JP2014519300A

JP2014519300A - 電気エネルギを供給する方法および装置

Info

Publication number: JP2014519300A
Application number: JP2014508695A
Authority: JP
Inventors: エーガーコリヤ; ケプカアレクサンダー; ツヴィアラインアンドレアス
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2011-05-04
Filing date: 2011-05-04
Publication date: 2014-08-07
Anticipated expiration: 2031-05-04
Also published as: US9283863B2; US20140084874A1; WO2012149965A1; EP2665618A1; JP5933689B2; CN103502042A; EP2665618B1; CN103502042B

Abstract

本発明による解決手段によって提案されるのは、殊に電動車両用の充電管理であり、ここでは、あらかじめ設定される多面的に調整可能な複数の副条件下で、複数の充電過程に対する最大充電電流を、例えば複数の充電ステーションおよび／または電動車両に対する最大充電電流を、集中型または分散型に調整することができる。これらの副条件には有利には経済的および／または技術的設定値を含むことが可能である。上記の集中型負荷管理の他に分散型負荷管理も設けられており、ここでは上記の負荷分散は、マスタ充電ステーションを介して、または各充電ステーションそれ自体によって自律的に実行される。マスタ充電ステーションが故障した場合、バックアップ・マスタ充電ステーションに切り換えられる。本発明は、例えば、エレクトロモビリティにおいて、殊に自家輸送に電化において使用可能である。

Description

本発明は、電気エネルギを供給する方法および装置に関する。

エレクトロモビリティには、給電網からの電動車両の充電を可能にするインフラストラクチャが必要である。このためには有利には、充電のための電動車両を接続することができる充電ステーションが設けられる。さらには認証、決済または充電過程を監視するための付加的なコンポーネントないしは機能が設けられる。

この際に問題であるのは、相異なる時点に開始される多数の充電過程において供給される電気エネルギを効率かつ公正に分配することである。別の問題は、このような負荷分散状況においてあらかじめ設定される複数の条件、例えば「エコロジカルな電力による充電」ないしは充電ステーション、送電線またはトランスの容量限界を順守することにある。

本発明の課題は、上で挙げた欠点を回避し、殊に電動車両を充電するための効率かつ公正な負荷管理を提供することにある。

この課題は、独立請求項に記載した特徴的構成によって解決される。本発明の発展形態は、従属請求項に記載されている。

上記の課題を解決するため、電気エネルギを供給する方法が提供され、
− 少なくとも１つの充電ステーションは、状態変化を充電システムに通知する、
− この充電システムは、負荷分散を求め、（少なくとも１つの）充電ステーションに通知する、
− この（少なくとも１つの）充電ステーションは、上記の通知された負荷分散にしたがって上記の電気エネルギを供給する。

上記の充電システムは、ハードウェアコンポーネントおよび／またはソフトウェア機能とすることが可能である。この充電システムは、相異なる複数のユニット上にソフトウェア機能として実現することが可能である。殊にこの充電システムは、上記の充電ステーションの一部、または別の充電ステーションの一部、または中央コンポーネントの一部とすることが可能である。

したがって上記のアプローチにより、例えば公共的に利用可能な電力スタンドの一部である、例えば複数の充電ステーションを含む充電システムに対する負荷管理が可能になるのである。上記の負荷管理により、経済的である共に（ネットワーク）技術的でもあり得る相異なる複数の条件を満たしながら負荷分散が求められる。例えば、これにより、ネットワークの狭隘を回避することができると同時に、充電過程がエコロジカルな電力（例えば、再生可能なエネルギ源から得られる電力）によって行われることを保証することができるのである。

上記の複数の条件を満たすため、上記の負荷管理は、個々の充電ステーションにおける最大充電電流ないしは最大出力受容を制御し、これによって（例えば優先度または契約権利も満たしながら）複数の充電過程間の一種の公正性を保証するのである。

上記の集中型負荷管理は、上記の全体システムの別の複数のコンポーネントを使用して、または直接、複数の充電ステーションに相応の設定を行うか、またはここから状態値を受け取る。

上記の集中型のアプローチの利点は、集中式の認証を簡単に提供できることである。別の利点は、例えば充電に利用されるカードには記憶されていない顧客の契約タイプについての情報が、上記の中央のインスタンスに存在し、相応に利用できることである。

さらにここでは分散型負荷管理が提案され、この負荷管理は、上記の集中型負荷管理と同じ負荷分散を求める方法を使用できるが、オペレーションセンタまたは分散制御システムは不要である。上記の負荷管理は、分散型で行われる。すなわち、充電過程または充電ステーションは、それ自体で組織化されるのである。有利には、上記の複数の充電ステーションまたは充電過程の初期設定ないしはパラメタ設定には中央コンポーネントを使用する。

１つの発展形態では、少なくとも１つの副条件、および、接続されたまたはアクティブな充電ステーションの個数に基づいて上記の負荷分散を求める。

別の発展形態では、上記の副条件には、以下の設定値のうちの少なくとも１つ、すなわち、
− あらかじめ設定された最大許容容量、
− 重み付けファクタまたは優先度、
− 殊に充電過程毎またはベースステーション毎または電動車両毎の最大許容充電電流、のうちの少なくとも１つが含まれている。

殊に１つの発展形態では、上記の最大許容容量には、以下の選択肢のうちの少なくとも１つ、すなわち、
− 充電ステーションのあらかじめ設定された最大許容容量、
− ケーブルのあらかじめ設定された最大許容容量、
− トランスのあらかじめ設定された最大許容容量、
− ローカルネットステーションのあらかじめ設定された最大許容容量、
− 取り決めまたは契約にしたがってあらかじめ設定された最大許容容量、
− 電動車両のあらかじめ設定された最大許容容量、
− エネルギ源のあらかじめ設定された最大許容容量、
− （例えば、複数のエネルギ源の集合体を含む）仮想発電所（Virtual Power Plant）のあらかじめ設定された最大許容容量、のうちの少なくとも１つが含まれている。

上記の充電システムが、中央充電システムであるのも１つの発展形態である。

さらに１つの発展形態では、上記の充電システムは、マスタ充電ステーションによって構成される。

付加的な発展形態の枠内において上記のマスタ充電ステーションは、識別子によって求められる。

例えば、マスタ充電ステーションとして、値が最も小さい識別子を有する充電ステーションを選択する。

つぎの発展形態では、中央コンポーネントによって上記の充電ステーションのコンフィギュレーションまたはパラメタ設定を行う。

１つの実施形態では、（例えば前もって）少なくとも１つのバックアップ・マスタ充電ステーションを決定する。

上記の少なくとも１つのバックアップ・マスタ充電ステーションは、その識別子によって決定することができる。例えば、２番目に小さい識別子を有する充電ステーションが、第１のバックアップ・マスタ充電ステーション等々である。

択一的な実施形態では、上記のマスタ充電ステーションは、各状態変化を上記の少なくとも１つのバックアップ・マスタ充電ステーションに通知し、この少なくとも１つのバックアップ・マスタ充電ステーションにより、上記の状態変化に基づいて負荷分散を求める。

つぎの発展形態では、上記のマスタ充電ステーションにより、求めた負荷分散を少なくとも１つのバックアップ・マスタ・ベースステーションに通知する。

したがって各バックアップ・マスタ充電ステーションは、バックアップ・マスタ充電ステーションにおいてローカルに利用可能な負荷分散に基づき、上記のマスタ・ステーションを置き換えることができる。上記のマスタ充電ステーションが、例えばあらかじめ設定した時点に、またはトリガに応じて、目下の負荷分散のための情報を上記の少なくとも１つのバックアップ・マスタ充電ステーションに通知することも可能である。

マスタ充電ステーションが故障した際にはつぎのバックアップ・マスタ充電ステーションが起動されるかないしはそれ自体で起動することも１つの実施形態である。

別の発展形態では、再起動された前のマスタ充電ステーションを再度マスタ充電ステーションとして当面は利用しない。

これは、例えば、前のマスタ充電ステーションの識別子を相応に変更して、マスタ充電ステーションとして選択するための判定基準をこの識別子が満たさないようにすることによって保証することができる。例えば、このために上記の識別子にバージョン番号を補足する。

付加的な実施形態では、上記の充電システムは、各充電ステーションによって分散型に構成され、上記の電気エネルギは、別の複数の充電ステーションの情報またはメッセージにも基づき、充電ステーションによって調整される。このアプローチは、「ゴシッピング（Gossiping）方式」とも称され、殊に集中型の処理にコストがかかりすぎる大規模ネットワークに適している。上記の調整は、中央充電システムなしに行われ、充電ステーション同士は、ピア・ツー・ピア（Ｐ２Ｐ）として互いにメッセージを交換することができる。ここではこのようなメッセージに基づき、例えば種々異なる推定値を求めることができる。これらの推定値は、例えば、上記のＰ２Ｐネットワークにおけるエネルギ消費についての推定値である。これらの推定値に基づき、充電ステーションの負荷管理コンポーネントは、充電電流を決定する。

別の実施形態では、供給される電気エネルギによって少なくとも１つの電動車両（ないしは電動車両の少なくとも１つのバッテリ）を充電する。

上記の課題は、処理ユニットを有する、電気エネルギを供給する装置によっても解決され、この処理ユニットは、
− 状態変化を充電システムに通知可能であり、
− 上記の充電システムによって求めた負荷分散を受信するか、または殊にローカルに準備し、
− この負荷分散にしたがって上記の電気エネルギを供給可能である
ように構成されている。

充電システムは、ハードウェアコンポーネントまたは（例えばソフトウェアとしての）関数とすることが可能であり、または上記の装置の一部、（別の）充電ステーションの一部、または中央ユニットの一部とすることが可能である。

上記の処理ユニットは、例えば、プロセッサユニットおよび／または少なくとも部分的にハードウェアに組み込まれたまたは論理的な回路装置とすることができ、この装置は、例えば、ここで説明した方法を実行できるように構成されている。上記の処理ユニットは、相応する所要の周辺装置（記憶装置、入出力インタフェース、入出力装置など）を有する任意のタイプのプロセッサまたは計算機またはコンピュータとすることができるかまたはこれらを含むことができる。

方法についての上記の説明は、上記の装置にも相応に当てはまる。この装置は、１つのコンポーネントまたは分散させて複数のコンポーネントにおいて実施することができる。殊に上記の装置の一部をネットワークインタフェース（例えばインターネット）を介して接続することも可能である。

１つの発展形態では、上記の装置は、殊に電動車両を充電するための充電ステーションとして構成されている。

以下、図面に基づき、本発明の実施例を示して説明する。

エネルギ網を介して電動車両を充電するための概略図である。「マスタの選択」アプローチを可能にするかないしはサポートする分散型負荷管理の概略アーキテクチャを示す図である。充電ステーションに対する例示的な状態図である。

ここで提案されるのは、負荷分散を最適化することである。すなわち、例えば効率的および／または公正な負荷分散を提供し、その際に殊に相異なる周囲条件が満たされるようにすることである。周囲条件として、例えば、以下の条件が考慮される。すなわち、
− 各充電セッションは、ＩＤ（識別子またはラベルとも称される）により、充電装置（例えば充電ステーション）に対応付けることができ、例えば、ユーザまたは充電すべき車両の契約タイプに基づいて、１つまたは複数のグループに対応付けることができる、
− １つのグループに対して容量を、例えば充電容量をあらかじめ設定するか別の手法で求めることができる、
− １つの充電過程に対するまたは充電過程毎の充電電流の制限をあらかじめ設定することができる、
− 各充電過程は、例えば、基本充電電流または最小充電によって行うことができる、
− 充電過程毎にこの充電過程の優先度についての重み付けファクタを求めることができる。

ローカルネットワークステーションは、例えば、多数の接続点を備えた低電圧ネットワークへ至る多数の分岐部を有しており、これらの接続点を介して、例えば、充電ステーションによって車両の充電過程を実行することができる。ローカルネットステーションは、（少なくとも１つの）トランスを介して中間電圧レベルのエネルギネットワークに接続されている。このトランスにより、あらかじめ定めた最大充電容量が供給される。上記の接続点によってこの最大充電容量が満たされるようにする。さらにこのエネルギネットワークは、トランスを介して、相異なる電流タイプを、例えば、好適電流と、（以下では「エコロジカルな電流」とも称する）エコロジカルに得た電流とを供給することができる。これらの電流タイプは、相異なる価格に結びつけられていることがあり得る。例えば、充電過程のｘ％（ただｘ＝０…１００）までをエコロジカルな電流で行いたいというのが、ある顧客の条件であることがあり得るのである。このことは、例えば、契約によって調整することができ、充電過程の際に相応に考慮することができる。また上記の条件を満たすことかできない場合にはこれを要望として扱って、別の選択肢（ここでは例えば最も好適電流）に切り換えることもできる。例えば、充電過程をエコロジカルな電流だけによって、または有利にエコロジカルな電流によって行うグループに一人の顧客を割り当てることができる（上記の契約タイプと、グループ所属とを結びつけることができる）のである。

図１には、エコロジカルな電流１０２と、好適電流１０３とを有するエネルギネットワークによって給電可能なトランス１０１が示されている。トランス１０１は、例えば、ローカルネットワークステーションの一部である。

トランス１０１は、送電線を介して３つの分岐部１１７，１１８および１１９に接続されている。分岐部１１７は、接続点１０４を介して充電ステーション１０９に接続されており、ここで電動車両１１３が充電される。分岐部１１７はさらに、接続点１０５を介して充電ステーション１１０に接続されており、ここで電動車両１１４が充電される。さらに、例えば分岐部１１９は、複数の接続点１０６〜１０８に接続されており、接続点１０６は充電ステーション１１１に接続されており、ここで電動車両１１５が充電され、接続点１０８は充電ステーション１１２に接続されており、ここで電動車両１１６が充電される。

例えば、ローカルネットワークステーションにおけるトランス１０１も、各分岐部１１７〜１１９も共に上回ってはならない最大容量を有する。

（集中型または分散型）の充電システムにおいて、充電過程毎にラベル（ＩＤ）が管理される。さらに電動車両用の充電過程は、最大許容充電電流Ｉ^MAXを有する。この最大許容電流は、例えば、上記の充電過程を制限する複数の量の最小値として得られる。すなわち、この最大充電電流は、
− 電動車両と充電ステーションとの間のケーブルの最大許容充電容量、
− 充電ステーションの最大許容充電容量、および
− 充電ステーションと上記の分岐部との間の最大許容充電容量
によって制限されるのである。

上記の複数の最大許容充電容量の最小値（具体的には上記のチェーンで最も弱い構成部分）が、最大許容充電電流Ｉ^MAXの決定要因になる。

有利には（時間的に制限される）１つの充電過程は契約そのものに対応付けられる。この契約によって示されるのは、例えば、エコロジカルな電流または好適電流のいずれを使用すべきであるかである。電流タイプの混合形態も考えられる。補足的に指摘しておきたいのは、この例では、わかりやすくするために２つの電流タイプだけを区別していることである。これに相応して相異なる多くの電流タイプ、例えば、相異なるプロバイダによる、場合によっては価格の異なる電流タイプが考えられる。最大許容充電容量に関連して、契約と割当量とを結び付けることが可能である。

充電システムは、グループおよび日毎にプロフィールを得ることができ、例えば、単位時間当たりに複数の値（例えば１日当たり９６個の１５分値）を得るかまたはあらかじめ設定することができる。

以下では、図１を参照して１つの例を示す。

電動車両１１３は充電過程に対する識別子ＩＤ１を、電動車両１１４は充電過程に対する識別子ＩＤ２を、電動車両１１５は充電過程に対する識別子ＩＤ３を、また電動車両１１６は充電過程に対する識別子ＩＤ４を有している。ＩＤ１およびＩＤ３をそれぞれ有する電動車両１１３および１１５は、エコロジカルな電流１０２により、またＩＤ２およびＩＤ４をそれぞれ有する電動車両１１２および１１５は、好適電流１０３によって充電するものとする。

したがって、例えば、以下のグループが得られる。すなわち、
− エコロジカルな電流で充電すべきであるグループＧ_oek
Ｇ_oek＝｛１，３｝
− 好適電流で充電すべきであるグループＧ_guenst
Ｇ_guenst＝｛２，４｝
− 分岐部１１７において充電すべきグループＧ_Abg1
Ｇ_Abg1＝｛１，２｝
− 分岐部１１８において充電すべきグループＧ_Ablg2
Ｇ_Abg2＝｛｝
− 分岐部１１９において充電すべきグループＧ_Ablg3
Ｇ_Abg3＝｛３，４｝
− 上記のトランスにおいて充電される（すべき）グループＧ_Trafo
Ｇ_Trafo＝｛１，２，３，４｝
が得られるのである。

上記の中括弧｛…｝には、各グループに該当する電動車両１１３〜１１６の識別子が含まれている。択一的には、上記の充電過程に対する識別子として識別子ＩＤ１〜ＩＤ４で示すことも可能である。

各グループまたは上記のグループの選択は、例えば容量制限Ｃ_Gruppeを有する。

以下では、例えば相応する負荷分散を考慮して、例示的に集中型または分散型（これについてはさらに以下を参照されたい）の充電システム（「負荷管理部」とも称される）を説明する。この負荷分散は、有利にはあらかじめ設定した副条件を考慮して行われる。この充電システムは、例えば、充電過程毎ないしは充電ステーション毎の最大電力需要量（電流）を決定するパラメタＩ^Targetを求める。この充電システムは、例えば、ＩＥＣ６１８５１規格にしたがってまたはこれに基づいて動作させることができる。

上記の充電システムは、例えば、（例えば関数コールとして実現される）つぎの機能を提供するインタフェースを含むことが可能である。すなわち、
− energyRequest()：別の（新たな）充電過程について上記の負荷管理部に通知する；
− sessionEnd()：充電過程の終了；
− sessionUpdate()：充電過程の状態値の更新；
− energySet()：充電システムによってパラメタＩ^Targetを目標値として設定する。

ここで述べておきたいのは、上記の充電過程は、セッション（または"Session"）と称することができることである。

以下では、パラメタＩ^Targetの分散により、例えば、全体容量の効率的かつ公正な分配を可能にする例示的なアプローチを説明する。

全体容量の公正な負荷分散
このシナリオでは、全体容量Ｃをあらかじめ設定する。さらにここではただ１つの個別グループがあり、かつ、充電過程の個数ｎは既知である。この負荷分散に対する目標値ＩTargetは、
Ｉ^Target＝Ｃ／ｎ
となる。

上記の負荷分散は、つぎのように実行することができる。すなわち
（ａ）充電ステーションは、例えば上記の関数energyRequest()，sessionEnd()，sessionUpdate()によって上記の（中央の）充電システムに状態変化について通知する。
（ｂ）つぎのステップにおいて上記の充電システムは、各状態変化時に、負荷分散を求めて、これを上記の（複数の）充電ステーションに通知する。

公正な重み付き負荷分散
このシナリオにおいても全体容量Ｃをあらかじめ設定する。ここではただ１つのグループがあり、充電過程の個数ｎは既知である。１つの充電過程ｓ∈Ｓに対して、優先度付けのための重み付けファクタｗ_sを定める。上記の負荷分散は、ベクトル
Ｉ^Target＝（Ｉ_s ^Target，ｓ∈Ｓ）
の形で決定することができる。

充電過程毎の負荷分散Ｉ_s ^Targetの目標値は

となる。

負荷分散は、上で説明したシナリオ「全体容量の公正な負荷分配」のステップに類似して行われる。

例：全体容量Ｃ＝１００およびｎ＝１０個の充電過程ならびに以下のベクトルｗによるこれらの１０個の充電過程の重み付けにより、ここからつぎのような負荷分散ベクトルＩ^Targetが得られる。すなわち

である。

２つの副条件を有する公正な負荷分散
このシナリオにおいても全体容量Ｃをあらかじめ設定する。ここではただ１つの個別グループがあり、充電過程の個数ｎは既知である。上記の充電電流は、充電過程ｓ毎に個別に最大充電電流Ｉ^MAXに制限することができる、すなわち、
Ｉ^MAX＝（Ｉ_s ^MAX，ｓ∈Ｓ）
である。

上記の負荷分散は、例えば、いわゆる"Max-Min Flow Control"方式によって行うことができる（D.Bertsekas，R.Gallager："Data Networks"，2nd Edition，Prentice-Hall，１９９２，第５２７，５２８頁を参照されたい）。

例：全体容量Ｃ＝１００およびｎ＝１０個の充電過程ならびに充電過程毎の充電電流の制限により、ここから負荷分散ベクトルＩ^Targetが得られて、

となる。

公正な重み付けおよび正比例の負荷分散
各充電過程は、充電ステーションの識別子により、また契約タイプにより、相異なるグループに対応付けることができる。グループ毎に最大容量Ｃ_GruppeIDを定めることができる。充電過程毎に充電電流を関係式
Ｉ^MAX＝（Ｉ_S ^MAX，ｓ∈Ｓ）
にしたがって制限することができる。さらに各充電ステーションには少なくとも１つのベース電流Ｉ^Basisが含まれると定めることができる。１つの充電過程ｓ∈Ｓに対し、優先度付けのための重み付けファクタｗ_sを定める。

これにより、つぎの最大値問題

が得られ、これは副条件
Ｒ・Ｉ^Target ≦ Ｃ，
Ｉ_S ^Target ≧ Ｉ^Basis，
を有しており、ただしＲは、上記の複数の充電過程およびそれらの容量制限を有するマトリクスを表し、Ｃは、すべての容量制限を有するベクトルを表し、Ｉ^Targetは上記の負荷分散ベクトルを表す。

対数関数の代わりに任意の凹関数を使用することができる。

例：図１に示した例に基づき、図示の４つの充電過程に対してさらに別の６個の充電過程を設定する。したがって合計するとｎ＝１０の充電過程が得られる。付加的にはつぎの最大容量が設定される。すなわち、
− エコロジカルな電流に対して：Ｃ_oek＝４５；
− 好適電流に対して：Ｃ_guenst＝２００；
− トランスに対して：Ｃ_Trafo＝１００；
− 分岐部１１７に対して：Ｃ_Abg1＝４０；
− 分岐部１１８に対して：Ｃ_Abg2＝１００；
− 分岐部１１９に対して：Ｃ_Abg3＝１００；
である。

充電過程１〜１０に対してつぎの最大電流が設定される。すなわち、

である。

充電過程毎の最小電流としてＩ^Basis＝６を設定する。

ここから上記のマトリクスＲは、

となり、ここでマトリクスＲの列は、充電過程１〜１０を表す。ベクトルＲ_Abg1は、充電過程１〜５が分岐部１１７によって行われることを示し、ベクトルＲ_Abg3は、充電過程６〜１０が分岐部１１９によって行われることを示している。分岐部１１８は、この実施例において充電過程を行っていない。ベクトルＲ_Trafoは、トランス１０１がすべての充電過程１〜１０を行うことを示している。ベクトルＲ_oekは、充電過程１，３，５，７および９がエコロジカルな電流によって行われ、ベクトルＲ_guenstは、充電過程２，４，６，８および１０が好適電流によって行われることを示している。

ベクトルＣは、

となる。

ここから負荷分散ベクトルに対して

となる。

この実施例において、上記の制限となる副条件は、充電過程６，９および１０に対する最大許容電流と、分岐部１１７の最大許容容量（Ｃ_Abg1＝４０）と、トランス１０１の最大許容容量（Ｃ_Trafo＝１００）と、最大許容（または可能）エコロジカル電流（Ｃ_oek＝４５）とである。

さらにここでは、上記の個別の充電過程が付加的に重み付けファクタｗ_sによる優先度付けを得ることも可能である。この優先度付けは、上で挙げた設定値に加えて、上記の負荷分散ベクトルを求める際に考慮することができる。すなわち、

である。

ここで示したアプローチの１つの利点は、あらかじめ設定しかつ多面的に調整可能な複数の副条件を考慮して、複数の充電過程に対する、例えば複数の充電ステーションおよび／または電動車両に対する最大充電電流を集中型または分散型に調整できることである。これらの副条件は、経済的に設定値および／または技術的な設定値を含むことができる。

例：分散型負荷管理
分散型負荷管理は、相異なる手法で行うことができる。以下では、例示的に２つの例を説明する。

（１）マスタの選択
ここでは、例えば１つのコンポーネントにおいて実行可能な複数の関数である充電過程または充電ステーションにより、上記の負荷分散を求める１つのマスタを選択することができる。以下で例示的に仮定するのは、複数の充電ステーションがピア（通信を行うコンポーネントまたは関数）として動作し、それ自体で組織化されていることである。このアプローチは、１つまたは複数のコンポーネント上で実行可能である関数に対しても同様に可能である。

このマスタが故障している場合、このことは別の充電ステーションによって識別されて新たなマスタが決定される。このアプローチの利点は、上記の負荷管理を分散型アプローチに適合させる必要がなく、変更なしに上記の集中型負荷管理から引き継げることである。分散型の実行によって発生する複雑さは、上記の負荷管理コンポーネントの外部にあり、別のコンポーネントによって提供することができる。

（２）（「ゴシッピング方式」とも称される）マスタなしの通信
ここでは、集中型インスタンスなしに調整が行われる。上記の複数の充電ステーションは、Ｐ２Ｐ（Peer-to-Peer）ネットワークを構成し、他の充電ステーション（Peer）と通信する。これらの充電ステーションは、例えば、ランダム（または疑似ランダム）に、またはあらかじめ設定された方式にしたがって選択される。

ここでは、例えば、Ｐ２Ｐネットワークにおける今日の総消費を介して、相異なる推定値を求めることができる。この推定値に基づき、充電ステーションの負荷管理コンポーネントは自律的に、設定すべき充電電流Ｉ^Targetを決定する。上記のゴシッピング方式では、負荷管理は分散されて（例えば分散されたアルゴリズムによって）実行される。このステップは、アルゴリズム毎に新たに実行しなければならない。

上記のゴシッピング方式は、集中型の処理にコストがかかりすぎるかないしは集中型の処理の調整だけではトラフィック負荷が高くなりすぎる大規模ネットワークに適している。

以下ではアプローチ（１）「マスタの選択」を詳しく説明する。殊に個数の少ない（例えば約３２個）充電ステーションに対し、上記のマスタに対する処理コストは、クリティカルではなく、上記の複数のコンポーネントの性能に影響しない。

ここでは、収束特性によって変動が発生しない決定的な負荷管理が達成できることは有利である。

「マスタの選択」を有する分散負荷管理の例
図２には、「マスタの選択」のアプローチを可能するないしはサポートする分散型負荷管理のアーキテクチャの例が示されている。

上記の充電ステーションでは有利には、ここで説明する分散型アプローチを行うプログラムが使用される。例えば、同じ１つのプログラムを複数の充電ステーション上で動作させることができる。なぜならば、これにより、各充電ステーションは（Ｐ２Ｐネットワークのノードとして）、上記のマスタの機能を引き継ぐことができるからである。

上記のプログラムは、無線通信または有線通信のような相異なる通信パスを利用することができる。例えば、充電ステーションは、イーサネット２０１および／または移動無線ネットワーク２０２（例えばＧＳＭ，ＵＭＴＳ，ＬＴＥなど）を介してＴＣＰ／ＩＰ２０３によって互いに通信することができる。

図２のプロトコルアーキテクチャにおいて、ＴＣＰ／ＩＰ層２０３の上側には、ＩＰネットワークの上位の論理ネットワークを管理するオーバレイネットワーク２０４が示されている。

１つのＰ２Ｐネットワークには、多くの動的特性（時間にわたる変化）を有する極めて多くのピア（ここでは例えば充電ステーション）を設けることができる。上記のオーバレイネットワーク２０４は、分散されたハッシュテーブル（いわゆる"Distributed Hash Table"）によって構造化することできる。ここで示した例において、（エンジニアリングフェーズまたはパラメタ設定とも称される）コンフィギュレーションフェーズにおける上記のオーバレイネットワーク２０４の管理は、１つの中央コンポーネントによってサポートされる。すなわちこのＰ２Ｐネットワークの各ピア（充電ステーション）は、そのコンフィギュレーション時にすべてのピア（充電ステーション）の完全なリストを受け取るのである。

すべてのピアのこのリストに基づいて各充電ステーションにおいて上記のマスタ２０５の選択が行われる。第１のステップでは、このピアの複数のリストに一貫性があると仮定する。これらのピア・リストに一貫性がない場合、これらは同期化される。上記のマスタは、中央インスタンスによって与えられるピアＩＤに基づいて選択される。例えば、最も小さいピアＩＤを有する充電ステーションがマスタとして選択されるのである。

１つの充電ステーションそれ自体がマスタとして決定されている場合、この充電ステーションは、マスタモードを起動して、例えば、負荷管理アルゴリズムを起動することによって負荷管理部２０６を初期化する。このために必要な複数のパラメタは、上記の集中型のコンポーネントによって決定することができ、また集中型負荷管理部の複数のパラメタに相応し得る。

上記のマスタは、上記の集中型のケースと同様に、例えば同じインタフェースコールを使用する。例えば、
− 新しい問い合わせに対してenergyRequest()，
− 充電過程の終了に対してsessionEnd()，
− 状態値の更新に対してsessionUpdate()，
− energySet()による充電ステーションの目標値の設定
が使用される。

上記のインタフェースコールに対し、分散型のケースに対して、例えば相応のＸＭＬメッセージを定めて使用することができる。

図３には、充電ステーションに対する例示的な状態図が示されている。まず初期状態３０１から、充電ステーションを初期化するための状態３０２に遷移する。つぎの状態３０３では、オーバレイネットワークが初期化され、つぎの状態３０４ではマスタが選択される。このマスタが選択されると、判定３０５に進む。目下の充電ステーションそれ自体がマスタとして選択された場合、状態３０６に分岐し、この目下の充電ステーションがマスタとして初期化される（または置き換わる）。その後または上記の目下の充電ステーションがマスタとして選択されなかったことが判定３０５によってわかった場合、充電ステーションが（マスタとしてまたは通常のピアとして）アクティブである状態３０７に進む。中断によって状態３０８への変更が行われ、ここでは充電ステーションは、使用中止を通知して、（例えば充電ステーションを遮断または保守するため）最終的な状態３０９に遷移する。

上記の分散型負荷管理部は、初期時にパラメタ設定可能である。分散型負荷管理において１つの充電ステーションが起動される前に、上記の分散型コンポーネントへの接続が行われる。例えば、取り付け業者は、充電ステーションを設置した後、ラップトップを介し、中央コンポーネントを用いて上記の充電ステーションのパラメタ設定を行うことができる。

例えば、１つの充電ステーションは、中央コンポーネントにおいて自分が加入したことを通知することができ、利用可能な充電ステーションのピア・リストを受け取る。上記の取り付け業者は、必要なパラメタを設定する（セットまたは更新する）。このタイプのパラメタ設定は、集中型負荷管理のシナリオと同じである。複数のグループに容量制限を設定することもでき、複数の充電ステーションを複数のグループに割り当てる（複数のグループに取り入れるかまたは複数のグループから消去する）ことができる。複数の情報を入力した後、例えば、すべてのパラメタを１つのデータセットにまとめ、上記の充電ステーションに伝送することによってこの充電ステーションを設定する。

エラー処理
以下では、例示的に複数のエラーのケースを説明し、相応する１つずつのエラー処理を提案する。

（ａ）マスタの故障
マスタの故障はクリティカルなエラーであり、分散型シナリオにおいて機能を継続するためには、相応するエラー処理が必要である。なぜならばマスタがなければ、負荷分散ができないからである。

マスタが故障している際には、マスタの機能を別の充電ステーションによって引き継ぐ。有利にはこのためにつぎのステップを実行する。すなわち
（ｉ）上記のマスタが故障する前にバックアップアップマスタを選択し、負荷分散を冗長に記憶する。
（ｉｉ）マスタの故障を識別する。
（ｉｉｉ）問い合わせを行う複数の充電ステーションの中から新たなマスタを選択する。

目下の負荷分散が、マスタの故障によって失われないようにするため、例えば、これを、前もって定めたバックアップマスタに記憶する。このバックアップマスタは、そのピアＩＤに基づいて決定することができる（例えば、上記のバックアップマスタに対して２番目に小さいピアＩＤを使用する）。

このアプローチは、複数のバックアップマスタに対して類似に適用可能である。複数のマスタの複数の故障を調整できるようにするため、複数のバックアップマスタを有するリストを使用することができ、ここでは１つのマスタは、１つの充電ステーションからの各メッセージをこれらのバックアップマスタにも転送する。これにより、マスタにおける状態が、バックアップマスタにおいても複製されることが保証される。

ここでは、上記のメッセージだけを転送し、完全な負荷分散情報を転送しないのは１つの選択肢である。後者では、上記の伝送された情報それ自体に基づいて上記のバックアップマスタを求めることができる。

上記のマスタの故障は、充電ステーションの最初の返答のない問い合わせによって検出することができる。これに続き、上記の問い合わせ行った充電ステーションは、（第１の）バックアップマスタにコンタクトし、これに上記の返答のない問い合わせを送信する。このバックアップマスタは、上記のマスタからいわゆる「ハートビート（Heartbeat）」メッセージ（すなわち、マスタがまだアクティブであり通信できることを示す情報）を要求する。上記のバックアップマスタが、マスタの「ハートビート」メッセージを受け取った場合、上記の充電ステーションからの問い合わせを処理せず、実際のマスタの方に行くように指示する（これは、このバックアップマスタによって何もしないことによって行うことも可能である。なぜならばこのバックアップマスタは、上記のマスタが、充電ステーションの問い合わせに応答することを前提とするからである）。バックアップマスタも上記のマスタに到達できない場合（すなわち、「ハートビート」メッセージが戻ってこない場合）には、上記のマスタが故障しており、上記のバックアップマスタは、そのマスタモードを起動して、上記の充電ステーションの問い合わせを処理する。問い合わせが上記の元のマスタから返答されないままになっている別の充電ステーションは、新しいマスタ（前のバックアップマスタ）にコンタクトして、この新しいマスタが、充電ステーションの問い合わせを直接処理する。

有利には、上記のバックアップマスタを新たなマスタとして初期化するために、上記の負荷管理用の完全な状態（負荷分散を有するリスト）をこれに伝送することができる。

冗長的な記憶とは択一的に、上記のバックアップマスタを新しいマスタとして初期化するため、上記の負荷管理用の完全な状態（負荷分散を有するリスト）をこれに伝送することができるかまたはこれは、別のすべての充電ステーションにコンタクトして、その状態を問い合わせることができる。

（ｂ）充電ステーションの故障
マスタでない充電ステーションが故障した場合、２つの状況を区別することできる。すなわち、
（ｉ）故障した充電ステーションは、アクティブな充電過程を有していなかった、
（ｉｉ）故障した充電ステーションは、アクティブな充電過程中であった。

第１のケース（ｉ）では、上記の故障は、負荷管理に影響せず、したがって未処理のままにすることができる。

第２のケース（ｉｉ）では、上記の充電ステーションの故障は、負荷管理に影響することがあり、したがって充電ステーションの監視が必要になり得る。

上記の充電ステーションの故障が、監視によって区別できない原因を有することも考えられる。すなわち、例えば、通信上の問題あるか否か、または充電ステーションが故障しているか否かを区別できないこともあり得るのである。充電ステーションとの通信だけが故障している場合、この充電ステーションは、変更なしに充電過程を実行することができる。この場合、この充電ステーションに割り当てられた資源は、再配分することができない。

１つの選択肢は、殊に資源の再配分を変更しないままにしたい場合、充電ステーションの監視を行わないことである。したがって充電ステーションの故障に対するエラー処理も適用事例に応じて行わないことがあり得るのである。

（ｃ）前のマスタの再加入
前のマスタが故障の後、再び起動される場合、有利には、コンフリクトおよび／または不整合が発生しないことを保証する必要がある。

例えば、このマスタの故障が、別の複数の故障の徴候であることを想定することができる。したがって、前のマスタがそのマスタとしての役割を再びを担わないようにすることも考えられる。これを保証するため、前のマスタのピアＩＤを変更することができる。例えば、このピアＩＤを１つのバージョン番号だけ拡張し、例えばこのバージョン番号がピアＩＤのプレフィックスとして前置されるようにする。上記のマスタの選択はさらにこのプレフィックスを考慮した最小のピアＩＤに基づいて行われる。

別の充電ステーションに対して前のマスタは、インアクティブとしてマーキングされるか、または新たな問い合わせの際にこのマスタは、（上記の新たなバージョン番号を含めて）そのピアＩＤを更新して応答する。これにより、問い合わせを行う充電ステーションにとっては、この前のマスタがもはや目下のマスタではないことを求めることができる。

（ｄ）整合性のない複数のピア・リスト
すべての充電ステーションにわたって上記のマスタを一意に求めることができるようにするため、上で説明したピア・リストを使用する。これに相応してこのピア・リストが整合性を有するように維持しなければならない。

有利には（例えば１つのクラスタ内の）充電ステーションの個数を少なくすることができる（例えば約３２個の充電ステーションが含まれる）。各充電ステーションは、別のすべての充電ステーションのピアＩＤと共に上記のピア・リストを記憶する。このピア・リストは、上記の中央コンポーネントによってパラメタ設定することができる。

充電ステーションを後付けで追加する場合、ピア・リストは、中央コンポーネントによってパラメタ設定される。この新たな充電ステーションは、更新されたピア・リストを受け取って、ネットワーク内のすべての充電ステーションを識別する。しかしながらこれらの充電ステーションは、（はじめのうちは）この新たな充電ステーションを識別していない。有利には、これらの充電ステーションにおけるピア・リストを同期化する必要がある。このような同期化は、種々異なる手法で実行することができる。

例えば、上記の新たな充電ステーションがはじめのうちはマスタの対象にはならないようにすることも可能である。これは、例えば、ピアＩＤを増加させることによって保証することができ、ここでは、この新たな充電ステーションが、これまでで最大のピアＩＤを受け取り、これによって目下は、マスタとして選択されないようにする。

ピア・リストを同期化するため、新たな充電ステーションは（例えばjoinメッセージを用いて）別のすべての充電ステーションに自分が加入したことを通知する。この通知に基づき、各充電ステーションにおける上記のピア・リストを更新することができる。受信側は、上記の新たな充電ステーションのピアＩＤおよびＩＰアドレスについて自身のピア・リストを補足する。

Claims

電気エネルギを供給する方法において、
− 少なくとも１つの充電ステーションが、状態変化を充電システムに通知し、
− 前記充電システムは、負荷分散を求め、求めた負荷分散を前記少なくとも１つの充電ステーションに通知し、
− 前記少なくとも１つの充電ステーションは、前記通知された負荷分散にしたがって前記電気エネルギを供給する、
ことを特徴とする方法。
請求項１に記載の方法において、
少なくとも１つの副条件、および、接続されたまたはアクティブな充電ステーションの個数に基づいて前記負荷分散を求める、
ことを特徴とする方法。
請求項２に記載の方法において、
前記副条件には、以下の設定値のうちの少なくとも１つ、すなわち
− あらかじめ設定された最大許容容量、
− 重み付けファクタまたは優先度、
− 殊に充電過程毎またはベースステーション毎または電動車両毎の最大許容充電電流、のうちの少なくとも１つが含まれている、
ことを特徴とする方法。
請求項３に記載の方法において、
前記最大許容容量には、以下の選択肢のうちの少なくとも１つ、すなわち、
− 前記充電ステーションのあらかじめ設定された最大許容容量、
− ケーブルのあらかじめ設定された最大許容容量、
− トランスのあらかじめ設定された最大許容容量、
− ローカルネットステーションのあらかじめ設定された最大許容容量、
− 取り決めまたは契約にしたがってあらかじめ設定された最大許容容量、
− 電動車両のあらかじめ設定された最大許容容量、
− エネルギ源のあらかじめ設定された最大許容容量、
− 仮想発電所（Virtual Power Plant）（複数のエネルギ源の集合体）のあらかじめ設定された最大許容容量、のうちの少なくとも１つが含まれている、
ことを特徴とする方法。
請求項１から４までのいずれか１項に記載の方法において、
前記充電システムは、中央充電システムである、
ことを特徴とする方法。
請求項１から４までのいずれか１項に記載の方法において、
前記充電システムをマスタ充電ステーションによって構成する、
ことを特徴とする方法。
請求項６に記載の方法において、
前記マスタ充電ステーションを識別子によって求める、
ことを特徴とする方法。
請求項６または７に記載の方法において、
中央コンポーネントによって前記充電ステーションのコンフィギュレーションまたはパラメタ設定を行う、
ことを特徴とする方法。
請求項６から８までのいずれか１項に記載の方法において、
少なくとも１つのバックアップ・マスタ充電ステーションを決定する、
ことを特徴とする方法。
請求項９に記載の方法において、
前記マスタ充電ステーションは、各状態変化を前記少なくとも１つのバックアップ・マスタ充電ステーションに通知し、当該少なくとも１つのバックアップ・マスタ充電ステーションにより、前記状態変化に基づいて前記負荷分散を求める、
ことを特徴とする方法。
請求項９または１０に記載の方法において、
前記マスタ充電ステーションにより、求めた前記負荷分散を前記少なくとも１つのバックアップ・マスタ・ベースステーションに通知する、
ことを特徴とする方法。
請求項９から１１までのいずれか１項に記載の方法において、
前記マスタ充電ステーションが故障した際にはつぎのバックアップ・マスタ充電ステーションを起動する、
ことを特徴とする方法。
請求項９から１２までのいずれか１項に記載の方法において、
再起動された前のマスタ充電ステーションを、当面はマスタ充電ステーションとして再利用しない、
ことを特徴とする方法。
請求項１から４までのいずれか１項に記載の方法において、
前記充電システムは、各充電ステーションによって分散型に構成され、
別の複数の充電ステーションの情報またはメッセージによって求めた推定値に基づき、前記充電ステーションによって前記電気エネルギを調整する、
ことを特徴とする方法。
請求項１から１４までのいずれか１項に記載の方法において、
供給される前記電気エネルギによって少なくとも１つの電動車両を充電する、
ことを特徴とする方法。
処理ユニットを有する、電気エネルギを供給する装置において、
前記装置は、
− 状態変化を充電システムに通知可能であり、
− 前記充電システムによって求めた負荷分散を受信するか、または殊にローカルに準備し、
− 前記負荷分散にしたがって前記電気エネルギを供給可能である、
ように構成されている、
ことを特徴とする装置。
請求項１６に記載の装置において、
該装置は、殊に電動車両を充電するための充電ステーションとして構成されている、
ことを特徴とする装置。