DE102021116469A1

DE102021116469A1 - Verfahren zum betreiben eines systems mit einer mehrzahl von ladestationen und system

Info

Publication number: DE102021116469A1
Application number: DE102021116469.9A
Authority: DE
Inventors: David Auzinger; Harald Fischer
Original assignee: Keba Energy Automation GmbH
Current assignee: Keba Energy Automation GmbH
Priority date: 2021-06-25
Filing date: 2021-06-25
Publication date: 2022-12-29
Also published as: EP4351916A1; WO2022268677A1

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Betreiben eines Systems mit einer Mehrzahl N1 von Ladestationen, einer Anzahl N2 von Vorrichtungen, wobei die jeweilige Vorrichtung einer oder mehreren der Ladestationen zugeordnet ist und eine Schaltmatrix zum Bereitstellen einer Mehrzahl von Schaltzuständen aufweist, mit: Laden von N3 Elektrofahrzeugen mittels N3 Ladestationen in einem bestimmten Zeitraum, in welchem eine Anzahl N4 der N1 Ladestationen frei ist, Ermitteln eines Koppelungswunsches eines weiteren Elektrofahrzeuges mit einer Ladestation, Bestimmen einer frei verfügbaren Ladeleistung des Systems zum Laden des weiteren Elektrofahrzeuges, Aushandeln eines Ladeplans mit dem weiteren Elektrofahrzeug, Starten des Ladens des weiteren Elektrofahrzeuges mittels des ausgehandelten Ladeplans, Aushandeln neuer Ladepläne mit einer Anzahl N5 der N3+1 Elektrofahrzeuge umfassend das weitere Elektrofahrzeug, welche zumindest ein Umschalten mittels einer der Schaltmatrizen umfassen, mit N5 ≤ N3+1, und Laden der N5 Elektrofahrzeuge mittels der ausgehandelten neuen Ladepläne.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Systems mit einer Mehrzahl von Ladestationen zum jeweiligen Laden eines Elektrofahrzeuges mit elektrischer Energie von einem mehrphasigen Teilnehmernetz. Ferner betrifft die Erfindung ein System mit einer Mehrzahl von Ladestationen zum jeweiligen Laden eines Elektrofahrzeuges mit elektrischer Energie von einem mehrphasigen Teilnehmernetz.
STAND DER TECHNIK
Das vorliegende technische Gebiet betrifft das Laden von Energiespeichern von Elektrofahrzeugen. Hierzu beschreibt beispielsweise das Europäische Patent EP 2 882 607 B1 der Anmelderin eine Ladestation für Elektrofahrzeuge, mit wenigstens einer Eingangsschnittstelle zur Einspeisung von elektrischer Energie aus einem ortsfesten Stromversorgungsnetz in die Ladestation, mit einer Anschlussbuchse zum Verbinden eines Ladesteckers eines Elektrofahrzeuges zur gesteuerten Abgabe von elektrischer Energie an das Elektrofahrzeug, mit einer Mehrzahl von elektrotechnischen Komponenten umfassend eine elektronische Steuervorrichtung zum Schalten, Messen oder Überwachen der aufgenommenen und/oder der abgegebenen elektrischen Energie, und mit einem die elektrotechnischen Komponenten umschließenden Gehäuse.
Bei Elektrofahrzeugen sind unterschiedliche Ladeverfahren bekannt, so gibt es Schnellladeverfahren, bei welchen die Ladestation dem Elektrofahrzeug Gleichspannung /-strom (DC) zur Verfügung stellt, oder aber auch Wechselstromladeverfahren, wobei dem Elektrofahrzeug einphasig oder mehrphasig, insbesondere zweiphasig oder dreiphasig, Wechselstrom (AC) zur Verfügung gestellt wird, welchen das ladende Fahrzeug mittels einem eingebauten AC/DC Wandler in Gleichstrom für den zu ladenden Energiespeicher umwandelt. Bei den Wechselstromladeverfahren kontrolliert eine Ladelogik des Fahrzeugs oder des Energiespeichers den Ladevorgang.
Ferner beschreibt die Patentanmeldung EP 2 688 177 A1 ein Verfahren, welches das Identifizieren der Ankunft von Elektrofahrzeugen an Ladeterminals und ein Identifizieren des Energiebedarfs der Elektrofahrzeuge beinhaltet. Nach der Identifizierung des Energiebedarfs und vor der Übertragung der Energie an die Elektrofahrzeuge werden Phasen des von drei Phasenleitern transportierten elektrischen Stroms an die Ladeterminals zugewiesen. Dabei ist in dieser europäischen Patentanmeldung EP 2 688 177 A1 beschrieben, dass zuerst ein Ladeplan für alle Elektrofahrzeuge ausgehandelt wird und anschließend die Phasen in die richtige Stellung gebracht werden, gefolgt vom Beginn der Ladesession für die Elektrofahrzeuge.
Generell ist es allerdings bei den nach ISO 15118 normierten Ladeplanverhandlungen zwischen Ladestation und Elektrofahrzeug so, dass das Elektrofahrzeug die endgültige Entscheidungshoheit darüber hat, ob es einen Ladeplan akzeptiert oder nicht. Daher kann eine Ladeplanverhandlung einige Zeit in Anspruch nehmen, insbesondere wenn, wie bei der EP 2 688 177 A1 , mit vielen Elektrofahrzeugen eine einzige Lösung gefunden werden muss.
Für den Fall eines neu bei einem System mit mehreren Ladestationen ankommenden Elektrofahrzeuges ist festzustellen, dass bei den herkömmlichen Verfahren zuerst mit allen bereits ladenden Elektrofahrzeugen eine Lösung ausverhandelt werden muss, bevor das neu angekommene Elektrofahrzeug beginnen kann zu laden.
Aus diesem Grund kann es häufiger vorkommen, dass ein Fahrer eines solchen neu angekommenen Elektrofahrzeuges mehrere Minuten warten muss, um sicherzustellen, dass sein Elektrofahrzeug auch tatsächlich lädt. Eine solche Wartezeit ist für viele Fahrer von Elektrofahrzeugen unangenehm und für einige auch nicht zufriedenstellend.
Weitere herkömmliche Lösungen sind aus den Dokumenten EP 3 664 244 A1 , EP 3 729 593 A1 , DE 11 2013 007 137 T5 , EP 2 465 176 B1 , DE 10 2016 212 135 A1 , DE 10 2017 100 138 A1 , WO 2020/167132 A1 und DE 10 2009 060 364 A1 bekannt.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das Laden, insbesondere das gleichzeitige Laden, der Energiespeicher einer Mehrzahl von Elektrofahrzeugen zu verbessern.
Die gestellte Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch ein System mit den Merkmalen des Anspruchs 16 gelöst.
Gemäß einem ersten Aspekt wird ein Verfahren zum Betreiben eines Systems mit einer Mehrzahl N1 von Ladestationen zum jeweiligen Laden eines Elektrofahrzeuges mit elektrischer Energie von einem mehrphasigen Teilnehmernetz mittels eines an einer Anzahl von Ausgangsleitern bereitgestellten Ladestroms, einer Anzahl N2 von Vorrichtungen, wobei die jeweilige Vorrichtung einer oder mehreren der Ladestationen zugeordnet ist und eine Schaltmatrix zum Bereitstellen einer Mehrzahl von Schaltzuständen aufweist, wobei ein jeweiliger Schaltzustand eine Zuordnung von einer bestimmten Phase des mehrphasigen Teilnehmernetzes zu einem bestimmten Ausgangsleiter der Anzahl umfasst, mit N2 < N1, vorgeschlagen. Das Verfahren umfasst:

a) Laden von N3 Elektrofahrzeugen, mit N3 < N1, mittels N3 Ladestationen in einem bestimmten Zeitraum, in welchem eine Anzahl N4 der N1 Ladestationen frei ist, mit N4 = N1 - N3,
b) Ermitteln eines Koppelungswunsches eines weiteren Elektrofahrzeuges mit einer bestimmten der N4 Ladestationen zu einem bestimmten Zeitpunkt,
c) Bestimmen einer frei verfügbaren Ladeleistung des Systems zum Laden des weiteren Elektrofahrzeuges,
d) Aushandeln eines Ladeplans mit dem weiteren Elektrofahrzeug, welcher zumindest ein Laden des weiteren Elektrofahrzeuges mit einer Ladeleistung, welche kleiner gleich der in Schritt c) bestimmten frei verfügbaren Ladeleistung des Systems ist, umfasst,
e) Starten des Ladens des weiteren Elektrofahrzeuges mittels des ausgehandelten Ladeplans,
f) Aushandeln neuer Ladepläne mit einer Anzahl N5 der N3+1 Elektrofahrzeuge umfassend das weitere Elektrofahrzeug, welche zumindest ein Umschalten mittels einer der Schaltmatrizen umfassen, mit N5 ≤ N3+1, und
g) Laden der N5 Elektrofahrzeuge mittels der ausgehandelten neuen Ladepläne.

Bei dem vorliegenden Verfahren kann das weitere Elektrofahrzeug, d. h. das neu an dem System angekommene Elektrofahrzeug, sofort mit dem Laden starten und der Fahrer oder Nutzer dieses Elektrofahrzeuges erkennt deutlich schneller als bei den herkömmlichen Lösungen, ob sein Elektrofahrzeug durch die Ladestation tatsächlich geladen wird. Damit reduzieren sich sowohl die Ladezeit zum Laden des Elektrofahrzeuges als auch die notwendige Verweilzeit des Fahrers am Fahrzeug, der sicherstellen möchte, dass sein Fahrzeug tatsächlich geladen wird. Im Detail wird gemäß Schritt e) das Laden des weiteren Elektrofahrzeuges mittels eines nur mit dem weiteren Elektrofahrzeug ausgehandelten Ladeplans gestartet, noch bevor neue Ladepläne mit bereits ladenden Elektrofahrzeugen gemäß Schritt f) ausgehandelt werden.
Die Ladestation weist beispielsweise ein Gehäuse, insbesondere ein wasserdichtes Gehäuse, mit einem Innenraum auf, in dem eine Mehrzahl von elektrischen und/oder elektronischen Komponenten und eine mit zumindest einer der Komponenten verbundene Anschlussbuchse zum Verbinden eines Ladesteckers für den Energiespeicher des Elektrofahrzeuges angeordnet sind.
Die Ladestation kann auch als Ladeanschlussvorrichtung bezeichnet werden. Die Ladestation ist insbesondere als Wallbox ausgebildet. Die Ladestation ist zum Aufladen bzw. Regenerieren des Energiespeichers eines Elektrofahrzeuges geeignet, indem die Ladestation über ihre Anschlussbuchse und den Ladestecker des Elektrofahrzeuges mit dem Energiespeicher bzw. der Ladeelektronik des Elektrofahrzeuges elektrisch verbunden wird. Die Ladestation agiert dabei als Bezugsquelle für elektrische Energie für das Elektrofahrzeug, wobei die elektrische Energie in einen Energiespeicher des Elektrofahrzeuges mittels Anschlussbuchse und Ladestecker übertragen werden kann. Die Ladestation kann auch als intelligente Stromtankstelle für Elektrofahrzeuge bezeichnet werden. Die Ladestation ist insbesondere eine 3-phasige AC oder eine DC transformatorlose Ladestation.
Beispiele für die elektrischen und/oder elektronischen Komponenten der Ladestation umfassen Schütz, Allstromsensitiver-Schutzschalter, Gleich-, Über- und Fehlerstrom-Überwachungsvorrichtung, Relais, Anschlussklemme, , elektronische Schaltkreise und eine Steuervorrichtung, beispielsweise umfassend eine Leiterplatte, auf welcher eine Mehrzahl von elektronischen Bauelementen zum Steuern und/oder Messen und/oder Überwachen der Energiezustände an der Ladestation bzw. im verbundenen Elektrofahrzeug angeordnet sind und bei einer DC Ladestation zusätzlich einen AC/DC-Wandler
Der AC/DC-Wandler kann auch als Umrichter bezeichnet werden. Der AC/DC-Wandler ist insbesondere zum Wandeln einer Wechselspannung in eine Gleichspannung und/oder zum Wandeln einer Gleichspannung in eine Wechselspannung eingerichtet. Die DC Ladestation umfasst insbesondere einen dem Umrichter nachgeschalteten Zwischenkreis mit einer Anzahl von Zwischenkreiskondensatoren, die mit einem Zwischenkreismittelpunkt verbunden sind.
Das mehrphasige Netz ist beispielsweise ein mehrphasiges Teilnehmernetz. Das mehrphasige Netz kann auch ein mehrphasiges Energieversorgungsnetz sein.
Das mehrphasige Netz hat insbesondere eine Anzahl von Phasen, beispielsweise L1, L2 und L3, sowie einen Neutralleiter (auch bezeichnet mit N).
Insbesondere ist die jeweilige Ladestation nicht nur zum Laden, sondern zum Laden und/oder Entladen eines Energiespeichers eingerichtet.
Es sei angemerkt, dass das „Laden und/oder Entladen eines Energiespeichers“ sowohl ein Zuführen von elektrischer Energie als auch ein Entnehmen von elektrischer Energie umfasst. Das heißt, dass der Energiespeicher als Verbraucher oder als Erzeuger in dem Teilnehmernetz wirken kann.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Ermitteln eines Koppelungswunsches eines weiteren Elektrofahrzeuges mit einer bestimmten der N4 Ladestationen ausgebildet durch:

i) Ermitteln eines Koppelns des weiteren Elektrofahrzeuges mit der bestimmten der N4 Ladestationen, insbesondere umfassend ein Ermitteln eines Verbindens eines Ladekabels der Ladestation mit dem weiteren Elektrofahrzeug,
ii) Ermitteln des Kopplungswunsches mittels einer Bilderfassungsvorrichtung des Systems, welche insbesondere eine Videoüberwachung des Systems beinhaltet, und/oder
iii) Ermitteln des Kopplungswunsches aus einer über eine Kommunikationsschnittstelle übermittelten Anfrage des weiteren Elektrofahrzeuges oder eines Benutzerendgeräts an das System.

Die Kommunikationsschnittstelle umfasst vorzugsweise eine RFID-Datenübertragung, eine Bluetooth-Datenübertragung, eine Datenübertragung des Navigationsgeräts oder Infotainmentsystems des weiteren Elektrofahrzeuges und/oder eine internetbasierte Datenübertragung, insbesondere zwischen dem weiteren Elektrofahrzeug oder dem Benutzerendgerät und der Steuervorrichtung des Systems.
Das Benutzerendgerät ist zum Beispiel ein Smartphone, ein Tablet, ein Rechner oder ein Token, zum Beispiel ein RFID-Token. Die Anfrage wird zum Beispiel vom Nutzer ausgelöst oder automatisch von dem weiteren Elektrofahrzeug ausgelöst, zum Beispiel wenn das weitere Elektrofahrzeug in einem vorbestimmten Bereich des Systems ankommt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform werden in dem Schritt f) die neuen Ladepläne derart ausgehandelt, dass zumindest einer der neuen Ladepläne bei Bedarf nach einer gewissen Zeit eine Leistungsreduktion auf Null für eine bestimmte Zeitspanne umfasst, damit das Umschalten mittels einer der Schaltmatrizen möglich ist, um dann mit einer Ladeleistung, welche größer Null ist, weiterzuladen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Schritt f) ausgebildet durch Aushandeln neuer Ladepläne mit einer Untermenge N5 der N3+1 Elektrofahrzeuge umfassend das weitere Elektrofahrzeug, welche zumindest ein Umschalten mittels einer der Schaltmatrizen umfassen, mit N5 < N3+1.
Insbesondere ist die Untermenge dieser Ausführungsform eine echte Teilmenge von N3+1. Folglich werden bei dieser Ausführungsform die neuen Ladepläne mit einer geringeren Anzahl von Elektrofahrzeugen ausgehandelt, was vorteilhafterweise Zeit und Aufwand für die Steuervorrichtung des Systems einspart.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform werden die neuen Ladepläne derart mit den N5 Elektrofahrzeugen ausgehandelt, um eine bestimmte Leistungsverteilung zwischen den N5 Elektrofahrzeugen zu erzielen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die bestimmte Leistungsverteilung eine vorgegebene Leistungsverteilung, insbesondere eine ideale Leistungsverteilung.
Die ideale Leistungsverteilung ist beispielsweise eine Gleichverteilung der elektrischen Energie zwischen den ladenden Elektrofahrzeugen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform erfolgt das Aushandeln der Schritte d) und f) gemäß der ISO 15118.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist N2 = N1. Dabei ist jede der N2 Vorrichtungen genau einer der N1 Ladestationen zugeordnet, wobei die zugeordnete Vorrichtung zwischen die jeweilige Ladestation und das mehrphasige Teilnehmernetz geschaltet ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Schritt c) ausgebildet durch:

c1) Ermitteln einer zu dem bestimmten Zeitpunkt frei verfügbaren Ladeleistung des Systems zum Laden des weiteren Elektrofahrzeuges, und
c2) falls die ermittelte frei verfügbare Ladeleistung kleiner als eine für einen Ladestart des weiteren Elektrofahrzeuges notwendige Ladeleistung ist, Reduzieren der Ladeleistung einer oder mehrerer der N3 Elektrofahrzeuge derart, um die frei verfügbare Ladeleistung des Systems zu erhöhen und dem weiteren Elektrofahrzeug den Ladestart zu ermöglichen.

Bei dieser Ausführungsform wird zwar zumindest einem oder mehreren der N3 bereits ladenden Elektrofahrzeuge etwas Ladeleistung genommen, dies hat aber den technischen Vorteil, dass sichergestellt ist, dass das weitere Elektrofahrzeug sofort zu laden beginnen kann, obwohl die eigentlich freiverfügbare Ladeleistung des Systems nicht für einen Ladestart des weiteren Elektrofahrzeuges ausreichen würde. D. h. selbst für diesen Fall, dass die frei verfügbare Ladeleistung des Systems zum Laden des weiteren Elektrofahrzeuges nicht ausreichen würde, ist hier eine technische Lösung geschaffen, das weitere Elektrofahrzeug sofort zu laden und damit die Verweildauer des Nutzers am Fahrzeug zu minimieren. Durch diese Minimierung der notwendigen Verweildauer des Nutzers am Fahrzeug wird das Vertrauen der Nutzer in die Funktionalität des Systems erhöht.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst der Schritt d):

Aushandeln eines Ladeplans mit dem weiteren Elektrofahrzeug, welcher zumindest ein Laden des weiteren Elektrofahrzeuges mit einer Ladeleistung, welche kleiner gleich der gemäß Schritt c2) erhöhten frei verfügbaren Ladeleistung des Systems ist, umfasst. Bei dieser Ausführungsform kann dann das weitere Elektrofahrzeug sofort mit einer Ladeleistung bis zur erhöhten frei verfügbaren Ladeleistung des Systems geladen werden.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst der Schritt d):

d1) Ermitteln einer bestimmten Leistungsverteilung für die N3+1 zu ladenden Elektrofahrzeuge basierend auf einer bestimmten Vorgabe-Information, und
d2) Aushandeln eines Ladeplans mit dem weiteren Elektrofahrzeug (3), welcher umfasst:
- - Laden des weiteren Elektrofahrzeuges mit einer ersten Ladeleistung für eine erste Zeitdauer, wobei die erste Ladeleistung kleiner gleich als die in Schritt c) bestimmte frei verfügbare Ladeleistung des Systems ist, und anschließend
- - Laden des weiteren Elektrofahrzeuges mit einer zweiten Ladeleistung für eine zweite Zeitdauer, wobei die zweite Ladeleistung größer als die erste Ladeleistung ist und der ermittelten bestimmten Leistungsverteilung entspricht.

Folglich startet das Laden des weiteren Elektrofahrzeuges mittels des ausgehandelten Ladeplans. Der ausgehandelte und damit auch dem weiteren Elektrofahrzeug bekannte Ladeplan sieht vor, dass das weitere Elektrofahrzeug sofort zu laden beginnen kann und in der zweiten Zeitdauer mit einer größeren Ladeleistung, d. h. der zweiten Ladeleistung, laden kann. Die zweite Ladeleistung ist nicht nur größer als die erste Ladeleistung, sondern entspricht vorzugsweise auch der ermittelten bestimmten Leistungsverteilung, welche beispielsweise eine Gleichverteilung der elektrischen Leistung auf die N3+1 zu ladenden Elektrofahrzeuge entsprechen kann. Eine solche Gleichverteilung kann beispielsweise durch die Vorgabe-Information bestimmt werden. Die Vorgabe-Information wird beispielsweise von der Steuervorrichtung des Systems bestimmt. Die Vorgabe-Information kann aber auch Abweichungen von einer Gleichverteilung beinhalten, insbesondere bei unterschiedlichen Typen von zu ladenden Elektrofahrzeugen und/oder bei unterschiedlichen Ladeverträgen der Elektrofahrzeuge.
Außerdem ist diese Ausführungsform dahingehend optimiert, dass das weitere Elektrofahrzeug schon zu Beginn des Ladens eine realistische Ladezeit berechnen kann, da die zweite Ladeleistung zum einen der ermittelten bestimmten Leistungsverteilung entspricht und zum anderen der Ladeleistung, welche mit einem neuen Ladeplan ausgehandelt werden wird, näherkommt als die erste Ladeleistung.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die in Schritt d1) ermittelte bestimmte Leistungsverteilung eine vorgegebene Leistungsverteilung, insbesondere eine ideale Leistungsverteilung.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird in dem Schritt d1) die bestimmte Leistungsverteilung für die N3+1 zu ladenden Elektrofahrzeuge basierend auf der bestimmten Vorgabe-Information und basierend auf von den N3 ladenden Elektrofahrzeugen bereitgestellten Informationen ermittelt.
Die Vorgabe-Information kann insbesondere mittels der Steuervorrichtung bereitgestellt werden und angeben, wie viel der vorhandenen elektrischen Energie das jeweilige Elektrofahrzeug beziehen darf. Hierzu kann beispielsweise eine Gleichverteilung angesetzt werden. Des Weiteren können die angeschlossenen Elektrofahrzeuge, die bereits laden, Informationen über ihr spezifisches Laden und/oder ihren spezifischen Status über ihre Kommunikationsschnittstellen an die Steuervorrichtung mitteilen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die jeweilige Schaltmatrix eine Anzahl von Wechselrelais auf, wobei jedes Wechselrelais in einer ersten Schaltposition einen ersten Knoten mit einem zweiten Knoten verbindet und in einer zweiten Schaltposition den ersten Knoten mit einem dritten Knoten verbindet, mittels der ein jeweiliger Ausgangsleiter der Anzahl zu jedem Zeitpunkt nur genau einer Phase des mehrphasigen Teilnehmernetzes zugeordnet wird. Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Anzahl von Wechselrelais der Schaltmatrix wenigstens ein bistabiles Relais, insbesondere ein Doppelspulen-Relais.
Details hierzu sind in der Patentanmeldung DE 10 2021 104 573.8 der Anmelderin beschrieben, welche durch Bezugnahme hiermit vollumfänglich miteinbezogen wird (incorperation by reference).
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Ladestation eine Anschlussbuchse mit einer Anzahl von Kopplungspunkten zum Anschließen eines Ladekabels. Das Ladekabel verbindet insbesondere das Elektrofahrzeug oder den Energiespeicher des Elektrofahrzeuges mit der Anschlussbuchse und ist zum Übertragen des Ladestroms eingerichtet.
Die Anschlussbuchse kann weitere Kopplungspunkte aufweisen, beispielsweise um einen Schutzleiter und/oder einen oder mehrere Signal- oder Datenübertragungs-Leiter zu verbinden. Die Anschlussbuchse kann derart ausgestaltet sein, dass diese mit unterschiedlichen Spezifikationen kompatibel ist, insbesondere kann die Anschlussbuchse abwärtskompatibel sein, das heißt, dass sie beispielsweise mit einem Ladekabel zum einphasigen, zweiphasigen oder auch dreiphasigen Laden koppelbar ist. In Ausführungsformen kann die Ladestation mehrere Anschlussbuchsen für unterschiedlich ausgestaltete Ladekabel aufweisen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform hat die Ladestation drei Anschlussklemmen für die drei Phasen des mehrphasigen Teilnehmernetzes sowie eine weitere Anschlussklemme für den Neutralleiter. Insbesondere ist eine EMV-Filtervorrichtung den Anschlussklemmen nachgeschaltet. Des Weiteren umfasst die Ladestation vorzugsweise eine der EMV-Filtervorrichtung nachgeschaltete LCL-Filtervorrichtung, und im Fall einer DC-Ladestation zusätzlich einen AC/DC-Wandler, einen Zwischenkreis, einen DC/DC-Wandler sowie einen Ausgangszwischenkreis, an dem ein negativer Ausgangspotentialabgriff und ein positiver Ausgangspotentialabgriff angeschlossen sind. Insbesondere kann im Falle einer DC-Ladestation eine EMV-Filtereinrichtung zwischen dem negativen Ausgangspotentialabgriff und dem positiven Ausgangspotentialabgriff angeschlossen sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Ladestation ein Kommunikationsmodul. Das Kommunikationsmodul ist vorzugsweise dazu eingerichtet, den Ladeplan mit einer Ladeelektronik des mit der Ladestation gekoppelten Energiespeichers auszuhandeln.
Das Aushandeln erfolgt beispielsweise wie in der ISO 15118 beschrieben. Beispielsweise fragt die Ladeelektronik des Energiespeichers eine bestimmte Ladeleistung über das Kommunikationsmodul bei der Ladestation an und die Ladestation, beispielsweise die Steuervorrichtung der Ladestation, ermittelt, ob die angefragte Ladeleistung bereitstellbar ist. Hierbei werden insbesondere ein aktueller Zustand des Teilnehmernetzes und/oder des Energieversorgungsnetzes berücksichtigt. Wenn die angefragte Ladeleistung nicht bereitstellbar ist, kann die Ladestation über das Kommunikationsmodul einen „Gegenvorschlag“ machen, welcher von der Ladeelektronik des Energiespeichers angenommen werden kann oder aber die Ladeelektronik stellt erneut eine eigene Anfrage. Auf diese Weise kommunizieren die Ladestation und die Ladeelektronik, bis der Ladeplan ausgehandelt ist. Das Aushandeln des Ladeplans ist insbesondere Teil des Kopplungsvorgangs sein, wenn ein Energiespeicher neu mit der Ladestation verbunden wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Ladestation eine Leistungsschaltvorrichtung zum sicheren Trennen der Anzahl von Ausgangsleitern von dem mehrphasigen Teilnehmernetz. Die Leistungsschaltvorrichtung kann als ein elektro-mechanisches Element, wie beispielsweise ein Schütz oder ein Vierphasen-Relais, ausgebildet sein. Die Leistungsschaltvorrichtung kann individuell für eine jeweilige Phase des mehrphasigen Teilnehmernetzes und/oder für einen jeweiligen Ausgangsleiter der Schaltmatrix ausgebildet und ansteuerbar sein, so dass sich beispielsweise einzelne Zuordnungen mittels der Leistungsschaltvorrichtung unterbrechen lassen.
Gemäß einem zweiten Aspekt wird ein System mit einer Mehrzahl N1 von Ladestationen zum jeweiligen Laden eines Elektrofahrzeuges mit elektrischer Energie von einem mehrphasigen Teilnehmernetz mittels eines an einer Anzahl von Ausgangsleitern bereitgestellten Ladestroms, einer Anzahl N2 von Vorrichtungen, wobei die jeweilige Vorrichtung einer oder mehreren der Ladestationen zugeordnet ist und eine Schaltmatrix zum Bereitstellen einer Mehrzahl von Schaltzuständen aufweist, wobei ein jeweiliger Schaltzustand eine Zuordnung von einer bestimmten Phase des mehrphasigen Teilnehmernetzes zu einem bestimmten Ausgangsleiter der Anzahl umfasst, mit N2 ≤ N1, vorgeschlagen. Das System umfasst ferner eine Steuervorrichtung, welche dazu eingerichtet ist,

- ein Laden von N3 Elektrofahrzeugen, mit N3 < N1, mittels N3 Ladestationen in einem bestimmten Zeitraum, in welchem eine Anzahl N4 der N1 Ladestationen frei ist, mit N4 = N1 - N3, zu steuern,
- einen Koppelungswunsch eines weiteren Elektrofahrzeuges mit einer bestimmten der N4 Ladestationen zu einem bestimmten Zeitpunkt zu ermitteln,
- eine frei verfügbare Ladeleistung des Systems zum Laden des weiteren Elektrofahrzeuges zu bestimmen,
- einen Ladeplan mit dem weiteren Elektrofahrzeug auszuhandeln, welcher zumindest ein Laden des weiteren Elektrofahrzeuges mit einer Ladeleistung, welche kleiner gleich der bestimmten frei verfügbaren Ladeleistung des Systems ist, umfasst,
- das Laden des weiteren Elektrofahrzeuges mittels des ausgehandelten Ladeplans zu starten,
- neue Ladepläne mit einer Anzahl N5 der N3+1 Elektrofahrzeuge umfassend das weitere Elektrofahrzeug auszuhandeln, welche zumindest ein Umschalten mittels einer der Schaltmatrizen umfassen, mit N5 ≤ N3+1, und
- ein Laden der N5 Elektrofahrzeuge mittels der ausgehandelten neuen Ladepläne zu steuern.

Die Steuervorrichtung kann hardwaretechnisch und/oder auch softwaretechnisch implementiert sein. Bei einer hardware-technischen Implementierung kann die Steuervorrichtung als Vorrichtung oder als Teil einer Vorrichtung, zum Beispiel als Computer oder als Mikroprozessor oder als Steuerrechner ausgebildet sein. Bei einer softwaretechnischen Implementierung kann die Steuervorrichtung ein Computerprogrammprodukt, eine Funktion, eine Routine, einen Teil eines Programmcodes oder ein ausführbares Objekt umfassen.
Dieses System weist die gleichen Vorteile auf, die zu dem Verfahren gemäß dem ersten Aspekt erläutert sind. Die für das vorgeschlagene Verfahren beschriebenen Ausführungsformen gelten für das vorgeschlagene System entsprechend. Weiterhin gelten die Definitionen und Erläuterungen zu dem Verfahren auch für das vorgeschlagene System entsprechend.
„Ein“ ist vorliegend nicht zwingend als beschränkend auf genau ein Element zu verstehen. Vielmehr können auch mehrere Elemente, wie beispielsweise zwei, drei oder mehr, vorgesehen sein. Auch jedes andere hier verwendete Zählwort ist nicht dahingehend zu verstehen, dass eine Beschränkung auf genau die genannte Anzahl von Elementen gegeben ist. Vielmehr sind zahlenmäßige Abweichungen nach oben und nach unten möglich, soweit nichts Gegenteiliges angegeben ist.
Weitere mögliche Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale oder Ausführungsformen. Dabei wird der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der Erfindung hinzufügen.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Aspekte der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele der Erfindung. Im Weiteren wird die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigelegten Figuren näher erläutert.

1 zeigt schematisch eine erste Ausführungsform eines Systems mit einer Mehrzahl von Ladestationen zum Laden einer Mehrzahl von Elektrofahrzeugen;
2 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm einer ersten Ausführungsform eines Verfahrens zum Betreiben des Systems nach 1;
3 zeigt ein schematisches Schaltbild einer Ausführungsform einer Ladestation zum Laden eines Energiespeichers eines Elektrofahrzeuges;
4 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm einer zweiten Ausführungsform eines Verfahrens zum Betreiben des Systems nach 1;
5 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm einer dritten Ausführungsform eines Verfahrens zum Betreiben des Systems nach 1;
6 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm einer vierten Ausführungsform eines Verfahrens zum Betreiben des Systems nach 1; und
7 zeigt schematisch eine zweite Ausführungsform eines Systems mit einer Mehrzahl von Ladestationen zum Laden einer Mehrzahl von Elektrofahrzeugen.

In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen worden, sofern nichts anderes angegeben ist.
Hinsichtlich der in der nachfolgenden Figurenbeschreibung verwendeten verschiedenen Anzahlen N1 - N5 gilt das Folgende:

N1: Anzahl der Ladestationen, mit N1 ≥ 2
N2: Anzahl der Vorrichtungen mit Schaltmatrix, mit N2 ≤ N1
N3: Anzahl der Elektrofahrzeuge, die bereits vor dem Schritt S20 geladen werden
N4: Anzahl noch freier Ladestationen vor dem Schritt S20, mit N4 = N1-N3
N5: Anzahl der Elektrofahrzeuge, mit denen ein neuer Ladeplan ausgehandelt wird

1 zeigt schematisch eine erste Ausführungsform eines Systems 1 mit einer Mehrzahl N1 von Ladestationen 10 zum Laden einer Mehrzahl von Elektrofahrzeugen 2, 3 von einem mehrphasigen Teilnehmernetz 4 mittels eines an einer Anzahl von Ausgangsleitern Llout, L2out, L3out bereitgestellten Ladestroms. Außerdem zeigt die 2 ein schematisches Ablaufdiagramm einer ersten Ausführungsform eines Verfahrens zum Betreiben des Systems 1 nach 1. Die beiden 1 und 2 werden im Folgenden gemeinsam erläutert:
In dem Beispiel der 1 ist das mehrphasige Teilnehmernetz 4 mittels eines Netzanschlusspunktes 5 an ein mehrphasiges Energieversorgungsnetz 6 angeschlossen. Das mehrphasige Teilnehmernetz 4 hat insbesondere eine Anzahl von Phasen, beispielsweise L1, L2 und L3, sowie einen Neutralleiter (nicht gezeigt). Es handelt sich in diesem Beispiel ohne Beschränkung der Allgemeinheit jeweils um dreiphasige Stromnetze. Das jeweilige Elektrofahrzeug 2, 3 ist mittels eines Ladekabels 7, das mit einer Anschlussbuchse (nicht gezeigt) der jeweiligen Ladestation 10 verbunden ist, mit der Ladestation 10 gekoppelt.
Die Ladestation 10 kann eine Anzahl elektrischer und/oder elektronischer Komponenten aufweisen (nicht dargestellt in 1) und ist zum Laden und/oder Entladen des Energiespeichers 2a, 3a des Elektrofahrzeuges 2, 3 mit elektrischer Energie mittels des mit der Ladestation 10 gekoppelten mehrphasigen Teilnehmernetzes 4 eingerichtet.
Außerdem umfasst die Ladestation 1 vorzugsweise ein Kommunikationsmodul (nicht gezeigt). Das Kommunikationsmodul ist dazu eingerichtet, Daten mit einer Ladeelektronik des mit der Ladestation 10 gekoppelten Energiespeichers 2a, 3a auszutauschen.
Wie die 1 zeigt, hat das System 1 der 1 drei Ladestationen 10, mit N1 = 3. Im Allgemeinen gilt: N1 ≥ 2.
Des Weiteren hat das System 1 der 1 eine Anzahl N2 von Vorrichtungen 20, mit N2 ≤ N1. Dabei ist die jeweilige Vorrichtung 20 einer oder mehreren der Ladestationen 10 zugeordnet und umfasst eine Schaltmatrix 30 (siehe beispielsweise 3) zum Bereitstellen einer Mehrzahl von Schaltzuständen. Dabei umfasst ein jeweiliger Schaltzustand eine Zuordnung von einer bestimmten Phase L1, L2, L3 des mehrphasigen Teilnehmernetzes 4 zu einem bestimmten der Ausgangsleiter L1out, L2out, L3out. In dem Beispiel der 1 ist N2 = N1. Damit ist die jeweilige Vorrichtung 20 genau einer der Ladestationen 10 zugeordnet. Eine Alternative hierzu zeigt die unten erläuterte 3.
Außerdem umfasst das System 1 der 1 eine Steuervorrichtung 40, welche dazu eingerichtet ist, das Verfahren nach 2 auszuführen. Das Verfahren gemäß 2 umfasst die Schritte S10 - S70:

In Schritt S10 werden N3 Elektrofahrzeuge 2, mit N3 < N1, mittels N3 Ladestationen 10 in einem bestimmten Zeitraum geladen, wobei in diesem bestimmten Zeitraum eine Anzahl N4 der N1 Ladestationen frei ist, mit N4 = N1 - N3.

In dem Beispiel der 1 werden die beiden Elektrofahrzeuge mit dem Bezugszeichen 2 in besagtem bestimmtem Zeitraum geladen, mit N3 = 2. Folglich ist in besagtem bestimmtem Zeitraum noch eine Ladestation 10 frei, die unterste Ladestation 10 in 1 (N4 = 1).
In dem Schritt S20 wird ein Koppelungswusch eines weiteren Elektrofahrzeuges, das Elektrofahrzeug mit dem Bezugszeichen 3 in 1, mit einer bestimmten der N4 Ladestationen 10, die unterste Ladestation 10 in 1, zu einem bestimmten Zeitpunkt ermittelt.
Dabei ist das Ermitteln eines Koppelungswunsches eines weiteren Elektrofahrzeuges 3 mit der bestimmten der N4 Ladestationen 10 vorzugsweise ausgebildet durch:

i) Ermitteln eines Koppelns des weiteren Elektrofahrzeuges 3 mit der bestimmten der N4 Ladestationen 10, insbesondere umfassend ein Ermitteln eines Verbindens des Ladekabels 7 der Ladestation 10 mit dem weiteren Elektrofahrzeug 3,
ii) Ermitteln des Kopplungswunsches mittels einer Bilderfassungsvorrichtung (nicht gezeigt) des Systems 1, welche insbesondere eine Videoüberwachung des Systems 1 beinhaltet, und/oder
iii) Ermitteln des Kopplungswunsches aus einer über eine Kommunikationsschnittstelle übermittelten Anfrage des weiteren Elektrofahrzeuges 3 oder eines Benutzerendgeräts (nicht gezeigt) an das System 1.

Die Kommunikationsschnittstelle umfasst vorzugsweise eine RFID-Datenübertragung, eine Bluetooth-Datenübertragung, eine Datenübertragung des Navigationsgeräts oder Infotainmentsystems des weiteren Elektrofahrzeuges 3 und/oder eine internetbasierte Datenübertragung, insbesondere zwischen dem weiteren Elektrofahrzeug 3 oder dem Benutzerendgerät und der Steuervorrichtung 40 des Systems 1.
Das Benutzerendgerät ist zum Beispiel ein Smartphone, ein Tablet, ein Rechner oder ein Token, zum Beispiel ein RFID-Token. Die Anfrage wird zum Beispiel vom Nutzer ausgelöst oder automatisch von dem weiteren Elektrofahrzeug ausgelöst, zum Beispiel wenn das weitere Elektrofahrzeug in einem vorbestimmten Bereich des Systems 1 ankommt.
Mit anderen Worten, die beiden oberen Elektrofahrzeuge 2 in 1 werden bereits geladen, wenn das weitere Elektrofahrzeug 3 ankommt und mit der unteren Ladestation 10 der 1 gekoppelt wird. Dieses Koppeln bzw. dieser Koppelungswunsch wird in Schritt S20 ermittelt.
In Schritt S30 wird die frei verfügbare Ladeleistung des Systems 1 zum Laden des weiteren Elektrofahrzeuges 3 bestimmt.
In Schritt S40 wird ein Ladeplan mit dem weiteren Elektrofahrzeug 3 ausgehandelt. Der Ladeplan umfasst zumindest ein Laden des weiteren Elektrofahrzeuges 3 mit einer Ladeleistung, welche kleiner gleich als die in Schritt S30 bestimmte frei verfügbare Ladeleistung des Systems 1 ist.
In Schritt S50 wird das Laden des weiteren Elektrofahrzeuges 3 mittels des ausgehandelten Ladeplans gestartet.
Im Schritt S60 werden neue Ladepläne mit einer Anzahl N5 der N3+1 Elektrofahrzeuge 2, 3 umfassend das weitere Elektrofahrzeug 3 ausgehandelt, wobei die neuen Ladepläne zumindest ein Umschalten mittels einer der Schaltmatrizen 30 umfassen, mit N5 ≤ N3 + N1. In dem Beispiel der 1 ist N3 = 2, so dass für dieses Beispiel N5 ≤ 3 gilt. Insbesondere werden für das Beispiel der 1 neue Ladepläne mit zwei oder mit drei Elektrofahrzeugen 2, 3, jedenfalls umfassend das weitere Elektrofahrzeug 3 ausgehandelt.
Insbesondere werden im Schritt S60 die neuen Ladepläne derart ausgehandelt, dass zumindest einer der neuen Ladepläne bei Bedarf nach einer gewissen Zeit eine Leistungsreduktion auf Null für eine bestimmte Zeitspanne umfasst, damit das Umschalten mittels einer der Schaltmatrizen 30 möglich ist, um dann mit einer Ladeleistung größer Null weiterzuladen. Dies wird insbesondere bei jedem neuen Ladeplan umgesetzt, welcher ein Umschalten der entsprechenden Schaltmatrix 30 umfasst. Es ist möglich, dass die neuen Ladepläne solche neuen Ladepläne ohne ein Umschalten einer der Schaltmatrizen und solche Ladepläne mit einem Umschalten einer der Schaltmatrizen umfassen.
Vorzugsweise werden die neuen Ladepläne nicht mit allen der N3+1 Elektrofahrzeuge 2, 3, die gerade geladen werden, ausgehandelt, sondern nur mit einer Untermenge N5, mit N5 < N3+1. Dies spart Zeit und damit vorteilhafterweise Kosten ein.
Insbesondere werden die neuen Ladepläne in dem Schritt S60 derart mit den N5 Elektrofahrzeugen 2, 3 ausgehandelt, um eine bestimmte Leistungsverteilung zwischen diesen N5 Elektrofahrzeugen 2, 3 zu erzielen. Vorzugsweise ist die bestimmte Leistungsverteilung eine vorgegebene, beispielsweise vom System 1 vorgegebene Leistungsverteilung, besonders bevorzugt eine ideale Leistungsverteilung.
Vorzugsweise erfolgt das Aushandeln der Ladepläne in den Schritten S40 und S60 gemäß der oben erwähnten ISO 15118.
In Schritt S70 werden die N5 Elektrofahrzeuge 2, 3 mittels der ausgehandelten neuen Ladepläne durch die Ladestationen 10 gemäß 1 geladen.
Des Weiteren zeigt 3 ein schematisches Schaltbild einer Ausführungsform einer Ladestation 10 zum Laden eines Energiespeichers 2a, 3a eines Elektrofahrzeuges 2, 3.
In oben erläuterter 1 ist der jeweiligen Ladestation 10 eine jeweilige externe Vorrichtung 20 mit Schaltmatrix zugeordnet. Eine Alternative hierzu zeigt die 3, bei welcher die Ladestation 10 die Vorrichtung 20 mit Schaltmatrix 30 integriert. Die Ladestation 10 der 3 kann durch Ersetzung der Ladestation 10 und der Vorrichtung 20 in dem System 1 der 1 eingesetzt werden. Im Detail zur 3:

Die Ladestation 10 ist zwischen den Phasen L1, L2, L3 und den Ausgangsleitern Llout, L2out und L3out geschaltet. Die Ladestation 10 integriert die Vorrichtung 20, welche wiederum die Schaltmatrix 30 aufweist. Die Schaltmatrix 30 hat eine Anzahl von Wechselrelais 31, 32, 33. Dabei verbindet jedes Wechselrelais 31, 32, 33 in einer ersten Schaltposition einen ersten Knoten mit einem zweiten Knoten und in einer zweiten Schaltposition den ersten Knoten mit einem dritten Knoten, so dass ein jeweiliger Ausgangsleiter L1out, L2out, L3out zu jedem Zeitpunkt nur genau einer Phase L1, L2, L3 des mehrphasigen Teilnehmernetzes 4 zugeordnet wird.

Ferner zeigt 4 ein schematisches Ablaufdiagramm einer zweiten Ausführungsform eines Verfahrens zum Betreiben des Systems 1 nach 1. Die zweite Ausführungsform des Verfahrens nach 4 unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform nach 2 in der Ausgestaltung der Verfahrensschritte S30 und S40. Die Verfahrensschritte S10, S20 und S50 - S70 sind identisch zu denen der ersten Ausführungsform nach 2 und werden daher hier nicht erneut diskutiert.
Der Verfahrensschritt S30 der 4 umfasst die Schritte S31 und S32:

In Schritt S31 wird die zu dem bestimmten Zeitpunkt frei verfügbare Ladeleistung des Systems 1 zum Laden des weiteren Elektrofahrzeuges 3 ermittelt.

Anschließend wird in Schritt S32, falls die ermittelte frei verfügbare Ladeleistung kleiner als eine für einen Ladestart des weiteren Elektrofahrzeuges 3 notwendige Ladeleistung ist, die Ladeleistung einer oder mehrerer der N3 Elektrofahrzeuge 2 derart reduziert, um die frei verfügbare Ladeleistung des Systems 1 zu erhöhen und dem weiteren Elektrofahrzeug 3 den Ladestart zu ermöglichen.
Anschließend wird in Schritt S40 ein Ladeplan mit dem weiteren Elektrofahrzeug 3 ausgehandelt, welcher zumindest ein Laden des weiteren Elektrofahrzeuges 3 mit einer Ladeleistung umfasst, welche kleiner gleich als die gemäß Schritt S32 erhöhte frei verfügbare Ladeleistung des Systems ist.
In 5 ist ein schematisches Ablaufdiagramm einer dritten Ausführungsform eines Verfahrens zum Betreiben des Systems 1 nach 1 dargestellt.
Die dritte Ausführungsform des Verfahrens nach 4 unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform nach 2 in der Ausgestaltung der Verfahrensschritte S30 und S40. Die Verfahrensschritte S10, S20 und S50 - S70 sind identisch zu denen der ersten Ausführungsform nach 2. Aus diesem Grund werden die Verfahrensschritte S10, S20 und S50 - S70 hier nicht erneut beschrieben.
Der Verfahrensschritt S30 der 5 umfasst die Schritte S31 und S32:

Anschließend wird in Schritt S32, falls die ermittelte frei verfügbare Ladeleistung kleiner als eine für einen Ladestart des weiteren Elektrofahrzeuges 3 notwendige Ladeleistung ist, die Ladeleistung einer oder mehrerer der N3 Elektrofahrzeuge 2 derart reduziert, um die frei verfügbare Ladeleistung des Systems 1 zu erhöhen und dem weiteren Elektrofahrzeug 3 den Ladestart zu ermöglichen.
Der Schritt S40 der 5 umfasst die Schritte S41 und S42:

Dabei wird in Schritt S41 eine bestimmte Leistungsverteilung für die N3+1 zu ladenden Elektrofahrzeuge 2, 3 basierend auf einer bestimmten Vorgabe-Information ermittelt. Die Vorgabe-Information kann von dem System 1 oder von einem Betreiber des Systems 1 bestimmt werden.

Die in dem Schritt S41 ermittelte bestimmte Leistungsverteilung ist insbesondere eine vorgegebene Leistungsverteilung, vorzugsweise eine ideale Leistungsverteilung. Vorzugsweise wird in dem Schritt S41 die bestimmte Leistungsverteilung für die N3+1 zu ladenden Elektrofahrzeuge 2, 3 basierend auf der vorbestimmten Vorgabe-Information und basierend auf von den N3 ladenden Elektrofahrzeugen 2 bereitgestellten Informationen ermittelt. Diese Informationen können die ladenden Elektrofahrzeuge 2 insbesondere über ihre Kommunikationsmodule an die Steuervorrichtung 40 übermitteln.
In Schritt S42 wird ein Ladeplan mit dem weiteren Elektrofahrzeug 3 ausgehandelt, wobei dieser Ladeplan umfasst:

- Laden des weiteren Elektrofahrzeuges 3 mit einer ersten Ladeleistung für eine erste Zeitdauer, wobei die erste Ladeleistung kleiner gleich als die in Schritt S30 bestimmte frei verfügbare Ladeleistung des Systems 1 ist, und anschließend
- Laden des weiteren Elektrofahrzeuges 3 mit einer zweiten Ladeleistung für eine zweite Zeitdauer, wobei die zweite Ladeleistung größer als die erste Ladeleistung ist und der ermittelten bestimmten Leistungsverteilung entspricht.

6 zeigt ein schematische Ablaufdiagramm einer vierten Ausführungsform eines Verfahrens zum Betreiben des Systems 1 nach 1. Die vierte Ausführungsform nach 6 basiert auf der ersten Ausführungsform des Verfahrens nach 2.
Die vierte Ausführungsform des Verfahrens nach 6 unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform nach 2 in der Ausgestaltung des Verfahrensschrittes S40. Die Verfahrensschritte S10 - S30 und S50 - S70 sind identisch zu denen der ersten Ausführungsform nach 2. Aus diesem Grund werden die Verfahrensschritte S10 - S30 und S50 - S70 hier nicht erneut beschrieben.
Der Schritt S40 der 6 umfasst die Schritte S41 und S42:

Des Weiteren zeigt 7 eine zweite Ausführungsform eines Systems 1 mit einer Mehrzahl von Ladestationen 10 zum Laden einer Mehrzahl von Elektrofahrzeugen 2, 3. Die zweite Ausführungsform des Systems 1 nach 7 ist hinsichtlich der Zuordnung der Vorrichtungen 20 auf die Ladestationen 10 eine mögliche Alternative zu der ersten Ausführungsform nach 1.
Ohne Einschränkung der Allgemeinheit hat das System 1 der 7 zwölf Ladestationen 10, aber nur drei Vorrichtungen 20 mit Schaltmatrix, mit N1 = 12 und N2 = 3. Folglich zeigt die zweite Ausführungsform des Systems 1 nach 7 eine Möglichkeit für den Fall N2 < N1. Im Detail sind jeder der Vorrichtungen 20 der 7 vier Ladestationen 10 zugeordnet.
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand von Ausführungsformen beschrieben wurde, ist sie vielfältig modifizierbar.
Bezugszeichenliste

1: System
2: Elektrofahrzeug
2a: Energiespeicher
3: weiteres Elektrofahrzeug
3a: Energiespeicher
4: mehrphasiges Teilnehmernetz
5: Anschlusspunkt
6: mehrphasiges Energieversorgungsnetz
7: Ladekabel
10: Ladestation
20: Vorrichtung
30: Schaltmatrix
31: Wechselrelais
32: Wechselrelais
33: Wechselrelais
40: Steuervorrichtung
S10 - S70: Verfahrensschritte
S31, S32: Teilschritte des Verfahrensschritts S30
S41, S42: Teilschritte des Verfahrensschritts S40
L1, L2, L3: Phase
Llout, L2out, L3out: Ausgangsleiter

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 2882607 B1 [0002]
EP 2688177 A1 [0004, 0005]
EP 3664244 A1 [0008]
EP 3729593 A1 [0008]
DE 112013007137 T5 [0008]
EP 2465176 B1 [0008]
DE 102016212135 A1 [0008]
DE 102017100138 A1 [0008]
WO 2020167132 A1 [0008]
DE 102009060364 A1 [0008]
DE 102021104573 [0042]

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Systems (1) mit einer Mehrzahl N1 von Ladestationen (10) zum jeweiligen Laden eines Elektrofahrzeuges (2, 3) mit elektrischer Energie von einem mehrphasigen Teilnehmernetz (4) mittels eines an einer Anzahl von Ausgangsleitern (L1out, L2out, L3out) bereitgestellten Ladestroms, einer Anzahl N2 von Vorrichtungen (20), wobei die jeweilige Vorrichtung (20) einer oder mehreren der Ladestationen (10) zugeordnet ist und eine Schaltmatrix (30) zum Bereitstellen einer Mehrzahl von Schaltzuständen aufweist, wobei ein jeweiliger Schaltzustand eine Zuordnung von einer bestimmten Phase (L1, L2, L3) des mehrphasigen Teilnehmernetzes (4) zu einem bestimmten Ausgangsleiter (L1out, L2out, L3out) der Anzahl umfasst, mit N2 ≤ N1, mit: a) Laden (S10) von N3 Elektrofahrzeugen (2), mit N3 < N1, mittels N3 Ladestationen (10) in einem bestimmten Zeitraum, in welchem eine Anzahl N4 der N1 Ladestationen (10) frei ist, mit N4 = N1 - N3, b) Ermitteln (S20) eines Koppelungswunsches eines weiteren Elektrofahrzeuges (3) mit einer bestimmten der N4 Ladestationen (10) zu einem bestimmten Zeitpunkt, c) Bestimmen (S30) einer frei verfügbaren Ladeleistung des Systems (1) zum Laden des weiteren Elektrofahrzeuges (3), d) Aushandeln (S40) eines Ladeplans mit dem weiteren Elektrofahrzeug (3), welcher zumindest ein Laden des weiteren Elektrofahrzeuges (3) mit einer Ladeleistung, welche kleiner gleich der in Schritt c) bestimmten frei verfügbaren Ladeleistung des Systems (1) ist, umfasst, e) Starten (S50) des Ladens des weiteren Elektrofahrzeuges (3) mittels des ausgehandelten Ladeplans, f) Aushandeln (S60) neuer Ladepläne mit einer Anzahl N5 der N3+1 Elektrofahrzeuge (2, 3) umfassend das weitere Elektrofahrzeug (3), welche zumindest ein Umschalten mittels einer der Schaltmatrizen (30) umfassen, mit N5 ≤ N3+1, und g) Laden (S70) der N5 Elektrofahrzeuge (2, 3) mittels der ausgehandelten neuen Ladepläne.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Schritt f) die neuen Ladepläne derart ausgehandelt werden, dass zumindest einer der neuen Ladepläne bei Bedarf nach einer gewissen Zeit eine Leistungsreduktion auf Null für eine bestimmte Zeitspanne umfasst, damit das Umschalten mittels einer der Schaltmatrizen (30) möglich ist, um dann mit einer Ladeleistung, welche größer Null ist, weiterzuladen.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt f) ausgebildet ist durch Aushandeln (S60) neuer Ladepläne mit einer Untermenge N5 der N3+1 Elektrofahrzeuge (2, 3) umfassend das weitere Elektrofahrzeug (3), welche zumindest ein Umschalten mittels einer der Schaltmatrizen (30) umfassen, mit N5 < N3+1.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die neuen Ladepläne derart mit den N5 Elektrofahrzeugen (2, 3) ausgehandelt werden, um eine bestimmte Leistungsverteilung zwischen den N5 Elektrofahrzeugen (2, 3) zu erzielen.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die bestimmte Leistungsverteilung eine vorgegebene Leistungsverteilung, insbesondere eine ideale Leistungsverteilung, ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Aushandeln der Schritte d) und f) gemäß der ISO 15118 erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass N2 = N1 ist, wobei jede der N2 Vorrichtungen (20) genau einer der N1 Ladestationen (10) zugeordnet ist, wobei die zugeordnete Vorrichtung (20) zwischen die jeweilige Ladestation (10) und das mehrphasige Teilnehmernetz (4) geschaltet ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt c) (S30) ausgebildet ist durch c1) Ermitteln (S31) einer zu dem bestimmten Zeitpunkt frei verfügbaren Ladeleistung des Systems (1) zum Laden des weiteren Elektrofahrzeuges (3), und c2) falls die ermittelte frei verfügbare Ladeleistung kleiner als eine für einen Ladestart des weiteren Elektrofahrzeuges (3) notwendige Ladeleistung ist, Reduzieren (S32) der Ladeleistung einer oder mehrerer der N3 Elektrofahrzeuge (2) derart, um die frei verfügbare Ladeleistung des Systems (1) zu erhöhen und dem weiteren Elektrofahrzeug (3) den Ladestart zu ermöglichen.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt d) (S40) umfasst: Aushandeln eines Ladeplans mit dem weiteren Elektrofahrzeug (3), welcher zumindest ein Laden des weiteren Elektrofahrzeuges (3) mit einer Ladeleistung, welche kleiner gleich der gemäß Schritt c2) erhöhten frei verfügbaren Ladeleistung des Systems (1) ist, umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt d) (S40) umfasst: d1) Ermitteln (S41) einer bestimmten Leistungsverteilung für die N3+1 zu ladenden Elektrofahrzeuge (2, 3) basierend auf einer bestimmten Vorgabe-Information, und d2) Aushandeln (S42) eines Ladeplans mit dem weiteren Elektrofahrzeug (3), welcher umfasst: - Laden des weiteren Elektrofahrzeuges (3) mit einer ersten Ladeleistung für eine erste Zeitdauer, wobei die erste Ladeleistung kleiner gleich der in Schritt c) bestimmten frei verfügbaren Ladeleistung des Systems (1) ist, und anschließend - Laden des weiteren Elektrofahrzeuges (3) mit einer zweiten Ladeleistung für eine zweite Zeitdauer, wobei die zweite Ladeleistung größer als die erste Ladeleistung ist und der ermittelten bestimmten Leistungsverteilung entspricht.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die in Schritt d1) (S41) ermittelte bestimmte Leistungsverteilung eine vorgegebene Leistungsverteilung, insbesondere eine ideale Leistungsverteilung, ist.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Schritt d1) (S41) die bestimmte Leistungsverteilung für die N3+1 zu ladenden Elektrofahrzeuge (2, 3) basierend auf der bestimmten Vorgabe-Information und basierend auf von den N3 ladenden Elektrofahrzeugen (2) bereitgestellten Informationen ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Schaltmatrix (30) eine Anzahl von Wechselrelais (31 - 33) aufweist, wobei jedes Wechselrelais (31 - 33) in einer ersten Schaltposition einen ersten Knoten mit einem zweiten Knoten verbindet und in einer zweiten Schaltposition den ersten Knoten mit einem dritten Knoten verbindet, mittels der ein jeweiliger Ausgangsleiter (L1out, L2out, L3out) der Anzahl zu jedem Zeitpunkt nur genau einer Phase (L1 - L3) des mehrphasigen Teilnehmernetzes (4) zugeordnet wird.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl von Wechselrelais (31 - 33) der Schaltmatrix (30) wenigstens ein bistabiles Relais, insbesondere ein Doppelspulen-Relais, umfasst.
Computerprogrammprodukt, welches auf einer programmgesteuerten Einrichtung die Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 14 veranlasst.
System (1) mit einer Mehrzahl N1 von Ladestationen (10) zum jeweiligen Laden eines Elektrofahrzeuges (2, 3) mit elektrischer Energie von einem mehrphasigen Teilnehmernetz (4) mittels eines an einer Anzahl von Ausgangsleitern (L1out, L2out, L3out) bereitgestellten Ladestroms, einer Anzahl N2 von Vorrichtungen (20), wobei die jeweilige Vorrichtung (20) einer oder mehreren der Ladestationen (10) zugeordnet ist und eine Schaltmatrix (30) zum Bereitstellen einer Mehrzahl von Schaltzuständen aufweist, wobei ein jeweiliger Schaltzustand eine Zuordnung von einer bestimmten Phase (L1, L2, L3) des mehrphasigen Teilnehmernetzes (4) zu einem bestimmten Ausgangsleiter (L1out, L2out, L3out) der Anzahl umfasst, mit N2 ≤ N1, und einer Steuervorrichtung (40), welche dazu eingerichtet ist, - ein Laden von N3 Elektrofahrzeugen (2), mit N3 < N1, mittels N3 Ladestationen (10) in einem bestimmten Zeitraum, in welchem eine Anzahl N4 der N1 Ladestationen (10) frei ist, mit N4 = N1 - N3, zu steuern, - einen Koppelungswunsch eines weiteren Elektrofahrzeuges (3) mit einer bestimmten der N4 Ladestationen (10) zu einem bestimmten Zeitpunkt zu ermitteln, - eine frei verfügbare Ladeleistung des Systems (1) zum Laden des weiteren Elektrofahrzeuges (3) zu bestimmen, - einen Ladeplan mit dem weiteren Elektrofahrzeug (3) auszuhandeln, welcher zumindest ein Laden des weiteren Elektrofahrzeuges (3) mit einer Ladeleistung, welche kleiner gleich der bestimmten frei verfügbaren Ladeleistung des Systems (1) ist, umfasst, - das Laden des weiteren Elektrofahrzeuges (3) mittels des ausgehandelten Ladeplans zu starten, - neue Ladepläne mit einer Anzahl N5 der N3+1 Elektrofahrzeuge (2, 3) umfassend das weitere Elektrofahrzeug (3) auszuhandeln, welche zumindest ein Umschalten mittels einer der Schaltmatrizen (30) umfassen, mit N5 ≤ N3+1, und - ein Laden der N5 Elektrofahrzeuge (2, 3) mittels der ausgehandelten neuen Ladepläne zu steuern.