WO2012110064A2 - Method for operating components of a house and components of at least one vehicle - Google Patents

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WO2012110064A2
WO2012110064A2 PCT/EP2011/004521 EP2011004521W WO2012110064A2 WO 2012110064 A2 WO2012110064 A2 WO 2012110064A2 EP 2011004521 W EP2011004521 W EP 2011004521W WO 2012110064 A2 WO2012110064 A2 WO 2012110064A2
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thermal energy
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Jens Papajewski
Christian Wilhelm
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Audi Ag
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    • Y04S30/14—Details associated with the interoperability, e.g. vehicle recognition, authentication, identification or billing

Definitions

  • the invention relates to a method for operating components (devices) belonging to a house or belonging to at least one vehicle.
  • the invention deals with the field of predictive operating strategies.
  • Such operating strategies are known in particular from electric drive vehicles. It is always a question of optimizing the consumption of electrical energy by the vehicle by storing electrical energy storage in the vehicle from which the electric drive is fed based on planning data concerning the future use of the vehicle is loaded as far as possible at reasonable times, so that planned trips do not have to be canceled or interrupted because of a loading of the vehicle.
  • vehicles with electric drive have a so-called range extender, an internal combustion engine, the task of which is not necessarily the drive of the vehicle, but which only serves to generate electric power for the purpose of charging the battery , An internal combustion engine naturally also generates thermal energy, which may optionally be supplied to an air conditioning device of the vehicle.
  • Predictive operating strategies are also known for buildings and building systems. It is about loading memory for electrical or thermal energy (thermal energy or cooling energy) at optimal times, for example, at times when the cost of the required electrical power is low.
  • thermal energy thermal energy or cooling energy
  • the vehicles are regarded as an energy source which can discharge a battery charged during operation into the building system, but conversely they can also draw charging energy from the building system, ie be energy sinks.
  • the document DE 10 2008 037 575 A1 also mentions in this connection that the loading and unloading times of the vehicles are optimally adjusted by a control in these vehicles.
  • the vehicles are in communication with the building system.
  • the vehicle is coupled to the house for the purpose of transmitting electrical energy and thermal energy.
  • the operation of the components of both the house and the vehicle takes place in accordance with a predetermined criterion, which relates to the total of electrical energy and thermal energy required by these components.
  • the invention goes beyond the state of the art insofar as in addition the thermal energy is taken into account and in this case the aspect comes into play that thermal energy is transferred from the vehicle to the house or vice versa.
  • the total energy required namely the electrical energy and the thermal energy, is simultaneously accounted for, at the same time for the requirements of the components of the house and the requirements of the components of the vehicle.
  • an energy consumption system is considered in a comprehensive entirety, namely the house and the at least one vehicle, and it also takes into account the essential types of energy required, namely not only the electrical energy but also the thermal energy.
  • Thermal energy is understood herein to mean the energy necessary to produce a difference in temperature between two different media.
  • the thermal energy is a thermal energy that arises when burning a fuel or when heating with the help of electrical current.
  • thermal energy can also be present in the energy which is stuck in a medium which has been cooled down in relation to the environment, namely just the energy for cooling.
  • the total amount of energy is minimized.
  • the cost of the entire amount of energy can be minimized.
  • exhaust emissions, particularly carbon dioxide can be minimized in providing the total amount of energy.
  • the predetermined criterion also includes, in particular, the electrical energy and thermal energy required for at least one future point in time.
  • the method should in particular be predictive, ie the components are at least partially operated or not operated with a view to predicting future events or future requirements.
  • a house can be preheated once, when the arrival of the residents is expected soon, and at the same time electrical energy can be stored in an energy storage to charge the battery of the vehicle, with which the residents will arrive later, without having to take energy from a public network.
  • user profiles for the house can also be included, as well as for the vehicle. In this case, data from a calendar of the residents or users of the house can be used.
  • the method according to the invention for operating components is also carried out such that the operation takes place as a function of a planned time for a coupling of the vehicle to the house.
  • a potential demand of the vehicle for electrical and thermal energy can be taken into account and provided for once before the vehicle is coupled with the house, or vice versa, an operation of components of the house can be initially prevented, because the components of the vehicle take over this task and at a later time the vehicle can provide electrical energy or thermal energy to the house.
  • a component of the house is a combined heat and power plant that serves to provide electrical energy and thermal energy.
  • Characteristic of a combined heat and power plant is the combined heat and power generation, in which electrical energy is partially recovered from the thermal energy generated, and part of the thermal energy is then used directly.
  • a component of the house is a memory for electrical energy and / or a component of the house a storage for thermal energy.
  • Storage for electrical energy may be capacitors or electrochemical storage batteries.
  • Thermal storage typically involves heating or cooling a medium, such as water, and storing it in a thermally sealed container for later removal and release of thermal energy.
  • a component of the vehicle is an internal combustion engine that serves to provide electrical energy and / or thermal energy. This is particularly preferably a range extender, which does not serve in the vehicle as a drive, but only for charging the battery, the resulting thermal energy is then discharged as a by-product into the vehicle for its air conditioning.
  • a memory for electrical energy can be provided as a component, which is operated by the method according to the invention, and / or a component of the vehicle can be a storage for thermal energy.
  • a component of the vehicle can be a storage for thermal energy.
  • simply the vehicle interior can be heated.
  • a combined heat and power plant 12 serves to generate thermal energy by combustion of fuel 14 from a fuel tank 16 and thus to heat water in a reservoir 18. From the reservoir 18, the water can then be supplied to a heating system. It can also be water for the residents of the house 10 act. The water in the container 18 can also be heated by means of a solar collector 20. A photovoltaic module 21 generates electricity.
  • electrical energy can be generated simultaneously by cogeneration, for which purpose a generator 22 is shown, which supplies power to a battery 24 and electrical consumers 25.
  • a generally designated 26 vehicle has an electric drive 28 which is powered by a battery 30.
  • an internal combustion engine 32 which is supplied with fuel 34 from a fuel tank 36 and with a Generator 33 is coupled to electrical energy.
  • the batteries 24 and 30 are coupled together via a charging cable 38.
  • the battery 30 can be charged directly by the combined heat and power plant 12, the generator 22 is for this purpose via a switch 23 with the battery 30 coupled.
  • a thermal coupling between the vehicle 26 and the container 18 for the medium with thermal energy said thermal coupling is symbolized by a line 40, transmitted via which, for example, heating air or just another fluid such as hot gas or water in a thermal storage 41 can be.
  • the entirety of the system is made up of house 10 and the vehicle 26, it being possible for additional vehicles not shown in the figure with similar features to be added. It is now the operation of the described components are coordinated so that the energy contained in the fuel 14 and 34, on the one hand and the energy contained in the electrical storage 30 and 24 and optionally via an interface 42 from on the other hand is consumed according to a predetermined criterion, for example, such that costs are minimized.
  • level indicator 44 are provided in the fuel tank 16 and 46 in the fuel tank 36, the measured values are supplied to appropriate control devices:
  • the control device 48 is in addition to the information about the level in the fuel tanks 16, 36 and information about the state of charge of the batteries 24, 30 are available.
  • the vehicle 26 there is a controller 50 that controls the operation of the electric machine 28 and the engine 32.
  • the controller 48 in the home 10 is coupled to a radio transceiver 52 which can communicate with a corresponding transceiver 54 in the vehicle 26, which in turn is coupled to the controller 50.
  • the controllers 48 and 50 can exchange information.
  • the operation of the components of the vehicle 26 and the operation of the components of the house 10 should be coordinated with one another, with regard to the exchange of electrical energy 38 or thermal energy 40 between the vehicle 26 and the house 10 at times when heat energy is to be provided to the occupants of the house, the combined heat and power plant 12 is operated, during the operation of which electric power is generated at the same time, the electric energy being stored in the battery 24.
  • the control device 50 plans the drive of the vehicle 26 before its coupling to the house 10 such that the battery 30 in the vehicle 26 is discharged as much as possible.
  • the fuel 14 consumed by the combined heat and power plant 12 is also optimally utilized for driving the motor vehicle 26 (indirectly via the generation of electrical energy).
  • electrical or thermal energy from the vehicle 26 may be made available to the house 10. For example, it may be that due to strong solar radiation by the solar panels 20 is already provided for a relatively extensive heating of the storage medium in the container 18. Then it can be waived to turn on the cogeneration unit 12. But if a bit of heat is missing, this heat can be provided by the motor vehicle 26.
  • the internal combustion engine 32 when driving the motor vehicle 26 before coupling to the house 10, the internal combustion engine 32 is operated rather more than usual, so that in the vehicle 26 heat energy is generated, which are transmitted via the tube 40 to the storage medium in the container 18 can. Since electrical energy is generated by the internal combustion engine 32 at the same time, the battery 30 of the motor vehicle 26 is then not over-discharged, but vice versa, electrical energy may be discharged via the charging line 38 from the battery 30 to the battery 24 To compensate for the disadvantage that the combined heat and power plant 12 has not provided for charging the battery 24.
  • the cost side can be considered more, and in the cold season, when more heating is required, attention can be paid to the carbon footprint.
  • the consumption by electrical consumers 25 can also be taken into account and the amount of electrical energy generated by the photovoltaic module 21 taken into account.
  • electrical energy generated by the photovoltaic module 21 or the generator 22 during operation of the combined heat and power plant 12 is even fed via the interface 42 into the public network.
  • the planning can also be considered in particular, at what times over the interface 42 related electrical power is particularly expensive or when the return of power through the interface 42 into the public network is particularly profitable.
  • the cogeneration unit 12 is operated with fuel from the fuel tank 16 and the internal combustion engine 32 of the vehicle 26 is operated with fuel from the fuel tank 36. It is equally conceivable that the house 10 and / or the vehicle 26 are also operated with gas. In the case of operating the combined heat and power plant 12 with gas, a corresponding connection to the gas network is to be provided. Optionally, the motor vehicle can even be refueled with gas through the house 10 from this port.
  • the invention provides for the first time an overarching system of building system 10 and mobile unit 26 in which both the exchange of electrical energy and thermal energy between the building system 10 and the mobile unit 26 in the operating strategy with respect to the components of both the building system 10 and also the mobile unit 26 is taken into account.

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Abstract

By considering a total system comprising a house (10) and a vehicle (26) that can be coupled to the house (10) in order to transfer electrical energy and to transfer thermal energy, the total electrical energy and thermal energy required by components (12, 18, 24, 25, 42) of the house (10) and components (28, 30, 32) of the vehicle (26) can be considered and the mode of operation of the components can be based thereon according to a predetermined criterion.

Description

AUDI AG P8705  AUDI AG P8705
Patentanmeldung x/x  Patent application x / x
Verfahren zum Betreiben von Komponenten eines Hauses und von Komponenten zumindest eines Fahrzeugs A method of operating components of a home and components of at least one vehicle
BESCHREIBUNG: DESCRIPTION:
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben von Komponenten (Einrichtungen), die zu einem Haus gehören oder zu zumindest einem Fahrzeug gehören. The invention relates to a method for operating components (devices) belonging to a house or belonging to at least one vehicle.
Die Erfindung befasst sich mit dem Gebiet der prädiktiven Betriebsstrategien. Solche Betriebsstrategien sind insbesondere von Fahrzeugen mit elektrischem Antrieb her bekannt: Es geht hierbei stets darum, den Verbrauch von elektrischer Energie durch das Fahrzeug zu optimieren, indem ein Speicher für elektrische Energie in dem Fahrzeug, aus dem der elektrische Antrieb gespeist wird, aufgrund von Planungsdaten betreffend die zukünftige Nutzung des Fahrzeugs möglichst zu sinnvollen Zeitpunkten geladen wird, damit geplante Fahrten nicht wegen eines Ladens des Fahrzeugs abgebrochen oder unterbrochen werden müssen. In diesem Zusammenhang ist es auch bekannt, dass Fahrzeuge mit elektrischem Antrieb über einen so genannten Range-Extender verfügen, eine Brennkraftmaschine, deren Aufgabe nicht notwendigerweise der Antrieb des Fahrzeugs ist, sondern welche lediglich zum Erzeugen von elektrischem Strom zum Zwecke des Ladens der Batterie dient. Eine Brennkraftmaschine erzeugt naturgemäß auch zugleich thermi- sehe Energie, die gegebenenfalls einer Klimatisierungseinrichtung des Fahrzeugs zuführbar ist. The invention deals with the field of predictive operating strategies. Such operating strategies are known in particular from electric drive vehicles. It is always a question of optimizing the consumption of electrical energy by the vehicle by storing electrical energy storage in the vehicle from which the electric drive is fed based on planning data concerning the future use of the vehicle is loaded as far as possible at reasonable times, so that planned trips do not have to be canceled or interrupted because of a loading of the vehicle. In this context, it is also known that vehicles with electric drive have a so-called range extender, an internal combustion engine, the task of which is not necessarily the drive of the vehicle, but which only serves to generate electric power for the purpose of charging the battery , An internal combustion engine naturally also generates thermal energy, which may optionally be supplied to an air conditioning device of the vehicle.
Prädiktive Betriebsstrategien sind auch für Gebäude und Gebäudesysteme bekannt. Es geht hierbei darum, Speicher für elektrische oder thermische Energie (Wärmeenergie oder Kälteenergie) zu möglichst optimalen Zeitpunkten zu laden, zum Beispiel zu Uhrzeiten, zu denen die Kosten für den hierfür benötigten elektrischen Strom gering sind. Aus der DE 10 2008 037 575 A1 ist es in diesem Zusammenhang bekannt, bei einer prädiktiven Betriebsstrategie für ein Gebäudesystem auch Fahrzeuge einzubeziehen, die mit dem Gebäudesystem elektrisch gekoppelt werden können. Die Fahrzeuge werden hierbei als Energiequelle angese- hen, die eine beim Betrieb geladene Batterie in das Gebäudesystem entladen kann, sie können aber auch umgekehrt aus dem Gebäudesystem heraus Ladeenergie beziehen, also Energiesenke sein. Predictive operating strategies are also known for buildings and building systems. It is about loading memory for electrical or thermal energy (thermal energy or cooling energy) at optimal times, for example, at times when the cost of the required electrical power is low. From DE 10 2008 037 575 A1 it is known in this context to include in a predictive operating strategy for a building system also vehicles which can be electrically coupled to the building system. In this case, the vehicles are regarded as an energy source which can discharge a battery charged during operation into the building system, but conversely they can also draw charging energy from the building system, ie be energy sinks.
Das Dokument DE 10 2008 037 575 A1 erwähnt in diesem Zusammenhang auch, dass die Lade- und Entladezeiten der Fahrzeuge durch eine Steuerung in diesen Fahrzeugen optimal eingestellt werden. Zu diesem Zwecke stehen die Fahrzeuge in Kommunikationsverbindung mit dem Gebäudesystem. The document DE 10 2008 037 575 A1 also mentions in this connection that the loading and unloading times of the vehicles are optimally adjusted by a control in these vehicles. For this purpose, the vehicles are in communication with the building system.
Bei den bekannten Verfahren zum Betreiben von Komponenten eines Hau- ses einerseits und Komponenten zumindest eines Fahrzeugs andererseits besteht ein Nachteil darin, dass lediglich Aspekte berücksichtigt werden, wenn es um eine Optimierung geht. Bei der prädiktiven Betriebsstrategie für Fahrzeuge alleine wird nicht oder in nicht ausreichendem Maße berücksichtigt, wie die Betriebsstrategie für die Stationen aussieht, an denen das Fahr- zeug geladen wird. Die DE 10 2008 037 575 A1 beschränkt sich auf die Betrachtung von Energiequellen für elektrische Energie, was zur Betrachtung eines Gebäudesystems unzureichend ist. In the known method for operating components of a home on the one hand and components of at least one vehicle on the other hand, a disadvantage is that only aspects are taken into account when it comes to optimization. The predictive operating strategy for vehicles alone does not take into account, or does not sufficiently consider, the operating strategy for the stations where the vehicle is loaded. DE 10 2008 037 575 A1 is limited to the consideration of energy sources for electrical energy, which is insufficient for the consideration of a building system.
Es ist somit die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben von Komponenten eines Hauses und Komponenten zumindest eines Fahrzeugs anzugeben, welches die Nachteile des Stands der Technik überwindet und insbesondere mehr Aspekte erfasst als die bisherigen Verfahren. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. It is therefore the object of the present invention to specify a method for operating components of a house and components of at least one vehicle, which overcomes the disadvantages of the prior art and, in particular, detects more aspects than the previous methods. This object is achieved by a method having the features of patent claim 1.
Bei der Erfindung ist das Fahrzeug mit dem Haus zum Zwecke der Übertragung von elektrischer Energie und thermischer Energie koppelbar. Der Be- trieb der Komponenten sowohl des Hauses als auch des Fahrzeugs erfolgt gemäß einem vorbestimmten Kriterium, welches sich auf die Gesamtheit an von diesen Komponenten benötigter elektrischer Energie und thermischer Energie bezieht. Die Erfindung geht über den Stand der Technik insoweit hinaus, als zusätzlich die thermische Energie berücksichtigt wird und hierbei der Aspekt ins Spiel kommt, dass thermische Energie von dem Fahrzeug an das Haus übertragen wird oder umgekehrt. Außerdem erfolgt eine Bilanzierung der gesam- ten benötigten Energie, und zwar der elektrischen Energie und der thermischen Energie gleichzeitig, gleichzeitig für den Bedarf der Komponenten des Hauses und den Bedarf der Komponenten des Fahrzeugs. Auf diese Weise wird ein Energieverbrauchersystem in einer umfassenden Gesamtheit betrachtet, nämlich das Haus und das zumindest eine Fahrzeug, und es wer- den zudem die wesentlichen Arten von benötigter Energie berücksichtigt, nämlich neben der elektrischen Energie auch die thermische Energie. Unter thermischer Energie wird vorliegend die Energie verstanden, die zum Erzeugen eines Unterschieds in der Temperatur zweier unterschiedlicher Medien notwendig ist. Typischerweise ist die thermische Energie eine Wärmeener- gie, die bei der Verbrennung eines Brennstoffes oder beim Aufheizen mithilfe von elektrischem Strom entsteht. Thermische Energie kann jedoch auch in der in einem gegenüber der Umgebung abgekühlten Medium steckenden Energie, nämlich eben der Energie zum Abkühlen, bestehen. Durch das Berücksichtigen eines Gesamtsystems und das Erzeugen einer Gesamtenergiebilanz kann bei dem Verfahren zum Betreiben von Komponenten eine Optimierungsstrategie durchgeführt werden, wie sie an sich zwar bekannt ist, aber bisher lediglich für Teilkomponenten durchgeführt wurde. In einem Aspekt wird die gesamte Menge an Energie minimiert. Genauso können auch die Kosten für die gesamte Menge an Energie minimiert werden. Schließlich kann auch der Ausstoß an Abgasen, insbesondere an Kohlendioxid, bei der Bereitstellung der gesamten Menge an Energie minimiert werden. Je nach dem Betriebsziel kann also das vorbestimmte Kriterium festgelegt werden, und es kann den Kriterien der Ressourceneffizienz (Energiequellen, Finanzen) einerseits und der Ökologie andererseits jeweils nach Wunsch geeignet Rechnung getragen werden. In the invention, the vehicle is coupled to the house for the purpose of transmitting electrical energy and thermal energy. The operation of the components of both the house and the vehicle takes place in accordance with a predetermined criterion, which relates to the total of electrical energy and thermal energy required by these components. The invention goes beyond the state of the art insofar as in addition the thermal energy is taken into account and in this case the aspect comes into play that thermal energy is transferred from the vehicle to the house or vice versa. In addition, the total energy required, namely the electrical energy and the thermal energy, is simultaneously accounted for, at the same time for the requirements of the components of the house and the requirements of the components of the vehicle. In this way, an energy consumption system is considered in a comprehensive entirety, namely the house and the at least one vehicle, and it also takes into account the essential types of energy required, namely not only the electrical energy but also the thermal energy. Thermal energy is understood herein to mean the energy necessary to produce a difference in temperature between two different media. Typically, the thermal energy is a thermal energy that arises when burning a fuel or when heating with the help of electrical current. However, thermal energy can also be present in the energy which is stuck in a medium which has been cooled down in relation to the environment, namely just the energy for cooling. By considering an overall system and generating a total energy balance, in the method for operating components an optimization strategy can be carried out, as it is known per se, but has hitherto been performed only for subcomponents. In one aspect, the total amount of energy is minimized. Likewise, the cost of the entire amount of energy can be minimized. Finally, exhaust emissions, particularly carbon dioxide, can be minimized in providing the total amount of energy. Thus, depending on the operation objective, the predetermined criterion can be set, and the criteria of resource efficiency (energy sources, finances) on the one hand and ecology on the other hand can be suitably accommodated as desired.
Bei dem vorbestimmten Kriterium ist bei einem bevorzugten Aspekt der Er- findung insbesondere auch die zu zumindest einem zukünftigen Zeitpunkt benötigte elektrische Energie und thermische Energie einbezogen. Mit anderen Worten soll das Verfahren insbesondere prädiktiv sein, d.h. die Komponenten werden zumindest zum Teil bewusst im Hinblick auf eine Vorhersage künftigen Geschehens bzw. künftigen Bedarfs betrieben oder nicht betrieben. Beispielsweise kann ein Haus schon einmal vorgeheizt werden, wenn mit dem baldigen Eintreffen der Bewohner zu rechnen ist, und gleichzeitig kann elektrische Energie in einem Energiespeicher gespeichert werden, um die Batterie des Fahrzeugs, mit dem die Bewohner eintreffen werden, später sogleich laden zu können, ohne Energie aus einem öffentlichen Netzwerk entnehmen zu müssen. Insbesondere können also auch Nutzungsprofile für das Haus einbezogen werden, und genauso auch für das Fahrzeug. Hierbei kann auf Daten aus einem Kalender der Bewohner bzw. Benutzer des Hauses zurückgegriffen werden. In the case of a preferred aspect of the invention, the predetermined criterion also includes, in particular, the electrical energy and thermal energy required for at least one future point in time. In other words, the method should in particular be predictive, ie the components are at least partially operated or not operated with a view to predicting future events or future requirements. For example, a house can be preheated once, when the arrival of the residents is expected soon, and at the same time electrical energy can be stored in an energy storage to charge the battery of the vehicle, with which the residents will arrive later, without having to take energy from a public network. In particular, user profiles for the house can also be included, as well as for the vehicle. In this case, data from a calendar of the residents or users of the house can be used.
In einem Aspekt, insbesondere in Verbindung mit den Nutzungsprofilen, wird das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben von Komponenten auch so durchgeführt, dass der Betrieb in Abhängigkeit von einem geplanten Zeitpunkt für eine Kopplung des Fahrzeugs mit dem Haus erfolgt. Es kann so- wohl ein möglicher Bedarf des Fahrzeugs an elektrischer als auch thermischer Energie berücksichtigt werden und schon einmal auf Vorrat bereitgestellt werden, bevor das Fahrzeug mit dem Haus gekoppelt wird, oder umgekehrt kann ein Betrieb von Komponenten des Hauses gerade zunächst einmal unterbunden werden, weil die Komponenten des Fahrzeugs diese Auf- gäbe übernehmen und zu einem späteren Zeitpunkt von dem Fahrzeug e- lektrische Energie oder thermische Energie an das Haus zur Verfügung gestellt werden kann. In one aspect, in particular in connection with the usage profiles, the method according to the invention for operating components is also carried out such that the operation takes place as a function of a planned time for a coupling of the vehicle to the house. Both a potential demand of the vehicle for electrical and thermal energy can be taken into account and provided for once before the vehicle is coupled with the house, or vice versa, an operation of components of the house can be initially prevented, because the components of the vehicle take over this task and at a later time the vehicle can provide electrical energy or thermal energy to the house.
Bei einem Aspekt der Erfindung ist eine Komponente des Hauses ein Block- heizkraftwerk, das zur Bereitstellung von elektrischer Energie und thermischer Energie dient. Kennzeichen eines Blockheizkraftwerks ist die Kraft- Wärme-Kopplung, bei der aus der erzeugten thermischen Energie zum Teil elektrische Energie gewonnen wird, und wobei ein Teil der thermischen E- nergie dann unmittelbar genutzt wird. In one aspect of the invention, a component of the house is a combined heat and power plant that serves to provide electrical energy and thermal energy. Characteristic of a combined heat and power plant is the combined heat and power generation, in which electrical energy is partially recovered from the thermal energy generated, and part of the thermal energy is then used directly.
Bevorzugt ist, insbesondere im Zusammenhang mit dem Blockheizkraftwerk, eine Komponente des Hauses ein Speicher für elektrische Energie und/oder eine Komponente des Hauses ein Speicher für thermische Energie. Speicher für elektrische Energie können Kondensatoren oder elektrochemische Spei- eher (Batterien) sein. Thermische Speicher beinhalten typischerweise, dass ein Medium, z.B. Wasser, aufgewärmt oder abgekühlt wird und in einem thermisch geschlossenen Behälter aufbewahrt wird, um später entnommen zu werden und die thermische Energie abgeben zu können. Bei einem weiteren Aspekt der Erfindung ist eine Komponente des Fahrzeugs eine Brennkraftmaschine, die zur Bereitstellung von elektrischer Energie und/oder thermischer Energie dient. Es handelt sich hierbei insbesondere bevorzugt um einen Range-Extender, der in dem Fahrzeug nicht als Antrieb dient, sondern lediglich zum Laden der Batterie, wobei die entstandene thermische Energie dann als Nebenprodukt in das Fahrzeug zu dessen Klimatisierung abführbar ist. Preferably, in particular in connection with the combined heat and power plant, a component of the house is a memory for electrical energy and / or a component of the house a storage for thermal energy. Storage for electrical energy may be capacitors or electrochemical storage batteries. Thermal storage typically involves heating or cooling a medium, such as water, and storing it in a thermally sealed container for later removal and release of thermal energy. In a further aspect of the invention, a component of the vehicle is an internal combustion engine that serves to provide electrical energy and / or thermal energy. This is particularly preferably a range extender, which does not serve in the vehicle as a drive, but only for charging the battery, the resulting thermal energy is then discharged as a by-product into the vehicle for its air conditioning.
Auch in dem Fahrzeug kann ein Speicher für elektrische Energie als Kompo- nente vorgesehen sein, die durch das erfindungsgemäße Verfahren betrieben wird, und/oder eine Komponente des Fahrzeugs kann ein Speicher für thermische Energie sein. Beispielsweise kann einfach der Fahrzeuginnenraum erwärmt werden. Nachfolgend wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung unter Bezug auf die Zeichnung näher beschrieben, in der die einzige Figur schematisch die Komponenten eines Hauses und eines mit dem Hause sowohl elektrisch als auch thermisch angekoppelten Fahrzeugs veran- schaulicht. Also in the vehicle, a memory for electrical energy can be provided as a component, which is operated by the method according to the invention, and / or a component of the vehicle can be a storage for thermal energy. For example, simply the vehicle interior can be heated. Hereinafter, a preferred embodiment of the invention will be described in more detail with reference to the drawing, in which the single figure schematically illustrates the components of a house and of a vehicle both electrically and thermally coupled vehicle.
In einem im Ganzen mit 10 bezeichneten Haus bzw. Gebäude dient ein Blockheizkraftwerk 12 dazu, durch Verbrennung von Kraftstoff 14 aus einem Kraftstoffbehälter 16 thermische Energie zu erzeugen und damit Wasser in einem Vorratsbehälter 18 zu erwärmen. Aus dem Vorratsbehälter 18 kann das Wasser dann einer Heizungsanlage zugeführt werden. Es kann sich auch um Brauchwasser für die Bewohner des Hauses 10 handeln. Das Wasser in dem Behälter 18 kann auch vermittels eines Sonnenkollektors 20 erwärmt werden. Ein Photovoltaikmodul 21 generiert Strom. In a house or building designated as a whole by 10, a combined heat and power plant 12 serves to generate thermal energy by combustion of fuel 14 from a fuel tank 16 and thus to heat water in a reservoir 18. From the reservoir 18, the water can then be supplied to a heating system. It can also be water for the residents of the house 10 act. The water in the container 18 can also be heated by means of a solar collector 20. A photovoltaic module 21 generates electricity.
Beim Betrieb des Blockheizkraftwerks 12 kann gleichzeitig elektrische Energie durch Kraft-Wärme-Kopplung erzeugt werden, wozu symbolisch ein Generator 22 gezeigt ist, der Strom einer Batterie 24 und elektrischen Verbrauchern 25 zuführt. During operation of the combined heat and power plant 12, electrical energy can be generated simultaneously by cogeneration, for which purpose a generator 22 is shown, which supplies power to a battery 24 and electrical consumers 25.
Ein im Ganzen mit 26 bezeichnetes Fahrzeug weist einen elektrischen Antrieb 28 auf, der aus einer Batterie 30 gespeist wird. Im Fahrzeug 26 gibt es zusätzlich als so genannten Range-Extender eine Brennkraftmaschine 32, die mit Kraftstoff 34 aus einem Kraftstofftank 36 gespeist wird und mit einem Generator 33 für elektrische Energie gekoppelt ist. In der Figur ist gezeigt, dass die Batterien 24 und 30 über ein Ladekabel 38 miteinander gekoppelt sind. Alternativ kann die Batterie 30 unmittelbar durch das Blockheizkraftwerk 12 geladen werden, der Generator 22 ist hierzu über einen Schalter 23 mit der Batterie 30 koppelbar. Gleichzeitig besteht eine thermische Kopplung zwischen dem Fahrzeug 26 und dem Behälter 18 für das Medium mit thermischer Energie, wobei diese thermische Kopplung durch eine Leitung 40 symbolisiert ist, über welche beispielsweise Heizluft oder eben ein anderes Fluid wie heißes Gas oder Wasser in einen Thermospeicher 41 übertragen werden kann. A generally designated 26 vehicle has an electric drive 28 which is powered by a battery 30. In the vehicle 26 there is in addition as a so-called range extender an internal combustion engine 32, which is supplied with fuel 34 from a fuel tank 36 and with a Generator 33 is coupled to electrical energy. In the figure it is shown that the batteries 24 and 30 are coupled together via a charging cable 38. Alternatively, the battery 30 can be charged directly by the combined heat and power plant 12, the generator 22 is for this purpose via a switch 23 with the battery 30 coupled. At the same time there is a thermal coupling between the vehicle 26 and the container 18 for the medium with thermal energy, said thermal coupling is symbolized by a line 40, transmitted via which, for example, heating air or just another fluid such as hot gas or water in a thermal storage 41 can be.
Vorliegend betrachtet wird die Gesamtheit des Systems aus Haus 10 und dem Fahrzeug 26, wobei gegebenenfalls noch weitere, in der Figur nicht gezeigte Fahrzeuge mit ähnlicher Ausstattung hinzukommen können. Es soll nun der Betrieb der beschriebenen Komponenten derart aufeinander abgestimmt werden, dass die Energie, die in dem Kraftstoff 14 und 34 enthalten ist, einerseits und die Energie, die in den elektrischen Speichern 30 und 24 enthalten ist und die gegebenenfalls über eine Schnittstelle 42 aus einem öffentlichen Netzwerk zugeführt wird, andererseits nach einem vorbestimm- ten Kriterium verbraucht wird, zum Beispiel derart, dass die Kosten minimiert werden. Zu diesem Zweck werden Füllstandsanzeiger 44 im Kraftstofftank 16 und 46 im Kraftstofftank 36 vorgesehen, deren Messwerte entsprechenden Steuereinrichtungen zugeführt werden: Im Haus 10 gibt es eine Steuereinrichtung 48 für die einzelnen Komponenten, insbesondere für das Blockheiz- kraftwerk 12, die Schnittstelle 42 und für die Nutzung des Speichermediums in dem Behälter 18, gegebenenfalls auch weitere Komponenten. Der Steuereinrichtung 48 steht neben der Information über den Füllstand in den Kraftstofftanks 16, 36 auch eine Information über den Ladezustand der Batterien 24, 30 zur Verfügung. In dem Fahrzeug 26 gibt es eine Steuereinrichtung 50, die den Betrieb der elektrischen Maschine 28 und der Brennkraftmaschine 32 steuert. In the present case, the entirety of the system is made up of house 10 and the vehicle 26, it being possible for additional vehicles not shown in the figure with similar features to be added. It is now the operation of the described components are coordinated so that the energy contained in the fuel 14 and 34, on the one hand and the energy contained in the electrical storage 30 and 24 and optionally via an interface 42 from on the other hand is consumed according to a predetermined criterion, for example, such that costs are minimized. For this purpose, level indicator 44 are provided in the fuel tank 16 and 46 in the fuel tank 36, the measured values are supplied to appropriate control devices: In house 10 there is a control device 48 for the individual components, in particular for the combined heat and power plant 12, the interface 42 and for Use of the storage medium in the container 18, optionally also other components. The control device 48 is in addition to the information about the level in the fuel tanks 16, 36 and information about the state of charge of the batteries 24, 30 are available. In the vehicle 26, there is a controller 50 that controls the operation of the electric machine 28 and the engine 32.
Die Steuereinrichtung 48 im Hause 10 ist mit einer Sende-Empfangs- Einrichtung 52 für Funk gekoppelt, die mit einer entsprechenden Sende- Empfangs-Einrichtung 54 in dem Fahrzeug 26 kommunizieren kann, welche ihrerseits mit der Steuereinrichtung 50 gekoppelt ist. Auf diese Weise können die Steuereinrichtungen 48 und 50 Informationen austauschen. Vorliegend soll der Betrieb der Komponenten des Fahrzeugs 26 und der Betrieb der Komponenten des Hauses 10 aufeinander abgestimmt werden, und zwar im Hinblick auf den Austausch von elektrischer Energie 38 bzw. thermischer Energie 40 zwischen dem Fahrzeug 26 und dem Haus 10. Beispiels- weise kann zu Zeiten, in denen für die Bewohner des Hauses Wärmeenergie zur Verfügung gestellt werden soll, das Blockheizkraftwerk 12 betrieben werden, bei dessen Betrieb gleichzeitig elektrischer Strom erzeugt wird, wobei die elektrische Energie in der Batterie 24 gespeichert wird. Dann ist es sinnvoll, dass die Steuereinrichtung 50 die Fahrt des Fahrzeugs 26 vor seinem Ankoppeln an das Haus 10 derart plant, dass die Batterie 30 im Fahrzeug 26 möglichst weitgehend entladen ist. Auf diese Weise wird der von dem Blockheizkraftwerk 12 verbrauchte Kraftstoff 14 optimal auch für die Fahrt des Kraftfahrzeugs 26 genutzt (auf dem Umweg über die Erzeugung von elektrischer Energie). Umgekehrt ist es auch möglich, dass elektrische oder ther- mische Energie aus dem Fahrzeug 26 für das Haus 10 zur Verfügung gestellt wird. Beispielsweise kann es sein, dass wegen starker Sonneneinstrahlung durch die Sonnenkollektoren 20 ohnehin für eine relativ weitgehende Erwärmung des Speichermediums in dem Behälter 18 gesorgt ist. Dann kann darauf verzichtet werden, das Blockheizkraftwerk 12 einzuschalten. Fehlt aber noch ein bisschen an Wärme, kann diese Wärme durch das Kraftfahrzeug 26 zur Verfügung gestellt werden. In diesem Falle wird bei der Fahrt des Kraftfahrzeugs 26 vor dem Ankoppeln an das Haus 10 die Brennkraftmaschine 32 eher mehr betrieben als sonst, damit in dem Fahrzeug 26 Wärmeenergie erzeugt wird, die über den Schlauch 40 an das Speicherme- dium im Behälter 18 übertragen werden kann. Da durch die Brennkraftmaschine 32 gleichzeitig elektrische Energie generiert wird, ist die Batterie 30 des Kraftfahrzeugs 26 dann auch noch nicht übermäßig entladen, sondern es kann umgekehrt gegebenenfalls sogar elektrische Energie über die Ladeleitung 38 von der Batterie 30 an die Batterie 24 abgegeben werden, um den Nachteil auszugleichen, dass das Blockheizkraftwerk 12 nicht für ein Laden der Batterie 24 gesorgt hat. The controller 48 in the home 10 is coupled to a radio transceiver 52 which can communicate with a corresponding transceiver 54 in the vehicle 26, which in turn is coupled to the controller 50. In this way, the controllers 48 and 50 can exchange information. In the present case, the operation of the components of the vehicle 26 and the operation of the components of the house 10 should be coordinated with one another, with regard to the exchange of electrical energy 38 or thermal energy 40 between the vehicle 26 and the house 10 at times when heat energy is to be provided to the occupants of the house, the combined heat and power plant 12 is operated, during the operation of which electric power is generated at the same time, the electric energy being stored in the battery 24. Then it makes sense that the control device 50 plans the drive of the vehicle 26 before its coupling to the house 10 such that the battery 30 in the vehicle 26 is discharged as much as possible. In this way, the fuel 14 consumed by the combined heat and power plant 12 is also optimally utilized for driving the motor vehicle 26 (indirectly via the generation of electrical energy). Conversely, it is also possible for electrical or thermal energy from the vehicle 26 to be made available to the house 10. For example, it may be that due to strong solar radiation by the solar panels 20 is already provided for a relatively extensive heating of the storage medium in the container 18. Then it can be waived to turn on the cogeneration unit 12. But if a bit of heat is missing, this heat can be provided by the motor vehicle 26. In this case, when driving the motor vehicle 26 before coupling to the house 10, the internal combustion engine 32 is operated rather more than usual, so that in the vehicle 26 heat energy is generated, which are transmitted via the tube 40 to the storage medium in the container 18 can. Since electrical energy is generated by the internal combustion engine 32 at the same time, the battery 30 of the motor vehicle 26 is then not over-discharged, but vice versa, electrical energy may be discharged via the charging line 38 from the battery 30 to the battery 24 To compensate for the disadvantage that the combined heat and power plant 12 has not provided for charging the battery 24.
Es kann je nach Tages- und Jahreszeit und persönlichen Planungsdaten der Benutzer, also der Fahrzeugführer und Bewohner des Hauses 10, einmal sinnvoll sein, Energie von dem Fahrzeug 26 auf das Haus 10 zu übertragen und ein andermal gerade umgekehrt von dem Haus 10 auf das Fahrzeug 26 zu übertragen. Es kann sogar sinnvoll sein, in die eine Richtung elektrische Energie zu übertragen und in die entgegengesetzte Richtung thermische E- nergie zu übertragen. Durch eine Koordination zwischen den Steuereinrich- tungen 48 und 50 kann jeweils eine nach dem vorbestimmten Kriterium optimierte Betriebsstrategie verfolgt werden. Die einzelnen Betriebsziele können auch aufgrund von unterschiedlichen Benutzereingaben oder Änderungen der Umstände, wie zum Beispiel der Tages- oder Jahreszeit, gewechselt werden. Beispielsweise kann bei starker Nutzung der Sonnenenergie im Sommer, bei der das Blockheizkraftwerk 12 weniger benötigt wird, eher die Kostenseite berücksichtigt werden, und in der kalten Jahreszeit, wenn eher geheizt werden muss, kann auf die Kohlendioxidbilanz geachtet werden. Bei der Planung des Energieverbrauchs kann zudem auch der Verbrauch durch elektrische Verbraucher 25 berücksichtigt werden und die Menge an durch das Photovoltaikmodul 21 generierter elektrischer Energie berücksichtigt werden. Gegebenenfalls wird von dem Photovoltaikmodul 21 oder dem Generator 22 bei Betrieb des Blockheizkraftwerks 12 erzeugte elektrische Energie sogar über die Schnittstelle 42 ins öffentliche Netzwerk eingespeist. Bei der Planung kann insbesondere auch berücksichtigt werden, zu welchen Uhrzeiten über die Schnittstelle 42 bezogener elektrischer Strom besonders teuer ist bzw. wann die Rückführung von Strom über die Schnittstelle 42 ins öffentliche Netzwerk besonders gewinnbringend ist. Depending on the time of the day and the season and personal planning data of the users, that is to say the driver and occupants of the house 10, it may be useful to transfer energy from the vehicle 26 to the house 10 and at other times vice versa from the house 10 to the vehicle 26 to transfer. It may even make sense to transmit electrical energy in one direction and transfer thermal energy in the opposite direction. Through coordination between the tax tions 48 and 50, an operating strategy optimized according to the predetermined criterion can be pursued in each case. The individual operating objectives can also be changed due to different user inputs or changes in circumstances, such as the day or season. For example, with heavy use of solar energy in the summer, when the cogeneration plant 12 is less needed, the cost side can be considered more, and in the cold season, when more heating is required, attention can be paid to the carbon footprint. When planning the energy consumption, the consumption by electrical consumers 25 can also be taken into account and the amount of electrical energy generated by the photovoltaic module 21 taken into account. Optionally, electrical energy generated by the photovoltaic module 21 or the generator 22 during operation of the combined heat and power plant 12 is even fed via the interface 42 into the public network. In the planning can also be considered in particular, at what times over the interface 42 related electrical power is particularly expensive or when the return of power through the interface 42 into the public network is particularly profitable.
Im obigen Beispielsfall wird das Blockheizkraftwerk 12 mit Kraftstoff aus dem Kraftstofftank 16 betrieben und die Verbrennungskraftmaschine 32 des Fahrzeugs 26 mit Kraftstoff aus dem Kraftstofftank 36 betrieben. Es ist genauso gut denkbar, dass das Haus 10 und/oder das Fahrzeug 26 auch mit Gas be- trieben werden. Im Falle des Betreibens des Blockheizkraftwerks 12 mit Gas ist ein entsprechender Anschluss an das Gasnetz bereitzustellen. Gegebenenfalls kann das Kraftfahrzeug sogar mit Gas über das Haus 10 aus diesem Anschluss betankt werden. Durch die Erfindung wird erstmals ein übergreifendes System aus Gebäudesystem 10 und mobiler Einheit 26 geschaffen, bei dem sowohl der Austausch von elektrischer Energie als auch von thermischer Energie zwischen dem Gebäudesystem 10 und der mobilen Einheit 26 bei der Betriebsstrategie bezüglich der Komponenten sowohl des Gebäudesystems 10 als auch der mo- bilen Einheit 26 berücksichtigt wird. In the above example, the cogeneration unit 12 is operated with fuel from the fuel tank 16 and the internal combustion engine 32 of the vehicle 26 is operated with fuel from the fuel tank 36. It is equally conceivable that the house 10 and / or the vehicle 26 are also operated with gas. In the case of operating the combined heat and power plant 12 with gas, a corresponding connection to the gas network is to be provided. Optionally, the motor vehicle can even be refueled with gas through the house 10 from this port. The invention provides for the first time an overarching system of building system 10 and mobile unit 26 in which both the exchange of electrical energy and thermal energy between the building system 10 and the mobile unit 26 in the operating strategy with respect to the components of both the building system 10 and also the mobile unit 26 is taken into account.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:  CLAIMS:
Verfahren zum Betreiben von Komponenten (12, 18, 20, 21 , 22, 24, 25, 42) eines Hauses und von Komponenten (28, 30, 32) zumindest eines Fahrzeugs (26), wobei das Fahrzeug (26) mit dem Haus (10) zum Zwecke der Übertragung von elektrischer Energie und von thermischer E- nergie koppelbar ist, und wobei der Betrieb der Komponenten (12, 18, 20, 21 , 22, 24, 25, 42, 28, 30, 32) sowohl des Hauses (10) als auch des Fahrzeugs (26) gemäß einem vorbestimmten Kriterium erfolgt, welches sich auf die Gesamtheit an von diesen Komponenten benötigter elektrischer und thermischer Energie bezieht. A method of operating components (12, 18, 20, 21, 22, 24, 25, 42) of a home and components (28, 30, 32) of at least one vehicle (26), wherein the vehicle (26) communicates with the home (10) can be coupled for the purpose of transmitting electrical energy and thermal energy, and wherein the operation of the components (12, 18, 20, 21, 22, 24, 25, 42, 28, 30, 32) of both the House (10) and the vehicle (26) takes place according to a predetermined criterion, which refers to the total of required by these components electrical and thermal energy.
Verfahren nach Anspruch 1 , Method according to claim 1,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
gemäß dem vorbestimmten Kriterium die gesamte Menge an Energie minimiert wird.  according to the predetermined criterion, the total amount of energy is minimized.
Verfahren nach Anspruch 1 , Method according to claim 1,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
gemäß dem vorbestimmten Kriterium die Kosten für die gesamte Menge an Energie minimiert werden.  according to the predetermined criterion, the costs for the total amount of energy are minimized.
Verfahren nach Anspruch 1 , Method according to claim 1,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
gemäß dem vorbestimmten Kriterium der Ausstoß an Abgasen, insbesondere Kohlendioxid, bei Bereitstellen der gesamten Menge an Energie minimiert wird.  according to the predetermined criterion, the emission of exhaust gases, in particular carbon dioxide, is minimized by providing the total amount of energy.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, Method according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
bei dem vorbestimmten Kriterium auch die zu zumindest einem zukünftigen Zeitpunkt benötigte elektrische Energie und thermische Energie einbezogen ist, insbesondere aufgrund von Nutzungsprofilen für das Haus (10) und/oder das Fahrzeug (26).  the predetermined criterion also includes the electrical energy and thermal energy required for at least one future time, in particular on the basis of usage profiles for the house (10) and / or the vehicle (26).
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 6. The method according to any one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass der Betrieb der Komponenten auch in Abhängigkeit von zumindest einem geplanten Zeitpunkt für eine Kopplung des Fahrzeugs (26) mit dem Haus (10) erfolgt. characterized in that the operation of the components also takes place as a function of at least one planned time for a coupling of the vehicle (26) to the house (10).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, Method according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
eine Komponente des Hauses (10) ein Blockheizkraftwerk (12) ist, das zur Bereitstellung von elektrischer Energie und thermischer Energie dient. a component of the house (10) is a combined heat and power plant (12), which serves to provide electrical energy and thermal energy.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, Method according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
eine Komponente des Hauses (10) ein Speicher (24) für elektrische Energie ist und/oder eine Komponente des Hauses (10) ein Speicher (18) für thermische Energie ist. a component of the house (10) is an electrical energy store (24) and / or a component of the house (10) is a thermal energy store (18).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, Method according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
eine Komponente des Fahrzeugs (26) eine Brennkraftmaschine (32) ist, die zur Bereitstellung von elektrischer Energie und/oder thermischer Energie dient. a component of the vehicle (26) is an internal combustion engine (32) which serves to provide electrical energy and / or thermal energy.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, Method according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
eine Komponente des Fahrzeugs (26) ein Speicher (30) für elektrische Energie und/oder eine Komponente des Fahrzeugs (26) ein Speicher für thermische Energie ist. a component of the vehicle (26) is an electrical energy store (30) and / or a component of the vehicle (26) is a thermal energy store.
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