SE541327C2 - System och förfarande för kommunikation, prioritering, dirigering och laddning av elfordon vid laddstationer med eller utan lagringskapacitet - Google Patents

Abstract

System (1) för laddning av elfordon (2) innefattande minst ett delsystem (3) för överföring av elektrisk energi till elfordon (2) samt minst ett delsystem (5) för styrning av laddningen av elfordon (2). Delsystem (3) innefattar minst en laddstation (4) med minst en laddningsplats (7). Laddstationen är ansluten till eller innefattar minst en lagringsenhet (7) för elektrisk energi. Med systemet (1) kan laddning av elfordon (2) ske med elektrisk energi som tillförs elfordon (2) via elnätet utan mellanlagring, ladda elfordon (2) med elektrisk energi som lagrats i lagringsenheten (17) före laddning, eller ladda elfordon (2) med en kombination av elektrisk energi tillförd från elnätet, utan mellanlagring, och tillförd elektrisk energi som lagrats i lagringsenheten (4) före laddning. Systemet (1) innefattar minst ett styrsystem som styr systemets funktioner. Systemet (1) samlar in data och information som bearbetas av minst en algoritm som skapar underlag för styrning av laddningen, beslut om prioritering samt dirigering av elfordon (2) som anländer till och laddar vid minst en laddningsplats.Patentansökan avser även ett förfarande för att använda systemet.

Description

System och förfarande för kommunikation, prioritering, dirigering och laddning av elfordon vid laddstationer med eller utan lagringskapacitet Tekniskt område Den föreliggande uppfinningen avser ett system och förfarande för laddning, prioritering och dirigering av elfordon, innefattande minst en laddstation med lagringskapacitet för elektrisk energi, i enlighet med patentkraven.

Bakgrund och känd teknik Genom tiderna har ett stort antal varianter av elektrisk drivna fordon utvecklats. För att framföra elektrisk drivna fordon krävs elektrisk energi. Den elektriska energin kan tillföras fordonet genom en kontinuerlig tillförsel eller genom en diskontinuerlig tillförsel av denna. Kontinuerlig tillförsel av elektrisk energi sker exempelvis med strömavtagare, hybridteknik, induktion eller liknande. Diskontinuerlig tillförsel av elektrisk energi till fordon kräver att fordon har lagringskapacitet för elektrisk energi såsom exempelvis ackumulatorer, superkondensatorer eller annan sedan tidigare känd lagringsteknik.

Vid diskontinuerlig laddning av fordons ackumulatorer eller liknande kan laddningen ske under relativt längre tidsperioder eller under relativt kortare tidsperioder (snabbladdning). Vid laddning under en längre tidsperiod, exempelvis utförd under tidsperioder som fordon inte används såsom under natten, sker laddningen med en relativt låg maximal effekt under lång tid jämfört med den motsvarande maximala effekten i samband med snabbladdning. Om laddning av ackumulatorerna, eller liknande, enbart sker under längre tid med lägre effekt vid garagering eller liknande, begränsas fordonets användbarhet och möjlig körsträcka per dygn avsevärt. Alternativt är fordonet försett med en tillräcklig lagringskapacitet för elektrisk energi i förhållande till det ändamål fordonet skall användas till och för den omfattning som fordonet skall användas. Det faktum att lagringskapacitet för elektrisk energi i dag är kostsam, samt att den extra lagringskapaciteten tillför fordonet extra vikt och kräver utrymme, är strävan från tillverkarna och användare av fordon att minimera fordonets lagringskapacitet för elektrisk energi.

Laddning av ackumulatorer eller liknande i fordonet sker vanligen via laddstationer eller liknande anordningar och sker företrädesvis när fordonet är stillastående men kan även ske när fordonet är i rörelse. För att förbättra räckvidden för elektrisk drivna fordons och minska behovet av lagringskapacitet för elektrisk energi i fordonet har laddstationer utvecklats vilka placeras ut efter de elektriskt drivna fordonens färdvägar, rutter och liknande. Fordonen laddar sina ackumulatorer eller liknande vid en eller flera laddstationer efter fordonets färdväg såsom rutt.

Ett problem i samband med tillförsel av elektrisk energi till fordon via laddstationer, som enbart laddar med elektrisk energi direkt tillförd via elnätet utan att denna lagras i ackumulatorer eller liknande, är att tillförseln av elektrisk effekt från laddstationen till fordonet inte kan överstiga elnätets effekt vid laddstationen. När laddning av fordonets ackumulatorer enbart sker genom tillförsel av elektrisk energi från elnätet kan detta således resultera i att den maximalt överförda energimängden per tidsenhet blir förhållandevis låg och att laddtiden blir lång vilket medför ett ineffektivt nyttjande av chaufförer och fordon. Det föreligger således ett behov av system innefattande laddstationer som möjliggör att befintliga elnät kan användas, utan att nya investeringar i elnät behöver utföras, i samband med utplacering och omplacering av systemets laddstationer.

För att minska kravet på elnätets maximala kapacitet har laddstationer med ackumulatorer, superkondensatorer och liknande utvecklats. Exempelvis beskrivs i en Europeisk patentansökan, publicerad som EP2902249, en laddstation som innefattar ackumulatorer för elektrisk energi. I patentansökan beskrivs en variant av en laddstation där laddningen av fordons ackumulatorer kan ske antingen via energitillförseln enbart från nätet, energitillförsel enbart från ackumulatorer eller en kombination av tillförsel av elektrisk energi från elnätet vilket kompletteras med elektrisk energi lagrad i laddstationens ackumulatorer eller liknande. Laddningen av laddstationens ackumulatorer sker företrädesvis genom laddning från nätet under en relativt längre tidsperiod än tidsperioden som fordonets laddas vid laddstationen. Med konstruktionen kan elnätets dimensionerande effekt reduceras. Den beskrivna tekniken i patentansökan EP2902249 skiljer sig i väsentlig omfattning från det föreliggande systemet då denna är begränsad till en laddstation och en laddplats samt löser inte problem som uppstår i ett system som innefattar flera laddstationer. Den beskrivna tekniken i patentansökan löser dessutom inte problem med prioritering och dirigering av fordon mellan laddstationer och laddplatser. Vidare beskriver patentansökan inte att flera laddstationer delar en eller flera gemensamma lagringsenheter (batteribanker) för elektrisk energi i syfte att minska nät eller strömmatningamas maxbelastning (effekttoppar). Vidare beskriver patentansökan inte flera laddstationer som delar nät eller andra strömmatningar.

Vid laddstationer som använder batteribackup (lagringskapacitet i ackumulatorer, superkondensatorer eller liknande) föreligger ett flertal problem. Exempelvis skall lagringskapaciteten i laddstationens ackumulatorer eller liknande anpassas efter det behov av elektrisk energi som vid varje tidpunkt föreligger. Ett problem vid nämnda dimensionering är att behovet av laddeffekt över tiden varierar beroende av fordonstyp (allt från ett relativt lågt grundbehov av elektrisk effekt till ett mycket stort behov av elektrisk effekt).

Gemensamt för fordonen är att dessa fordons laddbehov vanligen är relativt förutsägbara och att deras effektbehov relativt väl kan prognosticeras.

Laddningsbehov (elektrisk effekt) från fordon som regelbundet återkommer till laddstationen, eller laddstationema, såsom fordon med korta rutter (linjetrafik) är förutsägbart.

Dimensioneringen av den maximala kapaciteten (grundkapacitet samt buffert) styrs av antalet svårplanerade fordon som oregelbundet anländer utifrån och laddar vid laddstationen.

Beroende av osäkerhet i det laddningsbehov som föreligger dimensioneras laddstationema med överkapacitet för att kunna hantera ”worst case” situationer. Ju större andel av fordon som anländer utifrån och med kort varsel behöver laddas med hög effekt, desto större buffertkapacitet krävs hos laddstationens ackumulatorer eller liknande. Användande av buffertkapacitet medför att vid den större delen av tiden finns en större batterireserv än vad det aktuella laddbehovet kräver vilket medför kostnader och som tar utrymme i anspråk. Ett problem med patentansökan EP2902249 är att varje laddstation måste klara ”worst case” situationer själv, vilket medför att varje station får överkapacitet medförande kostnader och behov av utrymme. Med det föreliggande systemet kan det totala lagringsbehovet av elektriskt energi från ett flertal olika laddstationer slås samman vilket medför att det totala behovet av lagringskapacitet kraftigt kan reduceras.

Ett ytterligare problem vid lagring av elektrisk energi i batterier, ackumulatorer och liknande är omvandlingsförluster i samband med transformering av nätspänningen till en spänning som passar att användas vid laddning av ackumulatorer eller liknande respektive omvandling av lagrad energi i ackumulatorerna till laddning av fordonets ackumulatorer. Nämnda omvandlingsförluster skapar energikostnader och även ett onödigt åldrande av ackumulatorer samt ett ökat behov av kylning av komponenter.

Det föreligger även problem med att laddstationemas laddningsplatser inte används effektivt. Exempelvis kan fordon som har en relativt längre tillgänglig tidsperiod för laddning uppta laddningsplats för fordon som har relativt kortare tidsperiod tillgänglig för laddning. Vidare skapar laddstationer som bara innefattar en laddplats tidsspillan vid växling av fordon. Med anledning av nämnda problem föreligger således ett behov av ett system som möjliggör kommunikation, prioritering och dirigering av trafik vid laddstationer och laddplatser. Ändamålet med den föreliggande uppfinningen Ändamålet med den föreliggande patentansökan är att eliminera eller väsentligen reducera minst ett av tidigare nämnda problem, eller i den följande beskrivningen nämnda, problemen med kända typer av system och förfaranden. Ändamålen uppnås med ett system i enlighet med patentkraven.

Kortfattad beskrivning av figurer Den föreliggande uppfinningen kommer i det följande att beskrivas mera i detalj med hänvisning till de bifogade schematiska ritningarna som i exemplifierande syfte visar den för närvarande föredragna utföringsformema. Noteras bör att detaljer uppenbara för en fackman kan vara utelämnade i figurerna.

Figur 1 visar schematiskt ett exemplifierande system i enlighet med den föreliggande patentansökan.

Figur 2 visar fordon med skilda laddbehov och prioritering sparametrar som använder laddstationen.

Figur 3A visar schematiskt en laddstation enligt en första utföringsform.

Figur 3B visar schematiskt en andra utföringsform av en laddstation.

Figur 3C visar schematiskt en tredje utföringsform av en laddstation.

Detaljerad beskrivning av uppfinningen Med hänvisning till figurerna visas ett system 1 för laddning av elektriskt drivna fordon 2 innefattande minst ett delsystem 3 för överföring av elektrisk energi från systemet till fordonen 2 via minst en laddstation 4. Systemet 1 innefattar vidare minst ett delsystem 5 för styrning av laddningen av fordonen 2 vid minst en laddstation 4. 1 alternativa utföringsformer innefattar systemet 1 minst ett ytterligare delsystem såsom minst ett delsystem (ej visad i figurer) för att tillföra värme och/eller kyla till fordon 2.

Respektive elektriskt drivet fordon 2 innefattar enheter för lagring av elektrisk energi (ej visade i figurer) såsom ackumulatorer, superkondensatorer eller kombinationer av dessa eller alternativt andra för ändamålet lämpliga lagringsenheter för elektrisk energi. De elektrisk drivna fordonen 2, som använder systemet för laddning kan vara av olika typer. I de exemplifierande utföringsformema utgörs de elektrisk drivna fordonen 2 av elektriskt drivna bussar.

Delsystemet 3 för överföring av elektrisk energi till fordon 2 innefattar minst en laddstation 4. Laddstationen 4, eller laddstationema 4 innefattar, eller är ansluten till, minst en första laddningsplats 6. Alternativt är laddstationen ansluten till, eller innefattar, minst en första laddningsplats 6 och en andra laddningsplats 7. 1 figur 1 visas en laddstation som innefattar, eller är ansluten till, minst en första laddningsplats 6, minst en andra laddningsplats 7 samt minst en tredje laddningsplats 8. Antalet laddning splatser kan i alternativa utföringsformer vara flera eller färre än de i figurerna visade och i texten angivna.

Vid laddningsplatsema 6, 7 och 8 sker en överföring av elektrisk energi från laddstation till fordonet. Överföringen av elektrisk energi till fordonen sker med sedan tidigare känd teknik såsom med strömavtagare, induktans eller med annan för ändamålet lämplig känd teknik, varför denna teknik inte beskrivs mera ingående i denna patentansökan.

Med hänvisning till figur 2 visas exempel på fordonstrafik till en laddstation med fordon 2 med olika behov av laddeffekt. I figuren visas en första laddningsplats 6, en andra laddningsplats 7 och en tredje laddningsplats 8. Fordonstrafiken till laddstationema 4 utgörs av fordon 9 som regelbundet och förutsägbart besöker minst en laddstation i systemet. Det kan utgöras av fordon 9 som trafikerar en rutt 10, styrs av turlistor eller liknande. Nämnda fordon 9 kan exempelvis utgöras av fordon 9 som använder laddstationen i anslutningen till en hållplats 11 vilket medför att laddning sker samtidigt med reglertid för tidtabell, paus eller i samband med på och avstigning av passagerare.

Fordonen 9 kan trafikera rutter 28 som kan vara relativt korta. Fordonen 9 kan vidare trafikera rutter och med en låg eller relativ låg medelhastighet (energiförbrukning). Fordonen 9 kan bland annat ha avgångar som är behovsstyrda vilket medför att fordonets tid vid laddstation/hållplats i vissa fall kan bli mycket lång och att effektkravet per tidsenhet vid laddning därigenom blir relativt lågt. Gemensamt för fordonen 9 är att dessa fordons laddbehov vanligen är relativt förutsägbara och att deras effektbehov relativt väl kan prognosticeras. Företrädesvis är även fordonens 9 effektbehov lågt.

Till laddstation 4, eller laddstationema 4, anländer även företrädesvis fordon 11 vars användning av systemet, tidpunkter och laddningsbehov, kan vara svår att planera i förväg. Fordonen 11 kan exempelvis utgöras av fordon från externa rutter 12, fordon som trafikerar tillfälliga rutter, ersättningsbussar för tågtrafik eller liknande. Fordonen 11 kan vidare utgöras av fordon som i förhållande till nämnda fordonen 9 har relativt längre körsträckor och framförs med relativt högre medelhastighet. Fordonen 11 kan även ha krav på kortare, eller mycket kortare, laddningstid än fordonen 9. Fordonen 11 kan vidare ha en stor eller extraordinär längd och/eller ha en stor massa medförande en högre energiförbrukning per kilometer i förhållande till energiförbrukningen per kilometer för fordonen 9. Nämnda förhållanden och behov medför att laddstationen 6 måste kunna leverera en relativt högre effekt per tidsenhet till fordonen 11 än vad fallet är till fordonen 9.

Med hänvisning till figur 3A visas schematiskt ett exempel på utförande av ett delsystem 3 för laddning av eldrivna fordon enligt sedan tidigare känd teknik. Delsystemet 3 är anslutet till ett elnät 13 via minst en nätanslutning 14. Delsystemet 3 innefattar minst en första omvandlare 15 såsom en första transformator. Delsystemet 3 innefattar vidare minst en likriktare 16 för omvandling från växelström till likström. Vidare innefattar system minst en lagringsenhet 17 för lagring av elektrisk energi. Lagringen av elektrisk energi i lagringsenheten 17 sker exempelvis i ackumulatorer eller superkondensatorer eller någon typ av kombination av dessa. I alternativa utföringsformer sker lagringen av elektrisk energi i lagringsenheten med annan typ av för ändamålet lämplig lagring steknik eller kombination av lagring stekniker. Delsystemet 3 innefattar vidare minst en spänningsomvandlare 18 och minst en strömregleringsutrustning 19, vilka kan vara separata eller kombinerade, med vilken spänningsnivån och strömstyrka anpassas till den spänning och strömstyrka med vilken laddning fordonets ackumulatorer eller liknande skall utföras. I figuren 3A visas ett fordon 2 som laddar via vid en laddningsplats. Fordonet 2 innefattar minst en enhet för lagring av elektrisk energi såsom ackumulatorer, superkondensatorer eller annan för ändamålet lämplig enhet eller kombinationer av enheter för lagring av elektrisk energi. Laddstation 4 innefattar minst en kommunikationsenhet för kommunikation mellan komponenter i laddstationen 4 och med delsystemet 5.

Med hänvisning till figur 3B visas schematiskt en alternativ utföringsform av ett delsystem 3 där laddning sker via en laddstation 4. Laddstationen 3 är anslutet till ett elnät 13 via minst en nätanslutning 14. 1 alternativa utföringsformer kan laddstationen (delsystemet) erhålla elektrisk energi som produceras via vindkraft, solceller eller liknande i laddstationens, eller laddstationemas, relativa närhet. Laddstationen 4 innefattar minst en första omvandlare 15 såsom exempelvis en första transformator. Laddstationen 4 innefattar vidare en likriktare 16 för omvandling från växelström till likström. Vidare innefattar laddstationen, eller är ansluten till, minst en lagringsenhet 17 (batteribank) för lagring av elektrisk energi. Lagringen av elektrisk energi kan ske i lagringsenheter 17 av typen ackumulatorer. I alternativa utföringsformer kan lagringsenheterna 17 utgöras av superkondensatorer eller annan för ändamålet lämplig lagringsteknik eller kombination av lagringstekniker. Laddstationen 4 innefattar vidare minst en spänningsomvandlare 18 för likspänning och minst en strömregleringsutrustning 19, vilka kan vara separata eller kombinerade, med vilka spänningen och strömstyrka anpassas till den spänning och strömstyrka med vilken laddning sker av fordonets 2 enhet, eller lagringsenheter, för elektrisk energi. Laddstationen 4 innefattar vidare minst en omkopplare (brytare) 20 för att koppla om mellan laddning med elektrisk energi från enbart elnätet 11 eller enbart elektrisk energi enbart från lagringsenheterna 17 eller någon kombination av elektrisk energi från nätet och elektrisk energi från lagringsenheten 17, eller lagringsenheterna 17.

Med det föreliggande delsystemet kan fordonets enheter för lagring av elektrisk energi laddas av elektrisk energi enbart från elnätet 13, utan mellanlagring i lagringsenheterna 17, alternativt enbart laddas med elektrisk energi från lagringsenheterna 17. Laddningen av fordonets lagringsenhet, eller lagringsenheter, kan även ske genom att elektrisk energi tillförs både från elnätet 13, utan mellanlagring i lagringsenhet 17, kombinerat med elektrisk energi som tillförs från lagringsenheten 17 eller lagringsenheterna 17.

Med hänvisning till figur 3C visas en utföringsform av delsystemet 3 som innefattande minst en första laddstation 4 och minst en andra laddstation 21, alternativt minst en första laddstation 4, minst en andra laddstation 21 och minst en tredje laddstation 22, vilka delar minst en gemensam lagringsenhet (batteribank) 17. Respektive laddstation 4 innefattar eller är ansluten till, minst en laddningsplats alternativt kan anslutas till minst en laddningsplats. Mera specifikt visas att den första laddstationen 4 i figur 3C innefattar minst en första laddningsplats 6, minst en andra laddningsplats 7 och minst en tredje laddningsplats 8. Med konstruktionen undviks tidspillan i samband med inkoppling och urkoppling av kontaktdon samt framköming och bortköming av fordon. Vid användning av minst två laddplatser möjliggörs att proceduren (inkoppling och urkoppling av kontaktdon) pågår på den ena samtidigt som ett fordon laddas på den andra laddningsplatsen. På så sätt kan laddstations tillgängliga laddtid utnyttjas mera effektivt än med sedan tidigare kända konstruktioner.

Den första laddstationen 4 är ansluten till minst en första nätanslutning 14, den andra laddstationen 21 är ansluten till minst en andra nätanslutning 23 och den tredje laddstationen 22 är ansluten till minst en tredje nätanslutning. 24. 1 alternativa utföringsformer kan två eller flera laddstationer vara ansluten till minst en gemensam nätanslutning, eller flera gemensamma nätanslutningar.

I utföringsformen tillförs elektrisk energi till en lagringsenhet 17, eller gemensamma lagringsenheterna 17, via minst en anslutning eller flera anslutningar till elnätet. En sammanslagning av lagringsenheterna från flera laddstationer till en gemensam lagringsenhet ökar den maximalt tillgängliga lagrade elektriska energimängden för respektive laddplats.

I alternativa utföringsformer kan delsystemet även erhålla elektrisk energi som produceras via vindkraft, solceller eller liknande i laddstationens, eller laddstationernas, relativa närhet.

Respektive laddstation innefattar företrädesvis minst en första omvandlare 15, såsom en första transformator, samt minst en första likriktare 16 med vilka en transformering och likriktning av elnätets växelspänning till likspänning sker. Respektive nätanslutning 14, 23 och 24 kan via omkopplare 25 enskilt kopplas till en eller flera av laddningsplatserna 6 - 8 och till den gemensam lagringsenhet (batteribank). Laddstationen innefattar vidare minst en spänningsomvandlare 18 och minst en strömregleringsutrustning 19, vilka kan vara separata eller kombinerade, med vilka spänningen och strömstyrka anpassas till den spänning och strömstyrka med vilken laddning av fordonen sker. Laddstationen innefattar vidare minst en omkopplare (brytare) 26 eller flera omkopplare (brytare) 26, med vilken energitillförseln till respektive laddningsplats 6 till 8 sker.

Vid laddningen av fordon med laddstationen enligt figur 3C kan elektrisk energi tas från en eller flera av nätanslutningar 14, 23 och 24 utan mellanlagring i lagringsenhet (batteribank). Med systemet kan flera laddstationer leverera gemensam effekt till valfria laddplatser.

Alternativt kan laddningen av fordonen ske enbart med elektrisk energi från lagringsenheterna 17 eller av en kombination mellan elektrisk energi från lagringsenheterna 17 och elektrisk energi från minst en nätanslutning, minst två nätanslutningar eller minst tre nätanslutningar. Ytterligare nätanslutningar kan förekomma i alternativa utföringsformer.

I alternativ utföringsformer av systemet innefattar det även ett delsystem (ej visad i figurer) för tillförsel av värme eller kyla till fordon 2. Delsystemet kan utgöras ett separat system i förhållande till systemet 3 eller utgöras av en integrerad del av delsystemet 3. Med delsystemet tillförs termisk energi till fordonet. Lagrad termisk energi kan tillföras fordonen med ett flertal olika typer av tekniker. Exempelvis kan detta ske genom överföring av vätska alternativt fast material med en relativt hög temperatur. Delsystemet kan även användas för att tillföra fordonet vätska eller fast material, eller en kombination av dessa som har en relativt lägre nivå av termisk energi (alternativt anges temperatur). Överföring av termisk energi mellan fordonen och laddstationen kan även ske genom kontakt där någon typ av värmeväxling sker. Den överförda värmeenergin används för att värma fordonet när behov av uppvärmning föreligger och kyla används för att kyla fordonet när behov av detta föreligger. Det är tänkbart att fjärrvärmesystem, respektive fjärrkylsystem, används i stationerna.

I alternativa utföringsformer är det tänkbart att systemet även innefattar minst en andra typ av laddstation som härefter benämns separat icke styrd laddstation 27 med tillhörande minst en laddplats, visad i figur 2. Systemet 1 kan således i alternativa utföringsformer innefatta minst en separat icke styrd laddstation 27. Den separata icke styrda laddstationen 27, eller separata icke styrda laddstationema, används när en stor belastning på laddstationerna med lagringskapacitet för elektrisk energi föreligger (exempelvis när laddstationen 4, eller laddstationema 4, är upptagna). De separata icke styrda laddstationer na kan vara placerade på någon plats efter ett fordons rutt (ordinarie slinga) eller i anslutning till fordonets rutt eller på annan för ändamålet lämplig plats. Laddstationerna möjliggör att en stödladdning av fordons kan utföras vid hög belastning (stor behov laddning föreligger). Laddstationen 27, eller laddnings stationerna 27, används företrädesvis av lågprioriterade fordon som vill undvika kö vid ordinarie laddplatsema där de har låg prioritet.

Systemet 1 innefattar minst en enhet för kommunikation, prioritering och styrning. Enheten innefattar utrusning för kommunikation mellan systemets 1 ingående komponenter och delsystem. Exempelvis innefattar systemet 1 utrustning för kommunikation mellan minst en laddstation 4 och styrsystemet samt kommunikation mellan minst ett fordon och styrsystemet. Företrädesvis sker kommunikationen trådlöst, men detta utesluter inte andra typer av kommunikation. Systemet samlar inkommande signaler från fordon 2, vars signaler (data) bearbetas till information om respektive fordons laddningsstatus, energibehov, tillgänglig tid för laddning, tecknade avtal, betalningsvilja för elektrisk energi med flera variabler, parametrar eller liknande.

Systemet, alternativt delsystemet, innefattar vidare minst ett styrsystem (kontrollsystem) som planerar och utför laddning samt anpassar laddningen av respektive fordons behov och den totala situationen. Styrsystemet utför även prioritering av fordonen dem emellan och skapar en turordning bland fordonen till laddningsplatsema samt anvisar laddplatser för fordonen.

Styrsystemet använder minst en algoritm för att bearbeta data (information) som samlas in av systemet (beskrivs i det följande). Systemets styrsystem (kontrollsystem) styr (bestämmer) hur laddningen av fordon som kommer till laddstationen 4, eller laddstationema 4, laddningsplatser 6, 7, 8 utförs. Även förhållandet mellan hur stor del av den elektriska energin som tas från nätet respektive från lagringsenheterna styrs med styrsystemet.

Med hänvisning till tabell 4A och 4B visas exempel på data som samlats i tabeller.

Image available on "Original document" Fig. 4A s g Image available on "Original document" Fig. 4B Tabellerna visar ett fordons behov av laddning vid minst en laddstation ingående i systemet. Laddstationen innefattar tre laddningsplatser, en första laddningsplats 6, en andra laddningsplats 7 och en tredje laddningsplats 8. 1 exemplet används endast laddningsplats 6 och 7.

I tabell 4A visas olika fordons laddning sbehov såsom önskad spänning, strömstyrka och laddtid samt tidpunkten när fordonen önskar anlända till laddstationen. Data och information, som visas av de exemplifierande tabellerna, ligger till grund för beslut av styrsystemet om hur prioritering av laddning av respektive fordon som kommer till laddnings stationens, eller laddnings stationernas laddningsplatser, skall ske. Även om exemplet innehåller två laddplatser fungerar förfarandet med prioritering och dirigering även för en laddstation och en laddplats.

Förfarande för användning av systemet Systemet i enlighet med den föreliggande patentansökan anläggs initialt med ett godtyckligt antal laddningsstationer och med ett godtyckligt antal laddningsplatser i enlighet med beskrivning av systemet.

Systemet innefattar en prioritering av fordon vid minst en laddning splats. Prioritering av fordonen sker med utgångspunkt från ett antal variabler vilka styrsystemet samlar in och bearbetar. Minst en algoritm styr besluten för hur prioriteringen av laddning av fordon skall ske.

Vid användning av systemet samlar styrsystemet således in information om laddning snivåer i respektive laddstations lagringsenheter. Styrsystemet (kontrollsystemet) har företrädesvis en funktion vilken samlar in/eller erhåller data eller information om vilken laddningsnivå respektive fordons energilagarande enheter har såsom ackumulatorer eller liknande respektive vilket laddning sbehov varje fordon har. Styrsystemet (kontrollsystemet) samlar vidare in information om vilken tillgänglig tid som finns tillhands för laddningen och effekten. I alternativa utföringsformer kan information lämnas till system från en del av laddstationerna och/eller en del av fordonen som använder laddstationerna.

Beroende på exempelvis laddning, separat avtalad prioritet, betalvilja, försening, med mera styr systemet hur laddningen av respektive fordon skall ske och sker. Alla fordon som anländer till en laddstation behöver inte alltid snabbt ladda. Om laddbehovet är relativt lågt samt att laddplatsens beläggning tillåter en längre laddtid kan en lägre laddström användas och den lagrade energin i laddstationen sparas. Alternativt kan laddström från två eller flera laddstationer skickas till en laddningsplats.

Valet om från var den elektriska energin tas vid laddning av fordonen det vill säga, direkt från elnätet 12 utan mellanlagring, från mellanlager (såsom ackumulatorer, superkondensatorer) eller en kombination av nämnda, utförs företrädesvis av systemet (intelligent automatik). Alternativt kan nämnda val, om hur tillförseln av den elektriska energin för laddningen sker, tas av föraren. Systemet kan alltså välja att ta en lägre laddeffekt från nätet och/eller välja lagrad elektrisk energi i laddstationen för att ladda fordonet. Vid laddning från lagrad elektrisk energi i laddstationen kan systemet välja att koppla in en deleffekt av den lagrade energin från lagringsenheten (ackumulatorn).

Systemet håller företrädesvis reda på tidtabeller för fordonen i systemet, fordonens verkliga positioner, eventuella förseningar samt även tidtabeller för anslutande trafik såsom flyg, båtar och liknande. Systemet samlar företrädesvis vidare även in information om inkommande extraordinära fordon som flaggar för behov av elektrisk energi för laddning av fordonet med hög avtalad prioritet och betalningsvilja.

Exempel på underlag för prioriteringsbeslut I den exemplifierande tabellen i 4A visas laddning sbehovet för ett antal fordon som anländer till en laddstation för laddning. Det första fordonet anländer till laddstationen klockan 12.18 och laddningen kan ske under en tidsperiod om sju minuter. Fordonet har ett behov av att elektrisk energi överförs till fordonet med en spänning om 500 V och med en strömstyrka om 100 A.

Det andra fordonet anländer till laddstation klockan 12.18 och har en maximal laddning stid om sex minuter. Fordonet har behov av att elektrisk energi överförs med en spänning om 700V med en strömstyrka om 100A.

Det tredje fordonet anländer till laddstationen 12.18 och kan laddas under en tidsperiod om fyra minuter. Fordonet har behov av att elektrisk energi överförs med en spänning om 700V med en strömstyrka om 857 A.

Det tredje fordonet anländer till laddstationen 12.18 och kan laddas under en tidsperiod om sex minuter. Fordonet har behov av att elektrisk energi överförs med en spänning om 400V med en strömstyrka om 750 A.

Med hänvisning till figur 4B visas en andra exemplifierande tabell visande fordon med motsvarande de som visas i tabellen 4A avseende vilken spänningsnivå och strömstyrka elektrisk energi skall överföras till respektive fordon samt tidpunkten när respektive fordonen anländer till laddstationen respektive den tidsperiod som är tillhands för respektive fordon. Tabellen visar ytterligare variabler än de i figur 4A exemplifierade som ligger till grund för prioritering av laddningen av fordon som anländer till en laddstation. Exempelvis tar hänsyn till variabler avseende avtalad prioritet, nivå på prioritet, nivå på betalningsviljan för den elektriska energin (priset för levererad energi) eller laddningstillfälle, redan väntad tid samt eventuell förtur. I de fall där systemet 1 kan leverera värme eller kyla till fordonen 2 innefattar beslutsunderlaget visad i tabell 4B även uppgifter om behov av värme eller kyla hos fordonen.

Med hänvisning till figur 4B visas således även att fordon nummer ett inte har någon avtalad prioritet. Betalningsviljan är relativt låg samt att fordonen inte skall tillföras värme eller kyla. Fordon nummer två har inte har någon avtalad prioritet och att betalningsviljan är medel, det vill säga vare sig låg eller hög, samt att fordonen inte skall tillföras värme eller kyla. Fordon nummer tre har avtalad prioritet (klass 7) samt att betalningsviljan är hög och att fordonen skall tillföras kyla. Fordon nummer fyra har avtalad prioritet (klass 3) samt att betalningsviljan är hög och att fordonet varken vill ha värme eller kyla tillförd.

Resultat av prioriteringen av fordonen vid laddningssystemet är att fordon tre laddas på plats nummer 1 under tidsperioden 12.18 och 12.22 utan väntetid. Fordon nummer fyra laddas på plats nummer 2 under tidsperioden 12.24 utan väntetid.

Fordon nummer två laddas på plats nummer 2 under tidsperioden 12.22 till 12.28. Fordon nummer två får alltså vänta fyra minuter mellan 12.18 till 12.22 för laddning. Fordon nummer ett laddas på plats nummer två under tidsperioden 12.24 och 12.31. Fordonet får således vänta under en tidsperiod om sex minuter innan det laddas.

Systemet innefattar ett styrsystem som styr (intelligent styr om när, var och i vilken omfattning laddning skall ske). Valet av hur laddning skall utföras sker med utgångspunkt från tidtabeller, erfarenheter om tidigare utförda laddningar och behov av laddning eller andra uppenbara variabler.

Styrsystemet kan i alternativa utföringsformer utgöras av ett intelligent utförande där resultatet av tidigare fattade beslut (historik) analyseras och ligger till grund för nya beslut som fattas av styrsystemet.

I den detaljerade beskrivningen av den föreliggande uppfinningen kan konstruktionsdetaljer vara utelämnade som är uppenbara för en fackman. Sådana uppenbara konstruktionsdetaljer ingår i den omfattning som krävs för att en fullgod funktion för den föreliggande uppfinningen skall uppnås. Även om vissa föredragna utföringsformer har beskrivits i detalj, kan variationer och modifieringar inom ramen för uppfinningen, komma att framgå för fackmännen inom det område uppfinningen avser och samtliga sådana anses falla inom ramen för efterföljande patentkrav. Det är således tänkbart att den föreliggande uppfinningen används för andra ändamål och applikationer än de i denna patentansökan angivna. I alternativa utföringsformer används systemet för prioritering och dirigering utan mellanlager av elektrisk energi.

Fördelar med uppfinningen Med den föreliggande uppfinningen uppnås ett antal fördelar. För det första erhålls ett förbättrat system, samt förfarande för att använda denna, som löser eller reducerar, minst ett i bakgrunden eller i beskrivningen nämnda tekniska problemen. En annan fördel med systemet är att förlusten i dubbel transformering beroende av att bara en transformering utförs vid lägre effektbehov. En ytterligare fördel med systemet är att en längre livslängd för ackumulatorerna och liknande i fordonen och laddstationerna kan uppnås. En ytterligare fördel med systemet är att förluster vid mellanlagring av elektrisk energi i exempelvis ackumulatorer och liknande reduceras. Systemet minimerar också lagringskapaciteten i ackumulatorer. Systemet har även fördelen av att denna ger mindre miljöpåverkan och medför lägre investeringsbehov samt ger mindre inbyggnadsmått och lägre vikt. Med systemet uppnås även fördelen av att kötiden minimeras och nyttjandet av en viss nätanslutning och ackumulatorstorlek ökar.

Claims (10)

Patentkrav

1. Förfarande för användning av ett system (1) för laddning av elfordon (2), innefattande minst ett delsystem (3) för att överföra elektrisk energi till elfordon (2) vid laddning samt minst ett delsystem (5) för att styra laddningen av elfordon (2), vilket delsystem (3) innefattar minst två laddstationer (4) med minst en laddning splats (7), vilken laddstation (4) innefattar minst en lagringsenhet (17) för elektrisk energi, samt att systemet (1) kan ladda elfordon (2) med elektrisk energi tillförd från elnätet utan mellanlagring, ladda elfordon med lagrad elektrisk energi från lagringsenheten (17) eller ladda elfordon med en kombination av elektrisk energi från elnätet, utan att denna lagrats, och elektrisk energi tillförd från lagringsenheten (17) samt att systemet (1) innefattar minst ett styrsystem som styr systemets funktioner samt utrustning för kommunikation mellan elfordon, styrsystem och laddstationer, varvid styrsystemet innefattar minst en funktion som samlar in data och information från minst en laddstation och fordon samt minst en funktion som med minst en algoritm bearbetar insamlade data och insamlad information till underlag för beslut av styrsystemet avseende prioritering och dirigering av elfordon (2) samt beslut om hur laddning av elfordonen sker samt att systemet innefattar minst en första laddstation (4) och minst en andra laddstation (21) som innefattar minst en gemensam lagringsenhet (17) samt att laddstationema kan samverka att tillföra elektisk energi till en laddning splats, kännetecknat av att systemet (1) kontinuerligt samlar in data/information från laddstationema om laddning snivåer i laddstationernas (4) lagringsenheter (17) för elektrisk energi samt att systemet (1) samlar in information om elfordons (2) laddningsbehov, tillgänglig tidperiod för respektive elfordons (2) laddning, relativ betalningsvilja för elektrisk energi i varje elfordon vars insamlade data och information ligger till grund för prioritering och dirigering av elfordonen avseende när, var och hur laddning av fordonen skall ske vid minst en laddstation (4).

2. Förfarande i enlighet med patentkrav 1 kännetecknat av att respektive laddstation är ansluten till två eller flera anslutningar till elnätet.

3. Förfarande i enlighet med minst ett av tidigare patentkravkännetecknat av att lagringsenheten (4) innefattar ackumulatorer.

4. Förfarande i enlighet med minst ett av tidigare patentkrav kännetecknat av att lagringsenheten (4) innefattar superkondensatorer.

5. Förfarande i enlighet med minst ett av tidigare patentkrav kännetecknat av att lagringsenheterna (4) innefattar både superkondensatorer och ackumulatorer.

6. Förfarande i enlighet med minst ett av tidigare patentkrav kännetecknat av att systemet innefattar minst en separat icke styrd laddstation (24) vilken enbart laddar med elektrisk energi tillförd från nätet utan mellanlagring i lagringsenhet (17).

7. Förfarande i enighet med minst ett av tidigare patentkrav kännetecknat av att systemet innefattar ett delsystem för tillförsel av värme eller kyla till elfordon (2).

8. Förfarande i enlighet med minst ett av tidigare patentkrav kännetecknat av att prioriteringen och dirigeringen av elfordon sker med utgångspunkt från data och/eller information om elfordonens ansvar avseende anslutande trafik.

9. Förfarande i enlighet med patentkrav 8 kännetecknat av att laddningens även sker via minst en laddning splats som saknar lagringsenhet för elektrisk energi.

10. Förfarande i enlighet med minst ett av patentkrav 8 eller 9 kännetecknat av att värme eller kyla tillförs elfordonet via minst ett delsystem vid minst en laddningsstation.