EP4351916A1 - Verfahren zum betreiben eines systems mit einer mehrzahl von ladestationen und system - Google Patents

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

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Publication number
EP4351916A1
EP4351916A1 EP22733648.4A EP22733648A EP4351916A1 EP 4351916 A1 EP4351916 A1 EP 4351916A1 EP 22733648 A EP22733648 A EP 22733648A EP 4351916 A1 EP4351916 A1 EP 4351916A1
Authority
EP
European Patent Office
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charging
electric vehicle
power
specific
switching
Prior art date
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Pending
Application number
EP22733648.4A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
David Auzinger
Harald Fischer
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.)
Keba Energy Automation GmbH
Original Assignee
Keba Energy Automation GmbH
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 Keba Energy Automation GmbH filed Critical Keba Energy Automation GmbH
Publication of EP4351916A1 publication Critical patent/EP4351916A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • H02J13/00—Circuit arrangements for providing remote indication of network conditions, e.g. an instantaneous record of the open or closed condition of each circuitbreaker in the network; Circuit arrangements for providing remote control of switching means in a power distribution network, e.g. switching in and out of current consumers by using a pulse code signal carried by the network
    • H02J13/00006—Circuit arrangements for providing remote indication of network conditions, e.g. an instantaneous record of the open or closed condition of each circuitbreaker in the network; Circuit arrangements for providing remote control of switching means in a power distribution network, e.g. switching in and out of current consumers by using a pulse code signal carried by the network characterised by information or instructions transport means between the monitoring, controlling or managing units and monitored, controlled or operated power network element or electrical equipment
    • H02J13/00022—Circuit arrangements for providing remote indication of network conditions, e.g. an instantaneous record of the open or closed condition of each circuitbreaker in the network; Circuit arrangements for providing remote control of switching means in a power distribution network, e.g. switching in and out of current consumers by using a pulse code signal carried by the network characterised by information or instructions transport means between the monitoring, controlling or managing units and monitored, controlled or operated power network element or electrical equipment using wireless data transmission
    • H02J13/00026—Circuit arrangements for providing remote indication of network conditions, e.g. an instantaneous record of the open or closed condition of each circuitbreaker in the network; Circuit arrangements for providing remote control of switching means in a power distribution network, e.g. switching in and out of current consumers by using a pulse code signal carried by the network characterised by information or instructions transport means between the monitoring, controlling or managing units and monitored, controlled or operated power network element or electrical equipment using wireless data transmission involving a local wireless network, e.g. Wi-Fi, ZigBee or Bluetooth

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a system with a plurality of charging stations for charging an electric vehicle with electrical energy from a multi-phase subscriber network. Furthermore, the invention relates to a system with a plurality of charging stations for charging an electric vehicle with electrical energy from a multi-phase subscriber network.
  • the present technical field relates to the charging of energy storage devices of electric vehicles.
  • the applicant's European patent EP 2 882 607 B1 describes a charging station for electric vehicles, with at least one input interface for feeding electrical energy from a stationary power supply network into the charging station, with a connection socket for connecting a charging plug of an electric vehicle for controlled delivery of electrical energy to the electric vehicle, with a plurality of electrotechnical components comprising an electronic control device for switching, measuring or monitoring the electrical energy consumed and/or emitted, and with a housing enclosing the electrotechnical components.
  • Different charging methods are known for electric vehicles, for example there are fast charging methods in which the charging station provides the electric vehicle with direct voltage/current (DC), or alternatively alternating current charging - methods in which the electric vehicle has single-phase or multi-phase, in particular two-phase or three-phase, alternating current (AC) is made available, which the charging vehicle converts to using a built-in AC/DC converter Converts direct current for the energy storage device to be loaded.
  • DC direct voltage/current
  • AC alternating current
  • a charging logic in the vehicle or in the energy store controls the charging process.
  • patent application EP 2 688 177 A1 describes a method which includes identifying the arrival of electric vehicles at charging terminals and identifying the energy requirements of the electric vehicles. After identifying the energy needs and before transferring the energy to the electric vehicles, phases of the electric current carried by three phase conductors are assigned to the charging terminals.
  • This European patent application EP 2 688 177 A1 describes that a charging plan is first negotiated for all electric vehicles and then the phases are positioned correctly, followed by the start of the charging session for the electric vehicles.
  • the electric vehicle has the ultimate decision-making authority as to whether it accepts a charging plan or not.
  • a charging plan negotiation can therefore take some time, especially if, as in EP 2 688 177 A1, a single solution has to be found with many electric vehicles.
  • EP 3 729 593 A1 DE 11 2013 007 137 T5, EP 2 465 176 B1,
  • the stated object is achieved by a method having the features of claim 1 and by a system having the features of claim 15 .
  • the additional electric vehicle i. H. the electric vehicle that has just arrived at the system
  • start charging immediately and the driver or user of this electric vehicle recognizes much faster than with conventional solutions whether his electric vehicle is actually being charged by the charging station. This reduces both the charging time for charging the electric vehicle and the time the driver needs to stay at the vehicle to ensure that his vehicle is actually being charged.
  • the charging of the additional electric vehicle is started using a charging plan negotiated only with the additional electric vehicle, even before new charging plans are negotiated with electric vehicles already charging according to step £).
  • the charging station has, for example, a housing, in particular a waterproof housing, with an interior space in which a plurality of electrical and/or electronic components and a connection socket connected to at least one of the components for connecting a charging plug for the energy store of the electric vehicle are arranged .
  • the charging station can also be referred to as a charging connection device.
  • the charging station is designed in particular as a wall box.
  • the charging station is suitable for charging or regenerating the energy store of an electric vehicle by electrically connecting the charging station to the energy store or the charging electronics of the electric vehicle via its connection socket and the charging plug of the electric vehicle.
  • the charging station acts as a source of electrical energy for the electric vehicle, and the electrical energy can be transferred to an energy store in the electric vehicle by means of a connection socket and charging plug.
  • the charging station can also be referred to as an intelligent charging station for electric vehicles.
  • the charging station is in particular a 3-phase AC or a DC transformer-less charging station.
  • Examples of the electrical and/or electronic components of the charging station include a contactor, all-current sensitive circuit breaker, direct current, excess current and residual current monitoring device, relay, connection terminal, electronic circuits and a control device, for example comprising a printed circuit board on which a plurality of electronic components for controlling and/or measuring and/or monitoring the energy states at the charging station or in the connected electric vehicle are arranged and, in the case of a DC charging station, an AC/DC converter as well
  • the AC/DC converter can also be referred to as a converter.
  • the AC/DC converter is set up in particular for converting an AC voltage into a DC voltage and/or for converting a DC voltage into an AC voltage.
  • the DC charging station comprises in particular an intermediate circuit downstream of the converter with a number of intermediate circuit capacitors which are connected to an intermediate circuit center point.
  • the multiphase network is, for example, a multiphase subscriber network.
  • the multi-phase network can also be a multi-phase power supply network.
  • the polyphase network has a number of phases, for example LI, L2 and L3, and a neutral conductor (also denoted by N).
  • the respective charging station is set up not only for charging, but for charging and/or discharging an energy store.
  • the “charging and/or discharging of an energy store” includes both supplying electrical energy and drawing electrical energy. This means that the energy store can act as a consumer or as a producer in the subscriber network.
  • the determination of a coupling request of a further electric vehicle with a specific one of the N4 charging stations is formed by: i) determining a coupling of the further electric vehicle with the specific one of the N4 charging stations, in particular including determining a connection of a charging cable to the charging station the additional electric vehicle, ii) determining the coupling request using an image acquisition device of the system, which in particular includes video surveillance of the system, and/or in) determining the coupling request from a request transmitted via a communication interface from the additional electric vehicle or a user terminal to the System.
  • the communication interface preferably includes an RFID data transmission, a Bluetooth data transmission, a data transmission of the navigation device or infotainment system of the additional electric vehicle and/or an Internet-based data transmission, in particular between the additional electric vehicle or the user terminal and the control device of the system.
  • the user terminal is for example a smartphone, a tablet, a computer or a token, for example an RFID token.
  • the request is triggered by the user, for example, or is triggered automatically by the additional electric vehicle, for example when the additional electric vehicle arrives in a predetermined area of the system.
  • the new charging plans are negotiated in such a way that at least one of the new charging plans includes a power reduction to zero for a specific period of time after a certain period of time, so that switching using one of the switching matrices is possible is, and then continue to terzuladen with a charging capacity which is greater than zero.
  • step £) is formed by
  • the subset of this embodiment is a proper subset of N3+1. Consequently, in this embodiment, the new charging schedules are negotiated with a smaller number of electric vehicles, which advantageously saves time and effort for the system's controller.
  • the new charging plans are negotiated with the N5 electric vehicles in such a way as to achieve a certain power distribution between the N5 electric vehicles.
  • the specific power distribution is a predetermined power distribution, in particular an ideal power distribution.
  • the ideal power distribution is, for example, equal distribution of the electrical energy between the charging electric vehicles.
  • steps d) and f) are negotiated in accordance with ISO 15118.
  • N2 NI.
  • Each of the N2 devices is assigned to exactly one of the N1 charging stations, with the assigned device being connected between the respective charging station and the multi-phase subscriber network.
  • step c) is formed by: cl) determining a freely available charging power of the system for charging the additional electric vehicle at the specific point in time, and c2) if the determined freely available charging power is less than one for a charging start, then further Electric vehicle necessary charging power, Re reduce the charging power of one or more of the N3 electric vehicles in such a way to increase the freely available charging power of the system and to allow the other electric vehicle to start charging.
  • step d) comprises :
  • a charging plan with the additional electric vehicle which comprises at least charging the additional electric vehicle with a charging power which is less than or equal to the freely available charging power of the system increased according to step c2).
  • the further electric vehicle can then be charged immediately with a charging power up to the increased, freely available charging power of the system.
  • step d) includes : dl) determining a specific power distribution for the N3+1 electric vehicles to be charged based on specific default information, and d2) negotiating a charging plan with the additional electric vehicle (3), which includes ⁇
  • Charging the further electric vehicle with a second charging power for a second period of time the second charging power being greater than the first charging power and corresponding to the determined specific power distribution.
  • the charging plan that has been negotiated and is therefore also known to the other electric vehicle provides that the other electric vehicle can start charging immediately and can charge in the second period with a greater charging capacity, ie the second charging capacity.
  • the second charging power is not only greater than the first charging power, but preferably also corresponds to the determined specific power distribution, which can correspond, for example, to an equal distribution of the electrical power to the N3+1 electric vehicles to be charged.
  • Such a uniform distribution can be determined, for example, by the specification information.
  • the default information is determined for example by the controller of the system.
  • the specification information can also contain deviations from an equal distribution, in particular in the case of different types of electric vehicles to be charged and/or in the case of different charging contracts for the electric vehicles.
  • this embodiment is optimized so that the other electric vehicle can calculate a realistic charging time right from the start of charging, since the second charging power corresponds to the determined specific power distribution and also comes closer to the charging power that will be negotiated with a new charging plan as the first load power.
  • the specific power distribution determined in step dl) is a predetermined power distribution, in particular an ideal power distribution.
  • step d1) the specific power distribution for the N3+1 electric vehicles to be charged is determined based on the specific default information and based on information provided by the N3 charging electric vehicles.
  • the specification information can be made available in particular by means of the control device and can indicate how much of the available electrical energy the respective electric vehicle may draw. For example, an equal distribution can be used for this.
  • the connected electric vehicles that are already charging can communicate information about their specific charging and/or their specific status to the control device via their communication interfaces.
  • the respective switching matrix has a number of changeover relays, each changeover relay connecting a first node to a second node in a first switching position and in a second switching position connects the first node to a third node, by means of which a respective output conductor of the number is assigned to only one phase of the polyphase subscriber network at any time.
  • the number of changeover relays in the switching matrix includes at least one bistable relay, in particular a double-coil relay.
  • the charging station comprises a connection socket with a number of coupling points for connecting a charging cable.
  • the charging cable connects the electric vehicle or the energy store of the electric vehicle to the connection socket and is set up to transmit the charging current.
  • connection socket can have further coupling points, for example to connect a protective conductor and/or one or more signal or data transmission conductors.
  • the connection socket can be designed in such a way that it is compatible with different specifications, in particular the connection socket can be backward compatible, which means that it can be coupled to a charging cable for single-phase, two-phase or three-phase charging, for example.
  • the charging station can have a number of connection sockets for differently configured charging cables.
  • the charging station has three connection terminals for the three phases of the multi-phase subscriber network and another connection terminal for the neutral conductor.
  • an EMC filter device is connected downstream of the connection terminals.
  • the charging station preferably includes an LCL filter device connected downstream of the EMC filter device, and in the case of a DC charging station additionally one AC/DC converter, an intermediate circuit, a DC/DO converter and an output intermediate circuit to which a negative output potential tap and a positive output potential tap are connected.
  • an EMC filter device can be connected between the negative output potential tap and the positive output potential tap.
  • the charging station includes a communication module.
  • the communication module is preferably set up to negotiate the charging plan with charging electronics of the energy store coupled to the charging station.
  • the charging electronics of the energy store requests a certain charging power via the communication module at the charging station and the charging station, for example the control device of the charging station, determines whether the requested charging power can be provided. In particular, a current status of the subscriber network and/or the power supply network is taken into account. If the requested charging power cannot be provided, the charging station can make a "counterproposal" via the communication module, which can be accepted by the charging electronics of the energy store, or the charging electronics can make its own request again. In this way, the charging station and the charging electronics communicate until the charging plan is negotiated. In particular, negotiating the charging plan is part of the coupling process when an energy storage device is reconnected to the charging station.
  • the charging station comprises a power switching device for safely disconnecting the number of output conductors from the multi-phase subscriber network.
  • the power switching device can be designed as an electro-mechanical element, such as a contactor or a four-phase relay.
  • the power switching device can be customized for a respective phase of the multi-phase subscriber network and/or for a respective output conductor of the switching matrix can be designed and controlled so that, for example, individual assignments can be interrupted by means of the power switching device.
  • the system also includes a control device which is set up to
  • the control device can be implemented in terms of hardware and/or software.
  • the control device can be designed as a device or as part of a device, for example as a computer or as a microprocessor or as a control computer.
  • the control device can comprise a computer program product, a function, a routine, a part of a program code or an executable object.
  • This system has the same advantages as explained for the method according to the first aspect.
  • the embodiments described for the proposed method apply accordingly to the proposed system.
  • the definitions and explanations for the method also apply accordingly to the proposed system.
  • FIG. 1 schematically shows a first embodiment of a system with a plurality of charging stations for charging a plurality of electric vehicles
  • FIG. 2 shows a schematic flow chart of a first embodiment of a method for operating the system according to FIG.
  • Fig. 3 shows a schematic circuit diagram of an embodiment of a charging station for charging an energy store of an electric vehicle sat;
  • FIG. 4 shows a schematic flow chart of a second embodiment of a method for operating the system according to FIG. Y
  • FIG. 5 shows a schematic flowchart of a third embodiment of a method for operating the system according to FIG. Y
  • FIG. 6 shows a schematic flowchart of a fourth embodiment of a method for operating the system according to FIG. Y and
  • FIG. 7 schematically shows a second embodiment of a system with a plurality of charging stations for charging a plurality of electric vehicles.
  • N 1 Number of charging stations, with N 1 > 2 N2 Number of devices with switching matrix, with N2 ⁇ NI N3 Number of electric vehicles that are already being charged before step S20
  • FIG. 1 schematically shows a first embodiment of a system 1 with a plurality N 1 of charging stations 10 for charging a plurality of electric vehicles 2, 3 from a multi-phase subscriber network 4 by means of a charging current provided at a number of output conductors Llout, L2out, L3out.
  • FIG. 2 shows a schematic flowchart of a first embodiment of a method for operating the system 1 according to FIG. 1. The two FIGS. 1 and 2 are explained together below:
  • the multi-phase subscriber network 4 is connected to a multi-phase power supply network 6 by means of a network connection point 5 .
  • the multi-phase subscriber network 4 has in particular a number of phases, for example LI, L2 and L3, and a neutral conductor (not shown). In this example, without loss of generality, it is a matter of three-phase power grids.
  • the respective electric vehicle 2, 3 is connected to the charging station 10 by means of a charging cable 7, which is connected to a socket (not shown) of the respective charging station 10.
  • the charging station 10 can have a number of electrical and/or electronic components (not shown in Fig. l) and is for charging and/or discharging the energy store 2a, 3a of the electric vehicle 2, 3 with electrical energy by means of the charging station 10 coupled multi-phase subscriber network 4 set up.
  • the charging station 1 preferably comprises a communication module (not shown). The communication module is set up to exchange data with egg ner charging electronics coupled to the charging station 10 energy storage 2a, 3a.
  • the system 1 of figure 1 has a number N2 of devices 20, with N2 ⁇ NI.
  • the respective device 20 is assigned to one or more of the charging stations 10 and includes a switching matrix 30 (see, for example, FIG. 3) for providing a plurality of switching states.
  • a respective switching state includes an assignment of a specific phase LI, L2, L3 of the multiphase subscriber network 4 to a specific one of the output conductors Llout, L2out, L3out.
  • N2 NI. This means that each device 20 is assigned to exactly one of the charging stations 10 . An alternative to this is shown in FIG. 3 explained below.
  • system 1 of FIG. 1 includes a control device 40 which is set up to carry out the method according to FIG.
  • the method according to FIG. 2 comprises the steps S10 - S70:
  • step S20 a coupling request of another electric vehicle, the electric vehicle with the reference number 3 in FIG. 1, with a specific one of the N4 charging stations 10, the bottom charging station 10 in FIG. 1, is determined at a specific time.
  • the determination of a coupling request of a further electric vehicle 3 with the specific one of the N4 charging stations 10 is preferably formed by: i) determining a coupling of the further electric vehicle 3 with the specific one of the N4 charging stations 10, in particular comprising determining a connection of the charging cable 7 the charging station 10 with the further electric vehicle 3, ii) determining the coupling request by means of an image acquisition device (not shown) of the system 1, which in particular includes video surveillance of the system 1, and/or iii) determining the coupling request from a communication interface-transmitted query of the other electric vehicle 3 or a user terminal (not shown) to the system 1.
  • the communication interface preferably includes an RFID data transfer, a Bluetooth data transfer, a data transfer of the navigation device or infotainment system of the additional electric vehicle 3 and/or an Internet-based data transfer, in particular between the additional electric vehicle 3 or the user terminal and the control device 40 of the system 1.
  • the user terminal is for example a smartphone, a tablet, a computer or a token, for example an RFID token.
  • the request is triggered by the user, for example, or triggered automatically by the additional electric vehicle, for example when the additional electric vehicle arrives in a predetermined area of the system 1 .
  • the two upper electric vehicles 2 in FIG. 1 are already being charged when the further electric vehicle 3 arrives and is coupled to the lower charging station 10 of FIG. This coupling or this coupling request is determined in step S20.
  • step S30 the freely available charging power of the system 1 for charging the additional electric vehicle 3 is determined.
  • a charging plan is negotiated with the additional electric vehicle 3 .
  • the charging plan includes at least charging the additional electric vehicle 3 with a charging power that is less than or equal to the freely available charging power of the system 1 determined in step S30.
  • step S50 the charging of the additional electric vehicle 3 is started using the charging plan that has been negotiated.
  • step S60 new charging plans are negotiated with a number N5 of the N3+1 electric vehicles 2, 3, including the further electric vehicle 3, the new charging plans comprising at least switching by means of one of the switching matrices 30, with N5 ⁇ N3+Nl.
  • N3 2, so N5 ⁇ 3 for this example.
  • new charging plans with two or three electric vehicles 2, 3, at least including the additional electric vehicle 3, are negotiated for the example in FIG.
  • step S60 the new charging plans are negotiated in such a way that at least one of the new charging plans includes a power reduction to zero for a specific period of time after a certain period of time, so that switching by means of one of the switching matrices 30 is possible and then with a charging power greater reload zero.
  • This is implemented in particular with each new charging plan which involves switching the corresponding switching matrix 30 . It is possible that the new charging plans will include such new charging schedules without a switching of any of the switching matrices and such loading schedules with a switching of any of the switching matrices.
  • the new charging plans are not negotiated with all of the N3+1 electric vehicles 2, 3 that are currently being charged, but only with a subset N5, with N5 ⁇ N3+1. This saves time and thus advantageously costs.
  • the new charging plans are negotiated with the N5 electric vehicles 2, 3 in step S60 in order to achieve a specific power distribution between these N5 electric vehicles 2, 3.
  • the specific power distribution is preferably a predetermined power distribution, for example a power distribution specified by the system 1, particularly preferably an ideal power distribution.
  • the negotiation of the loading plans in steps S40 and S60 preferably takes place in accordance with the above-mentioned ISO 15118.
  • step S70 the N5 electric vehicles 2, 3 are charged by the charging stations 10 according to FIG. 1 using the negotiated new charging plans.
  • FIG. 3 shows a schematic circuit diagram of an embodiment of a charging station 10 for charging an energy store 2a, 3a of an electric vehicle 2, 3.
  • the respective charging station 10 is assigned a respective external device 20 with a switching matrix.
  • FIG. 3 An alternative to this is shown in FIG. 3, in which the charging station 10 integrates the device 20 with the switching matrix 30 .
  • the charging station 10 of FIG. 3 can be used by replacing the charging station 10 and the device 20 in the system 1 of FIG. In the detail of FIG. 3 ⁇
  • the charging station 10 is connected between phases LI, L2, L3 and the output conductors L1out, L2out and L3out.
  • the charging station 10 integrates the device 20 which in turn has the switching matrix 30 .
  • the switching matrix 30 has a number of changeover relays 31, 32, 33.
  • Each changeover relay 31, 32, 33 connects a first node to a second node in a first switching position and the first node to a third node in a second switching position, so that a respective output conductor Llout, L2out, L3out is assigned to exactly one phase LI, L2, L3 of the multi-phase subscriber network 4 at any time.
  • FIG. 4 shows a schematic flow chart of a second embodiment of a method for operating the system 1 according to FIG. 1.
  • the second embodiment of the method according to FIG. 4 differs from the first embodiment according to FIG S40.
  • the method steps S10, S20 and S50-S70 are identical to those of the first embodiment according to FIG. 2 and are therefore not discussed again here.
  • Method step S30 of FIG. 4 includes steps S31 and S32:
  • step S31 the freely available charging power of the system 1 for charging the additional electric vehicle 3 at the specific point in time is determined.
  • step S32 if the determined freely available charging power is less than the charging power required to start charging the additional electric vehicle 3, the charging power of one or more of the N3 electric vehicles 2 is reduced in such a way that the freely available charging power of the system 1 is increased increase and allow the further electric vehicle 3 to start charging.
  • step S40 a charging plan is negotiated with the other electric vehicle 3, which at least charges the other electric vehicle.
  • tot 3 includes a charging power which is less than or equal to the freely available charging power of the system which has been increased in accordance with step S32.
  • FIG. 5 shows a schematic flow chart of a third embodiment of a method for operating the system 1 according to FIG. 1 .
  • the third embodiment of the method according to FIG. 4 differs from the first embodiment according to FIG. 2 in the design of the method steps S30 and S40.
  • the method steps S10, S20 and S50-S70 are identical to those of the first embodiment according to FIG. 2. For this reason, the method steps S10, S20 and S50-S70 are not described again here.
  • the method step S30 of FIG. 5 comprises the steps S31 and S32:
  • step S31 the freely available charging power of the system 1 for charging the additional electric vehicle 3 at the specific point in time is determined.
  • step S32 if the determined freely available charging power is less than the charging power required to start charging the additional electric vehicle 3, the charging power of one or more of the N3 electric vehicles 2 is reduced in such a way that the freely available charging power of the system 1 is increased increase and allow the further electric vehicle 3 to start charging.
  • Step S40 of FIG. 5 includes steps S41 and S42:
  • a specific power distribution for the N3+1 electric vehicles 2, 3 to be charged is determined based on specific default information.
  • the default information may be determined by the system 1 or by an operator of the system 1.
  • the specific power distribution ascertained in step S41 is in particular a predefined power distribution, preferably an ideal power distribution.
  • the specific power distribution for the electric vehicles 2, 3 to be charged is preferably determined based on the predetermined default information and based on information provided by the electric vehicles 2 charging N3.
  • the charging electric vehicles 2 can transmit this information to the control device 40 in particular via their communication modules.
  • step S42 a charging plan is negotiated with the additional electric vehicle 3, this charging plan comprising:
  • Charging the further electric vehicle 3 with a second charging power for a second period of time the second charging power being greater than the first charging and the determined specific power distribution corresponds to that.
  • FIG. 6 shows a schematic flow chart of a fourth embodiment of a method for operating the system 1 according to FIG. 1.
  • the fourth embodiment according to FIG. 6 is based on the first embodiment of the method according to FIG.
  • the fourth embodiment of the method according to FIG. 6 differs from the first embodiment according to FIG. 2 in the configuration of the method step S40.
  • the method steps S10-S30 and S50-S70 are identical to those of the first embodiment according to FIG. 2. For this reason, the method steps S10-S30 and S50-S70 are not described again here.
  • Step S40 of FIG. 6 includes steps S41 and S42:
  • step S41 a specific power distribution for the N3+1 electric vehicles 2, 3 to be charged is determined based on specific default information.
  • the default information may be determined by the system 1 or by an operator of the system 1.
  • the specific power distribution ascertained in step S41 is in particular a predefined power distribution, preferably an ideal power distribution.
  • the specific power distribution for the electric vehicles 2, 3 to be charged is preferably determined based on the predetermined specification information and based on information provided by the electric vehicles 2 charging N3.
  • the charging electric vehicles 2 can transmit this information to the control device 40 in particular via their communication modules.
  • step S42 a charging plan is negotiated with the additional electric vehicle 3, this charging plan comprising:
  • Charging the further electric vehicle 3 with a second charging power for a second period of time the second charging power being greater than the first charging and the determined specific power distribution corresponds to that.
  • Fig. 7 shows a second embodiment of a system 1 with a plurality of charging stations 10 for charging a plurality of electric vehicles 2, 3.
  • the second embodiment of the system 1 according to Fig. 7 is with regard to the assignment of the devices 20 to the charging stations 10 a possible alternative to the first embodiment according to Fig. 1.
  • the second embodiment of the system 1 of FIG Case N2 ⁇ NI.
  • four charging stations 10 are assigned to each of the devices 20 in FIG. 7 .

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Abstract

Es wird ein Verfahren zum Betreiben eines Systems (1) mit einer Mehrzahl von Ladestationen (10), einer Anzahl von Vorrichtungen (20), wobei die jeweilige Vorrichtung (20) einer oder mehreren der Ladestationen (10) zugeordnet ist und eine Schaltmatrix zum Bereitstellen einer Mehrzahl von Schaltzuständen aufweist, mit: Laden von Elektrofahrzeugen (2,3) mittels Ladestationen (10) in einem bestimmten Zeitraum, in welchem eine Anzahl der Ladestationen (10) frei ist, Ermitteln eines Koppelungswunsches eines weiteren Elektrofahrzeuges (2,3) mit einer Ladestation (10), Bestimmen einer frei verfügbaren Ladeleistung des Systems zum Laden des weiteren Elektrofahrzeuges (2,3), Aushandeln eines Ladeplans mit dem weiteren Elektrofahrzeug (2,3), Starten des Ladens des weiteren Elektrofahrzeuges (2,3) mittels des ausgehandelten Ladeplans, Aushandeln neuer Ladepläne mit einer Anzahl der Elektrofahrzeuge (2,3) umfassend das weitere Elektrofahrzeug (2,3), welche zumindest ein Umschalten mittels einer der Schaltmatrizen umfassen und Laden der Elektrofahrzeuge (2,3) mittels der ausgehandelten neuen Ladepläne.

Description

VERFAHREN ZUM BETREIBEN EINES SYSTEMS MIT EINER MEHRZAHL VON LADESTATIONEN UND SYSTEM
TECHNISCHES GEBIET
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Systems mit einer Mehrzahl von Ladestationen zum jeweiligen Laden eines Elektrofahrzeuges mit elektrischer Energie von einem mehrphasigen Teilnehmernetz. Ferner betrifft die Erfindung ein System mit einer Mehrzahl von Ladestationen zum jeweiligen Laden eines Elektrofahrzeuges mit elektrischer Energie von einem mehrphasi gen Teilnehmernetz.
STAND DER TECHNIK
Das vorliegende technische Gebiet betrifft das Laden von Energiespeichern von Elektrofahrzeugen. Hierzu beschreibt beispielsweise das Europäische Patent EP 2 882 607 Bl der Anmelderin eine Ladestation für Elektrofahrzeuge, mit wenigs tens einer Eingangsschnittstelle zur Einspeisung von elektrischer Energie aus einem ortsfesten Stromversorgungsnetz in die Ladestation, mit einer Anschluss buchse zum Verbinden eines Ladesteckers eines Elektrofahrzeuges zur gesteuer ten Abgabe von elektrischer Energie an das Elektrofahrzeug, mit einer Mehrzahl von elektrotechnischen Komponenten umfassend eine elektronische Steuervor richtung zum Schalten, Messen oder Überwachen der aufgenommenen und/oder der abgegebenen elektrischen Energie, und mit einem die elektrotechnischen Komponenten umschließenden Gehäuse.
Bei Elektrofahrzeugen sind unterschiedliche Ladeverfahren bekannt, so gibt es Schnellladeverfahren, bei welchen die Ladestation dem Elektrofahrzeug Gleich spannung /-ström (DC) zur Verfügung stellt, oder aber auch Wechselstromlade - verfahren, wobei dem Elektrofahrzeug einphasig oder mehrphasig, insbesondere zweiphasig oder dreiphasig, Wechselstrom (AC) zur Verfügung gestellt wird, wel chen das ladende Fahrzeug mittels einem eingebauten AC/DC Wandler in Gleichstrom für den zu ladenden Energiespeicher umwandelt. Bei den Wechsel· stromladeverfahren kontrolliert eine Ladelogik des Fahrzeugs oder des Energie speichers den Ladevorgang.
Ferner beschreibt die Patentanmeldung EP 2 688 177 Al ein Verfahren, welches das Identifizieren der Ankunft von Elektrofahrzeugen an Ladeterminals und ein Identifizieren des Energiebedarfs der Elektrofahrzeuge beinhaltet. Nach der Identifizierung des Energiebedarfs und vor der Übertragung der Energie an die Elektrofahrzeuge werden Phasen des von drei Phasenleitern transportierten elektrischen Stroms an die Ladeterminals zugewiesen. Dabei ist in dieser euro päischen Patentanmeldung EP 2 688 177 Al beschrieben, dass zuerst ein Lade plan für alle Elektrofahrzeuge ausgehandelt wird und anschließend die Phasen in die richtige Stellung gebracht werden, gefolgt vom Beginn der Ladesession für die Elektrofahrzeuge.
Generell ist es allerdings bei den nach ISO 15118 normierten Ladeplanverhand lungen zwischen Ladestation und Elektrofahrzeug so, dass das Elektrofahrzeug die endgültige Entscheidungshoheit darüber hat, ob es einen Ladeplan akzeptiert oder nicht. Daher kann eine Ladeplanverhandlung einige Zeit in Anspruch neh men, insbesondere wenn, wie bei der EP 2 688 177 Al, mit vielen Elektrofahr zeugen eine einzige Lösung gefunden werden muss.
Für den Fall eines neu bei einem System mit mehreren Ladestationen ankom- menden Elektrofahrzeuges ist festzustellen, dass bei den herkömmlichen Verfah ren zuerst mit allen bereits ladenden Elektrofahrzeugen eine Lösung ausverhan delt werden muss, bevor das neu angekommene Elektrofahrzeug beginnen kann zu laden.
Aus diesem Grund kann es häufiger Vorkommen, dass ein Fahrer eines solchen neu angekommenen Elektrofahrzeuges mehrere Minuten warten muss, um si cherzustellen, dass sein Elektrofahrzeug auch tatsächlich lädt. Eine solche War- tezeit ist für viele Fahrer von Elektrofahrzeugen unangenehm und für einige auch nicht zufriedenstellend.
Weitere herkömmliche Lösungen sind aus den Dokumenten EP 3 664244 Al,
EP 3 729 593 Al, DE 11 2013 007 137 T5, EP 2 465 176 Bl,
DE 10 2016 212 135 Al, DE 10 2017 100 138 Al, WO 2020/167132 Al und DE 10 2009 060 364 Al bekannt.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das Laden, insbesondere das gleichzeitige Laden, der Energiespeicher einer Mehrzahl von Elektrofahrzeugen zu verbessern.
Die gestellte Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des An spruchs 1 und durch ein System mit den Merkmalen des Anspruchs 15 gelöst.
Gemäß einem ersten Aspekt wird ein Verfahren zum Betreiben eines Systems mit einer Mehrzahl N 1 von Ladestationen zum jeweiligen Laden eines Elektro fahrzeuges mit elektrischer Energie von einem mehrphasigen Teilnehmernetz mittels eines an einer Anzahl von Ausgangsleitern bereitgestellten Ladestroms, einer Anzahl N2 von Vorrichtungen, wobei die jeweilige Vorrichtung einer oder mehreren der Ladestationen zugeordnet ist und eine Schaltmatrix zum Bereit stellen einer Mehrzahl von Schaltzuständen aufweist, wobei ein jeweiliger Schaltzustand eine Zuordnung von einer bestimmten Phase des mehrphasigen Teilnehmernetzes zu einem bestimmten Ausgangsleiter der Anzahl umfasst, mit N2 < NI, vorgeschlagen. Das Verfahren umfasst: a) Laden von N3 Elektrofahrzeugen, mit N3 < NI, mittels N3 Ladestationen in einem bestimmten Zeitraum, in welchem eine Anzahl N4 der NI Ladestatio nen frei ist, mit N4 = NI - N3, b) Ermitteln eines Koppelungswunsches eines weiteren Elektrofahrzeuges mit einer bestimmten der N4 Ladestationen zu einem bestimmten Zeitpunkt, c) Bestimmen einer frei verfügbaren Ladeleistung des Systems zum Laden des weiteren Elektrofahrzeuges, d) Aushandeln eines Ladeplans mit dem weiteren Elektrofahrzeug, welcher zumindest ein Laden des weiteren Elektrofahrzeuges mit einer Ladeleistung, welche kleiner gleich der in Schritt c) bestimmten frei verfügbaren Ladeleistung des Systems ist, umfasst, e) Starten des Ladens des weiteren Elektrofahrzeuges mittels des ausge handelten Ladeplans,
£) Aushandeln neuer Ladepläne mit einer Anzahl N5 der N3+1 Elektrofahr zeuge umfassend das weitere Elektrofahrzeug, welche zumindest ein Umschalten mittels einer der Schaltmatrizen umfassen, mit N5 < N3+1, und g) Laden der N5 Elektrofahrzeuge mittels der ausgehandelten neuen Lade pläne.
Bei dem vorliegenden Verfahren kann das weitere Elektrofahrzeug, d. h. das neu an dem System angekommene Elektrofahrzeug, sofort mit dem Laden starten und der Fahrer oder Nutzer dieses Elektrofahrzeuges erkennt deutlich schneller als bei den herkömmlichen Lösungen, ob sein Elektrofahrzeug durch die La destation tatsächhch geladen wird. Damit reduzieren sich sowohl die Ladezeit zum Laden des Elektrofahrzeuges als auch die notwendige Verweilzeit des F ah- rers am Fahrzeug, der sicherstellen möchte, dass sein Fahrzeug tatsächhch gela den wird. Im Detail wird gemäß Schritt e) das Laden des weiteren Elektrofahr zeuges mittels eines nur mit dem weiteren Elektrofahrzeug ausgehandelten La deplans gestartet, noch bevor neue Ladepläne mit bereits ladenden Elektrofahr zeugen gemäß Schritt £) ausgehandelt werden.
Die Ladestation weist beispielsweise ein Gehäuse, insbesondere ein wasserdich tes Gehäuse, mit einem Innenraum auf, in dem eine Mehrzahl von elektrischen und/oder elektronischen Komponenten und eine mit zumindest einer der Kompo nenten verbundene Anschlussbuchse zum Verbinden eines Ladesteckers für den Energiespeicher des Elektrofahrzeuges angeordnet sind. Die Ladestation kann auch als Ladeanschlussvorrichtung bezeichnet werden. Die Ladestation ist insbesondere als Wallbox ausgebildet. Die Ladestation ist zum Aufladen bzw. Regenerieren des Energiespeichers eines Elektrofahrzeuges ge eignet, indem die Ladestation über ihre Anschlussbuchse und den Ladestecker des Elektrofahrzeuges mit dem Energiespeicher bzw. der Ladeelektronik des Elektrofahrzeuges elektrisch verbunden wird. Die Ladestation agiert dabei als Bezugsquelle für elektrische Energie für das Elektrofahrzeug, wobei die elektri sche Energie in einen Energiespeicher des Elektrofahrzeuges mittels Anschluss buchse und Ladestecker übertragen werden kann. Die Ladestation kann auch als intelligente Stromtankstelle für Elektrofahrzeuge bezeichnet werden. Die La destation ist insbesondere eine 3-phasige AC oder eine DC transformatorlose La destation.
Beispiele für die elektrischen und/oder elektronischen Komponenten der La destation umfassen Schütz, Allstromsensitiver-Schutzschalter, Gleich-, Über und Fehlerstrom -Überwachungsvorrichtung, Relais, Anschlussklemme, , elekt ronische Schaltkreise und eine Steuervorrichtung, beispielsweise umfassend eine Leiterplatte, auf welcher eine Mehrzahl von elektronischen Bauelementen zum Steuern und/oder Messen und/oder Überwachen der Energiezustände an der La destation bzw. im verbundenen Elektrofahrzeug angeordnet sind und bei einer DC Ladestation zusätzlich einen AC/DC-Wandler
Der AC/DC-Wandler kann auch als Umrichter bezeichnet werden. Der AC/DC- Wandler ist insbesondere zum Wandeln einer Wechselspannung in eine Gleich spannung und/oder zum Wandeln einer Gleichspannung in eine Wechselspan nung eingerichtet. Die DC Ladestation umfasst insbesondere einen dem Umrich ter nachgeschalteten Zwischenkreis mit einer Anzahl von Zwischenkreiskonden satoren, die mit einem Zwischenkreismittelpunkt verbunden sind.
Das mehrphasige Netz ist beispielsweise ein mehrphasiges Teilnehmernetz. Das mehrphasige Netz kann auch ein mehrphasiges Energieversorgungsnetz sein. Das mehrphasige Netz hat insbesondere eine Anzahl von Phasen, beispielsweise LI, L2 und L3, sowie einen Neutralleiter (auch bezeichnet mit N).
Insbesondere ist die jeweilige Ladestation nicht nur zum Laden, sondern zum Laden und/oder Entladen eines Energiespeichers eingerichtet.
Es sei angemerkt, dass das "Laden und/oder Entladen eines Energiespeichers" sowohl ein Zuführen von elektrischer Energie als auch ein Entnehmen von elektrischer Energie umfasst. Das heißt, dass der Energiespeicher als Verbrau cher oder als Erzeuger in dem Teilnehmernetz wirken kann.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Ermitteln eines Koppelungs wunsches eines weiteren Elektrofahrzeuges mit einer bestimmten der N4 La destationen ausgebildet durch: i) Ermitteln eines Koppelns des weiteren Elektrofahrzeuges mit der bestimm ten der N4 Ladestationen, insbesondere umfassend ein Ermitteln eines Verbindens eines Ladekabels der Ladestation mit dem weiteren Elekt rofahrzeug, ii) Ermitteln des Kopplungswunsches mittels einer Bilderfassungsvorrich tung des Systems, welche insbesondere eine Videoüberwachung des Systems beinhaltet, und/oder in) Ermitteln des Kopplungswunsches aus einer über eine Kommunikations- schnittstelle übermittelten Anfrage des weiteren Elektrofahrzeuges oder eines Benutzerendgeräts an das System.
Die Kommunikationsschnittstelle umfasst vorzugsweise eine RFID- Datenübertragung, eine Bluetooth-Datenübertragung, eine Datenübertragung des Navigationsgeräts oder Infotainmentsystems des weiteren Elektrofahrzeuges und/oder eine internetbasierte Datenübertragung, insbesondere zwischen dem weiteren Elektrofahrzeug oder dem Benutzerendgerät und der Steuervorrichtung des Systems. Das Benutzerendgerät ist zum Beispiel ein Smartphone, ein Tablet, ein Rechner oder ein Token, zum Beispiel ein RFID-Token. Die Anfrage wird zum Beispiel vom Nutzer ausgelöst oder automatisch von dem weiteren Elektrofahrzeug aus gelöst, zum Beispiel wenn das weitere Elektrofahrzeug in einem vorbestimmten Bereich des Systems ankommt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform werden in dem Schritt f) die neuen La depläne derart ausgehandelt, dass zumindest einer der neuen Ladepläne bei Be darf nach einer gewissen Zeit eine Leistungsreduktion auf Null für eine be stimmte Zeitspanne umfasst, damit das Umschalten mittels einer der Schaltmat rizen möglich ist, um dann mit einer Ladeleistung, welche größer Null ist, wei terzuladen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Schritt £) ausgebildet durch
Aushandeln neuer Ladepläne mit einer Untermenge N5 der N3+1 Elektro fahrzeuge umfassend das weitere Elektrofahrzeug, welche zumindest ein Um schalten mittels einer der Schaltmatrizen umfassen, mit N5 < N3+1.
Insbesondere ist die Untermenge dieser Ausführungsform eine echte Teilmenge von N3+1. Folghch werden bei dieser Ausführungsform die neuen Ladepläne mit einer geringeren Anzahl von Elektrofahrzeugen ausgehandelt, was vorteilhaf terweise Zeit und Aufwand für die Steuervorrichtung des Systems einspart.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform werden die neuen Ladepläne derart mit den N5 Elektrofahrzeugen ausgehandelt, um eine bestimmte Leistungsverteilung zwischen den N5 Elektrofahrzeugen zu erzielen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die bestimmte Leistungsverteilung eine vorgegebene Leistungsverteilung, insbesondere eine ideale Leistungsvertei lung. Die ideale Leistungsverteilung ist beispielsweise eine Gleich Verteilung der elektrischen Energie zwischen den ladenden Elektrofahrzeugen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform erfolgt das Aushandeln der Schritte d) und f) gemäß der ISO 15118.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist N2 = NI. Dabei ist jede der N2 Vor richtungen genau einer der N 1 Ladestationen zugeordnet, wobei die zugeordnete Vorrichtung zwischen die jeweilige Ladestation und das mehrphasige Teilneh mernetz geschaltet ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Schritt c) ausgebildet durch: cl) Ermitteln einer zu dem bestimmten Zeitpunkt frei verfügbaren Ladeleis tung des Systems zum Laden des weiteren Elektrofahrzeuges, und c2) falls die ermittelte frei verfügbare Ladeleistung kleiner als eine für ei nen Ladestart des weiteren Elektrofahrzeuges notwendige Ladeleistung ist, Re duzieren der Ladeleistung einer oder mehrerer der N3 Elektrofahrzeuge derart, um die frei verfügbare Ladeleistung des Systems zu erhöhen und dem weiteren Elektrofahrzeug den Ladestart zu ermöglichen.
Bei dieser Ausführungsform wird zwar zumindest einem oder mehreren der N3 bereits ladenden Elektrofahrzeuge etwas Ladeleistung genommen, dies hat aber den technischen Vorteil, dass sichergestellt ist, dass das weitere Elektrofahrzeug sofort zu laden beginnen kann, obwohl die eigenthch freiverfügbare Ladeleistung des Systems nicht für einen Ladestart des weiteren Elektrofahrzeuges ausrei chen würde. D. h. selbst für diesen Fall, dass die frei verfügbare Ladeleistung des Systems zum Laden des weiteren Elektrofahrzeuges nicht ausreichen würde, ist hier eine technische Lösung geschaffen, das weitere Elektrofahrzeug sofort zu laden und damit die Verweildauer des Nutzers am Fahrzeug zu minimieren. Durch diese Minimierung der notwendigen Verweildauer des Nutzers am Fahr zeug wird das Vertrauen der Nutzer in die Funktionalität des Systems erhöht. Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst der Schritt d):
Aushandeln eines Ladeplans mit dem weiteren Elektrofahrzeug, welcher zumindest ein Laden des weiteren Elektrofahrzeuges mit einer Ladeleistung, welche kleiner gleich der gemäß Schritt c2) erhöhten frei verfügbaren Ladeleis tung des Systems ist, umfasst. Bei dieser Ausführungsform kann dann das wei tere Elektrofahrzeug sofort mit einer Ladeleistung bis zur erhöhten frei verfüg baren Ladeleistung des Systems geladen werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst der Schritt d): dl) Ermitteln einer bestimmten Leistungsverteilung für die N3+1 zu laden den Elektrofahrzeuge basierend auf einer bestimmten Vorgabe-Information, und d2) Aushandeln eines Ladeplans mit dem weiteren Elektrofahrzeug (3), wel cher umfasst^
Laden des weiteren Elektrofahrzeuges mit einer ersten Ladeleistung für eine erste Zeitdauer, wobei die erste Ladeleistung kleiner gleich als die in Schritt c) bestimmte frei verfügbare Ladeleistung des Sys tems ist, und anschließend
Laden des weiteren Elektrofahrzeuges mit einer zweiten Ladeleistung für eine zweite Zeitdauer, wobei die zweite Ladeleistung größer als die erste Ladeleistung ist und der ermittelten bestimmten Leistungsver teilung entspricht.
Folglich startet das Laden des weiteren Elektrofahrzeuges mittels des ausgehan delten Ladeplans. Der ausgehandelte und damit auch dem weiteren Elektrofahr zeug bekannte Ladeplan sieht vor, dass das weitere Elektrofahrzeug sofort zu laden beginnen kann und in der zweiten Zeitdauer mit einer größeren Ladeleis tung, d. h. der zweiten Ladeleistung, laden kann. Die zweite Ladeleistung ist nicht nur größer als die erste Ladeleistung, sondern entspricht vorzugsweise auch der ermittelten bestimmten Leistungsverteilung, welche beispielsweise eine Gleich Verteilung der elektrischen Leistung auf die N3+1 zu ladenden Elektro fahrzeuge entsprechen kann. Eine solche Gleichverteilung kann beispielsweise durch die Vorgabe-Information bestimmt werden. Die Vorgabe-Information wird beispielsweise von der Steuervorrichtung des Systems bestimmt. Die Vorgabe- Information kann aber auch Abweichungen von einer Gleichverteilung beinhal ten, insbesondere bei unterschiedlichen Typen von zu ladenden Elektrofahrzeu gen und/oder bei unterschiedlichen Ladeverträgen der Elektrofahrzeuge.
Außerdem ist diese Ausführungsform dahingehend optimiert, dass das weitere Elektrofahrzeug schon zu Beginn des Ladens eine realistische Ladezeit berech nen kann, da die zweite Ladeleistung zum einen der ermittelten bestimmten Leistungsverteilung entspricht und zum anderen der Ladeleistung, welche mit einem neuen Ladeplan ausgehandelt werden wird, näherkommt als die erste La deleistung.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die in Schritt dl) ermittelte be stimmte Leistungsverteilung eine vorgegebene Leistungsverteilung, insbesonde re eine ideale Leistungsverteilung.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird in dem Schritt dl) die bestimmte Leistungsverteilung für die N3+1 zu ladenden Elektrofahrzeuge basierend auf der bestimmten Vorgabe-Information und basierend auf von den N3 ladenden Elektrofahrzeugen bereitgestellten Informationen ermittelt.
Die Vorgabe-Information kann insbesondere mittels der Steuervorrichtung be reitgestellt werden und angeben, wie viel der vorhandenen elektrischen Energie das jeweihge Elektrofahrzeug beziehen darf. Hierzu kann beispielsweise eine Gleich Verteilung angesetzt werden. Des Weiteren können die angeschlossenen Elektrofahrzeuge, die bereits laden, Informationen über ihr spezifisches Laden und/oder ihren spezifischen Status über ihre Kommunikationsschnittstellen an die Steuervorrichtung mitteilen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die jeweihge Schaltmatrix eine Anzahl von Wechselrelais auf, wobei jedes Wechselrelais in einer ersten Schalt position einen ersten Knoten mit einem zweiten Knoten verbindet und in einer zweiten Schaltposition den ersten Knoten mit einem dritten Knoten verbindet, mittels der ein jeweiliger Ausgangsleiter der Anzahl zu jedem Zeitpunkt nur ge nau einer Phase des mehrphasigen Teilnehmernetzes zugeordnet wird. Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Anzahl von Wechselrelais der Schaltmatrix wenigstens ein bistabiles Relais, insbesondere ein Doppelspulen- Relais.
Details hierzu sind in der Patentanmeldung DE 10 2021 104 573.8 der Anmelde rin beschrieben, welche durch Bezugnahme hiermit vollumfänglich miteinbezo- gen wird (incorperation by reference).
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Ladestation eine An schlussbuchse mit einer Anzahl von Kopplungspunkten zum Anschließen eines Ladekabels. Das Ladekabel verbindet insbesondere das Elektrofahrzeug oder den Energiespeicher des Elektrofahrzeuges mit der Anschlussbuchse und ist zum Übertragen des Ladestroms eingerichtet.
Die Anschlussbuchse kann weitere Kopplungspunkte aufweisen, beispielsweise um einen Schutzleiter und/oder einen oder mehrere Signal- oder Datenübertra gungs-Leiter zu verbinden. Die Anschlussbuchse kann derart ausgestaltet sein, dass diese mit unterschiedlichen Spezifikationen kompatibel ist, insbesondere kann die Anschlussbuchse abwärtskompatibel sein, das heißt, dass sie beispiels weise mit einem Ladekabel zum einphasigen, zweiphasigen oder auch dreiphasi gen Laden koppelbar ist. In Ausführungsformen kann die Ladestation mehrere Anschlussbuchsen für unterschiedlich ausgestaltete Ladekabel aufweisen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform hat die Ladestation drei Anschluss klemmen für die drei Phasen des mehrphasigen Teilnehmernetzes sowie eine weitere Anschlussklemme für den Neutralleiter. Insbesondere ist eine EMV- Filtervorrichtung den Anschlussklemmen nachgeschaltet. Des Weiteren umfasst die Ladestation vorzugsweise eine der EMV-Filtervorrichtung nachgeschaltete LCL-Filtervorrichtung, und im Fall einer DC-Ladestation zusätzlich einen AC/DC-Wandler, einen Zwischenkreis, einen DC/DOWandler sowie einen Aus- gangszwischenkreis, an dem ein negativer Ausgangspotentialabgriff und ein po sitiver Ausgangspotentialabgriff angeschlossen sind. Insbesondere kann im Falle einer DOLadestation eine EMV-Filtereinrichtung zwischen dem negativen Aus gangspotentialabgriff und dem positiven Ausgangspotentialabgriff angeschlossen sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Ladestation ein Kommuni kationsmodul. Das Kommunikationsmodul ist vorzugsweise dazu eingerichtet, den Ladeplan mit einer Ladeelektronik des mit der Ladestation gekoppelten Energiespeichers auszuhandeln.
Das Aushandeln erfolgt beispielsweise wie in der ISO 15118 beschrieben. Bei spielsweise fragt die Ladeelektronik des Energiespeichers eine bestimmte Ladel eistung über das Kommunikationsmodul bei der Ladestation an und die Ladesta tion, beispielsweise die Steuervorrichtung der Ladestation, ermittelt, ob die ange fragte Ladeleistung bereitstellbar ist. Hierbei werden insbesondere ein aktueller Zustand des Teilnehmernetzes und/oder des Energieversorgungsnetzes berück sichtigt. Wenn die angefragte Ladeleistung nicht bereitstellbar ist, kann die La destation über das Kommunikationsmodul einen "Gegenvorschlag" machen, wel cher von der Ladeelektronik des Energiespeichers angenommen werden kann oder aber die Ladeelektronik stellt erneut eine eigene Anfrage. Auf diese Weise kommunizieren die Ladestation und die Ladeelektronik, bis der Ladeplan ausge handelt ist. Das Aushandeln des Ladeplans ist insbesondere Teil des Kopplungs vorgangs sein, wenn ein Energiespeicher neu mit der Ladestation verbunden wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Ladestation eine Leistungs schaltvorrichtung zum sicheren Trennen der Anzahl von Ausgangsleitern von dem mehrphasigen Teilnehmernetz. Die Leistungsschaltvorrichtung kann als ein elektro-mechanisches Element, wie beispielsweise ein Schütz oder ein Vierpha- sen-Relais, ausgebildet sein. Die Leistungsschaltvorrichtung kann individuell für eine jeweilige Phase des mehrphasigen Teilnehmernetzes und/oder für einen je weiligen Ausgangsleiter der Schaltmatrix ausgebildet und ansteuerbar sein, so dass sich beispielsweise einzelne Zuordnungen mittels der Leistungsschaltvor richtung unterbrechen lassen.
Gemäß einem zweiten Aspekt wird ein System mit einer Mehrzahl N 1 von La destationen zum jeweiligen Laden eines Elektrofahrzeuges mit elektrischer Energie von einem mehrphasigen Teilnehmernetz mittels eines an einer Anzahl von Ausgangsleitern bereitgestellten Ladestroms, einer Anzahl N2 von Vorrich tungen, wobei die jeweilige Vorrichtung einer oder mehreren der Ladestationen zugeordnet ist und eine Schaltmatrix zum Bereitstellen einer Mehrzahl von Schaltzuständen aufweist, wobei ein jeweiliger Schaltzustand eine Zuordnung von einer bestimmten Phase des mehrphasigen Teilnehmernetzes zu einem be stimmten Ausgangsleiter der Anzahl umfasst, mit N2 < NI, vor geschlagen. Das System umfasst ferner eine Steuervorrichtung, welche dazu eingerichtet ist,
- ein Laden von N3 Elektrofahrzeugen, mit N3 < NI, mittels N3 Ladestatio nen in einem bestimmten Zeitraum, in welchem eine Anzahl N4 der NI Ladesta tionen frei ist, mit N4 = NI - N3, zu steuern,
- einen Koppelungswunsch eines weiteren Elektrofahrzeuges mit einer be stimmten der N4 Ladestationen zu einem bestimmten Zeitpunkt zu ermitteln,
- eine frei verfügbare Ladeleistung des Systems zum Laden des weiteren Elektrofahrzeuges zu bestimmen,
- einen Ladeplan mit dem weiteren Elektrofahrzeug auszuhandeln, welcher zumindest ein Laden des weiteren Elektrofahrzeuges mit einer Ladeleistung, welche kleiner gleich der bestimmten frei verfügbaren Ladeleistung des Systems ist, umfasst,
- das Laden des weiteren Elektrofahrzeuges mittels des ausgehandelten La deplans zu starten,
- neue Ladepläne mit einer Anzahl N5 der N3+1 Elektrofahrzeuge umfas send das weitere Elektrofahrzeug auszuhandeln, welche zumindest ein Umschal ten mittels einer der Schaltmatrizen umfassen, mit N5 < N3+1, und ein Laden der N5 Elektrofahrzeuge der ausgehandelten neuen La depläne zu steuern.
Die Steuervorrichtung kann hardwaretechnisch und/oder auch softwaretechnisch implementiert sein. Bei einer har dware -technischen Implementierung kann die Steuervorrichtung als Vorrichtung oder als Teil einer Vorrichtung, zum Beispiel als Computer oder als Mikroprozessor oder als Steuerrechner ausgebildet sein. Bei einer softwaretechnischen Implementierung kann die Steuervorrichtung ein Computerprogrammprodukt, eine Funktion, eine Routine, einen Teil eines Pro grammcodes oder ein ausführbares Objekt umfassen.
Dieses System weist die gleichen Vorteile auf, die zu dem Verfahren gemäß dem ersten Aspekt erläutert sind. Die für das vorgeschlagene Verfahren beschriebe nen Ausführungsformen gelten für das vorgeschlagene System entsprechend. Weiterhin gelten die Definitionen und Erläuterungen zu dem Verfahren auch für das vorgeschlagene System entsprechend.
"Ein" ist vorliegend nicht zwingend als beschränkend auf genau ein Element zu verstehen. Vielmehr können auch mehrere Elemente, wie beispielsweise zwei, drei oder mehr, vorgesehen sein. Auch jedes andere hier verwendete Zählwort ist nicht dahingehend zu verstehen, dass eine Beschränkung auf genau die genannte Anzahl von Elementen gegeben ist. Vielmehr sind zahlenmäßige Abweichungen nach oben und nach unten möglich, soweit nichts Gegenteiliges angegeben ist.
Weitere mögliche Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht expli zit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausfüh rungsbeispiele beschriebenen Merkmale oder Ausführungsformen. Dabei wird der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der Erfindung hinzufügen.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Aspekte der Erfindung sind Gegen stand der Unteransprüche sowie der im Folgenden beschriebenen Ausführungs- beispiele der Erfindung. Im Weiteren wird die Erfindung anhand von bevorzug ten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigelegten Figuren näher erläutert.
Fig. 1 zeigt schematisch eine erste Ausführungsform eines Systems mit einer Mehrzahl von Ladestationen zum Laden einer Mehrzahl von Elektrofahrzeugen;
Fig. 2 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm einer ersten Ausführungs form eines Verfahrens zum Betreiben des Systems nach Fig. L
Fig. 3 zeigt ein schematisches Schaltbild einer Ausführungsform einer La destation zum Laden eines Energiespeichers eines Elektrofahrzeu ges;
Fig. 4 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm einer zweiten Ausfüh rungsform eines Verfahrens zum Betreiben des Systems nach Fig. Y,
Fig. 5 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm einer dritten Ausführungs form eines Verfahrens zum Betreiben des Systems nach Fig. Y,
Fig. 6 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm einer vierten Ausführungs form eines Verfahrens zum Betreiben des Systems nach Fig. Y und
Fig. 7 zeigt schematisch eine zweite Ausführungsform eines Systems mit einer Mehrzahl von Ladestationen zum Laden einer Mehrzahl von Elektrofahrzeugen .
In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit denselben Be zugszeichen versehen worden, sofern nichts anderes angegeben ist. Hinsichtlich der in der nachfolgenden Figurenbeschreibung verwendeten ver schiedenen Anzahlen NI - N5 gilt das Folgende :
N 1 Anzahl der Ladestationen, mit N 1 > 2 N2 Anzahl der Vorrichtungen mit Schaltmatrix, mit N2 < NI N3 Anzahl der Elektrofahrzeuge, die bereits vor dem Schritt S20 geladen werden
N4 Anzahl noch freier Ladestationen vor dem Schritt S20, mit N4 = N 1-N3 N5 Anzahl der Elektrofahrzeuge, mit denen ein neuer Ladeplan ausgehan delt wird
Fig. 1 zeigt schematisch eine erste Ausführungsform eines Systems 1 mit einer Mehrzahl N 1 von Ladestationen 10 zum Laden einer Mehrzahl von Elektrofahr zeugen 2, 3 von einem mehrphasigen Teilnehmernetz 4 mittels eines an einer Anzahl von Ausgangsleitern Llout, L2out, L3out bereitgestellten Ladestroms. Außerdem zeigt die Fig. 2 ein schematisches Ablaufdiagramm einer ersten Aus führungsform eines Verfahrens zum Betreiben des Systems 1 nach Fig. 1. Die beiden Fig. 1 und 2 werden im Folgenden gemeinsam erläutert :
In dem Beispiel der Fig. 1 ist das mehrphasige Teilnehmernetz 4 mittels eines Netzanschlusspunktes 5 an ein mehrphasiges Energieversorgungsnetz 6 ange schlossen. Das mehrphasige Teilnehmernetz 4 hat insbesondere eine Anzahl von Phasen, beispielsweise LI, L2 und L3, sowie einen Neutralleiter (nicht gezeigt). Es handelt sich in diesem Beispiel ohne Beschränkung der Allgemeinheit jeweils um dreiphasige Stromnetze. Das jeweihge Elektrofahrzeug 2, 3 ist mittels eines Ladekabels 7, das mit einer Anschlussbuchse (nicht gezeigt) der jeweiligen La destation 10 verbunden ist, mit der Ladestation 10 gekoppelt.
Die Ladestation 10 kann eine Anzahl elektrischer und/oder elektronischer Kom ponenten aufweisen (nicht dargestellt in Fig. l) und ist zum Laden und/oder Ent laden des Energiespeichers 2a, 3a des Elektrofahrzeuges 2, 3 mit elektrischer Energie mittels des mit der Ladestation 10 gekoppelten mehrphasigen Teilneh mernetzes 4 eingerichtet. Außerdem umfasst die Ladestation 1 vorzugsweise ein Kommunikationsmodul (nicht gezeigt). Das Kommunikationsmodul ist dazu eingerichtet, Daten mit ei ner Ladeelektronik des mit der Ladestation 10 gekoppelten Energiespeichers 2a, 3a auszutauschen.
Wie die Fig. 1 zeigt, hat das System 1 der Fig. 1 drei Ladestationen 10, mit NI = 3. Im Allgemeinen gilt: NI > 2.
Des Weiteren hat das System 1 der Fig. 1 eine Anzahl N2 von Vorrichtungen 20, mit N2 < NI. Dabei ist die jeweihge Vorrichtung 20 einer oder mehreren der La destationen 10 zugeordnet und umfasst eine Schaltmatrix 30 (siehe beispielswei se Fig. 3) zum Bereitstellen einer Mehrzahl von Schaltzuständen. Dabei umfasst ein jeweiliger Schaltzustand eine Zuordnung von einer bestimmten Phase LI, L2, L3 des mehrphasigen Teilnehmernetzes 4 zu einem bestimmten der Ausgangslei ter Llout, L2out, L3out. In dem Beispiel der Fig. 1 ist N2 = NI. Damit ist die je weihge Vorrichtung 20 genau einer der Ladestationen 10 zugeordnet. Eine Alter native hierzu zeigt die unten erläuterte Fig. 3.
Außerdem umfasst das System 1 der Fig. 1 eine Steuervorrichtung 40, welche dazu eingerichtet ist, das Verfahren nach Fig. 2 auszuführen. Das Verfahren ge mäß Fig. 2 umfasst die Schritte S10 - S70:
In Schritt S10 werden N3 Elektrofahrzeuge 2, mit N3 < NI, mittels N3 Ladesta tionen 10 in einem bestimmten Zeitraum geladen, wobei in diesem bestimmten Zeitraum eine Anzahl N4 der N 1 Ladestationen frei ist, mit N4 = N1 - N3.
In dem Beispiel der Fig. 1 werden die beiden Elektrofahrzeuge mit dem Bezugs zeichen 2 in besagtem bestimmtem Zeitraum geladen, mit N3 = 2. Folghch ist in besagtem bestimmtem Zeitraum noch eine Ladestation 10 frei, die unterste La destation 10 in Fig. 1 (N4 = l). In dem Schritt S20 wird ein Koppelungswusch eines weiteren Elektrofahrzeuges, das Elektrofahrzeug mit dem Bezugszeichen 3 in Fig. 1, mit einer bestimmten der N4 Ladestationen 10, die unterste Ladestation 10 in Fig. 1, zu einem be stimmten Zeitpunkt ermittelt.
Dabei ist das Ermitteln eines Koppelungswunsches eines weiteren Elektrofahr zeuges 3 mit der bestimmten der N4 Ladestationen 10 vorzugsweise ausgebildet durch: i) Ermitteln eines Koppelns des weiteren Elektrofahrzeuges 3 mit der be stimmten der N4 Ladestationen 10, insbesondere umfassend ein Ermit teln eines Verbindens des Ladekabels 7 der Ladestation 10 mit dem weiteren Elektrofahrzeug 3, ii) Ermitteln des Kopplungswunsches mittels einer Bilderfassungsvorrich tung (nicht gezeigt) des Systems 1, welche insbesondere eine Video überwachung des Systems 1 beinhaltet, und/oder iii) Ermitteln des Kopplungswunsches aus einer über eine Kommunikations- schnittstelle übermittelten Anfrage des weiteren Elektrofahrzeuges 3 oder eines Benutzerendgeräts (nicht gezeigt) an das System 1.
Die Kommunikationsschnittstelle umfasst vorzugsweise eine RFID- Datenübertragung, eine Bluetooth-Datenübertragung, eine Datenübertragung des Navigationsgeräts oder Infotainmentsystems des weiteren Elektrofahrzeuges 3 und/oder eine internetbasierte Datenübertragung, insbesondere zwischen dem weiteren Elektrofahrzeug 3 oder dem Benutzerendgerät und der Steuervorrich tung 40 des Systems 1.
Das Benutzerendgerät ist zum Beispiel ein Smartphone, ein Tablet, ein Rechner oder ein Token, zum Beispiel ein RFID-Token. Die Anfrage wird zum Beispiel vom Nutzer ausgelöst oder automatisch von dem weiteren Elektrofahrzeug aus gelöst, zum Beispiel wenn das weitere Elektrofahrzeug in einem vorbestimmten Bereich des Systems 1 ankommt. Mit anderen Worten, die beiden oberen Elektrofahrzeuge 2 in Fig. 1 werden be reits geladen, wenn das weitere Elektrofahrzeug 3 ankommt und mit der unteren Ladestation 10 der Fig. 1 gekoppelt wird. Dieses Koppeln bzw. dieser Koppe lungswunsch wird in Schritt S20 ermittelt.
In Schritt S30 wird die frei verfügbare Ladeleistung des Systems 1 zum Laden des weiteren Elektrofahrzeuges 3 bestimmt.
In Schritt S40 wird ein Ladeplan mit dem weiteren Elektrofahrzeug 3 ausgehan delt. Der Ladeplan umfasst zumindest ein Laden des weiteren Elektrofahrzeuges 3 mit einer Ladeleistung, welche kleiner gleich als die in Schritt S30 bestimmte frei verfügbare Ladeleistung des Systems 1 ist.
In Schritt S50 wird das Laden des weiteren Elektrofahrzeuges 3 mittels des aus gehandelten Ladeplans gestartet.
Im Schritt S60 werden neue Ladepläne mit einer Anzahl N5 der N3+1 Elektro fahrzeuge 2, 3 umfassend das weitere Elektrofahrzeug 3 ausgehandelt, wobei die neuen Ladepläne zumindest ein Umschalten mittels einer der Schaltmatrizen 30 umfassen, mit N5 < N3 + Nl. In dem Beispiel der Fig. 1 ist N3 = 2, so dass für dieses Beispiel N5 < 3 gilt. Insbesondere werden für das Beispiel der Fig. 1 neue Ladepläne mit zwei oder mit drei Elektrofahrzeugen 2, 3, jedenfalls umfassend das weitere Elektrofahrzeug 3 ausgehandelt.
Insbesondere werden im Schritt S60 die neuen Ladepläne derart ausgehandelt, dass zumindest einer der neuen Ladepläne bei Bedarf nach einer gewissen Zeit eine Leistungsreduktion auf Null für eine bestimmte Zeitspanne umfasst, damit das Umschalten mittels einer der Schaltmatrizen 30 möglich ist, um dann mit einer Ladeleistung größer Null weiterzuladen. Dies wird insbesondere bei jedem neuen Ladeplan umgesetzt, welcher ein Umschalten der entsprechenden Schalt matrix 30 umfasst. Es ist möglich, dass die neuen Ladepläne solche neuen Lade- pläne ohne ein Umschalten einer der Schaltmatrizen und solche Ladepläne mit einem Umschalten einer der Schaltmatrizen umfassen.
Vorzugsweise werden die neuen Ladepläne nicht mit allen der N3+1 Elektrofahr zeuge 2, 3, die gerade geladen werden, ausgehandelt, sondern nur mit einer Un termenge N5, mit N5 < N3+1. Dies spart Zeit und damit vorteil hafterweise Kos ten ein.
Insbesondere werden die neuen Ladepläne in dem Schritt S60 derart mit den N5 Elektrofahrzeugen 2, 3 ausgehandelt, um eine bestimmte Leistungsverteilung zwischen diesen N5 Elektrofahrzeugen 2, 3 zu erzielen. Vorzugsweise ist die be stimmte Leistungsverteilung eine vorgegebene, beispielsweise vom System 1 vor gegebene Leistungsverteilung, besonders bevorzugt eine ideale Leistungsvertei lung.
Vorzugsweise erfolgt das Aushandeln der Ladepläne in den Schritten S40 und S60 gemäß der oben erwähnten ISO 15118.
In Schritt S70 werden die N5 Elektrofahrzeuge 2, 3 mittels der ausgehandelten neuen Ladepläne durch die Ladestationen 10 gemäß Fig. 1 geladen.
Des Weiteren zeigt Fig. 3 ein schematisches Schaltbild einer Ausführungsform einer Ladestation 10 zum Laden eines Energiespeichers 2a, 3a eines Elektrofahr zeuges 2, 3.
In oben erläuterter Fig. 1 ist der jeweiligen Ladestation 10 eine jeweihge externe Vorrichtung 20 mit Schaltmatrix zugeordnet. Eine Alternative hierzu zeigt die Fig. 3, bei welcher die Ladestation 10 die Vorrichtung 20 mit Schaltmatrix 30 integriert. Die Ladestation 10 der Fig. 3 kann durch Ersetzung der Ladestation 10 und der Vorrichtung 20 in dem System 1 der Fig. 1 eingesetzt werden. Im De tail zur Fig. 3^ Die Ladestation 10 ist zwischen den Phasen LI, L2, L3 und den Ausgangsleitern Llout, L2out und L3out geschaltet. Die Ladestation 10 integriert die Vorrichtung 20, welche wiederum die Schaltmatrix 30 aufweist. Die Schaltmatrix 30 hat eine Anzahl von Wechselrelais 31, 32, 33. Dabei verbindet jedes Wechselrelais 31, 32, 33 in einer ersten Schaltposition einen ersten Knoten mit einem zweiten Knoten und in einer zweiten Schaltposition den ersten Knoten mit einem dritten Knoten, so dass ein jeweiliger Ausgangsleiter Llout, L2out, L3out zu jedem Zeitpunkt nur genau einer Phase LI, L2, L3 des mehrphasigen Teilnehmernetzes 4 zuge ordnet wird.
Ferner zeigt Fig. 4 ein schematisches Ablaufdiagramm einer zweiten Ausfüh rungsform eines Verfahrens zum Betreiben des Systems 1 nach Fig. 1. Die zweite Ausführungsform des Verfahrens nach Fig. 4 unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform nach Fig. 2 in der Ausgestaltung der Verfahrensschritte S30 und S40. Die Verfahrensschritte S10, S20 und S50 - S70 sind identisch zu denen der ersten Ausführungsform nach Fig. 2 und werden daher hier nicht erneut dis kutiert.
Der Verfahrensschritt S30 der Fig. 4 umfasst die Schritte S31 und S32:
In Schritt S31 wird die zu dem bestimmten Zeitpunkt frei verfügbare Ladeleis tung des Systems 1 zum Laden des weiteren Elektrofahrzeuges 3 ermittelt.
Anschließend wird in Schritt S32, falls die ermittelte frei verfügbare Ladeleis tung kleiner als eine für einen Ladestart des weiteren Elektrofahrzeuges 3 not wendige Ladeleistung ist, die Ladeleistung einer oder mehrerer der N3 Elektro fahrzeuge 2 derart reduziert, um die frei verfügbare Ladeleistung des Systems 1 zu erhöhen und dem weiteren Elektrofahrzeug 3 den Ladestart zu ermöglichen.
Anschließend wird in Schritt S40 ein Ladeplan mit dem weiteren Elektrofahr zeug 3 ausgehandelt, welcher zumindest ein Laden des weiteren El ektrofahrzeu - ges 3 mit einer Ladeleistung umfasst, welche kleiner gleich als die gemäß Schritt S32 erhöhte frei verfügbare Ladeleistung des Systems ist.
In Fig. 5 ist ein schematisches Ablaufdiagramm einer dritten Ausführungsform eines Verfahrens zum Betreiben des Systems 1 nach Fig. 1 dargestellt.
Die dritte Ausführungsform des Verfahrens nach Fig. 4 unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform nach Fig. 2 in der Ausgestaltung der Verfahrens schritte S30 und S40. Die Verfahrensschritte S10, S20 und S50 - S70 sind iden tisch zu denen der ersten Ausführungsform nach Fig. 2. Aus diesem Grund wer den die Verfahrens schritte S10, S20 und S50 - S70 hier nicht erneut beschrie ben.
Der Verfahrensschritt S30 der Fig. 5 umfasst die Schritte S31 und S32:
In Schritt S31 wird die zu dem bestimmten Zeitpunkt frei verfügbare Ladeleis tung des Systems 1 zum Laden des weiteren Elektrofahrzeuges 3 ermittelt.
Anschließend wird in Schritt S32, falls die ermittelte frei verfügbare Ladeleis tung kleiner als eine für einen Ladestart des weiteren Elektrofahrzeuges 3 not wendige Ladeleistung ist, die Ladeleistung einer oder mehrerer der N3 Elektro fahrzeuge 2 derart reduziert, um die frei verfügbare Ladeleistung des Systems 1 zu erhöhen und dem weiteren Elektrofahrzeug 3 den Ladestart zu ermöglichen.
Der Schritt S40 der Fig. 5 umfasst die Schritte S41 und S42:
Dabei wird in Schritt S41 eine bestimmte Leistungsverteilung für die N3+1 zu ladenden Elektrofahrzeuge 2, 3 basierend auf einer bestimmten Vorgabe- Information ermittelt. Die Vorgabe-Information kann von dem System 1 oder von einem Betreiber des Systems 1 bestimmt werden. Die in dem Schritt S41 ermittelte bestimmte Leistungs Verteilung ist insbesonde re eine vorgegebene Leistungsverteilung, vorzugsweise eine ideale Leistungsver teilung. Vorzugsweise wird in dem Schritt S41 die bestimmte Leistungsvertei lung für die N3+1 zu ladenden Elektrofahrzeuge 2, 3 basierend auf der vorbe stimmten Vorgabe-Information und basierend auf von den N3 ladenden Elektro fahrzeugen 2 bereitgestellten Informationen ermittelt. Diese Informationen kön nen die ladenden Elektrofahrzeuge 2 insbesondere über ihre Kommunikations- module an die Steuervorrichtung 40 übermitteln.
In Schritt S42 wird ein Ladeplan mit dem weiteren Elektrofahrzeug 3 ausgehan delt, wobei dieser Ladeplan umfasst:
Laden des weiteren Elektrofahrzeuges 3 mit einer ersten Ladeleistung für eine erste Zeitdauer, wobei die erste Ladeleistung kleiner gleich als die in Schritt S30 bestimmte frei verfügbare Ladeleistung des Systems 1 ist, und anschließend
Laden des weiteren Elektrofahrzeuges 3 mit einer zweiten Ladeleistung für eine zweite Zeitdauer, wobei die zweite Ladeleistung größer als die erste La deleistung ist und der ermittelten bestimmten Leistungsverteilung ent spricht.
Fig. 6 zeigt ein schematische Ablauf diagramm einer vierten Ausführungsform eines Verfahrens zum Betreiben des Systems 1 nach Fig. 1. Die vierte Ausfüh rungsform nach Fig. 6 basiert auf der ersten Ausführungsform des Verfahrens nach Fig. 2.
Die vierte Ausführungsform des Verfahrens nach Fig. 6 unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform nach Fig. 2 in der Ausgestaltung des Verfahrens schrittes S40. Die Verfahrensschritte S10 - S30 und S50 - S70 sind identisch zu denen der ersten Ausführungsform nach Fig. 2. Aus diesem Grund werden die Verfahrensschritte S10 - S30 und S50 - S70 hier nicht erneut beschrieben.
Der Schritt S40 der Fig. 6 umfasst die Schritte S41 und S42: Dabei wird in Schritt S41 eine bestimmte Leistungsverteilung für die N3+1 zu ladenden Elektrofahrzeuge 2, 3 basierend auf einer bestimmten Vorgabe- Information ermittelt. Die Vorgabe-Information kann von dem System 1 oder von einem Betreiber des Systems 1 bestimmt werden.
Die in dem Schritt S41 ermittelte bestimmte Leistungs Verteilung ist insbesonde re eine vorgegebene Leistungsverteilung, vorzugsweise eine ideale Leistungsver teilung. Vorzugsweise wird in dem Schritt S41 die bestimmte Leistungsvertei lung für die N3+1 zu ladenden Elektrofahrzeuge 2, 3 basierend auf der vorbe stimmten Vorgabe-Information und basierend auf von den N3 ladenden Elektro fahrzeugen 2 bereitgestellten Informationen ermittelt. Diese Informationen kön nen die ladenden Elektrofahrzeuge 2 insbesondere über ihre Kommunikations- module an die Steuervorrichtung 40 übermitteln.
In Schritt S42 wird ein Ladeplan mit dem weiteren Elektrofahrzeug 3 ausgehan delt, wobei dieser Ladeplan umfasst:
Laden des weiteren Elektrofahrzeuges 3 mit einer ersten Ladeleistung für eine erste Zeitdauer, wobei die erste Ladeleistung kleiner gleich als die in Schritt S30 bestimmte frei verfügbare Ladeleistung des Systems 1 ist, und anschließend
Laden des weiteren Elektrofahrzeuges 3 mit einer zweiten Ladeleistung für eine zweite Zeitdauer, wobei die zweite Ladeleistung größer als die erste La deleistung ist und der ermittelten bestimmten Leistungsverteilung ent spricht.
Des Weiteren zeigt Fig. 7 eine zweite Ausführungsform eines Systems 1 mit einer Mehrzahl von Ladestationen 10 zum Laden einer Mehrzahl von Elektrofahrzeu gen 2, 3. Die zweite Ausführungsform des Systems 1 nach Fig. 7 ist hinsichtlich der Zuordnung der Vorrichtungen 20 auf die Ladestationen 10 eine mögliche Al ternative zu der ersten Ausführungsform nach Fig. 1. Ohne Einschränkung der Allgemeinheit hat das System 1 der Fig. 7 zwölf La destationen 10, aber nur drei Vorrichtungen 20 mit Schaltmatrix, mit NI = 12 und N2 = 3. Folglich zeigt die zweite Ausführungsform des Systems 1 nach Fig. 7 eine Möglichkeit für den Fall N2 < NI. Im Detail sind jeder der Vorrichtungen 20 der Fig. 7 vier Ladestationen 10 zugeordnet.
Obwohl die vorhegende Erfindung anhand von Ausführungsformen beschrieben wurde, ist sie vielfältig modifizierbar.
BEZUGSZEICHENLISTE
1 System
2 Elektrofahrzeug
2a Energiespeicher
3 weiteres Elektrofahrzeug
3a Energiespeicher
4 mehrphasiges Teilnehmernetz
5 Anschlusspunkt
6 mehrphasiges Energieversorgungsnetz 7 Ladekabel 10 Ladestation 20 Vorrichtung
30 Schaltmatrix
31 Wechselrelais
32 Wechselrelais
33 Wechselrelais 40 Steuervorrichtung
S10 - S70 Verfahrensschritte
S31, S32 Teilschritte des Verfahrensschritts S30
S41, S42 Teilschritte des Verfahrensschritts S40
LI, L2, L3 Phase
Llout, L2out, L3out Ausgangsleiter

Claims

PATENTANSPRÜCHE l. Verfahren zum Betreiben eines Systems (l) mit einer Mehrzahl N 1 von La destationen (lO) zum jeweiligen Laden eines Elektrofahrzeuges (2, 3) mit elektri scher Energie von einem mehrphasigen Teilnehmernetz (4) mittels eines an einer Anzahl von Ausgangsleitern (Llout, L2out, L3out) bereitgestellten Ladestroms, einer Anzahl N2 von Vorrichtungen (20), wobei die jeweilige Vorrichtung (20) einer oder mehreren der Ladestationen (10) zugeordnet ist und eine Schaltmatrix (30) zum Bereitstellen einer Mehrzahl von Schaltzuständen aufweist, wobei ein jeweiliger Schaltzustand eine Zuordnung von einer bestimmten Phase (LI, L2, L3) des mehrphasigen Teilnehmernetzes (4) zu einem bestimmten Ausgangslei ter (Llout, L2out, L3out) der Anzahl umfasst, mit N2 < NI, mit: a) Laden (S10) von N3 Elektrofahrzeugen (2), mit N3 < NI, mittels N3 La destationen (10) in einem bestimmten Zeitraum, in welchem eine Anzahl N4 der N 1 Ladestationen (10) frei ist, mit N4 = NI - N3, b) Ermitteln (S20) eines Koppelungswunsches eines weiteren Elektrofahr zeuges (3) mit einer bestimmten der N4 Ladestationen (10) zu einem bestimmten Zeitpunkt, c) Bestimmen (S30) einer frei verfügbaren Ladeleistung des Systems (l) zum Laden des weiteren Elektrofahrzeuges (3), wobei der Schritt c) (S30) ausge bildet ist durch cl) Ermitteln (S3l) einer zu dem bestimmten Zeitpunkt frei verfügbaren Ladeleistung des Systems (l) zum Laden des weiteren Elektrofahrzeuges (3), und c2) falls die ermittelte frei verfügbare Ladeleistung kleiner als eine für einen Ladestart des weiteren Elektrofahrzeuges (3) notwendige Ladeleistung ist, Reduzieren (S32) der Ladeleistung einer oder mehrerer der N3 Elektrofahrzeuge (2) derart, um die frei verfügbare Ladeleistung des Systems (l) zu erhöhen und dem weiteren Elektrofahrzeug (3) den Ladestart zu ermöglichen, d) Aushandeln (S40) eines Ladeplans mit dem weiteren Elektrofahrzeug (3), welcher zumindest ein Laden des weiteren Elektrofahrzeuges (3) mit einer Lade leistung, welche kleiner gleich der in Schritt c) bestimmten frei verfügbaren La deleistung des Systems (l) ist, umfasst, e) Starten (S50) des Ladens des weiteren Elektrofahrzeuges (3) mittels des ausgehandelten Ladeplans,
0 Aushandeln (S60) neuer Ladepläne mit einer Anzahl N5 der N3+1 Elekt rofahrzeuge (2, 3) umfassend das weitere Elektrofahrzeug (3), welche zumindest ein Umschalten mittels einer der Schaltmatrizen (30) umfassen, mit N5 < N3+1, und g) Laden (S70) der N5 Elektrofahrzeuge (2, 3) mittels der ausgehandelten neuen Ladepläne.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Schritt f) die neuen Ladepläne derart ausgehandelt werden, dass zumindest einer der neuen Ladepläne bei Bedarf nach einer gewissen Zeit eine Leistungsreduktion auf Null für eine bestimmte Zeitspanne umfasst, damit das Umschalten mittels einer der Schaltmatrizen (30) möghch ist, um dann mit einer Ladeleistung, welche größer Null ist, weiterzuladen.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt f) ausgebildet ist durch
Aushandeln (S60) neuer Ladepläne mit einer Untermenge N5 der N3+1 Elektrofahrzeuge (2, 3) umfassend das weitere Elektrofahrzeug (3), welche zu mindest ein Umschalten mittels einer der Schaltmatrizen (30) umfassen, mit N5 < N3+1.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die neuen Ladepläne derart mit den N5 Elektrofahrzeugen (2, 3) ausgehan delt werden, um eine bestimmte Leistungsverteilung zwischen den N5 Elektro fahrzeugen (2, 3) zu erzielen.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die bestimmte Leistungsverteilung eine vorgegebene Leistungsverteilung, insbesondere eine ideale Leistungsverteilung, ist.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Aushandeln der Schritte d) und f) gemäß der ISO 15118 erfolgt.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass N2 = NI ist, wobei jede der N2 Vorrichtungen (20) genau einer der N 1 La destationen (10) zugeordnet ist, wobei die zugeordnete Vorrichtung (20) zwischen die jeweilige Ladestation (10) und das mehrphasige Teilnehmernetz (4) geschal tet ist.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt d) (S40) umfasst:
Aushandeln eines Ladeplans mit dem weiteren Elektrofahrzeug (3), welcher zumindest ein Laden des weiteren Elektrofahrzeuges (3) mit einer Ladeleistung, welche kleiner gleich der gemäß Schritt c2) erhöhten frei verfügbaren Ladeleis tung des Systems (l) ist, umfasst.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt d) (S40) umfasst: dl) Ermitteln (S4l) einer bestimmten Leistungsverteilung für die N3+1 zu ladenden Elektrofahrzeuge (2, 3) basierend auf einer bestimmten Vorgabe- Information, und d2) Aushandeln (S42) eines Ladeplans mit dem weiteren Elektrofahrzeug (3), welcher umfasst: Laden des weiteren Elektrofahrzeuges (3) mit einer ersten Ladeleistung für eine erste Zeitdauer, wobei die erste Ladeleistung kleiner gleich der in Schritt c) bestimmten frei verfügbaren Ladeleistung des Systems (l) ist, und anschlie ßend
- Laden des weiteren Elektrofahrzeuges (3) mit einer zweiten Ladeleistung für eine zweite Zeitdauer, wobei die zweite Ladeleistung größer als die erste La deleistung ist und der ermittelten bestimmten Leistungsverteilung entspricht.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die in Schritt dl) (S4l) ermittelte bestimmte Leistungsverteilung eine vor gegebene Leistungs Verteilung, insbesondere eine ideale Leistungsverteilung, ist.
11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Schritt dl) (S4l) die bestimmte Leistungsverteilung für die N3+1 zu ladenden Elektrofahrzeuge (2, 3) basierend auf der bestimmten Vorgabe- Information und basierend auf von den N3 ladenden Elektrofahrzeugen (2) be reitgestellten Informationen ermittelt wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Schaltmatrix (30) eine Anzahl von Wechselrelais (31 - 33) auf weist, wobei jedes Wechselrelais (31 - 33) in einer ersten Schaltposition einen ersten Knoten mit einem zweiten Knoten verbindet und in einer zweiten Schalt position den ersten Knoten mit einem dritten Knoten verbindet, mittels der ein jeweiliger Ausgangsleiter (Llout, L2out, L3out) der Anzahl zu jedem Zeitpunkt nur genau einer Phase (LI - L3) des mehrphasigen Teilnehmernetzes (4) zuge ordnet wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl von Wechselrelais (31 - 33) der Schaltmatrix (30) wenigstens ein bistabiles Relais, insbesondere ein Doppelspulen-Relais, umfasst.
14. Computerprogrammprodukt, welches auf einer programmgesteuerten Ein richtung die Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 13 veranlasst.
15. System (l) mit einer Mehrzahl N 1 von Ladestationen (10) zum jeweiligen Laden eines Elektrofahrzeuges (2, 3) mit elektrischer Energie von einem mehr phasigen Teilnehmernetz (4) mittels eines an einer Anzahl von Ausgangsleitern (Llout, L2out, L3out) bereitgestellten Ladestroms, einer Anzahl N2 von Vorrich tungen (20), wobei die jeweilige Vorrichtung (20) einer oder mehreren der La destationen (10) zugeordnet ist und eine Schaltmatrix (30) zum Bereitstellen ei ner Mehrzahl von Schaltzuständen aufweist, wobei ein jeweiliger Schaltzustand eine Zuordnung von einer bestimmten Phase (LI, L2, L3) des mehrphasigen Teilnehmernetzes (4) zu einem bestimmten Ausgangsleiter (Llout, L2out, L3out) der Anzahl umfasst, mit N2 < NI, und einer Steuervorrichtung (40), welche dazu eingerichtet ist,
- ein Laden von N3 Elektrofahrzeugen (2), mit N3 < NI, mittels N3 Ladesta tionen (10) in einem bestimmten Zeitraum, in welchem eine Anzahl N4 der NI Ladestationen (10) frei ist, mit N4 = NI - N3, zu steuern,
- einen Koppelungswunsch eines weiteren Elektrofahrzeuges (3) mit einer bestimmten der N4 Ladestationen (10) zu einem bestimmten Zeitpunkt zu ermit teln,
- eine frei verfügbare Ladeleistung des Systems (l) zum Laden des weiteren Elektrofahrzeuges (3) zu bestimmen, wobei die Steuervorrichtung (40) ferner da zu eingerichtet ist, eine zu dem bestimmten Zeitpunkt frei verfügbare Ladeleis tung des Systems (l) zum Laden des weiteren Elektrofahrzeuges (3) zu ermitteln, und falls die ermittelte frei verfügbare Ladeleistung kleiner als eine für einen Ladestart des weiteren Elektrofahrzeuges (3) notwendige Ladeleistung ist, die Steuervorrichtung (40) ferner dazu eingerichtet ist, die Ladeleistung einer oder mehrerer der N3 Elektrofahrzeuge (2) derart zu reduzieren, um die frei verfüg- bare Ladeleistung des Systems (l) zu erhöhen und dem weiteren Elektrofahrzeug (3) den Ladestart zu ermöglichen, einen Ladeplan mit dem weiteren Elektrofahrzeug (3) auszuhandeln, wel cher zumindest ein Laden des weiteren Elektrofahrzeuges (3) mit einer Ladeleis- tung, welche kleiner gleich der bestimmten frei verfügbaren Ladeleistung des Systems (l) ist, umfasst,
- das Laden des weiteren Elektrofahrzeuges (3) mittels des ausgehandelten Ladeplans zu starten,
- neue Ladepläne mit einer Anzahl N5 der N3+1 Elektrofahrzeuge (2, 3) um- fassend das weitere Elektrofahrzeug (3) auszuhandeln, welche zumindest ein
Umschalten mittels einer der Schaltmatrizen (30) umfassen, mit N5 < N3+1, und
- ein Laden der N5 Elektrofahrzeuge (2, 3) mittels der ausgehandelten neu en Ladepläne zu steuern.
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