WO2013110316A1 - Vorrichtung und verfahren zum steuern des ladens an mindestens zwei ladestationen - Google Patents

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WO2013110316A1
WO2013110316A1 PCT/EP2012/050975 EP2012050975W WO2013110316A1 WO 2013110316 A1 WO2013110316 A1 WO 2013110316A1 EP 2012050975 W EP2012050975 W EP 2012050975W WO 2013110316 A1 WO2013110316 A1 WO 2013110316A1
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charging
current
stations
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PCT/EP2012/050975
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Kolja Eger
Alexander Kepka
Andreas Zwirlein
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • Y04S—SYSTEMS INTEGRATING TECHNOLOGIES RELATED TO POWER NETWORK OPERATION, COMMUNICATION OR INFORMATION TECHNOLOGIES FOR IMPROVING THE ELECTRICAL POWER GENERATION, TRANSMISSION, DISTRIBUTION, MANAGEMENT OR USAGE, i.e. SMART GRIDS
    • Y04S10/00—Systems supporting electrical power generation, transmission or distribution
    • Y04S10/12—Monitoring or controlling equipment for energy generation units, e.g. distributed energy generation [DER] or load-side generation
    • Y04S10/126—Monitoring or controlling equipment for energy generation units, e.g. distributed energy generation [DER] or load-side generation the energy generation units being or involving electric vehicles [EV] or hybrid vehicles [HEV], i.e. power aggregation of EV or HEV, vehicle to grid arrangements [V2G]

Definitions

  • the invention relates to a device for controlling the charging at at least two charging stations. Moreover, a method for controlling the charging of at least two Ladestatio ⁇ nen is affected.
  • the device or the method is used in particular for charging the batteries of electric cars, in particular Li-ion batteries. Colloquially, these rechargeable batteries or short batteries are also referred to as batteries.
  • PEV plug in vehicle
  • inductive charging can be used.
  • the batteries can also be removed from the vehicle and then charged, as is the case with battery replacement concepts.
  • the vehicle may be configured to be fully electrically or as a hybrid electric ⁇ motor and engine for driving.
  • the available capacity or amount of electrical energy can be wel ⁇ che, such as economic or net technical nature, as fully as possible exploited.
  • the device may include a control unit that controls the charging according to a time division multiplex method.
  • the time division multiplexing has successive periods in which different charging modes occur, for example, other charging ⁇ stations and / or other currents / voltages at the charging stations.
  • the time periods have the same length, but can also be different lengths. Preferred times for a period of time are in the range of 10 minutes to 100 minutes.
  • the control unit can enable charging with at least one base current in successive time intervals at each of the charging stations.
  • charging in each time segment of the time-division multiplexing method is enabled at at least one of the charging stations with a current which is greater than the base current.
  • Changing the charging station with the larger current creates a degree of freedom for time multiplexing. Nevertheless, all charging stations receive at least the basic current at all times.
  • the control unit may consider a first group of charging stations and a second group of charging stations. In this case, the control unit can enable charging with a base current in successive time segments of the time division multiplexing process until the completion of the charging of a charging station of the first group at each of the charging stations of the second group.
  • a prioritization of the loading operations can be carried out, in particular, depending on technical criteria, such as the storage capacity of a battery, or depen ⁇ gig on the customer group to which one the electric car or its holder.
  • control unit at least one of the following methods may be implemented by a circuit or by a programmable circuit, or more of the following methods may be implemented:
  • a time-division multiplexing method in which charging at a larger charging point is possible for each period of time in comparison to a base current which is enabled for the other charging stations in this period of time, a time-division multiplexing method which takes into account two groups of charging stations or three groups of charging stations or even more than three groups of charging stations.
  • the device contains at least one of the following units:
  • ROM Read Only Memory
  • PROM PROM
  • EEPROM Electrical Erasable PROM
  • RAM Random Access Memory
  • connection unit to a data transmission network
  • the device can also be realized by circuitry without using a processor which executes program instructions which are stored in a memory.
  • the base current is in the battery for four-wheeled vehicles, for example. In the range of 5 amps to 15 amps.
  • the larger current is, for example, twice, three times, four times, etc. as large as the base current and is, for example, in the range of 16 amps to 100 amperes.
  • smaller base currents are used, for example in the range of 1 A to 3 A (amperes). The larger current is then related to this base current.
  • the object relating to the method is achieved by a procedural ⁇ ren to those indicated in the following steps. Further developments are specified in the subclaims.
  • the method for controlling the charging of at least two loading stations ⁇ may include the steps of:
  • a first charging process is carried out at a first charging station and a second charging process is made possible at a second charging station,
  • the first charging is divided into several sections and the second charging is also divided into several sections from ⁇ .
  • the division of the loadings into sections makes it possible, for example, to carry out time-division multiplexing or other methods in which a large number of criteria are to be taken into account.
  • the charging stations are eg charging stations.
  • the sections are formed, for example, by changing the charging modes, eg changing the charging stations / columns and / or changing the size of the charging current or possibly the charging voltage.
  • Sections of the first charging process and sections of the second charging process can be carried out in chronological succession, so that only a part of the charging stations are simultaneously charged at the same time. Thus, for example, there is an adequate amount of electricity available for each charging process.
  • the first charging process and the second charging process can also be carried out simultaneously within one time period.
  • charging may be enabled with a first current.
  • Within the first part of the Zeitab ⁇ loading section can be released to a second power to the second charging station.
  • the first stream can get bigger be as the second stream.
  • charging with a third current can be enabled at the first charging station.
  • the charging with a fourth current can be enabled at the second charging station.
  • the fourth stream may be larger than the third stream.
  • the smaller current can also be a base current, which is provided in an industry standard or by a manufacturer as a minimum ⁇ power for charging a battery.
  • "Gleichzei ⁇ tig" means, for example here. At least 90 percent or Minim ⁇ least 99 percent of the time for the shorter of the two charging operations. Thus, short delays are allowed, for example.
  • both Ladestatio ⁇ nen have two periods charge current available and that nevertheless is available each at a charging station, a larger charging current for charging.
  • the larger charging current contains, for example, a residual current that is not easy to distribute to the charging stations.
  • the larger current is an optimal charging current or charge current that is considered suitable for other criteria.
  • Load profiles are taken into account, which are dictated by Stromver ⁇ sorgungsnetzbetreibern. Also different user groups can be considered.
  • the first stream may be at least twice as large, at least three times larger, or at least four times larger than the second stream.
  • the fourth stream may be at least twice as large, at least three times as large or at least four times as large as the third stream.
  • the period is in particular continuous, ie it contains immediately successive sections. How ⁇ the consideration of minimum currents is possible, yet other criteria are taken into account, such as distribution ⁇ ment of the total available charging capacity.
  • each subsection only at one charging station of the group can a larger current than the basic current be released. This is a very simple but also very effective distribution variant.
  • each subsection only at a number of charging stations of the group can a larger current than the background current be allowed, this number being greater than 1, greater than two, or even greater than three.
  • ⁇ number of charging stations having the higher current is in each case less than the total number of charge stations of the group, in particular less than half of the charging stations or smaller than a third of the total number of charging stations in the group.
  • the procedure can also be carried out for at least two groups of charging stations:
  • a charging station can also change the group after completion of a charging process, for example, depending on the assignment of a user to a group that then uses the charging station.
  • Service profiles can be structured more finely.
  • the duration of the time periods can each be in the range of 5 minutes to two hours, preferably in the range of 10 minutes to 100 minutes.
  • the larger current may be at least twice as large, at least three times as large or at least four times as large as the Basic current.
  • the current intensity of the base current can also be in the process, for example, in the range of 5 amps to 15 amperes.
  • the current intensity of the larger current is, for example, in the range of 16 amperes to 100 amps.
  • the explained devices and methods can also be used with simply constructed charging stations which signal, for example, only the start of a charging process and the end of a charging process. Additional data about the battery to be charged need not be supplied by the charging stations.
  • the devices and methods can also be used in charging methods in which a large number of data are supplied by the charging stations, in particular via the type of battery, and / or the state of charge, and / or the authorization of the user, etc.
  • FIG. 2 protocol layers of the charging infrastructure
  • FIG. 3 shows an example of a simple time division multiplexing
  • FIG. 4 shows an example of time division multiplexing with base current
  • FIG. 5 shows an example of a time division multiplex method with a parameterizable charging current
  • FIG. 6 shows an example of time division multiplexing with parameterizable
  • FIG. 7 shows an example of a time-division multiplexing method with different user classes.
  • the embodiments are not to scale and are not restrictive. Modifications in the context of expert action are possible.
  • the invention in detail further illustrated by the preferred embodiment and has been be ⁇ enrolled, the invention is not limited by the disclosed examples and other variations Kgs ⁇ NEN be derived by those skilled thereof, without departing from the scope of the invention.
  • the examples relate to time division multiplexing for the load management of an "eCar Charging Solution”.
  • This application describes a load management for a charging ⁇ system comprising a plurality of charging stations, including for publicly accessible charging stations.
  • Load management ⁇ be true load balancing, which assumes the maintenance of a capacity restriction, which may be either economic or net technical nature.
  • Controls to comply with the condition or the load management controls the maxima len charging current or the maximum power to which a ⁇ individual charging stations and thus guarantees a form of fairness between the charging stations, in particular in compliance with priorities or contracting properties. For example. can the Charging columns or electric vehicles, the maximum charging current can be specified. This specification must be observed by the charging stations or the electric vehicle, since otherwise the charging process can be switched off by the load management system or the charging station.
  • a time-division multiplexing method is described, which makes the charging stations / stations LSI, LS2 corresponding directives or from these status values either directly or with the aid of other components in the overall system.
  • the method can be used both in a centralized as well as in a decentralized load management, as described in the application "Decentralized Load Management Method for an” eCar Charging Solution “or” Method and Device for Providing Electrical Energy ".
  • a time division multiplex method has been developed, which gives the charging stations / stations a specification for the maximum permissible charging current while maintaining a capacity limit.
  • the method is clocked or can be clocked and the specifications are valid for a time slot or a time period.
  • the length of the time slot or Zeitab ⁇ section is parameterized or can be parameterized. Over time, this results in a fair allocation of resources.
  • a base current or base current IB In addition to the length of the time slot / time section, for example, a base current or base current IB, a maximum charging current and various user classes can be set.
  • the load management method acts, for example, exclusively by setting the parameter I_Target_mA or IT, which regulates the maximum power consumption.
  • the load management can be used in particular in compliance with the IEC 61851 standard.
  • FIG. 1 shows a charging infrastructure 11.
  • the charging infrastructure 11 contains:
  • charging stations LSI and LS2 An unillustrated data transmission network between the charging stations LSI and LS2 on the one hand and the distribution device 20 on the other side.
  • a data transmission connection between the charging station LSI and the charging station LS2 may also be present.
  • a communication link 16 is established between the electric car 12 and the charging station LSI.
  • a communication link 16 is established between the electric car 12 and the charging station LSI.
  • a micro- appreciated ⁇ tragungsthetic 18 is constructed between the electric car 14 and the charging station LS2.
  • a control unit of the electric car 12, 14 has to adhere to the specification, because the charging station LSI, LS2 or the distribution device 20 otherwise shuts off the charging process.
  • other methods for tuning the charging process between charging columns LSI, LS2 and Elektroau ⁇ tos 12, 14 are used.
  • the distribution device 20 contains, for example:
  • a memory 22 e.g. an EEPROM in which instructions of a program are stored,
  • a processor 24 eg a microprocessor, which in particular contains the memory 22.
  • the processor 24 processes the data stored in the memory 22 commands and provides thereby the radio functions ⁇ a Verteilvons, for example according to one of ER- below läuterten approaches 1 to 5.
  • connection unit 26 for the data transmission from and to the charging columns LSI and LS2 or to an optional parameter input unit 32, and a
  • a manual specification 30 of parameters which are stored in the parameter storage unit 28 of the distribution device 20 takes place.
  • the parameters are the example.
  • a load profile given, for example, use of green electricity in sunshine, or a profile that is given by the operator (utilities) of a power supply network ⁇ .
  • One parameter is, for example, the charging capacity C available for charging.
  • Other parameters are explained in more detail below in connection with the approaches 1 to 5.
  • a parameter input unit 32 which automatically predefines the parameters.
  • a data exchange 34 is provided between the parameter input unit 32 and the parameter ⁇ storage unit 28 in this case.
  • Messages 40, 42, 44 are exchanged between the distributor 20 and the charging stations LSI, LS2 to control the charging of the electric cars 12, 14.
  • the message 40 is, for example, an energyRequest () message 40, which is sent to the distribution device 20 to start the charging process of the electric car 12 from the charging station LSI.
  • the distribution device 20 answers the energy request () message ⁇ 40, for example, with an energy set () message 42 wherein a charging current is released at the charging station LSI, whose amount depends on the distribution method used, as will be explained in more detail below.
  • the messages 44 are exchanged between the distribution station 20 and the charging station LS2 to charge the battery of Elektroau ⁇ tos 14 or the battery of another electric car.
  • an intermediate unit 46 is used between the distributor 20 and the charging stations LSI, LS2 and so on. In this case, all messages from and to the charging stations LSI, LS2, etc., are transferred from and to the distribution apparatus 20 using the intermediary unit 46, see messages 48, 50, 52.
  • the distribution device 20 is to be constructed separately from the charging stations. Alternatively, the distribution device 20 is part of a charging station. The loading can be carried out without authentication of the users, for example when the charging stations LSI, LS2, etc. are set up on a company premises. Alternatively takes place Authen ⁇ tification of the user, for example. On smart cards.
  • the electric cars 12 and 14 are, for example, hybrid cars or fully electric vehicles.
  • the electric cars 12 and 14 are, for example, ge ⁇ coupled via charging cable, inductively or in any other suitable manner with the charging stations LSI and LS2.
  • the functions of the distributor 20 may also be provided by an electronic circuit which does not contain a processor, e.g. an FPGA (Field Programmable Gate Array).
  • a processor e.g. an FPGA (Field Programmable Gate Array).
  • FIG. 2 shows an example of protocol layers 100 of the charging infrastructure 11, see FIG. 1.
  • the protocol layers 100 are implemented, for example, in the following order from bottom to top by the following units:
  • Ethernet 102 which operates according to the relevant IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) standards.
  • GSM 104 network Global System for Mobile Communications
  • GSM 104 network Global System for Mobile Communications
  • Mobile network operating in accordance with the relevant standards of the ITU (International Telecommunications Union) and ETSI (European Telecommunications Standards Institute),
  • Control layer 106 eg according to TCP / IP (Transport Control Protocol / Internet Protocol), see RFCs (Request For Com- ments) of the IETF (Internet Engineering Task Force), optional overlay network 108, eg a peer to peer network (P2P),
  • TCP / IP Transport Control Protocol / Internet Protocol
  • RFCs Request For Com- ments
  • optional overlay network 108 eg a peer to peer network (P2P)
  • Service provisioning computer 110 e.g. a server or part of a charging station LSI, LS2,
  • Load distribution 112 e.g. realized by the distribution device 20.
  • the data transfer 120 to 136 between the protocol layers 106 to 112 takes place in that each layer processes or adds only the data intended for it and the other data to the next higher or next lower
  • API Application Pro ⁇ Gramming Interface
  • Step 1 The surgical center (operations center) and the distribution device 20 informs the load management over Sta ⁇ tus changes, such as using message energyRe- quest () SessionEnd () session update ().
  • Step 2 The load management maintains a queue internally and adds new sessions / loads or their identifiers at the end. If a session / load is completed, the entry is deleted from the queue. If this is sesquiterpene sion operated at the time, the time slot will be prematurely ⁇ ends, see step 3rd
  • Step 3 A timer fires or a timing unit sends a control signal when a new time slot starts.
  • the session currently being serviced is appended to the end of the queue.
  • the load management removes the first entry from the queue and has the Ge ⁇ felkapazmaschine thereto. Load management returns the new Lastver ⁇ division, for example (with energySet).
  • the total capacity C is, for example, 100 amperes.
  • the entire load capacitance C is exactly one of the charging stations supplied ⁇ item. Only when all charging stations 1 to 10 have been charged in each time period, the next Zyk ⁇ lus is started, in which the charging stations 1 to 10 are loaded again in succession each with the total available capacity or with the entire charging current , Other values for the total current are also possible. Also, the number of charging stations involved may be different from 10.
  • the charging current is, for example, 100 amperes.
  • the following energySet () messages are sent in successive time periods:
  • the first approach leads to a particularly simple procedure.
  • Each session receives at least one base current IB or basic current.
  • Step 1 The operation center (distribution center) 20 informs the load management of status changes, e.g. using the messages energyRe- quest (), sessionEnd (), sessionUpdate ().
  • Step 2 The load management allocates the base stream IB for each session and distributes the resources still available according to step 3.
  • Step 3 The load management maintains a queue internally and adds a new session or a new load history. sign to the end. If a session / load is completed, the entry is deleted from the queue. Adding and removing sessions from the queue causes the time slot to be prematurely terminated, see step 4.
  • Step 4 A timer fires when a new time slot be ⁇ begins. Then the session currently being serviced is appended to the end of the queue. The load management takes the first entry from the queue and assigns it the resources still available, ie C- (nl) * IB. The load management returns the new load distribution, eg with energySet ().
  • the total charging current available per period tlb, t2b, t3b, etc. is, for example, 100 amperes.
  • nine of the ten charging stations 1 to 10 included in each case are enabled with the base current or base current IB.
  • a single charging station receives per Zeitab ⁇ cut the rest of the remaining available
  • the charging stations which do not receive the larger current of 46 A in this cycle are operated with the base current, which here amounts to 6 A, see I2b, I5b in the time interval tlb, I3b, I6b in the time interval t2b and I7b, I8b im Period t3b etc.
  • the base current which here amounts to 6 A
  • the base current may be at least twice as large, at least three times as large or at least four times as large as the base current or base current IB.
  • I A Target or IT A desired charging current I A target or IT is specified.
  • I A Target or IT should be a divisor of the total capacity.
  • Step 1 The operation center (operating center) or the distribution device 20 informs the load management about status changes, eg with the help of the messages energyRequest (), sessionEnd (), sessionUpdate ().
  • Step 2 The load manager maintains a queue internally and appends a new session / load tag to the end. If a session is terminated, the entry is deleted from the queue. If this session is currently being used, the time slot is ended prematurely, see
  • Step 3 A timer fires when a new time slot be ⁇ begins. Then the sessions that are currently being serviced are appended to the end of the queue.
  • the load Manage ment ⁇ takes the first C / IT messages from the queue and assigns the value I A target or to IT.
  • I A Target or IT is not a divisor of C, not all available resources are allocated. Fairness is therefore more important than efficiency in this approach. Alternatively, the remaining resources can be assigned to the next session, which, however, can no longer ensure fairness between the sessions. Depending on whether the session is operated again after expiry of the time slot or is moved to the end of the queue, the ⁇ se is preferred or disadvantaged treated.
  • the load management returns the new load distribution, e.g. with the message energySet ().
  • the total available charging current is, for example, 100 amps.
  • tlc, t2c, t3c, etc. exactly four charging stations can be charged, the total current of 100 A being divisible four times by the target current IT. For each period, only part of the charging stations will be charged. the.
  • t3c already in the third period t3c all Ladesta ⁇ tions were once considered so that then a new cycle begins.
  • the charging stations 1 and 2 are included again in the time interval t3c. From the time interval t6c, the assignment used in the time intervals tlc to t5c is repeated again.
  • the approach 3 allows charging with the most suitable power IT and thus ensures optimal power consumption.
  • I A Target or IT A desired charging current I A target or IT is specified.
  • I A Target or IT should be a divisor of the total capacity.
  • Each session receives at least one base current IB or basic current.
  • Step 1 The operation center (operating center) or the distribution device 20 informs the load management about status changes, eg with the help of the messages energyRequest (), sessionEnd (), sessionUpdate ().
  • Step 2 The load management allocates the base stream IB for each session and distributes the remaining available resources, ie amount of power, according to step 3.
  • Step 3 The load management maintains a queue internally and appends a new session to the end. If a session is terminated, the entry from the queue is ge ⁇ extinguished. Adding and removing sessions from the queue causes the time slot to be prematurely terminated, see step 4.
  • Step 4 A timer fires when a new time slot be ⁇ begins. Thereupon, the session, which serves at the time ⁇ the appended to the end of the queue.
  • the load management extracts the first round-offs ((Cn * IB) / (IT-IB)) entries from the queue and assigns them the value I A Target or IT. If the expression (Cn * IB) / (IT - IB) is only divisible, not all available resources are allocated, see also the relevant observations in Approach 3.
  • the load management is the new load distribution to ⁇ back, for example, with the news energySet ().
  • Option A The remaining available resources will be allocated to the next session, which will also be considered in the next time slot.
  • Option B It is additionally checked for each session whether ⁇ ⁇ ⁇ , ie the local limitation of the charging current at the charging station, is exceeded. If yes, only ⁇ ⁇ ⁇ will be assigned.
  • Other values for the base current / base current IB, the total current C and the larger current IT are also possible. Also, the number of charging stations involved may be different from 10. There are correspondingly different conditions between the base current or the base current IB and the target current IT.
  • the total charging current is, for example, 100 amps.
  • the selected basic current IB of 6 A and the selected target current IT can each time period, tld t2d, etc. t3d two charging stations ⁇ use the larger current IT.
  • the charging stations with the larger current are cyclically changed through again so that a new cycle begins in the time interval t6d.
  • the other charging stations 1 to 10 are each assigned the basic current IB, which is 6 A here.
  • I A Target or IT should be a divisor of the total capacity C.
  • each session receives at least a base current IB supplied ⁇ indicated
  • Step 1 The surgical center (operations center) and the distribution device 20 informs the load management over Sta ⁇ tus changes, for example (with the news energy request), SessionEnd () session update ().
  • Step 2 The load management allocated for each Sessi ⁇ on / charging indicator the base current IB and distributes the resources still available in step.
  • Step 3 The load management leads internally for each user class ⁇ a queue and adds a new session, depending on their class of service at the end of the respective queue. If a session is terminated, the entry is deleted from the queue. Adding and Removing Sessions from the queue causes premature Be ⁇ end of the time slots, refer to step 4.
  • Step 4 A timer fires when a new time slot starts. Thereupon, the session, which serves to time the ⁇ appended to the end of the appropriate queue.
  • the load management takes the first rounds off ((Cn * IB) / (IT
  • Group_gold [1, 4, 7, 10]
  • group_silver [2, 5, 8]
  • the base current IB the total current and the larger current IT are also possible.
  • the number of charging stations involved may be different from 10.
  • a different group number is also used, e.g. two groups or more than three groups.
  • the total charging current is, for example, 100 amps.
  • the assignments repeat in accordance with the time periods tle and t2e. If, for example, charging at the charging station (charging station) LSI or 1 is terminated at the end of the time interval t24e, in a first alternative only the remaining charging stations of the first group are allocated the larger current. Only when the charging processes at all charging stations of the first group (gold) are completed, the charging stations of the second group (silver) becomes a larger current assigned in comparison to the base current. The result is the following message:
  • the approach 5 is a generalization of the other approaches and includes them completely. Thus, it is suffi ⁇ accordingly to implement this approach.
  • the premature termination of the time slots can lead to new and timed sessions for the violation of fairness. Since the arrival or termination process is considered random, unfairness can be expected to evolve over time. For example, a premature end of the time slot is considered necessary in order to be able to allocate at least the base stream immediately to new sessions so that the loading process can begin. Furthermore, the efficiency, ie the exhaustion of the capacity, eg redistribution of the allocated capacity of a scheduled session, is more weighted than the fairness. Other alternative methods are also possible.
  • Residual current or base current can be increased if less than 10 charging stations are active.
  • the base current or another of said currents can be further reduced, for example, while maintaining the chosen approach, as more charging stations are added.
  • At the end of charging or when activating a certain number of charging stations can also be switched to another charging method, in particular to another of the explained methods.

Abstract

Erläutert wird unter anderem eine Vorrichtung (20) zum Steuern des Ladens an mindestens zwei Ladestationen (LS1, LS2). Die Vorrichtung enthält (20) eine Steuereinheit (24), die das Laden gemäß einem Zeitmultiplexverfahren steuert.

Description

Beschreibung
Vorrichtung und Verfahren zum Steuern des Ladens an mindestens zwei Ladestationen
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Steuern des Ladens an mindestens zwei Ladestationen. Außerdem ist ein Verfahren zum Steuern des Ladens an mindestens zwei Ladestatio¬ nen betroffen.
Die Vorrichtung bzw. das Verfahren wird insbesondere zum Laden der Akkumulatoren von Elektroautos eingesetzt, insbesondere Li-Ionen-Akkumulatoren . Umgangssprachlich werden diese wieder aufladbaren Akkumulatoren bzw. kurz Akkus auch als Batterien bezeichnet.
Eine Art von Elektrofahrzeugen sind Fahrzeuge, die mit einem Ladekabel geladen werden, das mit einer Anschlusseinheit am Auto verbunden wird. In diesem Zusammenhang wird auch von einem "Plug in Vehicle" (PEV) gesprochen. Alternativ kann induktives Laden verwendet werden. Die Akkus können jedoch auch aus dem Fahrzeug genommen werden und dann geladen werden, wie es bei Batteriewechselkonzepten der Fall ist.
Das Fahrzeug kann vollelektrisch oder als Hybrid mit Elektro¬ motor und Verbrennungsmotor für den Antrieb ausgebildet sein. Es kommen die Akkus von Fahrzeugen jeder Größe in Frage, d.h. Nutzfahrzeuge, Personenkraftfahrzeuge (Autos), Motorräder, Fahrräder usw.
Es ist Aufgabe der Erfindung eine einfache Vorrichtung und ein einfaches Verfahren zum Steuern des Ladens an mindestens zwei Ladestationen anzugeben. Insbesondere soll die zur Verfügung stehende Kapazität bzw. elektrische Energiemenge, wel¬ che z.B. wirtschaftlicher oder netztechnischer Art sein kann, möglichst vollständig ausgenutzt werden. Weiterhin soll es insbesondere möglich sein, mehrere Klassen von Ladestationen oder Benutzern zu berücksichtigen. Insbesondere soll auch das Laden mit einem Mindeststrom an allen Ladestationen möglich sein .
Die auf die Vorrichtung bezogene Aufgabe wird durch eine Vor¬ richtung mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben .
Die Vorrichtung kann eine Steuereinheit enthalten, die das Laden gemäß einem Zeitmultiplexverfahren steuert. Das Zeit- multiplexverfahren hat aufeinanderfolgende Zeitabschnitte, in denen unterschiedliche Lademodi auftreten, z.B. andere Lade¬ stationen und/oder andere Ströme/Spannungen an den Ladestationen. Die Zeitabschnitte haben gleiche Länge, können aber auch unterschiedlich lang sein. Bevorzugte Zeiten für einen Zeitabschnitt liegen im Bereich von 10 Minuten bis 100 Minuten .
Durch das Verwenden eines Zeitmultiplexverfahrens lassen sich auf einfache Art und Weise mindestens eine, mehrere oder so¬ gar alle der folgenden Anforderungen erfüllen:
- abwechselndes Laden unter Berücksichtigung von gleichmäßigem Verteilen der zur Verfügung stehenden Ladekapazität,
- Verwenden von Mindestladeströmen/-spannungen,
- Bilden von Benutzergruppen, wobei ein Benutzer bspw. auch abhängig von seinem Bedarf die Benutzergruppe wechseln kann, und
- weitere Kriterien.
Die Steuereinheit kann in aufeinanderfolgenden Zeitabschnit¬ ten an jeder der Ladestationen das Laden mit mindestens einem Grundstrom ermöglichen. Dabei wird bspw. in jedem Zeitabschnitt des Zeitmultiplexverfahrens an mindestens einer der Ladestationen das Laden mit einem Strom ermöglicht, der größer als der Grundstrom ist. Durch Wechsel der Ladestation mit dem größeren Strom entsteht ein Freiheitsgrad für das Zeit- multiplexen. Dennoch erhalten zu jeder Zeit alle Ladestationen zumindest den Grundstrom. Die Steuereinheit kann eine erste Gruppe von Ladestationen und eine zweite Gruppe von Ladestationen berücksichtigen. Die Steuereinheit kann dabei in aufeinanderfolgenden Zeitabschnitten des Zeitmultiplexverfahrens bis zum Abschluss des Ladens einer Ladestation der ersten Gruppe an jeder der Ladestationen der zweiten Gruppe das Laden mit einem Grundstrom ermöglichen. Zunächst werden nur an den Ladestationen der ersten Gruppe größere Ströme im Vergleich zu dem Grundstrom freigegeben. Erst nach dem Abschluss des Ladens an mindestens einer der Ladestation der ersten Gruppe oder an allen Ladestationen der ersten Gruppe wird an einer Ladestation der zweiten Gruppe ein größerer Strom im Vergleich zum Grundstrom freigegeben. Durch diese Maßnahme kann eine Priorisierung der Ladevorgänge erfolgen, insbesondere abhängig von technischen Kriterien, wie der Speicherkapazität eines Akkus, oder abhän¬ gig von der Kundengruppe zu der das Elektroauto bzw. sein Halter zählt.
In der Steuereinheit kann durch eine Schaltung oder durch einen programmierbaren Schaltkreis mindestens eines der folgenden Verfahren oder können mehrere der folgenden Verfahren implementiert sein:
- ein Zeitmultiplexverfahren, bei dem je Zeitabschnitt immer nur an genau einer Ladestation das Laden möglich ist,
- ein Zeitmultiplexverfahren, bei dem je Zeitabschnitt das Laden an mehreren aber insbesondere nicht an allen Ladestati¬ onen möglich ist,
- ein Zeitmultiplexverfahren, bei dem je Zeitabschnitt an genau einer der Ladestationen das Laden mit einem größeren Strom möglich ist im Vergleich zu einem Grundstrom, der für die anderen Ladestationen in diesem Zeitabschnitt frei geschaltet ist,
- ein Zeitmultiplexverfahren, bei dem je Zeitabschnitt an mehreren Ladestationen das Laden mit einem größeren Strom möglich ist im Vergleich zu einem Grundstrom, der für die anderen Ladestationen in diesem Zeitabschnitt frei geschaltet ist, - ein Zeitmultiplexverfahren, das zwei Gruppen von Ladestationen oder drei Gruppen von Ladestationen oder sogar mehr als drei Gruppen von Ladestationen berücksichtigt.
Die technischen Wirkungen der einzelnen Verfahren werden weiter unten näher erläutert und gelten auch für die Vorrichtung mit der das betreffende Verfahren durchgeführt wird. So führt ein einfaches Verfahren bspw. auch zu einer einfach aufgebauten Vorrichtung.
Die Vorrichtung enthält bei einer Ausgestaltung mindestens eine der folgenden Einheiten:
- eine Speichereinheit, z.B. ROM (Read Only Memory), PROM (Programmable ROM), EEPROM (Electrical Erasable PROM) etc., RAM (Random Access Memory) ,
- einen Prozessor, der Befehle eines Programms abarbeitet, das insbesondere in der Speichereinheit gespeichert ist,
- eine Anschlusseinheit an ein Datenübertragungsnetz,
- eine Vorrichtung zum Implementieren von Warteschlangen.
Alternativ kann die Vorrichtung auch schaltungstechnisch ohne Verwenden eines Prozessors realisiert werden, der Programmbe¬ fehle abarbeitet, die in einem Speicher gespeichert sind.
Der Grundstrom liegt bei den Akkus für vierrädrige Fahrzeuge bspw. im Bereich von 5 Ampere bis 15 Ampere. Der größere Strom ist bspw. doppelt, dreifach, vierfach usw. so groß wie der Grundstrom und liegt bspw. im Bereich von 16 Ampere bis 100 Ampere. Bei zweirädrigen Fahrzeugen, werden kleinere Grundströme verwendet, bspw. im Bereich von 1 A bis 3 A (Ampere) . Der größere Strom wird dann auf diesen Grundstrom bezogen .
Die auf das Verfahren bezogene Aufgabe wird durch ein Verfah¬ ren mit den im Folgenden angegebenen Schritten gelöst. Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben. Das Verfahren zum Steuern des Ladens an mindestens zwei Lade¬ stationen kann die folgenden Schritte enthalten:
- an einer ersten Ladestation wird ein erster Ladevorgang und an einer zweiten Ladestation wird ein zweiter Ladevorgang er- möglicht,
- der erste Ladevorgang wird in mehrere Abschnitte aufgeteilt und der zweite Ladevorgang wird ebenfalls in mehrere Ab¬ schnitte aufgeteilt. Das Aufteilen der Ladevorgänge in Abschnitte ermöglicht bspw. die Durchführung von Zeitmultiplexverfahren oder von anderen Verfahren, bei denen eine Vielzahl von Kriterien berücksichtigt werden sollen. Die Ladestationen sind z.B. Ladesäulen. Die Abschnitte werden bspw. durch Wechsel der Lademodi gebildet, z.B. Wechsel der Ladestationen/-säulen und/oder Wechsel der Größe des Ladestroms oder ggf. der Ladespannung. Abschnitte des ersten Ladevorgangs und Abschnitte des zweiten Ladevorgangs können zeitlich hintereinander durchgeführt werden, so dass immer nur ein Teil der Ladestationen Ladevorgänge gleichzeitig durchführt werden. Damit steht jeweils bspw. eine ausreichende Strommenge für jeden Ladevorgang zur Verfü- gung.
Zwischen den Ladestationen wird vorzugsweise reihum gewechselt, so dass innerhalb eines Ladezyklus alle Ladestationen, die Möglichkeit haben, mit dem gleichen Strom zu laden. Diese Vorgehensweise ist besonders einfach.
Der erste Ladevorgang und der zweite Ladevorgang können aber auch gleichzeitig innerhalb eines Zeitabschnitts durchgeführt werden. Innerhalb eines ersten Teils des Zeitabschnitts an der ersten Ladestation kann das Laden mit einem ersten Strom freigegeben werden. Innerhalb des ersten Teils des Zeitab¬ schnitts kann an der zweiten Ladestation das Laden mit einem zweiten Strom freigegeben werden. Der erste Strom kann größer als der zweite Strom sein. Innerhalb eines sich an den ersten Teil des Zeitabschnitts anschließenden zweiten Teils des Zeitabschnitts kann an der ersten Ladestation das Laden mit einem dritten Strom freigegeben werden. Innerhalb des zweiten Teils des Zeitabschnitts kann an der zweiten Ladestation das Laden mit einem vierten Strom freigegeben werden. Der vierte Strom kann größer als der dritte Strom sein.
Der kleinere Strom kann auch ein Grundstrom sein, der in ei- nem Industriestandard oder von einem Hersteller als Mindest¬ strom für das Laden eines Akkus vorgesehen ist. "Gleichzei¬ tig" bedeutet hier bspw. mindestens 90 Prozent oder mindes¬ tens 99 Prozent der Zeit für den kürzeren der beiden Ladevorgänge. Somit sind kurze Verzögerungen zulässig, um bspw.
Stromspitzen zu vermeiden.
Die technische Wirkung besteht darin, dass beide Ladestatio¬ nen in beiden Zeitabschnitten Ladestrom zur Verfügung haben und dass dennoch jeweils an einer Ladestation ein größerer Ladestrom für das Laden zur Verfügung steht. Der größerer Ladestrom enthält bspw. einen Reststrom, der nicht auf einfache Art auf die Ladestationen zu verteilen ist. Alternativ ist der größere Strom ein optimaler Ladestrom oder ein Ladestrom, der aus anderen Kriterien heraus als geeignet angesehen wird. So werden bspw. Lastprofile berücksichtigt, die von Stromver¬ sorgungsnetzbetreibern vorgegeben werden. Auch verschiedene Benutzergruppen können berücksichtigt werden.
Der erste Strom kann mindestens doppelt so groß, mindestens dreimal so groß oder mindestens viermal so groß sein wie der zweite Strom. Auch der vierte Strom kann mindestens doppelt so groß, mindestens dreimal so groß oder mindestens viermal so groß sein wie der dritte Strom. Durch diese deutlichen Stromvergrößerungen lassen sich deutliche Vorteile im Ver- gleich zu einem gleichmäßigen Laden je Zeitabschnitt erzielen . Das Verfahren kann auch für eine Gruppe von Ladestationen durchgeführt werden, die aus der ersten Ladestation, aus der zweiten Ladestation und aus mindestens einer weiteren Ladestation besteht. Mindestens drei, mindestens vier oder min- destens fünf Wechsel der Lademodi der Ladestationen finden innerhalb eines Zeitabschnitts statt. Die Wechsel legen Teil¬ abschnitte des Zeitabschnitts fest. In jedem Teilabschnitt kann an jeder der Ladestationen der Gruppe das Laden mit zumindest einem Grundstrom ermöglicht werden. In jedem Teilab- schnitt kann außerdem an mindestens einer Ladestation das Laden mit einem größeren Strom möglich sein im Vergleich zu dem Grundstrom.
Der Zeitabschnitt ist insbesondere kontinuierlich, d.h. er enthält unmittelbar aufeinander folgende Teilabschnitte. Wie¬ der ist das Berücksichtigen von Mindestströmen möglich, wobei dennoch andere Kriterien berücksichtigt werden, wie Vertei¬ lung der gesamten zur Verfügung stehenden Ladekapazität. In jedem Teilabschnitt kann nur an genau einer Ladestation der Gruppe ein größerer Strom als der Grundstrom freigeschaltet werden. Dies ist eine sehr einfache aber auch sehr wirkungsvolle Verteilvariante. In jedem Teilabschnitt kann nur an einer Anzahl der Ladestationen der Gruppe ein größerer Strom als der Grundstrom ermöglicht sein, wobei diese Anzahl größer als 1, größer als zwei, oder auch größer als drei ist. Andererseits ist die An¬ zahl der Ladestationen mit dem höheren Strom jeweils kleiner als die Gesamtanzahl der Ladestationen der Gruppe, insbesondere kleiner als die Hälfte der Ladestationen oder kleiner als ein Drittel der Gesamtzahl der Ladestationen in der Gruppe. Die genaue Anzahl ergibt sich bspw. implizit durch die Wahl des Grundstroms, z.B. IATarget bzw. IT, wie unten näher erläutert wird. Demzufolge bleibt die Realisierung noch ver¬ gleichsweise einfach. Durch die Beschränkung der Anzahl der Ladestationen mit den größeren Ladeströmen, lassen sich deut- lieh höhere Ladeströme an diesen Ladestationen freischalten im Vergleich zum Mindest- oder Grundstrom.
An den Ladestationen der Gruppe kann nacheinander das Laden mit einem größeren Strom als dem Grundstrom ermöglicht werden. An einer Ladestation der Gruppe kann erst dann erneut ein größerer Strom ermöglicht werden, wenn alle Ladestationen der Gruppe berücksichtigt worden sind. Somit wird trotz des Wechseins eine gleichmäßige Verteilung der Ladekapazität in¬ nerhalb der Ladestationen der Gruppe ermöglicht.
Das Verfahren kann auch für mindestens zwei Gruppen von Ladestationen durchgeführt werden:
- wobei in aufeinanderfolgenden Zeitabschnitten zunächst nur an den Ladestationen der ersten Gruppe größere Ströme im Vergleich zu einem Grundstrom freigegeben werden, und
- wobei erst nach dem Abschluss des Ladens an mindestens ei¬ ner Ladestation der ersten Gruppe oder an allen Ladestationen der ersten Gruppe an einer Ladestation der zweiten Gruppe ein größerer Strom im Vergleich zum Grundstrom freigegeben wird.
Dies bietet besonders viele Vorteile im Zusammenhang mit der Verwendung eines Grundstrom oder Basisstroms in jedem Zeitabschnitt an allen anderen Ladestationen beider Gruppen. Benutzergruppen oder andere Priorisierungen lassen sich auf diese Weise auf einfache Art realisieren.
Eine Ladestation kann nach Abschluss eines Ladevorgangs auch die Gruppe wechseln, bspw. abhängig von der Zuordnung eines Benutzers zu einer Gruppe, der die Ladestation dann nutzt. Dienstprofile können so feiner strukturiert werden.
Die Dauer der Zeitabschnitte kann jeweils im Bereich von 5 Minuten bis zwei Stunden liegen, vorzugsweise im Bereich von 10 Minuten bis 100 Minuten.
Der größere Strom kann mindestens doppelt so groß, mindestens dreimal so groß oder mindestens viermal so groß sein wie der Grundstrom. Die Stromstärke des Grundstroms kann auch bei dem Verfahren bspw. im Bereich von 5 Ampere bis 15 Ampere liegen. Die Stromstärke des größeren Stroms liegt bspw. im Bereich von 16 Ampere bis 100 Ampere.
Die erläuterten Vorrichtungen und Verfahren lassen sich auch bei einfach aufgebaute Ladestationen einsetzen, die bspw. nur den Start eines Ladevorgangs und das Ende eines Ladevorgangs signalisieren. Zusätzliche Daten über den zu ladenden Akku müssen von den Ladestationen nicht geliefert werden.
Die Vorrichtungen und Verfahren lassen sich aber auch in Ladeverfahren einsetzen, in denen eine Vielzahl von Daten von den Ladestationen geliefert werden, insbesondere über die Art des Akkus, und/oder über den Ladezustand, und/oder über die Berechtigung des Nutzers usw.
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele. Sofern in dieser Anmeldung der Begriff "kann" verwendet wird, handelt es sich sowohl um die technische Möglich¬ keit als auch um die tatsächliche technische Umsetzung.
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung an Hand der beiliegenden Zeichnungen erläutert. Darin zeigen: Figur 1 eine Ladeinfrastruktur,
Figur 2 Protokollschichten der Ladeinfrastruktur,
Figur 3 ein Beispiel für ein einfaches Zeitmultiplexen,
Figur 4 ein Beispiel für Zeitmultiplexen mit Basisstrom bzw.
Grundstrom,
Figur 5 ein Beispiel für ein Zeitmultiplex-Verfahren mit pa- rametrierbarem Ladestrom,
Figur 6 ein Beispiel für Zeitmultiplexen mit parametrierbarem
Ladestrom und Grundstrom, und
Figur 7 ein Beispiel für ein Zeitmultiplex-Verfahren mit verschiedenen Benutzerklassen. Die Ausführungsbeispiele sind nicht maßstabsgetreu und nicht beschränkend. Abwandlungen im Rahmen des fachmännischen Handelns sind möglich. Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und be¬ schrieben worden ist, ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen kön¬ nen vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
Die Beispiele betreffen Zeitmultiplexverfahren für das Lastmanagement einer "eCar Charging Solution".
Diese Anmeldung steht im engen Zusammenhang zu der bereits eingereichten Anmeldung "Zentrales Lastmanagementverfahren für eine "eCar Charging Solution"" (Ladelösung für Elektroautos) bzw. "Verfahren und Vorrichtung zur Bereitstellung elektrischer Energie" und beschreibt ein alternatives Verfah¬ ren für das Lastmanagement. Für die Elektromobilität ist eine in der Figur 1 gezeigte Ladeinfrastruktur 11 notwendig, welche das Aufladen von Elektroautos 12, 14 (eCars) aus dem Stromnetz erlaubt. Neben den Ladesäulen LSI, LS2 (Charging Spots (CS)) sind bspw. weitere Komponenten erforderlich, um Ladesysteme (oder eCar Charging Solutions) zu realisieren. Beispiele hierfür sind Komponenten zur Authentifizierung, Abrechnung, Monitoring etc.
Diese Anmeldung beschreibt ein Lastmanagement für ein Lade¬ system bestehend aus mehreren Ladesäulen, u.a. auch für öf- fentlich zugängliche Stromtankstellen. Das Lastmanagement be¬ stimmt eine Lastverteilung, welche die Einhaltung einer Kapazitätsbegrenzung übernimmt, welche entweder wirtschaftlicher oder auch netztechnischer Art sein kann. Zur Einhaltung der Bedingung regelt bzw. steuert das Lastmanagement den maxima- len Ladestrom bzw. die maximale Leistungsaufnahme an den ein¬ zelnen Ladesäulen und garantiert so eine Form von Fairness zwischen den Ladesäulen, insbesondere auch unter Einhaltung von Prioritäten oder Vertragseigenschaften. Bspw. kann den Ladesäulen bzw. den Elektrofahrzeugen der maximale Ladestrom vorgegeben werden. Diese Vorgabe ist von den Ladesäulen bzw. dem Elektrofahrzeug einzuhalten, da ansonsten ein Abschalten des Ladevorgangs durch das Lastmanagementsystem bzw. der La- desäule erfolgen kann.
In dieser Anmeldung wird ein Zeitmultiplex-Verfahren beschrieben, welches entweder direkt oder mit Hilfe anderer Komponenten im Gesamtsystem den Ladesäulen/-stationen LSI, LS2 entsprechende Vorgaben macht und von diesen Statuswerte bezieht. Das Verfahren lässt sich sowohl in einem zentralen als auch in einem dezentralen Lastmanagement einsetzen, wie in der Anmeldung "Dezentrales Lastmanagementverfahren für eine "eCar Charging Solution"" bzw. "Verfahren und Vorrichtung zur Bereitstellung elektrischer Energie" beschrieben.
Es wurde ein Zeitmultiplex-Verfahren entwickelt, welches unter Einhaltung einer Kapazitätsbeschränkung den Ladesäulen/- stationen eine Vorgabe über den maximal zulässigen Ladestroms gibt. Das Verfahren ist getaktet bzw. kann getaktet sein und die Vorgaben sind für einen Zeitschlitz bzw. einen Zeitabschnitt gültig. Die Länge des Zeitschlitzes bzw. Zeitab¬ schnitts ist parametrierbar bzw. kann parametrierbar sein. Über die Zeit ergibt sich somit eine faire Zuweisung der Res- sourcen.
Neben der Länge des Zeitschlitzes/Zeitabschnitts sind bspw. ein Basisstrom bzw. Grundstrom IB, ein maximaler Ladestrom und verschiedene Benutzerklassen einstellbar.
Mit Hilfe eines parametrierbaren maximalen Ladestroms kann auf Gegebenheiten des eCars, insbesondere der Batteriesyste¬ me, eingegangen werden. Das bedeutet, dass das Verfahren die Parametrierung eines maximalen Ladestroms bzw. Zielstroms IT ermöglicht, welcher eine für das eCar bzw. die Batterie ge¬ eignete Leistungsaufnahme ermöglicht. Durch die Definition verschiedener Benutzerklassen kann eine Priorisierung von Benutzern vorgenommen werden, z.B. Unterscheidung von Gold/ Silber (Silver) / Bronze (Bronce) - Kundenstatus. D.h. Kunden mit höherem Kundenstatus werden be¬ vorzugt behandelt und die anderen Kunden erhalten trotzdem den für ihre Klasse definierten Basisstrom/Grundstrom IB.
Das Verfahren ist im Detail weiter unten geschildert.
Ein wichtiger Beitrag liegt in einem Verfahren, welches auf Zeitmultiplexing beruht. Es wird eine Lastverteilung ermittelt, welche die Koordinierung der maximalen Ladeströme von zusammengehörigen Ladesäulen zur Einhaltung einer Kapazitätsgrenze, welche entweder technischer oder auch wirtschaftlicher Art sein können, übernimmt. Durch die Parametrierung von Basisströmen, Ladeströmen und/oder Benutzerklassen kann der Betreiber der "eCar Charging Solution" Vorgaben zur Einhaltung der Randbedingungen machen.
Im Folgenden werden Ansätze beschrieben, die über Zeitmulti- plex-Verfahren die Ressourcen verteilen. Diese Ansätze betreffen Scheduling-Verfahren, z.B. „Round Robin" bzw. Reihum-Verfahren .
Das Lastmanagementverfahren agiert bspw. ausschließlich über das Setzen des Parameters I_Target_mA bzw. IT, welcher die maximale Leistungsaufnahme regelt.
Das Lastmanagement kann insbesondere unter Beachtung der Norm IEC 61851 eingesetzt werden.
Die Figur 1 zeigt eine Ladeinfrastruktur 11. Die Ladeinfrastruktur 11 enthält:
- Ladestationen LSI, LS2, z.B. Ladesäulen oder Ladeboxen,
- eine Verteilvorrichtung 20, und
- optional weitere nicht dargestellte Ladesäulen, - ein nicht dargestelltes Datenübertragungsnetz zwischen den Ladestationen LSI und LS2 auf der einen Seite und der Verteileinrichtung 20 auf der anderen Seite. Zusätzlich kann auch eine Datenübertragungsverbindung zwischen der Ladestation LSI und der Ladestation LS2 vorhanden sein .
Weiterhin gibt es Datenübertragungsverbindungen zwischen ei- ner Ladesäule und dem jeweils zu ladenden Elektroautos. So wird eine Datenübertragungsverbindung 16 zwischen dem Elektroauto 12 und der Ladestation LSI aufgebaut. Eine Datenüber¬ tragungsverbindung 18 wird zwischen dem Elektroauto 14 und der Ladestation LS2 aufgebaut. So wird bspw. der Ladestrom von der Ladesäule LSI, LS2 an das Elektroauto 12, 14 kommuni¬ ziert. Eine Steuereinheit des Elektroautos 12, 14 hat sich an die Vorgabe zu halten, weil die Ladesäule LSI, LS2 oder die Verteilvorrichtung 20 ansonsten den Ladevorgang abschaltet. Alternativ können jedoch auch andere Verfahren zur Abstimmung des Ladevorgangs zwischen Ladesäulen LSI, LS2 und Elektroau¬ tos 12, 14 verwendet werden.
Die Verteilvorrichtung 20 enthält bspw. :
- einen Speicher 22, z.B. einen EEPROM, in dem Befehle eines Programms gespeichert sind,
- eine Prozessor 24, z.B. einen Mikroprozessor der insb. den Speicher 22 enthält. Der Prozessor 24 arbeitet die im Speicher 22 gespeicherten Befehle ab und erbringt dabei die Funk¬ tionen eines Verteilverfahrens, z.B. nach einem der unten er- läuterten Ansätze 1 bis 5.
- eine Anschlusseinheit 26, für die Datenübertragung von und zu den Ladesäulen LSI und LS2 bzw. zu einer optionalen Parametervorgabeeinheit 32, und eine
- Parameterspeichereinheit 28.
Bei einer ersten Variante erfolgt eine manuelle Vorgabe 30 von Parametern, die in der Parameterspeichereinheit 28 der Verteilvorrichtung 20 gespeichert werden. Die Parameter wer- den bspw. abhängig von einem Lastprofil vorgegeben, z.B. Verwenden von Ökostrom bei Sonnenschein, oder ein Profil, das vom Betreiber (utilities) eines Stromversorgungsnetzes vorge¬ gebene wird. Ein Parameter ist bspw. die für das Laden zur Verfügung stehende Lade-Kapazität C. Andere Parameter werden unten im Zusammenhang mit den Ansätzen 1 bis 5 näher erläutert .
Alternativ ist eine Parametervorgabeeinheit 32 vorhanden, die die Parameter automatisch vorgibt. Ein Datenaustausch 34 ist zwischen der Parametervorgabeeinheit 32 und der Parameter¬ speichereinheit 28 in diesem Fall vorgesehen.
Nachrichten 40, 42, 44 werden zwischen der Verteilvorrichtung 20 und den Ladestationen LSI, LS2 ausgetauscht, um das Laden der Elektroautos 12, 14 zu steuern.
Die Nachricht 40 ist bspw. eine energyRequest ( ) Nachricht 40, die zum Start des Ladevorgangs des Elektroautos 12 von der Ladesäule LSI an die Verteilvorrichtung 20 gesendet wird. Die Verteilvorrichtung 20 beantwortet, die energyRequest ( ) Nach¬ richt 40 bspw. mit einer energySet() Nachricht 42 wobei ein Ladestrom an der Ladestation LSI freigegeben wird, dessen Höhe vom verwendeten Verteilverfahren abhängt, wie unten noch näher erläutert wird.
Die Nachrichten 44 werden zwischen der Verteilstation 20 und der Ladestation LS2 ausgetauscht, um den Akku des Elektroau¬ tos 14 zu Laden bzw. den Akku eines anderen Elektroautos.
Bei anderen Ausführungsbeispielen wird eine Zwischeneinheit 46 zwischen der Verteilvorrichtung 20 und den Ladestationen LSI, LS2 usw. verwendet. In diesem Fall werden alle Nachrichten von und zu den Ladestationen LSI, LS2 usw. unter Verwendung der Zwischeneinheit 46 von und zur Verteilvorrichtung 20 übertragen, siehe Nachrichten 48, 50, 52. Die Verteilvorrichtung 20 ist separat von den Ladestationen aufgebaut sein. Alternativ ist die Verteilvorrichtung 20 Bestandteil einer Ladestation. Das Laden kann ohne Authentifizierung der Nutzer durchgeführt werden, bspw. wenn die Ladestationen LSI, LS2 usw. auf einem Firmengelände aufgebaut sind. Alternativ erfolgt eine Authen¬ tifizierung der Nutzer, bspw. über Chipkarten. Die Elektroautos 12, 14 und weitere nicht dargestellte Elekt¬ roautos nutzen die Ladeinfrastruktur 11 zum Aufladen ihrer Akkus. Die Elektroautos 12 und 14 sind bspw. Hybridautos oder vollelektrisch angetriebene Fahrzeuge. Die Elektroautos 12 und 14 werden bspw. über Ladekabel, induktiv oder auf andere geeignete Art und Weise mit den Ladestationen LSI und LS2 ge¬ koppelt .
Die Funktionen der Verteilvorrichtung 20 können auch durch eine elektronische Schaltung erbracht werden, die keinen Pro- zessor enthält, z.B. ein FPGA (Field Programmable Gate Ar- ray) .
Die Figur 2 zeigt ein Beispiel für Protokollschichten 100 der Ladeinfrastruktur 11, siehe Figur 1.
Die Protokollschichten 100 sind bspw. in der folgenden Reihenfolge von unten nach oben durch die folgenden Einheiten realisiert :
- Ethernet 102, das gemäß den entsprechenden IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) Standards arbeitet.
- optionales GSM 104 Netz (Global System for Mobile Communications) o.ä. Mobilfunknetz, das gemäß den entsprechenden Standards der ITU (International Telecommunications Union) und ETSI (European Telecommunications Standards Institute) arbeitet,
- Steuerungsschicht 106, z.B. gemäß TCP/IP (Transport Control Protocol/ Internet Protocol), siehe RFCs (Request For Com- ments) der IETF (Internet Engineering Task Force), - optionales Overlaynetzwerk 108, z.B. ein Peer to Peer Netz (P2P) ,
- Diensterbringungsrechner 110, z.B. ein Server oder ein Teil einer Ladestation LSI, LS2,
- Lastverteilung 112, z.B. realisiert durch die Verteilvorrichtung 20.
Die Datenweitergabe 120 bis 136 zwischen den Protokollschichten 106 bis 112 erfolgt dadurch, dass jede Schicht nur die für sie vorgesehenen Daten bearbeitet bzw. hinzufügt und die anderen Daten an die nächst höhere bzw. nächst tiefere
Schicht weiter gibt.
An Stelle eines Ethernets kann auch ein anderes leitungsge- bundenes, fasergebundenes oder drahtloses Datenübertragungs¬ netz verwendet werden.
Es wird im Folgenden beispielhaft eine API (Application Pro¬ gramming Interface) für das Lastmanagement verwendet, welche folgende Aufrufe umfasst:
- energyRequest ( ) - Mitteilung an das Lastmanagement über ei¬ ne neue Session bzw. einen neuen Ladevorgang,
- sessionEnd() - Ende einer Session bzw. eines Ladevorgangs,
- sessionUpdate ( ) - Update von Statuswerten einer Session bzw. eines Ladevorgangs,
energySet() - Setzen des Sollwertes I_Target_mA durch das Lastmanagement. Im Folgenden wird auch der Sollwert IT in Am¬ pere verwendet. Begonnen wird mit dem einfachsten Fall, welcher sukzessive erweitert wird.
Ansatz 1: Einfaches Zeitmultiplex-Verfahren (Round Robin), siehe Figur 3.
Vorbedingungen :
- Gesamtkapazität C ist definiert, - die Länge eines Time-Slots TSlot wurde parametriert , d.h. festgelegt .
Ablauf :
Schritt 1: Das Operation-Center (Betriebszentrum) bzw. die Verteilvorrichtung 20 informiert das Lastmanagement über Sta¬ tus-Änderungen, z.B. mit Hilfe der Nachrichten energyRe- quest(), sessionEnd ( ) , sessionUpdate ( ) .
Schritt 2 : Das Lastmanagement führt intern eine Warteschlange und fügt neue Sessions/Ladevorgänge bzw. deren Kennzeichen am Ende an. Falls eine Session/Ladevorgang beendet wird, wird der Eintrag aus der Warteschlange gelöscht. Falls diese Ses- sion zur Zeit bedient wird, wird der Time-Slot vorzeitig be¬ endet, siehe Schritt 3.
Schritt 3: Ein Timer feuert bzw. eine Zeitvorgabeeinheit sen¬ det ein Steuersignal, wenn ein neuer Time-Slot beginnt. Hier- auf wird die Session, die zur Zeit bedient wird, an das Ende der Warteschlange angehängt. Das Lastmanagement entnimmt den ersten Eintrag aus der Warteschlange und weist diesem die Ge¬ samtkapazität zu. Das Lastmanagement gibt die neue Lastver¬ teilung zurück, z.B. mit energySet() .
Beispiel: C = 100, n = 10, TSlot = 60 min (Minuten) .
In Figur 3 sind 10 Ladestationen 1 bis 10 in das Verfahren einbezogen. Die Gesamtkapazität C beträgt bspw. 100 Ampere. In jedem Zeitabschnitt TSlot bzw. tla bis t5a usw. wird die gesamte Ladekapazität C genau einer der Ladestationen zuge¬ wiesen. Erst wenn alle Ladestationen 1 bis 10 in jeweils einem Zeitabschnitt geladen worden sind, wird der nächste Zyk¬ lus begonnen, in dem die Ladestationen 1 bis 10 wieder nach- einander jeweils mit der gesamten zur Verfügung stehenden Kapazität bzw. mit dem gesamten Ladestrom geladen werden. Andere Werte für den Gesamtstrom sind ebenfalls möglich. Auch die Anzahl der beteiligten Ladestationen kann von 10 verschieden sein. Der Ladestrom beträgt bspw. 100 Ampere. Es werden dann bspw. in aufeinander folgenden Zeitabschnitten die folgenden ener- gySet() Nachrichten gesendet:
energySet ( 100, 0, 0, ...), energySet(0, 100, 0, ...), energy- Set(0, 0, 100, 0, ...), wodurch an der ersten Ladestation LSI bzw. 1, an der zweiten Ladestation LS2 bzw. 2 und an der dritten Ladestation 3 jeweils ein Ladestrom von 100 A freigeschaltet wird.
Der erste Ansatz führt zu einem besonders einfaches Verfah- ren.
Ansatz 2: Einfaches Zeitmultiplex-Verfahren mit Basisstrom/Basisstrom IB, siehe Figur 4. Vorbedingung:
- Gesamtkapazität C ist definiert,
- die Länge eines Time-Slots TSlot wurde parametriert ,
- jede Session bekommt wenigstens einen Basisstrom IB bzw. Grundstrom.
Ablauf :
Schritt 1: Das Operation-Center (Betriebszentrum) bzw. die Verteilvorrichtung 20 informiert das Lastmanagement über Sta- tus-Änderungen, z.B. mit Hilfe der Nachrichten energyRe- quest(), sessionEnd ( ) , sessionUpdate ( ) .
Schritt 2: Das Lastmanagement allokiert für jede Session den Basisstrom IB und verteilt die noch verfügbaren Ressourcen gemäß Schritt 3.
Schritt 3: Das Lastmanagement führt intern eine Warteschlange und fügt eine neue Session bzw. ein neues Ladevorgangskenn- zeichen an das Ende an. Falls eine Session/Ladevorgang beendet wird, wird der Eintrag aus der Warteschlange gelöscht. Das Hinzufügen und Entfernen von Sessions aus der Warteschlange verursacht ein vorzeitiges Beenden des Time-Slots, siehe Schritt 4.
Schritt 4: Ein Timer feuert, wenn ein neuer Time-Slot be¬ ginnt. Hierauf wird die Session, die zur Zeit bedient wird, an das Ende der Warteschlange angehängt. Das Lastmanagement entnimmt den ersten Eintrag aus der Warteschlange und weist diesem die noch verfügbaren Ressourcen, d.h. C-(n-l)*IB zu. Das Lastmanagement gibt die neue Lastverteilung zurück, z.B. mit energySet() . Beispiel: C = 100, n = 10, TSlot = 60 min, IB = 6
Der gesamte je Zeitabschnitt tlb, t2b, t3b usw. zur Verfügung stehende Ladestrom beträgt bspw. 100 Ampere. Je Zeitabschnitt tlb, t2b, t3b usw. werden neun der zehn einbezogenen Ladesta- tionen 1 bis 10 jeweils mit dem Grundstrom bzw. Basisstrom IB freigeschaltet. Eine einzige Ladestation erhält je Zeitab¬ schnitt den gesamten restlichen zur Verfügung stehenden
Strom, d.h. 100 A - 9 * 6 A = 46 A, siehe Strom IIb für die Ladestation 1 im Zeitabschnitt tlb, Strom I4b für die Lade- Station 2 im Zeitabschnitt t2b, Strom I9b für die Ladestation 3 im Zeitabschnitt t3b usw. Haben alle beteiligten Ladestati¬ onen, hier 10, in einem Zeitabschnitt den großen Reststrom erhalten, so beginnt ein neuer Zyklus, in dem die Ladestatio¬ nen wieder nacheinander mit dem hohen Reststrom betrieben werden können, siehe Zeitabschnitt tllb.
Die Ladestationen, die im jeweiligen Zyklus nicht den größeren Strom von hier 46 A erhalten, werden mit dem Basisstrom betrieben, der hier 6 A beträgt, siehe I2b, I5b im Zeitab- schnitt tlb, I3b, I6b im Zeitabschnitt t2b und I7b, I8b im Zeitabschnitt t3b usw. Andere Werte für den Basisstrom, den Gesamtstrom und dem grö¬ ßeren Strom sind ebenfalls möglich. Auch die Anzahl n der beteiligten Ladestationen kann von 10 verschieden sein. Insbesondere ergeben sich dabei andere Verhältnisse zwischen Ba- sisstrom und größeren Strom, der z.B. mindestens doppelt so groß, mindestens dreimal so groß oder mindestens viermal so groß wie der Basisstrom bzw. Grundstrom IB sein kann.
Es werden dann bspw. in aufeinander folgenden Zeitabschnitten die folgenden energySet() Nachrichten gesendet:
energySet ( 46, 6, 6, ...), energySet(6, 46, 6, ...), energy- Set(6, 6, 46, 6 ...), wodurch an der ersten Ladestation LSI bzw. 1, an der zweiten Ladestation LS2 bzw. 2 und an der dritten Ladestation 3 nacheinander ein Ladestrom von 46 A freigeschaltet wird und den anderen Ladestationen jeweils nur 6 Ampere zugewiesen werden.
Der Ansatz 2 garantiert, dass jede Ladestation zu jeder Zeit zumindest den Grundstrom IB zur Verfügung hat.
Ansatz 3: Zeitmultiplex-Verfahren mit parametrierbarem Ladestrom IT, siehe Figur 5.
Vorbedingung :
- Gesamtkapazität C ist definiert,
- die Länge eines Time-Slots TSlot wurde parametriert ,
- ein gewünschter Ladestrom IATarget bzw. IT wird vorgegeben. Um die Ressourcen auszuschöpfen, sollte IATarget bzw. IT ein Teiler der Gesamtkapazität sein.
Ablauf :
Schritt 1: Das Operation-Center (Betriebszentrum) bzw. die Verteilvorrichtung 20 informiert das Lastmanagement über Sta- tus-Änderungen, z.B. mit Hilfe der Nachrichten energyRe- quest(), sessionEnd ( ) , sessionUpdate ( ) . Schritt 2 : Das Lastmanagement führt intern eine Warteschlange und fügt eine neue Session/Ladevorgangskennzeichen an das Ende an. Falls eine Session beendet wird, wird der Eintrag aus der Warteschlange gelöscht. Falls diese Session zur Zeit be- dient wird, wird der Time-Slot vorzeitig beendet, siehe
Schritt 3.
Schritt 3: Ein Timer feuert, wenn ein neuer Time-Slot be¬ ginnt. Hierauf werden die Sessions, die zur Zeit bedient wer- den, an das Ende der Warteschlange angehängt. Das Lastmanage¬ ment entnimmt die ersten C/IT Einträge aus der Warteschlange und weist diesen den Wert IATarget bzw. IT zu.
Falls IATarget bzw. IT kein Teiler von C ist, werden nicht alle verfügbaren Ressourcen allokiert. In diesem Ansatz wird demnach Fairness wichtiger als Effizienz angesehen. Alternativ können die restlichen Ressourcen der nächsten Session zugewiesen werden, was allerdings die Fairness zwischen den Sessions nicht mehr sicherstellen kann. Abhängig davon, ob die Session nach Ablauf des Time-Slots erneut bedient wird oder an das Ende der Warteschlange verschoben wird, wird die¬ se bevorzugt oder benachteiligt behandelt.
Das Lastmanagement gibt die neue Lastverteilung zurück, z.B. mit der Nachricht energySet() .
Beispiel :
C = 100, n = 10, TSlot = 60 min, IATarget bzw. IT = 25 Andere Werte für den Basisstrom und den Gesamtstrom sind ebenfalls möglich. Auch die Anzahl der beteiligten Ladestationen kann von 10 verschieden sein.
Der gesamte zur Verfügung stehende Ladestrom beträgt bspw. 100 Ampere. In jedem Zeitabschnitt tlc, t2c, t3c usw. können genau vier Ladestationen geladen werden, das der Gesamtstrom von 100 A vier Mal durch den Zielstrom IT teilbar ist. Je Zeitabschnitt wird also nur ein Teil der Ladestationen gela- den. Bereits im dritten Zeitabschnitt t3c sind alle Ladesta¬ tionen einmal berücksichtigt worden, so dass dann ein neuer Zyklus beginnt. Hier werden die Ladestationen 1 und 2 im Zeitabschnitt t3c erneut einbezogen. Ab dem Zeitabschnitt t6c wiederholt sich die in den Zeitabschnitten tlc bis t5c verwendete Zuordnung wieder.
Es werden dann bspw. in aufeinander folgenden Zeitabschnitten die folgenden energySet() Nachrichten gesendet:
energySet (25, 25, 25, 25, 0, ...), energySet(0, 0, 0, 0, 25, 25, 25, 25, 0, ...), energySet (25, 25, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 25, 25), wodurch an den Ladestation 1 bis 4, an den Ladestationen 5 bis 8 und an den Ladestation 1, 2, 9 und 10 jeweils ein Ladestrom von 25 A (Ampere) freigeschaltet wird.
Der Ansatz 3 erlaubt das Laden mit dem geeignetsten Strom IT und gewährleistet so eine optimale Stromabnahme.
Ansatz 4: Zeitmultiplex-Verfahren mit parametrierbarem Lade- ström IT und Basisstrom/Grundstrom IB, siehe Figur 6.
Vorbedingung :
- Gesamtkapazität C ist definiert,
- die Länge eines Time-Slots TSlot wurde parametriert ,
- ein gewünschter Ladestrom IATarget bzw. IT wird vorgegeben. Um die Ressourcen auszuschöpfen, sollte IATarget bzw. IT ein Teiler der Gesamtkapazität sein.
- jede Session bekommt wenigstens einen Basisstrom IB bzw. Grundstrom.
Ablauf :
Schritt 1: Das Operation-Center (Betriebszentrum) bzw. die Verteilvorrichtung 20 informiert das Lastmanagement über Sta- tus-Änderungen, z.B. mit Hilfe der Nachrichten energyRe- quest(), sessionEnd ( ) , sessionUpdate ( ) . Schritt 2: Das Lastmanagement allokiert für jede Session den Basisstrom IB und verteilt die noch verfügbaren Ressourcen, d.h. Strommenge, gemäß Schritt 3. Schritt 3: Das Lastmanagement führt intern eine Warteschlange und fügt eine neue Session an das Ende an. Falls eine Session beendet wird, wird der Eintrag aus der Warteschlange ge¬ löscht. Das Hinzufügen und Entfernen von Sessions aus der Warteschlange verursacht ein vorzeitiges Beenden des Time- Slots, siehe Schritt 4.
Schritt 4: Ein Timer feuert, wenn ein neuer Time-Slot be¬ ginnt. Hierauf werden die Sessions, die zur Zeit bedient wer¬ den, an das Ende der Warteschlange angehängt. Das Lastmanage- ment entnimmt die ersten Abrunden ( (C-n* IB) /( IT - IB) ) Einträge aus der Warteschlange und weist diesen den Wert IATarget bzw. IT zu. Falls der Ausdruck (C-n*IB)/(IT - IB) nur mit Rest teilbar ist, werden nicht alle verfügbaren Ressourcen allokiert, siehe auch die diesbezüglichen Ausführungen bei Ansatz 3. Das Lastmanagement gibt die neue Lastverteilung zu¬ rück, z.B. mit der Nachricht energySet() .
Option A: Die restlichen verfügbaren Ressourcen werden der nächsten Session allokiert, welche zusätzlich auch im nächs- ten Time-Slot berücksichtigt wird.
Option B: Es wird für jede Session zusätzlich geprüft, ob ΙΛΜΑΧ, d.h. die lokale Limitierung des Ladestroms an der Ladesäule, überschritten wird. Falls ja, wird nur ΙΛΜΑΧ zuge- wiesen.
Beispiel: C = 100, n = 10, TSlot = 60 min, IATarget bzw. IT = 25, IABase bzw. IB = 6. Andere Werte für den Basisstrom/Grundstrom IB, den Gesamtstrom C und den größeren Strom IT sind ebenfalls möglich. Auch die Anzahl der beteiligten Ladestationen kann von 10 verschieden sein. Es ergeben sich entsprechend andere Ver- hältnisse zwischen dem Basisstrom bzw. dem Grundstrom IB und dem Zielstrom IT.
Der gesamte Ladestrom beträgt bspw. 100 Ampere. Mit dem ge- wählten Grundstrom IB von 6 A und dem gewählten Zielstrom IT können je Zeitabschnitt tld, t2d, t3d usw. jeweils zwei Lade¬ stationen den größeren Strom IT nutzen. Die Ladestationen mit dem größeren Strom werden wieder zyklisch durchgewechselt, so dass im Zeitabschnitt t6d ein neuer Zyklus beginnt. Den ande- ren Ladestationen 1 bis 10 wird jeweils der Grundstrom IB zugewiesen, der hier 6 A beträgt.
Es werden dann bspw. in aufeinander folgenden Zeitabschnitten die folgenden energySet() Nachrichten gesendet:
- energySet (25, 25, 6, ... , 6), wodurch an der ersten Ladestation LSI bzw. 1 und an der zweiten Ladestation LS2 bzw. 2 jeweils 25 A eingestellt werden, siehe Ild und I3d, und an den anderen Ladestationen 3 bis 10 jeweils 6 A, siehe z.B. I2d,
- energySet (6, 6, 6, 6, 25, 25, 6 ... , 6), wodurch an der fünften Ladestation 5 und an der sechsten Ladestation 6 jeweils 25 A eingestellt werden, siehe I5d, an den anderen La¬ destationen 1 bis 4 und 7 bis 10 jeweils 6 A, siehe z.B. I4d und I6d,
- energySet (6, ... 6, 25, 25), wodurch an der neunten Ladestation 9 und an der zehnten Ladestation 10 jeweils 25 A eingestellt werden an den anderen Ladestationen 1 bis 8 jeweils 6 A. Der Ansatz 4 erlaubt das Laden mit dem geeignetsten Strom und gewährleistet so eine optimale Stromabnahme. Außerdem garan¬ tiert der Ansatz 4, dass jede Ladestation zu jeder Zeit zumindest den Grundstrom IB zur Verfügung hat. Ansatz 5: Zeitmultiplex-Verfahren mit Priorisierung über Benutzerklassen, siehe Figur 7.
Vorbedingung : - Gesamtkapazität C ist definiert,
- die Länge eines Time-Slots TSlot wurde parametriert ,
- ein gewünschter Ladestrom IATarget bzw. IT wird vorgegeben. Um die Ressourcen auszuschöpfen, sollte IATarget bzw. IT ein Teiler der Gesamtkapazität C sein.
- jede Session bekommt wenigstens einen Basisstrom IB zuge¬ wiesen,
- Anzahl der Benutzerklassen wurde parametriert. Ablauf:
Schritt 1: Das Operation-Center (Betriebszentrum) bzw. die Verteilvorrichtung 20 informiert das Lastmanagement über Sta¬ tus-Änderungen, z.B. mit den Nachrichten energyRequest ( ) , sessionEnd ( ) , sessionUpdate ( ) .
Schritt 2: Das Lastmanagement allokiert für jede Sessi¬ on/Ladevorgangskennzeichen den Basisstrom IB und verteilt die noch verfügbaren Ressourcen gemäß Schritt 3.
Schritt 3: Das Lastmanagement führt intern für jede Benutzer¬ klasse eine Warteschlange und fügt eine neue Session abhängig von ihrer Benutzerklasse am Ende der jeweiligen Warteschlange an. Falls eine Session beendet wird, wird der Eintrag aus der Warteschlange gelöscht. Das Hinzufügen und Entfernen von Sessions aus der Warteschlange verursacht ein vorzeitiges Be¬ enden des Time-Slots, siehe Schritt 4.
Schritt 4: Ein Timer feuert, wenn ein neuer Time-Slot be- ginnt. Hierauf werden die Sessions, die zur Zeit bedient wer¬ den, an das Ende der entsprechenden Warteschlange angehängt. Das Lastmanagement entnimmt die ersten Abrunden ( (C-n* IB) /( IT
- IB) ) Einträge aus der Warteschlange mit der höchsten Prio¬ rität (z.B. Gold-Members ) und weist diesen den Wert IATarget bzw. IT zu. Falls der Ausdruck (C-n*IB)/(IT - IB) nur mit Rest teilbar ist, werden nicht alle verfügbaren Ressourcen allokiert, siehe auch entsprechende Bemerkung in Ansatz 3. Falls eine Warteschlange keine Einträge enthält, wird die Warteschlange mit der nächst kleineren Priorität bedient. Das Lastmanagement gibt die neue Lastverteilung zurück, z.B. mit der Nachricht energySet() . Beispiel:
C = 100, n = 10, TSlot = 60 min, IATarget bzw. IT = 25, IABase bzw. IB = 6.
Group_gold = [1, 4, 7, 10], Group_silver = [2, 5, 8],
Group_bronze = [ 3 6 9].
Andere Werte für den Basisstrom IB, den Gesamtstrom und den größeren Strom IT sind ebenfalls möglich. Auch die Anzahl der beteiligten Ladestationen kann von 10 verschieden sein. Es wird auch eine andere Gruppenanzahl verwendet, z.B. zwei Gruppen oder mehr als drei Gruppen.
Der gesamte Ladestrom beträgt bspw. 100 Ampere.
Es werden dann bspw. in aufeinander folgenden Zeitabschnitten tle, t2e, t3e usw. die folgenden energySet() Nachrichten ge¬ sendet :
- energySet (25, 6, 6, 25, 5, ... 6), wodurch im Zeitabschnitt tle die Ladestationen 1 und 4 der ersten Gruppe einen größeren Ladestrom von 25 Ampere erhalten und die anderen Ladesta- tionen den Grundstrom IB,
- energySet (6, 6, 6, 25, 6, 6, 25), wodurch im Zeitabschnitt t2e die Ladestationen 7 und 10 der ersten Gruppe ei¬ nen größeren Ladestrom von 25 Ampere erhalten, und die anderen Ladestationen den Grundstrom IB.
Ab dem Zeitabschnitt t3e wiederholen sich die Zuordnungen gemäß der Zeitabschnitt tle und t2e. Wird bspw. am Ende des Zeitabschnitts t24e das Laden an der Ladestation (Ladesäule) LSI bzw. 1 beendet, so wird bei einer ersten Alternative nur noch den verbleibenden Ladestationen der ersten Gruppe der größere Strom zugeordnet. Erst wenn die Ladevorgänge an allen Ladestationen der ersten Gruppe (Gold) beendet sind, wird den Ladestationen der zweiten Gruppe (Silber) ein größerer Strom im Vergleich zum Basisstrom zugeordnet. Es ergibt sich die folgende Nachricht:
- energySet(0, 6, 6, 25, 6, 6, 6, 6, 25), wodurch im Zeitabschnitt t25e die Ladestation 4 und 10 mit einem größe- ren Strom geladen werden.
Der Ansatz 5 stellt eine Verallgemeinerung der anderen Ansätze dar und umfasst diese vollständig. Demnach ist es ausrei¬ chend diesen Ansatz zu realisieren. Es kann durch das vorzei- tige Beenden der Time-Slots durch neue und terminierte Sessi- ons zur Verletzung der Fairness kommen. Da der Ankunfts- bzw. Terminierungsprozess als zufällig zu betrachten ist, ist zu erwarten, dass sich die Unfairness über die Zeit herausmit- telt. Ein vorzeitiges Ende des Time-Slots wird bspw. als not- wendig betrachtet, um neuen Sessions umgehend wenigstens den Basisstrom allokieren zu können, damit der Ladevorgang beginnen kann. Weiterhin wird die Effizienz, d.h. die Ausschöpfung der Kapazität, z.B. Neuverteilung der allokierten Kapazität einer terminierten Session, stärker gewichtet als die Fair- ness. Andere Verfahrensalternativen sind ebenfalls möglich.
Es gibt bspw. die folgenden Möglichkeiten beim Beenden von Ladevorgängen :
- Ansatz 1, Figur 3: unproblematisch, keine weiteren Maßnah- men.
- Ansatz 2, Figur 4: Reststrom oder Basisstrom kann erhöht werden, wenn weniger als 10 Ladestationen aktiv sind.
- Ansatz 3, Figur 5: erst bei weniger als drei aktiven Ladestationen wird IT erhöht.
Andererseits kann der Grundstrom oder ein anderer der genannten Ströme bei Beibehaltung des gewählten Ansatzes bspw. weiter verringert werden, wenn mehr Ladestationen hinzukommen. Am Ende von Ladevorgängen oder beim Aktivieren einer bestimmten Anzahl von Ladestationen kann auch auf ein anderes Lade- Verfahren umgeschaltet werden, insbesondere auf ein anderes der erläuterten Verfahren.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung (20) zum Steuern des Ladens an mindestens zwei Ladestationen (LSI, LS2),
wobei die Vorrichtung (20) eine Steuereinheit (24) enthält, die das Laden gemäß einem Zeitmultiplexverfahren steuert.
2. Vorrichtung (20) nach Anspruch 1, wobei die Steuereinheit (24) in aufeinanderfolgenden Zeitabschnitten an jeder der La- destationen (LSI, LS2) das Laden mit mindestens einem Grund¬ strom (IB) ermöglicht.
3. Vorrichtung (20) nach Anspruch 1, wobei die Steuereinheit (24) eine erste Gruppe (1, 4, 7, 10) von Ladestationen und eine zweite Gruppe (2, 5) von Ladestationen berücksichtigt, wobei die Steuereinheit (24) in aufeinanderfolgenden Zeitab¬ schnitten (tle bis t24e) bis zum Abschluss des Ladens einer Ladestation der ersten Gruppe an jeder der Ladestationen der zweiten Gruppe das Laden mit einem Grundstrom (IB) ermög- licht,
wobei zunächst nur an den Ladestationen der ersten Gruppe (1,
4. 7, 10) größere Ströme (IB) im Vergleich zu dem Grundstrom (IB) freigegeben werden. 4. Vorrichtung (20) nach Anspruch 1, wobei in der Steuereinheit (24) durch eine Schaltung oder durch einen programmierbaren Schaltkreis eines der folgenden Verfahren implementiert ist :
- Zeitmultiplexverfahren, bei dem je Zeitabschnitt (tla bis t5a) immer nur an genau einer Ladestation das Laden möglich ist,
- Zeitmultiplexverfahren, bei dem je Zeitabschnitt (tlc bis t3c) das Laden an mehreren aber insbesondere nicht an allen Ladestationen möglich ist,
- Zeitmultiplexverfahren, bei dem je Zeitabschnitt (tlb bis t3b) an genau einer der Ladestationen das Laden mit einem größeren Strom (IT) möglich ist im Vergleich zu einem Grund- ström (IB), der für die anderen Ladestationen in diesem Zeitabschnitt frei geschaltet ist,
- Zeitmultiplexverfahren, bei dem je Zeitabschnitt (tla bis t6d) an mehreren Ladestationen das Laden mit einem größeren Strom möglich ist im Vergleich zu einem Grundstrom, der für die anderen Ladestationen in diesem Zeitabschnitt frei geschaltet ist,
- Zeitmultiplexverfahren, das in den Zeitabschnitten (tle bis t25e) zwei Gruppen (1, 4, 7, 10; 2, 5) von Ladestationen, drei Gruppen von Ladestationen oder mehr als drei Gruppen von Ladestationen berücksichtigt.
5. Verfahren zum Steuern des Ladens an mindestens zwei Lade¬ stationen (LSI, LS2),
wobei an einer ersten Ladestation (LSI) ein erster Ladevorgang und an einer zweiten Ladestation (LS2) ein zweiter Ladevorgang ermöglicht wird,
wobei der erste Ladevorgang in mehrere Abschnitte aufgeteilt wird und wobei der zweite Ladevorgang in mehrere Abschnitte aufgeteilt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei Abschnitte (tla) des ers¬ ten Ladevorgangs und Abschnitte (t2a) des zweiten Ladevor¬ gangs hintereinander durchgeführt werden.
7. Verfahren nach Anspruch 5, wobei der erste Ladevorgang und der zweite Ladevorgang gleichzeitig innerhalb eines Zeitab¬ schnitts durchgeführt werden,
wobei innerhalb eines ersten Teils (tlb) des Zeitabschnitts an der ersten Ladestation (LSI) das Laden mit einem ersten Strom (IIa) freigegeben wird,
wobei innerhalb des ersten Teils (tlb) des Zeitabschnitts an der zweiten Ladestation (LS2) das Laden mit einem zweiten Strom (I2a) freigegeben wird,
wobei der erste Strom (IIa) größer als der zweite Strom (I2a) ist,
wobei innerhalb eines sich an den ersten Teil des Zeitab¬ schnitts anschließenden zweiten Teil (t2b) des Zeitabschnitts an der ersten Ladestation (LSI) das Laden mit einem dritten Strom (I3a) freigegeben wird,
wobei innerhalb des zweiten Teils (t2b) des Zeitabschnitts an der zweiten Ladestation (LS2) das Laden mit einem vierten Strom (I4a) freigegeben wird,
wobei der vierte Strom (I4a) größer als der dritte Strom (I3a) ist.
8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei der erste Strom (IIa) mindestens doppelt so groß, mindestens dreimal so groß oder mindestens viermal so groß ist wie der zweite Strom (I2a) .
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, wobei das Verfahren für eine Gruppe von Ladestationen (1 bis 10) durchge- führt wird, die aus der ersten Ladestation (LSI, 1), aus der zweiten Ladestation (LS2, 2) und aus mindestens einer weiteren Ladestation (3 bis 10) besteht,
und wobei mindestens drei, mindestens vier oder mindestens fünf Wechsel der Lademodi der Ladestationen (1 bis 10) inner- halb eines Zeitabschnitts stattfinden,
wobei die Wechsel Teilabschnitte des Zeitabschnitts festle¬ gen,
wobei in jedem Teilabschnitt an jeder der Ladestationen (1 bis 10) der Gruppe das Laden mit zumindest einem Grundstrom (IB) ermöglicht wird, und
wobei in jedem Teilabschnitt an mindestens einer Ladestation das Laden mit einem größeren Strom (IT) möglich ist im Vergleich zu dem Grundstrom (IB) .
10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei in jedem Teilabschnitt (tlb bis tllb) nur an genau einer Ladestation der Gruppe ein größerer Strom als der Grundstrom ermöglicht wird.
11. Verfahren nach Anspruch 9, wobei in jedem Teilabschnitt (tld bis t3d, tle bis t3e) nur an einer Anzahl der Ladestati¬ onen der Gruppe ein größerer Strom (IT) als der Grundstrom (IB) ermöglicht wird, wobei diese Anzahl größer als 1, größer als 2 oder größer als 3 ist, und wobei diese Anzahl vorzugsweise kleiner ist als die Hälf¬ te oder als ein Drittel der Gesamtzahl der Ladestationen in der Gruppe,
und wobei diese Anzahl vorzugsweise implizit durch die Vorga- be des Grundstroms bestimmt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, wobei an den Ladestationen (1 bis 10) der Gruppe nacheinander das Laden mit einem größeren Strom als dem Grundstrom ermöglicht wird,
wobei an einer Ladestation (1 bis 10) der Gruppe erst dann erneut ein größerer Strom (IT) ermöglicht wird, wenn alle La¬ destationen (1 bis 10) der Gruppe berücksichtigt worden sind.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 12, wobei das Verfahren für mindestens zwei Gruppen (1, 4, 7, 10; 2, 3) von Ladestationen durchgeführt wird,
wobei in aufeinanderfolgenden Zeitabschnitten (tle bis t24e) zunächst nur an den Ladestationen (1, 4, 7, 10) der ersten Gruppe größere Ströme (IT) im Vergleich zu einem Grundstrom (IB) freigegeben werden, und
wobei erst nach dem Abschluss des Ladens an mindestens einer Ladestation der ersten Gruppe oder an allen Ladestationen der ersten Gruppe an einer Ladestation der zweiten Gruppe (2, 5) ein größerer Strom im Vergleich zum Grundstrom (IB) freigege- ben wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 13, wobei die Dauer der Zeitabschnitte jeweils im Bereich von 5 Minuten bis zwei Stunden liegt, vorzugsweise im Bereich von 10 Minuten bis 100 Minuten.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 13, wobei der größere Strom (IT) mindestens doppelt so hoch, mindestens dreimal so groß oder mindestens viermal so groß ist wie der Grundstrom (IB),
und wobei der Grundstrom (IB) im Bereich von 5 Ampere bis 15 Ampere liegt und der größere Strom (IT) im Bereich von 16 Ampere bis 100 Ampere.
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