JP2014505456A - 自動車バッテリを充電するための方法 - Google Patents

Abstract

自動車のバッテリを充電する方法であって、該自動車はバッテリを充電するために充電スタンドに接続され、当該方法は、自動車が、電力スタンドの最大電力定格、充電の初期状態（Ｓ）、充電の目標状態（Ｓ’）および事前定義された充電時間（Ｔ）に基づいて初期充電プロファイル（Ｋ１）を決定するステップと、事前定義された充電時間（Ｔ）以内に充電の目標状態（Ｓ’）を達成可能かどうかについて確認するステップを有する。
【選択図】図７

Description

本発明は自動車バッテリを充電するための方法に関する。

かかる方法において、自動車（特に電気自動車）は充電の目標状態まで自動車のバッテリを充電するために充電スタンドに接続されるが、この充電スタンドは電力供給会社に電源接続をすることで電力が供給されている。

特許文献１はローカル送電網と電気自動車の間で、電気自動車の電気コネクタを受容するために設定された電気コンセント、ローカル送電網とコンセントを接続している電力線、コンセントのスイッチを入れたり消したりするための電力線の制御装置、コンセントを流れる電流を測定するための電力線の電流測定装置、制御装置を操作し電流測定装置の出力を監視するよう設定されたコントローラ、広域ネットワークを介してリモートサーバにアクセスするためのローカルネットワークのコントローラに接続するよう設定されたトランシーバ、コントローラに接続された通信装置、およびコントローラと、自動車の運転者とコントローラとの間の通信のためのモバイルワイヤレス通信装置のコントローラに接続するよう設定されている通信装置、に接続された通信装置、を含む電荷を転送するためのネットワーク制御された電荷移動装置を開示し、当該コントローラは送電網負荷データにもとづき電荷移動を管理するために設定され、当該送電網負荷データは当該リモートサーバから入手可能であり、その電荷移動は当該ローカル送電網と電気自動車との間のいずれの方向でも可能である。

特許文献２はまた、充電エネルギーがバッテリに供給される場所で、充電スタンドを使用して電気自動車のバッテリを充電する方法を開示している。当該方法は、特に、バッテリと充電スタンドの間で充電されるバッテリの充電状態のデータを伝送できる、通信手段に従った手段によること、および、バッテリ固有の充電制御モジュールが提供されるかどうか、ならびに自動車のバッテリと関連づけられるかどうかを決定するために、自動車が通信手段を介してデータを得られることを特徴とする。当該方法はまた、バッテリ固有の充電制御モジュールが自動車に提供される場合、バッテリは、バッテリ固有の充電制御モジュールの制御下にある充電電流の提供を通じて充電され、充電電流の当該バッテリの提供は、バッテリ固有の充電制御モジュールによって送信された対応する信号に応答して停止する。

米国特許出願公開第２００９/０１７４３６５号明細書 欧州特許第０８２０６５３号明細書

本明細書に基づき、本発明の根底にある課題は、自動車バッテリ（具体的には電気自動車バッテリ）を充電するための方法を発展することであり、該方法は、特に冒頭で述べた種類の自動車に充電するために用いられ、その充電プロセスは特に要件に応じて制御されることを意図としたものである。

この課題は請求項１に記載の特徴を有するシステムで解決される。

従って、自動車のバッテリを充電するための方法が提供され、充電の目標状態までバッテリを充電するために自動車が充電スタンドに接続されている。この方法は、自動車が、電力スタンドの最大電力定格、充電の初期状態（Ｓ）、充電の目標状態（Ｓ’）および事前定義された充電時間（Ｔ）に基づいて初期充電プロファイル（Ｋ１）を決定するステップと、事前定義された充電時間（Ｔ）以内に充電の目標状態（Ｓ’）を達成可能かどうかについて確認するステップを有する。

言い換えれば、自動車はそれゆえに対応するアプリケーション、具体的には最適化されたアルゴリズムと最初の充電プロファイル、具体的にはすべての充電の時間曲線と、該当する場合には、目標充電状態の関連する発展形態とを含むアプリケーションで利用可能となり、潜在的消費電力という点におけるバッテリの要件、および任意の潜在的電力出力という点における自動車の充電装置の要件を考慮に入れている。

さらなる第２の充電曲線を生成する自動車のために、具体的には、充電スタンドの主電源の充電管理ユニットとの継続的通信を介して、充電管理ユニットによって供給され充電スタンド（継続的基盤を基に）で利用可能である、充電時間の最大電力プロファイルを参照することにより、実行されることが望ましい。そして、ここで充電の目標状態が達成されるかどうか確認するために、例えば当該最適化アルゴリズムは、初回（第１番目）の充電プロファイル（充電の時間曲線）を、充電スタンドおよびさらなる（第２番目の）充電プロファイルを生成している、自動車を充電スタンドに接続するために使用される接続手段（例えばケーブルなど）の、物理的な電力限度に調整する。

自動車は、また、料金プロファイルを備えたその他の利用可能な電力プロファイルが充電管理ユニットから利用可能かどうかを確認することが望ましい。

各事案に関連づけられた料金プロファイルに対応しているここでの充電プロファイルと費用は、提示された各料金プロファイル向けに自動車別に決定されることが望ましく、自動車は充電の目標状態がそれぞれの充電プロファイル以内で達成可能かどうかを確認する。充電プロファイルは充電の目標状態が最安の費用にもとづき達成されるための充電管理ユニットから自動車別に呼び出されることが望ましい。

前述の各充電プロファイルは時間分化された、エネルギーの主電源を供給する電力供給者の料金プロファイルと（時間的に）同期されていることが望ましく、充電管理ユニット別に分化されて、対応する関連充電プロファイルの時間分化が生成される（分化によるサンプルポイントを参照した充電プロファイルの分離）。必要があれば、追加の時間セグメントは将来、改善された最適化可能性を達成するために決定されることができる。

当該料金プロファイルを参照することにより、自動車は充電スタンドで利用できる最大電力プロファイルを決定することが望ましく、充電スタンドの物理的限度および、該当する場合は充電装置やその他の部品を考慮し、そこにおいて最大限の電力プロファイルは個々の料金プロファイルとして同じ時間分化（分離）を持つ。

ここにおいて、充電予測状態は自動車別に（オンボードで）、少なくとも充電の現状状態、自動車バッテリの特徴、および/もしくは最大電力プロファイルに基づいて、計算されることが望ましい。そこにおいて充電予測の状態は利用可能な充電時間内に（事前定義可能な）充電の目標状態まで完全に充電できるかどうか決定するために使用される。

自動車が利用可能な充電時間内に（事前定義可能な）充電の目標まで完全に充電できなかった場合、生成された最大電力プロファイルは結果的に充電プロセスを制御するための充電プロファイルとして使用される。

もし反対に、最大電力プロファイルを使用してバッテリが完全に充電された場合、自動車は、充電スタンドの主電源としてエネルギーを供給する電源供給の充電管理ユニットからの誘因信号に基づき、充電の目標状態を達成するためにより安価なオプションがあるかどうか確認することが望ましい。ここにおいて、具体的には、時間分化によって生じた各時間セグメントは、前述の誘因信号にもとづき費用要素（費用要因）を供給する。この要素は、具体的には、利用可能な電力、その電力の持続、および事前定義可能な充電管理ユニットの誘因要素の結果生じる。

さらに、自動車は全ての時間セグメントおよびすべての提示された料金プロファイルを参照することにより、どの電源変化が（現在の）最大電力プロファイルと比べて時間セグメントにおいて最大の費用優位性を達成するかチェックすることが望ましく、自動車は、具体的には、この電力変化が依然充電の目標状態を達成しているかどうかチェックする。

充電の目標状態が当該電力変化のために達成することができなかった場合、当該電力変化は実行されないことが望ましく、特に費用要素は適宜調整する。
しかしもし充電の目標状態が当該電力変化のために達成できた場合、当該電力変化は最大電力プロファイルで自動車により実行されることが望ましく、特に費用要素は適宜調整する。

もし費用要素を参照することにより充電の目標状態が依然好ましく達成されながらさらなる電力変化が決定されなかった場合、かかる方法で決定された充電プロファイルはバッテリ充電プロセスを制御するために使用されることが望ましい。さもなければ、すべての時間セグメントおよびすべての提示された料金プロファイルを参照することによりオンボードで（現在の）最大電力プロファイルと比べて時間セグメントでいずれの電力変化が費用優位性を達成するかについて再びチェックし、自動車は、特に、この電力変化が依然充電の目標状態を達成しているかどうかをチェックする。

最後に、前述した最適化によって決定された充電プロファイルは充電スタンドと充電管理ユニットに伝送されることが望ましい。

前述したオンボード方式は従って、要件に合わせて自動車に設置された充電バッテリの処理を制御するための、現在の自動車情報および顧客特性と関連する誘因信号の処理が優位に可能である。

本発明のさらなるコンセプトは、自動車（具体的には電気自動車）に充電するためのシステムに関する。従って、各事案において関連付けられたバッテリの充電プロファイルを決定するため、およびそれを中央の、可能な場合離れた充電管理ユニットに伝送するために設計された充電装置のために作成され、それは少なくとも伝送された充電プロファイルを参照することにより充電装置への配電を決定するために設計されている。充電プロファイルは本明細書では経時の充電容量を参照するものと理解される。

本発明のこのコンセプトは、特に、接続された電気自動車から発生する充電制御におけるシステム又は装置に関連する。この事案では、当該自動車は、具体的には接続手段（例えば電源ケーブル状のもの）から充電スタンドの電気接続（例えば充電コラムのソケット）に接続する。これらの電気接続は、１本の電力供給線（あるいは多くの電力供給線）を介し電力供給会社（ＰＳＣ）の送電網の主電源に接続される。自動車の充電装置（オンボード充電器）はいずれも、具体的には既存の通信ネットワーク、特に送電網、そこでは信号は通常、１つもしくはそれ以上の搬送波周波数、または充電管理ユニット（コンピュータ）への無線通信リンク（ネットワークアクセスを通した）を介して各線に調整されている、その上でのデータ伝送を伴う「電力線搬送通信（ＰＬＣ）」を通して通信することが望ましい。

各充電装置におけるオンボードのアプリケーションは、従って望ましくは各電気接続（具体的にはＩＳＯ６１８５１）から利用可能な主電源を決定し、望ましくは要求ベースの充電プロファイルと共に充電管理ユニットにこれを報告する。

充電管理または充電管理ユニットでは、オフボードのアプリケーション（つまり自動車または充電装置の外で供給されるアプリケーション）と称されるものは、望ましくは報告された充電プロファイル、主電源の特性、報告され接続された自動車の配電およびそれらの充電装置にもとづき決定する。

望ましくは、充電装置と充電管理ユニットの間の通信のための発明に従うシステムは、当該電源供給線接続された通信の第１手段を持つ。具体的にはＰＬＣモデムの形式で、特に無線通信リンクの構築のために設置および供給され、特に充電管理ユニットに接続が可能な充電装置を介したイーサネット（登録商標）接続の形式である。

充電装置は充電管理ユニットとの通信を可能とするため、システムは通信の第２手段を持つことが望ましい。具体的には、ＤＳＬルータの形式で、充電管理ユニットと節毒できる充電装置を介して、充電管理ユニットとのインターネット接続を構築するために設計される。

これはまた、充電プロトコルが分離した充電管理システムの道筋を定めることができることを意味し、それにより充電管理は、ネットワークおよび充電コラムの立地への地理的なアクセスに関わりなく、具体的にはサービス機能として実行できる。

本発明に従って前述の通信の第２手段を通じ、システムは多様な、特に異なる場所で、充電スタンドを管理もしくは所有することが簡便化する可能性もある。個々の充電装置（自動車）は同様に、それぞれ電気接続（特にＩＳＯ６１８５１）を持つ接続手段を介した、および充電管理ユニット（サーバ）との通信の当該第２手段を介した各事案において、それらのスタンドに接続可能である。該当する場合、それぞれの充電スタンドと充電管理ユニットの間の通信を制御するための局地制御ユニットの各事案は、通信の第１手段および充電スタンドの通信の第２手段の間で供給される。

少なくとも１つの充電スタンドにおける電気接続の占有はＰＬＣまたは少なくとも１つの充電スタンドにおける占有検知ユニットを開始検知されることが望ましく、占有の検知には、例えばそれは少なくとも１つの配置された誘導ベースプレートを持ち、電気接続に意図的に接続された自動車はそのベースプレート（の上）に配置されるため、自動車の存在または電気接続の占有は従って検知することができる。

充電管理ユニット（オフボードのアプリケーション）はまた、充電スタンドで利用可能な各事案の主電源を備えた伝送された充電プロファイルに対応した充電スタンドの、電力ニーズの合計と比較するために設置及び供給されることが望ましい。

報告された電力ニーズの合計が主電源の仕様を越えないことを条件に、すべての報告されたニーズは要求通り提供することができる。報告されたニーズが多過ぎる場合、電力は充電管理ユニット（オフボードのアプリケーション）により個々の自動車に割当てられることが望ましい。

ここにおいて、充電管理ユニットは、当該合計が（充電スタンドでの）各事案において利用可能な主電源を超過している場合に、充電スタンドに接続された自動車に電力を分配するために、自動車が、具体的には２台の自動車が、それぞれの充電スタンドに到着した時に基づいて、早く到着した方に最初に電力を割り当てる自動車の充電装置が備えられ供給されることが望ましい。

この割当て原則は「先着順」として知られる原則である。あるいは、車両管理（例えば冷蔵車、高額な顧客条件または急速充電オプションにおおける、出発時刻、範囲要件、最小充電要件）にもとづく自動車の優先性は割当原則として使用することができる。

したがって、充電管理ユニットは、特に当該合計が充電スタンドの各事案で利用可能な主電源を超過した場合に、自動車の充電装置に配電するために、自動車の出発時刻、自動車の範囲要件、自動車の最小充電要件、自動車の顧客条件および/または自動車の急速充電オプションの機能を備えかつ供給されることが望ましい。

システムに対応した方法はまた、本発明のさらなるコンセプトと考え得る。従って、方法は自動車の充電バッテリを供給し、具体的には本発明にしたがってシステムを使用することで、少なくとも伝送された充電プロファイルを参照することにより、自動車への配電を決定される手段によって、自動車は充電されるバッテリの充電プロファイルを決定し、それらを中央に、出来る限り離れた充電管理ユニットに伝送する。

自動車はまた、伝送された充電プロファイルと利用可能な主電源を参照することにより決定された、それぞれの自動車への配電を手段として、それぞれのバッテリを充電しこれらを一緒に充電プロファイルとともに充電管理ユニットで伝送するために利用可能な、使用されるＰＳＣの電力網の主電源を決定することが望ましい。

前述の方法は、もちろん、この方法に従うそれらの項目の対応する定式によって、システムに関連する請求項の個々の特徴を手段として、改善されることが可能である。

本発明のさらなるコンセプトは（オフボードの）方法に関する。最初の段階で、通信リンクと自動車識別は、接続された充電管理ユニットと制御ユニットの間で、確立される。次の段階で充電管理は、潜在的な利用可能充電容量および自動車の制御ユニットへの個々の利用可能な充電容量の価格信号との時間曲線を伴って、電子データ構造を伝送する。さらなる段階で、充電管理は自動車別に決定される充電曲線上の、自動車の制御ユニットによって返されたデータ構造を読み取り、充電コラム（電気接続）での充電曲線を手段として自動車から要求された電力プロファイルを供給する。

利用可能な個々の充電の価格信号は、利用可能な充電容量を伴って充電管理ユニットから制御ユニットに伝送されることが望ましい。充電管理ユニットに伝送される望ましい充電曲線はまた、利用可能な充電容量に関連付けられている価格信号に基づいて制御ユニットにより決定される。

各事案でまだ利用可能な任意の残りの充電容量は、充電スタンドに少なくとも１台の自動車が電気接続した後に接続された自動車に提供されることが望ましい。利用可能な残りの充電容量（電力）は、望ましくは充電管理ユニットの少なくとも１台の自動車から伝送された信号を参照することによって、充電管理ユニットによって決定される。本発明の変形例において、緊急の必要性のために予備容量として常に確保されるべき利用可能な充電容量の一部を提供する。

利用可能な充電容量は、また、充電スタンドの少なくとも１つの電気接続の、同じグリッドに接続しているさらなる顧客に基づいて、充電管理ユニットから充電スタンドの少なくとも１つの電気接続に提供されることが可能である。

電力プロファイルが、電気接続での利用可能な最大主電源を超過した少なくとも１台の自動車から要求された場合、少なくともさらなる１台の自動車および/または少なくとも１台の自動車への充電容量の提供は、少なくとも一時的に充電管理ユニットから中断されることが望ましい。その中断は、たとえば、自動車、料金モデル、自動車の優先クラス、自動車の停車時間（充電スタンドで待機している時間の長さ）、および/または自動車の接続時間（充電スタンドに接続している時間の長さ）の、事前定義可能な最小充電状態（最小ＳＯＣ）に基づいて実行されることが可能である。

充電管理ユニットは最初、少なくとも一時的に、充電状態が事前定義可能な最小充電状態（容量）を超過しているそれら自動車の１台への充電容量の提供を中断することが望ましい。

さらに、本発明の変形例として、その停車時間が事前定義可能な限られた停車時間を下回るかまたは超過した自動車の少なくとも１台の、充電容量の提供を少なくとも一時的に中断する、充電管理ユニットを最初に提供する。加えて、本発明の変形例として、その接続時間が事前定義可能な限られた接続時間を下回るかまたは超過した自動車の少なくとも１台の、充電容量の提供を少なくとも一時的に中断する、充電管理ユニットを最初に提供することも可能である。

結果として、本発明による方法は、それゆえ、具体的には、要求された充電プロファイルを弾力的に配分することができる優位性を提供する。充電プロファイルは、顧客の視点から、自動車の現在の充電状態、電力供給者の料金構造およびそれぞれのネットワーク容量に弾力的に調整され得る。異なる料金、たとえばすばやい充電では、本発明では価格信号を通じて提供され得る。加えて、優先条件は望ましい時間帯に充電をするような高額の顧客に提供され得る。計算は自動車識別を通して有利に自動化され得る。

本発明のさらなる特徴および利点またはさらなる独創的なコンセプトは、以下の例示的な実施形態の説明における図を参照することで説明される。

図１は自動車のバッテリを充電するためのシステムの概略を示す。 図２は、図１に示すシステムの誤差の概略を示す。 図３は、図２に示すシステムの誤差の概略を示す。 図４は、オンボード方式で充電された自動車バッテリの充電状態の、経年の関連する発展に従って電力定格に調整した、初期（第１）充電プロファイルを図解で示している。 図５は、経年の充電状態に関連する（調整した）発展に従って、実際に利用可能な最大電力プロファイルのために調整された（第２の）充電プロファイルを図解で示している。 図６は、経年の充電状態の対応する発展に従って、充電プロファイルを調整するための料金プロファイルを図解で示している。 図７は、オンボード方式のそれぞれに最適化の可能性を特徴づける対応する充電予測状態に従って、異なる料金プロファイルのための潜在的（充電）電力プロファイルの数を図解で示している。 図８は、充電容量の縮小を通じた充電プロファイルの最適化を図解で示している。 図９は、充電容量の縮小を通じた充電プロファイルの最適化を図解で示している。 図１０は、充電容量の縮小を通じた充電プロファイルの完成した最適化を図解で示している。 図１１は、充電容量の縮小を通じた最適化を図解で示している。 図１２は、充電容量の縮小を通じた充電プロファイルの完成した最適化を図解で示している。 図１３は、充電容量の部分的な縮小を通じた充電プロファイルの最適化を図解で示している。 図１４は、充電プロファイルの最初の最適化を図解で示している（料金情報無し）。 図１５は、図４に従って最適化における最適化の段階を図解で示している。 図１６は、図４に従って最適化における最適化の段階を図解で示している。 図１７は、図４に従って最適化における最適化の段階を図解で示している。 図１８は、図４に従って最適化における最適化の段階を図解で示している。 図１９は、図４に従って最適化における最適化の段階を図解で示している。 図２０は、図４に従って最適化における最適化の段階を図解で示している。 図２１は、オフボード方式における「先着順」の原則に従った最初の自動車への充電容量の配分を図解で示している。 図２２は、「先着順」の原則に従った第２番目の自動車への充電容量の配分を図解で示している、そして、 図２３は、「先着順」の原則に従った第３番目の自動車への充電容量の配分を図解で示している。

自動車バッテリの充電のシステムに通底するアイデアは、具体的には、自動車１０−１３と直接通信する充電管理ユニットの形式による中央権限から構成され、その自動車は具体的には、充電プロトコル（例えばＩＳＯ/ＩＥＣ１５１１８）を通して充電されるバッテリを持つ電気駆動自動車である。

この目的のために、具体的には、充電管理の性能を表す図１と３の中で示される基盤およびシステム１が提案される。本目的の必要条件は、具体的には、通信プロトコル、それぞれに対応するアルゴリズムを持つ自動車ベース（オンボード）ならびにオフボードのアプリケーションである。

図１では、充電される自動車１０−１３は、それぞれ電力ケーブルの形式の接続手段１００−１０３を介してそれぞれの電力接続１１０−１１３に接続されている。例えば、ソケットの形式では、充電スタンド１’の充電コラム２−５で提供される。電力接続１１０−１１３または充電コラム２−５は、電源供給線７を介して、電力供給会社が供給するグリッドの主電源６に接続されている。

充電スタンド１’の充電コラム２−５に接続されている自動車１００−１０３は、ＰＬＣを介して通信している。この目的では、充電コラム２−５の領域でＰＬＣモデムの形式で最初の通信手段８が提供され、それは電源供給線７と連結しており、通信を電源管理ユニット２０のイーサネット接続９に変換し、それはコンピュータを使用して実行することができる。

電源管理権限２０（電源管理ユニット）は自動車１００−１０３が接続したＴＣＰ／ＩＰ接続を生成する。個々の自動車１００−１０３のIＰアドレスを使用すればそれらの１００−１０３自動車は対処可能となる。

自動車１００−１０３は明確な識別を通して自身を特定する。充電管理権限２０は充電プロトコルを介して各自動車１００−１０３と個別に通信し、充電管理アルゴリズム、自動車監視、充電監視、外部インターフェース等の中央の構成要素を含む。

充電スタンド１’の占有は、当該ＰＬＣ通信または代わりの自動車現状認識、例えば、自動車の下の誘導ベースプレートの使用、を介して任意に構築される。

独立した充電コラム１１０−１１３は、それ自身ではＰＬＣ充電通信に直接関係しない。その代り、通信は、それぞれの充電コラムに接続された自動車１００−１０３の充電装置の間の、前述のＰＬＣ通信８およびイーサネット接続９を介して発生し、自動車１００−１０３および充電管理ユニット２０に設置されたバッテリに充電するために提供される。

各事案での接続した充電装置は、関連付けられたバッテリの充電プロファイル（時間経過に伴う充電容量）を決定し、それを充電管理ユニット２０にそれぞれの充電コラム２−５の利用可能な主電源とともに伝送する。

後者（オフボード）は、伝送された充電プロファイルと関連付けられた主電源を参照することによって、個々の充電装置または充電スタンド１’に接続された自動車１００−１０３への配電を決定し、充電コラム２−５の充電容量の対応する供給を確保する。

自動車（または充電管理ユニット２０を備えた充電スタンド１’）のローカルの電気接続１１０−１１３は、ＩＥＣ６１８５１−１に従って接続へのアクセスを有する。充電スタンド１’内のすべての接続は同じ電力レベルへのアクセスを有するか、またはＩＥＣ６１８５１−１に従い電力限界を接続された自動車１００−１０３に伝送し、この情報を充電管理ユニット２０に提供する。安全機能は、ローカルの充電コラムまたはウォールボックス２−５（例えば気温監視、電流監視）に残る。独立した電気接続１１０−１１３はユニット１’の中に数えられる必要はない。

本システムおよび方法の利点は、具体的には、独立した充電コラム２−５との通信のための複数の配置が不要で、そのため費用が節約できるという点にある。

さらに、充電管理ユニット２０は、図２により、イーサネット接続９からＤＳＬルータ９０を介してＰＬＣモデム８を接続することにより分離することができ、またインターネット接続２０を介して対処することができる。このことで、充電管理ユニット２０（サーバ）と使用されている電力供給２１、任意の車両管理２２、該当する場合、インターネット接続２００を介した実施の予備交換２３、に対応するサーバとの間の通信を簡素化できる。

システム１は、図２のように、充電スタンド１’−３’の回数が、図３に従って、それぞれのＤＳＬルータ９０を介してお互いに接続することができるため、簡単にモジュール化することができる。それにより、中央充電管理ユニット２０はここの充電スタンド１’−３’とインターネット接続２０を介して通信する。ここでは、ここの充電スタンド１’−３’は、該当する場合、ＰＣＬモデム８とＤＳＬルータ９９との間でローカル制御ユニット９９を持つことができ、それは、該当する場合、中央充電管理ユニット２０の責務を担うことが可能である。

システム１を使って、ローカル車両の自動車１０−１３は、具体的には自動車１０−１３の利用の必要性に応じて、利用可能なリソースの最適化された配分を通じ望ましい時間に充電することが可能である。

さらに、車両運転手のＩＴインフラ２２へのシンプルな接続が可能である（図３参照）。また、車両管理がより効率的になる。

オンボードの方法では図４から２０に従い、必要に応じて自動車のバッテリに充電することが原則的に可能である。すなわち具体的には、顧客の要件（出発時間、範囲）、車両要件（部品の経年変化、保護戦略、物理的なフレームワーク条件、電力データ、内部抵抗、効率因子、電力損失、温度など）、ネットワーク要件（接続の物理的なフレームワーク条件、ネットワーク容量、自動車が接続しているネットワークセグメントの状態、電気料金、オペレーティング予備要件、緊急事態）、および充電スタンド要件または充電ケーブル要件（充電ケーブルの最大電流、充電スタンドの最大電流、フェーズの数など）を考慮する。

自動車のバッテリが必要に応じてそのような方法で充電されることを可能にするため、オンボードの最適化アルゴリズムを利用できる図４に従って、それぞれの自動車は最初に初期第１充電プロファイルＫ１を作成する。たとえば、自動車の制御装置に実装可能な、具体的には、オンボード充電器（充電装置）である。このプロファイルは充電容量Ｐの時間曲線を定義し、これは充電状態Ｓ（ＳＯＣ）の関連付けられた展開を決定する（１００％では、バッテリは完全に充電されている）。ここにおいて、具体的には、すべての可能な消費電力に関するバッテリ要件およびすべての可能な電力損失に関する充電装置要件は考慮される。

当該最適化アルゴリズムは、図５により、初期（第１）充電プロファイルＫ１を、充電スタンドおよび自動車を充電スタンドに接続するために使用される接続手段（ケーブル）の物理的な電力限界Ｐｍａｘに、調整する。これは、図５の例では、電力を利用可能な最大電力Ｐｍａｘまで低下すること、および、対応する電力プロファイルＰ’を合計充電時間Ｔにまで拡張することを意味する。充電の目標状態Ｓ’は図５ではそれに対応して、実際の充電時間Ｔの前に早期に到達している。図４から２０では、最大充電容量が利用可能な場合、Ｔ０は一定の電圧を伴う充電プロセスでの充電時間を指す。

図６と７により、充電管理ユニットの電力供給の料金情報を伴う時間の面から、充電プロファイルＫ２の同期が発生し、料金プロファイルＣ１およびＣ２の形式で提供される。それらは充電プロファイルＫ２における追加のサンプルポイントを示すが（縦の点線で）、これは料金情報（Ｃ１、Ｃ２）の電力/価格変動の結果である。ここで、Ｃ１とＣ２は対応する料金の電力限界を指定し、価格はそれぞれの場合に電力限界に比例すると仮定すべきである。

これは、経年Ｔの充電容量提案Ｐの最初のセグメント化を示す。必要な場合、追加の時間セグメントは、将来の最適化の可能性を改善するために決定され得る。

提案された料金情報は、物理的限界を考慮した最大電力プロファイルＰ’を決定するために使用される。この最大電力プロファイルＰ’は個々の料金Ｃ１およびＣ２と同時に分離される。

ＳＯＣの予測Ｓ”、すなわち充電予測状態は、現在の充電状態（ＳＯＣ）、自動車のバッテリ特性および最大電力プロファイルＰ’にもとづき決定される。この図７（右側）で示されたＳＯＣ予測Ｓ”は、自動車が完全に充電され得るか、または利用可能な時間Ｔにユーザによって定義された充電の目標状態まで充電できるか、どちらかを決定するために使用される。最適化の可能性は、充電時間Ｔの充電目標状態Ｓ’からの差０を参照することにより識別され得る。

充電が時間内（事前定義された充電時間Ｔ以内）に保証されなかった場合、最適アルゴリズムは終了し、生成された最大充電プロファイルＰ’またはＫ２が充電プロセスを制御するために使用される。

バッテリの十分な充電が可能である場合、最大電力プロファイルＰ’または充電プロファイルＫ２（図７の右側のように）を参照することにより、最適化アルゴリズムは、充電管理ユニットの誘因信号にもとづき、充電目標を達成するためのより好ましいオプションがあるかどうか調べる。

この目的のために、時間軸Ｔに沿って各時間セグメントは、誘因信号にもとづき、価格要素たとえば価格＝サービス＊時間＊インセンティブに起因するもの、が提供され得る。

そして、すべての時間セグメントおよびすべての提供された料金は、いずれの電力変化がそれぞれの最大電力プロファイルＰ’と比べて最大の価格優位性を達成できるかを確認するために検索される。そして、この電力変化が依然ユーザの充電目標を達成できるかどうかが検査される。達成できない場合、電力変化は選択ではなく価格要素は適宜調整される。達成できる場合、電力変化は、最大電力プロファイルＰ’で達成され、その結果は新しい最大電力プロファイルＰ’または充電プロファイルＫ２である。価格要素は適宜調整され、最適化プロセスは反復される（参照例、図８から１０）。

もし、たとえば、図１２により、充電目標が達成されない場合、すなわち、９５％から１００％の範囲における計算された充電曲線およびＴ−Ｔ０からＴの範囲に移動した事前定義された（理想的な）充電曲線との間で、交点が無い場合、Ｔで１００％の充電状態を達成する。そしてこの場合、たとえば、充電容量は、現在検討されているセグメント（Ｐ’）で増加することが可能であり、図１３により当該範囲内の望ましい交差につながる。

最適化が実行された後、すなわち、価格要素を参照することにより、充電目標が依然達成されることで（参照例、図１０と１３）さらなる最適化の可能性はなく、計算された充電プロファイルＫ２は充電プロセスを制御するために使用される。計算された充電プロファイルＫ２は依然充電スタンドおよび充電管理ユニットに送信される。

図１４から２０もセグメント的な価格情報が初期に提供されないときの最適化を示す。図１４により、たとえば、充電目標は、ＰｍａｘからＰｍｉｎの範囲（実線と鎖線）での一定の電力プロファイルＰ’を示す２つによって達成され得る。電力プロファイルＰ’の最適化のための続く電力変化は、充電時間Ｔの間の９５％のしきい値を越えない充電状態Ｓ”の時間曲線につながる。従って、充電容量は図１６により絶えず増大し、望ましい交点が発生して最適化は完了する（図１６の右側）。

一方図１７は、充電プロセスの最新の可能な時間で充電容量Ｐが増加する、さらなる最適化戦略を示している。図１７により対応する電力変化は、この場合、求められる交点を生成しない（図１７の右側を参照）。そのため、当該戦略により、電力を増加するための時間が加速され、求められる最適化の結果につながる。図１８の電力プロファイルＰ’を参照。ここにおいて、充電管理ユニットの明細書が満たされる。しかしながら図１８により、電力変化では、Ｔ−１０からＴ（Ｐ’またはＫ２に従い充電曲線の鎖線）の範囲に交点はない。この場合、電力限界は、顧客が望み通りにバッテリを充電するのに十分ではない。この場合、対応するセグメントの安定した増加（図２０の電力プロファイルＰ’を参照）が実行され、現在の事案（充電曲線Ｓ”の状態は９５％から１００％、Ｔ−ＴからＴの範囲を通過する。図２０の右側参照）における求められる交点につながる。対応する便宜的な電力変化は、具体的には、必要に応じて充電を完了することが可能な明細書の後半を通知するために、充電管理ユニットおよびＰＳＣに通知される。

図２１から２３により、オフボード方法または対応するアルゴリズムを通して、最もさまざまの影響を与える変数を考慮して多くの自動車が充電可能である。自動車はここでは、具体的には通信プロトコル（例えばＩＳＯ１５１１８）を介して制御される。この方法は、具体的には充電スタンドまたはこのスタンドの充電コラムで利用可能な最大電力が超過されないことを確実にすることを目的とする。ここで、ネットワーク情報、電気料金、緊急事態およびオペレーティング予備要件は、基本的にはＰＳＣの観点から考慮され得る。車両の管理では、たとえば、自動車の優先順位づけ、自動車の範囲要件、自動車の出発時間、自動車の電力データ、および特殊車両、たとえば冷蔵車のような、の最小要件の結合点等は、方法の入力変数（影響）として適用され得る。例えばプレミアムな駐車スペースのための駐車場オペレータ、たとえばプレミアムな顧客ステイタス、急速充電オプション、または異なる事業モデルなどは、長期滞在の顧客は、費用は方法の入力変数（影響）として適用され得る営業準備金からの収入により賄われるため、無料で駐車できる好ましい条件下で電気を受け取る。

異なる充電戦略は、前述の影響変数から導出できる。たとえば「先着順」と呼ばれる原則にもとづき、各事案の電力における利用可能な残りの充電容量は新しく到着した自動車に提供され、その自動車の応答は残りの利用可能な電力を決定するために使用される。

これを行うために必要な充電管理は、充電スタンドの充電コラムの後ろの充電管理ユニットの形式で達成され得る。グリッドを介して、充電ケーブルで充電スタンドに繋がれた各自動車は、充電管理ユニットとの通信を確立できる。

接続された自動車と充電管理ユニットとの間のＰＬＣ（電力線通信）接続を確立した後、オフボード側（充電管理ユニット）は２つの表をその自動車に送信する。第１の表は利用可能な充電容量Ｐ１を含み、第２の表はそれぞれの時間Ｔでの価格信号を含む。

価格表は特定の時間Ｔに多かれ少なかれ誘因的に充電を行うことになっている電力供給会社からの情報を含む。利用可能な充電容量は、充電スタンドおよび消費者が接続したその他の主電源の容量に依存する。

自動車がすでに充電管理ユニットに接続されている場合は、任意の時刻Ｔにそれらに取り込まれた充電容量は、合計の利用可能電力Ｐ１−Ｐ３から差し引かれ（図２１−２３の充電曲線Ｌ１−Ｌ３）、「新しい最大充電曲線」Ｐ１−Ｐ３は到着した自動車に送信される。

自動車は次に、その制御ユニット（例えば充電装置）に実装されたオンボードアルゴリズムを参照することにより、自動車の実際の充電曲線Ｌ１からＬ３を計算する。自動車は今度は、この充電曲線Ｌ１からＬ３を充電管理システムに送り返す。到着した自動車によって取り込まれた充電容量Ｌ１−Ｌ３はその後、利用可能な最大充電容量Ｐ１−Ｐ３を再計算するために充電管理の中に報告される。

例えば、図２１により、最初は充電スタンドに自動車はないので、一定の最大電力Ｐｍａｘは充電コラムで利用可能である。図２１は右側で、充電容量Ｐ１＝Ｐｍａｘ＝最初の自動車が充電できる充電管理ユニットによって伝送された定数、を参照することにより、充電スタンドに接続された最初の自動車によって計算された充電曲線Ｌ１を示している。この充電曲線Ｌ１は充電管理ユニットに報告され、そこで次の（その後の）第２の自動車（図２参照）が利用可能な充電容量Ｐ２＝Ｐｍａｘ−Ｌ１を計算する。

この充電容量Ｐ２を参照することにより、第２の自動車は、その充電曲線Ｌ２を決定しこれを報告すると充電コラム（図３参照）での充電容量としてＰ３＝Ｐ２−Ｌ２が利用可能となる。第３の自動車はここからその充電曲線Ｌ３を計算する。

かかるオフボード方法の使用は、合計充電容量が電力定格を超過した自動車の効率的な充電を可能にする。同時に、インフラ費用および電力費用の削減は、負荷の平準化と負荷ピークの回避により達成される。このことは、電気自動車車両（充電時間は運転時間に近似するため充電は車両オペレーションにとって不可欠な部分である）の簡単な操作を可能にし、電気自動車と接続した駐車場オペレータの事業モデルに基盤を提供することも可能である。また、変動する供給にもかかわらず再生可能エネルギーの望ましい使用を可能にする。

Claims (15)

1. 自動車のバッテリを充電する方法であって、該自動車はバッテリを充電するために充電スタンドに接続され、当該方法は、
   自動車が、電力スタンドの最大電力定格、充電の初期状態（Ｓ）、充電の目標状態（Ｓ’）および事前定義された充電時間（Ｔ）に基づいて初期充電プロファイル（Ｋ１）を決定するステップと、
   事前定義された充電時間（Ｔ）以内に充電の目標状態（Ｓ’）を達成可能かどうかについて確認するステップを有する、
   ことを特徴とする方法。
2. 自動車が、充電管理ユニットで提供され充電スタンドで利用可能な充電時間（Ｔ）の最大電力プロファイル（Ｐ’）を参照することにより、具体的には、充電スタンドの主電源である充電管理ユニットとの継続的通信を介して、さらなる充電プロファイル（Ｋ２）を計算することを特徴とする、
   請求項１に記載の方法。
3. 自転車が、少なくとも充電の現状、自動車バッテリの特徴、及びさらなる充電プロファイル（Ｋ２）に基づいて、充電予測の状態（Ｓ”）を決定し、充電予測の状態（Ｓ”）は自動車が利用可能な充電時間（Ｔ）以内に充電の目標状態（Ｓ’）まで完全に充電可能かどうかを決定するために使用されることを特徴とする、
   請求項２に記載の方法。
4. 自動車が、充電管理ユニットにより提示される料金プロファイル（Ｃ１、Ｃ２）を備えたその他の利用可能な電力プロファイル（Ｐ’）をチェックすること
   を特徴とする、
   請求項１から３のいずれかに記載の方法。
5. 自動車が、提示された各料金プロファイル（Ｃ１、Ｃ２）について、充電プロファイル（Ｋ２）とそれぞれに関連する料金プロファイル（Ｃ１、Ｃ２）に対応する費用を計算し、
   自動車が、充電の目標状態を対応する充電プロファイル（Ｋ２）で達成できるかどうかをチェックすることを特徴とする、
   請求項５に記載の方法。
6. 自動車が、充電の目標状態（Ｓ’）を最安の費用で達成できる充電プロファイル（Ｋ２）を充電管理ユニットから呼び出すことを特徴とする、
   請求項５に記載の方法。
7. さらなる充電プロファイル（Ｋ２）が、時間に関して、充電管理ユニットから時間分化された料金プロファイル（Ｃ１、Ｃ２）と同期し、さらなる充電プロファイル（Ｋ２）に対応する時間分化を生成することを特徴とする、
   請求項２および請求項２に従属する請求項３から６のいずれか１項に記載の方法。
8. 自動車が、当該料金プロファイル（Ｃ１、Ｃ２）を参照することにより、充電スタンドで利用可能な最大電力プロファイル（Ｐ’）を決定し、最大電源プロファイル（Ｐ’）は個別の料金プロファイル（Ｃ１、Ｃ２）と同じ時間分化を有し、請求項３に記載の充電予測の状態は自動車が利用可能な充電時間（Ｔ）以内に充電の目標状態（Ｓ’）まで完全に充電可能かどうかを決定するために使用されること
   を特徴とする、
   請求項３から７のいずれか１項に記載の方法。
9. 自動車が利用可能な充電時間（Ｔ）以内に充電の目標状態（Ｓ’）まで完全に充電されなかった場合、生成された最大電力プロファイル（Ｐ’）がバッテリを充電するための充電プロファイル（Ｋ２）として使用されることを特徴とする、
   請求項８に記載の方法。
10. バッテリが、最大電力プロファイル（Ｐ’）を使って十分に充電された場合、自動車は充電管理ユニットの誘因信号に基づき、充電の目標状態を達成するためのより安価な選択があるかどうかチェックし、具体的には、時間セグメントから生じた各時間セグメントは誘因信号にもとづく費用要素を供給し、この要素は、具体的には、利用可能な電力の生産物、その電力の持続時間、及び充電管理ユニットからの事前定義可能な誘因要素から生じることを特徴とする、
    請求項８に記載の方法。
11. 自動車は、すべての時間セグメントおよびすべての提示された料金プロファイル（Ｃ１、Ｃ２）により、最大電力プロファイル（Ｐ’）と比べてどの電力変化が時間セグメントにおいて最大の費用優位性を達成するかをチェックし、自動車は、具体的にはこの電力変化が依然充電の目標状態（Ｓ’）を達成しているかどうかをチェックすることを特徴とする、
    請求項３から１０のいずれか１項に記載の方法。
12. 目標充電状態（Ｓ’）が当該電力変化によりそれ以上達成されない場合、当該電力変化は破棄され、具体的には、費用要素は適宜調整されることを特徴とする、
    請求項１１に記載の方法。
13. 充電の目標状態（Ｓ’）が当該電力変化により達成可能な場合、当該電力変化は最大電力プロファイル（Ｐ’）の自動車により実行され、具体的には費用要素は適宜調整されることを特徴とする、
    請求項１１に記載の方法。
14. 費用要素を参照することにより、充電の目標状態（Ｓ’）が依然望ましく達成できるためにさらなる電力変化が決定されない場合、決定された充電プロファイル（Ｋ２）がバッテリを充電するために使用され、あるいは、特に、自動車は、すべての時間セグメントを参照すること及びすべての提示された料金プロファイル（Ｃ１、Ｃ２）を参照することにより、いずれの電力変化が最大電力プロファイル（Ｐ’）に比べて時間セグメントの中で費用優位性を達成するかを確認し、自動車はこの電力変化が依然充電の目標状態（Ｓ’）を達成するかどうかをチェックすることを特徴とする、
    請求項１２又は１３に記載の方法。
15. 決定された電力プロファイル（Ｐ’）が充電スタンドと充電管理ユニットに伝送されることを特徴とする、
    請求項１４に記載の方法。
    
    

Images