netzdienstleistung kompensieren kann und für den der Fahrzeugbetreiber auch selbst bereit ist eine Freigabe zu erteilen. Die Netzdienstleistung soll also aus ökonomischer Sicht sinnvoll für den Fahrzeugbetreiber sein.
  • Erfindungsgemäß ist weiterhin eine Verarbeitungseinheit vorgesehen, mit der das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden kann, wobei die Verarbeitungseinheit ausgebildet ist, eine elektrische Verbindung zwischen dem mindestens einen Energiespeicher und der stationären Energiebereitstellungsvorrichtung des Energie-Netzwerkes, beispielsweise einer stationären Oberleitung oder in der Fahrbahn integrierte stationäre Fahrbahnleitungen, z.B. Induktionsschleifen, derartig auszubilden, dass ein Austausch von Energie
    • - aus dem Energie-Netzwerk über die stationäre Energiebereitstellungsvorrichtung in den mindestens einen Energiespeicher des Fahrzeuges in eine erste Energie-Übertragungsrichtung, oder
    • - aus dem mindestens einen Energiespeicher des Fahrzeuges über die stationäre Energiebereitstellungsvorrichtung in das Energie-Netzwerk in eine zweite Energie-Übertragungsrichtung erfolgen kann, um durch den Fahrzeugbetreiber des Fahrzeuges eine Netzdienstleistung zu erbringen, wobei durch die erbrachte Netzdienstleistung eine aktuelle Auslastung des Energie-Netzwerks durch den Austausch von Energie in die erste Energie-Übertragungsrichtung oder in die zweite Energie-Übertragungsrichtung kompensiert werden kann zum Stabilisieren des Energie-Netzwerkes.
  • In einem erfindungsgemäßen Fahrzeug, insbesondere Nutzfahrzeug, vorzugsweise ein Hybridfahrzeug oder ein vollelektrisch angetriebenes Fahrzeug, ist eine erfindungsgemäße Verarbeitungseinheit vorgesehen, wobei das Fahrzeug mindestens einen Energiespeicher sowie einen (mechanischen oder induktiven) Energieabnehmer aufweist, wobei der Energiespeicher ausgebildet ist, elektrische Energie dauerhaft zu speichern, und der Energieabnehmer ausgebildet ist, an eine stationäre Energiebereitstellungsvorrichtung, z.B. Oberleitung oder in der Fahrbahn integrierte stationäre Fahrbahnleitungen, z.B. Induktionsschleifen, (mechanisch oder induktiv) anzukoppeln zum Austauschen von elektrischer Energie zwischen dem mindestens einen Energiespeicher und dem Energie-Netzwerk, insbesondere während der Fahrt. Vorzugsweise ist dabei vorgesehen, dass die Verarbeitungseinheit mit einer elektrischen Schaltvorrichtung verbunden ist, wobei die elektrische Schaltvorrichtung ausgebildet ist, in Abhängigkeit des Kopplungs-Signals und/oder in Abhängigkeit der Netzbetreiber-Freigabe und der Fahrzeugbetreiber-Freigabe wahlweise eine elektrische Verbindung zwischen dem mindestens einen Energiespeicher im Fahrzeug und dem Energie-Netzwerk aufzubauen. Dadurch kann einfach und schnell eine elektrische Verbindung aufgebaut und ein Energieaustausch in die jeweilige Energie-Übertragungsrichtung bewirkt werden, um die jeweilige Netzdienstleistung schnell und zuverlässig zu erbringen.
  • Vorzugsweise ist weiterhin vorgesehen, dass das Fahrzeug aus einem Zugfahrzeug und mindestens einem Anhänger besteht, wobei im Zugfahrzeug ein Zugfahrzeug-Energiespeicher und/oder im Anhänger ein Anhänger-Energiespeicher angeordnet ist/sind, wobei der Zugfahrzeug-Energiespeicher und/oder der Anhänger-Energiespeicher vorzugsweise selektiv über die stationäre Energiebereitstellungsvorrichtung mit dem Energie-Netzwerk verbindbar sind. Damit kann ein flexibler Energieaustausch erfolgen und ein Rückgriff auf unterschiedliche Energiespeicher, die im Fahrzeug für die Versorgung unterschiedlicher Fahrzeugteile vorhanden sind. Durch eine selektive Freigabe kann auch berücksichtigt werden, wieviel Energie aus welchem Energiespeicher im Fahrzeug selbst in Zukunft voraussichtlich benötigt wird.
  • Vorzugsweise ist weiterhin vorgesehen, dass zwischen dem mindestens einen Energiespeicher und dem Energieabnehmer eine Wandler-Einrichtung angeordnet ist zum Transformieren einer Netz-Spannung und/oder einer Netz-Frequenz des Energie-Netzwerks. Dadurch kann eine Spannungs- bzw. Frequenzangleichung an die Spannung bzw. die Frequenz erfolgen, die im Energie-Netzwerk verwendet wird. Wird im Energie-Netzwerk Gleichstrom verwendet, kann in der Wandler-Einrichtung eine Umwandlung von Gleichstrom in Wechselstrom bzw. umgedreht (je nach Energie-Übertragungsrichtung) entfallen.
  • Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
    • 1 eine schematische Ansicht eines Fahrzeuges, das an ein Energie-Netzwerk angekoppelt ist; und
    • 2 ein Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • In 1 ist schematisch ein Fahrzeug 1, insbesondere ein Nutzfahrzeug, aus einem Zugfahrzeug 1a und einem Anhänger 1b dargestellt, das auch für den öffentlichen Verkehrsraum vorgesehen ist und sich daher auch auf Autobahnen, Highways, Landstraßen, etc. bewegen kann. Das Fahrzeug 1 kann ein vollelektrisch angetriebenes Fahrzeug 1E oder ein zumindest teilelektrisch angetriebenes Hybridfahrzeug 1H sein.
  • Das Fahrzeug 1 weist ein Energie-Übertragungssystem 3 auf, über das elektrische Energie E zwischen dem Fahrzeug 1 und einem externen Energie-Netzwerk 30 auch während der Fahrt ausgetauscht werden kann. Innerhalb des Energie-Netzwerkes 30 sind Netz-Verteiler 31 vorgesehen, die elektrische Energie E bereitstellen, die über stationäre Oberleitungen 32 als stationäre Energiebereitstellungsvorrichtungen EV übertragen wird. Die Oberleitungen 32 sind oberhalb einer Fahrbahn 4, auf der sich das Fahrzeug 1 bewegt, stationär angeordnet. Gleichwirkend können statt der stationären Oberleitungen 32 oberhalb der Fahrbahn 4 auch stationäre Fahrbahnleitungen 34, z.B. Induktionsschleifen, als stationäre Energiebereitstellungsvorrichtungen EV in der Fahrbahn 4 vorgesehen sein, über die induktiv ebenfalls elektrische Energie E zwischen dem Fahrzeug 1 und dem externen Energie-Netzwerk 30 während der Fahrt ausgetauscht werden kann.
  • Die elektrische Energie E wird im Energie-Netzwerk 30 in Form einer vorgegebenen Netz-Spannung U30 mit einer bestimmten Netz-Frequenz f30 über die Oberleitungen 32 oder die Fahrbahnleitungen 34 übertragen. Die Netz-Frequenz f30 liegt je nach Auslastuvng L des Energie-Netzwerkes 30 innerhalb eines Frequenzbandes fB, beispielsweise zwischen 49,8 Hz und 50,2 Hz um eine Mittenfrequenz fM von 50 Hz.
  • Das Fahrzeug 1 kann über mindestens einen Energieabnehmer 5 an die Oberleitungen 32 mechanisch bzw. an die Fahrbahnleitungen 34 induktiv ankoppeln. Als Energieabnehmer 5 wird dabei eine mechanisch oder induktiv ankoppelbare Vorrichtung verstanden, über die Energie E in beide Richtungen abgenommen werden kann, so dass ein Austausch von Energie E erfolgen kann. Gemäß der gezeigten Ausführungsform weist das Zugfahrzeug 1a eine Zugfahrzeug-Gleitschiene 5a als Energieabnehmer 5 für die Oberleitungen 32 und der Anhänger 1 b eine Anhänger-Gleitschiene 5b als Energieabnehmer 5 für die Oberleitungen 32 auf, die jeweils während der Fahrt gleitend an der Oberleitung 32 anliegen können, um eine Energieübertragung bzw. Energieabnahme zu ermöglichen. Für die mechanische Kopplung kann beispielsweise ein Pantograph sorgen.
  • Es kann aber auch vorgesehen sein, dass lediglich einer der beiden Fahrzeugteile 1a, 1b einen Energieabnehmer 5 in Form einer Gleitschiene aufweist, um eine Energieübertragung zu ermöglichen. Zudem können auch anders ausgeführte Energieabnehmer 5 vorgesehen sein, die ebenso eine Übertragung von elektrischer Energie E zwischen dem Fahrzeug 1 und der Oberleitung 32 während der Fahrt ermöglichen.
  • Wie in 1 beispielhaft für den Anhänger 1b dargestellt, kann als Energieabnehmer 5 für die Fahrbahnleitung 34 ein induktiver Energieabnehmer 5c vorgesehen sein, um eine berührungslose induktive Übertragung von Energie E zwischen dem Energie-Netzwerk 30 und dem Fahrzeug 1 zu ermöglichen. Dieser induktive Energieabnehmer 5c kann ergänzend oder alternativ auch im Zugfahrzeug 1a vorgesehen sein.
  • Das elektrisch oder teilelektrisch betriebene Fahrzeug 1 weist mehrere Energiespeicher 7 auf, wobei gemäß der gezeigten Ausführungsform im Zugfahrzeug 1a ein Zugfahrzeug-Energiespeicher 7a und im Anhänger 1 b ein Anhänger-Energiespeicher 7b angeordnet sind. Darüber können das Zugfahrzeug 1a und auch der Anhänger 1b während der Fahrt autark mit Energie E versorgt werden, insbesondere um das Fahrzeug 1 zumindest zeitweise elektrisch anzutreiben. Der Zugfahrzeug-Energiespeicher 7a stellt dabei elektrische Energie E mit einer Zugfahrzeug-Spannung U1a und der Anhänger-Energiespeicher 7b eine Anhänger-Spannung U1b bereit. Die Energiespeicher 7a, 7b können vor der Fahrt an einer Ladestation oder während der Fahrt durch die Aufnahme von Bremsenergie EB (Rekuperation) aufgeladen werden. Wie später noch näher erläutert, ist auch ein Aufladen über die jeweilige stationäre Energiebereitstellungsvorrichtung EV, d.h. die Oberleitung 32 oder die Fahrbahnleitung 34, möglich.
  • Die Energiespeicher 7; 7a, 7b sind dazu in geeigneter Weise auch mit dem oder den Energieabnehmern 5 bzw. den Gleitschienen 5a, 5b bzw. dem induktiven Energieabnehmer 5c im jeweiligen Fahrzeugteil 1a, 1b verbindbar. Dadurch ist ergänzend ein Austausch von Energie E zwischen einem oder beiden Energiespeichern 7a, 7b und dem Energie-Netzwerk 30 über die stationären Oberleitungen 32 bzw. die stationären Fahrbahnleitungen 34 möglich. Dies beinhaltet sowohl eine Übertragung von Energie E (U1a, U1b) aus dem jeweiligen Energiespeicher 7; 7a, 7b in die Oberleitungen 32 bzw. die Fahrbahnleitung 34, um Energie E (U1a; U1b) vom Fahrzeug 1 in das Energie-Netzwerk 30 einzuspeisen, als auch eine Übertragung von Energie E (U30, f30) von den Oberleitungen 32 bzw. den Fahrbahnleitungen 34 in den jeweiligen Energiespeicher 7; 7a, 7b, um diesen aus dem Energie-Netzwerk 30 aufzuladen. Damit ist eine bidirektionale Energieübertragung vorgesehen, was durch die Infrastruktur im Fahrzeug 1 entsprechend gewährleistet werden kann.
  • Ergänzend können im Fahrzeug 1 Wandler-Einrichtungen 9 vorgesehen sein, wobei im Zugfahrzeug 1a eine Zugfahrzeug-Wandler-Einrichtung 9a und im Anhänger 1b eine Anhänger-Wandler-Einrichtung 9b vorgesehen ist, die zwischen dem jeweiligen Energiespeicher 7; 7a, 7b und der jeweiligen Gleitschiene 5a, 5b als Energieabnehmer 5 angeordnet sind. In gleicher Weise kann dies auch für den induktiven Energieabnehmer 5c vorgesehen sein (nicht explizit dargestellt). Diese dienen dazu, die Zugfahrzeug-Spannung U1a bzw. die Anhänger-Spannung U1b auf die Netz-Spannung U30 zu transformieren oder umgekehrt. In gleicher Weise kann darüber die Zugfahrzeug-Spannung U1a bzw. die Anhänger-Spannung U1b, die in Form einer Gleichspannung in den Energiespeichern 7; 7a, 7b vorliegen, in eine Wechselspannung (Netz-Spannung U30) mit der Netz-Frequenz f30 umgewandelt werden, z.B. über einen Wechselrichter in der jeweiligen Wandler-Einrichtung 9. Umgekehrt kann darüber die Wechselspannung (Netz-Spannung U30) in eine entsprechende Gleichspannung (Zugfahrzeug-Spannung U1a bzw. die Anhänger-Spannung U1b) umgewandelt werden. Wird das Energie-Netzwerk 30 mit Gleichstrom betrieben, ist keine Umwandlung über einen Wechselrichter nötig, sondern allenfalls eine Anpassung des jeweiligen Spannungspegels U1a, U2b, U30.
  • Weiterhin sind im Fahrzeug 1 elektrische Schaltvorrichtungen 11 angeordnet, wobei im Zugfahrzeug 1a eine elektrische Zugfahrzeug-Schaltvorrichtung 11a und im Anhänger 1b eine elektrische Anhänger-Schaltvorrichtung 11b vorgesehen ist, die zwischen dem jeweiligen Energiespeicher 7; 7a, 7b und der jeweiligen Gleitschiene 5a, 5b als Energieabnehmer 5 angeordnet sind. In gleicher Weise ist auch für den induktiven Energieabnehmer 5c vorgesehen, dass dieser mit einer derartigen elektrischen Schaltvorrichtung 11 verbunden ist. Die elektrischen Schaltvorrichtungen 11 dienen dazu, den jeweiligen Energiespeicher 7; 7a, 7b wahlweise mit der jeweiligen Gleitschiene 5a, 5b bzw. dem induktiven Energieabnehmer 5c als Energieabnehmer 5 elektrisch zu verbinden bzw. von dieser elektrisch zu trennen. Dadurch kann je nach Schaltstellung der jeweiligen elektrischen Schaltvorrichtung 11; 11a, 11b eine Übertragung von Energie E aus den Energiespeichern 7; 7a, 7b über die jeweilige Gleitschiene 5a, 5b bzw. den induktiven Energieabnehmer 5c als Energieabnehmer 5 in die Oberleitung 32 bzw. die Fahrbahnleitung 34 oder umgekehrt ermöglicht oder unterbunden werden. Der mechanische Kontakt zwischen der jeweiligen Gleitschiene 5a, 5b und der Oberleitung 32 bzw. die induktive Verbindung zwischen dem induktiven Energieabnehmer 5c und der Fahrbahnleitung 34 kann dabei unabhängig von der Schaltstellung erhalten bleiben, um schnell auf Lastwechsel des Energie-Netzwerkes 30 reagieren zu können, wie später noch erläutert.
  • Vorzugsweise wird die jeweilige elektrische Schaltvorrichtung 11; 11a, 11b mittelbar oder unmittelbar in Abhängigkeit eines Kopplungs-Signals SK, d.h. einem Zugfahrzeug-Kopplungs-Signal SKa bzw. einem Anhänger-Kopplungs-Signal SKb, elektrisch angesteuert. Das jeweilige Kopplungs-Signal SK; SKa, SKb überträgt dabei die Information, ob der jeweilige Energiespeicher 7; 7a, 7b mit der Oberleitung 32 bzw. der Fahrbahnleitung 34 bzw. mit dem Energie-Netzwerk 30 elektrisch verbunden werden soll oder nicht. Entsprechend findet eine Umschaltung der elektrischen Schaltvorrichtung 11; 11a, 11b im Zugfahrzeug 1a und/oder im Anhänger 1b statt.
  • Das Kopplungs-Signal SK; SKa, SKb wird beispielsweise von einer zentral angeordneten Verarbeitungseinheit 13 im Fahrzeug 1 erzeugt, die wahlweise für eine Umschaltung der jeweiligen elektrischen Schaltvorrichtung 11; 11a, 11b im Zugfahrzeug 1a und/oder im Anhänger 1b sorgen kann. Die Verarbeitungseinheit 13 kann wie schematisch in 1 dargestellt im Anhänger 1b aber grundsätzlich auch im Zugfahrzeug 1a oder in beiden Fahrzeugteilen 1a, 1b angeordnet sein. Weiterhin kann die Verarbeitungseinheit 13 aber auch außerhalb des Fahrzeuges 1 angeordnet sein und das Kopplungs-Signal SK; SKa, SKb entsprechend drahtlos oder drahtgebunden an das Fahrzeug 1 übertragen. Das Kopplungs-Signal SK; SKa, SKb kann jedoch auch vom Netzbetreiber 33 erzeugt und über eine drahtlose oder drahtgebundene Kommunikation an die jeweilige elektrische Schaltvorrichtung 11; 11a, 11b übermittelt werden. Erlaubt der Fahrzeugbetreiber 2 dem Netzbetreiber 33 über eine entsprechende vorab erteilte Freigabe einen solchen Zugriff auf den oder die Energiespeicher 7; 7a, 7b im Fahrzeug 1 kann die elektrische Verbindung also auch komplett vom Netzbetreiber 33 gesteuert werden.
  • Das Erzeugen des Kopplungs-Signals SK; SKa, SKb kann abhängig von gewissen Regeln gemacht werden, die hauptsächlich von einem Netzbetreiber 33 des Energie-Netzwerks 30 aber auch von einem Fahrzeugbetreiber 2 des Fahrzeuges 1 festgelegt werden können. So kann der Netzbetreiber 33 festlegen, unter welchen Bedingungen ein Übertragen von Energie E vom Energie-Netzwerk 30 in die Energiespeicher 7; 7a, 7b, d.h. in eine erste Energie-Übertragungsrichtung R1 (Auflade-Modus), oder ein Übertragen von Energie E aus den Energiespeichern 7; 7a, 7b in das Energie-Netzwerk 30, d.h. in eine zweite Energie-Übertragungsrichtung R2 (Einspeise-Modus), möglich ist. Gleichzeitig kann auch der Fahrzeugbetreiber 2 festlegen, unter welchen Bedingungen Energie E in die jeweilige Energie-Übertragungsrichtung R1, R2 ausgetauscht werden kann bzw. darf. Bedingungen können beispielsweise ein Speicherstatus S7, ein Energie-Preis P oder eine Auslastung L des Energie-Netzwerks 30 sein, wie später noch erläutert.
  • In Abhängigkeit der aufgestellten Regeln bzw. der erfüllten oder nichterfüllten Bedingungen kann eine richtungsabhängige Freigabe FG, d.h. eine Netzbetreiber-Freigabe FG33 und/oder eine Fahrzeugbetreiber-Freigabe FG2 erteilt werden, die angibt, ob der jeweilige Betreiber 33, 2 einen Austausch von Energie E gestattet oder nicht und in welche Energie-Übertragungsrichtung R1, R2 ein solcher Austausch von Energie E erlaubt bzw. zugelassen sein soll. In Abhängigkeit der Freigabe FG; FG2, FG33 kann wiederum über das jeweilige Kopplungs-Signal SK; SKa, SKb ein Umschalten der jeweiligen elektrischen Schaltvorrichtung 11; 11a, 11b erfolgen und damit ein Austausch von Energie E in die jeweilige Energie-Übertragungsrichtung R1, R2 ermöglicht bzw. zugelassen werden.
  • Im Rahmen eines erfindungsgemäßen Verfahrens kann diese beschriebene Infrastruktur dazu verwendet werden, gezielt für eine bestimmte Anwendung Energie E zwischen den Energiespeichern 7; 7a, 7b im Fahrzeug 1 und dem Energie-Netzwerk 30 über die stationäre Energiebereitstellungsvorrichtung EV, d.h. die Oberleitung 32 oder die Fahrbahnleitungen 34, auszutauschen. Dadurch kann vom Fahrzeugbetreiber 2, insbesondere während der Fahrt, eine Netzdienstleistung DL erbracht werden. Unter einer Netzdienstleistung DL wird dabei z.B. verstanden, dass das Fahrzeug 1 seine Energiespeicher 7; 7a, 7b bereitstellt, um Energie E aus dem Energie-Netzwerk 30 aufzunehmen oder Energie E an dieses abzugeben, um Schwankungen in der Auslastung L des Energie-Netzwerkes 30 mit auszugleichen und damit für ein stabiles, im Gleichgewicht befindliches Energie-Netzwerk 30 zu sorgen.
  • Ergänzend zu dieser Netzdienstleistung DL (Stabilisieren des Energie-Netzwerkes 30) kann der Netzbetreiber 33 seine stationären Energiebereitstellungsvorrichtungen EV aber auch bereitstellen, um im Bedarfsfall in einem Regelbetrieb des Fahrzeuges 1 Energie E für ein Aufladen der Energiespeicher 7; 7a, 7b oder für eine Antriebsunterstützung bereitzustellen. Dies stellt dann jedoch keine Netzdienstleistung DL im Sinne der Erfindung dar, sondern eine davon unabhängige Energiebereitstellungs-Dienstleistung seitens des Netzbetreibers 33.
  • Die Netzdienstleistung DL zur Stabilisierung des Energie-Netzwerkes 30 kann dabei grundsätzlich in jedem beliebigen Fahrzustand des Fahrzeuges 1 erbracht werden, insofern die Netzdienstleistung DL den jeweiligen (aktuellen oder zukünftigen) Fahrzustand des Fahrzeugs 1 nicht beeinträchtigt. Wenn das Fahrzeug 1 also elektrisch durch die Energiespeicher 7; 7a, 7b angetrieben wird, kann der Energiespeicher 7; 7a, 7b unabhängig vom Antriebszustand des Fahrzeugs 1 Energie E aus dem Energie-Netzwerk 30 aufnehmen oder überschüssige Energie E in das Energie-Netzwerk 30 abgeben, um die Netzdienstleistung DL zu erbringen, ohne dass der Fahrbetrieb dadurch beeinträchtigt wird.
  • Wird das Fahrzeug 1 abgebremst und ist dadurch Rekuperationsleistung bzw. Bremsenergie EB vorhanden, kann der jeweilige Energiespeicher 7; 7a, 7b diese Bremsenergie EB vollständig aufnehmen oder der jeweilige Energiespeicher 7; 7a, 7b nur einen Teil der Bremsenergie EB aufnehmen und den Rest in das Energie-Netzwerk 30 abgeben oder die gesamte durch Rekuperation umgewandelte Bremsenergie EB in das Energie-Netzwerk 30 abgeben. Ergänzend kann in dem Fall zusätzlich gespeicherte Energie E aus dem jeweiligen Energiespeicher 7; 7a, 7b in das Energie-Netzwerk 30 abgegeben werden.
  • Gemäß 2 kann das Erbringen der Netzdienstleistung DL durch die folgenden Schritte gewährleistet werden:
    • Zunächst wird in einem ersten Schritt ST1 geprüft, ob eine Freigabe FG erteilt wurde. Dies beinhaltet sowohl eine Netzbetreiber-Freigabe FG33 (ST1.1; ST1.3) als auch eine Fahrzeugbetreiber-Freigabe FG2 (ST1.2), die beide in einer Wechselbeziehung zueinander stehen können. In Abhängigkeit davon wird in einem zweiten Schritt ST2 über die Verarbeitungseinheit 13 oder vom Netzbetreiber 33 ein Kopplung-Signal SK; SKa, SKb für das Zugfahrzeug 1a und/oder für den Anhänger 1b erzeugt und ausgegeben, um eine elektrische Verbindung herzustellen und damit einen Austausch von Energie E zu ermöglichen. Dies kann, je nach erteilter Freigabe FG; FG33, FG2 auch beinhalten, dass nur einer der beiden Energiespeicher 7a, 7b im Fahrzeug 1 mit dem Energie-Netzwerk 30 verbunden wird. In einem dritten Schritt ST3 findet anschließend der Energieaustausch statt, wobei je nach erteilter Freigabe FG; FG33, FG2 Energie E in die jeweilige Energie-Übertragungsrichtung R1, R2 übertragen wird, um die jeweilige Netzdienstleistung DL zu erbringen.
  • Die Schritte werden dabei fortlaufend durchlaufen, so dass der Energieaustausch bei einer zurückgenommenen oder bei einer geänderten Freigabe FG; FG33; FG2 auch angepasst werden kann, um beispielsweise auf Schwankungen in der Auslastung L des Energie-Netzwerks 30 und/oder auf Änderungen eines Speicherstatus S7 des jeweiligen Energiespeichers 7; 7a, 7b und/oder auf eine Anpassung des Energie-Preises P zu reagieren.
  • Das Erteilen einer Netzbetreiber-Freigabe FG33 durch den Netzbetreiber 33 des Energie-Netzwerkes 30 kann, wie bereits angedeutet, gemäß einem ersten Unterschritt ST1.1 in Abhängigkeit der Auslastung L des Energie-Netzes 30 erfolgen. Ist das Energie-Netzwerk 30 stark ausgelastet bzw. weist eine hohe Auslastung Lh auf, weil viele Fahrzeuge über die Oberleitung 32 oder die Fahrbahnleitung 34 Energie E aufnehmen, so hat dies eine sinkende Netz-Frequenz f30 zur Folge. Da die Netz-Frequenz f30 innerhalb des angegebenen Frequenzbandes fB liegen sollte, kann der Netzbetreiber 33 damit reagieren, dass eine Netzbetreiber-Freigabe FG33 im Rahmen der Netzdienstleistung DL zumindest für einige Fahrzeuge temporär nur noch für die zweite Energie-Übertragungsrichtung R2 erteilt wird. Auf der anderen Seite kann eine geringe Auslastung Lg des Energie-Netzwerkes 30 vorliegen, weil nur wenige Fahrzeuge Energie E aufnehmen und ggf. eine Vielzahl von Fahrzeugen Energie E in das Energie-Netzwerk 30 einspeisen. Dies hat zur Folge, dass die Netz-Frequenz f30 steigt. Um die Netz-Frequenz f30 auch hier innerhalb des vorgegebenen Frequenzbandes fB zu halten, kann der Netzbetreiber 33 damit reagieren, dass eine Netzbetreiber-Freigabe FG33 im Rahmen der Netzdienstleistung DL zumindest für einige Fahrzeuge temporär nur noch für die erste Energie-Übertragungsrichtung R1 erteilt wird.
  • Demnach kann über die Netzbetreiber-Freigabe FG33 festgelegt werden, dass das Fahrzeug 1 nur noch Energie E aus seinen Energiespeichern 7; 7a, 7b in das Energie-Netzwerk 30 einspeisen oder nur noch Energie E aus dem Energie-Netzwerk 30 zum Laden der Energiespeicher 7; 7a, 7b nutzen darf, um die hohe bzw. geringe Auslastung Lh, Lg des Energie-Netzwerkes 30 zu kompensieren. Dem Fahrzeug 1 bzw. dem Fahrzeugbetreiber 2 wird in diesem Fall also angeboten, eine entsprechende Netzdienstleistung DL zu erbringen, um für eine dauerhafte Stabilisierung des Energie-Netzwerks 30 zu sorgen. Dies ist zunächst unabhängig davon, ob im Fahrzeug 1 genügend Energie E zur Verfügung steht bzw. ob das Fahrzeug 1 tatsächlich Energie E benötigt. Ob die Netzdienstleistung DL erfüllt oder abgelehnt wird, kann der Fahrzeugbetreiber 2 nämlich anschließend selbst entscheiden, wie später noch näher erläutert (s. Unterschritt ST1.2). Ergänzend kann die im Rahmen dieser Netzdienstleistung DL in die Energiespeicher 7; 7a, 7b aufgenommene Energie E vom Fahrzeug 1 selbst auch im Regelbetrieb genutzt werden.
  • Die Netzbetreiber-Freigabe FG33, die in Abhängigkeit der Auslastung L in die jeweilige Energie-Übertragungsrichtung R1, R2 wirkt, kann hierbei über ein Freigabe-Signal SF, vorzugsweise drahtlos, beispielsweise per 5G oder WLAN, LoraWAN, etc., oder drahtgebunden, beispielsweise über PLC, an eine Kommunikationseinheit 15 im Fahrzeug 1 gemeldet werden. Die Kommunikationseinheit 15 kann dabei in der Verarbeitungseinheit 13 auch integriert sein. In Abhängigkeit davon kann die Verarbeitungseinheit 13 anschließend entscheiden, ob in einem zweiten Schritt ST2 ein Kopplungs-Signal SK; SKa, SKb für die jeweilige elektrische Schaltvorrichtung 11; 11a, 11b im Zugfahrzeug 1a und/oder im Anhänger 1b erzeugt und ausgegeben wird, um die Netzdienstleistung DL erbringen zu können. Je nach Art der Netzbetreiber-Freigabe FG33 kann auch ein selektives Umschalten der jeweiligen elektrischen Schaltvorrichtung 11; 11a, 11b lediglich im Zugfahrzeug 1a oder im Anhänger 1b erfolgen.
  • Grundsätzlich kann das Fahrzeug 1 bzw. die Verarbeitungseinheit 13 aber auch selbstständig darauf schließen, ob eine Netzbetreiber-Freigabe FG33 vorliegt. Dazu kann vorgesehen sein, dass die Netz-Frequenz f30 vom Fahrzeug 1 z.B. über den jeweiligen Energieaufnehmer 5 (mechanisch, induktiv) fortlaufend gemessen wird. Andererseits könnte der Netzbetreiber 33 die Netz-Frequenz f30 auch fortlaufend an das Fahrzeug 1 übermitteln. Die Verarbeitungseinheit 13 kann anhand dessen feststellen, ob die Netz-Frequenz f30 ausgehend von der Mittenfrequenz fM von beispielsweise 50Hz nach oben oder nach unten hin abweicht und dabei innerhalb des Frequenzbandes fB liegt, wobei die Mittenfrequenz fM und das Frequenzband fB ebenfalls vom Netzbetreiber 33 mitgeteilt werden können. Daraus folgt wie bereits beschrieben unmittelbar die Auslastung L. In Abhängigkeit davon kann in der Verarbeitungseinheit 13 festgestellt werden, in welcher Energie-Übertragungsrichtung R1, R2 mit hoher Wahrscheinlichkeit eine Netzbetreiber-Freigabe FG33 vorliegen sollte (Lh: fB<fM: Einspeise-Modus, Lg: fB>fM: Auflade-Modus). In Abhängigkeit davon kann die Verarbeitungseinheit 13 wiederum entscheiden, ob und welches Kopplungs-Signal SK; SKa, SKb im zweiten Schritt ST2 ausgegeben wird. Ergänzend kann auch der Netzbetreiber 33 (bei entsprechender Zustimmung) das entsprechende Kopplungs-Signal SK; SKa, SKb erzeugen und ausgeben.
  • Das Erteilen einer Fahrzeugbetreiber-Freigabe FG2 durch den Fahrzeugbetreiber 2 des Fahrzeuges 1 kann, wie bereits angedeutet, gemäß einem zweiten Unterschritt ST1.2 in Abhängigkeit eines Speicherstatus S7 der Energiespeicher 7; 7a, 7b und/oder eines Energie-Preises P erfolgen. Der Speicherstatus S7 gibt dabei an, in welchem Zustand sich der jeweilige Energiespeicher 7; 7a, 7b befindet, während der Energie-Preis P die Kosten für eine bestimmte Netzdienstleistung DL widerspiegelt. Der Energie-Preis P wird dabei fahrzeugspezifisch bzw. speicherspezifisch in einem Kostenkalkulationsmodul 50 der Verarbeitungseinheit 13 des jeweiligen Fahrzeuges 1 ermittelt. Das Kostenkalkulationsmodul 50 ist beispielsweise eine Untereinheit der jeweiligen Verarbeitungseinheit 13, beispielsweise ein Unterprogramm.
  • Damit kann der Fahrzeugbetreiber 2 festlegen, unter welchen preislichen bzw. wirtschaftlichen Bedingungen er eine Netzdienstleistung DL für das Energie-Netzwerk 30 zum Ausgleichen eines erhöhten oder erniedrigten Leistungsbedarfs im Energie-Netzwerk 30 erbringen möchte und daher unter welchen wirtschaftlichen Bedingungen er letztlich eine Fahrzeugbetreiber-Freigabe FG2 erteilt. Dies gilt dabei für beide Energie-Übertragungsrichtungen R1, R2 wie folgt:
  • Zunächst kann zum Charakterisieren des Speicherstatus S7 für jeden Energiespeicher 7; 7a, 7b ein Statusfaktor F; Fa (Zugfahrzeug-Statusfaktor), Fb (Anhänger-Statusfaktor) ermittelt werden, der wie später erläutert abhängig davon ermittelt wird, ob der Einspeise-Modus oder der Auflade-Modus vorliegt. Aus diesem folgt zunächst, ob es ein Degenerationszustand DEG; DEGa (Zugfahrzeug-Degenerationszustand), DEGb (Anhänger-Degenerationszustand) und auch ein Ladezustand Z; Za, Zb des jeweiligen Energiespeichers 7; 7a, 7b zulassen, dass Energie E im Einspeise-Modus in das Energie-Netz 30 abgegeben als auch im Auflade-Modus in den jeweiligen Energiespeicher 7; 7a, 7b aufgenommen werden kann. Der Statusfaktor F; Fa, Fb wird dabei wie folgt bestimmt:
  • Zunächst wird von einem Zustandswächter 17 ein Ladezustand Z des Energiespeichers 7, d.h. ein Zugfahrzeug-Ladezustand Za des Zugfahrzeug-Energiespeichers 7a bzw. ein Anhänger-Ladezustand Zb des Anhänger-Energiespeichers 7b erfasst. Aus diesem kann ein Stromaufnahme-Ladezustands-Wert ZW1 ermittelt werden, der zwischen 0 (leer bzw. 0%) und 1 (voll bzw. 100%) liegen kann, und ein Stromabgabe-Ladezustands-Wert ZW2, der zwischen 0 (voll bzw. 100%) und 1 (leer bzw. 0%) liegen kann. Durch die Unterteilung in Stromaufnahme- und Stromabgabe-Ladezustands-Wert ZW1, ZW2 wird berücksichtigt, dass bei einer Stromaufnahme (erste Energie-Übertragungsrichtung R1, Auflade-Modus) ein voller Energiespeicher 7; 7a, 7b, insbesondere im Hinblick auf den daraus folgenden Energie-Preis P, anders zu bewerten ist als ein voller Energiespeicher 7; 7a, 7b bei einer Stromabgabe (zweite Energie-Übertragungsrichtung R2, Einspeise-Modus). Dies spiegelt sich durch die entsprechend umgekehrte Gewichtung wider.
  • Weiterhin wird vom Zustandswächter 17 eine Speichertemperatur T des Energiespeichers 7, d.h. eine Zugfahrzeug-Speichertemperatur Ta des Zugfahrzeug-Energiespeichers 7a und eine Anhänger-Speichertemperatur Tb des Anhänger-Energiespeichers 7b überwacht, insbesondere während der Lade- und Entladevorgänge. Daraus wird ein Temperaturzustands-Wert TW ermittelt, der einen Wert zwischen 0 (z.B. bei T= 30°C) und 1 (z.B. bei T>=80°C und T<-20°C) annehmen kann, wobei für T>80°C und T<-20°C angenommen wird, dass der jeweilige Energiespeicher 7; 7a, 7b nicht mehr optimal arbeitet (erhöhter Verschleiß und erhöhte Defektanfälligkeit) und dieser bei T=30°C optimal funktioniert.
  • Weiterhin wird vom Zustandswächter 17 ein Lade- und Endladeverhalten V des Energiespeichers 7, d.h. ein Zugfahrzeug-Lade- und Entladeverhalten Va des Zugfahrzeug-Energiespeichers 7a und ein Anhänger-Lade- und Entladeverhalten Vb des Anhänger-Energiespeichers 7b ermittelt, beispielsweise über die Strom-, Spannungs- oder Widerstandsänderung des jeweiligen Energiespeichers 7; 7a, 7b beim Laden oder Entladen. Darüber lässt sich der Degenerationszustand DEG; DEGa, DEGb des jeweiligen Energiespeichers 7; 7a, 7b angeben.
  • Der Zustandswächter 17 ist dabei in beliebiger Weise mit der Verarbeitungseinheit 13 verbunden, vorzugsweise über die Kommunikationseinheit 15, um die jeweils ermittelten Werte, die einen Einfluss auf den Degenerationszustand DEG; DEGa, DEGb haben, über ein Zustands-Signal drahtlos, beispielsweise per 5G oder WLAN, LoraWAN, etc., oder drahtgebunden, beispielsweise über PLC oder über die Kommunikationsleitung im Ladekabel 5e, an die Verarbeitungseinheit 13 zur Weiterverarbeitung ausgeben zu können.
  • Weiterhin wird von der Verarbeitungseinheit 13 über das Zustands-Signal eine Zyklenfestigkeit Y; Ya (Zugfahrzeug-Zyklenfestigkeit); Yb (Anhänger-Zyklenfestigkeit) des jeweiligen Energiespeichers 7; 7a, 7b eingelesen, die angibt, wie häufig der jeweiligen Energiespeicher 7; 7a, 7b geladen und entladen werden kann, bevor eine Restkapazität einen Wert von 80% unterschreitet. Ein der Zyklenfestigkeit Y; Ya, Yb zugeordneter Zyklenfestigkeits-Wert YW kann zwischen 0 (hohe Zyklenfestigkeit, z.B. >10'000 Lade-/Entladezyklen) und 1 (geringe Zyklenfestigkeit Y, z.B. <1'000 Lade-/Entladezyklen) liegen. Weiterhin kann über das Zustands-Signal ein Speicheralter A des Energiespeichers 7, d.h. ein Zugfahrzeug-Speicheralter Aa des Zugfahrzeug-Energiespeichers 7a und ein Anhänger-Speicheralter Ab des Anhänger-Energiespeichers 7b eingelesen werden. Daraus kann abgeleitet werden, wie alt der jeweilige Energiespeicher 7; 7a, 7b bereits ist. Auch weitere Größen, die einen Einfluss auf den Speicherstatus S7 haben, können von der Verarbeitungseinheit 13 eingelesen werden, beispielsweise eine Umgebungstemperatur TU oder die Zugfahrzeug-Spannung U1a und/oder die Anhänger-Spannung U1b.
  • Der Statusfaktor F; Fa, Fb kann in der Verarbeitungseinheit 13 mit diesen Größen beispielsweise über die folgende Formel berechnet werden: F = ( w1* ( w2*YW + w3*TW + w4*C ( V , A , U1a , U2a , TU ) ) + ( w5* ( ZW1;ZW2 ) ) ,
    Figure DE102020125851A1_0001
    wobei die Größen YW, TW und C den Degenerationszustand DEG; DEGa, DEGb des jeweiligen Energiespeichers 7; 7a, 7b charakterisieren und in dem Wert „C“ verschiedene Einflussfaktoren V, A, U1a, U2a, TU gesammelt sind, die einen Einfluss auf den Degenerationszustand DEG; DEGa, DEGb haben können. Auch bei den Einflussfaktoren C kann berücksichtigt werden, ob ein Auflade-Modus oder ein Einspeise-Modus vorliegt, d.h. in welcher Energie-Übertragungsrichtung R1, R2 im Rahmen der Netzdienstleistung DL Energie E übertragen wird.
  • „w1“ stellt entsprechend eine Gewichtung für den Degenerationszustand DEG; DEGa, DEGb des jeweiligen Energiespeichers 7; 7a, 7b und „w5“ eine Gewichtung für den Ladezustand Z; Za, Zb des jeweiligen Energiespeichers 7; 7a, 7b, wobei je nach Energie-Übertragungsrichtung R1, R2 der Stromaufnahme- bzw. der Stromabgabe-Ladezustands-Wert ZW1, ZW2 des jeweiligen Energiespeichers 7; 7a, 7b verwendet wird, dar, wobei „w1“ und „w5“ beispielsweise jeweils 0,5 sein können, so dass der Degenerationszustand DEG; DEGa, DEGb und der Ladezustand Z (ZW1 oder ZW2) denselben Einfluss auf den Statusfaktor F haben. „w2“ stellt entsprechend eine Gewichtung für die Zyklenfestigkeit Y; Ya, Yb des jeweiligen Energiespeichers 7; 7a, 7b, „w3“ eine Gewichtung für die Speichertemperatur T; Ta, Tb des jeweiligen Energiespeichers 7; 7a, 7b und „w4“ eine Gewichtung für die weiteren Einflussfaktoren „C“ dar.
  • Der Statusfaktor F; Fa, Fb kann für jeden Energiespeicher 7; 7a, 7b bestimmt werden, wobei die einzelnen Werte YW, TW, C abhängig vom Typ des jeweiligen Energiespeichers 7; 7a, 7b spezifisch gewichtet werden, wobei gelten soll: w2 + w3 + w4 = 1 und w1 + w5 = 1.
  • Der derartig ermittelte Statusfaktor F; Fa, Fb kann einen Wert zwischen 0 und 1 annehmen. Ein Statusfaktor F; Fa, Fb von 1 drückt hierbei im Einspeise-Modus (zweite Energie-Übertragungsrichtung R2, Stromabgabe-Ladezustands-Wert ZW2) aus, dass der jeweilige Energiespeicher 7; 7a, 7b nicht betriebsbereit ist (entladen und/oder degeneriert), während ein Statusfaktor F; Fa, Fb von 0 im Einspeise-Modus (zweite Energie-Übertragungsrichtung R2, Stromabgabe-Ladezustands-Wert ZW2) angibt, dass der jeweilige Energiespeicher 7; 7a, 7b neuwertig (nicht degeneriert) und 100% geladen und daher betriebsbereit ist. Zwischenwerte ergeben sich entsprechend aus einer teilweisen Entladung und/oder einer teilweisen Degeneration. In Abhängigkeit des Statusfaktors F; Fa, Fb kann von der Verarbeitungseinheit 13 für die Stromabgabe/Einspeisung bzw. den Stromabgabe-Ladezustands-Wert ZW2 beurteilt werden, ob ein Einspeisen von Energie E aus dem jeweiligen Energiespeicher 7; 7a, 7b in das Energie-Netzwerk 30 sinnvoll ist, um dieses zu stabilisieren.
  • Entsprechend drückt bei umgedrehter Gewichtung des Stromaufnahme-Ladezustands-Wertes ZW1 gegenüber dem Stromabgabe-Ladezustands-Wert ZW2 ein Statusfaktor F; Fa, Fb von 1 im Auflade-Modus (erste Energie-Übertragungsrichtung R1, Stromaufnahme-Ladezustands-Wert ZW1) aus, dass der jeweilige Energiespeicher 7; 7a, 7b nicht betriebsbereit ist (voll beladen und/oder degeneriert), und ein Statusfaktor F; Fa, Fb von 0 im Auflade-Modus (erste Energie-Übertragungsrichtung R1, Stromaufnahme-Ladezustands-Wert ZW1), dass der jeweilige Energiespeicher 7; 7a, 7b neuwertig (nicht degeneriert) und voll entladen und daher betriebsbereit ist. In Abhängigkeit des Statusfaktors F; Fa, Fb kann von der Verarbeitungseinheit 13 für die Stromaufnahme bzw. den Stromaufnahme-Ladezustands-Wert ZW1 beurteilt werden, ob ein Aufnehmen von Energie E aus dem Energie-Netzwerk 30 in den jeweiligen Energiespeicher 7; 7a, 7b sinnvoll ist, um das Energie-Netzwerk 30 zu stabilisieren.
  • Sind die Energiespeicher 7; 7a, 7b also beispielsweise bereits fast voll geladen, was einem hohen Statusfaktor F; Fa, Fb unter Berücksichtigung des Stromaufnahme-Ladezustands-Wertes ZW1 entspricht, ist ein Aufnehmen (Auflade-Modus) weiterer Energie E aus dem Energie-Netzwerk 30 nicht sinnvoll. Ebensowenig ist das Abgeben (Einspeise-Modus) von Energie E bei einem niedrig geladenen Energiespeicher 7; 7a, 7b, was einem hohen Status-Faktor F; Fa, Fb unter Berücksichtigung des Stromabgabe-Ladezustands-Wertes ZW2 entspricht, sinnvoll, wobei auch zu berücksichtigen ist, ob das Fahrzeug 1 ggf. selbst in naher Zukunft die Energie E benötigen könnte. Dementsprechend kann eine Fahrzeugbetreiber-Freigabe FG2 für eine Energieübertragung selektiv für einen oder beide Energiespeicher 7; 7a, 7b in die jeweilige Energie-Übertragungsrichtung R1, R2 erteilt werden oder nicht, um gegenüber dem Netzbetreiber 33 die Netzdienstleistung DL zum Ausgleichen eines erhöhten oder erniedrigten Leistungsbedarfs im Energie-Netzwerk 30 zu erbringen oder eben nicht.
  • Aus dem Statusfaktor F; Fa, Fb mit ZW1 oder ZW2 kann neben dem Speicherstatus S7 ergänzend auch abgeleitet werden, ob bzw. wann es aus ökonomischer Sicht gerechtfertigt ist, Energie E im Einspeise-Modus abzugeben bzw. im Auflade-Modus aufzunehmen. Bei dieser Betrachtung ist auch der Degenerationszustand DEG; DEGa, DEGb des jeweiligen Energiespeichers 7; 7a, 7b entscheidend, der mit jedem Lade- und Entladevorgang voranschreitet, so dass sich der Geldwert des jeweiligen Energiespeichers 7; 7a, 7b mindert. Zudem wirkt sich die Schnelligkeit eines Lade- und Entladevorganges auf den Degenerationszustand DEG; DEGa, DEGb des jeweiligen Energiespeichers 7; 7a, 7b aus. Eine erbrachte Netzdienstleistung DL hat also selbst ohne, dass die Energie E zum Betreiben des Fahrzeuges 1 genutzt wird, einen Kostennachteil für den Fahrzeugbetreiber 2 aufgrund einer Wertminderung des Energiespeichers 7; 7a, 7b.
  • Um dies zu berücksichtigen, wird ein Energie-Preis P angesetzt, den der Fahrzeugbetreiber 2 pro übertragene kWh (Kilowattstunde) mindestens verlangen sollte, damit sich die vom Netzbetreiber 33 benötige Netzdienstleistung DL (Kompensieren der Auslastung L) für den Fahrzeugbetreiber 2 rechnet, wenn dieser diese Netzdienstleistung DL erbringt. In Abhängigkeit dieses Energie-Preises P kann der Fahrzeugbetreiber 2 dann eine Fahrzeugbetreiber-Freigabe FG2 erteilen, insofern der Netzbetreiber 33 diesem Energie-Preis P durch eine entsprechende Netzbetreiber-Freigabe FG33 zugestimmt hat.
  • Der Energie-Preis P kann sich dabei aus den Anschaffungskosten sowie der daraus verbundenen Abschreibung des jeweiligen Energiespeichers 7; 7a, 7b zusammensetzen, wobei zur Abschätzung der Wertminderung ergänzend auch ein Degenerationszustand DEG; DEGa, DEGb des Energiespeichers 7; 7a, 7b berücksichtigt werden kann. Der Fahrzeugbetreiber 2 kann dabei direkt einen festen Energie-Preis P für ausgetauschte Energie E festlegen oder aber eine dynamische Anpassung des Energie-Preises P vornehmen.
  • Eine dynamische Anpassung lässt sich dabei aus dem Statusfaktor F; Fa, Fb mit ZW1 oder ZW2, je nach Energie-Übertragungsrichtung R1, R2, herleiten, da dieser über die Größen YW, TW, C, die den Degenerationszustand DEG; DEGa, DEGb angeben, auch ein Maß für die Wertminderung des jeweiligen Energiespeichers 7; 7a, 7b enthält. Zudem ist auch der Ladezustand Z; Za, Zb für den angebotenen Energie-Preis P entscheidend, da aus Wertminderungsgründen und auch aus Gründen der Eigennutzung eine Entnahme aus einem vollen Energiespeicher 7; 7a, 7b günstiger ist als die Entnahme aus einem halbvollen Energiespeicher 7; 7a, 7b. Daher kann für den Energie-Preis P die folgende Formel angesetzt werden, die der Fahrzeugbetreiber 2 im Kostenkalkulationsmodul 50 hinterlegt: P1 = PE × ( 1 − F ( ZW1 ) ) bzw . P2 = PE × ( 1 + F ( ZW2 ) ) ,
    Figure DE102020125851A1_0002
    wobei PE ein aktuell vorliegender Einkaufspreis für Energie E, z.B. 30 Cent für 1kWh, P1 ein Aufnahme-Energie-Preis und P2 ein Abgabe-Energie-Preis darstellt. Es wird also eine Unterscheidung getroffen, ob das Fahrzeug 1 Energie E aus dem Energie-Netzwerk 30 aufnimmt (Aufnahme-Energie-Preis P1) oder aus seinen Energiespeichern 7; 7a, 7b abgibt (Abgabe-Energie-Preis P2). Über den jeweiligen Ladezustands-Wert ZW1, ZW2 wird dabei berücksichtigt, dass beispielsweise ein weiteres Aufnehmen von Energie E bei einem vollen Energiespeicher 7; 7a, 7a teurer ist als das Abgeben von Energie E bei einem vollen Energiespeicher 7; 7a, 7b. Der Fahrzeugbetreiber 2 des Fahrzeuges 1 kann auch weitere Parameter festlegen und damit den Einkaufspreis PE entsprechend gewichten, wobei dies durch eine entsprechende Anpassung der obigen Formel für den Energie-Preis P (P1, P2) im Kostenkalkulationsmodul 50 erfolgt.
  • Der Preisunterschied zwischen der Aufnahme und der Abgabe ergibt sich auch daraus, dass bei einer Übertragung von Energie E in das Energie-Netzwerk 30 aus den Energiespeichern 7; 7a, 7b zum einen Energie E bereitgestellt wird, die andere Fahrzeuge verwenden und entsprechend auch an den Netzbetreiber 33 bezahlen, und zum anderen auch eine Netzdienstleistung DL erbracht wird (Stabilisieren des Energie-Netzwerks 30). Bei einer Aufnahme von Energie E aus dem Energie-Netzwerk 30 wird die Netzdienstleistung DL dem Einkaufspreis PE entsprechend gegengerechnet. Hierbei kann der Einfluss des Status-Faktors F; Fa, Fb auch entsprechend anders gewichtet werden.
  • Der Energie-Preis P kann dabei fortlaufend anhand der von dem Zustandswächter 17 ausgegebenen Größen aktualisiert werden, z.B. anhand des Lade- und Entladeverhaltens V; Va, Vb. So wird sichergestellt, dass z.B. bei einem Schnellentladevorgang, z.B. größer 50 kW, der Energie-Preis P höher ist als bei einer langsamen Entladung, z.B. kleiner 50 kW, so dass verhindert wird, dass das Entladen des jeweiligen Energiespeichers 7; 7a, 7b aufgrund eines schneller voranschreitenden Degenerationszustandes DEG; DEGa, DEGb des Energiespeichers 7; 7a, 7b teurer wird als durch die Netzdienstleistung DL, d.h. das Stabilisieren des Energie-Netzwerkes 30, eingenommen wird. Weiterhin kann auch das Speicheralter A; Aa, Ab einen Einfluss auf den Energie-Preis P haben, wobei der Degenerationszustand DEG; DEGa, DEGb eines älteren, bereits abgeschriebenen Energie-Speichers 7; 7a, 7b keinen Einfluss mehr auf seine Wertminderung hat, so dass ein geringerer Energie-Preis P angesetzt werden kann. Auch der Ladezustand Z; Za, Zb selbst kann einen Einfluss haben, da der Fahrzeugbetreiber 2 bei einer hohen Batterieladung eher bereit ist, Energie E abzugeben, als bei einer niedrigen Batterieladung, auch deshalb, weil der Ladezustand Z; Za, Zb des jeweiligen Energiespeichers 7; 7, 7b optimalerweise zwischen 40% und 80% gehalten werden sollte, um ein zu schnelles Fortschreiten des Degenerationszustandes DEG zu vermeiden. Zudem soll auch eine Restlade-Kapazität von beispielsweise 20% vorgehalten werden, um zukünftig selbst weiterfahren zu können. Entsprechend gilt dies in umgedrehter Weise für ein Aufnehmen von Energie E, wobei bei einer niedrigen Batterieladung, z.B. kleiner 40%, die Bereitschaft zum Aufnehmen höher ist als bei einer hohen Batterieladung, z.B. >80%, wobei sich die höhere/niedrigere Bereitschaft entsprechend in einem geringeren/höheren Energie-Preis P widerspiegelt. Über einen entsprechend höheren Energie-Preis P kann auch berücksichtigt werden, dass der Degenerationszustand DEG des Energiespeichers 7; 7a, 7b während eines Lade- oder Entladevorgangs bei einer hohen aktuellen Speichertemperatur T; Ta, Tb schneller beeinträchtigt wird.
  • Der Fahrzeugbetreiber 2 erteilt also eine entsprechenden Fahrzeugbetreiber-Freigabe FG2 zum Erfüllen der Netzdienstleistung DL zum jeweiligen Energie-Preis P. Der Energie-Preis P kann dazu über die Kommunikationseinheit 15 drahtlos, beispielsweise per 5G oder WLAN, LoraWAN, etc., oder drahtgebunden, beispielsweise über PLC, an den Netzbetreiber 33 übermittelt werden. Ergänzend können dem Netzbetreiber 33 auch einzelne Größen, die in dem Zustands-Signal enthalten sind, mitgeteilt werden, so dass dieser den Energie-Preis P ggf. selbst besser nachvollziehen kann.
  • Der Netzbetreiber 33 kann dann in Abhängigkeit des übermittelten Energie-Preises P seine Netzbetreiber-Freigabe FG33 aufrecht erhalten oder auch wieder zurückziehen, wenn ihm der Energie-Preis P z.B. zu hoch ist. Anhand der jeweiligen preisabhängig erteilten Freigaben FG2, FG33 kann die Verarbeitungseinheit 13 dann in dem zweiten Schritt ST2 ein Kopplungs-Signal SK; SKa, SKb für die jeweilige elektrische Schaltvorrichtung 11; 11a, 11b im Zugfahrzeug 1a und/oder im Anhänger 1b erzeugen und drahtlos oder drahtgebunden an die Schaltvorrichtung 11; 11a, 11b ausgeben, so dass die Netzdienstleistung DL erbracht werden kann.
  • In einem dritten Unterschritt ST1.3 kann parallel zu dem Erbringen der Netzdienstleistung DL oder stattdessen auch eine Netzbetreiber-Freigabe FG33 erteilt werden, die dazu dient, den jeweiligen Energiespeicher 7; 7a, 7b im Fahrzeug 1 aufzuladen, so dass vom Energie-Netzwerk 30 Energie E zum elektrischen Antreiben des Fahrzeuges 1 im Regelbetrieb bereitgestellt werden kann. Benötigt das Fahrzeug 1 Energie E aus der Oberleitung 32 bzw. der Fahrbahnleitung 34 bzw. dem Energie-Netzwerk 30, so kann es diese aus dem Energie-Netzwerk 30 entnehmen, wenn eine Netzbetreiber-Freigabe FG33 dafür vorliegt. Die Netzbetreiber-Freigabe FG33 kann dabei z.B. in Abhängigkeit der Auslastung L des Energie-Netzwerks 30 erteilt werden. Weiterhin kann die Netzbetreiber-Freigabe FG33 auch an den Energie-Preis P gekoppelt sein, den in dem Fall der Netzbetreiber 33 festlegt. Da der Fahrzeugbetreiber 2 aktiv Energie E anfordert und der Netzbetreiber 33 diese Energie E bereitstellt, spielt der Degenerationszustand DEG; DEGa, DEGb des jeweiligen Energiespeichers 7; 7a, 7b in dem Fall keine Rolle bei der Ermittlung des Energie-Preises P.
  • Bei der Erteilung der Netzbetreiber-Freigabe FG33 im Regelbetrieb kann in diesem Fall auch berücksichtigt werden, ob das Fahrzeug 1 selbst in der Vergangenheit Energie E aus dem jeweiligen Energiespeicher 7; 7a, 7b über die Oberleitungen 32 oder die Fahrbahnleitung 34 in das Energie-Netzwerk 30 eingespeist und daher Energie E aus einem Speicher auch für andere Fahrzeuge bereitgestellt hat, um das Energie-Netzwerk 30 zu stabilisieren. So kann das Fahrzeug 1 durch die in der Vergangenheit erbrachte Netzdienstleistung DL quasi ein „Energie-Guthaben“ erhalten, das später im Regelbetrieb eingesetzt werden kann, um aus dem Energie-Netzwerk 30 Energie zum Antreiben zu erhalten. Das Erbringen der Netzdienstleistung DL durch den Fahrzeugbetreiber 2 und der Regelbetrieb des Fahrzeuges 1 laufen daher grundsätzlich getrennt voneinander, können jedoch zumindest zeitweise auch parallel zueinander verlaufen.
  • In einem dritten Schritt ST3 wird anschließend je nach Freigabe FG; FG33, FG2 und damit je nach Einstellung der elektrischen Schaltvorrichtungen 11; 11a, 11b Energie E entweder aufgenommen oder abgegeben, um die jeweilige Netzdienstleistung DL zu erbringen und/oder im Regelbetrieb Energie E zum Antreiben des Fahrzeuges 1 zu erhalten. Dabei ist vor allem entscheidend, in welcher Energie-Übertragungsrichtung R1, R2 eine Freigabe FG; FG33, FG2 erteilt wurde.
  • Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird also gewährleistet, freie Speicherkapazitäten im Fahrzeug 1, sei es Zugfahrzeug 1a oder Anhänger 1b oder beiden, dem Energie-Netzwerk 30 unter gewissen Bedingungen als Puffer zur Verfügung zu stellen und damit eine Netzdienstleistung DL zu erbringen. So kann die Integration der stationären Energiebereitstellungsvorrichtungen EV, d.h. der Oberleitungen 32 bzw. der Fahrbahnleitungen 34, in die vorhandene Netzinfrastruktur verbessert und der Betrieb vereinfacht ermöglicht werden. Dabei kann nicht nur dann eine Einspeisung von Energie E in das Energie-Netzwerk 30 erfolgen, wenn das Fahrzeug 1 gerade bremst und dadurch überschüssige Bremsenergie EB erzeugt, sondern immer dann, wenn in den Energiespeichern 7; 7a, 7b im Fahrzeug 1 gerade genügend Energie E vorhanden ist und diese aus ökonomischer Sicht bereitgestellt werden kann. Werden beispielsweise Oberleitungen 32 oder Fahrbahnleitungen 34 auf bergigen Fahrbahnen 4 aufgestellt bzw. installiert, können die Fahrzeuge 1 mit überschüssiger Energie E in ihren Energiespeichern 7; 7a, 7b die bergauffahrenden Fahrzeuge 1 unterstützen, ohne dabei selbst bremsen zu müssen.
  • Hierfür kann die bereits mitgeführte Energie E aus den Energiespeichern 7; 7a, 7b und ergänzend auch die bei einer Bergabfahrt erzeugte Bremsenergie EB genutzt werden. Es ist nämlich durchaus denkbar, dass die Einspeisung in das Energie-Netzwerk 30 zu einem Zeitpunkt stattfinden kann, zu dem das Fahrzeug 1 keine Antriebsunterstützung über die Energiespeicher 7; 7a, 7b benötigt, die Energiespeicher 7; 7a, 7b aber voll aufgeladen sind, und daher auch zusätzlich erzeugte Bremsenergie EB nicht selbst genutzt werden kann. Diese überschüssige Energie E kann dem Energie-Netzwerk 30 entsprechend bereitgestellt werden.
  • Die beschriebenen Komponenten im Fahrzeug 1 sind dabei unabhängig von einer Antriebsart B (rein elektrisch 1E oder Hybrid 1H) des Fahrzeuges 1. Wird das Fahrzeug 1 beispielsweise rein elektrisch betrieben, sind die Energiespeicher 7; 7a, 7b aller Wahrscheinlichkeit nach wesentlich größer als z.B. bei Hybridfahrzeugen 1H. Bei Hybridfahrzeugen 1H ist es dabei zusätzlich möglich, dass in dem ersten Unterschritt ST1.1 oder dritten Unterschritt ST1.3 bei einer Überlastung des Energie-Netzwerks 30 (Netz-Frequenz f30 << Mittenfrequenz fM) aufgrund einer zu hohen Nachfrage die Netzbetreiber-Freigabe FG33 in die erste Energie-Übertragungsrichtung R1 (30 => 7) selektiv für diese Antriebsart B zurückgenommen wird. Auf diese Weise können einzelne Fahrzeuge 1 vom Energie-Netzwerk 30 wieder abgekoppelt werden, so dass diese mit dem konventionellen Antrieb weiterfahren müssen und/oder nur Energie E in das Energie-Netzwerk 30 einspeisen können. Dadurch kann das Energie-Netzwerk 30 wieder stabilisiert werden.
  • Ist eine Energie-Nachfrage nach dem Abkoppeln der Hybridfahrzeuge 1H auch weiterhin noch zu hoch, wird auch die Netzbetreiber-Freigabe FG33 in die erste Energie-Übertragungsrichtung R1 auch für rein elektrisch angetriebene Fahrzeuge 1E zurückgenommen, deren Energiespeicher 7; 7a, 7b einen Ladezustand Z; Za, Zb aufweisen, der einen Grenz-Ladezustand ZT und/oder deren Statusfaktor F; Fa, Fb einen Grenz-Statusfaktor FT übersteigt. Diese Fahrzeuge 1 werden dann entsprechend vom Energie-Netzwerk 30 abgekoppelt, da diese auch allein in der Lage sind voranzukommen. Diese rein elektrisch betriebenen Fahrzeuge 1 können dann entscheiden, zur Stabilisierung des Energie-Netzwerkes 30 eine Netzdienstleistung DL zu erbringen und Energie E aus den Energiespeichern 7; 7a, 7b in die zweite Energie-Übertragungsrichtung R2 in das Energie-Netzwerk 30 einzuspeisen.
  • Damit kann die Netzbetreiber-Freigabe FG33 auch in Abhängigkeit der Antriebsart B und/oder in Abhängigkeit des Ladezustands Z; Za, Zb des jeweiligen Fahrzeuges 1 erteilt und ggf. nachträglich auch wieder zurückgenommen werden.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Fahrzeug
    1a
    Zugfahrzeug
    1b
    Anhänger
    1E
    vollelektrisch angetriebenes Fahrzeug
    1H
    Hybridfahrzeug
    2
    Fahrzeugbetreiber
    3
    Energie-Übertragungssystem
    4
    Fahrbahn
    5
    Energieabnehmer
    5a
    Zugfahrzeug-Gleitschiene
    5b
    Anhänger-Gleitschiene
    5c
    induktiver Energieabnehmer
    7
    Energiespeicher
    7a
    Zugfahrzeug-Energiespeicher
    7b
    Anhänger-Energiespeicher
    9
    Wandler-Einrichtung
    9a
    Zugfahrzeug-Wandler-Einrichtung
    9b
    Anhänger-Wandler-Einrichtung
    11
    elektrische Schaltvorrichtung
    11a
    elektrische Zugfahrzeug-Schaltvorrichtung
    11b
    elektrische Anhänger-Schaltvorrichtung
    13
    Verarbeitungseinheit
    15
    Kommunikationseinheit
    17
    Zustandswächter
    30
    Energie-Netzwerk
    31
    Netz-Verteiler
    32
    Oberleitung
    33
    Netzbetreiber
    34
    Fahrbahnleitungen
    50
    Kostenkalkulationsmodul
    A
    Speicheralter des Energiespeichers 7
    Aa
    Zugfahrzeug-Speicheralter
    Ab
    Anhänger-Speicheralter
    B
    Antriebsart
    C
    Einflussfaktoren
    DEG
    Degenerationszustand des Energiespeichers
    DEGa
    Zugfahrzeug-Degenerationszustand
    DEGb
    Anhänger-Degenerationszustand
    DL
    Netzdienstleistung
    E
    elektrische Energie
    EB
    Bremsenergie
    EV
    stationäre Energiebereitstellungsvorrichtung
    f30
    Netz-Frequenz
    fB
    Frequenz-Band
    fM
    Mittenfrequenz
    F
    Statusfaktor des Energiespeichers 7
    Fa
    Zugfahrzeug-Statusfaktor
    Fb
    Anhänger-Statusfaktor
    FG
    Freigabe
    FG2
    Fahrzeugbetreiber-Freigabe
    FG33
    Netzbetreiber-Freigabe
    FT
    Grenz-Statusfaktor
    L
    Auslastung
    Lg
    geringe Auslastung
    Lh
    hohe Auslastung
    P
    Energie-Preis
    P1
    Aufnahme-Energie-Preis
    P2
    Abgabe-Energie-Preis
    PE
    Einkaufspreis
    R1
    erste Energie-Übertragungsrichtung
    R2
    zweite Energie-Übertragungsrichtung
    S7
    Speicherstatus
    SF
    Freigabe-Signal
    SK
    Kopplungs-Signal
    SKa
    Zugfahrzeug-Kopplungs-Signal
    SKb
    Anhänger-Kopplungs-Signal
    T
    Speichertemperatur
    Ta
    Zugfahrzeug-Speichertemperatur
    Tb
    Anhänger-Speichertemperatur
    TU
    Umgebungstemperatur
    TW
    Temperaturzustands-Wert
    U1a
    Zugfahrzeug-Spannung
    U1b
    Anhänger-Spannung
    U30
    Netz-Spannung
    V
    Lade- und Endladeverhalten des Energiespeichers 7
    Va
    Zugfahrzeug-Lade- und Entladeverhalten
    Vb
    Anhänger-Lade- und Entladeverhalten
    w1, w2, w3, w4, w5
    Wichtungsfaktoren
    Y
    Zyklenfestigkeit
    Ya
    Zugfahrzeug-Zyklenfestigkeit
    Yb
    Anhänger-Zyklenfestigkeit
    YW
    Zyklenfestigkeits-Wert
    Z
    Ladezustand des Energiespeichers 7
    Za
    Zugfahrzeug-Ladezustand
    Zb
    Anhänger-Ladezustand
    ZT
    Grenz-Ladezustand
    ZW1
    Stromaufnahme-Ladezustands-Wert
    ZW2
    Stromabgabe-Ladezustands-Wert
    ST1, ST1.1, ST1.2, ST2, ST3
    Schritte des Verfahrens
  • 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
    • DE 102016208878 A1 [0002]
    • DE 102018206957 A1 [0002]
    • DE 102004028243 A1 [0002]
    • US 2011/0094841 A1 [0005]
    • US 2015/0090554 A1 [0005]
    • DE 112012005255 T5 [0006]

Claims (24)

  1. Verfahren zum Austauschen von elektrischer Energie (E) zwischen mindestens einem Energiespeicher (7) in einem Fahrzeug (1), insbesondere Nutzfahrzeug, und einer stationären Energiebereitstellungsvorrichtung (EV) eines Energie-Netzwerkes (30), wobei der mindestens eine Energiespeicher (7) ausgebildet ist, elektrische Energie (E) dauerhaft zu speichern, und eine elektrische Verbindung zwischen dem mindestens einen Energiespeicher (7) und der stationären Energiebereitstellungsvorrichtung (EV) ausgebildet werden kann, um Energie (E) auszutauschen, dadurch gekennzeichnet, dass ein Austausch von Energie (E) - aus dem Energie-Netzwerk (30) über die stationäre Energiebereitstellungsvorrichtung (EV) in den mindestens einen Energiespeicher (7) des Fahrzeuges (1) in eine erste Energie-Übertragungsrichtung (R1), oder - aus dem mindestens einen Energiespeicher (7) des Fahrzeuges (1) über die stationären Energiebereitstellungsvorrichtung (EV) in das Energie-Netzwerk (30) in eine zweite Energie-Übertragungsrichtung (R2) erfolgt, um durch den Fahrzeugbetreiber (2) des Fahrzeuges (1) eine Netzdienstleistung (DL) zu erbringen, wobei durch die erbrachte Netzdienstleistung (DL) eine aktuelle Auslastung (L) des Energie-Netzwerks (30) durch den Austausch von Energie (E) in die erste Energie-Übertragungsrichtung (R1) oder in die zweite Energie-Übertragungsrichtung (R2) kompensiert wird zum Stabilisieren des Energie-Netzwerkes (30) (ST3).
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Fahrzeug (1) bei ausgebildeter elektrischer Verbindung und während eines Austauschs von Energie (E) gegenüber der stationären Energiebereitstellungsvorrichtung (EV) bewegen kann, wobei die stationäre Energiebereitstellungsvorrichtung (EV) beispielweise eine Oberleitung (32) oberhalb einer Fahrbahn (4) oder eine Fahrbahnleitung (34) in einer Fahrbahn (4) ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kopplungs-Signal (SK) erzeugt und ausgegeben wird, um eine elektrische Verbindung zwischen dem mindestens einen Energiespeicher (7) und der stationären Energiebereitstellungsvorrichtung (EV) auszubilden (ST2).
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Kopplungs-Signal (SK) im Fahrzeug (1) erzeugt und ausgegeben wird oder vom Netzbetreiber (33) erzeugt und ausgegeben wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Fahrzeug (1) und der stationären Energiebereitstellungsvorrichtung (EV) eine mechanische oder eine induktive Verbindung über einen Energieaufnehmer (5) auch dann ausgebildet ist, wenn keine elektrische Verbindung zwischen dem mindestens einen Energiespeicher (7) und der stationären Energiebereitstellungsvorrichtung (EV) ausgebildet ist.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslastung (L) des Energie-Netzwerkes (30) zwischen einer hohen Auslastung (Lh) und einer geringen Auslastung (Lg) liegen kann, wobei bei einer hohen Auslastung (Lh) des Energie-Netzwerks (30) ein Austausch von Energie (E) in die zweite Energie-Übertragungsrichtung (R2) und bei einer geringen Auslastung (Lg) des Energie-Netzwerks (30) ein Austausch von Energie (E) in die erste Energie-Übertragungsrichtung (R1) erfolgt, um die hohe Auslastung (Lh) oder die geringe Auslastung (Lg) des Energie-Netzwerks (30) zu kompensieren.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslastung (L) des Energie-Netzwerks (30) aus einer Netz-Frequenz (f30) des Energie-Netzwerks (30) ermittelt wird, wobei für den Fall, - dass die Netz-Frequenz (f30) des Energie-Netzwerks (30) nach unten von einer vorgegebenen Mittenfrequenz (fM) abweicht, eine hohe Auslastung (Lh) des Energie-Netzwerks (30) vorliegt und - dass die Netz-Frequenz (f30) des Energie-Netzwerks (30) nach oben von einer vorgegebenen Mittenfrequenz (fM) abweicht, eine geringe Auslastung (Lg) des Energie-Netzwerks (30) vorliegt.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Netz-Frequenz (f30) des Energie-Netzwerks (30) vom Fahrzeug (1) aus gemessen wird und/oder drahtlos oder drahtgebunden auf das Fahrzeug (1) übermittelt wird.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Fahrzeug (1) mit mehr als einem Energiespeicher (7; 7a, 7b) ein Austausch von Energie (E) zwischen dem Energie-Netzwerk (30) und allen Energiespeichern (7; 7a, 7b) oder lediglich einigen der mehreren Energiespeicher (7; 7a, 7b) erfolgt.
  10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Austausch von Energie (E) ergänzend in Abhängigkeit eines dem mindestens einen Energiespeicher (7) zugeordneten Speicherstatus (S7) und/oder Energie-Preises (P) und/oder Status-Faktors (F) erfolgt, wobei jedem der mindestens einen Energiespeicher (7; 7a, 7b) vorzugsweise ein eigener Status-Faktor (F; Fa, Fb) zugeordnet ist.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Energie-Preis (P) einen Aufnahme-Energie-Preis (P1) und/oder einen Abgabe-Energie-Preis (P2) beinhaltet, wobei der Aufnahme-Energie-Preis (P1) den Energie-Preis (P) für die Aufnahme von Energie (E) aus dem Energie-Netzwerk (30) in den mindestens einen Energiespeicher (7) angibt, und der Abgabe-Energie-Preis (P2) den Energie-Preis (P) für die Abgabe von Energie (E) aus dem mindestens einen Energiespeicher (7) im Fahrzeug (1) in das Energie-Netzwerk (30).
  12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Energie-Preis (P) abhängig von dem Status-Faktor (F) und/oder einem Einkaufspreis (PE) für Energie (E) ist, wobei für den Aufnahme-Energie-Preis (P1) vorzugsweise gilt: P1 = PE x (1 - F) und für den Abgabe-Energie-Preis (P2) vorzugsweise gilt: P2 = PE x (1 + F).
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Status-Faktor (F) in Abhängigkeit eines Degenerationszustandes (DEG) des mindestens einen Energiespeichers (7) und/oder eines Ladezustandes (Z) des mindestens einen Energiespeichers (7) gebildet wird, so dass der Status-Faktor (F) einen aktuellen Speicherstatus (S7) des jeweiligen Energiespeichers (7) charakterisiert, wobei der Degenerationszustand (DEG) und der Ladezustand (Z) gewichtet werden zum Ermitteln des Status-Faktors (F).
  14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Degenerationszustand (DEG) des mindestens einen Energiespeichers (7) ermittelt wird in Abhängigkeit mindestens einer Größe ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: einer Speichertemperatur (T), einem Lade- und Endladeverhalten (V), einer Zyklenfestigkeit (Y), einem Speicheralter (A), einer Umgebungstemperatur (TU), einer Zugfahrzeug-Spannung (U1a), einer Anhänger-Spannung (U1b), wobei diese Größen in Abhängigkeit des verwendeten Energiespeichers (7) unterschiedlich gewichtet werden zum Ermitteln des Degenerationszustandes (DEG).
  15. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Ausbilden der elektrischen Verbindung zwischen dem mindestens einen Energiespeicher (7) und der stationären Energiebereitstellungsvorrichtung (EV) mindestens die folgenden Schritte durchgeführt werden: - Ermitteln, ob eine Netzbetreiber-Freigabe (FG33) vorliegt, wobei die Netzbetreiber-Freigabe (FG33) angibt, ob ein Netzbetreiber (33) des Energie-Netzwerks (30) erlaubt, wahlweise Energie (E) in die erste Energie-Übertragungsrichtung (R1) oder in die zweite Energie-Übertragungsrichtung (R2) zu übertragen (ST1, ST1.1, ST1.3); - Ermitteln, ob basierend auf der Netzbetreiber-Freigabe (FG33) eine Fahrzeugbetreiber-Freigabe (FG2) erteilt wird, wobei die Fahrzeugbetreiber-Freigabe (FG2) angibt, ob ein Austausch von Energie (E) in die erste Energie-Übertragungsrichtung (R1) oder in die zweite Energie-Übertragungsrichtung (R2) zugelassen wird (ST1; ST1.2); - Austauschen von Energie (E) zwischen dem Energie-Netzwerk (30) und dem mindestens einen Energiespeicher (7) in Abhängigkeit der aus der Netzbetreiber-Freigabe (FG33) und der Fahrzeugbetreiber-Freigabe (FG2) folgenden, freigegebenen Energie-Übertragungsrichtung (R1, R2) zum Erbringen der Netzdienstleistung (DL) (ST3).
  16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Netzbetreiber-Freigabe (FG33) in Abhängigkeit - einer Fahrzeugart (B) eines an die stationäre Energiebereitstellungsvorrichtung (EV) angekoppelten Fahrzeuges (1), und/oder - der Auslastung (L) des Energie-Netzwerkes (30), erteilt wird.
  17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Netzbetreiber-Freigabe (FG33) und/oder die Fahrzeugbetreiber-Freigabe (FG2) drahtlos zwischen dem Fahrzeug (1) und dem Energie-Netzwerk (30) und/oder dem Netzbetreiber (33) übertragen werden.
  18. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrzeugbetreiber-Freigabe (FG2) erteilt wird, wenn der Netzbetreiber (33) einem vom Fahrzeugbetreiber (2) für die Netzdienstleistung (DL) vorgegebenen Energie-Preis (P) zustimmt.
  19. Verarbeitungseinheit (13) zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verarbeitungseinheit (13) ausgebildet ist, eine elektrische Verbindung zwischen dem mindestens einen Energiespeicher (7) und der stationären Energiebereitstellungsvorrichtung (EV) derartig auszubilden, dass ein Austausch von Energie (E) - aus dem Energie-Netzwerk (30) über die stationäre Energiebereitstellungsvorrichtung (EV) in den mindestens einen Energiespeicher (7) des Fahrzeuges (1) in eine erste Energie-Übertragungsrichtung (R1), oder - aus dem mindestens einen Energiespeicher (7) des Fahrzeuges (1) über die stationäre Energiebereitstellungsvorrichtung (EV) in das Energie-Netzwerk (30) in eine zweite Energie-Übertragungsrichtung (R2) erfolgen kann, um durch den Fahrzeugbetreiber (2) des Fahrzeuges (1) eine Netzdienstleistung (DL) zu erbringen, wobei durch die erbrachte Netzdienstleistung (DL) eine aktuelle Auslastung (L) des Energie-Netzwerks (30) durch den Austausch von Energie (E) in die erste Energie-Übertragungsrichtung (R1) oder in die zweite Energie-Übertragungsrichtung (R2) kompensiert werden kann zum Stabilisieren des Energie-Netzwerkes (30).
  20. Fahrzeug (1), insbesondere Nutzfahrzeug, mit einer Verarbeitungseinheit (13) nach Anspruch 19, wobei das Fahrzeug (1) mindestens einen Energiespeicher (7) sowie mindestens einen Energieabnehmer (5) aufweist, wobei der Energiespeicher (7) ausgebildet ist, elektrische Energie (E) dauerhaft zu speichern, und der Energieabnehmer (5) ausgebildet ist, an eine stationäre Energiebereitstellungsvorrichtung (EV), beispielsweise eine Oberleitung (32) oder eine Fahrbahnleitung (34) anzukoppeln zum Austauschen von Energie (E) zwischen dem mindestens einen Energiespeicher (7) und dem Energie-Netzwerk (30).
  21. Fahrzeug (1) nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Verarbeitungseinheit (13) mit einer elektrischen Schaltvorrichtung (11) verbunden ist, wobei die elektrische Schaltvorrichtung (11) ausgebildet ist, in Abhängigkeit eines Kopplungs-Signals (SK) und/oder in Abhängigkeit einer Netzbetreiber-Freigabe (FG33) und/oder einer Fahrzeugbetreiber-Freigabe (FG2) eine elektrische Verbindung zwischen dem mindestens einen Energiespeicher (7) im Fahrzeug (1) und dem Energie-Netzwerk (30) aufzubauen.
  22. Fahrzeug (1) nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug (1) aus einem Zugfahrzeug (1a) und mindestens einem Anhänger (1b) besteht, wobei im Zugfahrzeug (1a) ein Zugfahrzeug-Energiespeicher (7a) und/oder im Anhänger (1b) ein Anhänger-Energiespeicher (7b) angeordnet ist/sind, wobei der Zugfahrzeug-Energiespeicher (7a) und/oder der Anhänger-Energiespeicher (7b) vorzugsweise selektiv über die stationäre Energiebereitstellungsvorrichtung (EV) mit dem Energie-Netzwerk (30) verbindbar sind.
  23. Fahrzeug (1) nach einem der Ansprüche 20 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem mindestens einen Energiespeicher (7) und dem mindestens einen Energieabnehmer (5) eine Wandler-Einrichtung (9) angeordnet ist zum Transformieren einer Netz-Spannung (U30) und/oder einer Netz-Frequenz (f30) des Energie-Netzwerks (30).
  24. Fahrzeug (1) nach einem der Ansprüche 20 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug (1) ein Hybridfahrzeug (1H) oder ein vollelektrisch angetriebenes Fahrzeug (1E) ist.
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