SI25990A - Sistem in postopek za samodejno nadzorovano in fleksibilno polnjenje električnih vozil - Google Patents

Abstract

Sistem in postopek za samodejno nadzorovano in fleksibilno polnjenje električnih vozil (2) temelji v bistvenem delu na delovanju krmilnika polnjenja (1) in na vpeljavi agregacijske platforme (5), ki z različnimi tehnologijami povezuje vse deležnike polnjenja električnega vozila (2). Krmilnik (1) nadzira in krmili postopek polnjenja vozila (2), na način samodejnega delovanja v skladu s pogoji delovanja elektroenergetskega omrežja (6), stanja baterije vozila (2) in pametne pogodbe (53) sklenjene med uporabnikom (4) in dobaviteljem električne energije (9). V pametno pogodbo (53) je po izumu vpisana stopnja fleksibilnosti polnjenja s katero uporabnik (2) dovoljuje dobavitelju (9) polnjenje vozila (2) takrat, ko je mreža (6) manj obremenjena, za kar mu je ponujena nižja cena storitve. Sistem po izumu samodejno deluje tudi v pogojih nedelovanja komunikacij in gostovanja v tujih omrežjih, uporabniku pa njegov dobavitelj (9) izstavi samo en račun.

Description

SISTEM IN POSTOPEK ZA SAMODEJNO NADZOROVANO IN FLEKSIBILNO POLNJENJE ELEKTRIČNIH VOZIL

Izum se nanaša na sistem in postopek za nadzorovano polnjenje električnih vozil v razsežnem pametnem elektroenergetskem omrežju, v katerem se množica električnih vozil polni na različnih polnilnih postajah ter javnih ali zasebnih polnilnih mestih, na geografsko različnih lokacijah, kjer so prisotni različni lokalni ponudniki električne energije in različni operateiji polnilne infrastrukture. Ob tem se pojavljajo tudi kompleksni pogoji delovanja in spremenljive razmere v energetski bilanci pametnega omrežja, hkrati pa je potrebno upoštevati tudi življenjske navade uporabnikov električnih vozil.

UVOD

Energija je vedno bila osnovni pogoj za tehnološki, tehnični, socialni in drugi napredek človekovega življenja. V zadnjih desetletjih narekujejo naraščajoče potrebe po energiji ravno tehnologija, tehnika in način življenja. Zaradi povečanja teh potreb se je morala povečati tudi generacija energije, kar je vplivalo tudi na poslabšanje okoljskih parametrov. Energenti fosilnega izvora imajo negativne vplive na okolje, zato je njihovo zmanjšanje podprto z mednarodnimi spodbudami in uredbami. V ospredje prihaja energija iz čistih tako imenovanih obnovljivih virov. Tehnološki razvoj zahteva tudi čedalje večjo mobilnost prebivalstva, kar je do nedavna pomenilo povečanje onesnaževanja zaradi povečanja števila vozil z notranjim izgorevanjem, ki uporabljajo fosilna goriva, predvsem bencin in nafto. Tukaj so se pojavile tehnološke rešitve z uvedbo električnih vozil, ki so v začetni fazi imeli premajhen doseg za omembe vredno uporabo. V zadnjem desetletju je napredovala tudi tehnologija baterij za električna vozila in ta imajo zdaj doseg nekaj sto kilometrov z eno polnitvijo, kar zadošča potrebam večine prebivalstva.

Naraščajoče število električnih vozil je posledično povečalo potrebe po električni energiji. Na tem mestu se pojavijo tehnični problemi generacije večje količine energije, prenosa in distribucije energije po omrežju, uravnavanje bilance porabe in proizvodnje električne energije, zanesljivosti delovanja elektroenergetskega omrežja ob izpadih nekaterih elementov omrežja in podobno. Električno omrežje je postalo kompleksni sistem in zato gaje potrebno obravnavati celovito in ne parcialno.

Povečanje porabe električne energije, v tem primeru zaradi povečanega števila električnih vozil ter povečana generacija električne energije, posledično povzroči velike obremenitve prenosnega in distribucijskega električnega omrežja. Zato se poveča veijetnost odpovedi posameznih delov omrežja, kar posledično poveča obremenitev ostalega dela omrežja, pojavljajo se velike konične obremenitve in sistem postane nestabilen, kar lahko vodi v sesutje elektroenergetskega omrežja.

Struktura virov generacije električne energije tudi vpliva na stabilnost elektroenergetskega sistema. V primeru večjega deleža obnovljivih virov, to je več kot 20% ali 30% celotnih kapacitet generacije električne energije, zaradi manjšega osončenja zaradi oblačnosti, megle ali noči, pomanjkanja vetra in podobno, generacija električne energije precej pade in ob sočasnem povečanju porabe električne energije, na primer nekontrolirano večjega polnjenja velikega števila električnih vozil, se lahko poruši energetska bilanca sistema. Zaradi tega je potrebno elektroenergetski sistem predimenzionirati na večje konične moči, čeprav večino časa deluje v režimu manjših moči. Tako predimenzioniran sistem je posledično dražji.

Zaradi vsega tega potekajo aktivnosti na optimizaciji delovanja elektroenergetskega sistema. V sklopu tega je veliko izboljšav glede odjema električne energije za polnjenje električnih vozil. Te izboljšave obsegajo tehnične rešitve odjema električne energije in poslovne rešitve, pri katerih mora biti odjem električne energije za polnjenje električnih vozil uporabniku prijazen. Omenjene tehnične rešitve izboljšav odjema te energije zajemajo postavitev in prilagoditev polnilnih mest, meijenje porabljene energije, uravnavanje energetske bilance omrežja, tehnologijo komunikacij, varnost prenosa podatkov, šifriranje in podobno. Poslovne rešitve obsegajo način plačila porabljene energije, obračun stroškov pri različnih pogojih odjema, način poslovne komunikacije uporabnika s ponudniki električne energije in podobno. Uporabniki so pogosto soočeni z nezadovoljivo, heterogeno strukturo polnilnih mest in situacijo, kjer dobavo električne energije zagotavljajo različni ponudniki, kateri imajo različne prijavne postopke za polnjenje in plačilo. Nekatere polnilne postaje so na primer zaklenjene samo na enega dobavitelja električne energije in mora v tem primeru uporabnik električnega vozila imeti pri sebi ustrezno prijavno kartico za nakup storitve polnjenja. Posledično morajo imeti uporabniki večje število prijavnih kartic za različne ponudnike električne energije, kar je uporabniku neprijazno.

Kljub naštetim aktivnostim, ostaja še veliko nerešenih tehničnih problemov v smislu stabilnosti elektroenergetskega sistema zaradi povečanega odjema električne energije pri naraščajočem številu električnih vozil, v smislu hitrosti polnjenja baterij električnih vozil, stopnje napolnjenosti baterij v potrebnem času, dostopa do polnilnih mest, prijave na polnjenje v pogojih gostovanja pri drugih ponudnikih električne energije (to zlasti velja za gostovanje v drugih omrežjih) in podobno. Na primer eden od problemov je polnjenje električnega vozila na domu, pri zasebnih obiskih ali v službi. Tu se pojavlja problem, kdo bo plačal porabljeno električno energijo, problem dvojnega obračuna in problem odvajanja davkov. Naslednji problem, ki je v dosedanjih ponujenih rešitvah nezadostno rešen je gostovanje v tujih elektroenergetskih omrežjih (angleško: roaming), kjer se pojavlja problem izbire uporabniku neznanih dobaviteljev električne energije, neznanih postopkov polnjenja električnega vozila in neznanih načinov in pogojev plačila storitev polnjenja.

Za zmanjšanje polnjenja električnih vozil v konicah porabe v elektroenergetskem sistemu je potrebno spodbuditi uporabnike z nižjimi tarifami v obdobjih manjšega odvzema in večje generacije električne energije v elektroenergetskem sistemu. Ker je sistem dinamičen, uporabnik ne more vedno vedeti, kdaj so ta obdobja in zato ne more odločati o izbiri načina polnjenja. Poleg tega mora biti pristop za naročanje polnjenja električnega vozila za uporabnika enostaven, z njemu prilagojenim vmesnikom. Upoštevati je potrebno, da so uporabniki tudi starejši ljudje in tudi taki brez tehnične izobrazbe. Primer uporabniku prijaznega pristopa za odjem in plačevanje storitev so nedvomno storitve mobilne telefonije.

Ker gre v celotnem sistemu in postopku polnjenja električnih vozil za obračun in plačilo porabljene energije, morajo biti v sistemu nameščeni metrološko oveijeni in zakonsko odobreni merilniki električne energije. Do sedaj obstaja več pristopov za polnjenje električnih vozil, kateri predvidevajo namestitev merilnikov v polnilnem stebričku polnilnice, v priključnem kablu za polnjenje električnega vozila ali v samem vozilu. Vsaka od rešitev ima svoje prednosti in pomanjkljivosti. Na primer namestitev v polnilnem stebričku omogoča polnjenje kateregakoli električnega vozila, pod pogojem, da se lastnik identificira v sistem. To se običajno opravi s karticami na osnovi bližinske komunikacije NFC (angleško: Near Field Communication), kot na primer RFID (angleško: Radio Frequency Identification). Prednost takšne rešitve je, da uporabniku ni potrebno skrbeti za metrološko vzdrževanje merilnika, pomanjkljivosti je več: pri velikem številu polnilnih mest, ki se na primer lahko nahajajo v stebrih javne razsvetljave, ali v parkirnih boksih parkirišč, ali pri večjem številu polnilnih mest na istem polnilnem stebričku ali podobno, število merilnikov zelo naraste, kar zelo podraži celoten sistem za polnjenje električnih vozil. Poleg tega takšna rešitev ne omogoča polnjenje električnega vozila na delovnem mestu ali pri prijateljih.

Namestitev merilnika električne energije v polnilnem kablu ima prednost, da uporabnik lahko polni vsako električno vozilo, ob predhodni prijavi v sistem, rešitev pa je nerodna, ker je uporabniški vmesnik dokaj neprijazen za uporabnika.

V obeh opisanih primerih mora imeti električno vozilo lastni nadzorni in komunikacijski sistem, kateri sporoča polnilnem sistemu stanje napolnjenosti avtomobilske baterije.

Tretja možnost je namestitev merilnika električne energije v električno vozilo, kjer je povezan z diagnostičnim in komunikacijskim sistemom vozila in ima zato dostop do večje množice podatkov o samem vozilu, načinu vožnje, dinamiki obnašanja baterije in podobno, kar je pomembno za napovedi porabe. Poleg tega je uporabniški vmesnik integriran v informacijski vmesnik samega vozila in je zato uporabniku bolj prijazen.

Kakor je bilo že omenjeno je stabilnost elektrodistribucijskega omrežja pogojena z usklajeno generacijo in porabo energije. Te dejavnosti, v do sedaj znanih rešitvah v pametnih omrežjih, izvajajo namenski upravljavski sistemi, ki morajo pri odločitvah spremljati množico podatkov o stanju in energetski bilanci omrežja ter napovedi za prihodnost. Na primer, takšni upravljavski sistemi imajo vgrajene modele, po katerih lahko napovejo povečano porabo zaradi gibanja temperatur, ali zmanjšano generacijo električne energije iz obnovljivih virov, zaradi manjšega osončenja ali odsotnosti vetra, in podobno. Pri večjem številu uporabnikov sistema se zato zelo poveča pretok informacij, ki so potrebne za odločanje, kar zmanjša odzivnost celotnega pametnega omrežja.

Večina sistemov za polnjenje električnih vozil potrebuje za avtentikacijo uporabnika delujočo komunikacijsko povezavo s ponudnikom električne energije. V primeru izpada komunikacije, uporabnik ne more napolniti svojega električnega vozila na tem polnilnem mestu, kar je lahko problematično, če je baterija njegovega vozila že izpraznjena.

Cilj izuma je predlagati sistem in postopek za polnjenje električnih vozil, kjer bo polnjenje potekalo popolnoma samodejno kjerkoli v omrežju, tudi med gostovanjem v tujem omrežju ali na zasebnih, hišnih polnilnih priključkih, z vnaprej določenimi individualnimi zahtevami na način, da uporabnik ne bo potreboval nobene komunikacije in osebne interakcije s sistemom pred polnitvijo, da bo uporabnik samodejno dobil najugodnejšo tarifo storitve in da bo celotno pametno elektroenergetsko omrežje vedno delovalo v optimalnem ravnovesju generacije in porabe električne energije.

Izum je po mednarodni klasifikaciji uvrščen v razred B60L 53/10.

Izum rešuje tehnični problem polnjenja električnega vozila na poljubnem polnilnem mestu, pri čemer uporabnik plača porabljeno električno energijo svojemu dobavitelju električne energije, ne glede na lokacijo polnilnega mesta in pri čemer je način polnjenja fleksibilen, samodejen in optimiziran na, za uporabnika, najugodnejšo tarifo električne energije, na uporabnikove potrebe in na stanje električnega omrežja, hkrati pa se ohranja optimalna energijska bilanca celotnega omrežja.

STANJE TEHNIKE

Do sedaj so znane mnoge rešitve, ki so reševale nekatere segmente tehničnega problema.

Ena od rešitev povečanja števila polnilnih mest in omogočanja polnjenja električnih vozil predvideva uporabo pametnih polnilnih kablov, kateri vsebujejo električni števec, krmilnik, identifikacijski in komunikacijski vmesnik, s katerim se uporabnik lahko poveže na katerokoli polnilno mesto znotraj lokalnega območja. Izum je opisan v patentnem zahtevku EP 25 97 426 Al. Naprava je zasnovana na način, da zazna lokacijo polnilnega mesta in pomeri porabo energije, katere vrednosti primerja in preveri z vrednostmi stacionarnih števcev za to odjemno mesto. Uporabnik, preko kabelskega vmesnika ali mobilne naprave, vnese tip že vnaprej sklenjene pogodbe za polnjenje in obračun svojega električnega vozila. Pomanjkljivost omenjene rešitve je, da komunikacija poteka le z oddaljenim strežnikom lastnika polnilnice, ki nato naprej komunicira z izbranim dobaviteljem električne energije in tak postopek je zaradi varnosti še dodatno zapleten za uporabo v omrežjih med gostovanjem. Poleg tega je uporabniški kabelski vmesnik neprijazen do uporabnika, sam postopek ni samodejen ter ni fleksibilen glede na potrebe uporabnika. Nadaljnja pomanjkljivost rešitve je, da ne rešuje celotnega problema delovanja in balansiranja pametnega omrežja.

Poznana je tudi rešitev, opisana v spisu US 2018/0225774 Al, kjer je krmilnik polnjenja nameščen v električno vozilo, kateri vsebuje električni števec, upravljavsko enoto in komunikacijsko enoto, preko katere se podatki in odločitve o polnjenju, ki so shranjeni tudi v spominu krmilnika v vozilu, prenesejo v osrednji center za obračun porabe. Bistvo izuma je, da se, glede na lokacijo ali čas polnjenja, vsi podatki zbirajo in variabilno obdavčijo v osrednjem strežniku, kjer se tudi upoštevajo različne davčne stopnje. Predlagani izum ne rešuje celotne energijske bilance pametnega omrežja in ne omogoča uporabniku prijazno izbiro vnaprej dogovotjenih tarif. Omenjena rešitev ni samodejna in fleksibilna glede na pogoje polnjenja.

Poznana je tudi rešitev, opisana v patentnem spisu WO 2019/020461 Al, kateri rešuje tehnični problem polnjenja električnega vozila na različnih polnilnih mestih, ki so v lasti različnih dobaviteljev električne energije, kateri prodajajo energijo pod različnimi pogoji, cenami in načini plačevanja. Ta problem je izrazit tudi v pogojih gostovanja v drugem kraju ali državi. Po izumu se postopek polnjenja in obračun izvede na osnovi pametne pogodbe, kjer se ob polnjenju na poljubnem mestu, podatki o polnjenju in porabi pošljejo na končni naslov dobavitelja električne energije. V opisanem primeru se tarifiranje izvede v okviru pametne pogodbe, vendar le ob vsakokratnem strinjanju lastnika vozila, torej postopek ni samodejen. Izum predvideva možne vnaprej zakupljene termine polnjenja. Pomanjkljivost omenjene rešitve je, da ni fleksibilna glede na potrebe uporabnika, glede na stanje baterije in glede na stanje omrežja. S tem opisana rešitev ne prispeva stabilizaciji in optimizaciji pametnega omrežja.

Sistem za fleksibilno in stanju omrežja prilagodljivo polnjenje električnega vozila je opisan v patentnem spisu EP 2 439 099 A2. Fleksibilnost polnitve se v tem primeru nanaša le na regulacijo polnilnih tokov zaradi nestabilnega električnega stika med električnim vozilom in polnilnim kablom in zmožnosti pametnega omrežja za polnjenje vozila. Izum ne rešuje fleksibilnosti polnjenja v smislu stanja baterije vozila in/ali potrebe po stopnji napolnjenosti baterije vozila in/ali časovne pripravljenosti vozila za predvideno uporabo. Predlagani sistem obsega polnilno postajo, center za upravljanje, pametno omrežje, električna vozila, vsi so medsebojno povezani v internetno mrežo, prednostno preko TCP/IP protokola. Pomanjkljivost rešitve je, da ni celovita in ne omogoča dinamičnega tarifiranja, samodejnih odločitev o napovedi polnjenja glede na potrebe uporabnika in predvideno stanje pametnega omrežja ter ne rešuje problema gostovanja v tujem omrežju.

Poznan je tudi patentni spis EP 23 24 327 BI, kateri rešuje tehnični problem odjema električne energije za polnjenje električnega vozila na poljubnem mestu, na uporabniku prijazen način, pri čemer je zagotovljena varnost podatkov, zmanjšana možnost zlorab ter je uporabniku omogočena prosta izbira dobavitelja električne energije. Po izumu predlagana rešitev temelji na mobilni števčni napravi, ki je integrirana ali dodatno vgrajena v električno vozilo. Omenjena naprava po izumu vsebuje centralno krmilno enoto, aktuatorski modul, števčno enoto, komunikacijski modul in enkripcijski modul. Po izumu je opcijsko predvidena možnost povezave števčne naprave z osrednjim računalnikom vozila, ter souporaba uporabniškega vmesnika vozila. Postopek polnjenja obsega komunikacijo naprave v vozilu s polnilnim mestom in obračunskim centrom, kjer se izmenja množica podatkov potrebnih za izbiro dobavitelja elektrike, polnilnih pogojev in podobno. Slabost tega postopka je prenos velike množice podatkov kar posledično pomeni manjšo zanesljivost sistema ob velikem številu operacij. Kljub veliki fleksibilnosti izbire; polnjenja vozila in uporabniku prijaznem vmesniku, predlagana rešitev je za povprečnega uporabnika lahko prezahtevna, namreč manjka ji samodejnosti. Poleg tega predlagan izum ne rešuje celotnega problema uskladitve delovanja pametnega omrežja in diagnostike stanja baterije v vozilu. Nadalje, predlagan izum ne rešuje problema samodejnega polnjenja vozila v obdobju za uporabnika najugodnejših tarif.

Poznana je tudi rešitev, opisana v patentnem spisu EP3384473 Al, ki rešuje tehnični problem poenostavitve sistema za polnjenje električnega vozila ob sočasni zagotovitvi varnosti podatkov. Namesto centralnega strežnika je po izumu predlagano P2P omrežje, kjer so vozlišča medsebojno povezana (angleško: peer-to-peer). Električno vozilo se po izumu poveže s polnilno postajo, ki sproži polnjenje. Varnost je vgrajena v P2P aplikaciji znotraj celotnega omrežja. P2P modul vozila pošlje ID in zahtevo za polnjenje P2P aplikaciji v polnilni postaji. Ta se poveže z aplikacijo v računalnikih, ki delujejo, kot vozlišča. Tam se potrdi verodostojnost kupca v procesu komunikacije med vozilom in oddaljenimi računalniki ter se odobri polnjenje. Pri tem se zabeležijo vse relevantne podatke v elektronsko pogodbo, lahko se neizključujoče uporabi tehnologija veriženja blokov. Vozilo lahko komunicira tudi neposredno z drugimi vozlišči P2P omrežja. V različnih variantah je lahko merilnik energije nameščen v polnilnem mestu ali v vozilu, ali celo v priključnem kablu, kateri lahko vsebuje P2P modul in zato se lahko priključi tudi vozilo, ki ni del P2P mreže. Omenjeni spis ne rešuje problema bilance generacije in porabe v elektroenergetskem sistemu niti ne predlaga rešitve za optimiziranje dinamike polnjenja električnega vozila na način, da bo uporabnik imel vozilo pravočasno napolnjeno do dogovorjenega nivoja napolnjenosti baterije vozila in hkrati imel zagotovljeno najnižjo ceno kupljene električne energije. Poleg tega omenjeni izum ne predlaga rešitve za polnjenje v primeru nedelujoče komunikacije.

Opisani primeri in do sedaj v praksi znane rešitve ne rešujejo navedenega tehničnega problema.

OPIS IZUMA

Tehnični problem po izumu je rešen s predlaganim sistemom in postopkom za polnjenje električnih vozil, katerega značilnosti po izumu so navedene v označujočem delu prvega in desetega patentnega zahtevka. Značilnosti nadaljnjih izvedbenih primerov po izumu so opredeljene v podzahtevkih.

V nadaljevanju bosta sistem in postopek po izumu podrobno razložena s pomočjo slik, ki prikazujejo:

Slika 1: Shematski prikaz sistema po izumu za polnjenje električnih vozil

Slika 2: Shematski prikaz sistema po izumu v primeru gostovanja uporabnika v tujih elektroenergetskih omrežjih

Osnovni pristop rešitve navedenega tehničnega problema je analogen z rešitvijo gostovanja in obračuna storitev v mobilnih telekomunikacijskih omrežjih, kjer se uporabnikova mobilna naprava samodejno poveže z baznimi postajami in se vse storitve samodejno opravljajo, brez vključevanja uporabnika v procese izbire storitev.

Sistem po izumu je shematsko predstavljen na sliki 1 in ga v bistvenem delu sestavljajo vsaj naslednji deležniki: eden ali več uporabnikov (U) 4, vsaj eden krmilnik polnjenja (eMCC) 1, vsaj eno električno vozilo (EV) 2, ena ali več polnilnih mest (CP) 3, pametna elektroenergetska mreža (SG) 6, trg električne energije (EM) 7, sistemski upravitelj energije (EMS) 8, dobavitelj električne energije (ES) 9 in agregacijska platforma (AP) 5. Bistvena značilnost sistema po izumu je, daje uporabnik 4 postavljen v središče sistema. V nadaljnjem opisu uporabnik pomeni eno ali več oseb, katere uporabljajo storitev polnjenja električnega vozila 2. Električno vozilo 2 je lahko katerokoli vozilo, katero ima glavni ali pomožni pogon z uporabo električne energije, katera je shranjena v bateriji vozila 2. Električna vozila 2 so lahko na primer avtomobili, skuterji, motoma kolesa, skiroji, električne rolke, tovorna vozila, vozila za prevoz večjega števila potnikov, vodna in zračna plovila in podobno.

Krmilnik polnjenja 1 je mikroprocesorsko upravljana naprava, katera je v lasti uporabnika 4 in je opremljena za shranjevanje, šifriranje ter komunikacijo z deležniki sistema po izumu. Prednostno, toda ne izključujoče, je krmilnik 1 nameščen v električnem vozilu 2. V posebnem izvedbenem primeru je krmilnik 1 lahko nameščen neizključujoče v polnilnem kablu 31, kateri se namesti med polnilnim mestom 3 in vozilom 2. V drugem izvedbenem primeru je lahko krmilnik 1 nameščen na polnilnem mestu 3. V vsakem primeru je krmilnik 1 po izumu pred in med polnjenjem vozila 2 komunikacijsko povezan s polnilnim mestom 3, z nadzornim računalniškim sistemom vozila 21 in sistemom za upravljanje baterije vozila 22 ter preko agregacijske platforme 5 z vsemi deležniki sistema po izumu, kateri so potrebni za izvajanje postopka polnjenja električnega vozila 2. Krmilnik 1 po izumu vsebuje tudi metrološko in funkcionalno odobren merilnik električne energije.

Polnilna mesta 3 v tem patentnem spisu pomenijo katerokoli mesto, kjer je možno na konduktivni ali induktivni način napolniti baterije električnega vozila 2. Polnilna mesta so lahko, neizključujoče:

- Javna polnilna mesta, kot so na primer na javnih parkiriščih, ob drogovih cestnih svetilk in tako dalje,

- Pol-javna polnilna mesta, ki vključujejo polnjenje v službi, pri prijateljih ali sorodnikih in podobno,

- Hitre polnilnice, ki so na javnih mestih in so običajno v lasti upraviteljev polnilnic in

- Zasebna polnilna mesta, na primer doma.

Pametno omrežje 6 pomeni celotno elektroenergetsko prenosno omrežje in elektroenergetsko distribucijsko omrežje s svojimi upravitelji in priključenimi napravami.

Agregacijska platforma 5 po izumu usklajuje potrebe in možnosti posameznih deležnikov sistema in s tem usklajuje in definira delovanje sistema po izumu. Platforma 5 po izumu usklajuje in nadzira procese gostovanja (R) 51 v drugih lokalnih ali globalnih električnih omrežjih, upravlja in usklajuje medsebojne, vzajemne P2P komunikacijske povezave 52 med deležniki sistema po izumu in usklajuje izvajanje pametnih pogodb 53. V posebnem izvedbenem primeru ima platforma 5 sistema po izumu, upravitelja platforme (PM) 54.

Nadaljnje lastnosti sistema po izumu bodo razložene v nadaljevanju skupaj z opisom postopka po izumu.

Postopek po izumu za polnjenje električnega vozila 2 poteka tako, da uporabnik sklene pametno pogodbo 53 z izbranim dobaviteljem električne energije 9. V pametni pogodbi 53 so po izumu, poleg pravno obveznih, navedeni osnovni pogodbeni podatki o:

- uporabniku 4,

- dobavitelju električne energije 9,

- časovnih terminih, ko mora biti vozilo pripravljeno na vožnjo (na primer vsako jutro za odhod v službo in povratek domov ter zvečer za nakupe ali zabavo, en dan med vikendom na izlet),

- stopnji fleksibilnosti v posameznih navedenih časovnih terminih (na primer kdaj se uporabnik zaveže, da lahko polni z zamikom),

- predvidenem dosegu vožnje v posameznih terminih,

- ceniku polnjenja v posameznih terminih,

- ceniku polnjenja v primeru kršenja dogovoijenih terminov ( na primer takrat, ko uporabnik želi imeti napolnjeno vozilo pred dogovoijenim rokom),

- kaznih za dobavitelja energije za nenapolnjeno vozilo zaradi na primer stanja v omrežju.

Na opisan način je s pametno pogodbo 53 po izumu v postopek polnjenja električnega vozila 2 vgrajena fleksibilnost, ki pripomore k oblikovanju za uporabnika najugodnejše cene električne energije in k uravnavanju energetske bilance pametne mreže 6. Na primer upravitelj energetskega sistema 8 zazna zmanjšano generacijo električne energije in/ali povečano porabo v mreži 6 in ima, na način predlagan po izumu, možnost prekinitve polnjenja ali zmanjšanja polnilnega toka pri tistih vozilih 2, katera imajo v pametni pogodbi 53 zabeleženo fleksibilnost polnjenja, to je polnjenje z zamikom. Tako upravitelj 8 lahko uravna energetsko bilanco pametne mreže. Po izumu se takšne aktivnosti izvedejo samodejno v okvirih, ki so navedene v pametnih pogodbah 53. Uporabniki 4, kateri imajo pogodbeno določeno večjo fleksibilnost, imajo tudi nižjo tarifo porabljene električne energije.

Pametna pogodba je v osnovi računalniško podprt transakcijski protokol, kateri se izvede z računalniškim programom, ko so izpolnjeni vnaprej določeni pogoji. Izvedba pametnih pogodb običajno, toda ne izključno, temelji na tehnologiji veriženja blokov.

Po izumu je pametna pogodba 53 vpisana v krmilnik 1. Prav tako obstaja enaka pogodba shranjena tudi v podatkovni bazi dobavitelja električne energije 9.

Postopek polnjenja električnega vozila 2 po izumu poteka tako, da uporabnik 4 poveže s polnilnim kablom 31 polnilno mesto 3 s svojim vozilom 2, ali se približa z vozilom 2 na mesto določeno za induktivno polnjenje, nakar se krmilnik 1 samodejno komunikacijsko poveže s polnilnim mestom 3, od katerega dobi njegovo identifikacijsko oznako in podatke o stanju in razpoložljivih kapacitetah obremenitve polnilnega mesta 3. V posebnem izvedbenem primeru, ko se vozilo 2 polni na pol-javnih ali zasebnih polnilnim mestih 3, na primer doma, pri prijateljih, sosedih, v službi, v večstanovanjski hiši in podobno, se krmilnik 1 komunikacijsko poveže s pametnim električnim števcem objekta, v katerem se nahaja polnilno mesto 3. V naslednjem koraku, krmilnik 1:

- se samodejno komunikacijsko poveže z nadzornim računalniškim sistemom vozila 21, preko katerega preveri stanje napolnjenosti baterije vozila 2,

- preveri pogoje in omejitve polnjenja, katere so zapisane v pametni pogodbi 53, katera se nahaja v pomnilniku krmilnika 1,

- zahteva od agregacijske platforme 5 posredovanje podatkov o stanju mreže 6 glede trenutnih in napovedanih obremenitev in zahteva navodila za optimalno dinamiko odjema električne energije,

- preveri morebitni ročni vpis uporabnika 4 v računalniški nadzorni sistem 21 vozila 2, če niso vnesene morebitne prioritetne zahteve glede polnjenja,

- na osnovi vseh omenjenih informacij pripravi načrt za polnjenje, kateri vsebuje časovni profil polnilnega toka,

- posreduje ukaz o polnjenju sistemu za upravljanje baterije vozila 22, kateri je nameščen v vozilu 2 in samostojno nadzira časovni potek polnjenja v skladu z omenjenim časovnim profilom.

Agregacijska platforma 5 po izumu združuje vse relevantne podatke o trenutnem in napovedanem stanju pametne mreže 6 na vseh nivojih: znotraj enega napajalnega voda, znotraj ene transformatorske postaje, znotraj ene distribucije ali znotraj celotnega elektroenergetskega sistema. Poleg tega platforma 5 po izumu dostopa do podatkov s trga električne energije 7, jih pripravi in na zahtevo posreduje krmilniku 1.

Z opisanim postopkom po izumu je omogočena skalabilnost nadzora nad energetskim stanjem elektroenergetskega omrežja to je pametne mreže 6, od nivoja hišnih priključkov, preko nizkonapetostnega in srednjenapetostnega distribucijskega omrežja do visokonapetostnega prenosnega omrežja.

Po izumu se vsako polnjenje vozila 2 zapiše v pametno pogodbo 53, katera poleg omenjenih osnovnih pogodbenih podatkov vsebuje vsaj še podatke o:

- polnilnem mestu 3,

- lokalnem ponudniku energije, kateri dobavlja električno energijo polnilnem mestu 3,

- ceni energije v obdobju polnjenja,

- količini pretočene električne energije,

- času polnjenja.

Tako dopolnjena pogodba 53 se po izumu zapiše v pomnilnik električnega števca, kateri se nahaja v krmilniku 1. Električni števec je metrološko in funkcionalno odobren merilnik in je s tem zagotovljena varnost shranjenih podatkov v notranji pomnilnik števca. Nato se po izumu pogodba 53 pošlje v agregacijsko platformo 5, kjer se razpošlje vsem deležnikom postopka polnjenja. Po izumu se nato izvede izravnava nastalih stroškov polnjenja med vsemi deležniki, ki so nastopali v postopku polnjenja, kot na primer: dobavitelj električne energije 9, lokalni ponudnik energije, lastnik polnilnice 3, upravitelj elektroenergetskega omrežja, izvajalec različnih pomožnih storitev kot je na primer storitev izravnave stroškov, storitev gostovanja v tujem elektroenergetskem omrežju, storitev prenosa podatkov, storitev izravnave bilančnih skupin, storitev izravnave porabe energije, storitev finančnega obračuna in podobno. Na osnovi izravnave stroškov se opravi finančni obračun, med katere sodi tudi odvajanje davkov, kije lahko odvisna od lokacije polnjenja vozila 2. Na koncu dobavitelj energije 9 izstavi en račun uporabniku 4, v katerem so upoštevani vsi stroški, porabljena energija in davki.

V posebnem izvedbenem primeru, ko je polnjenje opravljeno na pol-javnih ali zasebnih polnilnih mestih 3 in je v pogodbo 53 vnesena tudi identifikacija električnega števca na mestu odjema, se po izumu preko platforme 5, med postopkom izravnave stroškov v agregacijski platformi 5, upošteva odjem za polnjenje električnega vozila 2 in se ta izmetjena električna energija odšteje od stanja pri obračunu števca na mestu odjema. V drugem izvedbenem primeru po izumu se lahko ta izmerjena električna energija sporoči števcu na mestu odjema, ki to energijo odšteje od svoje izmerjene porabe in razliko vpiše v svoj pomnilnik.

V naslednjem izvedbenem primeru, ko ni mogoče vzpostaviti komunikacije med krmilnikom 1 in agregacijsko platformo 5, se v postopku polnjenja vozila 2 po izumu ne upošteva stanje elektroenergetskega omrežja in se v krmilniku 1 generira odločitev o polnjenju na osnovi preostalih parametrov. Podatki o polnjenju, to je identifikacijska oznaka polnilnega mesta, količina pretočene električne energije in čas polnjenja, se po izumu zabeležijo v pogodbo 53, katera se vpiše v pomnilnik električnega števca, kateri se nahaja v krmilniku 1. Naknadno, ko je možna vzpostavitev komunikacije med krmilnikom 1 in platformo 5, se pogodba 53 prenese v agregacijsko platformo 5 in naprej vsem deležnikom postopka polnjenja.

V drugem izvedbenem primeru, ko ni možna identifikacija polnilnega mesta 3, se polnilno mesto vnese ročno. Za vnos identifikacijske oznake polnilnega mesta 3 po izumu obstaja več načinov, na primer preko črtne ali QR kode, s pomočjo aplikacije na mobilnem telefonu, preko uporabniškega vmesnika v vozilu 2 in podobno.

Na osnovi opisanega postopka polnjenja električnega vozila 2 in obeh na zadnje opisanih posebnih primerov je pokazano, da postopek polnjenja po izumu deluje tudi v razmerah odpovedi komunikacijskih povezav, kar pri drugih znanih rešitvah ni res.

Na opisani način krmilnik 1 postane centralni in samostojni deležnik sistema po izumu.

Pri gostovanju uporabnika v tujih omrežjih pogosto prihaja do težav pri polnjenju električnega vozila zaradi drugačnih postopkov prijave na polnilno postajo 3, drugačnih in različnih načinov avtentikacije in plačevanja storitev, še zlasti v primeru gostovanja v tujini, kjer je ovira za uporabnika tudi tuji jezik in včasih zavajajoči izrazi in navodila, katera tujcu niso popolnoma razumljiva.

Po izumu je izvedbeni primer gostovanja rešen s povezavo nacionalnih agregacijskih platform 5x v mednarodni sistem, kateri zajema vse deležnike polnjenja električnih vozil v več državah, kar je shematsko prikazano na sliki 2. V tem posebnem izvedbenem primeru je postopek polnjenja električnega vozila 2 za uporabnika 4 popolnoma enak, kot po izumu v domačem omrežju, pametna pogodba 53, katera je dopolnjena z vsemi podatki o opravljenem polnjenju, pa se preko nacionalne agregacijske platforme 5x prenese v domačo agregacijsko platformo 5, kjer se po izumu izvede izravnava vseh nastalih stroškov z vsemi deležniki, kateri so nastali med gostovanjem uporabnika 4 v tujem omrežju 6x. Na osnovi omenjene izravnave po izumu, opravi pogodbeni dobavitelj električne energije 9 obračun in izstavi račun uporabniku 4.

Na predlagani način je torej rešen tehnični problem fleksibilnega in samodejnega polnjenja električnega vozila 2 v kateremkoli omrežju 6 in na kateremkoli polnilnem mestu 3 tako, da uporabnik nima nobenega opravka z nakupom in plačevanjem porabljene električne energije in od svojega pogodbenega dobavitelja električne energije 9 prejme izstavljen enotni račun za vse stroške nakupa električne energije za polnjenje svojega vozila 2. Uporabniku 4 je tako zagotovljena najnižja cena storitev, hkrati pa je ohranjena optimalna energijska bilanca celotnega elektroenergetskega omrežja 6.

Komunikacijske povezave med posameznimi deležniki sistema po izumu so lahko različne in prilagojene obstoječim komunikacijskim tehnologijam. Po izumu je prednostno predlagana P2P arhitektura komunikacijskih povezav.

Claims (10)

1. PATENTNI ZAHTEVKI

   1. Sistem za samodejno nadzorovano in fleksibilno polnjenje električnih vozil, ki ga sestavljajo naslednji medsebojno komunikacijsko povezani deležniki: eden ali več uporabnikov (4), eden ali več krmilnikov polnjenja (1), eno ali več električnih vozil (2), eno ali več polnilnih mest (3), pametna elektroenergetska mreža (6), trg električne energije (7), sistemski upravitelj energije (8), dobavitelj električne energije (9) in agregacijska platforma (5), označen s tem, da:

   - krmilnik polnjenja (1) vsebuje metrološko in funkcionalno odobren merilnik električne energije,

   - je krmilnik polnjenja (1) nameščen v električnem vozilu (2) ali v polnilnem električnem kablu (31) ali na polnilnem mestu (3), se vsako polnjenje vozila (2) zapiše v pametno pogodbo (53).
2. 2. Sistem po zahtevku 1 označen s tem, da je agregacijska platforma (5), konfigurirana za nadzor in usklajevanje procesov gostovanja (51) v tujem elektroenergetskem omrežju (6x),

   - upravljanje in usklajevanje medsebojne, vzajemne komunikacijske povezave (52) med deležniki sistema,

   - usklaj evanj e izvaj anj e pametnih pogodb (53).
3. 3. Sistem po zahtevku 1 in 2 označen s tem, daje arhitektura komunikacijskih povezav prednostno, toda ne izključno, P2P; daje agregacijska platforma (5) komunikacijsko povezana z drugimi nacionalnimi agregacijskimi platformami (5x) v katerih uporabnik (4) opravlja gostovanje; in da ima agregacijska platforma (5) oziroma (5x) upravitelja platforme (54) oziroma (54x).
4. 4. Postopek za samodejno nadzorovano in fleksibilno polnjenje električnih vozil označen s tem, da je pametna pogodba (53) o polnjenju električnega vozila (2), ki jo uporabnik (4) sklene z izbranim dobaviteljem električne energije (9), vpisana v krmilnik polnjenja (1), prednostno v pomnilnik električnega števca, kije vgrajen v krmilnik (1) in v podatkovno bazo dobavitelja električne energije (9) in, da se pametna pogodba (53) neobvezno izvaja s tehnologijo veriženja blokov, kjer omenjena pametna pogodb vsebuje vsaj podatke o:

   - uporabniku (4),

   - dobavitelju električne energije (9),

   - časovnih terminih pripravljenosti vozila (2) za vožnjo, stopnji fleksibilnosti odstopanja od dogovorjenih časovnih terminov polnjenja vozila (2),

   - predvidenem dosegu vožnje v posameznih terminih.
5. 5. Postopek po zahtevku 4 označen s tem, da

   - uporabnik (4) s polnilnim kablom (31) medsebojno poveže polnilno mesto (3) oziroma (3x) in električno vozilo (2) ali se z vozilom (2) približa mestu predvidenem za induktivno polnjenje,

   - da v primeru nedelujoče komunikacije med vozilom (2) in polnilnim mestom (3) oziroma (3x), uporabnik (2) ročno vnese identifikacijsko oznako polnilnega mesta (3) oziroma (3x),

   - daje krmilnik (1) konfiguriran za samodejno vzpostavitev komunikacijske povezave s polnilnim mestom (3) oziroma (3x);

   - daje krmilnik (1) konfiguriran za samodejno vzpostavitev komunikacijske povezave z nadzornim računalniškim sistemom vozila (21) in s sistemom za upravljanje baterije vozila (22).
6. 6. Postopek po zahtevku 5 označen s tem, da

   - se krmilnik (1) poveže z električnim števcem na polnilnem mestu (3) oziroma (3x) in prebere njegovo identifikacijsko oznako;

   - krmilnik (1) pridobi informacije od sistema za upravljanje baterije vozila (22) o stanju napolnjenosti baterije vozila (2),

   - krmilnik (1) preveri pogoje polnjenja, kateri so vpisani v pametni pogodbi (53),

   - krmilnik (1) preveri morebitne ročno vpisane ukaze uporabnika (4) v računalniški nadzorni sistem (21) vozila (2), kateri se nanašajo na polnjenje vozila (2),

   - krmilnik (1) preko agregacijske platforme (5) oziroma (5x) pošlje zahtevo za posredovanje podatkov o trenutnem in napovedanem stanju obremenitve elektroenergetske mreže (6) oziroma (6x) in navodila za optimalen odjem električne energije,

   - agregacijska platforma (5) oziroma (5x) priskrbi od deležnikov sistema, prednostno sistemskega upravitelja energije (8) oziroma (8x) in pametne elektroenergetske mreže (6) oziroma (6x), podatke o trenutnem in napovedanem stanju obremenitve elektroenergetske mreže (6) oziroma (6x) in navodila za optimalen odjem električne energije ter jih posreduje krmilniku (1).
7. 7. Postopek po zahtevku 6 označen s tem, da na osnovi pridobljenih podatkov krmilnik (1) izdela časovni profil polnilnega toka,

   - krmilnik (1) posreduje ukaz sistemu za upravljanje baterije vozila (22) za začetek polnjenja in nadzira potek polnjenja vozila (2).
8. 8. Postopek po patentnem zahtevku 6 označen s tem, da v primeru nedelujoče komunikacije z agregacijsko platformo (5) oziroma (5x) krmilnik (1):

   - na osnovi pridobljenih podatkov izdela časovni profil polnilnega toka,

   - posreduje ukaz sistemu za upravljanje baterije vozila (22) za začetek polnjenja in nadzira potek polnjenja vozila (2).
9. 9. Postopek po zahtevku 7 ali 8 označen s tem, da po zaključku polnjenja krmilnik (1) prebere iz električnega števca v krmilniku (1) podatek o količini pretočene energije.
10. 10. Postopek po zahtevku 9 označen s tem, da krmilnik polnjenja (1) konfiguriran tako, da:

    po zaključku polnjenja v pametno pogodbo (53) vpiše podatke o polnjenju vozila (2), ki obsegajo vsaj podatke o:

    - polnilnem mestu (3) oziroma (3x) in/ali identifikacijsko oznako električnega števca na polnilnem mestu (3) oziroma (3x), lokalnem ponudniku energije, kateri dobavlja električno energijo polnilnem mestu (3) oziroma (3x),

    - ceni energije v obdobju polnjenja, količini pretočene električne energije,

    - času polnj enj a vozila (2) in, da pametno pogodbo (53) shrani v pomnilnik električnega števca, ki se nahaja v krmilniku (1).