EP2735072A1 - Bereitstellung elektrischer energie - Google Patents

Bereitstellung elektrischer energie

Info

Publication number
EP2735072A1
EP2735072A1 EP11749794.1A EP11749794A EP2735072A1 EP 2735072 A1 EP2735072 A1 EP 2735072A1 EP 11749794 A EP11749794 A EP 11749794A EP 2735072 A1 EP2735072 A1 EP 2735072A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
session
electrical energy
charging
current
master
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
EP11749794.1A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Kolja Eger
Alexander Kepka
Andreas Zwirlein
Georg Von Wichert
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP2735072A1 publication Critical patent/EP2735072A1/de
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/10—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles characterised by the energy transfer between the charging station and the vehicle
    • B60L53/14—Conductive energy transfer
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/60—Monitoring or controlling charging stations
    • B60L53/62—Monitoring or controlling charging stations in response to charging parameters, e.g. current, voltage or electrical charge
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/60—Monitoring or controlling charging stations
    • B60L53/63—Monitoring or controlling charging stations in response to network capacity
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/60—Monitoring or controlling charging stations
    • B60L53/67—Controlling two or more charging stations
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2310/00—The network for supplying or distributing electric power characterised by its spatial reach or by the load
    • H02J2310/40—The network being an on-board power network, i.e. within a vehicle
    • H02J2310/48—The network being an on-board power network, i.e. within a vehicle for electric vehicles [EV] or hybrid vehicles [HEV]
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0013—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries acting upon several batteries simultaneously or sequentially
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/7072—Electromobility specific charging systems or methods for batteries, ultracapacitors, supercapacitors or double-layer capacitors
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/10—Technologies relating to charging of electric vehicles
    • Y02T90/12—Electric charging stations
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/10—Technologies relating to charging of electric vehicles
    • Y02T90/14—Plug-in electric vehicles
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/10—Technologies relating to charging of electric vehicles
    • Y02T90/16—Information or communication technologies improving the operation of electric vehicles
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y04—INFORMATION OR COMMUNICATION TECHNOLOGIES HAVING AN IMPACT ON OTHER TECHNOLOGY AREAS
    • Y04S—SYSTEMS INTEGRATING TECHNOLOGIES RELATED TO POWER NETWORK OPERATION, COMMUNICATION OR INFORMATION TECHNOLOGIES FOR IMPROVING THE ELECTRICAL POWER GENERATION, TRANSMISSION, DISTRIBUTION, MANAGEMENT OR USAGE, i.e. SMART GRIDS
    • Y04S10/00—Systems supporting electrical power generation, transmission or distribution
    • Y04S10/12—Monitoring or controlling equipment for energy generation units, e.g. distributed energy generation [DER] or load-side generation
    • Y04S10/126—Monitoring or controlling equipment for energy generation units, e.g. distributed energy generation [DER] or load-side generation the energy generation units being or involving electric vehicles [EV] or hybrid vehicles [HEV], i.e. power aggregation of EV or HEV, vehicle to grid arrangements [V2G]

Definitions

  • Electromobility requires an infrastructure that allows electric vehicles to be recharged from a power grid.
  • the electric vehicles are preferably connected and charged via charging stations (e.g., publicly available charging stations).
  • charging stations e.g., publicly available charging stations.
  • the object of the invention is to provide an efficient and clean for the supply network approach to charging electric vehicles.
  • a charge ⁇ process for an electric vehicle can ei ⁇ ner centralized unit, eg a charge management, a variety of sessions are managed.
  • the provided electrical energy may include, for example, a charging current for the respective session.
  • This solution has the advantage that freed or unclaimed resources can be allocated to other sessions.
  • a consumer or a charging station blocked not necessarily the whole energy provided, son ⁇ countries the excess of uncalled energy can be assigned to at least one more meeting.
  • This also has the advantage that a correction of the energies provided is possible and thus, for example, an initial planning of the electrical energies reserved for the individual sessions must have a lower accuracy due to the possibility of correction. In other words, the initial assignment of the resources can have a higher error, which can be corrected successively, for example, during the actually performed loading operations.
  • An advantage is that a given (power ⁇ or load) profile, which, for example, generated or agreed upon (for example, purchased) was adhered to and / or is used efficiently.
  • energy in particular includes or relates to: a current, a voltage, a power and / or an energy in the narrower sense.
  • the communication between the electric vehicle and the charging infrastructure may be unidirectional or bidirectional.
  • the electric vehicle can explicitly communicate its required energy or desired power consumption of the charging infrastructure. It can also be determined from the behavior of the electric vehicle or a charging station, which electrical energy the Electric vehicle is provided. In particular, it is ei ⁇ ne option that a charging current between the electric vehicle and the charging infrastructure is negotiated.
  • the one electrical Ener ⁇ energy that has not been retrieved by the session, completely or substantially completely is another meeting at least provided.
  • Another development is that a portion of the electrical energy that was not retrieved from the session is provided to the at least one other session.
  • the amount of electrical energy that is provided to the at least one other session can be reduced by a predetermined amount. This allows the meeting shortly to request up to this amount increased elekt ⁇ innovative energy and also to get (safety margin ⁇ ).
  • the electrical energy provided to the session depends on a type of session.
  • the type of session may dictate that it is a session that uses a Schuko plug and should only be supplied with a constant electrical energy.
  • the electrical energy provided can be set to be constant or nearly constant or variable.
  • At least the part of the electrical energy provided for the session, which has not been retrieved, which is a different session provided at least, if at least the part of the non Tar ⁇ called electric energy reaches a predetermined threshold or exceeds.
  • at least the part of the electrical energy which has been provided for the session and which has not been called up is made available to the at least one other session if a maximum of the unrequested part of the electrical energy determined at different times exceeds the predetermined threshold value reached or exceeded.
  • At least the portion of the electrical energy provided for the session which has not been retrieved is provided to the at least one other session for a predetermined period of time.
  • a predetermined period of time can be determined, after the expiration of a re-allocation of electrical energy.
  • One embodiment is that a load distribution for at least one session is set by a gradual allocation of electrical energy.
  • the gradual allocation of electric power may be a gradual, such as time-graded Zuwei ⁇ solution of the electrical energy to the at least one session act.
  • the progressive allocation (quasi-) can be carried continu ously ⁇ by the electric energy is gradually adapted to the course of time.
  • a peak load which could be caused by a new or changed load distribution, is effectively avoided.
  • the respective charge current is communicated to several sessions at least partially at different times.
  • An alternative embodiment is to progressively adjust the load distribution for multiple sessions by sequencing the electrical energies for the multiple sessions.
  • a next embodiment is that the stepwise allocation of the electrical energy comprises several steps, between which a predetermined period of time lies.
  • the electrical energy is further reduced or switched off, if after Ab ⁇ running the predetermined period of time, the allocated electrical energy is not set.
  • the predetermined time ⁇ duration is constant or variable.
  • the plurality of steps in such may be separated from each other by moving ⁇ che time periods or by different time durations.
  • An additional embodiment is that the Lastvertei ⁇ ment is set for several sessions by
  • La ⁇ destationen be set in a first step, for which the new charging current from the previous charging current to be reduced.
  • a second step such charging stations can then be set for which the charging current is to be increased compared to the previous charging current.
  • it is previously checked (eg measured) whether the reduced charging current has also been successfully set or achieved.
  • Another embodiment is that the sessions are set with the increased electrical energy, if a current extracted electrical energy is less than or equal to a target value for the electrical energy.
  • the provided elekt ⁇ innovative energy is a charging current for an electrical load or power consumption of the required electric load.
  • the electrical consumer is an electric vehicle.
  • the session includes a charging process for an electric vehicle.
  • a load management for a charging ⁇ system comprising, for example, several charging stations, which are for example part of a public electricity charging station.
  • a load management determines a load distribution in compliance with various conditions, which may be both economic and (network) technical. For example, network bottlenecks can be avoided and at the same time it can be ensured that, for example, a loading process is carried out efficiently and network-friendly.
  • the above object is also achieved by a device for providing electrical energy with a processing unit which is set up such that
  • the processing unit of the ⁇ art is configured such that a load distribution for at least one session by a stepwise allocation of electric power is adjustable.
  • the device is at least partially ⁇ belongs to a loading station of an electric vehicle.
  • the processing unit mentioned herein that may be embodied in particular as a processor unit and / or an at least partially solid ⁇ wired or logic circuitry, for example, is set up such that the method can be performed as described herein.
  • Said processing unit may be any type of processor or computer or computers with corresponding peripheral systems (SpeI ⁇ cher, input / output interfaces, input-output devices, etc.) or include.
  • the above explanations regarding the method apply to the device accordingly.
  • the device may be implemented in one component or distributed in several components.
  • the presented solution further comprises a Computerpro ⁇ program product, directly loadable into a memory of a digital computer, comprising program code portions which are suitable to carry out steps of the method described herein.
  • a computer-readable storage medium e.g. any memory comprising computer-executable instructions (e.g., in the form of program code) adapted for the computer to perform steps of the method described herein.
  • Fig.l is a schematic diagram for charging electric vehicles via a power grid
  • FIG. 2 is a schematic architecture of a distributed load management that the approach 'choice of a master, "he ⁇ enables or supports;
  • FIG. 3 shows an exemplary state diagram for a charging station
  • Electric vehicles 5 is a diagram showing the timing of different charging processes for three electric vehicles
  • FIG. 6 is a schematic representation for illustrating a change management for the load management.
  • FIG. 4 shows a schematic representation of an exemplary load management architecture 401 in conjunction with a (e.g., central) electric vehicle charge controller 407.
  • the charge control device 407 communicates, for example, with at least one charging station (not shown in FIG. 4), wherein at each charging station at least one electrical load is connected to an energy store, e.g. an electric vehicle, can be connected.
  • an energy store e.g. an electric vehicle
  • the load management 401 includes a load management method
  • a session preferably denotes a (charging) operation of an electric vehicle, for example, at the mentioned charging station is connected.
  • the session is also referred to here as session.
  • egg ne (functional) component of the load management 401 which may optionally be implemented in software and / or hardware on a device or on several ⁇ ren devices .
  • the individual functional components 403 to 406 in the nomenclature presented, without it being indicated in each case that this may be a function or a functional component.
  • the functional separation according to Figure 4 is a clear representation; a concrete implementation may combine several of these functiona ⁇ len blocks.
  • the components 402-406 represent functions of the load management 401, wherein the load management 401 may be implemented on at least one physical component.
  • the following messages are transmitted between the load management 401 and the load control device 407:
  • Session Management a message 413 for updating the load management parameters, the message 413 being transmitted from the parameterization 406 to the charge control device 407.
  • the session manager 403 manages the active sessions with their current state.
  • the current state of a session is determined by session control 404.
  • the session management 403 receives the power request 408 so ⁇ as the session end notification 409 from the charging control device 407 and pushes on this basis, a (re) calculation tion of the load distribution in the load management process 402.
  • the Session Management 403 may discontinue the charging ⁇ stream this session. For example, it may be agreed that a session that is loaded via a plug type "Schuko plug" should only receive a constant charging current. In that regard, the session management 403 of such a meeting also assigns a constant charging current.
  • Each session is connectivity check example of an instance of a sit-monitored 404, and receives from the Ladesteue ⁇ approximate device 407 reporting on the basis of Wegungsaktualmaschinesnach- 410 a current status.
  • 404 unused, e.g. freed-up or freed-up resources are (re) used (reassigned).
  • an actual current is passed to the load management 401 via the session update message 410.
  • the parameter I IS can be determined whether the electric energy ⁇ prepared for an electric vehicle is also retrieved from this electric vehicle (or the charging station for this electric vehicle). If not all the electrical energy provided is retrieved, the remainder can be distributed to other charging stations. Thus, it is possible to use untapped resources efficiently and promptly and to increase thus ⁇ with the efficiency of loading operations.
  • the current measured current value of a session can be transmitted from the charging station to the charging control device 407 and from there to the load management 401.
  • the charging station adjusts the current with the the electric vehicle to be loaded or the electric vehicle tells a charging current, which must not be exceeded ⁇ th.
  • This current can be limited by the charge control device 407.
  • the current current provided to the charging station can thus be specified by the charging control device 407 explicitly to the load management 401 in absolute values and / or in the form of changes, for example in units of 0.5A.
  • the measured maximum of the charging current (or alternatively a derived therefrom value, for example 110% of the maximum of the measured charging current) is as further Be ⁇ limitation for the session used. Then, a new load distribution is determined, in which the freely usable An ⁇ part of the charging current jA _ -j- TARGE _ -j-IST can be made available to other meetings.
  • the charging current I IS can correspond to the maximum of the charging current measured over a predetermined number of time intervals.
  • the charging current I IS can contain a safety margin: For example, the charging current I IS can amount to 110% of the maximum measured charging current. This could be compensated for a slight variation of the attached ⁇ demanded charging current without the need for a new load distribution of resources (ie the current) would be necessary for the meetings.
  • the frequency of redistribution can, for example, be limited to a (predetermined) level by means of a ⁇ Pa rameters ⁇ ⁇ :
  • the loading can limitation of the charging current after a predetermined time period are canceled. Then, the maximum of the charging current can be redetermined and possibly another charge current this
  • the predetermined time period may ⁇ for example by means of a parameter indicating when a renewed determination of the charging current is obtained, are indicated.
  • FIG. 5 shows three sessions 501 to 503, wherein each session relates, for example, to a charging process for an electric vehicle.
  • Per session 501 to 503 are shown:
  • an actual charging current 506, 509 and 512 In each case, an actual charging current 506, 509 and 512. In the example shown, a total charge current of 100A is available, which should be properly divided between sessions 501 to 503.
  • the maximum charging current 504, 507 and 510 is 501 to 503 for all sessions 80A.
  • the requested charging current from the Sit ⁇ wetting 503 511 is reduced from 80A to 50A to a time 513 to a time 514 of the requested charge current 511 is increased again from 50A to 80A.
  • the neutral charging current 512 follows the requested charging current 511 by way of example.
  • Session 502 requests a charge current 508 of 50A at time 513 and a charge current 508 of 20A at time 514. This change continues over times 515-520. At the time 521 of the requested charge current ⁇ 508 is increased to 35A, at the time 522 redu 20A graces ⁇ and increases at the time 523 back to 35A.
  • charging current 505 requested by session 501 is at time 521 35A, at time 522 40A, and at time 523 again at 35A.
  • the actual charge current 509 for session 502 is 20A throughout.
  • the actual charge current 506 for the Sit ⁇ Zung 501 follows the requested charge current. This ensures that no more provided in sum as 100A ⁇ the need.
  • FIG. 5 thus shows by way of example that released resources can be used for other sessions.
  • the charging current of session 502 is reduced by 30A.
  • This charging current may be assigned to session 503, which thus receives a charge current of 80A at time 516 (which otherwise could not be provided).
  • the change management 405 is notified of a new load distribution via the charge control device 407. If changes are implemented immediately, short-term peak loads (peaks) that are undesirable for the power grid can occur.
  • a Changing to a predetermined charging current is not completely but gradually carried out, for example, in the case of a reduction of the charging current (for example electric vehicle) given the consumer a predetermined time period to set the charging current to the redu ⁇ ed value is not for multiple sessions at once and / or ,
  • this predetermined time period can be set by the charging ⁇ station which is connected to the charging control device 407. If the new reduced charging current is not reached after the lapse of this predetermined period of time, the charging station can be switched off, for example, for a certain duration.
  • the charging station can be switched off, for example, for a certain duration.
  • FIG. 6 shows a schematic representation with steps for illustrating the change management for the Lastmana ⁇ gement.
  • a step 601 only the ones Ladestati ⁇ values are transmitted for which the new charging current from the previous charging current has been reduced.
  • a step 602 it can be checked whether the reduction of the charging current from the charging stations is maintained. This can be accomplished by monitoring the actual withdrawn charge current (I IS ) provided by the session control 404.
  • the load management change management 405 may check whether the current current reading (aka TULLE current drawn) is less than or equal to the new setpoint is ITarget ⁇ d>h>
  • the change of the charging current is considered fulfilled.
  • the charging current for the other charging stations can be increased. This ensures that a reduction of an increase precedes what effectively prevents a load peak .
  • the step-by-step adaptations of the charging currents are preferably carried out in accordance with the new load distribution such that they are not interpreted by the load management method 402 as a reason for determining a changed load distribution (as long as the new load distribution has not yet been fully implemented). This can be achieved, for example, that the transition to the new Lastvertei ⁇ averaging is performed significantly faster than the cycles of calculation of a load distribution by the load management method 402 are. Then there is no or vernachläs ⁇ sigbare view that the load management method calculates 402 a load distribution before the new load distribution was implemented.
  • One variant is that it is ruled out until the complete implementation of the new load distribution by the change management 405 that a load distribution is again determined by the load management method 402.
  • Example ⁇ example may be a marker (flag) active or inactive in the observation unit 404, 403 or 402 for this purpose, which indicates that the current load distribution has not yet been fully converted ⁇ sets.
  • the parameterization 406 manages parameters for the load management 401.
  • the parameterization 406 may set parameters for the load management method 402.
  • parameterization 406 it can be ensured by the parameterization 406 that parameters with a time dependency (for example, for a given total load profile) to the corresponding ⁇ the date are updated.
  • load distribution can be determined. For example, at least a portion of this calculation may be implemented in the load management method 402.
  • boundary conditions can be held.
  • boundary conditions at least one of the following conditions is taken into account as boundary conditions:
  • Each loading session may be defined by an ID (also referred to as an identification or identifier), a charging device (e.g., a charging station) and e.g. be assigned to one or more groups based on a type of contract of a user or a vehicle to be loaded;
  • ID also referred to as an identification or identifier
  • charging device e.g., a charging station
  • groups based on a type of contract of a user or a vehicle to be loaded
  • a boundary of a charging current can be set for a charging process or ⁇ for each loading operation
  • a local area network station for example, has a multi ⁇ plurality of outlets for the low-voltage network having a plurality of connection points via which, for example, a charging operation of a vehicle can be carried out by means of a charging station.
  • a local network station is connected via (at least) one transformer to a power grid on the medium voltage level. The transformer provides a given maximum charge capacity. This maximum load capacity is to be maintained by the on ⁇ connection points.
  • the power grid via the transformer different types of electricity, such as a cheap electricity and an ecologically produced electricity (hereinafter referred to as "ecological power"), provide ⁇ .
  • a customer may for example be assigned to a group that exclusively or preferably carries out charging operations with ecological electricity (the contract type may be linked to the group affiliation).
  • Fig.l shows a transformer 101, which can be powered by a power grid with ecological flow 102 and with favorable current 103.
  • the transformer 101 is part of a local network station, for example.
  • the transformer 101 is connected via a line with three outlets 117, 118 and 119.
  • the outlet 117 is connected via a connection point 104 with a charging station 109, at the an electric vehicle 113 is loaded.
  • the outlet 117 is further connected via a connection point 105 to a charging station 110, at which an electric vehicle 114 is charged.
  • the outlet 119 is also connected to the connection points 106 to 108, the connection point 106 being connected to a charging station 111, where an electric vehicle 115 is charged, and the connection point 108 is connected to a charging station 112, to which an electric vehicle 116 is charged.
  • both the transformer 101 in the local network station and each of the outgoing circuits 117 to 119 provide a maximum capacity which may not be exceeded.
  • an identifier In a (centralized or decentralized) charging system, an identifier (ID) is managed for each loading process.
  • the charging process for an electric vehicle also has a maximum zulässi ⁇ gene charging current I 1 ⁇ . Achieve those maximum charging current, for example, are as a minimum of the charging limiting sizes: For example, the maximum charging current is limited by ⁇ be
  • a (temporary) charging is assigned exactly to a contract.
  • the contract indicates whether, e.g. ecological electricity or cheap electricity should be used.
  • the charging system may receive one profile per group per day, for example, a plurality of values per unit time (e.g., 96 quarter-hourly values per day) may be provided or predetermined.
  • a plurality of values per unit time e.g., 96 quarter-hourly values per day
  • the electric vehicle 113 receives an identifier ID1 for the charging process
  • the electric vehicle 114 receives an identifier ID2 for the charging process
  • the electric vehicle 115 receives an identifier ID3 for the charging process
  • the electric vehicle 116 receives an identifier ID4 for the charging process.
  • the electric vehicles 113 and 115 with the identifiers ID1 and ID3 are to be charged with ecological electricity 102 and the electric vehicles 114 and 116 with the IDs ID2 and ID4 with favorable electricity 103.
  • the curly brackets ⁇ ... ⁇ contain the identifiers of the electric vehicles 113 to 116 affected for the respective group. Alternatively, it is also possible to designate the identifiers ID1 to ID4 as identifiers for the loading operations.
  • Each group or a selection of the groups has, for example, a capacity limitation C Gr uppe ⁇
  • a capacity limitation C Gr uppe ⁇ Hereinafter is exemplified a central or decen ⁇ trales (see below) Charging System (also referred to as "load management") described with respect to, for example, a corresponding load sharing.
  • the load distribution is preferably carried out taking into account predetermined secondary conditions.
  • the charging system determines, for example, a parameter i Tar ⁇ et f which determines the maximum power consumption (current) per charging or charging station.
  • the charging system may be operated in accordance with or based on the IEC 61851 standard.
  • the charging system may comprise an interface which (implemented for example as a function ⁇ views) the following functions provides:
  • a total capacity C is given. Furthermore, there is only a single group and the number of loads n is known.
  • the setpoint i ar 9 et for ⁇ j_ e load distribution is given by: n
  • the load distribution can be carried out as follows:
  • a charging station informs the (central) charging system of a status change, e.g. using the above mentioned functions energyRequest (), sessionEnd (), sessionUpdate).
  • the charging system determines a load distribution for each status change and transmits it to the charging station (s).
  • the total capacity C is given, there is only a single group and the number of charging ⁇ n is known.
  • a Ge ⁇ weighting factor W ji for prioritization is defined.
  • the load distribution can be in the form of a vector be determined.
  • the nominal value of the load distribution i per charging process is given by:
  • the load distribution is analogous to the steps in the scenario discussed starting vorste ⁇ "Fair load distribution of the total capacity”.
  • the total capacity C is given, there is only a single group and the number of charging ⁇ n is known.
  • the charging current can be individually limited to a maximum charging current I 1 ⁇ for each charging process: r AX MAX
  • the load distribution can for example by means of a so-called ⁇ "Max-Min Flow Control” process carried out (cf .: D. Bertsekas, R. Gallager, "Data Networks", 2nd Edition, Prenti- ce-Hall, 1992, pp 527, 528).
  • ⁇ Max-Min Flow Control
  • Each loading process can be assigned to different groups by an identifier of the charging station and by a contract type.
  • For each group G can be a maximum capacity. ., ( ⁇ ;... " ⁇ > ⁇ , ⁇ ⁇ ⁇ » ':; de ⁇ be finiert for each charging the charging current (according to the relationship jMAX ⁇ / rMAX e 5) be limited It can also be determined that each La ⁇ destation a base current i at least: '-: -.. is obtained for charging f, V w a for a prioritization a weighting factor defined this results in the following maximization problem:.
  • Example: Based on the example shown in FIG. 1, there are six further charging processes for the illustrated four charging processes. In total, this results in n 10 charging ⁇ operations. In addition, the following maximum capacities are specified:
  • the minimum current per charge is given. From this, the matrix R follows: wherein the columns of the matrix R characterize the loading operations 1 to 10.
  • the vector R exhaust i indicates that the charging operations 1 to 5 are supplied from the outlet 117, the vector R exhaust 3 indicates that the charging operations 6 to 10 are supplied by the outlet 119. Outgoing 118 does not charge in this example.
  • the vector Rir AFO indicates that the transmembrane ⁇ formator 101 all charging processes 1 to 10 supplied.
  • the vector R ec indicates that the charging processes 1, 3, 5, 7 and 9 are carried out with ecological current and the vector R gü n s t indicates that the charging processes 2, 4, 6, 8 and 10 with cheap electricity.
  • the individual charging operations additionally receive a prioritization by means of the weighting factor ⁇ ⁇ .
  • This prioritization can be considered in addition to the above requirements when determining the load distribution vector: ' 6, 0000 '
  • An advantage of the approach presented here is that a maximum charge current for multiple loads, e.g. for multiple charging stations and / or electric vehicles, centralized or decentralized can be coordinated in compliance with predetermined versatile adjustable side conditions.
  • the secondary conditions may include economic requirements and / or technical specifications.
  • the charging stations or the charging processes which are, for example, executable functions in a component, select a master that determines the load distribution.
  • a master that determines the load distribution.
  • several charging stations act as peers (communicating compo ⁇ components or functions) and organize themselves. This approach is also possible for functions (such as charging processes) which are executed on one or more compo nents ⁇ .
  • the charging stations form a peer-to-peer (P2P) network and communicate with other loading stations (peers), that are selected, for example, random (or pseudozuembl ⁇ lig) or after a predetermined scheme.
  • P2P peer-to-peer
  • ⁇ different estimates can be determined ⁇ to, for example on the current total consumption in the P2P network.
  • a load management component of the charging station decides autonomously on the charging current ⁇ ': ⁇ & ⁇ .
  • the load management is distributed (eg by means of a distributed algorithm).
  • Step must be done again for each algorithm.
  • the gossiping method is suitable for large networks where central processing is too time-consuming or where the coordination of central processing alone would lead to a high traffic load.
  • FIG. 2 shows, by way of example, an architecture of a decentralized load management, which makes or supports the approach "choice of a master”.
  • a program is used in the charging stations, which tracks the decentralized approach described here.
  • one and the same program can run on several charging stations, since each charging station (as
  • Node of a P2P network is able to take over the function of the master.
  • the program can use different communication channels, eg wireless or wired communication.
  • Example ⁇ can as the charging stations on the Ethernet 201 and / or via a cellular network 202 (for example, GSM, UMTS, LTE, etc.) communicate with each other using TCP / IP 203rd
  • a cellular network 202 for example, GSM, UMTS, LTE, etc.
  • TCP / IP layer 203 an overlay network 204 is shown, which manages the logical network above the IP network.
  • the overlay network 204 can be structured by means of distributed hash tables (so-called “distributed hash tables").
  • distributed hash tables distributed hash tables
  • a management of the overlay network 204 in a configuration phase can be supported by a central component, ie each peer (charging station). of the P2P network gets a complete list of all peers (charging stations) when it is configured.
  • the choice of master 205 is made in each of the charging stations.
  • the assumption is made that the lists of peers consignment ⁇ stent. In the case of inconsistent peer lists, these are synchronized.
  • the master is selected based on a peer ID assigned by the central instance. For example, that charging station is selected as the master, which has the smallest peer ID.
  • a charging station If a charging station has determined itself to be the master, it activates a master mode and initializes a load management 206, eg by activating a load management algorithm.
  • the necessary parameters can be set by the central component and may correspond to the Pa ⁇ rametern of the central load management.
  • the master uses for example, the same interface of ⁇ len calls, such as in the central case, for example:
  • FIG. 3 shows an exemplary state diagram for a charging station.
  • a transition to a state 302 for initialization of the charging station takes place.
  • the overlay network is initialized and in a subsequent state 304, the choice of the master takes place.
  • the master is selects, branches to a query 305.
  • execution branches to a state 306, there is carried out an initializing (or conversion) of the current charging station as a master.
  • a branch is made into a state 307 in which the charging station (as master or normal peer) is active.
  • An abort causes a change to a state 308, in which the charging station logs off and enters a final state 309 (eg for switching off or servicing the charging station).
  • the decentralized load management may initially configured ⁇ to. Before a charging station becomes active in a decentralized load management, a connection is made to the central one
  • Component For example, an installer after setting up the charging station via a laptop by means of the central component to perform the parameterization of the charging station.
  • a charging station can log on to the central component and obtain the peer list of available charging stations.
  • the installer can now set (set or update) necessary parameters. This type of parameterization is comparable to the scenario of the central one
  • Load management Also, groups with capacity limitations can be set and charging stations can be grouped (added to groups or deleted from groups). After entering the information, the laser is set destation be by example, all parameters for setting in one file and transferred to the La ⁇ destation.
  • the backup master can be determined by its peer ID (for example, the second smallest peer ID is used for the backup master).
  • This approach can be applied by analogy for several backup master: To select multiple failures of masters to ausglei ⁇ chen, a list of a variety of backup masters may be used wherein a master every message from a loading station and to the backup master forwards. This ensures that the state of the master is also replicated to the backup masters.
  • a failure of the master can be detected by the first unanswered request of a charging station. Then the requesting charging station contacts the (ers ⁇ th) backup master and sends to this the unanswered request.
  • the backup master requests from the master a so-called "heartbeat" message (ie information indicating that the master is still active and able to communicate). If the backup master receives the "Heartbeat" message of the Masters, the An ⁇ ask is not edited by the charging station, but to the actual master reference (This can be done well overall, by no action is taken by the backup master, because the backup master assumes that the master will answer the request of the charging station).
  • the backup master can not reach the master either (ie if there is no "heartbeat" message), it is assumed that the master has failed and the backup master activates its master mode and processes the request for the charging station.
  • Another charging station whose request remains unanswered by the original master, contacts the new master (formerly: Backup Master), which processes the charging station inquiry directly.
  • the status and for load management (list with load distributions) übertra ⁇ gen are.
  • the complete state for load management can be assigned to it
  • the failure of the charging station has a cause that is indistinguishable from a monitoring: For example, it can not be distinguished whether there is only a communication problem or if the charging station has failed. If only the communication to the charging station has failed, it could carry out a charging process unchanged. In this case, the resources allocated to this charging station can not be redistributed.
  • the former master's peer ID can be changed.
  • the peer ID can be extended by a version number, for example, preceded by the version number prefix the peer ID. The choice of the master continues to be based on the smallest peer ID considering this prefix.
  • the aforementioned peer list is ver ⁇ spent. Accordingly, this peer list should be kept consistent.
  • the number of charging stations (for example, within a cluster) is small (for example, comprising about 32 La ⁇ destationen) be.
  • Each charging station stores the peer list with the peer IDs of all other charging stations.
  • the peer list can be parameterized by the central component. If a charging station is subsequently added, the peer list is parameterised on the basis of the central component.
  • the new charging station receives the Update ⁇ te peer list and knows all charging stations on the network, but the charging stations know - first of all - not this new
  • Charging station Preferably, a synchronization of the peer list on the charging stations is required. Such synchronization can be performed in different ways.
  • the new charging ⁇ station initially not come as a master in question; this can be ensured by ascending peer IDs, for example, with the new charging station receives the highest ever peer ID and thus currently hardly be a master ⁇ will be selected.
  • the new charging station logs in (eg by means of an oin message) to all other charging stations. Based on this application, the peer list at each charging station can be updated; the recipient adds his peer list to the peer ID and the IP address of the new charging station.

Abstract

Es wird vorgeschlagen, elektrische Energie, die einer Sitzung (z.B. zum Laden eines Elektro-Fahrzeugs ) bereitgestellt aber nicht abgerufen (benötigt) wurde, anderweitig für mindestens eine andere Sitzung zu verwenden. Dabei ist es von Vorteil, dass die vorhandene elektrische Energie abhängig von der tatsächlich angeforderten Energie effizient unter den Sitzungen aufgeteilt werden kann. Ein anderer Vorteil besteht darin, dass eine der Vergabe vorangestellte Planung nur eine geringe bzw. keine Vorhersagegenauigkeit benötigt, weil während des Ladevorgangs eine Korrektur der Mengen zugewiesener elektrischer Energie möglich ist. Die Erfindung kann beispielsweise in der Elektromobilität und im Lastmanagement beim Laden einer Vielzahl von Elektro-Fahrzeugen eingesetzt werden.

Description

Beschreibung
Bereitstellung elektrischer Energie Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bereitstellung elektrischer Energie, insbesondere betreffend den Bereich der Elektromobilität bzw. das Laden von Elektro- Fahrzeugen . Für die Elektromobilität ist eine Infrastruktur erforderlich, die ein Aufladen von Elektro-Fahrzeugen aus einem Stromnetz ermöglicht. Die Elektro-Fahrzeuge werden vorzugsweise über Ladestationen (z.B. öffentlich zugängliche Stromtankstellen) angeschlossen und aufgeladen. Weiterhin gibt es zusätzliche Komponenten bzw. Funktionen zur Authentifizierung, Abrechnung und/oder Überwachung der Ladevorgänge.
Hierbei ist es problematisch, bei einer Vielzahl von Ladevorgängen, die zu unterschiedlichen Zeitpunkten initiiert wer- den, die verfügbare elektrische Energie bzw. den Ladestrom und die Netzkapazitäten effizient und fair zu verteilen.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen effizienten und für das Versorgungsnetz schonenden Ansatz zum Laden von Elektro-Fahrzeugen anzugeben.
Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Aus führungs formen sind insbesonde¬ re den abhängigen Ansprüchen entnehmbar.
Zur Lösung der Aufgabe wird ein Verfahren zur Bereitstellung elektrischer Energie angegeben,
- bei dem zumindest ein Teil einer für eine Sitzung be¬ reitgestellten elektrischen Energie, der nicht abge- rufen wurde, mindestens einer anderen Sitzung bereitgestellt wird. Bei der Sitzung handelt es sich beispielsweise um einen Lade¬ vorgang für ein Elektro-Fahrzeug . Hierbei können z.B. von ei¬ ner zentralisierten Einheit, z.B. einem Lademanagement, eine Vielzahl von Sitzungen verwaltet werden. Die bereitgestellte elektrische Energie kann beispielsweise einen Ladestrom für die jeweilige Sitzung umfassen.
Diese Lösung hat den Vorteil, dass frei werdende oder nicht eingeforderte Ressourcen anderen Sitzungen zugeteilt werden können. Somit blockiert ein Verbraucher oder eine Ladestation nicht zwangsläufig die gesamte bereitgestellte Energie, son¬ dern der Uberschuss der nicht abgerufenen Energie kann zumindest einer weiteren Sitzung zugewiesen werden. Dies hat auch den Vorteil, dass eine Korrektur der bereitgestellten Ener- gien möglich ist und somit z.B. eine initiale Planung der elektrischen Energien, die für die einzelnen Sitzungen reserviert werden, durch die Möglichkeit der Korrektur eine geringere Genauigkeit aufweisen muss. Mit anderen Worten kann die initiale Vergabe der Ressourcen einen höheren Fehler aufwei- sen, der z.B. während der tatsächlich durchgeführten Ladevorgänge sukzessive korrigiert werden kann.
Ein Vorteil besteht darin, dass ein vorgegebenes (Energie¬ oder Last- ) Profil , das z.B. erzeugt bzw. vereinbart (z.B. eingekauft) wurde, eingehalten und/oder effizient genutzt wird .
Hierbei sei angemerkt, dass der Begriff Energie insbesondere umfasst bzw. betrifft: einen Strom, eine Spannung, eine Leis- tung und/oder eine Energie im engeren Sinne.
Es sei ferner angemerkt, dass die Kommunikation zwischen dem Elektro-Fahrzeug und der Ladeinfrastruktur unidirektional oder bidirektional ausgeführt sein kann. Beispielsweise kann das Elektro-Fahrzeug seine benötigte Energie bzw. gewünschte Leistungsaufnahme der Ladeinfrastruktur explizit mitteilen. Auch kann aus dem Verhalten des Elektro-Fahrzeugs bzw. einer Ladestation ermittelt werden, welche elektrische Energie dem Elektro-Fahrzeug bereitgestellt wird. Insbesondere ist es ei¬ ne Option, dass ein Ladestrom zwischen dem Elektro-Fahrzeug und der Ladeinfrastruktur ausgehandelt wird. Eine Weiterbildung ist es, dass diejenige elektrische Ener¬ gie, die nicht von der Sitzung abgerufen wurde, vollständig oder im Wesentlichen vollständig der mindestens einen anderen Sitzung bereitgestellt wird. Eine andere Weiterbildung ist es, dass ein Teil der elektrischen Energie, die nicht von der Sitzung abgerufen wurde, der mindestens einen anderen Sitzung bereitgestellt wird.
Hierbei kann die Menge der elektrischen Energie, die der min- destens einen anderen Sitzung bereitgestellt wird, um einen vorgegebenen Betrag reduziert werden. Dies ermöglicht es der Sitzung, kurzfristig eine bis zu diesem Betrag erhöhte elekt¬ rische Energie anzufordern und auch zu erhalten (Sicherheits¬ marge) .
Insbesondere ist es eine Weiterbildung, dass die der Sitzung bereitgestellte elektrische Energie von einem Typ der Sitzung abhängt . Beispielsweise kann durch den Typ der Sitzung vorgegeben sein, dass es sich um eine Sitzung handelt, die einen Schuko- Stecker verwendet und nur mit einer konstanten elektrischen Energie versorgt werden soll. Optional kann abhängig von dem Typ der Sitzung die bereitgestellte elektrische Energie kon- stant bzw. nahezu konstant oder variabel eingestellt werden.
Auch ist es eine Weiterbildung, dass zumindest der Teil der für die Sitzung bereitgestellten elektrischen Energie, der nicht abgerufen wurde, der mindestens einen anderen Sitzung bereitgestellt wird, wenn zumindest der Teil der nicht abge¬ rufenen elektrischen Energie einen vorgegebenen Schwellwert erreicht oder überschreitet. Ferner ist es eine Weiterbildung, dass zumindest der Teil der für die Sitzung bereitgestellten elektrischen Energie, der nicht abgerufen wurde, der mindestens einen anderen Sitzung bereitgestellt wird, wenn ein Maximum des zu unterschiedli- chen Zeiten bestimmten nicht abgerufenen Teils der elektrischen Energie den vorgegebenen Schwellwert erreicht oder überschreitet .
Hierdurch wird verhindert, dass kleine Mengen frei werdender elektrischer Energie Anlass zur Umverteilung bieten und es somit zu einer Vielzahl ineffizienter Umverteilungen geringer Mengen elektrischer Energie kommt.
Im Rahmen einer zusätzlichen Weiterbildung wird zumindest der Teil der für die Sitzung bereitgestellten elektrischen Energie, der nicht abgerufen wurde, der mindestens einen anderen Sitzung für eine vorgegebene Zeitdauer bereitgestellt.
Eine nächste Weiterbildung besteht darin, dass
- nach Ablauf der vorgegebenen Zeitdauer ermittelt
wird, welche elektrische Energie von der Sitzung an¬ gefordert wird;
- falls die der Sitzung bereitgestellte elektrische
Energie nicht abgerufen wird, zumindest ein Teil der bereitgestellten elektrischen Energie der mindestens einen anderen Sitzung bereitgestellt wird.
Insoweit kann eine vorgegebene Zeitdauer bestimmt werden, nach deren Ablauf eine erneute Zuteilung der elektrischen Energie erfolgt.
Eine Ausgestaltung ist es, dass eine Lastverteilung für zumindest eine Sitzung durch eine schrittweise Zuteilung der elektrischen Energie eingestellt wird.
Bei der schrittweisen Zuteilung der elektrischen Energie kann es sich um eine stufenweise, z.B. zeitlich abgestufte Zuwei¬ sung der elektrischen Energie, an die mindestens eine Sitzung handeln. Auch kann die schrittweise Zuteilung (quasi-) konti¬ nuierlich erfolgen, indem die elektrische Energie graduell mit dem Zeitverlauf angepasst wird. Bei der schrittweisen Zuteilung der elektrischen Energie ist es von Vorteil, dass eine Lastspitze, die durch eine neue oder geänderte Lastverteilung verursacht sein könnte, wirksam vermieden wird. Beispielsweise wird mehreren Sitzungen der jeweilige Lade¬ strom zumindest teilweise zu unterschiedlichen Zeitpunkten mitgeteilt .
Eine alternative Aus führungs form besteht darin, dass die Lastverteilung für mehrere Sitzungen schrittweise eingestellt wird, indem die elektrischen Energien für die mehreren Sitzungen nacheinander eingestellt werden.
Eine nächste Ausgestaltung ist es, dass die schrittweise Zu- teilung der elektrischen Energie mehrere Schritte umfasst, zwischen denen eine vorgegebene Zeitdauer liegt.
Insbesondere kann zwischen den einzelnen Schritten abgewartet werden, bis eine Sitzung eine vorgegebene (z.B. niedrigere) elektrische Energie eingestellt hat und/oder erhält.
Auch ist es eine Ausgestaltung, dass die elektrische Energie weiter reduziert wird oder abgeschaltet wird, falls nach Ab¬ lauf der vorgegebenen Zeitdauer die zugeteilte elektrische Energie nicht eingestellt ist.
Eine Weiterbildung besteht darin, dass die vorgegebene Zeit¬ dauer konstant oder variabel ist. Insbesondere können die mehreren Schritte in etwa durch glei¬ che Zeitdauern oder durch unterschiedliche Zeitdauern voneinander getrennt sein. Eine zusätzliche Ausgestaltung ist es, dass die Lastvertei¬ lung für mehrere Sitzungen eingestellt wird, indem
- die Sitzungen, für die die elektrische Energie redu¬ ziert werden soll, eingestellt werden;
- die Sitzungen, für die die elektrische Energie erhöht werden soll, eingestellt werden.
Beispielsweise werden in einem ersten Schritt nur solche La¬ destationen eingestellt, für die der neue Ladestrom gegenüber dem vorherigen Ladestrom reduziert werden soll. In einem zweiten Schritt können dann solche Ladestationen eingestellt werden, für die der Ladestrom im Vergleich zum vorherigen Ladestrom erhöht werden soll. Vorzugsweise wird zuvor geprüft (z.B. gemessen), ob der reduzierte Ladestrom auch erfolgreich eingestellt bzw. erreicht wurde.
Eine andere Ausgestaltung ist es, dass die Sitzungen mit der erhöhten elektrischen Energie eingestellt werden, falls eine aktuell entnommene elektrische Energie kleiner oder gleich einem Sollwert für die elektrische Energie ist.
Auch ist es eine Möglichkeit, dass die bereitgestellte elekt¬ rische Energie ein Ladestrom für einen elektrischen Verbraucher oder eine Leistungsaufnahme des elektrischen Verbrau- chers ist.
Auch ist es eine weitere Ausgestaltung, dass der elektrische Verbraucher ein Elektro-Fahrzeug ist. Ferner ist es eine Weiterbildung, dass die Sitzung einen Ladevorgang für ein Elektro-Fahrzeug umfasst.
Bei dem hier beschriebenen Ansatz kann es sich um eine Hardware-Komponente und/oder um eine Software-Funktionalität han- dein. Es wird insbesondere ein Lastmanagement für ein Lade¬ system vorgestellt umfassend z.B. mehrere Ladestationen, die beispielsweise Teil einer öffentlich zugänglichen Stromtankstelle sind. Ein Lastmanagement bestimmt eine Lastverteilung unter Einhaltung verschiedener Bedingungen, die sowohl wirtschaftlicher als auch (netz- ) technischer Art sein können. Beispielsweise können so Netzengpässe vermieden werden und gleichzeitig kann sichergestellt werden, dass z.B. ein Lade- Vorgang effizient und netzschonend durchgeführt wird.
Die vorstehend genannte Aufgabe wird auch gelöst durch eine Vorrichtung zum Bereitstellen elektrischer Energie mit einer Verarbeitungseinheit, die derart eingerichtet ist, dass
- zumindest ein Teil einer für eine Sitzung bereitge¬ stellten elektrischen Energie, der nicht abgerufen wurde, mindestens einer anderen Sitzung bereitstell¬ bar ist. Eine Ausgestaltung ist es, dass die Verarbeitungseinheit der¬ art eingerichtet ist, dass eine Lastverteilung für zumindest eine Sitzung durch eine schrittweise Zuteilung der elektrischen Energie einstellbar ist. Eine Option besteht darin, dass die Vorrichtung zumindest teilweise in einer Ladestation eines Elektro-Fahrzeugs ange¬ ordnet ist.
Die hier genannte Verarbeitungseinheit kann insbesondere als eine Prozessoreinheit und/oder eine zumindest teilweise fest¬ verdrahtete oder logische Schaltungsanordnung ausgeführt sein, die beispielsweise derart eingerichtet ist, dass das Verfahren wie hierin beschrieben durchführbar ist. Besagte Verarbeitungseinheit kann jede Art von Prozessor oder Rechner oder Computer mit entsprechend notwendiger Peripherie (Spei¬ cher, Input/Output-Schnittstellen, Ein-Ausgabe-Geräte, etc.) sein oder umfassen.
Die vorstehenden Erläuterungen betreffend das Verfahren gel- ten für die Vorrichtung entsprechend. Die Vorrichtung kann in einer Komponente oder verteilt in mehreren Komponenten ausgeführt sein. Die hier vorgestellte Lösung umfasst ferner ein Computerpro¬ grammprodukt, das direkt in einen Speicher eines digitalen Computers ladbar ist, umfassend Programmcodeteile, die dazu geeignet sind, Schritte des hier beschriebenen Verfahrens durchzuführen .
Weiterhin wird das oben genannte Problem gelöst mittels eines computerlesbaren Speichermediums, z.B. eines beliebigen Speichers, umfassend von einem Computer ausführbare Anweisungen (z.B. in Form von Programmcode) die dazu geeignet sind, dass der Computer Schritte des hier beschriebenen Verfahrens durchführt .
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden schematischen Beschreibung von Ausführungsbeispielen, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Dabei können zur Übersichtlichkeit gleiche oder gleichwirkende Elemente mit gleichen Bezugszei¬ chen versehen sein.
Es zeigen:
Fig.l ein schematisches Schaubild zum Laden von Elektro- Fahrzeugen über ein Energienetz;
Fig.2 eine schematische Architektur eines dezentralen Lastmanagements, das den Ansatz "Wahl eines Masters" er¬ möglicht bzw. unterstützt;
Fig.3 ein beispielhaftes Zustandsdiagramm für eine Ladestation;
Fig.4 eine schematische Darstellung einer beispielhaften
Architektur für ein Lastmanagement in Verbindung mit einer (z.B. zentralen) Ladesteuerungseinrichtung für
Elektro-Fahrzeuge Fig.5 ein Diagramm, dass die zeitlichen Abläufe unterschiedlicher Ladevorgänge für drei Elektro-Fahrzeuge zeigt ;
Fig.6 eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung eines Änderungsmanagements für das Lastmanagement.
Fig.4 zeigt eine schematische Darstellung einer beispielhaf- ten Architektur für ein Lastmanagement 401 in Verbindung mit einer (z.B. zentralen) Ladesteuerungseinrichtung 407 für Elektro-Fahrzeuge. Die Ladesteuerungseinrichtung 407 kommuniziert beispielsweise mit mindestens einer Ladestation (nicht in Fig.4 dargestellt), wobei an jeder Ladestation mindestens ein elektrischer Verbraucher mit einem Energiespeicher, z.B. ein Elektro-Fahrzeug, angeschlossen sein kann.
Das Lastmanagement 401 umfasst ein Lastmanagement-Verfahren
402, ein Sitzungs-Management 403, ein Änderungsmanagement 405 für das Lastmanagement, eine Sitzungskontrolle 404 (vorzugs¬ weise für jede Sitzung) sowie eine Parametrisierung 406. Eine Sitzung bezeichnet vorzugsweise einen (Lade- ) Vorgang eines Elektro-Fahrzeugs , das z.B. an der erwähnten Ladestation angeschlossen ist. Die Sitzung wird hier auch als Session be- zeichnet.
Bei dem Lastmanagement-Verfahren 402, dem Sitzungs-Management
403, dem Änderungsmanagement 405, der Sitzungskontrolle 404 sowie der Parametrisierung 406 handelt es sich jeweils um ei- ne (funktionale) Komponente des Lastmanagements 401, die ggf. in Software und/oder Hardware auf einem Gerät oder auf mehre¬ ren Geräten realisiert sein kann. Der Einfachheit halber wird nachfolgend in der vorgestellten Nomenklatur auf die einzelnen funktionalen Komponenten 403 bis 406 Bezug genommen, ohne dass jeweils darauf hingewiesen wird, dass es sich dabei um eine Funktion oder um eine funktionale Komponente handeln kann. Ergänzend sei darauf hingewiesen, dass die funktionale Trennung gemäß Fig.4 einer übersichtlichen Darstellung dient; eine konkrete Implementierung kann mehrere dieser funktiona¬ len Blöcke zusammenfassen. So ist es eine Möglichkeit, dass die Komponenten 402 bis 406 Funktionen des Lastmanagements 401 darstellen, wobei das Lastmanagement 401 auf mindestens einer physikalischen Komponente implementiert sein kann.
Zwischen dem Lastmanagement 401 und der Ladesteuerungseinrichtung 407 werden beispielsweise die folgenden Nachrichten übermittelt :
- eine Energieanfrage 408 von der Ladesteuerungseinrichtung 407 zu dem Sitzungs-Management 403;
- eine Sitzungsendemitteilung 409 von der Ladesteuerungseinrichtung 407 zu dem Sitzungs-Management 403;
- eine Sitzungsaktualisierungsnachricht 410 von der La- desteuerungseinrichtung 407 zu der Sitzungskontrolle
404;
- eine Energieeinstellungsmitteilung 411 von dem Änderungsmanagement 405 zu der Ladesteuerungseinrichtung 407, in der die elektrische Energie pro Sitzung ange- geben wird;
- eine Nachricht 412 zur Einstellung von Lastmanage¬ mentparametern, wobei die Nachricht 412 von der Ladesteuerungseinrichtung 407 an die Parametrisierung 406 übermittelt wird;
- eine Nachricht 413 zur Aktualisierung der Lastmanagementparameter, wobei die Nachricht 413 von der Parametrisierung 406 an die Ladesteuerungseinrichtung 407 übertragen wird. Sitzungs-Management (Session Management)
Das Sitzungs-Management 403 verwaltet die aktiven Sitzungen mit ihrem jeweiligen aktuellen Zustand. Der aktuelle Zustand einer Sitzung wird von der Sitzungskontrolle 404 ermittelt. Das Sitzungs-Management 403 erhält die Energieanfrage 408 so¬ wie die Sitzungsendemitteilung 409 von der Ladesteuerungseinrichtung 407 und stößt basierend hierauf eine (Neu-) Berech- nung der Lastverteilung in dem Lastmanagement-Verfahren 402 an .
Abhängig von einem aktuellen Zustand der Sitzung entscheidet das Sitzungs-Management 403 über die Einstellung des Lade¬ stroms dieser Sitzung. Beispielsweise kann vereinbart sein, dass eine Sitzung, die über einen Steckertyp "Schuko-Stecker" geladen wird, nur einen konstanten Ladestrom erhalten soll. Insoweit weist das Sitzungs-Management 403 einer solchen Sit- zung auch einen konstanten Ladestrom zu.
Sitzungskontrolle (Session Supervisor)
Jede Sitzung wird beispielsweise von einer Instanz einer Sit- zungskontrolle 404 überwacht und erhält von der Ladesteue¬ rungseinrichtung 407 anhand der Sitzungsaktualisierungsnach- richt 410 einen aktuellen Status.
Vorzugsweise können von der Sitzungskontrolle 404 ungenutzte, z.B. freigewordene oder freiwerdende Ressourcen genutzt bzw. (erneut) verwendet (wieder zugewiesen) werden.
Beispielsweise wird hierfür mittels eines Parameters IIS ein IST-Strom über die Sitzungsaktualisierungsnachricht 410 an das Lastmanagement 401 übergeben. Anhand des Parameters IIS kann bestimmt werden, ob die für ein Elektro-Fahrzeug bereit¬ gestellte elektrische Energie auch von diesem Elektro- Fahrzeug (oder der Ladestation für dieses Elektro-Fahrzeug) abgerufen wird. Falls nicht die ganze bereitgestellte elekt- rische Energie abgerufen wird, kann der Rest z.B. auf andere Ladestationen verteilt werden. Somit ist es möglich, ungenutzte Ressourcen effizient und zeitnah zu verwenden und so¬ mit die Effizienz der Ladevorgänge zu steigern. Der aktuelle Strommesswert einer Sitzung kann von der Ladestation an die Ladesteuerungseinrichtung 407 und von dort an das Lastmanagement 401 übermittelt werden. Weiterhin ist es möglich, dass die Ladestation den Strom einstellt, mit dem das Elektro-Fahrzeug geladen werden soll bzw. dem Elektro- Fahrzeug einen Ladenstrom mitteilt, welcher nicht überschrit¬ ten werden darf. Dieser Strom kann von der Ladesteuerungseinrichtung 407 begrenzt werden. Der aktuell der Ladestation bereitgestellte Strom kann somit von der Ladesteuerungseinrichtung 407 dem Lastmanagement 401 explizit in absoluten Werten und/oder in Form von Änderungen, z.B. in Einheiten von 0,5A, vorgegeben werden.
Liegt das Maximum der gemeldeten Werte für ein vorgegebenes Zeitintervall unterhalb eines vorgegebenen maximal bereitge¬ stellten Ladestroms iTARGET f so wird das gemessene Maximum des Ladestroms (oder alternativ ein hiervon abgeleiteter Wert, z.B. 110% des maximal gemessenen Ladestroms) als weitere Be¬ grenzung für die Sitzung herangezogen. Daraufhin wird eine neue Lastverteilung ermittelt, bei der der frei nutzbare An¬ teil des Ladestroms jA _ -j- TARGE _ -j-IST anderen Sitzungen zur Verfügung gestellt werden kann.
Mit anderen Worten wird ermittelt, welcher Strom ΙΔ aktuell von einem Elektro-Fahrzeug oder der zugeordneten Ladestation nicht genutzt wird und somit anderen Ladevorgängen (anderen Sitzungen) zugewiesen werden kann. Hierbei kann der Ladestrom IIS dem Maximum des über eine vorgegebene Anzahl von Zeitintervallen gemessenen Ladestroms entsprechen. Zusätzlich kann der Ladestrom IIS eine Sicherheitsmarge enthalten: So kann der Ladestrom IIS z.B. 110% des maximal gemessenen Ladestroms betragen. Damit könnte eine geringfügige Schwankung des ange¬ forderten Ladestroms kompensiert werden, ohne dass hierfür eine neue Lastverteilung der Ressourcen (d.h. des Stroms) auf die Sitzungen notwendig würde.
Die Häufigkeit der Umverteilungen kann z.B. mittels eines Pa¬ rameters ΔΜΙΝ auf ein (vorgegebenes) Maß begrenzt werden:
Falls die Differenz aus dem Sollwert iARGE nd dem Maximum der zu Zeiten ti, t2,..., tn gemeldeten Werte größer als der Pa¬ rameter ΔΜΙΝ ist, d.h.
-j- TARGET _ ^ { jlST { ti ) f ^ST ^ j ^ I I ST ( tn ) } > Δ"™, wird eine Umverteilung vorgenommen.
Da der von einem Elektro-Fahrzeug über die Ladestation benö¬ tigte Ladestrom über die Zeit variieren kann, kann die Be- grenzung des Ladestroms nach einer vorgegeben Zeitdauer wieder aufgehoben werden. Dann kann das Maximum des Ladestroms erneut bestimmt und ggf. ein anderer Ladestrom diesem
Elektro-Fahrzeug bereitgestellt werden. Die vorgegebene Zeit¬ dauer kann z.B. mittels eines Parameters, der angibt, wann eine erneute Bestimmung des Ladestroms anfällt, angegeben werden .
Fig.5 zeigt drei Sitzungen 501 bis 503, wobei jede Sitzung beispielsweise einen Ladevorgang für ein Elektro-Fahrzeug be- trifft. Pro Sitzung 501 bis 503 sind dargestellt:
- je ein maximaler Ladestrom 504, 507 und 510;
- je ein angefragter Ladestrom 505, 508 und 511;
- je ein tatsächlicher Ladestrom 506, 509 und 512. In dem gezeigten Beispiel steht insgesamt ein Ladestrom von 100A zur Verfügung, der geeignet zwischen den Sitzungen 501 bis 503 aufgeteilt werden soll. Der maximale Ladestrom 504, 507 und 510 beträgt für alle Sitzungen 501 bis 503 80A. Beispielsweise wird bis zu einem Zeitpunkt 513 von der Sit¬ zung 503 der angefragte Ladestrom 511 von 80A auf 50A reduziert, zu einem Zeitpunkt 514 wird der angefragte Ladestrom 511 wieder von 50A auf 80A erhöht. Dieser Wechsel zwischen 80A und 50A setzt sich für den angefragten Ladestrom 511 bis zu einem Zeitpunkt 520 fort, zu einem Zeitpunkt 521 wird der angefragte Ladestrom 511 auf 35A reduziert, zu einem Zeit¬ punkt 522 wird der angefragte Ladestrom 511 auf 40A erhöht und zu einem Zeitpunkt 523 wieder auf 35A reduziert. Der tat- sächliche Ladestrom 512 folgt beispielhaft dem angefragten Ladestrom 511.
Die Sitzung 502 fordert zu dem Zeitpunkt 513 einen Ladestrom 508 von 50A und zu dem Zeitpunkt 514 einen Ladestrom 508 von 20A. Dieser Wechsel setzt sich über die Zeitpunkte 515 bis 520 fort. Zu dem Zeitpunkt 521 wird der angeforderte Lade¬ strom 508 auf 35A erhöht, zu dem Zeitpunkt 522 auf 20A redu¬ ziert und zu dem Zeitpunkt 523 wieder auf 35A erhöht.
Schließlich beträgt der von der Sitzung 501 angeforderte Ladestrom 505 zu dem Zeitpunkt 521 35A, zu dem Zeitpunkt 522 40A und zu dem Zeitpunkt 523 wieder 35A. Der tatsächliche Ladestrom 509 für die Sitzung 502 beträgt durchgehend 20A. Der tatsächliche Ladestrom 506 für die Sit¬ zung 501 folgt dem angefragten Ladestrom. Somit ist sichergestellt, dass in Summe nicht mehr als 100A bereitgestellt wer¬ den müssen.
Fig.5 zeigt somit beispielhaft, dass freiwerdende Ressourcen für andere Sitzungen verwendet werden können. So wird ab dem Zeitpunkt 516 der Ladestrom der Sitzung 502 um 30A reduziert. Dieser Ladestrom kann der Sitzung 503 zugewiesen werden, die zu dem Zeitpunkt 516 somit einen Ladestrom von 80A erhält (der ansonsten nicht bereitgestellt werden könnte) .
Änderungsmanagement für das Lastmanagement (Lastmanagement Rollout)
Dem Änderungsmanagement 405 wird eine neue Lastverteilung über die Ladesteuerungseinrichtung 407 mitgeteilt. Wenn Änderungen sofort umgesetzt werden, kann es zu kurzfristigen Lastspitzen (Peaks) kommen, die für das Stromnetz unerwünscht sind.
Es wird daher vorgeschlagen, die neue Lastverteilung schrittweise umzusetzen bzw. einzustellen. Beispielsweise wird eine Änderung auf einen vorgegebenen Ladestrom nicht für mehrere Sitzungen auf einmal und/oder nicht vollständig sondern schrittweise durchgeführt, z.B. wird im Falle einer Reduktion des Ladestroms dem Verbraucher (z.B. Elektro-Fahrzeug) eine vorgegebene Zeitdauer eingeräumt, den Ladestrom auf den redu¬ zierten Wert einzustellen.
Beispielsweise kann diese vorgegebene Zeitdauer von der Lade¬ station, die mit der Ladesteuerungseinrichtung 407 verbunden ist, eingestellt werden. Wird nach Verstreichen dieser vorgegebenen Zeitdauer der neue reduzierte Ladestrom nicht erreicht, kann beispielsweise die Ladestation (z.B. für einen bestimmte Dauer) abgeschaltet werden. Somit ist es möglich, ungewollte Lastspitzen des Ladestroms wirksam zu vermeiden, indem z.B. nicht alle Werte der neuen Lastverteilung zur gleichen Zeit als neue Sollwerte den betroffenen Ladestationen mitgeteilt werden. Stattdessen werden die Werte der neuen Lastverteilung beispielsweise zueinander zeitlich verzögert den Ladestationen mitgeteilt.
Fig.6 zeigt eine schematische Darstellung mit Schritten zur Veranschaulichung des Änderungsmanagements für das Lastmana¬ gement .
Beispielsweise werden in einem Schritt 601 nur den Ladestati¬ onen Werte übermittelt, für die der neue Ladestrom gegenüber dem vorherigen Ladestrom reduziert wurde. In einem Schritt 602 kann geprüft werden, ob die Reduktion des Ladestroms von den Ladestationen eingehalten wird. Dies kann erreicht werden, indem der tatsächlich entnommene Ladestrom (IIS ), der von der Sitzungskontrolle 404 bereitgestellt wird, überwacht wird.
Nun kann in einem Schritt 603 das Änderungsmanagement 405 für das Lastmanagement prüfen, ob der aktuelle Strommesswert (ak- tuell entnommener Strom) kleiner oder gleich dem neues Sollwert ITARGET ist^ d > h >
-j-IST < -j- TARGET
In diesem Fall gilt die Änderung des Ladestroms als erfüllt. Nun kann in einem Schritt 604 der Ladestrom für die anderen Ladestationen angehoben werden. So wird sichergestellt, dass eine Reduktion einer Anhebung voraus geht, was eine Lastspit¬ ze wirksam verhindert.
Vorzugsweise werden die schrittweisen Anpassungen der Ladeströme entsprechend der neuen Lastverteilung so vorgenommen, dass diese nicht von dem Lastmanagement-Verfahren 402 als An- lass für die Bestimmung einer geänderten Lastverteilung interpretiert werden (solange die neue Lastverteilung noch nicht vollständig umgesetzt wurde) . Dies kann z.B. dadurch erreicht werden, dass die Umstellung auf die neue Lastvertei¬ lung deutlich schneller durchgeführt wird als die Zyklen der Berechnung einer Lastverteilung durch das Lastmanagement- Verfahren 402 sind. Dann besteht keine oder eine vernachläs¬ sigbare Aussicht dafür, dass das Lastmanagement-Verfahren 402 eine Lastverteilung berechnet bevor die neue Lastverteilung umgesetzt wurde. Eine Variante besteht darin, dass bis zur vollständigen Umsetzung der neuen Lastverteilung durch das Änderungsmanagement 405 ausgeschlossen wird, dass erneut eine Lastverteilung durch das Lastmanagement-Verfahren 402 bestimmt wird. So kann z.B. vorgesehen werden, dass erst dann eine weitere Lastverteilung berechnet wird, wenn dies von dem Änderungsmanagement 405 z.B. mittels einer Nachricht an die Sitzungskontrolle 404, das Sitzungsmanagement 403 und/oder an das Lastmanagement-Verfahren 402 angezeigt wird. Beispiels¬ weise kann in der jeweiligen Einheit 404, 403 oder 402 hierzu eine Markierung (Flag) aktiv oder inaktiv sein, die andeutet, dass die aktuelle Lastverteilung noch nicht vollständig umge¬ setzt wurde. Parametrisierung
Die Parametrisierung 406 verwaltet Parameter für das Lastmanagement 401. Insbesondere kann die Parametrisierung 406 Parameter für das Lastmanagement-Verfahren 402 setzen.
Zusätzlich kann von der Parametrisierung 406 sichergestellt werden, dass Parameter mit einer zeitlichen Abhängigkeit (z.B. für ein gegebenes Gesamtlastprofil) zu dem entsprechen¬ den Zeitpunkt aktualisiert werden.
Lastmanagement-Verfahren
Nachfolgend wird erläutert, wie die Lastverteilung bestimmt werden kann. Beispielsweise kann zumindest ein Teil dieser Berechnung in dem Lastmanagement-Verfahren 402 implementiert werden .
So wird eine effiziente und/oder faire Lastverteilung er¬ reicht, wobei insbesondere verschiedene Randbedingungen ein¬ gehalten werden können. Als Randbedingungen wird beispielsweise mindestens eine der folgenden Maßgaben berücksichtigt:
- jede Ladesession kann durch eine ID (auch bezeichnet als Identifikation oder Kennung) , eine Ladeeinrichtung (z.B. einer Ladestation) und z.B. anhand einer Vertragsart eines Nutzers oder eines zu ladenden Fahrzeugs einer Gruppe oder mehreren Gruppen zugeordnet werden;
- für eine Gruppe kann eine Kapazität, z.B. eine Lade¬ kapazität, vorgegeben oder auf andere Art bestimmt sein;
- eine Begrenzung eines Ladestroms kann für einen Lade¬ vorgang oder für jeden Ladevorgang vorgegeben werden;
- jeder Ladevorgang kann beispielsweise mit einem Basis-Ladestrom oder einem Mindest-Ladestrom versorgt werden; - für jeden Ladevorgang kann ein Gewichtungsfaktor im Hinblick auf eine Priorisierung des Ladevorgangs be¬ stimmt werden. Eine Ortsnetzstation verfügt beispielsweise über eine Viel¬ zahl von Abgängen zum Niederspannungsnetz mit einer Vielzahl von Anschlusspunkten, über die beispielsweise ein Ladevorgang eines Fahrzeugs mittels einer Ladestation erfolgen kann. Eine Ortsnetzstation ist über (mindestens) einen Transformator mit einem Energienetz auf der Mittelspannungsebene verbunden. Der Transformator stellt eine vorgegebene maximale Ladekapazität bereit. Diese maximale Ladekapazität soll durch die An¬ schlusspunkte eingehalten werden. Weiterhin kann das Energienetz über den Transformator unterschiedliche Stromarten, z.B. einen günstigen Strom und einen ökologisch gewonnenen Strom (nachfolgend bezeichnet als "ökologischer Strom"), bereit¬ stellen. Die Stromarten können mit unterschiedlichen Preisen verknüpft sein. Beispielsweise kann es eine Maßgabe eines Kunden sein, dass der Ladevorgang zu x% (mit x=0...100) mit ökologischem Strom erfolgen soll. Dies kann z.B. vertraglich geregelt sein und bei dem Ladevorgang entsprechend berück¬ sichtigt werden. Auch ist es möglich, diese Maßgabe als
Wunsch zu behandeln und, sofern der Wunsch nicht erfüllt werden kann, auf eine Alternative (hier z.B. den günstigen
Strom) auszuweichen. Insoweit kann ein Kunde beispielsweise einer Gruppe zugeordnet sein, die ausschließlich oder vorzugsweise Ladevorgänge mit ökologischem Strom durchführt (die Vertragsart kann mit der Gruppenzugehörigkeit verknüpft sein) .
Fig.l zeigt einen Transformator 101, der von einem Energienetz mit ökologischem Strom 102 und mit günstigem Strom 103 versorgt werden kann. Der Transformator 101 ist beispielsweise Teil einer Ortsnetzstation.
Der Transformator 101 ist über eine Leitung mit drei Abgängen 117, 118 und 119 verbunden. Der Abgang 117 ist über einen Anschlusspunkt 104 mit einer Ladestation 109 verbunden, an der ein Elektro-Fahrzeug 113 geladen wird. Der Abgang 117 ist weiterhin über einen Anschlusspunkt 105 mit einer Ladestation 110 verbunden, an der ein Elektro-Fahrzeug 114 geladen wird. Beispielhaft ist ferner der Abgang 119 mit den Anschlusspunk- ten 106 bis 108 verbunden, wobei der Anschlusspunkt 106 mit einer Ladestation 111 verbunden ist, an der ein Elektro- Fahrzeug 115 geladen wird und wobei der Anschlusspunkt 108 mit einer Ladestation 112 verbunden ist, an der ein Elektro- Fahrzeug 116 geladen wird.
Beispielsweise stellt sowohl der Transformator 101 in der Ortsnetzstation als auch jeder der Abgänge 117 bis 119 eine maximale Kapazität bereit, die nicht überschritten werden darf .
In einem (zentralen oder dezentralen) Ladesystem wird für jeden Ladevorgang eine Kennung (ID) verwaltet. Der Ladevorgang für ein Elektro-Fahrzeug weist ferner einen maximal zulässi¬ gen Ladestrom I1^ auf. Dieser maximal zulässige Ladestrom er- gibt sich z.B. als ein Minimum der den Ladevorgang begrenzenden Größen: Beispielsweise ist der maximale Ladestrom be¬ grenzt durch
- eine maximal zulässige Ladekapazität des Kabels zwi¬ schen dem Elektro-Fahrzeug und der Ladestation, - eine maximal zulässige Ladekapazität der Ladestation,
- eine maximal zulässige Ladekapazität des Kabels zwi¬ schen der Ladestation und dem Abgang.
Die kleinste der maximal zulässigen Ladekapazitäten (anschau- lieh: das schwächste Glied der Kette) ist ausschlaggebend für den maximal zulässigen Ladestrom i1^.
Vorzugsweise wird ein (zeitlich begrenzter) Ladevorgang genau einem Vertrag zugeordnet. Der Vertrag gibt an, ob z.B. ökolo- gischer Strom oder günstiger Strom verwendet werden soll.
Auch Mischformen aus Stromarten sind möglich. Ergänzend sei darauf hingewiesen, dass in dem Beispiel der Anschaulichkeit halber nur zwei Stromarten unterschieden werden. Entsprechend sind viele unterschiedliche Stromarten, z.B. von unterschied¬ lichen Anbietern, ggf. mit unterschiedlichen Preisen, möglich. Mit einem Vertrag kann ein Kontingent in Bezug auf die maximal zulässige Ladekapazität verknüpft sein.
Das Ladesystem kann ein Profil pro Gruppe und Tag erhalten, beispielsweise können eine Vielzahl von Werten pro Zeiteinheit (z.B. 96 Viertelstundenwerte pro Tag) bereitgestellt oder vorgegeben werden.
Nachfolgend wird im Hinblick auf Fig.l ein Beispiel darge¬ stellt:
Das Elektro-Fahrzeug 113 erhält eine Kennung ID1 für den La- devorgang, das Elektro-Fahrzeug 114 erhält eine Kennung ID2 für den Ladevorgang, das Elektro-Fahrzeug 115 erhält eine Kennung ID3 für den Ladevorgang und das Elektro-Fahrzeug 116 erhält eine Kennung ID4 für den Ladevorgang. Die Elektro- Fahrzeuge 113 und 115 mit den Kennungen ID1 und ID3 sollen mit ökologischem Strom 102 und die Elektro-Fahrzeuge 114 und 116 mit den Kennungen ID2 und ID4 mit günstigem Strom 103 geladen werden.
Es ergeben sich somit beispielhaft die folgenden Gruppen:
- Gruppe Gök/ die mit ökologischem Strom geladen
wird/werden soll:
- Gruppe Ggünst, die mit günstigem Strom geladen
wird/werden soll:
Ggünst = {2, 4};
- Gruppe GAbgi, die an dem Abgang 117 geladen
wird/werden soll:
GAbgi = { 1 2 } ;
- Gruppe GAbg2, die an dem Abgang 118 geladen
wird/werden soll:
GAbg2 = { } ;
- Gruppe GAbg3, die an dem Abgang 119 geladen
wird/werden soll: GAbg3 - { 3 , 4 } ;
- Gruppe GTraf0/ die an dem Transformator geladen
wird/werden soll:
^Trafo — {1, 2, 3, 4}.
In den geschweiften Klammern {...} sind die Kennungen der für die jeweilige Gruppe betroffenen Elektro-Fahrzeuge 113 bis 116 enthalten. Alternativ ist es ebenso möglich, die Kennungen ID1 bis ID4 als Kennungen für die Ladevorgänge zu be- zeichnen.
Jede Gruppe oder eine Auswahl der Gruppen hat beispielsweise eine Kapazitätsbeschränkung CGruppe · Nachfolgend wird beispielhaft ein zentrales oder auch dezen¬ trales (siehe dazu weiter unten) Ladesystem (auch bezeichnet als "Lastmanagement") unter Berücksichtigung z.B. einer entsprechenden Lastverteilung beschrieben. Die Lastverteilung erfolgt vorzugsweise unter Berücksichtigung vorgegebener Ne- benbedingungen . Das Ladesystem ermittelt beispielsweise einen Parameter iTar^et f der die maximale Leistungsaufnahme (Strom) pro Ladevorgang bzw. Ladestation bestimmt. Das Ladesystem kann beispielsweise gemäß oder basierend auf der Norm IEC 61851 betrieben werden.
Beispielhaft kann das Ladesystem eine Schnittstelle umfassen, das die folgenden Funktionen (z.B. realisiert als Funktions¬ aufrufe) bereitstellt:
- energyRequest ( ) : Mitteilung an das Lastmanagement über einen weiteren (neuen) Ladevorgang;
- sessionEnd() : Ende eines Ladevorgangs;
- sessionUpdate ( ) : Aktualisierung von Statuswerten eines Ladevorgangs;
- energySet() : Setzen des Parameters i ar9et a]_s ej_n
Sollwert durch das Ladesystem.
Hierbei sei erwähnt, dass der Ladevorgang auch als eine Sit¬ zung (oder als eine "Session") bezeichnet werden kann. Nachfolgend wird ein beispielhafter Ansatz erläutert, der über die Steuerung des Parameters i ar9et beispielsweise eine effiziente und faire Verteilung der Gesamtkapazität ermög- licht.
Faire Lastverteilung der Gesamtkapazität
In diesem Szenario ist eine Gesamtkapazität C vorgegeben. Weiterhin gibt es nur eine einzelne Gruppe und die Anzahl der Ladevorgänge n ist bekannt. Der Sollwert i ar9et für ^j_e Lastverteilung ergibt sich zu: n Die Lastverteilung kann wie folgt durchgeführt werden:
(a) Eine Ladestation informiert das (zentrale) Ladesystem über eine Status-Änderung, z.B. mittels der vorstehend genannten Funktionen energyRequest ( ) , sessionEnd ( ) , ses- sionUpdate) .
(b) In einem nächsten Schritt ermittelt das Ladesystem bei jeder Status-Änderung eine Lastverteilung und übermittelt diese an die Ladestation ( en) .
Faire gewichtete Lastverteilung
Auch in diesem Szenario ist die Gesamtkapazität C vorgegeben, es gibt nur eine einzelne Gruppe und die Anzahl der Ladevor¬ gänge n ist bekannt. Für einen Ladevorgang ,$€ S wird ein Ge¬ wichtungsfaktor Wji für eine Priorisierung definiert. Die Lastverteilung kann in Form eines Vektors bestimmt werden. Der Sollwert der Lastverteilung i pro Ladevorgang ergibt sich zu:
V* £ S
Die Lastverteilung erfolgt analog den Schritten des vorste¬ hend erläuterten Szenarios "Faire Lastverteilung der Gesamt- kapazität " .
Beispiel: Mit einer Gesamtkapazität C=100 und n=10 Ladevor¬ gängen sowie einer Gewichtung der 10 Ladevorgänge gemäß dem folgenden Vektor w folgt daraus der Lastverteilungsvektor
Faire Lastverteilung mit zwei Nebenbedingungen
Auch in diesem Szenario ist die Gesamtkapazität C vorgegeben, es gibt nur eine einzelne Gruppe und die Anzahl der Ladevor¬ gänge n ist bekannt. Der Ladestrom kann für jeden Ladevorgang s einzeln auf einen maximalen Ladestrom I1^ begrenzt sein: r AX MAX
Die Lastverteilung kann beispielsweise mittels eines soge¬ nannten "Max-Min Flow Control"-Verfahrens erfolgen (vgl.: D. Bertsekas, R. Gallager: "Data Networks", 2nd Edition, Prenti- ce-Hall, 1992, Seiten 527, 528) . Beispiel: Mit einer Gesamtkapazität C=100 und n=10 Ladevor¬ gängen sowie einer Begrenzung des Ladestroms pro Ladevorgang ergibt sich daraus ein Lastverteilungsvektor l'Tar?":t zu:
Faire gewichtete und proportionale Lastverteilung
Jeder Ladevorgang kann durch eine Kennung der Ladestation und durch eine Vertragsart verschiedenen Gruppen zugeordnet werden. Für jede Gruppe kann eine maximale Kapazität G., (·;.<·.>·,·<··»':; de¬ finiert werden. Für jeden Ladevorgang kann der Ladestrom gemäß der Beziehung jMAX ^ (/rMAX e 5) begrenzt werden. Weiterhin kann bestimmt sein, dass jede La¬ destation wenigstens einen Basis-Strom i :'- :- erhält. Für einen Ladevorgang . f ,V wird ein Gewichtungsfaktor wA für eine Prio- risierung definiert. Damit ergibt sich das folgende Maximierungsproblem:
mit den Nebenbedingungen: wobei R eine Matrix mit den Ladevorgängen und deren Kapazitätsbegrenzungen, C ein Vektor mit allen Kapazitätsbegrenzungen und ITsV%<!i den Lastverteilungsvektor darstellt. Anstatt der Logarithmus-Funktion kann eine beliebige konkave Funktion verwendet werden.
Beispiel: Basierend auf dem in Fig.l gezeigten Beispiel seien zu den dargestellten vier Ladevorgängen noch sechs weitere Ladevorgänge gegeben. In Summe ergeben sich somit n=10 Lade¬ vorgänge. Zusätzlich sind die folgenden maximalen Kapazitäten vorgegeben :
- für den ökologischen Strom: Cök = 45;
- für den günstigen Strom: Cgünst = 200;
- für den Transformator CTraf0 = 100;
- für den Abgang 117: ÜAbgi = 40;
- für den Abgang 118: CAbg2 = 100;
- für den Abgang 119: CAbg3 = 100; Für die Ladevorgänge 1 bis 10 werden die folgenden maximalen Ladeströme vorgegeben:
Als Mindeststrom pro Ladevorgang sei vorgegeb Hieraus folgt die Matrix R zu: wobei die Spalten der Matrix R die Ladevorgänge 1 bis 10 kennzeichnen. Der Vektor RAbgi gibt an, dass die Ladevorgänge 1 bis 5 von dem Abgang 117 versorgt werden, der Vektor RAbg3 gibt an, dass die Ladevorgänge 6 bis 10 von dem Abgang 119 versorgt werden. Der Abgang 118 versorgt in diesem Beispiel keinen Ladevorgang. Der Vektor Rirafo gibt an, dass der Trans¬ formator 101 alle Ladevorgänge 1 bis 10 versorgt. Der Vektor Rök gibt an, dass die Ladevorgänge 1, 3, 5, 7 und 9 mit öko- logischem Strom durchgeführt werden und der Vektor Rgünst gibt an, dass die Ladevorgänge 2, 4, 6, 8 und 10 mit günstigem Strom durchgeführt werden.
Der Vektor C ergibt sich
Hieraus folgt für den Lastverteilungsvektor:
7,4424"
8.8365
7, 424
S, 8365
f'Tava t 7,4424
10,0000
12, 6729
17.3271
10, 0000
1.0.0000
In diesem Beispiel sind die limitierenden Nebenbedingungen die maximal zulässigen Ströme für die Ladevorgänge 6, 9 und 10, die maximal zulässige Kapazität des Abgangs 117 (CAbgi = 40), die maximal zulässige Kapazität des Transformators 101 (CTraf0 = 100) sowie der maximal zulässige (oder mögliche) ökologische Strom (Cök = 45) .
Ferner ist es auch möglich, dass die einzelnen Ladevorgänge zusätzlich eine Priorisierung mittels des Gewichtungsfaktors ιαΛ erhalten. Diese Priorisierung kann zusätzlich zu den oben genannten Vorgaben bei der Bestimmung des Lastverteilungsvektors berücksichtigt werden: ' 6, 0000 "
6, 0000
6, 0000
9, Ü675
9, 824
6 1.0, 0000
7 1.3, 4176
8 19, 3325
9 10, 0000
10 10, 0000
Ein Vorteil des hier vorgestellten Ansatzes besteht darin, dass ein maximaler Ladestrom für mehrere Ladevorgänge, z.B. für mehrere Ladestationen und/oder Elektro-Fahrzeuge, zentral oder dezentral koordiniert werden kann unter Einhaltung vorgegebener vielseitig einstellbarer Nebenbedingungen. Die Nebenbedingungen können wirtschaftliche Vorgaben und/oder technische Vorgaben umfassen. Beispiel: Dezentrales Lastmanagement
Das dezentrale Lastmanagement kann auf verschiedene Arten folgen. Nachfolgend werden beispielhaft zwei Möglichkeiten erläutert .
(1) Wahl eines Masters:
Hierbei können die Ladestationen oder die Ladevorgänge, die z.B. in einer Komponente ablauffähige Funktionen sind, einen Master auswählen, der die Lastverteilung ermittelt. Nachfolgend wird beispielhaft angenommen, dass mehrere Ladestationen als Peers (kommunizierende Kompo¬ nenten oder Funktionen) agieren und sich selbst organisieren. Dieser Ansatz ist ebenso möglich für Funktionen (z.B. Ladevorgänge), die auf einer oder mehreren Kompo¬ nenten ablauffähig sind.
Fällt der Master aus, erkennen dies die anderen Ladesta¬ tionen, es wird ein neuer Master bestimmt. Dieser Ansatz hat den Vorteil, dass das Lastmanagement nicht für den dezentralen Ansatz angepasst werden muss, sondern ohne Änderungen aus dem zentralen Lastmanagement übernommen werden kann. Die Komplexität, welche durch eine dezen¬ trale Umsetzung entsteht, liegt außerhalb der Lastmana¬ gementkomponente und kann von anderen Komponenten bereitgestellt werden.
(2) Kommunikation ohne Master (auch bezeichnet als "Gossi- ping-Verfahren" ) :
Hierbei wird eine Koordinierung ohne eine zentrale In¬ stanz durchgeführt. Die Ladestationen bilden ein Peer- to-Peer (P2P)-Netz und kommunizieren mit anderen Ladestationen (Peers), die z.B. zufällig (oder pseudozufäl¬ lig) oder nach einem vorgegebenen Schema ausgewählt werden .
Hierbei können verschiedene Schätzwerte ermittelt wer¬ den, z.B. über den derzeitigen Gesamtverbrauch im P2P- Netz. Basierend auf diesen Schätzwerten entscheidet eine Lastmanagement-Komponente der Ladestation autonom über den vorzugebenden Ladestrom Ί': ΐ&^ . Bei dem Gossiping- Verfahren wird das Lastmanagement verteilt (z.B. mittels eines verteilten Algorithmus) durchgeführt. Dieser
Schritt muss für jeden Algorithmus erneut durchgeführt werden .
Das Gossiping-Verfahren eignet sich für große Netze, bei denen eine zentrale Verarbeitung zu aufwändig ist bzw. allein die Koordination einer zentralen Verarbeitung zu einer hohen Verkehrslast führen würde.
Nachfolgend wird der Ansatz (1) "Wahl eines Masters" näher beschrieben. Vor allem für eine kleine Anzahl von Ladestationen (z.B. ca. 32) ist der Verarbeitungsaufwand für den Master unkritisch und beeinträchtigt nicht die Leistungsfähigkeit der Komponenten. Hierbei ist es von Vorteil, dass ein deterministisches Last¬ management erreicht werden kann, bei dem keine Schwankungen durch ein Konvergenzverhalten entstehen. Beispiel für ein dezentrales Lastmanagement mit "Wahl eines Masters "
Fig.2 zeigt beispielhaft eine Architektur eines dezentralen Lastmanagements, das den Ansatz "Wahl eines Masters" ermög- licht bzw. unterstützt.
Vorzugsweise wird in den Ladestationen ein Programm eingesetzt, das den hier beschriebenen dezentralen Ansatz verfolgt. Beispielsweise kann ein und dasselbe Programm auf meh- reren Ladestationen ablaufen, da so jede Ladestation (als
Knoten eines P2P-Netzwerks ) in der Lage ist, die Funktion des Masters zu übernehmen.
Das Programm kann unterschiedliche Kommunikationswege nutzen, z.B. drahtlose oder drahtgebundene Kommunikation. Beispiels¬ weise können die Ladestationen über das Ethernet 201 und/oder über ein Mobilfunknetzwerk 202 (z.B. GSM, UMTS, LTE, etc.) mittels TCP/IP 203 miteinander kommunizieren. In der Protokollarchitektur von Fig.2 ist oberhalb der
TCP/IP-Schicht 203 ein Overlay-Netzwerk 204 dargestellt, das das logische Netz oberhalb des IP-Netzes verwaltet.
In einem P2P-Netzwerk können eine große Anzahl von Peers (hier im Beispiel: Ladestationen) mit signifikanter Dynamik (Änderungen über die Zeit) vorhanden sein. Das Overlay- Netzwerk 204 kann mittels verteilter Hashtabeilen (sogenannte: "Distributed Hash Tables") strukturiert sein. In dem hier beschriebenen Beispiel kann eine Verwaltung des Overlay- Netzwerks 204 in einer Konfigurationsphase (auch bezeichnet als Engineeringphase oder Parametrierung) von einer zentralen Komponente unterstützt werden, d.h. jeder Peer (Ladestation) des P2P-Netzwerks erhält eine vollständige Liste aller Peers (Ladestationen) bei dessen Konfiguration.
Basierend auf der Liste aller Peers erfolgt die Wahl des Mas- ters 205 in jeder der Ladestationen. In einem ersten Schritt wird die Annahme getroffen, dass die Listen der Peers konsi¬ stent sind. Bei inkonsistenten Peer-Listen werden diese synchronisiert. Der Master wird anhand einer von der zentralen Instanz vergebenen Peer-ID ausgewählt. Beispielsweise wird diejenige Ladestation als Master gewählt, die die kleinste Peer-ID aufweist.
Falls eine Ladestation sich selbst als Master bestimmt hat, aktiviert sie einen Master-Modus und initialisiert ein Last- management 206, z.B. durch Aktivierung eines Lastmanagement- Algorithmus. Die hierfür notwendigen Parameter können durch die zentrale Komponente festgelegt werden und können den Pa¬ rametern des zentralen Lastmanagements entsprechen. Der Master bedient beispielsweise die gleichen Schnittstel¬ len-Aufrufe wie im zentralen Fall, z.B.:
- energyRequest ( ) für neue Anfragen,
- sessionEnd() für das Beenden eines Ladevorgangs,
- sessionUpdate ( ) für die Aktualisierung von Statuswer- ten,
- energySet() für das Setzen des Sollwerts einer Lade¬ station .
Für die Schnittstellen-Aufrufe können für den dezentralen Fall z.B. entsprechende XML-Nachrichten definiert und verwen¬ det werden.
Fig.3 zeigt ein beispielhaftes Zustandsdiagramm für eine Ladestation. Zunächst erfolgt von einem initialen Zustand 301 ein Übergang in einen Zustand 302 zur Initialisierung der Ladestation. In einem nachfolgenden Zustand 303 wird das Overlay-Netzwerk initialisiert und in einem anschließenden Zustand 304 erfolgt die Wahl des Masters. Ist der Master ausge- wählt, wird zu einer Abfrage 305 verzweigt. Falls die aktuel¬ le Ladestation selbst als Master ausgewählt wurde, wird zu einem Zustand 306 verzweigt, es erfolgt eine Initialisierung (oder Umstellung) der aktuellen Ladestation als Master. Nach- folgend oder wenn die Abfrage 305 ergibt, dass die aktuelle Ladestation nicht als Master ausgewählt wurde, wird in einen Zustand 307 verzweigt, in dem die Ladestation (als Master oder als normaler Peer) aktiv ist. Ein Abbruch bedingt einen Wechsel in einen Zustand 308, in dem sich die Ladestation ab- meldet und in einen finalen Zustand 309 (z.B. zum Abschalten oder zur Wartung der Ladestation) übergeht.
Das dezentrale Lastmanagement kann initial parametriert wer¬ den. Bevor eine Ladestation in einem dezentralen Lastmanage- ment aktiv wird, erfolgt eine Verbindung zu der zentralen
Komponente. Zum Beispiel kann ein Installateur nach dem Aufstellen der Ladestation über einen Laptop mittels der zentralen Komponente die Parametrierung der Ladestation durchführen .
Beispielsweise kann sich eine Ladestation bei der zentralen Komponente anmelden und erhält die Peer-Liste der verfügbaren Ladestationen. Der Installateur kann nun notwendige Parameter einstellen (setzen oder aktualisieren) . Diese Art der Para- metrierung ist vergleichbar zu dem Szenario des zentralen
Lastmanagements. Auch können Gruppen mit Kapazitätsbeschränkungen eingestellt werden und es können Ladestationen zu Gruppen zugeordnet (in Gruppen aufgenommen oder aus Gruppen gelöscht) werden. Nach Eingabe der Informationen wird die La- destation eingestellt, indem beispielsweise alle Parameter zur Einstellung in einer Datei zusammengefasst und an die La¬ destation übertragen werden.
Fehlerbehandlung
Im Folgenden sind beispielhaft Fehlerfälle aufgeführt und es wird jeweils eine entsprechende Fehlerbehandlung vorgeschla¬ gen . Ausfall des Masters
Ein Ausfall des Masters ist ein kritischer Fehler, und eine entsprechende Fehlerbehandlung ist für eine fortge¬ setzte Funktion in einem dezentralen Szenario notwendig, da ohne Master die Lastverteilung nicht möglich ist.
Beim Ausfall des Masters soll die Funktion des Masters von einer anderen Ladestation übernommen werden. Vorzugsweise werden hierfür die folgenden Schritte durchge¬ führt :
(i) Wahl eines Backup-Masters sowie redundante Spei¬ cherung der Lastverteilung vor dem Ausfall des Masters ;
(ii) Erkennung des Ausfalls des Masters;
(iii) Wahl eines neuen Masters unter den anfragenden
Ladestationen .
Um eine aktuelle Lastverteilung durch den Ausfall des Masters nicht zu verlieren, wird diese z.B. bei einem vorab zu bestimmenden Backup-Master gespeichert. Der Backup-Master kann anhand seiner Peer-ID bestimmt werden (z.B. wird die zweitkleinste Peer-ID für den Backup- Master verwendet) .
Dieser Ansatz kann für mehrere Backup-Master analog angewandt werden: Um mehrere Ausfälle von Mastern ausglei¬ chen zu können, kann eine Liste mit einer Vielzahl von Backup-Mastern verwendet werden, wobei ein Master jede Nachricht von einer Ladestation auch an die Backup- Master weiterleitet. Somit kann sichergestellt werden, dass der Zustand beim Master auch bei den Backup-Mastern repliziert ist.
Hierbei ist es eine Option, dass nur die Nachrichten und nicht die komplette Lastverteilungsinformation weiterge- leitet wird. Letztere können die Backup-Master anhand der übermittelten Informationen selbst bestimmen.
Ein Ausfall des Masters kann durch die erste unbeantwor- tete Anfrage einer Ladestation detektiert werden. Daraufhin kontaktiert die anfragende Ladestation den (ers¬ ten) Backup-Master und sendet an diesen die unbeantwortete Anfrage. Der Backup-Master fordert von dem Master eine sogenannte "Heartbeat "-Nachricht an (also eine In- formation, die anzeigt, dass der Master noch aktiv ist und kommunizieren kann) . Falls der Backup-Master die "Heartbeat "-Nachricht des Masters erhält, wird die An¬ frage von der Ladestation nicht bearbeitet, sondern auf den eigentlichen Master verwiesen (dies kann auch ge- schehen, indem von dem Backup-Master nichts unternommen wird, weil der Backup-Master davon ausgeht, dass der Master die Anfrage der Ladestation beantworten wird) . Falls auch der Backup-Master den Master nicht erreichen kann (also im Falle einer ausbleibenden "Heartbeat"- Nachricht) , wird angenommen, dass der Master ausgefallen ist und der Backup-Master aktiviert seinen Master-Modus und bearbeitet die Anfrage der Ladestation. Eine weitere Ladestation, deren Anfrage von dem ursprünglichen Master unbeantwortet bleibt, kontaktiert den neuen Master (vor- mals: Backup-Master), der die Anfrage der Ladestation direkt bearbeitet.
Vorzugsweise kann, um den Backup-Master als neuen Master zu initialisieren, an diesen der komplette Zustand für das Lastmanagement (Liste mit Lastverteilungen) übertra¬ gen werden.
Alternativ zur redundanten Speicherung kann, um den Backup-Master als neuen Master zu initialisieren, an diesen der komplette Zustand für das Lastmanagement
(Liste mit Lasterverteilungen) übertragen werden oder dieser kann alle anderen Ladestationen kontaktieren und deren Zustand abfragen. Ausfall einer Ladestation
Falls eine Ladestation, die nicht der Master ist, aus¬ fällt, können zwei Situationen unterschieden werden:
(i) Die ausgefallene Ladestation hatte keinen aktiven
Ladevorgang;
(ii) Die ausgefallene Ladestationen war in einem akti¬ ven Ladevorgang.
Im dem ersten Fall (i) hat der Ausfall keine Auswirkungen auf das Lastmanagement und kann somit unbehandelt bleiben .
Im dem zweiten Fall (ii) könnte der Ausfall der Ladesta¬ tion Auswirkungen auf das Lastmanagement haben und somit eine Überwachung von Ladestationen erfordern.
Auch ist es möglich, dass der Ausfall der Ladestation eine Ursache hat, die von einer Überwachung nicht unterscheidbar sind: Beispielsweise kann nicht unterschieden werden, ob nur ein Kommunikationsproblem vorliegt oder ob die Ladestation ausgefallen ist. Wenn nur die Kommunikation zu der Ladestation ausgefallen ist, könnte diese unverändert einen Ladevorgang durchführen. In diesem Fall können die dieser Ladestation zugewiesenen Ressourcen nicht umverteilt werden.
Eine Option besteht darin, keine Überwachung der Ladestationen durchzuführen, insbesondere falls eine Umverteilung der Ressourcen unverändert bleiben soll. Somit kann eine Fehlerbehandlung für den Ausfall einer Ladestation je nach Anwendungsfall auch unterbleiben. Wiedereintritt eines vormaligen Masters
Falls ein ehemaliger Master nach seinem Ausfall wieder aktiv wird, ist vorzugsweise sicherzustellen, dass keine Konflikte und/oder Inkonsistenzen auftreten.
Beispielsweise ist es eine Möglichkeit, anzunehmen, dass ein Ausfall des Masters ein Indiz für weitere Ausfälle ist. So könnte vorgesehen sein, dass der vormalige Mas¬ ter seine Master-Rolle nicht wieder einnimmt. Um dies sicherzustellen, kann die Peer-ID des ehemaligen Masters geändert werden. Beispielsweise kann die Peer-ID um eine Versionsnummer erweitert werden, wobei z.B. die Versionsnummer als Präfix der Peer-ID vorangestellt wird. Die Wahl des Masters basiert weiterhin auf der kleinsten Peer-ID unter Berücksichtigung dieses Präfixes.
Für andere Ladestationen ist der ehemalige Master entweder als inaktiv markiert oder bei erneuter Anfrage ant¬ wortet dieser mit einer Aktualisierung seiner Peer-ID (umfassend die neuen Versionsnummer) . Damit ist für die anfragende Ladestation bestimmbar, dass der ehemalige Master nicht mehr der aktuelle Master ist.
Inkonsistente Peer-Listen
Um den Master eindeutig über alle Ladestation ermitteln zu können, wird die vorstehend genannte Peer-Liste ver¬ wendet. Entsprechend ist diese Peer-Liste konsistent zu halten .
Vorzugsweise kann die Anzahl der Ladestationen (z.B. innerhalb eines Clusters) klein (umfassend z.B. ca. 32 La¬ destationen) sein. Jede Ladestation speichert die Peer- Liste mit den Peer-IDs aller anderen Ladestationen. Die Peer-Liste kann durch die zentrale Komponente paramet- riert werden. Wenn eine Ladestation nachträglich hinzugefügt wird, wird die Peer-Liste anhand der zentralen Komponente pa- rametriert. Die neue Ladestation erhält die aktualisier¬ te Peer-Liste und kennt alle Ladestationen im Netz, die Ladestationen kennen aber - zunächst - nicht diese neue
Ladestation. Vorzugsweise ist eine Synchronisation der Peer-Liste auf den Ladestationen erforderlich. Eine solche Synchronisation kann auf unterschiedliche Arten durchgeführt werden.
Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass die neue Lade¬ station zunächst nicht als Master in Frage kommt; dies kann z.B. durch aufsteigende Peer-IDs sichergestellt werden, wobei die neue Ladestation die bisher höchste Peer-ID erhält und somit aktuell kaum als Master ausge¬ wählt werden wird.
Zur Synchronisation der Peer-Listen, meldet sich die neue Ladestation (z.B. mittels einer oin-Nachricht ) bei allen anderen Ladestation an. Basierend auf dieser Anmeldung kann die Peer-Liste bei jeder Ladestation aktualisiert werden; der Empfänger ergänzt seine Peer-Liste um die Peer-ID und die IP-Adresse der neuen Ladestation. Obwohl die Erfindung im Detail durch das mindestens eine ge¬ zeigte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht darauf eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.

Claims

Verfahren zur Bereitstellung elektrischer Energie, - bei dem zumindest ein Teil einer für eine Sitzung be¬ reitgestellten elektrischen Energie, der nicht abgerufen wurde, mindestens einer anderen Sitzung bereitgestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem diejenige elektrische Energie, die nicht von der Sitzung abgerufen wurde, vollständig oder im Wesentlichen vollständig der mindes¬ tens einen anderen Sitzung bereitgestellt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem ein Teil der elektrischen Energie, die nicht von der Sitzung abgerufen wurde, der mindestens einen anderen Sitzung bereitgestellt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die der Sitzung bereitgestellte elektrische Energie von einem Typ der Sitzung abhängt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem zumindest der Teil der für die Sitzung bereitge¬ stellten elektrischen Energie, der nicht abgerufen wurde, der mindestens einen anderen Sitzung bereitgestellt wird, wenn zumindest der Teil der nicht abgerufenen elektrischen Energie einen vorgegebenen Schwellwert zumindest erreicht.
Verfahren nach Anspruch 5, bei dem zumindest der Teil der für die Sitzung bereitgestellten elektrischen Energie, der nicht abgerufen wurde, der mindestens einen an¬ deren Sitzung bereitgestellt wird, wenn ein Maximum des zu unterschiedlichen Zeiten bestimmten nicht abgerufenen Teils der elektrischen Energie den vorgegebenen Schwellwert zumindest erreicht.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem zumindest der Teil der für die Sitzung bereitge¬ stellten elektrischen Energie, der nicht abgerufen wurde, der mindestens einen anderen Sitzung für eine vorge gebene Zeitdauer bereitgestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 7,
- bei dem nach Ablauf der vorgegebenen Zeitdauer ermittelt wird, welche elektrische Energie von der Sitzung angefordert wird;
- bei dem, falls die der Sitzung bereitgestellte elekt¬ rische Energie nicht abgerufen wird, zumindest ein Teil der bereitgestellten elektrischen Energie der mindestens einen anderen Sitzung bereitgestellt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
- bei dem eine Lastverteilung für zumindest eine Sit¬ zung durch eine schrittweise Zuteilung der elektrischen Energie eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 9, bei dem die Lastverteilung für mehrere Sitzungen schrittweise eingestellt wird, in¬ dem die elektrischen Energien für die mehreren Sitzungen nacheinander eingestellt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 oder 10, bei dem die schrittweise Zuteilung der elektrischen Energie mehrere Schritte umfasst, zwischen denen eine vorgegebene Zeitdauer liegt.
Verfahren nach Anspruch 11, bei dem die elektrische Energie weiter reduziert wird oder abgeschaltet wird, falls nach Ablauf der vorgegebenen Zeitdauer die zugeteilte elektrische Energie nicht eingestellt ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 oder 12, bei dem die vorgegebene Zeitdauer konstant oder variabel ist.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13, bei dem die Lastverteilung für mehrere Sitzungen eingestellt wird, indem
- die Sitzungen mit einer reduzierten elektrischen
Energie eingestellt werden;
- die Sitzungen mit einer erhöhten elektrischen Energie eingestellt werden.
15. Verfahren nach Anspruch 14, bei dem die Sitzungen mit der erhöhten elektrischen Energie eingestellt werden, falls eine aktuell entnommene elektrische Energie klei¬ ner oder gleich einem Sollwert für die elektrische Energie ist.
16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die bereitgestellte elektrische Energie ein Lade¬ strom für einen elektrischen Verbraucher oder eine Leistungsaufnahme des elektrischen Verbrauchers ist.
17. Verfahren nach Anspruch 16, bei dem der elektrische
Verbraucher ein Elektro-Fahrzeug ist.
18. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Sitzung einen Ladevorgang für ein Elektro- Fahrzeug umfasst.
19. Vorrichtung zum Bereitstellen elektrischer Energie mit einer Verarbeitungseinheit, die derart eingerichtet ist, dass
- zumindest ein Teil einer für eine Sitzung bereitge¬ stellten elektrischen Energie, der nicht abgerufen wurde, mindestens einer anderen Sitzung bereitstell¬ bar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 19, bei der die Verarbeitungs einheit derart eingerichtet ist, dass eine Lastvertei¬ lung für zumindest eine Sitzung durch eine schrittweise Zuteilung der elektrischen Energie einstellbar ist.
21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 oder 20, bei der die Vorrichtung zumindest teilweise in einer Ladestation eines Elektro-Fahrzeugs angeordnet ist.
EP11749794.1A 2011-08-18 2011-08-18 Bereitstellung elektrischer energie Ceased EP2735072A1 (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/EP2011/064231 WO2013023701A1 (de) 2011-08-18 2011-08-18 Bereitstellung elektrischer energie

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP2735072A1 true EP2735072A1 (de) 2014-05-28

Family

ID=44534388

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP11749794.1A Ceased EP2735072A1 (de) 2011-08-18 2011-08-18 Bereitstellung elektrischer energie

Country Status (4)

Country Link
US (2) US20140203779A1 (de)
EP (1) EP2735072A1 (de)
CN (1) CN103891086B (de)
WO (1) WO2013023701A1 (de)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103502042B (zh) * 2011-05-04 2017-10-27 西门子公司 用于提供电能的方法和装置
PL2902250T3 (pl) * 2013-12-19 2017-11-30 Elektro-Bauelemente Gmbh Sposób ładowania pojazdu z napędem elektrycznym
PL3142221T3 (pl) * 2015-05-13 2019-07-31 Guangdong Oppo Mobile Telecommunications Corp., Ltd Sposób szybkiego ładowania, zasilacz i terminal mobilny
DE102017126806A1 (de) 2017-07-21 2019-01-24 European Electrical Bus Company Gmbh Ladeverfahren und -system für Elektrofahrzeug-Depots
EP3431328B1 (de) 2017-07-21 2020-09-16 EEBC European Electrical Bus Company GmbH Ladeverfahren und -system für elektrofahrzeug-depots
JP6919496B2 (ja) * 2017-10-25 2021-08-18 トヨタ自動車株式会社 通信システム、およびサーバ装置
DE102018131770A1 (de) 2018-12-11 2020-06-18 Innogy Se Ladesystem für Elektrofahrzeuge
EP3770008A1 (de) * 2019-07-22 2021-01-27 ABB Schweiz AG Elektrofahrzeugversorgungsausrüstung (evse) zum laden eines elektrofahrzeugs

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100134067A1 (en) * 2009-07-23 2010-06-03 David Baxter Electrical circuit sharing for electric vehicle charging stations
WO2011080905A1 (ja) * 2009-12-28 2011-07-07 パナソニック株式会社 充電システム及び充電システムの制御方法

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NL9101590A (nl) * 1991-09-20 1993-04-16 Ericsson Radio Systems Bv Stelsel voor het laden van een oplaadbare accu van een draagbare eenheid in een rek.
US6184655B1 (en) * 1999-12-10 2001-02-06 Stryker Corporation Battery charging system with internal power manager
DE20013399U1 (de) * 2000-08-03 2000-11-02 Chai Wellmon Ladestation für elektrisch betriebene Fahrzeuge
WO2007065135A2 (en) * 2005-11-30 2007-06-07 Alternative Energy Systems Consulting, Inc. Agent based auction system and method for allocating distributed energy resources
JP4270236B2 (ja) * 2006-07-31 2009-05-27 トヨタ自動車株式会社 電力システムおよび交流電力供給方法
JP2008199752A (ja) * 2007-02-09 2008-08-28 Kyushu Electric Power Co Inc 充電装置
US8324859B2 (en) * 2008-12-15 2012-12-04 Comverge, Inc. Method and system for co-operative charging of electric vehicles
JP4648463B2 (ja) * 2009-02-11 2011-03-09 中部電力株式会社 事業施設用の車両充電システム及び充電制御装置
US20100280675A1 (en) * 2009-04-30 2010-11-04 Gm Global Technology Operations, Inc. Method for managing electric vehicle charging loads on a local electric power infrastructure
US8183826B2 (en) * 2009-05-15 2012-05-22 Battelle Memorial Institute Battery charging control methods, electric vehicle charging methods, battery charging apparatuses and rechargeable battery systems
DE102009036816A1 (de) * 2009-08-10 2011-02-17 Rwe Ag Steuerung von Ladestationen
CN102290852B (zh) * 2011-06-16 2014-02-26 深圳市理工新能源有限公司 一种充电控制方法与系统

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100134067A1 (en) * 2009-07-23 2010-06-03 David Baxter Electrical circuit sharing for electric vehicle charging stations
WO2011080905A1 (ja) * 2009-12-28 2011-07-07 パナソニック株式会社 充電システム及び充電システムの制御方法
US20120112698A1 (en) * 2009-12-28 2012-05-10 Panasonic Corporation Charging system and method for controlling charging system

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of WO2013023701A1 *

Also Published As

Publication number Publication date
WO2013023701A1 (de) 2013-02-21
US20140203779A1 (en) 2014-07-24
CN103891086A (zh) 2014-06-25
US20190054830A1 (en) 2019-02-21
CN103891086B (zh) 2018-08-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2726317A1 (de) Bereitstellung elektrischer energie
EP2665618B1 (de) Verfahren und vorrichtung zur bereitstellung elektrischer energie
EP2735072A1 (de) Bereitstellung elektrischer energie
EP1053129B1 (de) Verfahren und vorrichtung zur steuerung von elektrischen verbrauchern in einem fahrzeug
EP3063713A1 (de) Optimieren des verteilens von elektrischer energie
DE102009036816A1 (de) Steuerung von Ladestationen
DE102018209761A1 (de) Verfahren zur Konfiguration eines Ladesystems und Ladesystem zum Laden des elektrischen Energiespeichers eines Fahrzeugs
EP3469680B1 (de) Verfahren, computer-programm-produkt, vorrichtung und &#34;energie-cluster-service&#34;-system zum managen von regelzielen, insbesondere lastausgleichen, bei der steuerung der versorgung, umwandlung, speicherung, einspeisung, verteilung und/oder des verbrauchs von energie in einem energienetz
DE102014103039A1 (de) Aufladesystem für Elektrofahrzeuge
DE112011103497T5 (de) Informationsverarbeitungssystem, Informationsverarbeitungsvorrichtung, Lastausgleichsverfahren, Planungsverfahren für die Datenbankbereitstellung und Programm zum Durchführen der Verbindungsverteilung für den Lastausgleich in einer verteilten Datenbank
DE112017004673T5 (de) Energie-Umwandlungsvorrichtung
DE102009035853A1 (de) Verfahren zum Betreiben von elektrischen und/oder elektromechanischen Systemen
EP3382841B1 (de) Hybride nutzung von energiespeichern
WO2012019837A2 (de) Verfahren zur rechnergestützten steuerung des elektrischen energieverbrauchs einer vielzahl von energieverbrauchern in einem elektrischen energienetz
EP3136532A1 (de) System und verfahren zur erbringung einer regelleistung für ein stromnetz
DE102019134508A1 (de) Verfahren und Ladepark zu Lastmanagement mit Rückfalllösung
EP3635651A1 (de) Verfahren zum betreiben einer vielzahl von technischen einheiten als verbund an einem elektrischen verteilungsnetz sowie steuervorrichtung und elektrische vorrichtung
WO2013110316A1 (de) Vorrichtung und verfahren zum steuern des ladens an mindestens zwei ladestationen
DE102012218738A1 (de) Ladesystem und Verfahren zum gleichzeitigen Laden mehrerer Fahrzeugbatterien
EP4022734A1 (de) Verfahren zur regelung von elektrischen leistungsflüssen
DE102020134467A1 (de) Verfahren zur Bereitstellung eines Lastmanagementsystems
WO2017133811A1 (de) Steuervorrichtung zum steuern einer mehrzahl von energiespeichern, energieversorgungsnetz sowie verfahren
DE102015202147A1 (de) Multimodaler Energietransfer
DE102009008033B3 (de) Versorgung von energietechnischen Objekten mit Energie verschiedener Energiearten
EP3127053A1 (de) Ermittlung von energieverteilungsplänen für einen energieanlagenverbund

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

17P Request for examination filed

Effective date: 20140129

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

DAX Request for extension of the european patent (deleted)
17Q First examination report despatched

Effective date: 20170320

RAP1 Party data changed (applicant data changed or rights of an application transferred)

Owner name: SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT

REG Reference to a national code

Ref country code: DE

Ref legal event code: R003

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION HAS BEEN REFUSED

18R Application refused

Effective date: 20180604