DE102022119767A1 - Grid-friendly charging management for an electric vehicle - Google Patents
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Abstract
Es werden eine Ladesteuerung (2) eines Elektrofahrzeugs (2) sowie ein zugehöriges Verfahren zum Laden des Elektrofahrzeugs (2) angegeben. Durch die Ladesteuerung (6) wird ein Vorgabewert (V) für die Ladestromstärke oder Ladeleistung eines von dem Elektrofahrzeug (2) bezogenen Ladestroms (IL) zeitlich variierend vorgegeben wird, so dass der Vorgabewert (V) gegenläufig zu einer Netzauslastung des Stromnetzes (14) variiert.A charging control (2) of an electric vehicle (2) and an associated method for charging the electric vehicle (2) are specified. The charging control (6) sets a default value (V) for the charging current or charging power of a charging current (IL) obtained from the electric vehicle (2) in a time-varying manner, so that the default value (V) is opposite to the network utilization of the power grid (14). varies.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Laden eines Elektrofahrzeugs (kurz E-Fahrzeug) sowie auf eine zur Durchführung des Verfahrens eingerichtetes Ladesteuerung eines E-Fahrzeugs.The invention relates to a method for charging an electric vehicle (E-vehicle for short) and to a charging control of an E-vehicle set up to carry out the method.
Elektrofahrzeuge beziehen den Ladestrom in der Regel direkt aus einer lokalen Stromverteilung (insbesondere durch Anschluss des Elektrofahrzeugs an eine Haushaltssteckdose oder Kraftstromsteckdose) oder aus einer Ladestation, die entweder unmittelbar oder mittelbar über eine lokale Stromverteilung an ein öffentliches Stromnetz anschließbar ist, um den Ladestrom für das E-Fahrzeug zur Verfügung zu stellen. In dem letzteren Fall gibt die Ladestation hierbei durch Kommunikation mit einer Ladesteuerung des E-Fahrzeugs den Ladevorgang (also die Ausgabe des elektrischen Ladestroms) frei und gibt dabei in der Regel einen Vorgabewert für die Stromstärke des Ladestroms vor. Der Vorgabewert definiert die maximale Stromstärke des Ladestroms, die das E-Fahrzeug abrufen kann. Im Rahmen dieses Vorgabewerts steuert dann die Ladesteuerung des E-Fahrzeugs während des Ladevorgangs den tatsächlich gezogenen Ladestrom. Bei Gleichstromladegeräten erfolgt die finale Ansteuerung der Ladestromstärke durch das E-Fahrzeug und das Gleichstromladegerät stellt den angeforderten Ladestrom an das Fahrzeug bereit.Electric vehicles usually obtain the charging current directly from a local power distribution (in particular by connecting the electric vehicle to a household socket or power socket) or from a charging station that can be connected to a public power grid either directly or indirectly via a local power distribution in order to provide the charging current for the To provide electric vehicles. In the latter case, the charging station releases the charging process (i.e. the output of the electrical charging current) through communication with a charging controller of the electric vehicle and usually specifies a default value for the current strength of the charging current. The default value defines the maximum charging current that the electric vehicle can access. Within the framework of this default value, the charging control of the electric vehicle then controls the charging current actually drawn during the charging process. With DC chargers, the final control of the charging current is carried out by the electric vehicle and the DC charger provides the requested charging current to the vehicle.
Als „lokale Stromverteilung“ wird hier und im Folgenden die durch einen Netzverknüpfungspunkt von dem öffentlichen Stromnetz abgegrenzte elektrische Installation, z.B. eines Hauses (Hausstrominstallation) oder Gewerbebetriebs, bezeichnet. Die lokale Stromverteilung umfasst also diejenigen elektrischen Leitungen und Verbraucher sowie gegebenenfalls vorhandene Speicher und/der Stromerzeugungseinheiten, die sich aus Sicht der Ladestation bzw. des angeschlossenen E-Fahrzeugs diesseits des Netzverknüpfungspunktes befinden und somit nicht zu dem öffentlichen Stromnetz gehören.Here and below, “local power distribution” refers to the electrical installation that is separated from the public power grid by a network connection point, e.g. of a house (domestic power installation) or commercial business. The local power distribution therefore includes those electrical lines and consumers as well as any storage and/or power generation units that are located on this side of the network connection point from the perspective of the charging station or the connected electric vehicle and therefore do not belong to the public power grid.
Bei unmittelbarem Anschluss des E-Fahrzeugs an die lokale Stromverteilung wird der Ladevorgang sofort gestartet. Auch herkömmliche Ladestationen geben den Ladevorgang aber meistens frei, sobald das zu ladende E-Fahrzeug an die Ladestation angeschlossen wird. Häufig kann dabei an der Ladestation oder im E-Fahrzeug oder mittels einer auf die Ladestation oder das E-Fahrzeug wirkenden Software-Applikation (App) der Vorgabewert des Ladestroms festgelegt werden.When the electric vehicle is directly connected to the local power distribution, the charging process starts immediately. Conventional charging stations also usually enable the charging process as soon as the electric vehicle to be charged is connected to the charging station. The default value of the charging current can often be set at the charging station or in the electric vehicle or by means of a software application (app) that works on the charging station or the electric vehicle.
Die wachsende Verbreitung von E-Fahrzeugen und zugeordneten Ladestationen wird zu einer zunehmenden Belastungsprobe für die öffentlichen Stromnetze. Es ist insbesondere absehbar, dass mit der bestehenden Netzinfrastruktur der künftig zu erwartende Bedarf an Ladestrom nicht ohne unterstützende Maßnahmen zur Verfügung zu stellen sein wird.The growing spread of e-vehicles and associated charging stations is becoming an increasing stress test for public power grids. In particular, it is foreseeable that with the existing network infrastructure, the expected future demand for charging current will not be able to be provided without supporting measures.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein netzschonendes Lademanagement für das Laden eines E-Fahrzeugs bereitzustellen. Das Verfahren soll dabei insbesondere unaufwändig realisierbar sein.The invention is based on the object of providing a network-friendly charging management for charging an electric vehicle. The method should be particularly inexpensive to implement.
Bezüglich eines Verfahrens zum Laden eines E-Fahrzeugs wird diese Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Bezüglich eines E-Fahrzeugs wird die obige Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 10. Vorteilhafte und teils für sich gesehen erfinderische Ausführungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung dargelegt.With regard to a method for charging an electric vehicle, this object is solved according to the invention by the features of claim 1. With regard to an electric vehicle, the above object is solved according to the invention by the features of
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Vorgabewert der Ladestromstärke oder Ladeleistung durch eine Ladesteuerung des E-Fahrzeugs zeitlich variierend vorgegeben wird, so dass der Vorgabewert gegenläufig zu einer Netzauslastung des Stromnetzes variiert. Der Vorgabewert wird dabei insbesondere kontinuierlich oder in mehreren Stufen variiert. Vorzugsweise wird der Vorgabewert hierbei anhand einer hinterlegten Ladekurve bestimmt, die insbesondere in Form einer zeitabhängigen mathematischen Funktion (also einer mathematischen Formel) in Abhängigkeit von der Zeit t, in Form einer Stützpunkttabelle oder in einer Mischform aus Stützpunkten und Formel, hinterlegt ist. Die Ladekurve L kann dabei im Rahmen der Erfindung den einzustellenden Vorgabewert V der Ladestromstärke unmittelbar wiedergeben:
Die Ladekurve kann im Rahmen der Erfindung herstellerseitig in die Ladesteuerung des E-Fahrzeugs oder eines externen Steuergeräts des E-Fahrzeugs einprogrammiert werden oder auf einem Speichermedium (z.B. einer SD-Karte) zur Verfügung gestellt werden. Alternativ kann die Ladekurve per Download (z.B. über ein Mobilfunknetz, W-Lan oder per Bluetooth unter Nutzung eines Mobilgeräts) in die Ladesteuerung oder das externe Steuergerät übertragen werden. Die Ladekurve kann weiterhin entweder einmalig fest zur Verfügung gestellt oder regelmäßig oder unregelmäßig aktualisiert werden.Within the scope of the invention, the charging curve can be programmed by the manufacturer into the charging control of the electric vehicle or an external control device of the electric vehicle or made available on a storage medium (e.g. an SD card). Alternatively, the charging curve can be transferred to the charging controller or the external control device via download (e.g. via a mobile phone network, WiFi or via Bluetooth using a mobile device). The charging curve can still be made available either as a one-time fix or updated regularly or irregularly.
Die Ladekurve kann im Rahmen der Erfindung (ausschließlich) in Abhängigkeit der Tageszeit (eines einzigen Tages) definiert sein, so dass die Ladekurve an jedem Tag die gleiche Form hat. Wenn die Ladekurve als Stützpunkttabelle vorliegt, umfasst sie in dieser Ausführung z.B. 24 Punkte (also einen Punkt pro Stunde), 96 Punkte (d.h. einen Punkt pro Viertelstunde) oder 1440 Punkte (d.h. einen Punkt pro Minute). Die Ladekurve kann alternativ auch einen Zeitraum von weniger als 24 Stunden abdecken. In diesem Fall wird die Ladekurve vorzugsweise jeweils nur innerhalb eines Abschnitts eines jeden Tages (z.B. nur zwischen 7 Uhr und 22 Uhr) abgearbeitet. Vorzugsweise ist die Ladekurve aber auch auf einer 24 Stunden überschreitenden Zeitskala, insbesondere für eine Woche, einen oder mehrere Monate oder - bevorzugt - ein ganzes Jahr, veränderlich vorgegeben. Anstelle einer einzigen zusammenhängen Ladekurve kann die Ladekurve auch aus mehreren Kurvenstücken (oder Dateien) zusammengesetzt sein, die alternativ zueinander herangezogen werden. Beispielsweise ist für jeden Monat des Jahres eine separate Ladekurve hinterlegt.Within the scope of the invention, the charging curve can be defined (exclusively) depending on the time of day (of a single day), so that the charging curve has the same shape on every day. If the charging curve is available as a reference point table, in this version it includes, for example, 24 points (i.e. one point per hour), 96 points (i.e. one point per quarter of an hour) or 1440 points (i.e. one point per minute). Alternatively, the charging curve can also cover a period of less than 24 hours. In this case, the charging curve is preferably only processed within a section of each day (e.g. only between 7 a.m. and 10 p.m.). However, the charging curve is preferably also variable on a time scale exceeding 24 hours, in particular for a week, one or more months or - preferably - a whole year. Instead of a single connected charging curve, the charging curve can also be composed of several curve pieces (or files) that are used alternatively to each other. For example, a separate charging curve is stored for each month of the year.
Vorzugsweise ist die Ladekurve in der Ladesteuerung des E-Fahrzeugs selbst hinterlegt. Alternativ hierzu kann die Ladekurve aber auch in einem externen (d.h. nicht zur Ladesteuerung gehörenden) Datenspeicher, z.B. einer Speicherkarte oder dem Speicher eines externen Kontrollgeräts (z.B. einem Bord-Computer des E-Fahrzeugs oder einem Cloud-Server) hinterlegt sein und von dort aus der Ladesteuerung im Betrieb zur Erzeugung des Vorgabewerts zur Verfügung gestellt werden.The charging curve is preferably stored in the charging control of the electric vehicle itself. Alternatively, the charging curve can also be stored in an external data memory (i.e. not part of the charging control), e.g. a memory card or the memory of an external control device (e.g. an on-board computer of the electric vehicle or a cloud server) and from there be made available to the charging controller during operation to generate the default value.
Die Steuerung des Vorgabewerts anhand der hinterlegten Ladekurve hat den Vorteil, dass ein netzschonendes Lademanagement ohne aufwändige Installation, insbesondere ohne Einsatz von externen Stromzählern oder Stromsensoren und deren datenübertragungstechnische Verbindung mit einer Ladestation möglich ist. Dadurch, dass der Vorgabewert für die Ladestromstärke oder Ladeleistung erfindungsgemäß durch die Ladesteuerung des E-Fahrzeugs vorgegeben wird, wird weiterhin der Einsatz eines fahrzeugexternen Lademanagements überflüssig. Das E-Fahrzeug kann hierdurch an einer Haushaltssteckdose oder Kraftstromsteckdose einer gewöhnlichen lokalen Stromverteilung in gleicher Weise netzfreundlich geladen werden wie an einer dedizierten Ladestation.Controlling the default value based on the stored charging curve has the advantage that network-friendly charging management is possible without complex installation, in particular without the use of external electricity meters or current sensors and their data transmission connection to a charging station. Because the default value for the charging current or charging power is specified by the charging control of the electric vehicle according to the invention, the use of vehicle-external charging management becomes unnecessary. The electric vehicle can thus be charged in a grid-friendly manner at a household socket or power socket of a normal local power distribution network in the same way as at a dedicated charging station.
Sofern das E-Fahrzeug an einer Ladestation geladen wird und die Ladesteuerung des E-Fahrzeugs von der Ladestation auch einen fahrzeug-externen Vorgabewert der Ladestromstärke oder Ladeleistung (zusätzlich zu dem selbst ermittelten, fahrzug-internen Vorgabewert) erhält, begrenzt die Ladesteuerung des E-Fahrzeugs die Ladestromstärke oder Ladeleistung im Regelfall stets auf den kleineren der beiden Vorgabewerte. Allerdings kann im Rahmen der Erfindung auch vorgesehen sein, dass die Ladesteuerung des E-Fahrzeugs beim Anschluss desselben an eine öffentliche oder private Ladestation der Ladestation bezüglich der Vorgabe des Vorgabewerts eine Priorität einräumt (und zwar insbesondere dann, wenn der fahrzeug-externe Vorgabewert durch die Ladestation hinreichend differenziert angegeben wird). Die Ladesteuerung des E-Fahrzeugs stellt in diesem Fall optional die Vorgabe des eigenen, fahrzeug-internen Vorgabewerts während eines solchen Ladevorgangs ein. Beispielsweise ist in einer vorteilhaften Ausführungsform vorgesehen, dass die Ladesteuerung des E-Fahrzeugs die Vorgabe des eigenen Vorgabewerts einstellt, wenn das E-Fahrzeug an einer öffentlichen AC-Ladestation oder einer Schnellladesäule geladen wird. In einem anderen vorteilhaften Anwendungsfall räumt die Ladesteuerung auch dem von einer bestimmten privaten Ladestation übermittelten fahrzeug-externen Vorgabewert Priorität über den fahrzeug-internen Vorgabewert ein. Dies ermöglicht beispielsweise, das E-Fahrzeug entkoppelt von der Belastung des öffentlichen Stromnetzes mit hoher Ladestromstärke oder Ladeleistung zu laden, wenn in der lokalen Stromverteilung, an die die Ladestation angeschlossen ist, aufgrund lokaler Leistungsquellen (z.B. einer PV-Anlage oder eines Batteriespeichers) genügend elektrische Leistung verfügbar ist.If the electric vehicle is charged at a charging station and the charging control of the electric vehicle also receives a vehicle-external default value of the charging current or charging power from the charging station (in addition to the self-determined, vehicle-internal default value), the charging control of the electric vehicle limits Vehicle, the charging current or charging power is usually always set to the smaller of the two default values. However, within the scope of the invention it can also be provided that the charging control of the electric vehicle when connecting it to a public or private charging station gives the charging station a priority with regard to the specification of the default value (in particular when the vehicle-external default value is determined by the charging station is specified in a sufficiently differentiated manner). In this case, the charging control of the electric vehicle optionally sets its own, vehicle-internal default value during such a charging process. For example, in an advantageous embodiment it is provided that the charging control of the electric vehicle sets its own default value when the electric vehicle is charged at a public AC charging station or a fast charging station. In another advantageous application, the charging control also gives priority to the vehicle-external default value transmitted from a specific private charging station over the vehicle-internal default value. This makes it possible, for example, to charge the electric vehicle with high charging current or charging power, decoupled from the load on the public power grid, if there is enough in the local power distribution to which the charging station is connected due to local power sources (e.g. a PV system or a battery storage system). electrical power is available.
In einigen Ausführungen der Erfindung kann die Ladesteuerung des E-Fahrzeugs offline, also ohne permanenten Anschluss der Ladestation an ein regionales oder überregionales Datenübertragungsnetzwerk wie z.B. das Internet und/oder ein Mobilfunknetz betrieben werden. In besonders einfachen Ausführungen umfasst die Ladesteuerung daher auch keine Schnittstellen zum Anschluss an solche Datenübertragungsnetze.In some embodiments of the invention, the charging control of the electric vehicle can be operated offline, i.e. without permanently connecting the charging station to a regional or supra-regional data transmission network such as the Internet and/or a mobile phone network. In particularly simple versions, the charging control therefore does not include any interfaces for connection to such data transmission networks.
Die zur Netzauslastung des Stromnetzes gegenläufige Variation des Vorgabewerts bedeutet, dass der Vorgabewert der Ladestromstärke oder Ladeleistung immer dann erniedrigt oder sogar auf null abgesenkt wird, wenn die Netzauslastung des Stromnetzes besonders hoch ist, wohingegen der Vorgabewert in Zeiten geringer Netzauslastung erhöht wird. Hierdurch wird erreicht, dass das E-Fahrzeug nicht zur Verstärkung der unabhängig von der E-Mobilität bestehenden Schwankungen der Netzauslastung beiträgt, sondern vielmehr den Betreibern der jeweils betroffenen öffentlichen Stromnetze (Netzbetreibern) hilft, die Netzauslastung zeitlich besser zu verteilen und somit bei vergleichsweise geringer Spitzen-Netzauslastung insgesamt besonders viel Ladestrom zur Verfügung zu stellen.The variation of the default value, which is opposite to the grid utilization of the power grid, means that the default value of the charging current or charging power is always reduced or even reduced to zero when the grid utilization of the power grid is particularly high, whereas the default value is increased in times of low grid utilization. This ensures that the electric vehicle does not contribute to increasing the fluctuations in network utilization that exist independently of e-mobility, but rather helps the operators of the affected public power grids (network operators) to better distribute the network utilization over time and thus at a comparatively lower level To provide a particularly large amount of charging current overall during peak grid utilization.
In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist als Ladekurve eine Netzauslastungskurve A(t) vorgegeben, die die Netzauslastung des Stromnetzes zeitaufgelöst wiedergibt. Der Vorgabewert wird hierbei anhand des Abstands (d.h. der Differenz) eines aktuellen Werts der Netzauslastungskurve zu einem vorgegebenen Schwellwert Amax bestimmt, z.B. gemäß
Der Vorgabewert V wird hierbei beim Laden zweckmäßigerweise innerhalb vorgegebener Grenzwerte [Vmin; Vmax] gehalten. Der Parameter Vmin steht hier für den von der Ladesteuerung des E-Fahrzeugs geforderten Mindestladestrom, bei dessen Unterschreitung der Vorgabewert auf null gesetzt wird.When loading, the default value V is expediently set within specified limit values [V min ; V max ] held. Here, the parameter V min stands for the minimum charging current required by the charging control of the electric vehicle, if the value falls below this the default value is set to zero.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Ladekurve (insbesondere in Form der auch als „Lastprofil“ bezeichneten Netzauslastungskurve) spezifisch für den geographischen Standort des E-Fahrzeugs definiert und kann sich somit - je nach der geographischen Abhängigkeit der Ladekurve - auch verändern, wenn das E-Fahrzeug bewegt wird. Der geographische Standort kann dabei im Rahmen der Erfindung unterschiedlich genau eingegrenzt werden. Beispielsweise kann die Ladekurve in unterschiedlichen Ausführungen derart angegeben werden, dass sie für
- - das Land oder den Landesteil (z.B. Bundesstaat oder Verwaltungsbezirk), oder
- - die Stadt oder den Postleitzahlenbereich,
- - the country or part of the country (e.g. federal state or administrative district), or
- - the city or postal code area,
Alternativ kann die Ladekurve im Rahmen der Erfindung auch spezifisch für einen abgegrenzten Netzbereich des Stromnetzes, an den das E-Fahrzeug angeschlossen ist, berechnet und vorgegeben sein, z.B. für einen Leitungsstrang, einen Verteilnetzbereich, einen Bilanzkreis oder einen lokalen oder regionalen Netzbetreiber. Der abgegrenzte Netzbereich kann dabei eine oder mehrere Netzebenen umfassen.Alternatively, within the scope of the invention, the charging curve can also be calculated and specified specifically for a delimited network area of the power network to which the electric vehicle is connected, e.g. for a line harness, a distribution network area, a balancing group or a local or regional network operator. The delimited network area can include one or more network levels.
In einer einfach realisierbaren, aber dennoch effektiven Ausführung der Erfindung wird die Ladekurve derart vorgegeben, dass sie an die sich im Wochen- und/oder Jahresverlauf durchschnittlich ergebenden Unterschiede der Netzauslastung angepasst ist. Der sich im Jahresverlauf durchschnittlich ergebende Unterschied der Netzauslastung kann hierbei im Rahmen der Erfindung in unterschiedlicher zeitlicher Genauigkeit in der Ladekurve abgebildet sein. Beispielsweise kann die Ladekurve im Rahmen der Erfindung derart vorgegeben, dass sie
- - für unterschiedliche Wochentage,
- - für unterschiedliche Halbjahre, Trimester, Quartale oder Monate,
- - für die Jahreszeiten Frühjahr, Sommer, Herbst, Winter oder
- - für jeden Tag im Jahr
jeweils einen individuellen Tagesverlauf aufweist. Dem liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die durchschnittliche Netzauslastung typischerweise einen Tagesverlauf mit drei Maxima (Peaks), nämlich einem Morgen-Peak, einem Mittags-Peak und einem Abend-Peak, aufweist. In den Wintermonaten sind hierbei typischerweise der Morgen-Peak und der Abend-Peak besonders ausgeprägt, da zu diesen Zeiten vermehrt elektrische Energie für Beleuchtung und zur Wärmeerzeugung verwendet wird. In den Sommer-Monaten ist dagegen der Mittags-Peak besonders ausgeprägt, da hier in der Tagesmitte vermehrt elektrische Energie zum Kühlen verbraucht wird. Zudem weist die durchschnittliche Netzauslastung auch starke Unterschiede zwischen Werktagen und arbeitsfreien Tagen auf. So tritt an arbeitsfreien Tagen (insbesondere im westeuropäischen Raum an Sonntagen) der Morgen-Peak deutlich später auf als an Werktagen und verschmilzt dabei unter Umständen (insbesondere in den Wintermonaten) mehr oder weniger mit dem Mittags-Peak. Diese Unterschiede der durchschnittlichen Netzauslastungskurve werden vorzugsweise in der Ladekurve berücksichtigt. Hierdurch wird der Vorgabewert während des Morgen-Peaks, des Mittags-Peaks und/oder des Abend-Peaks vorübergehend, gegebenenfalls bis auf null, reduziert.In a simple to implement but still effective embodiment of the invention, the charging curve is specified in such a way that it is adapted to the average differences in network utilization over the course of the week and/or year. Within the scope of the invention, the average difference in network utilization over the course of the year can be depicted in the charging curve with different temporal precision. For example, the charging curve within the scope of the invention can be specified in such a way that it
- - for different days of the week,
- - for different half-years, trimesters, quarters or months,
- - for the seasons spring, summer, autumn, winter or
- - for every day of the year
each has an individual daily course. This is based on the knowledge that the average network utilization typically has a daily course with three maxima (peaks), namely a morning peak, a midday peak and an evening peak. In the winter months, the morning peak and the evening peak are typically particularly pronounced, as at these times more electrical energy is used for lighting and to generate heat. In the summer months, however, the midday peak is particularly pronounced, as more electrical energy is used for cooling in the middle of the day. In addition, the average network utilization also shows strong differences between working days and non-working days. This occurs on non-working days (especially in Western Europe (e.g. on Sundays) the morning peak occurs significantly later than on weekdays and under certain circumstances (particularly in the winter months) merges more or less with the midday peak. These differences in the average network utilization curve are preferably taken into account in the charging curve. This temporarily reduces the default value during the morning peak, the midday peak and/or the evening peak, possibly down to zero.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführung der Erfindung wird der Vorgabewert in Abhängigkeit von einer Information über die (aktuelle oder prognostizierte) tatsächliche Netzauslastung an dem geographischen Standort des E-Fahrzeugs oder in dem abgegrenzten Netzbereich variiert. Als Information über die tatsächliche Netzauslastung werden dabei insbesondere
- - die gemessene Netzspannung (insbesondere anhand von Messdaten eines in die Ladesteuerung integrierten Netzspannungssensors), und/oder
- - die gemessene Netzfrequenz, und/oder
- - Prognosedaten bezüglich einer zu erwartenden Netzauslastung
- - the measured mains voltage (in particular based on measurement data from a mains voltage sensor integrated into the charging control), and/or
- - the measured network frequency, and/or
- - Forecast data regarding expected network utilization
Die optionale Heranziehung der Netzspannung und/oder der Netzfrequenz als Steuergröße für die Einstellung des Vorgabewertes beruht auf der Erkenntnis, dass die Netzspannung geringfügig mit der lokalen und regionalen Netzauslastung schwankt. Insbesondere wird der Vorgabewert bei vergleichsweise hoher Netzspannung erhöht und bei vergleichsweise niedriger Netzspannung erniedrigt. Gegenüber bekannten Verfahren, bei denen der Ladestrom in der Ladestation in Abhängigkeit der Daten von Stromzählern oder Stromsensoren gesteuert wird, hat die vorstehend beschriebene Erfindungsvariante den Vorteil, dass die Messung der Netzspannung in der Ladesteuerung des E-Fahrzeugs selbst erfolgen kann (und vorzugsweise auch erfolgt), so dass eine aufwändige Installation nicht erforderlich (und insbesondere auch nicht vorhanden) ist.The optional use of the grid voltage and/or the grid frequency as a control variable for setting the default value is based on the knowledge that the grid voltage fluctuates slightly with the local and regional grid load. In particular, the default value is increased when the mains voltage is comparatively high and reduced when the mains voltage is comparatively low. Compared to known methods in which the charging current in the charging station is controlled depending on the data from electricity meters or current sensors, the variant of the invention described above has the advantage that the measurement of the mains voltage can (and preferably does) take place in the charging control of the electric vehicle itself ), so that a complex installation is not necessary (and especially not available).
Prognosedaten über die Netzauslastung werden insbesondere automatisch von der Ladesteuerung oder einem externen Steuergerät im E-Fahrzeug aus dem Internet abgerufen.Forecast data about network utilization is automatically retrieved from the Internet by the charging controller or an external control device in the electric vehicle.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind das E-Fahrzeug (und damit die Ladesteuerung) unmittelbar, z.B. über eine eigene Mobilfunkverbindung, mit dem Internet verbunden. In diesem Fall lädt das E-Fahrzeug die Prognosedaten zu der Netzauslastung selbstständig und automatisch herunter.In a particularly advantageous embodiment of the invention, the electric vehicle (and thus the charging controller) is directly connected to the Internet, for example via its own mobile phone connection. In this case, the electric vehicle downloads the forecast data on network utilization independently and automatically.
Alternativ hierzu werden die Prognosedaten mittels einer auf einem mobilen Endgerät (z.B. Smartphone oder Tablet) installierten Software-Applikation (App) heruntergeladen oder ermittelt, wobei diese App unter Nutzung einer Sende- und Empfangseinheit des Endgeräts datenübertragungstechnisch, z.B. über Bluetooth, mit der Ladesteuerung des E-Fahrzeugs verbindbar ist. Diese (auch als „Bedien-App“ bezeichnete) App ist vorzugsweise zur Konfiguration und/oder Fernsteuerung der Ladesteuerung eingerichtet und somit dazu ausgelegt, von einem Nutzer des E-Fahrzeugs regelmäßig mit der Ladesteuerung verbunden zu werden. Die App ist dabei dazu eingerichtet, die Prognosedaten immer dann auf die Ladesteuerung zu übertragen, wenn die App mit der Ladesteuerung verbunden ist; insbesondere immer dann, wenn sich das mobile Endgerät, auf dem die App installiert ist, in der Nähe des E-Fahrzeugs befindet, oder wenn der Nutzer mittels dieser App die Ladesteuerung bedient. Hierbei wird vorzugsweise nicht nur ein aktueller Prognosewert (z.B. für die kommende Stunde) übertragen, sondern eine Langzeitprognose, die Prognosedaten für mehrere Tage, beispielsweise für jede Stunde der kommenden 16 Tage, enthält. Immer dann, wenn die App wieder mit der Ladesteuerung verbunden wird, wird die in der Ladesteuerung hinterlegte Langzeitprognose mit aktualisierten Werten überspielt. In einer Variante dieser Ausführungsform wird mittels der App anhand der Prognosedaten eine angepasste Ladekurve berechnet. In diesem Fall wird - zusätzlich zu den oder anstelle der rohen Prognosedaten der zu erwartenden Netzauslastung - die anhand der Prognose angepasste Ladekurve auf die Ladesteuerung übertragen, wenn das mobile Endgerät mit der Ladesteuerung verbunden ist.Alternatively, the forecast data is downloaded or determined using a software application (app) installed on a mobile device (e.g. smartphone or tablet), this app being connected to the charging control of the device using a transmitting and receiving unit of the device, for example via Bluetooth E-vehicle can be connected. This app (also known as the “operating app”) is preferably set up for configuration and/or remote control of the charging controller and is therefore designed to be regularly connected to the charging controller by a user of the electric vehicle. The app is set up to transfer the forecast data to the charging controller whenever the app is connected to the charging controller; in particular whenever the mobile device on which the app is installed is close to the electric vehicle, or when the user operates the charging control using this app. Here, not only a current forecast value (e.g. for the coming hour) is preferably transmitted, but also a long-term forecast that contains forecast data for several days, for example for every hour of the next 16 days. Whenever the app is reconnected to the charging controller, the long-term forecast stored in the charging controller is overwritten with updated values. In a variant of this embodiment, an adapted charging curve is calculated using the app based on the forecast data. In this case - in addition to or instead of the raw forecast data of the expected network utilization - the charging curve adjusted based on the forecast is transferred to the charging control when the mobile device is connected to the charging control.
Ein Vorteil der zuletzt beschriebenen Ausführungsformen liegt darin, dass die Ladesteuerung selbst offline betrieben werden kann (und vorzugsweise auch wird). Bevorzugt ist die Ladesteuerung dabei nicht mit Mitteln zur Verbindung mit dem Internet ausgerüstet, was eine einfache und unaufwändige Realisierung der Ladesteuerung ermöglicht. Ein weiterer Vorteil dieser Ausführungsform liegt darin, dass die Rechenkapazität des mobilen Endgeräts für die Beschaffung der Prognosedaten, und ggf. die Berechnung der angepassten Ladekurve genutzt werden kann. Dies erlaubt eine entsprechend kleinere Dimensionierung der Rechenleistung der Ladesteuerung.An advantage of the last described embodiments is that the charging control itself can (and preferably will) be operated offline. The charging control is preferably not equipped with means for connecting to the Internet, which enables the charging control to be implemented simply and inexpensively. Another advantage of this embodiment is that the computing capacity of the mobile device for obtaining the forecast data and, if necessary, the calculation of the adjusted th charging curve can be used. This allows a correspondingly smaller dimensioning of the computing power of the charging control.
Die Information über die tatsächliche Netzauslastung kann im Rahmen der Erfindung in Kombination mit einer hinterlegten Ladekurve oder unabhängig davon verwendet werden. In dem ersteren Fall wird beispielsweise die vorgegebene Ladekurve in Abhängigkeit von der Information über die tatsächliche Netzauslastung angehoben/abgesenkt oder skaliert. In dem letzteren Fall wird für die Anpassung des Vorgabewerts der Ladestromstärke insbesondere keine hinterlegte Ladekurve herangezogen. Vielmehr wird der Vorgabewert nur unter Berücksichtigung der Information über die tatsächliche Netzauslastung variiert.Within the scope of the invention, the information about the actual network utilization can be used in combination with a stored charging curve or independently of it. In the former case, for example, the predetermined charging curve is increased/decreased or scaled depending on the information about the actual network utilization. In the latter case, no stored charging curve is used to adapt the default value of the charging current. Rather, the default value is only varied taking into account the information about the actual network utilization.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführung der Erfindung wird der Vorgabewert anhand eines von der Netzauslastung abhängigen Leitsignals eines Netzbetreibers bestimmt. Bei dem Leitsignal kann es sich im Rahmen der Erfindung um ein (binäres) Abschaltsignal handeln, durch das - insbesondere bei einer drohenden Netzüberlastung - der Vorgabewert des Ladestroms auf null gesetzt wird und durch das somit eine Unterbrechung eines laufenden Ladevorgangs veranlasst wird. Alternativ kann es sich bei dem Leitsignal auch um ein differenziertes Signal handeln, das zum Beispiel bei hoher Netzauslastung eine Reduzierung des Vorgabewerts auf einen vorgegebenen Prozentwert des Maximalladestroms veranlasst. Bevorzugt wird das Leitsignal - wenn verfügbar - zusätzlich zu der durchschnittlichen Netzauslastung und/oder der tatsächlichen Netzauslastung bei der Bestimmung des Vorgabewerts berücksichtigt. Beispielsweise wird hierbei das Leitsignal immer dann - z.B. anstelle der hinterlegten Ladekurve oder anstelle von Prognosewerten der zu erwartenden Netzauslastung - zur Ermittlung des Vorgabewerts herangezogen, wenn das Leitsignal der Ladesteuerung des E-Fahrzeugs zugeführt wird. Einem ggf. vorliegenden Leitsignal wird also Priorität eingeräumt. Immer dann, wenn das Leitsignal dagegen nicht vorliegt (z.B., weil die Übermittlung des Leitsignals gestört ist oder der Netzbetreiber ein solches Leitsignal nicht zur Verfügung stellt), werden ersatzweise andere Mittel zur Bestimmung des Vorgabewerts genutzt, z.B. eine hinterlegte Ladekurve oder Prognosewerte der zu erwartenden Netzauslastung. Alternativ hierzu wird in zweckmäßigen Ausführungen der Erfindung das Leitsignal derart mit der hinterlegten Ladekurve oder den Prognosewerten der zu erwartenden Netzauslastung kombiniert, dass der sich aus der Ladekurve bzw. den Prognosewerten ergebende Vorgabewert in Abhängigkeit von dem Leitsignal skaliert oder verschoben wird.In a further advantageous embodiment of the invention, the default value is determined based on a control signal from a network operator that is dependent on the network utilization. In the context of the invention, the control signal can be a (binary) switch-off signal, through which - especially in the event of an impending network overload - the default value of the charging current is set to zero and which thus causes an interruption of an ongoing charging process. Alternatively, the control signal can also be a differentiated signal, which, for example, causes the default value to be reduced to a predetermined percentage of the maximum charging current when the network is busy. Preferably, the control signal - if available - is taken into account in addition to the average network utilization and/or the actual network utilization when determining the default value. For example, the guide signal is always used to determine the default value - e.g. instead of the stored charging curve or instead of forecast values of the expected network utilization - when the guide signal is fed to the charging control of the electric vehicle. A control signal that may be present is therefore given priority. However, whenever the guide signal is not present (e.g. because the transmission of the guide signal is disrupted or the network operator does not provide such a guide signal), other means are used to determine the default value, e.g. a stored charging curve or forecast values of the expected ones Network utilization. Alternatively, in expedient embodiments of the invention, the control signal is combined with the stored charging curve or the forecast values of the expected network utilization in such a way that the default value resulting from the charging curve or the forecast values is scaled or shifted depending on the control signal.
Häufig lässt die Ladesteuerung von herkömmlichen E-Fahrzeugen keine kontinuierliche Variation des Ladestroms zu, sondern ändert den Ladestrom in diskreten Stufen. Insbesondere fordert die Ladesteuerung in der Regel einen Mindestladestrom von z.B. 6A. Sofern der zur Verfügung stehende Ladestrom diesen (auch als Abschaltschwelle bezeichneten) Mindestladestrom unterschreitet, wird der Ladevorgang durch die Ladesteuerung vollständig unterbrochen. Erkanntermaßen könnte diese Abschaltschwelle - insbesondere bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens - zu schockartigen Belastungsänderungen in dem Stromnetz führen, die unter gegebenen Umständen die Netzstabilität gefährden können. Ein solcher Fall könnte beispielsweise eintreten, wenn in einem regionalen Subnetz bei steigender Netzbelastung eine Vielzahl von nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitenden E-Fahrzeuge aufgrund einer hinterlegten Ladekurve, aufgrund der Information über die tatsächliche Netzauslastung oder aufgrund des Leitsignals des Energieversorgers gleichzeitig abschalten, so dass abrupt ein Vielfaches des Mindestladestroms frei wird.The charging control of conventional electric vehicles often does not allow for a continuous variation of the charging current, but instead changes the charging current in discrete steps. In particular, the charging control usually requires a minimum charging current of, for example, 6A. If the available charging current falls below this minimum charging current (also known as the switch-off threshold), the charging process is completely interrupted by the charging control. It has been recognized that this switch-off threshold - particularly when using the method according to the invention - could lead to shock-like load changes in the power network, which under certain circumstances could endanger network stability. Such a case could occur, for example, if in a regional subnetwork a large number of electric vehicles operating according to the method according to the invention switch off at the same time due to an increasing network load due to a stored charging curve, due to the information about the actual network utilization or due to the control signal from the energy supplier, so that abruptly a multiple of the minimum charging current is released.
Um solche für die Netzstabilität gefährliche schockartigen Belastungsänderungen zu vermeiden, wird im Zuge des Verfahrens vorzugsweise eine durch die Ladekurve, die Information über die tatsächliche Netzauslastung oder das Leitsignal des Energieversorgers veranlasste Änderung des Vorgabewerts, insbesondere eine Reduktion des Vorgabewerts auf null, nicht sofort durchgeführt, sondern mit einem Zeitversatz gegenüber dem auslösenden Ereignis. Bei nicht vorhersehbaren Ereignissen (z.B. einen Anstieg der tatsächlichen Netzauslastung oder eine Änderung des Leitsignals) wird der Vorgabewert dabei immer zeitverzögert nach dem Ereignis geändert (insbesondere auf null gesetzt). Im Falle einer fest hinterlegten Ladekurve kann der Vorgabewert alternativ auch bereits proaktiv (also mit einem negativen Zeitversatz vor dem auslösenden Ereignis) geändert, insbesondere auf null gesetzt werden. Der Zeitversatz wird hierbei in einer für das E-Fahrzeug oder den laufenden Ladezyklus spezifischen Weise variiert. Beispielsweise wird der Zeitversatz in Abhängigkeit von einer Dauer eines laufenden Ladezyklus, eines Ladestatus einer geladenen Fahrzeugbatterie, einer während des laufenden Ladezyklus geladenen Energiemenge, oder einer Zufallszahl variiert.In order to avoid such shock-like load changes that are dangerous for network stability, a change in the default value, in particular a reduction of the default value to zero, caused by the charging curve, the information about the actual network utilization or the energy supplier's control signal, is preferably not carried out immediately in the course of the method, but with a time delay compared to the triggering event. In the case of unforeseeable events (e.g. an increase in the actual network load or a change in the control signal), the default value is always changed with a time delay after the event (in particular set to zero). In the case of a permanently stored charging curve, the default value can alternatively be changed proactively (i.e. with a negative time offset before the triggering event), in particular set to zero. The time offset is varied in a way that is specific to the electric vehicle or the current charging cycle. For example, the time offset is varied depending on a duration of an ongoing charging cycle, a charging status of a charged vehicle battery, an amount of energy charged during the ongoing charging cycle, or a random number.
Der Zeitversatz kann dabei optional bei negativen Änderungen des Vorgabewerts (insbesondere Abschaltvorgängen) und positiven Änderungen des Vorgabewerts (insbesondere Wiederaufschaltvorgängen) gleich oder unterschiedlich gewählt sein. Vorzugweise ist der Zeitversatz beim Abschalten (also der Reduzierung des Vorgabewerts auf null) kürzer gewählt als beim Wiederaufschalten (also der Erhöhung des Vorgabewerts von null auf einen positiven Wert). Beispielsweise wird der Zeitversatz für das Abschalten derart bestimmt, dass die Ladesteuerung je Minute der bisherigen Ladezeit in dem laufenden Ladzyklus um 15 Sekunden vor einem vorausbestimmten Abschaltzeitpunkt abschaltet. Wenn das E-Fahrzeug vor dem vorgesehenen Abschaltschaltzeitpunkt bereits 30 Minuten geladen worden war, wird der Ladevorgang also z.B. bereits um einen Zeitversatz von 7,5 Minuten (nämlich 30 x 15 Sekunden) vor dem Abschaltzeitpunkt unterbrochen. Für das Wiederaufschalten ist beispielsweise ein doppelter Zeitversatz von 30 Sekunden je Minute Ladezeit nach einem Wiederaufschaltzeitpunkt vorgesehen, so dass der Ladevorgang bei einer der Unterbrechung vorausgegangenen Ladezeit von 30 Minuten um einen Zeitversatz von 15 Minuten nach dem Wiederaufschaltzeitpunkt wiederaufgenommen wird.The time offset can optionally be chosen to be the same or different for negative changes in the default value (in particular shutdown processes) and positive changes in the default value (in particular restart processes). The time offset when switching off (i.e. reducing the default value to zero) is preferably chosen to be shorter than when switching on again (i.e. increasing the default value from zero to a positive value). For example, the time offset for switching off becomes like this determines that the charging control switches off 15 seconds before a predetermined switch-off time for each minute of the previous charging time in the current charging cycle. If the electric vehicle had already been charged for 30 minutes before the intended switch-off time, the charging process will, for example, be interrupted by a time delay of 7.5 minutes (namely 30 x 15 seconds) before the switch-off time. For reconnection, for example, a double time offset of 30 seconds per minute of charging time after a reconnection time is provided, so that if the charging time preceding the interruption was 30 minutes, the charging process is resumed by a time offset of 15 minutes after the reconnection time.
Zusätzlich oder alternativ zu dem zeitversetzten Unterbrechen und Wiederaufnehmen des Ladevorgangs ist optional vorgesehen, dass die Änderungsrate (also die zeitliche Flankensteilheit einer Änderung) des Vorgabewerts begrenzt wird. Beispielsweise wird die Änderungsrate des Vorgabewerts auf ein Ampere pro Minute begrenzt. Auch durch diese Begrenzung der Änderungsrate des Vorgabewerts werden schnelle (schockartige) Belastungsänderungen der Netzauslastung, die ansonsten zu Netzinstabilität führen können, gedämpft. Die Begrenzung der Änderungsrate des Vorgabewerts kann im Rahmen der Erfindung in dem gesamten Wertebereich des Vorgabewerts vorgesehen sein oder - bevorzugt - nur bei kleinen Vorgabewerten in der Nähe der Abschaltschwelle bzw. bei hoher Netzauslastung. Weiterhin kann der Grenzwert für negative Änderungsraten des Vorgabewerts (also für eine Erniedrigung des Vorgabewerts) gleich oder verschieden von dem Grenzwert für positive Änderungsraten des Vorgabewerts (also für eine Erhöhung des Vorgabewerts) gewählt werden. Beispielsweise werden die Erniedrigung des Vorgabewerts vor dem Abschalten auf 1 Ampere pro Minute und die Erhöhung des Vorgabewerts nach dem Wiederaufschalten auf 0,5 Ampere pro Minute begrenzt.In addition or as an alternative to the time-delayed interruption and resumption of the charging process, it is optionally provided that the rate of change (i.e. the temporal edge steepness of a change) of the default value is limited. For example, the rate of change of the default value is limited to one amp per minute. This limitation of the rate of change of the default value also dampens rapid (shock-like) load changes in network utilization, which can otherwise lead to network instability. Within the scope of the invention, the limitation of the rate of change of the default value can be provided in the entire value range of the default value or - preferably - only for small default values in the vicinity of the switch-off threshold or at high network utilization. Furthermore, the limit value for negative rates of change of the default value (i.e. for a reduction in the default value) can be chosen to be the same as or different from the limit value for positive rates of change of the default value (i.e. for an increase in the default value). For example, the decrease in the default value before switching off is limited to 1 ampere per minute and the increase in the default value after reconnection is limited to 0.5 amperes per minute.
Allen vorstehend beschriebenen Varianten ist gemein, dass der Zeitversatz auch bei gleicher Konfiguration und gleicher Netzbelastung dennoch für verschiedene E-Fahrzeuge in der Regel unterschiedlich ist, so dass die E-Fahrzeuge auch unter gleichen Netzbedingungen zu unterschiedlichen Zeitpunkten den Vorgabewert ändern, insbesondere abschalten.What all of the variants described above have in common is that the time offset is usually different for different electric vehicles, even with the same configuration and the same network load, so that the electric vehicles change the default value, in particular switch off, at different times even under the same network conditions.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfasst die Ladesteuerung zusätzlich eine Software-Applikation (Bedien-App), die zur Konfiguration und/oder Fernsteuerung der Ladesteuerung vorgesehen und eingerichtet ist, und die auf einem Smartphone oder Computer (z.B. einem Notebook oder Tablet) installierbar ist. Das Smartphone bzw. der Computer, auf dem die Bedien-App installiert oder installierbar ist, sind dabei in der Regel kein Bestandteil der Erfindung (insbesondere der erfindungsgemäßen Ladesteuerung) und werden regelmäßig auch unabhängig von dem Ladesteuerung hergestellt und vertrieben. Vielmehr werden das Smartphone bzw. der Computer von der Bedien-App lediglich als externe Ressource für Rechenleistung, Speicherplatz und Kommunikationsdienste genutzt (ähnlich wie das öffentliche Stromnetz von der Ladesteuerung nur als Ressource für elektrische Leistung genutzt wird, ohne dadurch zu einem Bestandteil der Ladesteuerung zu werden). Die Bedien-App ist mit dem fahrzeug-internen Teil der Ladesteuerung vorzugsweise über eine drahtlose Datenübertragungsstrecke (insbesondere mittels Bluetooth oder Mobilfunk) verbindbar. Die Bedien-App nutzt hierfür eine entsprechende Sende- und Empfangseinheit des Smartphones bzw. Computers.In a particularly preferred embodiment, the charging control additionally comprises a software application (operating app), which is intended and set up for configuration and/or remote control of the charging control, and which can be installed on a smartphone or computer (e.g. a notebook or tablet). The smartphone or the computer on which the operating app is installed or can be installed is generally not part of the invention (in particular the charging controller according to the invention) and is regularly manufactured and sold independently of the charging controller. Rather, the smartphone or computer is only used by the operating app as an external resource for computing power, storage space and communication services (similar to how the public power grid is only used by the charging control as a resource for electrical power, without becoming a component of the charging control become). The operating app can be connected to the vehicle-internal part of the charging control, preferably via a wireless data transmission link (in particular via Bluetooth or mobile communications). For this purpose, the operating app uses a corresponding transmitting and receiving unit on the smartphone or computer.
Vorzugsweise kann eine durch die Ladesteuerung aufgrund der Netzauslastung veranlasste Reduktion des Vorgabewerts, insbesondere eine Reduktion des Vorgabewerts auf null, durch einen Nutzerbefehl („Override-Befehl“) überschrieben werden, so dass durch den Nutzer eine Ladung des E-Fahrzeugs mit einem höheren Ladestrom oder höherer Ladeleistung, insbesondere mit maximalem Ladestrom, erzwungen werden kann. Der Override-Befehl kann allerdings seitens des Netzbetreibers an eine besondere Gebühr oder einen besonderen Stromtarif gebunden sein. In einer zweckmäßigen Ausführung der Erfindung ist die Ladesteuerung vor diesem Hintergrund dazu eingerichtet, den Override-Befehl an einen Netzbetreiber oder einen Stromzähler der lokalen Stromverteilung zu melden, um die besondere Gebühr bzw. den besonderen Stromtarif auszulösen.Preferably, a reduction of the default value caused by the charging control due to the network utilization, in particular a reduction of the default value to zero, can be overwritten by a user command (“override command”), so that the user can charge the electric vehicle with a higher charging current or higher charging power, especially with maximum charging current, can be enforced. However, the override command may be tied to a special fee or a special electricity tariff by the network operator. In an expedient embodiment of the invention, the charging control is set up against this background to report the override command to a network operator or an electricity meter of the local electricity distribution in order to trigger the special charge or the special electricity tariff.
Die erfindungsgemäße Ladesteuerung ist allgemein zur Durchführung des vorstehend beschriebenen, erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet. Ausführungsformen des Verfahrens korrespondieren daher mit entsprechenden Ausführungsformen der Ladesteuerung. Erläuterungen zu Varianten des Verfahrens und deren jeweilige Effekte und Vorteile sind entsprechend auf die Ladesteuerung zu übertragen, und umgekehrt.The charging control according to the invention is generally set up to carry out the method according to the invention described above. Embodiments of the method therefore correspond to corresponding embodiments of the charging control. Explanations of variants of the method and their respective effects and advantages must be transferred accordingly to the charging control and vice versa.
Konkret umfasst die Ladesteuerung insbesondere eine elektrische Ladeschaltung, die eine Zuführung des Ladestroms mit steuerbarer Ladestromstärke oder Ladeleistung von einer Ladeschnittstelle des E-Fahrzeugs (nämlich in der Regel einem Ladestecker) zu der Fahrzeugbatterie des E-Fahrzeugs ermöglicht, sowie eine Steuerlogik zur Steuerung der Ladestromstärke oder Ladeleistung des Ladestroms. Die Steuerlogik ist dabei dazu eingerichtet, einen Ladevorgang zum Aufladen eines E-Fahrzeugs freizugeben und hierbei einen Vorgabewert zeitlich variierend, insbesondere kontinuierlich oder in mehreren Stufen variierend, vorzugeben, so dass der Vorgabewert gegenläufig zu einer Netzauslastung des Stromnetzes variiert. Vorzugsweise ist die Steuerlogik dazu eingerichtet, den Vorgabewert der Ladestromstärke anhand einer in der Ladesteuerung oder einem externen Datenspeicher hinterlegten Ladekurve, insbesondere in Form einer zeitabhängigen mathematischen Funktion oder Stützpunkttabelle, zu bestimmen.Specifically, the charging control includes in particular an electrical charging circuit, which supplies the charging current with controllable charging current or charging power from a charging interface of the e-drive equipment (namely usually a charging plug) to the vehicle battery of the electric vehicle, as well as control logic for controlling the charging current strength or charging power of the charging current. The control logic is set up to enable a charging process for charging an electric vehicle and to specify a default value that varies over time, in particular continuously or in several stages, so that the default value varies in the opposite direction to a network utilization of the power grid. The control logic is preferably set up to determine the default value of the charging current based on a charging curve stored in the charging controller or an external data memory, in particular in the form of a time-dependent mathematical function or reference point table.
Die Steuerlogik ist vorzugsweise zusammen mit der Ladeschaltung in einem gemeinsamen Bauteil integriert. In diesem Fall ist die Steuerlogik vorzugsweise als programmierbares Bauteil, z.B. Mikroprozessor oder Einplatinen-Computer, realisiert, in dem eine die Funktionen der Steuerlogik implementierende Software (Firmware) lauffähig installiert ist. Alternativ hierzu kann die Steuerlogik auch durch einen nicht-programmierbaren Hardwareschaltkreis (z.B. in Form eines ASIC) gebildet sein. Wiederum alternativ kann die Steuerlogik durch eine Kombination aus programmierbaren und/oder nicht-programmierbaren Komponenten gebildet sein. In wiederum alternativer Ausführung ist die Steuerlogik als reines Softwareprodukt ausgebildet, das in einem separaten Steuergerät im E-Fahrzeug, z.B. einem Bord-Computer, lauffähig installiert. In wiederum einer anderen alternativen Ausführung ist ein Teil der Steuerlogik zusammen mit der elektrischen Ladeschaltung in einer Baueinheit integriert, während eine anderer Teil der Steuerlogik in einem separaten Steuergerät, z.B. dem Bord-Computer, installiert ist.The control logic is preferably integrated together with the charging circuit in a common component. In this case, the control logic is preferably implemented as a programmable component, e.g. microprocessor or single-board computer, in which software (firmware) implementing the functions of the control logic is installed and ready to run. Alternatively, the control logic can also be formed by a non-programmable hardware circuit (e.g. in the form of an ASIC). Alternatively, the control logic can be formed by a combination of programmable and/or non-programmable components. In another alternative embodiment, the control logic is designed as a pure software product that is installed and ready to run in a separate control unit in the electric vehicle, e.g. an on-board computer. In yet another alternative embodiment, part of the control logic is integrated together with the electrical charging circuit in a structural unit, while another part of the control logic is installed in a separate control device, e.g. the on-board computer.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Ladesteuerung ist als Ladekurve eine Netzauslastungskurve vorgegeben, die die durchschnittliche Netzauslastung an dem geographischen Standort des E-Fahrzeugs oder in dem abgegrenzten Netzbereich, in dem das E-Fahrzeug angeschlossen ist, spezifisch wiedergibt. Die Ladesteuerung ist dabei dazu eingerichtet, den Vorgabewert anhand des Abstands eines aktuellen Werts der Netzauslastungskurve zu einem vorgegebenen Schwellwert zu bestimmen. Alternativ hierzu kann die Ladekurve im Rahmen der Erfindung auch so vorgegeben sein, dass sie gegenläufig zu der durchschnittlichen Netzauslastung an dem geographischen Standort bzw. dem abgegrenzten Netzbereich variiert.In an advantageous embodiment of the charging control, a network utilization curve is specified as the charging curve, which specifically reflects the average network utilization at the geographical location of the e-vehicle or in the delimited network area in which the e-vehicle is connected. The charging control is set up to determine the default value based on the distance between a current value of the network utilization curve and a predetermined threshold value. Alternatively, within the scope of the invention, the charging curve can also be specified in such a way that it varies in the opposite direction to the average network utilization at the geographical location or the delimited network area.
Vorzugsweise ist die Ladeelektronik dazu eingerichtet, den Vorgabewert in Abhängigkeit von einer Information über die (aktuelle oder prognostizierte) tatsächliche Netzauslastung an dem geographischen Standort des E-Fahrzeugs oder in dem abgegrenzten Netzbereich, in dem das E-Fahrzeug angeschlossen ist, zu variieren. Bei Feststellung einer hohen Netzauslastung wird hierbei insbesondere der Vorgabewert auf geringere Werte ausgeregelt als bei niedriger Netzauslastung.The charging electronics are preferably set up to vary the default value depending on information about the (current or forecast) actual network utilization at the geographical location of the e-vehicle or in the delimited network area in which the e-vehicle is connected. If a high network utilization is determined, the default value in particular is adjusted to lower values than when the network utilization is low.
Die Ladesteuerung sind in vorteilhafter Ausführung dazu eingerichtet, als Information über die tatsächliche Netzauslastung Messdaten eines in die Ladesteuerung integrierten oder mit der Ladesteuerung verbundenen Netzspannungssensors oder Netzfrequenzsensors und/oder Prognosedaten bezüglich einer zu erwartenden Netzbelastung heranzuziehen. Die vorstehend genannten Sensoren können ein eigener Bestandteil der erfindungsgemäßen Ladesteuerung ein. Alternativ kann die Ladesteuerung im Rahmen der Erfindung aber auch auf Daten externer Sensoren, z.B. Sensoren eines Smarthome-Systems der lokalen Stromverteilung, an die das E-Fahrzeug angeschlossen ist, etc. zugreifen.In an advantageous embodiment, the charging controller is set up to use measurement data from a network voltage sensor or network frequency sensor integrated into the charging controller or connected to the charging controller and/or forecast data regarding an expected network load as information about the actual network utilization. The sensors mentioned above can be a separate component of the charging control according to the invention. Alternatively, within the scope of the invention, the charging control can also access data from external sensors, e.g. sensors of a smart home system of the local power distribution to which the electric vehicle is connected, etc.
Zusätzlich oder alternativ ist die Ladesteuerung zum (drahtlosen oder drahtgebundenen) Empfang eines von der Netzauslastung abhängigen Leitsignals eines Netzbetreibers eingerichtet. Die Ladesteuerung ist hierbei dazu eingerichtet, den Vorgabewert (gegebenenfalls auch) anhand des Leitsignals zu bestimmen.Additionally or alternatively, the charging control is set up to receive (wirelessly or wired) a control signal from a network operator that depends on the network utilization. The charging control is set up to determine the default value (if necessary) based on the control signal.
In einer vorteilhaften Ausführung ist die Ladesteuerung dazu eingerichtet, eine durch die Ladekurve, die Information über die tatsächliche Netzauslastung oder das Leitsignal des Energieversorgers veranlasste Änderung des Vorgabewerts, insbesondere eine Reduktion des Vorgabewerts auf null, mit einem Zeitversatz durchzuführen, und den Zeitversatz in einer für das E-Fahrzeug oder den laufenden Ladezyklus spezifischen Weise zu variieren. Insbesondere wird der Zeitversatz durch die Ladesteuerung dabei in Abhängigkeit einer Dauer eines laufenden Ladezyklus, eines Ladestatus einer geladenen Fahrzeugbatterie, einer während des laufenden Ladezyklus geladenen Energiemenge, oder einer Zufallszahl variiert.In an advantageous embodiment, the charging control is set up to carry out a change in the default value, in particular a reduction of the default value to zero, with a time offset caused by the charging curve, the information about the actual network utilization or the control signal from the energy supplier, and the time offset in a for to vary the electric vehicle or the current charging cycle in a specific way. In particular, the time offset is varied by the charging control depending on a duration of an ongoing charging cycle, a charging status of a charged vehicle battery, an amount of energy charged during the ongoing charging cycle, or a random number.
Optional sind die Ladesteuerung oder ein gegebenenfalls vorhandenes externes Steuergerät im E-Fahrzeug mit einer Kommunikationselektronik, beispielsweise einem Mobilfunk-, LAN- und/oder WLAN-Adapter, zum drahtgebundenen oder drahtlosen Datenaustausch mit einem entfernten Server, insbesondere im Internet, ausgerüstet, z.B. um Prognosedaten bezüglich der zu erwartenden Netzbelastung selbstständig abzurufen.Optionally, the charging control or any external control device in the electric vehicle is equipped with communication electronics, for example a mobile phone, LAN and/or WLAN adapter, for wired or wireless data exchange with a remote server, in particular on the Internet, e.g independently retrieve forecast data regarding the expected network load.
Die Ladesteuerung umfasst weiterhin optional einen Empfänger für Signale eines globalen Positionsbestimmungssystems (z.B. einem GPS-Empfänger) oder greift auf einen solchen Empfänger des E-Fahrzeugs zu. Die Ladesteuerung ist hierbei dazu eingerichtet, den geographischen Standort des E-Fahrzeugs selbsttätig zu bestimmen. Alternativ ist die Ladesteuerung dazu eingerichtet, mittels des genannten Empfängers den geographischen Standort des E-Fahrzeugs durch Kommunikation mit einem Datenübertragungsnetzwerk (z.B. einem Mobilfunk oder WLAN-Netz) selbsttätig zu bestimmen. Wiederum alternativ wird der geographische Standort des E-Fahrzeugs im Rahmen der Erfindung auch manuell (z.B. mittels der vorstehend beschriebenen Bedien-App) in der Ladesteuerung hinterlegt oder automatisch durch die gegebenenfalls vorhandene Bedien-App ermittelt und an die Ladesteuerung übertragen oder bei der Erstellung der Ladekurve berücksichtigt. In besonders einfachen Ausführungen ist die Ladesteuerung ausschließlich für einen Offline-Betrieb vorgesehen. In diesen Ausführungen umfasst die Ladesteuerung vorzugsweise keine Schnittstellen zur Kommunikation mit einem WLAN- oder Mobilfunknetz.The charging control optionally further includes a receiver for signals from a global positioning system (e.g. a GPS receiver) or accesses such a receiver of the electric vehicle. The charging control is set up to automatically determine the geographical location of the electric vehicle. Alternatively, the charging control is set up to automatically determine the geographical location of the e-vehicle by means of the named receiver by communicating with a data transmission network (e.g. a mobile phone or WLAN network). Alternatively, within the scope of the invention, the geographical location of the electric vehicle is also stored manually (e.g. using the operating app described above) in the charging control or automatically determined by the operating app, if any, and transmitted to the charging control or when creating the Charging curve taken into account. In particularly simple versions, the charging control is intended exclusively for offline operation. In these embodiments, the charging control preferably does not include any interfaces for communication with a WLAN or cellular network.
Die Ladesteuerung ist vorzugsweise mit einer Echtzeituhr ausgestattet, um den Vorgabewert in Abhängigkeit der Tageszeit sowie optional des Wochentages und/oder der Stellung des aktuellen Tages im Jahr zu ermitteln.The charging control is preferably equipped with a real-time clock in order to determine the default value depending on the time of day and optionally the day of the week and/or the position of the current day in the year.
Optional ist die Ladesteuerung auch zur Rückspeisung von elektrischer Energie aus der Fahrzeugbatterie in die Ladestation oder die lokale Stromverteilung eingerichtet, von wo aus die rückgespeiste Energie wiederum optional ganz oder teilweise in das Stromnetz zurückgeführt wird. Im Rahmen des Verfahrens und der zugehörigen Ladesteuerung ist dabei der Vorgabewert der Ladestromstärke oder Ladeleistung insbesondere derart vorgebbar, dass er auch einen oder mehrere negative Werte annehmen kann. Im Falle eines negativen Vorgabewerts wird anstelle eines der Fahrzeugbatterie zugeführten Ladestroms ein (ein maximal dem Vorgabewert entsprechender) Rückspeisestrom aus der Fahrzeugbatterie abgerufen. Bei Ausführungsformen der Erfindung, bei denen der Vorgabewert durch eine Lastkurve bestimmt ist, ist diese Netzauslastungskurve insbesondere derart vorgeben, dass der Vorgabewert in Zeiten besonders hoher Netzauslastung vorübergehend negativ wird. Alternativ kann eine solche Vorzeichenumkehr des Vorgabewerts im Rahmen der Erfindung auch durch die Information über die tatsächliche Netzauslastung oder das Leitsignal des Energieversorgers veranlasst werden.Optionally, the charging control is also set up to recover electrical energy from the vehicle battery into the charging station or the local power distribution, from where the recovered energy is in turn optionally returned in whole or in part to the power grid. As part of the method and the associated charging control, the default value of the charging current or charging power can be specified in particular in such a way that it can also assume one or more negative values. In the case of a negative default value, instead of a charging current supplied to the vehicle battery, a feedback current (a maximum corresponding to the default value) is retrieved from the vehicle battery. In embodiments of the invention in which the default value is determined by a load curve, this network utilization curve is in particular specified in such a way that the default value temporarily becomes negative during times of particularly high network utilization. Alternatively, such a sign reversal of the default value can also be caused within the scope of the invention by the information about the actual network utilization or the control signal from the energy supplier.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung steuert Ladesteuerung den Ladevorgang weiterhin in Abhängigkeit von einem zu erwartenden Energiebedarf des E-Fahrzeugs, insbesondere in Abhängigkeit von dem zu erwartenden Beginn und der zu erwartenden Dauer bzw. Strecke mindestens einer nächsten Fahrt des E-Fahrzeugs. Der zu erwartende Energiebedarf wird hierbei - z.B. durch die Ladesteuerung, den Bord-Computer des E-Fahrzeugs oder einen externen Rechner - anhand des typischen Nutzungsverhaltens und/oder anhand einer Nutzereingabe bestimmt. Beispielsweise reduziert die Ladesteuerung hierbei den Vorgabewert der Ladestromstärke oder Ladeleistung, wenn sich aus dem typischen Nutzungsverhalten und/oder den Nutzereingaben ergibt, dass auch mit der reduzierten Ladestromstärke oder Ladeleistung bis zum dem Beginn der nächsten zu erwartenden Fahrt eine hinreichende Batterieladung für diese zu erwartende Fahrt erreicht wird. In einem konkreten Anwendungsbeispiel dieser Ladestrategie wird der zur Erreichung des gewünschten Ladezustands der Batterie erforderliche Strom- oder Leistungsbedarf auf die zu erwartende Ladedauer (z.B. die zu erwartende Arbeitszeit des Nutzers) derart verteilt, dass die Ladung besonders netzfreundlich erfolgt. Beispielsweise wird der Ladevorgang auf eine Dauer von 5 Stunden mit einer Ladeleistung von durchschnittlich 4 kW unter Berücksichtigung der Netzlast gestreckt, statt das E-Fahrzeug innerhalb von einer Stunde mit einer Ladeleistung von 22kW zu laden. Zusätzlich oder alternativ lädt die Ladesteuerung die Batterie nur teilweise auf und beendet den Ladevorgang vor der Erreichung der Vollladung, wenn sich aus dem typischen Nutzungsverhalten und/oder den Nutzereingaben ergibt, dass der erreichte Ladezustand für die nächste zu erwartende Fahrt oder mehrere dicht aufeinander folgende zu erwartende Fahrten ausreicht. Diese Teilladung der Batterie wird insbesondere vor Werktagen vorgenommen, wenn sich aus dem typischen Nutzungsverhalten und/oder den Nutzereingaben ergibt, dass das E-Fahrzeug an Werktagen typischerweise nur auf einer kurzen Strecke (z.B. zwischen dem Wohnort und dem Arbeitsort des Fahrzeugnutzers) bewegt wird. Bevorzugt kann der Fahrzeugnutzer die Reduzierung der Ladestromstärke bzw. Ladeleistung oder die Beendung des Ladevorgangs bei Teilladung aufgrund des typischen Nutzungsverhaltens durch eine Nutzereingabe überschreiben, z.B. durch Angabe des Beginns und der Dauer bzw. Strecke einer geplanten Fahrt. Der Fahrzeugnutzer kann somit insbesondere eine erhöhte Ladestromstärke bzw. Ladeleistung erzwingen, wenn ein atypisch früher Fahrtantritt geplant ist. Zusätzlich oder alternativ kann der Fahrzeugnutzer einen erhöhten Ladezustand (oder ggf. die Vollladung) der Batterie erzwingen, wenn eine atypisch lange bzw. weite Fahrt geplant ist.In an advantageous embodiment of the invention, the charging control further controls the charging process depending on an expected energy requirement of the electric vehicle, in particular depending on the expected start and the expected duration or distance of at least one next trip of the electric vehicle. The expected energy requirement is determined - e.g. by the charging control, the on-board computer of the e-vehicle or an external computer - based on typical usage behavior and/or based on user input. For example, the charging control reduces the default value of the charging current or charging power if it emerges from the typical usage behavior and/or the user input that, even with the reduced charging current or charging power, there is sufficient battery charge for this expected trip by the start of the next expected trip is achieved. In a specific application example of this charging strategy, the electricity or power requirement required to achieve the desired state of charge of the battery is distributed over the expected charging time (e.g. the user's expected working time) in such a way that charging is carried out in a particularly network-friendly manner. For example, the charging process is stretched over a period of 5 hours with an average charging power of 4 kW, taking the network load into account, instead of charging the electric vehicle within one hour with a charging power of 22 kW. Additionally or alternatively, the charging control only partially charges the battery and ends the charging process before full charge is reached if the typical usage behavior and/or the user input indicates that the state of charge reached is for the next expected trip or several trips in close succession expected journeys is sufficient. This partial charging of the battery is carried out in particular before working days if the typical usage behavior and/or user input shows that the electric vehicle is typically only driven over a short distance on working days (e.g. between the vehicle user's place of residence and the place of work). The vehicle user can preferably override the reduction of the charging current or charging power or the termination of the charging process in the case of partial charging due to the typical usage behavior through a user input, e.g. by specifying the start and duration or route of a planned trip. The vehicle user can therefore in particular force an increased charging current or charging power if an atypically early start to the journey is planned. Additionally or alternatively, the vehicle user can force the battery to have an increased state of charge (or full charge if necessary) if an atypically long or far journey is planned.
Eine weitere Verkörperung der Erfindung ist ein E-Fahrzeug, das die vorstehend beschriebene erfindungsgemäße Ladesteuerung umfasst, und das somit nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitet.A further embodiment of the invention is an electric vehicle which includes the charging control according to the invention described above and which therefore operates according to the method according to the invention.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
-
1 in einem schematischen Blockschaltbild ein Elektro-Fahrzeug (E-Fahrzeug), das zum Bezug eines Ladestroms über eine lokale Stromverteilung (hier beispielhaft eine elektrische Haustrominstallation) an ein öffentliches Stromnetz anschließbar ist, wobei eine Ladesteuerung des Kraftfahrzeugs einen Vorgabewert der Ladestromstärke anhand einer hinterlegten, zeitabhängigen Netzauslastungskurve bestimmt, so dass der Vorgabewert gegenläufig zu dem durchschnittlichen Verlauf der Netzauslastung des Stromnetzes an dem geographischen Standort des E-Fahrzeugs variiert, -
2 in einem schematischen Blockschaltbild in größerem Detail die Ladesteuerung sowie ihre Verschaltung mit einem Bord-Computer und einer Batterie des E-Fahrzeugs, -
3 in einem schematischen Diagramm gegen die Zeit drei typische Tagesverläufe der Netzauslastung im Winter, nämlich einen Tagesverlauf der Netzauslastung für einen Werktag (durchgezogene Linie), einen Tagesverlauf der Netzauslastung für einen Samstag (gestrichelte Linie) und einen Tagesverlauf der Netzauslastung für einen Sonntag (strichpunktierte Linie), -
4 in zwei übereinander angeordneten, chronologischen Diagrammen den Tagesverlauf der Netzauslastung für einen Werktag aus3 sowie einen oberen Schwellwert und einen unteren Schwellwert für die Netzauslastung (oberes Diagramm) und den Verlauf des aus dem Abstand der Netzauslastung zu dem oberen Schwellwert abgeleiteten Vorgabewerts der Ladestromstärke (unteres Diagramm), -
5 inDarstellung gemäß 4 wiederum den Tagesverlauf der Netzauslastung für einen Werktag aus3 (oberes Diagramm) sowie den Verlauf des Vorgabewerts der Ladestromstärke (unteres Diagramm), wobei der Vorgabewert nach einem alternativen Verfahren aus dem Abstand der Netzauslastung zu dem oberen Schwellwert abgeleitet ist, und -
6 in Darstellung gemäß1 eine alternative Ladesituation, in der das Elektro-Fahrzeug zum Bezug des Ladestroms an eine Ladestation angeschlossen ist, die wiederum über die lokale Stromverteilung (hier die Haustrominstallation) an das öffentliche Stromnetz angeschlossen ist.
-
1 in a schematic block diagram an electric vehicle (e-vehicle), which can be connected to a public power grid to obtain a charging current via a local power distribution (here, for example, an electrical house power installation), wherein a charging control of the motor vehicle determines a default value of the charging current based on a stored, time-dependent network utilization curve is determined, so that the default value varies in the opposite direction to the average course of the network utilization of the electricity network at the geographical location of the e-vehicle, -
2 in a schematic block diagram in greater detail the charging control and its connection to an on-board computer and a battery of the electric vehicle, -
3 in a schematic diagram against time, three typical daily patterns of network utilization in winter, namely a daily pattern of network utilization for a working day (solid line), a daily pattern of network utilization for a Saturday (dashed line) and a daily pattern of network utilization for a Sunday (dash-dotted line). ), -
4 shows the daily course of network utilization for a working day in two chronological diagrams arranged one above the other3 as well as an upper threshold value and a lower threshold value for the network utilization (upper diagram) and the course of the default value of the charging current derived from the distance between the network utilization and the upper threshold value (lower diagram), -
5 in representation according to4 in turn shows the daily course of network utilization for a working day3 (upper diagram) and the course of the default value of the charging current (lower diagram), whereby the default value is derived using an alternative method from the distance between the network utilization and the upper threshold value, and -
6 in representation according to1 an alternative charging situation in which the electric vehicle is connected to a charging station to obtain the charging current, which in turn is connected to the public power grid via the local power distribution (here the house power installation).
Einander entsprechende Teile und Größen sind in allen Figuren stets mit gleichen Bezugszeichen versehen.Corresponding parts and sizes are always provided with the same reference numbers in all figures.
Zur Zuführung des Ladestroms IL zu der Batterie 4 ist die Ladesteuerung 6 über eine (fahrzeuginterne) Ladestromleitung 18 einerseits mit der Batterie 4, und andererseits einem Ladestecker 20 des E-Fahrzeugs 2 verbunden.To supply the charging current I L to the
Für den Ladeprozess wird der Ladestecker 20 des E-Fahrzeugs 2 wiederum über ein Ladekabel 22 mit der Hausstrominstallation 10 verbunden. Im Beispiel gemäß
Der Ladesteuerung 6 ist der Ladestrom IL aus der Hausstrominstallation 10 in Form eines ein- oder dreiphasigen Wechselstroms zugeführt. In bevorzugter Ausführung ist die Ladesteuerung 6 hierbei dazu ausgebildet, je nach Art des Anschlusses sowohl einphasigen Wechselstrom als auch dreiphasigen Wechselstrom zu verarbeiten.The charging
Die Ladesteuerung 6 umfasst gemäß
Die Steuerlogik 28 ist vorzugsweise durch ein programmierbares Elektronikbauteil, insbesondere einen Mikroprozessor gebildet, in dem eine Steuersoftware 30 lauffähig installiert ist. In alternativer Ausführung ist die Steuerlogik 28 durch einen nicht-programmierbaren Hardware-Schaltkreis, insbesondere in Form eines ASIC, gebildet. Die Steuerlogik 28 wird wiederum von dem übergeordneten Bord-Computer 8 des E-Fahrzeugs 2 angesteuert, insbesondere aktiviert und deaktiviert. Zusätzlich oder alternativ erhält die Steuerlogik 28 von dem Bord-Computer 8 Zustandsdaten über den Betriebszustand des E-Fahrzeugs 2 und/oder sendet an den Bord-Computer 8 Zustandsdaten der Ladesteuerung 6 (z.B. Messwerte der Batteriespannung UB und/oder der Stromstärke des Ladestroms IL und/oder die Dauer des laufenden Ladevorgangs) an den Bord-Computer 8. Außerdem nutzt die Ladesteuerung 6 optional einen in den Bord-Computer 8 integrierten oder mit dem Bord-Computer 8 verbundenen Mobilfunk-Transceiver 32, um in nachfolgend näher beschriebener Weise Daten mit dem Internet auszutauschen. Zur Messung der Stromstärke des Ladestroms IL umfasst die Ladesteuerung 6 ferner einen in die Ladestromleitung 18 geschalteten Stromsensor 34.The control logic 28 is preferably formed by a programmable electronic component, in particular a microprocessor, in which control software 30 is installed so that it can run. In an alternative embodiment, the control logic 28 is formed by a non-programmable hardware circuit, in particular in the form of an ASIC. The control logic 28 is in turn controlled, in particular activated and deactivated, by the higher-level on-
Der Ladestecker 20 des E-Fahrzeugs 2 ist beispielsweise als „Typ2-Stecker (d.h. eine Stecker gemäß IEC 62196 Typ 2) ausgebildet, an den das Ladekabel 22 des E-Fahrzeugs 2 mit einer entsprechenden Ladesteckbuchse anschließbar ist. In dem in
Während eines Ladevorgangs wird die Ladesteuerung 6 des E-Fahrzeugs 2 aus der Hausstrominstallation 10 über das Ladekabel 22 mit dem Ladestrom IL versorgt.During a charging process, the charging
Die Steuerlogik 28 der Ladesteuerung 6 initiiert einen Ladevorgang entweder auf Anforderung eines Nutzers oder automatisch, wenn sie die Verbindung des Ladesteckers 20 mit einer geeigneten Stromquelle, z.B. der Hausstrominstallation 10, erkennt. Die Steuerlogik 28 steuert hierzu den Gleichrichter 26 zur Ausgabe des gleichgerichteten Ladestroms IL an die Batterie 4 an.The control logic 28 of the charging
Während des Ladevorgangs regelt die Steuerlogik 28 die Stromstärke des Ladestroms IL (Ladestromstärke) einerseits nach Bedarf. Sie variiert hierzu grundsätzlich die Ladestromstärke quasi-kontinuierlich (d.h. in vielen kleinen Stufen) zwischen einem Minimalwert Vmin (z.B. entsprechend einer Ladestromstärke von 6A) und einem zeitlich variablen Vorgabewert V, so dass die Batterie 4 schnellstmöglich ohne Risiko einer Überlastung geladen wird, und sie beendet den Ladevorgang durch Abschaltung des Gleichrichters 26 (und somit Reduzierung der Ladestromstärke auf null), wenn die Batterie 4 aufgeladen ist. Den Vorgabewert V erzeugt die Steuerlogik 28 im Beispiel gemäß
Die Steuerlogik 28 bestimmt den Vorgabewert V dabei anhand einer in einem Datenspeicher der Steuerlogik 28 in Abhängigkeit von der Zeit t und dem geographischen Ort hinterlegten Ladekurve.The control logic 28 determines the default value V based on a charging curve stored in a data memory of the control logic 28 depending on the time t and the geographical location.
In dem in
Der Darstellung gemäß
Diese Unterschiede der durchschnittlichen Netzauslastung im Wochen- und Jahresverlauf werden bei der Bestimmung des Vorgabewerts V dadurch berücksichtigt, dass die Netzauslastungskurve A vorzugsweise über das gesamte (Kalender-) Jahr definiert ist. Beispielsweise ist die Netzauslastungskurve A in Form einer Stützstellentabelle realisiert, die im Rahmen einer vorgegebenen zeitlichen Auflösung (z.B. im Abstand von jeweils 5 Minuten) für jeden Zeitpunkt im Jahresverlauf einen bestimmten zugeordneten Wert aufweist. Die Steuerlogik 28 weist beispielsweise eine Echtzeituhr auf und liest anhand der von dieser Uhr ausgegebenen Zeit t (also z.B. alle 5 Minuten) sukzessive Wert für Wert aus der Stützstellentabelle aus.These differences in the average network utilization over the course of the week and year are taken into account when determining the default value V in that the network utilization curve A is preferably defined over the entire (calendar) year. For example, the network utilization curve A is implemented in the form of a reference point table, which has a specific assigned value for each point in time over the course of the year within the framework of a specified time resolution (e.g. at intervals of 5 minutes). The control logic 28 has, for example, a real-time clock and successively reads out value by value from the support point table based on the time t output by this clock (e.g. every 5 minutes).
Die Steuerlogik 28 bestimmt dabei den Vorgabewert, indem sie den aktuellen Wert A(t) der hinterlegten Netzauslastungskurve A von einem vorgegebenen Schwellwert Amax subtrahiert und - vorzugsweise - die Differenz mit einem vorgegebenen Proportionalitätsfaktor k multipliziert:
Aus den obigen Gleichungen ist ersichtlich, dass der Vorgabewert V auf null erniedrigt wird, wenn der aktuelle Wert A(t) der hinterlegten Netzauslastungskurve A den Schwellwert Amax überschreitet. Andererseits wird der Vorgabewert V bei geringer Netzauslastung auf den Maximalwert Vmax begrenzt.From the above equations it can be seen that the default value V is reduced to zero when the current value A(t) of the stored network utilization curve A exceeds the threshold value A max . On the other hand, the default value V is limited to the maximum value V max when the network load is low.
Dieses Verfahren zur Bestimmung des Vorgabewerts V ist in den beiden Diagrammen der
Dies ist aus dem unteren Diagramm der
In dem Vergleich der beiden Diagramme der
Während einer von zwei Zeitpunkten t4 und t5 begrenzten Zeitspanne zwischen dem Mittags-Peak und dem Abend-Peak, z.B. etwa zwischen 15:00 Uhr und 16:30 Uhr, fällt die durchschnittliche Netzbelastung in dem dargestellten Beispiel vorübergehend unter den zweiten Schwellwert Amin ab, so dass in diesem Zeitintervall der Vorgabewert V wieder auf den Maximalwert Vmax gesetzt wird. Während des Abend-Peaks, zwischen Zeitpunkten t6 und t7 (z.B. zwischen 17:45 Uhr und 19:45 Uhr), überschreitet die Netzauslastung den oberen Schwellwert Amax. Entsprechend setzt die Steuerlogik 28 den Vorgabewert V in dieser Zeitspanne auf null und unterbricht somit einen ggf. laufenden Ladevorgang. Zu einem Zeitpunkt t8 (z.B. etwa um 22:15 Uhr) fällt die durchschnittliche Netzauslastung erneut unter den zweiten Schwellwert Amin, so dass der Vorgabewert wieder auf den Maximalwert Vmax gesetzt wird.During a time period limited by two times t 4 and t 5 between the midday peak and the evening peak, for example between 3:00 p.m. and 4:30 p.m., the average network load in the example shown temporarily falls below the second threshold value A min , so that the default value V is set back to the maximum value V max in this time interval. During the evening peak, between times t 6 and t 7 (e.g. between 5:45 p.m. and 7:45 p.m.), the network utilization exceeds the upper threshold value A max . Accordingly, the control logic 28 sets the default value V in this period of time to zero and thus interrupts any charging process that may be in progress. At a time t 8 (e.g. at approximately 10:15 p.m.) the average network utilization falls again below the second threshold value A min , so that the default value is set again to the maximum value V max .
Die Netzauslastungskurve A ist zudem als Funktion des geographischen Standorts des E-Fahrzeug 2 hinterlegt, so dass die Netzauslastungskurve A für verschiedene Standorte des E-Fahrzeugs jeweils einen individuell angepassten zeitlichen Verlauf aufweist. Die Ladesteuerung 6 erhält die Information über den geographischen Standort des E-Fahrzeugs 2 dabei insbesondere von einem in den Bord-Computer 8 integrierten GPS-Sensor.The network utilization curve A is also stored as a function of the geographical location of the e-vehicle 2, so that the network utilization curve A has an individually adapted time course for different locations of the e-vehicle. The charging
In einer alternativen Ausführung der Ladesteuerung 6 ist die Netzauslastungskurve A nicht ortsauflöst und vorzugsweise nur für ein begrenztes Zeitintervall von z.B. 48 Stunden in der Steuerlogik 28 hinterlegt. Um dennoch eine zeit- und ortsspezifische Ladekurve zur Verfügung stellen können, ist die Steuerlogik 28 in dieser Ausführungsform dazu ausgebildet, sich zur Beginn eines jeden Ladevorgangs über den Mobilfunk-Transceiver 32 des E-Fahrzeugs 2 mit dem Internet zu verbinden und durch Kommunikation mit einem entsprechenden Web-Server eine Netzauslastungskurve A herunterzuladen, die die durchschnittliche Netzauslastung spezifisch für den aktuellen geographischen Standort des E-Fahrzeugs 2 und die aktuelle Zeit wiedergibt.In an alternative embodiment of the charging
In einer weiteren Ausführungsvariante erhält die Steuerlogik 28 über das Mobilfunknetz und den Transceiver 32 ein von der tatsächlichen Netzauslastung abhängiges Leitsignal des Netzbetreibers, das einen Richtwert für den Vorgabewert V festlegt und das von der Steuerlogik 28 alternativ oder zusätzlich zu der hinterlegten Netzauslastungskurve A berücksichtigt wird. Beispielsweise ist die Steuerlogik 28 dazu eingerichtet, den Vorgabewert V immer dann anhand des Leitsignals zu bestimmen, wenn dieser zur Verfügung steht, und alternativ den Vorgabewert V anhand der hinterlegten Netzauslastungskurve A zu bestimmen. Diese Ausführung der Steuerlogik 28 ermöglicht, dieselbe Ladesteuerung 6 sowohl online (mit Verbindung zu der Leitstelle des Netzbetreibers) als auch offline (ohne Verbindung zu der Leitstelle des Netzbetreibers) netzfreundlich zu betreiben.In a further embodiment variant, the control logic 28 receives via the mobile radio network and the transceiver 32 a control signal from the network operator that is dependent on the actual network utilization, which sets a guideline value for the default value V and which is taken into account by the control logic 28 as an alternative or in addition to the stored network utilization curve A. For example, the control logic 28 is set up to determine the default value V based on the control signal whenever it is available, and alternatively to determine the default value V based on the stored network utilization curve A. This design of the control logic 28 makes it possible to operate the
In einer weiteren, anhand von
In einer weiteren Ausführungsform wird die Änderungsrate des Vorgabewerts V auf vorgegebenen Grenzwerte, z.B. auf maximal 1 Ampere pro Minute für die Erniedrigung des Vorgabewerts V und maximal 0,5 Ampere pro Minute für die Erhöhung des Vorgabewerts V, begrenzt. Dies führt bei dem in
In einer weiteren Variante der Ladesteuerung 6 wird anstelle einer (für einen gegebenen Ort und eine gegebene Zeit) unveränderlichen Netzauslastungskurve A eine Langzeitprognose der zu erwartenden Netzauslastung als Netzauslastungskurve A in die Steuerlogik 28 eingespeichert. Von der durchschnittlichen Netzauslastung unterscheidet sich die Langzeitprognose dadurch, dass absehbare Abweichungen von den Durchschnittswerten der Netzauslastung, z.B. aufgrund von absehbaren Wetterereignissen, in der Netzauslastungskurve A berücksichtigt werden. In der Regel weicht die Langzeitprognose dabei umso stärker von der durchschnittlichen Netzauslastung ab und gibt die tatsächliche Netzauslastung umso genauer wieder, je näher der prognostizierte Zeitpunkt an der Gegenwart liegt. Für Zeitpunkte in weiter entfernter Zukunft geht die Langzeitprognose dagegen in die durchschnittliche Netzausauslastung über.In a further variant of the charging
Die anhand der Langzeitprognose berechnete Netzauslastungskurve A wird durch den Netzbetreiber oder Dienstleister in kurzen Zeitabständen (z.B. alle zwei Stunden) aktualisiert. Die aktualisierte Netzauslastungskurve A wird von der Steuerlogik 28 z.B. in regelmäßigen Zeitabständen oder zu Beginn eines jeden Ladevorgangs über das Internet heruntergeladen und in dem Speicher der Steuerlogik 28 abgespeichert.The network utilization curve A, calculated based on the long-term forecast, is updated by the network operator or service provider at short intervals (e.g. every two hours). The updated network utilization curve A is downloaded from the control logic 28, for example at regular intervals or at the beginning of each charging process, via the Internet and stored in the memory of the control logic 28.
In einer weiteren Variante der Erfindung misst die Steuerlogik 28 fortlaufend den Betrag der Netzspannung U als Maß für die tatsächliche Netzauslastung. Sie vergleicht dabei die tatsächliche Netzauslastung mit der durchschnittlichen Netzauslastung (also dem aktuellen Wert der hinterlegten Netzauslastungskurve A) und korrigiert den Vorgabewert V bei signifikanten Abweichung nach. Beispielsweise ist hierzu der Proportionalitätsfaktor k in der vorstehenden Gleichung als Funktion der gemessenen Netzspannung U und der Netzauslastungskurve A definiert:
In einer alternativen Ladesituation gemäß ist
Ein Unterschied zu der Ladesituation gemäß
Bei einfachen Ladestationen 40 wird der Vorgabewert V` als zeitlich konstante Größe ausgegeben und spezifiziert lediglich die maximale Ladestromstärke, für die die Ladestation 40 oder die daran angeschlossene Hausstrominstallation 10 ausgelegt sind. Komplexer aufgebaute („intelligente“) Ladestationen 40 umfassen mitunter ein Lastmanagement, das die Stromstärke des an dieser Ladestation 40 gezogenen Ladestroms IL bedarfsweise reduziert, um eine Überlastung der lokalen Stromverteilung zu vermeiden. Solche Ladestationen 40, die insbesondere in lokalen Stromverteilungen mit mehreren Ladestationen 40 eingesetzt werden, geben daher einen zeitabhängig variierenden Vorgabewert V` an die Ladesteuerung 6 des E-Fahrzeugs 2 ab. Denkbar wäre zudem, dass künftige Ladestationen 40 im Rahmen des Lastmanagements auch die Netzauslastung des öffentlichen Stromnetzes 14 bei der Begrenzung des Ladestroms IL berücksichtigen.In the case of simple charging
In einer einfach implementierbaren, aber zweckmäßigen Ausführung der Ladesteuerung 6 ist die Steuerlogik 28 dazu ausgebildet, den eigenen (fahrzeug-internen) Vorgabewert V und den ggf. von der Ladestation 40 übermittelten (fahrzeug-externen) Vorgabewert V` vergleichend auszuwerten und die Stromstärke des Ladestroms IL stets auf den kleineren der beiden Vorgabewerte V und V` zu begrenzen. Die Steuerlogik 28 begrenzt die Stromstärke des Ladestroms IL somit stets auf den fahrzeug-internen Vorgabewert V, wenn dieser den fahrzeug-externen Vorgabewert V` unterschreitet; und sie begrenzt die Stromstärke des Ladestroms IL stets und auf den fahrzeug-externen Vorgabewert V`, wenn dieser den fahrzeug-internen Vorgabewert V unterschreitet.In a simple to implement but practical embodiment of the charging
In einer noch komplexeren Ausgestaltung gibt die Ladestation 40 zusätzlich zu dem Vorgabewert V` eine Zusatzinformation an die Ladesteuerung 6 des E-Fahrzeugs 2 aus, die die Art der Ladestation 40, die Grundlagen für die Berechnung des fahrzeug-externen Vorgabewerts V` und/oder den Aufbau der lokalen Stromverteilung, an die die Ladestation 40 angeschlossen ist, charakterisiert. Beispielsweise enthält die Zusatzinformation Angaben, aus denen die Ladesteuerung 6 erkennen kann,
- a) ob der Vorgabewert V` durch die
Ladestation 40 aufgrund eines Lastmanagements ermittelt wurde, - b) ob bei der Ermittlung des Vorgabewerts V` durch die
Ladestation 40 die Netzauslastung des öffentlichen Stromnetzes 14, andas die Ladestation 40 angeschlossen ist, berücksichtigt wurde, und/oder - c) ob die
lokale Stromverteilung 10, andie die Ladestation 40 angeschlossen ist, von der Netzauslastung des öffentlichen Stromnetzes 14 unabhängig ist (z.B., weil die lokale Stromverteilung nicht mitdem öffentlichen Stromnetzes 14 verbunden ist, oder den Ladevorgang aus einer eigenen Stromquellen wie z.B. einer lokalen PV-Anlage oder einem Batteriespeicher speist).
- a) whether the default value V` was determined by the charging
station 40 based on load management, - b) whether the network utilization of the
public power grid 14 to which the chargingstation 40 is connected was taken into account when determining the default value V` by the chargingstation 40, and/or - c) whether the
local power distribution 10, to which the chargingstation 40 is connected, is independent of the network utilization of the public power grid 14 (e.g. because the local power distribution is not connected to thepublic power grid 14, or the charging process from its own power sources such as a local PV system or a battery storage system).
Anhand der Zusatzinformation entscheidet die Ladesteuerung 6 in dieser Ausführung, ob sie dem fahrzeug-internen Vorgabewert V Priorität einräumt, wenn dieser den fahrzeug-externen Vorgabewert V` unterschreitet, oder ob sie dem von der fahrzeug-externen Vorgabewert V` stets Priorität einräumt. Die Ladesteuerung 6 ist dabei insbesondere derart eingerichtet, sich für letzteres zu entscheiden (und somit dem Vorgabewert V` eine generelle Priorität einzuräumen sowie optional die Erzeugung des fahrzeug-internen Vorgabewerts V einzustellen), wenn und solange die von der Ladestation 40 übermittelte Zusatzinformation einen der vorstehend beschriebenen Fälle b) und c) anzeigt.Based on the additional information, the charging
Die Zusatzinformation wird von der Ladestation 40 vorzugsweise über eine separate Datenleitung des Ladekabels 22 an die Steuerlogik 28 übertragen. Alternativ erfolgt die Übertragung der Zusatzinformation von der Ladestation 40 an die Ladesteuerung 6 drahtlos, z.B. mittels Bluetooth, oder mittels einer Powerline-Übertragung, d.h. über eine Ladestromleitung des Ladekabels 22 durch Modulation der Zusatzinformation auf den Ladestrom IL.The additional information is transmitted from the charging
Die Erfindung wird an den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen besonders deutlich, ist auf diese Ausführungsbeispiele aber nicht beschränkt. Vielmehr können weitere Ausführungsformen der Erfindung aus den Ansprüchen und der vorstehenden Beschreibung abgeleitet werden. Insbesondere können die an den vorstehenden Ausführungsbeispielen beschriebenen Einzelmerkmale des Verfahrens und der Ladesteuerung im Rahmen der Ansprüche auch in anderer Weise miteinander kombiniert werden.The invention is particularly clear from the exemplary embodiments described above, but is not limited to these exemplary embodiments. Rather, further embodiments of the invention can be derived from the claims and the above description. In particular, the individual features of the method and the charging control described in the above exemplary embodiments can also be combined with one another in a different way within the scope of the claims.
BezugszeichenlisteReference symbol list
- 22
- E-FahrzeugE-vehicle
- 44
- Batteriebattery
- 66
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