WO2018033334A1 - Verfahren zur steuerung des elektrischen ladens einer gruppe von fahrzeugen - Google Patents

Verfahren zur steuerung des elektrischen ladens einer gruppe von fahrzeugen Download PDF

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WO2018033334A1
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Enrique Marcial-Simon
Rainer Mehlhorn
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Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft
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Definitions

  • the invention relates to a method for controlling the electrical charging of a group of vehicles and a corresponding control system.
  • charging time windows are often defined in the individual vehicles, in which charging of the vehicle-side energy store is preferably to take place.
  • the charging time window is known to the control system which controls the charging of the vehicle pool, it is not the exact time at which the vehicle starts the charging process in the charging time window.
  • the cost function determines via different cost values for different time periods of the loading process, in which time periods prioritized loading should take place. In other words, the time periods of a load are set in ascending order of the cost values.
  • the known cost functions take into account no criteria with regard to a period of overload or overcapacity in the power grid or in view of the fact that vehicle-side energy storage can be subject to significant degradation, so that they can be charged at the end of the charging process only with reduced power.
  • the object of the invention is to control the process of loading a group of vehicles in such a way that overcapacities in a power grid can be reduced by charging processes of vehicles from the group completely or as much as possible.
  • the method according to the invention serves to control the electrical charging of a group of vehicles.
  • the respective vehicles are connected to a power grid for charging a vehicle-side energy storage for driving the respective vehicle.
  • the vehicles are thus electrically powered vehicles, e.g. pure electric vehicles or hybrid vehicles.
  • a central control system can communicate with the respective vehicles of the group as well as with a server of the power grid operator. Under a central control system is to be understood a control system or a control device which controls the loading of all vehicles of the group. This control system is realized in particular via software on a corresponding server.
  • the central control system selects a number of vehicles from the group (ie, at least a portion of the group vehicles) based on a charge command received from the server of the grid operator and specifying a (future) charging period, which transfers its onboard energy storage to charge the power grid in the charging period. This selection is based on predetermined criteria that determine which vehicles are eligible for loading.
  • a charging time window a departure time and a nominal charging state of the vehicle-side energy storage are defined in advance at the departure time.
  • the nominal state of charge corresponds to a state of charge of 100%.
  • the duration of the charge is estimated until the target state of charge is reached. The estimate can be made by the vehicle itself. It is also possible that the estimation is carried out by the control system. In this case, the estimated charge gear (ie its estimated duration) are transmitted to the respective vehicle or the respective vehicle can also make the estimate of the charging itself.
  • the loading period is before the departure time or ends at the departure time.
  • the respective specific vehicle distributes the (estimated) charging process according to a cost function which determines different cost values for different time segments up to the departure time, in ascending order of the cost values over the time segments.
  • the loading of the respective specific vehicle then takes place in the time periods to which the charging process was distributed based on the cost function.
  • a cost value represents a value on a scale for which the relations "equal”, “greater”, and “smaller” are defined
  • the cost value is a numerical value.
  • the cost function for a respective specified vehicle is determined by the central control system based on steps a) to g) described below.
  • the designation of the individual steps with letters facilitates their referencing. The letters do not imply an order in which the steps are performed.
  • step a) in the event that the loading period or a part of the loading period lies within the loading time window, a first cost value is assigned to the loading period or the part of the loading period within the loading time window.
  • step b) in case the loading time window or a part of the loading time window is later than the end of the loading period, the loading time window or the part of the loading time window is assigned a second cost value, which is higher than the first cost value, after the end of the loading period a first cost value is assigned.
  • step c) in the event that the load time window or a part of the load time window is earlier than the start of the load time window, the load time window or the part of the load time window before the beginning of the load period is assigned a third cost value which is higher than all assigned cost values from the set consisting of the first and second cost value.
  • all assigned cost values always refers only to those cost values of the correspondingly defined quantity which were actually allocated to time segments during the execution of the method.
  • step d) in the event that the loading period or a part of the loading period is behind the loading time window, the loading period or the part of the loading period is assigned a fourth cost value behind the loading time window which is higher than all assigned cost values from the set consisting of the first to third cost.
  • step e) in the event that the loading period or a part of the loading period is earlier than the loading time window, the loading period or the part of the loading period before the loading time window is assigned a fifth cost value which is higher than all assigned cost values from the set consisting of the first to fourth cost.
  • each time period which is neither within the charging period nor within the charging time window and which is later than the end of the charging period is assigned a sixth cost value which is higher than all assigned cost values from the amount consisting of the first to fifth cost value ,
  • each time period which is neither within the charging period nor within the charging time window and which is earlier than the start of the charging period is assigned a seventh cost value which is higher than all assigned cost values from the amount consisting of the first to sixth cost values ,
  • the method according to the invention has the advantage of specifying low cost values for periods including the load time window and the load period.
  • the requirements of the power grid operator for reducing excess capacity and on the other hand, the requirements of vehicle users in terms of favorable loading time window into account.
  • the cost function defined according to the invention charging at late times is also preferred, which is less the case when charging within the charging period a significant degradation of the energy storage occurs and thereby the requirements of the power grid operator to reduce excess capacity can only be partially met.
  • the cost values according to the cost function are preferably numerical values. In a particularly preferred implementation of the method according to the invention are integer and especially positive values.
  • the first to seventh cost values are fixed independently of which of these cost values are assigned to time segments.
  • the values of the first to seventh cost values are already predetermined and are not changed even if only a part of the cost values are assigned to corresponding time periods. This variant of the method can be realized very easily.
  • the assigned first to seventh cost values are determined as a function of which of the first to seventh cost values are assigned to time segments. This can e.g. can be achieved by giving fixed possible values for the cost values, but these values are always assigned to the next higher cost value depending on the assignment to time segments, resulting in different first to seventh cost values for different assignments.
  • the charging time window is shortened so that the departure time coincides with the end of the charging time window.
  • the load time window is shortened such that its beginning coincides with this time.
  • the invention relates to a central control system for controlling the electrical charging of a group of vehicles, wherein the respective vehicles are connected to a power grid for charging a vehicle-side power supply. Chers are connected to drive the respective vehicle.
  • the central control system can communicate with the respective vehicles of the group as well as with a server of the power grid operator.
  • the central control system is set up to select a number of vehicles from the group which are to charge their vehicle-side energy store via the power grid in the charging period, based on a charge command received from the server of the power grid operator and specifying a charging period.
  • a charging time window, a departure time and a nominal charging state of the vehicle-side energy storage are set at the departure time, wherein an estimated duration of the charging process is present for a respective specific vehicle until reaching the desired charging state.
  • the respective specific vehicle distributes the charging process according to a cost function, which sets different cost values for different time periods up to the departure time, in ascending order of the cost values over the time periods.
  • the control system is arranged to perform a method in which the cost function for each specific vehicle is determined by the central control system according to the steps a) to g) of claim 1.
  • control system according to the invention is set up to carry out one or more preferred variants of the method according to the invention.
  • Fig. 1 is a schematic representation of an infrastructure in which an embodiment of the method according to the invention is carried out; and 2A and 2B is a diagram illustrating the assignment of time periods to cost values according to an embodiment of the method according to the invention.
  • FIG. 1 an infrastructure for carrying out the method according to the invention is shown in a schematic representation.
  • a key component of this infrastructure is a central control unit CO integrated in a server SE for controlling the loading of a fleet of a plurality of electrically driven vehicles (i.e., the traction batteries of these vehicles).
  • a portal PT to the control unit CO.
  • the control system CO has access to the portal PT via a suitable control backend (not shown), which in turn is connected to the individual vehicles 1, e.g. via SMS, can communicate.
  • a loading time window can be transmitted from the control system CO to the individual vehicles 1, as will be described below.
  • Each individual vehicle 1 of the vehicle fleet includes a user who has a smartphone 2, wherein for reasons of clarity, only a single smartphone is indicated.
  • the user can communicate on the one hand via the control backend, not shown with the control system CO and the other via the portal PT with his vehicle.
  • the user can specify a charging time window in which the charging is particularly favorable.
  • the charging of the battery is then preferably in the charging time window. He can also set a departure time and the nominal state of charge at the time of departure (usually 100%).
  • This data is transmitted via the smartphone 2 both to the central control system CO and the vehicle 1 of the user.
  • the control system CO communicates according to FIG. 1 also with a server SE ', which belongs to a power grid operator, to whose power grid the vehicles 1 of the vehicle fleet or their batteries are charged.
  • a server SE ' which belongs to a power grid operator, to whose power grid the vehicles 1 of the vehicle fleet or their batteries are charged.
  • an optional energy storage system in the form of a stationary battery storage SB is provided in the infrastructure of FIG. 1, via the control system CO by means of a suitable interface is controllable and belongs to the operator of the control system CO.
  • the operator of the control system is eg the manufacturer of the vehicles 1 of the vehicle fleet.
  • An objective of the infrastructure of Fig. 1 is that the power grid operator can send commands to the control system CO via its server SE 'in the event of overload or overcapacity in its power grid. Thereafter, in the event of an overload, the control system may suitably suspend the charging of at least a portion of the on-loading vehicles 1 for a predetermined suspension period, thereby reducing the load on the power grid. Similarly, in the event of overcapacity, the control system may cause corresponding vehicles in the pool to charge their traction batteries when the overcapacity occurs. In the context of the embodiment described here, only the case of overcapacity in the power grid is relevant, so that the case of the overload will not be further described.
  • a corresponding command which may be issued, inter alia. contains the time of occurrence of the overcapacity, transmitted from the server SE to the control system CO.
  • a fixed period of time is further defined for which corresponding vehicles should receive charging current when the overcapacity occurs.
  • OC Over Capacity
  • the control unit CO Upon receipt of an overcapacity command, the control unit CO selects predetermined vehicles from the pool for which departure times are set after the loading period OC. The selected vehicles have further estimated the duration of a charging process based on the current state of charge of the vehicle-side energy store and the desired state of charge to be reached at the departure time. The number of selected vehicles has been determined by the control system such that the entire overcapacity of the power grid can be accommodated by charging the corresponding vehicle-side energy storage.
  • the loading of the respective selected vehicles takes place on the basis of a cost function, which covers different periods of time between the current time (ie the time of determining the cost function) and the departure time. set different cost values, which are integer values in the embodiment described here.
  • a respective vehicle distributes its estimated charging in ascending order of the cost values to the corresponding periods of time.
  • the charging of their energy storage takes place in the time periods distributed over the cost function.
  • the aim of the invention is to determine the cost function such that on the one hand preferably in the period OC is loaded with overcapacity and in the loading time window and on the other hand, the charging takes place as late as possible.
  • Late charging takes account of the fact that charging is to be carried out in the period OC, if possible, when no significant degradation of the energy store of the relevant vehicle has yet occurred. Significant degradation means that it is no longer possible to charge with full charging power, which means that the requirements of the power grid operator can no longer be met in order to reduce excess capacity.
  • Fig. 2 relates to the determination of a cost function for a single selected vehicle, wherein the cost function is set in other selected vehicles in the same way by the control system CO.
  • the cost function includes the first cost value k1, the second cost value k2, the third cost value k3, the fourth cost value k4, the fifth cost value k5, the sixth cost value k6, and the seventh Cost k7 includes.
  • the cost values can also be redefined as long as the cost values increase from the first to the seventh cost value.
  • FIGS. 2A and 2B there are shown thirteen cases F1 through F13, which respectively represent the time axis t and different scenarios of the relative position of the charging time. represent space OC to the loading time window LF of the considered vehicle.
  • the charging period OC with the overcapacity is represented by a hatched bar whose beginning is denoted by OCS and whose end is denoted by OCE.
  • OCS and OCE have been reproduced only for the case F1 of FIG. 2A.
  • a load time window LF with corresponding start LFS and end LFE is shown.
  • the departure time AZ of the vehicle in question is shown.
  • cost values for different time segments are indicated by corresponding reference symbols k1 to k7 below the time axis t.
  • a cost value refers to the period above, which always ends at the next time limit (given as the case may be by limits of the loading time window and / or the loading period and / or by the departure time).
  • the charging period OC is completely within the charging time window LF.
  • the lowest cost value k1 is assigned to the entire period OC. Since late loading within the load time window is preferable, the lower cost k value and the load time window LF portion to the left of the load period OC are assigned the higher cost k3 to the load time window portion to the right of the load period OC. For areas outside the load time window LF, loading is again preferred at a later time. Therefore, the area after the LFE end of the load time window up to the departure time AZ is assigned the lower cost value k6 and the area before the start LFS of the load time window the higher cost value k7.
  • the period OC is located directly at the end LFE of the load time window LF.
  • the condition according to step b) of claim 1 does not occur, so that no second cost value k2 is awarded.
  • the charging period OC is partly before the charging time window LF. Accordingly, a fifth cost value k5 according to feature e) of claim 1 is assigned to the loading period before the loading time window. Further, in the case of F5, the portion of the load time window which does not overlap with the load period OC is assigned the cost value k2, whereas in case F4, the cost value k3 has been assigned to this portion. This is because in the case of F5, the range of the load time window without overlap with the charge period OC is behind the load period in time and in case F4 before the load period OC. Accordingly, in case F5, the condition according to feature b) of claim 1 and in case F4 the condition according to feature c) of claim 1 is satisfied.
  • the charging period OC is completely behind the end LFE of the charging period LF. Accordingly, there are two time periods which satisfy the condition g) of claim 1 and to which the cost value k7 is thus assigned. These time periods include the time period between the end LFE of the loading time window LF and the start OCS of the loading period OC and the time period to the left of the beginning LFS of the loading time window LF.
  • the loading period OC is completely before the start LFS of the loading time window LF. Accordingly, there are two time periods which satisfy the condition according to step f) of claim 1 and to which the cost value k6 is thus assigned. These time periods include the period from the end OCE of the loading period OC to the beginning LFS of the loading time window LF and the period from the end LFE of the loading time window LF to the departure time AZ. According to case F8 of FIG. 2B, the end OCE of the charging period OC is directly adjacent to the beginning LFS of the charging time window LF. In contrast to the case F7, there is therefore only one time segment with the sixth cost value k6.
  • the charging period OC extends beyond the end LFE of the charging time window LF. In contrast to the case F10, there is now a time segment with the fourth cost value k4. In case F12, the charging period OC extends over the beginning LFS of the charging time window LF, whereas the end OCE of the charging period OC coincides with the end LFE of the charging time window LF. Unlike case F1 1, there is now no period of time with the fourth cost k4, but a period of time with the fifth cost k5 occurs. In the case of F13, a part of the charging period OC lies both to the left of the start LFS of the charging time window LF and to the right of the end LFE of the charging time window LF. Thus, there is both a period of time with the fourth cost value k4 and a period of time with the fifth cost value k5.
  • these cost values are transmitted with the allocated time periods to the respective selected vehicles, which subsequently distribute the estimated charging process in accordance with the cost values, so that Loading takes place in the correspondingly specified time intervals.
  • the stationary battery memory SB shown in FIG. 1 is used in the embodiment described here whenever the overcapacity specified by the command of the server SE 'can not be covered by the charging of the batteries of the vehicles of the vehicle pool. In this case, it is achieved via a corresponding power consumption of the battery storage that the entire or as much as possible overcapacity of the power system operator can be intercepted.
  • the cost values k1 to k6 were fixed at the beginning of the method and do not depend on which of the cost values are actually allocated to time periods. In an alternative embodiment, it is also possible that the cost values are determined depending on which cost values are actually used in the distribution of the charging process.
  • a next higher numerical value for the next higher existing cost value can be specified in ascending order of the index of the cost values used, with the result that the cost values for the different cases are different.
  • the cost values k1 are identical for the two cases F1 and F2.
  • the comparison of costs of different vehicles usually leads to different results, which can be used for controlling a pool optimization.
  • charging of vehicle-side energy stores in a vehicle pool is achieved such that charging occurs preferably in a (favorable) load time window and in the period of overcapacity occurring, and charging takes place as late as possible.
  • a (favorable) load time window is achieved such that the probability decreases that occurs in the charging period, a significant degradation of the corresponding vehicle-mounted energy storage.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung des elektrischen Ladens einer Gruppe von Fahrzeugen (1), wobei die jeweiligen Fahrzeuge (1) an ein Stromnetz zum Laden eines fahrzeugseitigen Energiespeichers zum Antrieb des jeweiligen Fahrzeugs (1) angeschlossen sind, wobei ein zentrales Steuersystem (CO) mit den jeweiligen Fahrzeugen (1) der Gruppe sowie mit einem Server (SE') des Stromnetzbetreibers kommunizieren kann. Das zentrale Steuersystem (CO) wählt basierend auf einem empfangenen Ladebefehl, der vom Server (SE') des Stromnetzbetreibers stammt und einen Ladezeitraum (OC) spezifiziert, eine Anzahl von Fahrzeugen (1) aus der Gruppe aus, welche ihren fahrzeugseitigen Energiespeicher über das Stromnetz im Ladezeitraum (OC) laden sollen. Für ein oder mehrere spezifische Fahrzeuge (1) der Anzahl von Fahrzeugen (1) sind vorab jeweils ein Ladezeitfenster (LF), ein Abfahrtszeitpunkt (AZ) und ein Sollladezustand des fahrzeugseitigen Energiespeichers zum Abfahrtszeitpunkt (AZ) festgelegt, wobei für ein jeweiliges spezifisches Fahrzeug (1) die Dauer des Ladevorgangs (LD) bis zum Erreichen des Solladezustands geschätzt wird und das jeweilige spezifische Fahrzeug (1) den Ladevorgang (LD) gemäß einer Kostenfunktion, welche für verschiedene Zeitabschnitte bis zum Abfahrtszeitpunkt (AZ) unterschiedliche Kostenwerte (k1, …, k7) festlegt, in aufsteigender Reihenfolge der Kostenwerte (k1, …, k7) auf die Zeitabschnitte verteilt. Die Kostenfunktion für ein jeweiliges spezifisches Fahrzeug (1) wird durch das zentrale Steuersystem (CO) basierend auf ersten bis siebten Kostenwerten (k1, k2, …, k7) derart festgelegt, dass bevorzugt im Ladezeitfenster (LF) und im Ladezeitraum (OC) sowie zu einem späten Zeitpunkt geladen wird.

Description

Verfahren zur Steuerung des elektrischen Ladens einer Gruppe von Fahrzeugen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung des elektrischen Ladens einer Gruppe von Fahrzeugen sowie ein entsprechendes Steuersystem.
Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, das Laden der Energiespeicher einer Gruppe bzw. eines Pools von elektrisch antreibbaren Fahrzeugen über ein Steuersystem derart zu steuern, dass auch Anforderungen des Betreibers des zum Laden verwendeten Stromnetzes im Hinblick auf Überlasten bzw. Überkapazitäten berücksichtigt werden. Mit anderen Worten kann bei entsprechender Anforderung des Stromnetzbetreibers das Laden bestimmter Fahrzeuge des Fahrzeugpools bei einer Überlast unterbrochen oder verzögert werden, um hierdurch die Leistungsaufnahme im Stromnetz zu vermindern. Analog kann bei entsprechender Anforderung des Stromnetzbetreibers das Laden bestimmter Fahrzeuge des Pools ausgelöst werden, so dass die überschüssige Leistung bei einer Überkapazität im Stromnetz vollständig oder möglichst weitgehend durch die Fahrzeuge verbraucht wird.
Beim gesteuerten Laden von Fahrzeugen eines Fahrzeugpools sind in den einzelnen Fahrzeugen oftmals Ladezeitfenster festgelegt, in denen das Laden des fahrzeugseitigen Energiespeichers bevorzugt erfolgen soll. Dem Steuersystem, welches das Laden des Fahrzeugpools steuert, ist dabei zwar das Ladezeitfenster bekannt, jedoch nicht der genaue Zeitpunkt, zu dem das Fahrzeug den Ladevorgang im Ladezeitfenster beginnt.
Aus dem Stand der Technik gibt es Ansätze, welche das Laden von Fahrzeugen eines Fahrzeugpools mittels einer Kostenfunktion ermöglichen. Die Kostenfunktion legt über unterschiedliche Kostenwerte für verschiedene Zeitabschnitte des Ladevorgangs fest, in welchen Zeitabschnitten priorisiert geladen werden soll. Mit anderen Worten werden die Zeitabschnitte eines Ladevorgangs in aufsteigender Reihenfolge der Kostenwerte festgelegt. Die bekannten Kostenfunktionen berücksichtigen dabei keine Kriterien im Hinblick auf einen Zeitraum mit Überlast oder Überkapazität im Stromnetz oder im Hinblick auf die Tatsache, dass fahrzeugseitige Energiespeicher einer signifikanten Degradation unterliegen können, so dass sie am Ende des Ladevorgangs nur noch mit verminderter Leistung geladen werden können. Aufgabe der Erfindung ist es, den Vorgang des Ladens einer Gruppe von Fahrzeugen derart zu steuern, dass Überkapazitäten in einem Stromnetz effizient durch Ladevorgänge von Fahrzeugen aus der Gruppe vollständig oder möglichst weitgehend abgebaut werden können.
Diese Aufgabe wird durch die unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
Das erfindungsgemäße Verfahren dient zur Steuerung des elektrischen Ladens einer Gruppe von Fahrzeugen. Die jeweiligen Fahrzeuge sind an ein Stromnetz zum Laden eines fahrzeugseitigen Energiespeichers zum Antrieb des jeweiligen Fahrzeugs angeschlossen. Die Fahrzeuge sind somit elektrisch antreibbare Fahrzeuge, wie z.B. reine Elektrofahrzeuge oder Hybridfahrzeuge. In dem erfindungsgemäßen Verfahren kann ein zentrales Steuersystem mit den jeweiligen Fahrzeugen der Gruppe sowie mit einem Server des Stromnetzbetreibers kommunizieren. Unter einem zentralen Steuersystem ist dabei ein Steuersystem bzw. eine Steuereinrichtung zu verstehen, welche das Laden aller Fahrzeuge der Gruppe steuert. Dieses Steuersystem ist insbesondere über Software auf einem entsprechenden Server realisiert. Das zentrale Steuersystem wählt basierend auf einem bei ihm empfangenen Ladebefehl, der vom Server des Stromnetzbetreibers stammt und einen (zukünftigen) Ladezeitraum spezifiziert, eine Anzahl von Fahrzeugen aus der Gruppe (d.h. zumindest einen Teil der Fahrzeuge der Gruppe) aus, welche ihren fahrzeugseitigen Energiespeicher über das Stromnetz im Ladezeitraum laden sollen. Diese Auswahl erfolgt basierend auf vorbestimmten Kriterien, die festlegen, welche Fahrzeuge zum Laden in Frage kommen.
Für ein oder mehrere spezifische Fahrzeuge der Anzahl von Fahrzeugen und insbesondere für alle Fahrzeuge dieser Anzahl sind vorab jeweils ein Ladezeitfenster, ein Abfahrtszeitpunkt und ein Sollladezustand des fahrzeugseitigen Energiespeichers zum Abfahrtszeitpunkt festgelegt. Vorzugsweise entspricht der Sollladezustand einem Ladezustand von 100 %. Für ein jeweiliges spezifisches Fahrzeug wird die Dauer des Ladevorgangs bis zum Erreichen des Sollladezustands geschätzt. Die Schätzung kann durch das jeweilige Fahrzeug selbst vorgenommen werden. Ebenso ist es möglich, dass die Schätzung durch das Steuersystem durchgeführt wird. In diesem Fall kann der geschätzte Ladevor- gang (d.h. dessen geschätzte Dauer) an das jeweilige Fahrzeug übermittelt werden oder das jeweilige Fahrzeug kann die Schätzung des Ladevorgangs auch selbst durchführen. Für die spezifischen Fahrzeuge liegt der Ladezeitraum vor dem Abfahrtszeitpunkt bzw. endet am Abfahrtszeitpunkt.
Erfindungsgemäß verteilt das jeweilige spezifische Fahrzeug den (geschätzten) Ladevorgang gemäß einer Kostenfunktion, welche für verschiedene Zeitabschnitte bis zum Abfahrtszeitpunkt unterschiedliche Kostenwerte festlegt, in aufsteigender Reihenfolge der Kostenwerte auf die Zeitabschnitte. Das Laden des jeweiligen spezifischen Fahrzeugs erfolgt dann in den Zeitabschnitten, auf welche der Ladevorgang basierend auf der Kostenfunktion verteilt wurde. Im Sinne der Erfindung stellt ein Kostenwert einen Wert auf einer Skala dar, für welche die Relationen„gleich ",„größer" und„kleiner" definiert sind. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Kostenwert um einen Zahlenwert.
In dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Kostenfunktion für ein jeweiliges spezifiziertes Fahrzeug durch das zentrale Steuersystem basierend auf den nachfolgend beschriebenen Schritten a) bis g) festgelegt. Durch die Bezeichnung der einzelnen Schritte mit Buchstaben wird deren Referenzierung erleichtert. Die Buchstaben implizieren keine Reihenfolge, in der die Schritte durchgeführt werden.
Gemäß Schritt a) wird im Falle, dass der Ladezeitraum oder ein Teil des Ladezeitraums innerhalb des Ladezeitfensters liegt, dem Ladezeitraum oder dem Teil des Ladezeitraums innerhalb des Ladezeitfensters ein erster Kostenwert zugeordnet.
Gemäß Schritt b) wird im Falle, dass das Ladezeitfenster oder ein Teil des Ladezeitfensters zeitlich hinter dem Ende des Ladezeitraums liegt, dem Ladezeitfenster oder dem Teil des Ladezeitfensters hinter dem Ende des Ladezeitraums ein zweiter Kostenwert zugeordnet, welcher höher als der erste Kostenwert ist, falls ein erster Kostenwert zugeordnet wird.
Gemäß Schritt c) wird im Falle, dass das Ladezeitfenster oder ein Teil des Ladezeitfensters zeitlich vor dem Anfang des Ladezeitfensters liegt, dem Ladezeitfenster oder dem Teil des Ladezeitfensters vor dem Anfang des Ladezeitraums ein dritter Kostenwert zugeordnet, welcher höher als alle zugeordneten Kostenwerte aus der Menge bestehend aus dem ersten und zweiten Kostenwert ist. Hier und im Folgenden bezieht sich der Begriff „alle zugeordneten Kostenwerte" immer nur auf diejenigen Kostenwerte der entsprechend definierten Menge, welche bei der Durchführung des Verfahrens tatsächlich Zeitabschnitten zugeordnet wurden.
Gemäß Schritt d) wird im Falle, dass der Ladezeitraum oder ein Teil des Ladezeitraums zeitlich hinter dem Ladezeitfenster liegt, dem Ladezeitraum oder dem Teil des Ladezeitraums hinter dem Ladezeitfenster ein vierter Kostenwert zugeordnet, welcher höher als alle zugeordneten Kostenwerte aus der Menge bestehend aus dem ersten bis dritten Kostenwert ist.
Gemäß Schritt e) wird im Falle, dass der Ladezeitraum oder ein Teil des Ladezeitraums zeitlich vor dem Ladezeitfenster liegt, dem Ladezeitraum oder dem Teil des Ladezeitraums vor dem Ladezeitfenster ein fünfter Kostenwert zugeordnet, welcher höher als alle zugeordneten Kostenwerte aus der Menge bestehend aus dem ersten bis vierten Kostenwert ist.
Gemäß Schritt f) wird jedem Zeitabschnitt, der weder innerhalb des Ladezeitraums noch innerhalb des Ladezeitfensters liegt und sich zeitlich hinter dem Ende des Ladezeitraums befindet, ein sechster Kostenwert zugeordnet, welcher höher als alle zugeordneten Kostenwerte aus der Menge bestehend aus dem ersten bis fünften Kostenwert ist.
Gemäß Schritt g) wird jedem Zeitabschnitt, der weder innerhalb des Ladezeitraums noch innerhalb des Ladezeitfensters liegt und sich zeitlich vor dem Anfang des Ladezeitraums befindet, ein siebter Kostenwert zugeordnet, welcher höher als alle zugeordneten Kostenwerte aus der Menge bestehend aus dem ersten bis sechsten Kostenwert ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren weist den Vorteil auf, dass niedrige Kostenwerte für Zeitabschnitte umfassend das Ladezeitfenster und den Ladezeitraum spezifiziert werden. Hierdurch wird zum einen den Anforderungen des Stromnetzbetreibers nach Abbau von Überkapazitäten und zum anderen den Anforderungen von Fahrzeugnutzern im Hinblick auf günstige Ladezeitfenster Rechnung getragen. Darüber hinaus wird mit der erfindungsgemäß festgelegten Kostenfunktion auch ein Laden zu späten Zeitpunkten bevorzugt, wodurch seltener der Fall auftritt, dass beim Laden innerhalb des Ladezeitraums eine signifikante Degradation des Energiespeichers auftritt und hierdurch die Anforderungen des Stromnetzbetreibers zum Abbau von Überkapazitäten nur noch teilweise erfüllt werden können. Wie bereits oben erwähnt, sind die Kostenwerte gemäß der Kostenfunktion vorzugsweise Zahlenwerte. In einer besonders bevorzugten Umsetzung des erfindungsgemäßen Verfahrens handelt es sich um ganzzahlige und insbesondere positive Werte.
In einer weiteren bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens sind die ersten bis siebten Kostenwerte unabhängig davon, welche dieser Kostenwerte Zeitabschnitten zugeordnet werden, fest vorgegeben. Mit anderen Worten sind vor der Durchführung des Verfahrens die Werte der ersten bis siebten Kostenwerte bereits vorgegeben und werden nicht mehr verändert, auch wenn nur ein Teil der Kostenwerte entsprechenden Zeitabschnitten zugewiesen werden. Diese Variante des Verfahrens kann sehr einfach realisiert werden.
In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die zugeordneten ersten bis siebten Kostenwerte in Abhängigkeit davon festgelegt, welche der ersten bis siebten Kostenwerte Zeitabschnitten zugeordnet werden. Dies kann z.B. dadurch erreicht werden, dass zwar feste mögliche Werte für die Kostenwerte vorgegeben werden, diese Werte jedoch in Abhängigkeit von der Zuordnung zu Zeitabschnitten immer dem nächst höheren Kostenwert zugewiesen werden, wodurch sich für unterschiedliche Zuordnungen verschiedene erste bis siebte Kostenwerte ergeben.
In einer weiteren Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird im Falle, dass der Abfahrtszeitpunkt innerhalb des Ladezeitfensters des jeweiligen spezifischen Fahrzeugs liegt, das Ladezeitfenster verkürzt, so dass der Abfahrtszeitpunkt mit dem Ende des Ladezeitfensters zusammenfällt. Ebenso wird in einer weiteren Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens im Falle, dass der Zeitpunkt der Festlegung der Kostenfunktion nach dem Anfang des Ladezeitfensters liegt, das Ladezeitfenster derart verkürzt, dass dessen Anfang mit diesem Zeitpunkt zusammenfällt.
Neben dem oben beschriebenen Verfahren betrifft die Erfindung ein zentrales Steuersystem zur Steuerung des elektrischen Ladens einer Gruppe von Fahrzeugen, wobei die jeweiligen Fahrzeuge an ein Stromnetz zum Laden eines fahrzeugseitigen Energiespei- chers zum Antrieb des jeweiligen Fahrzeugs angeschlossen sind. Das zentrale Steuersystem kann mit den jeweiligen Fahrzeugen der Gruppe sowie mit einem Server des Stromnetzbetreibers kommunizieren. Das zentrale Steuersystem ist dazu eingerichtet, basierend auf einem bei ihm empfangenen Ladebefehl, der vom Server des Strom netzbetrei- bers stammt und einen Ladezeitraum spezifiziert, eine Anzahl von Fahrzeugen aus der Gruppe auszuwählen, welche ihren fahrzeugseitigen Energiespeicher über das Stromnetz im Ladezeitraum laden sollen. Dabei ist für ein oder mehrere spezifische Fahrzeuge der Anzahl von Fahrzeugen vorab jeweils ein Ladezeitfenster, ein Abfahrtszeitpunkt und ein Sollladezustand des fahrzeugseitigen Energiespeichers zum Abfahrtszeitpunkt festgelegt, wobei für ein jeweiliges spezifisches Fahrzeug eine geschätzte Dauer des Ladevorgangs bis zum Erreichen des Sollladezustands vorliegt.
Das jeweilige spezifische Fahrzeug verteilt den Ladevorgang gemäß einer Kostenfunktion, welche für verschiedene Zeitabschnitte bis zum Abfahrtszeitpunkt unterschiedliche Kostenwerte festlegt, in aufsteigender Reihenfolge der Kostenwerte auf die Zeitabschnitte. Das Steuersystem ist zur Durchführung eines Verfahrens eingerichtet, bei dem die Kostenfunktion für ein jeweiliges spezifisches Fahrzeug durch das zentrale Steuersystem gemäß den Schritten a) bis g) des Anspruchs 1 festgelegt wird.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist das erfindungsgemäße Steuersystem zur Durchführung einer oder mehrerer bevorzugter Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Figuren detailliert beschrieben.
Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Infrastruktur, in der eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens durchgeführt wird; und Fig. 2A und 2B ein Diagramm, welches die Zuordnung von Zeitabschnitten zu Kostenwerten gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens verdeutlicht.
In Fig. 1 ist in schematischer Darstellung eine Infrastruktur zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Ein Kernbestandteil dieser Infrastruktur ist eine zentrale Steuereinheit bzw. ein zentrales Steuersystem CO, das in einem Server SE integriert ist und zur Steuerung des Ladens einer Flotte aus mehreren elektrisch angetriebenen Fahrzeugen (d.h. der Antriebsbatterien dieser Fahrzeuge) dient. Beispielhaft sind aus dieser Fahrzeugflotte drei Elektrofahrzeuge 1 wiedergegeben. Diese Fahrzeuge sind kommunikationstechnisch über ein Portal PT an die Steuereinheit CO angebunden. Das Steuersystem CO hat über ein geeignetes Steuer-Backend (nicht gezeigt) Zugriff auf das Portal PT, welches wiederum mit den einzelnen Fahrzeugen 1 , z.B. über SMS, kommunizieren kann. Mittels des Kommunikationswegs über das Portal PT kann ein Ladezeitfenster von dem Steuersystem CO an die einzelnen Fahrzeuge 1 übermittelt werden, wie weiter unten beschrieben wird.
Zu jedem einzelnen Fahrzeug 1 der Fahrzeugflotte gehört ein Nutzer, der über ein Smartphone 2 verfügt, wobei aus Übersichtlichkeitsgründen nur ein einzelnes Smartphone angedeutet ist. Mit diesem Smartphone kann der Nutzer zum einen über das nicht gezeigte Steuer-Backend mit dem Steuersystem CO und zum anderen über das Portal PT mit seinem Fahrzeug kommunizieren. Insbesondere kann der Nutzer beim Laden der Antriebsbatterie seines Fahrzeugs über ein Stromnetz ein Ladezeitfenster spezifizieren, in dem das Laden besonders günstig ist. Das Laden der Batterie erfolgt dann bevorzugt im Ladezeitfenster. Ebenso kann er einen Abfahrtszeitpunkt sowie den Sollladezustand zum Abfahrtszeitpunkt (in der Regel 100 %) festlegen. Diese Daten werden über das Smartphone 2 sowohl an das zentrale Steuersystem CO als auch das Fahrzeug 1 des Nutzers übermittelt.
Das Steuersystem CO kommuniziert gemäß Fig. 1 auch mit einem Server SE', der zu einem Stromnetzbetreiber gehört, an dessen Stromnetz die Fahrzeuge 1 der Fahrzeugflotte bzw. deren Batterien geladen werden. Darüber hinaus ist in der Infrastruktur der Fig. 1 ein optionales Energiespeichersystem in der Form eines stationären Batteriespeichers SB vorgesehen, der über das Steuersystem CO mittels einer geeigneten Schnittstelle ansteuerbar ist und zu dem Betreiber des Steuersystems CO gehört. Der Betreiber des Steuersystems ist z.B. der Hersteller der Fahrzeuge 1 der Fahrzeugflotte.
Ein Ziel der Infrastruktur der Fig. 1 besteht darin, dass der Stromnetzbetreiber über seinen Server SE' Befehle an das Steuersystem CO im Falle von Überlast oder von Überkapazität in seinem Stromnetz schicken kann. Daraufhin kann das Steuersystem im Falle von Überlast in geeigneter Weise das Laden zumindest eines Teils der gerade ladenden Fahrzeuge 1 für eine vorgegebene Aussetz-Zeitspanne aussetzen, um hierdurch die Last im Stromnetz zu reduzieren. Analog kann das Steuersystem im Falle von Überkapazität entsprechende Fahrzeuge in dem Pool dazu veranlassen, das Laden ihrer Antriebsbatterien beim Auftreten der Überkapazität durchzuführen. Im Rahmen der hier beschriebenen Ausführungsform ist lediglich der Fall der Überkapazität im Stromnetz relevant, so dass der Fall der Überlast nicht weiter beschrieben wird.
Im Falle einer zukünftigen Überkapazität (d.h. zu viel produzierter elektrischer Energie) im Stromnetz wird ein entsprechender Befehl, der u.a. den Zeitpunkt des Auftretens der Überkapazität enthält, von dem Server SE an das Steuersystem CO übermittelt. Dabei ist ferner eine feste Zeitdauer festgelegt, für welche entsprechende Fahrzeuge beim Auftreten der Überkapazität Ladestrom beziehen sollen. Es existiert somit ein fest vorgegebener zukünftiger Ladezeitraum, der in der weiter unten beschriebenen Fig. 2 mit OC (OC = Over Capacity) bezeichnet ist.
Nach Erhalt eines Befehls betreffend eine Überkapazität wählt die Steuereinheit CO vorbestimmte Fahrzeuge aus dem Pool aus, für welche Abfahrtszeitpunkte festgelegt sind, die nach dem Ladezeitraum OC liegen. Die ausgewählten Fahrzeuge haben ferner die Dauer eines Ladevorgangs basierend auf dem aktuellen Ladezustand des fahrzeugseiti- gen Energiespeichers und dem zum Abfahrtszeitpunkt zu erreichenden Sollladezustand geschätzt. Die Anzahl der ausgewählten Fahrzeuge wurde durch das Steuersystem derart festgelegt, dass die gesamte Überkapazität des Stromnetzes durch Laden der entsprechenden fahrzeugseitigen Energiespeicher aufgenommen werden kann.
Das Laden der jeweiligen ausgewählten Fahrzeuge erfolgt basierend auf einer Kostenfunktion, welche für verschiedene Zeitabschnitte zwischen dem aktuellen Zeitpunkt (d.h. dem Zeitpunkt der Festlegung der Kostenfunktion) und dem Abfahrtszeitraum unter- schiedliche Kostenwerte festlegen, welche in der hier beschriebenen Ausführungsform ganzzahlige Werte sind. Mittels der Kostenfunktion verteilt ein jeweiliges Fahrzeug seinen geschätzten Ladevorgang in aufsteigender Reihenfolge der Kostenwerte auf die entsprechenden Zeitabschnitte. Danach erfolgt in den jeweiligen Fahrzeugen das Laden derer Energiespeicher in den über die Kostenfunktion verteilten Zeiträumen. Ziel der Erfindung ist es, die Kostenfunktion derart festzulegen, dass zum einen bevorzugt in dem Zeitraum OC mit Überkapazität sowie im Ladezeitfenster geladen wird und zum anderen das Laden möglichst spät erfolgt. Durch spätes Laden wird mit der Tatsache Rechnung getragen, dass das Laden in dem Zeitraum OC möglichst dann durchgeführt werden soll, wenn noch keine signifikante Degradation des Energiespeichers des betreffenden Fahrzeugs aufgetreten ist. Eine signifikante Degradation führt dazu, dass nicht mehr mit voller Ladeleistung geladen werden kann und somit die Anforderungen des Stromnetzbetreibers im Hinblick auf den Abbau einer Überkapazität nicht mehr erfüllt werden können.
Um die obigen Umstände zu berücksichtigen, wird die Kostenfunktion in der hier beschriebenen Ausführungsform entsprechend den Schritten a) bis g) des Anspruchs 1 festgelegt. Dies wird anhand der nachfolgenden Fig. 2 näher beschrieben. Fig. 2 bezieht sich auf die Festlegung einer Kostenfunktion für ein einzelnes ausgewähltes Fahrzeug, wobei die Kostenfunktion in anderen ausgewählten Fahrzeugen in gleicher Weise durch das Steuersystem CO festgelegt wird.
In dem Szenario der Fig. 2A und Fig. 2B wird davon ausgegangen, dass die Kostenfunktion den ersten Kostenwert k1 , den zweiten Kostenwert k2, den dritten Kostenwert k3, den vierten Kostenwert k4, den fünften Kostenwert k5, den sechsten Kostenwert k6 sowie den siebten Kostenwert k7 umfasst. Diese Werte können beispielsweise wie folgt festgelegt werden: k1 = 0, k2 = 1 , k3 = 2, k4 = 3, k4 = 3. k5 = 4, k6 = 5, k7 = 6.
Die Kostenwerte können auch anders definiert werden, sofern die Kostenwerte vom ersten bis zum siebten Kostenwert ansteigen.
Gemäß Fig. 2A und Fig. 2B sind dreizehn Fälle F1 bis F13 gezeigt, welche jeweils die Zeitachse t wiedergeben und unterschiedliche Szenarien der relativen Lage des Ladezeit- raums OC zu dem Ladezeitfenster LF des betrachteten Fahrzeugs repräsentieren. In den einzelnen Fällen F1 bis F13 ist der Ladezeitraum OC mit der Überkapazität durch einen schraffierten Balken wiedergegeben, dessen Anfang mit OCS und dessen Ende mit OCE bezeichnet ist. Aus Übersichtlichkeitsgründen wurden die Bezugszeichen OCS und OCE nur für den Fall F1 der Fig. 2A wiedergegeben. Darüber hinaus ist ein Ladezeitfenster LF mit entsprechendem Anfang LFS und Ende LFE dargestellt. Ferner ist der Abfahrtszeitpunkt AZ des betreffenden Fahrzeugs wiedergegeben. Durch entsprechende Bezugszeichen k1 bis k7 unterhalb der Zeitachse t werden die Kostenwerte für unterschiedliche Zeitabschnitte angedeutet. Ein Kostenwert bezieht sich auf den darüber liegenden Zeitabschnitt, der immer an der nächsten Zeitgrenze endet (je nach Fall gegeben durch Grenzen des Ladezeitfensters und/oder des Ladezeitraums und/oder durch den Abfahrtszeitpunkt).
Gemäß dem Fall F1 liegt der Ladezeitraum OC vollständig innerhalb des Ladezeitfensters LF. Demzufolge wird dem gesamten Zeitraum OC der niedrigste Kostenwert k1 zugeordnet. Da ein spätes Laden innerhalb des Ladezeitfensters zu bevorzugen ist, wird dem Abschnitt des Ladezeitfensters rechts von dem Ladezeitraum OC der niedrigere Kostenwert k2 und dem Bereich des Ladezeitfensters LF links von dem Ladezeitraum OC der höhere Kostenwert k3 zugewiesen. Für Bereiche außerhalb des Ladezeitfensters LF wird das Laden wiederum zu einem späten Zeitpunkt präferiert. Deshalb wird dem Bereich nach dem Ende LFE des Ladezeitfensters bis zum Abfahrtszeitpunkt AZ der niedrigere Kostenwert k6 und dem Bereich vor dem Anfang LFS des Ladezeitfensters der höhere Kostenwert k7 zugewiesen. Im Fall F1 treten nicht die in Schritten d) und e) spezifizierten Bedingungen auf, wonach der Ladezeitraum OC teilweise vor oder nach dem Ladezeitfenster LF liegt. Demzufolge werden der vierte und fünfte Kostenwert k4 und k5 nicht vergeben.
Gemäß Fall F2 der Fig. 2A liegt der Zeitraum OC direkt am Ende LFE des Ladezeitfensters LF. Dies hat zur Folge, dass es keinen Bereich des Ladezeitfensters LF rechts neben dem Ende OCE des Ladezeitraums OC gibt. Das heißt, die Bedingung gemäß Schritt b) des Anspruchs 1 tritt nicht auf, so dass kein zweiter Kostenwert k2 vergeben wird.
Im Fall F3 liegt der Ladezeitraum OC unmittelbar am Anfang LFS des Ladezeitfensters LF. Im Unterschied zu Fall F2 wird nunmehr zwar wiederum ein zweiter Kostenwert k2 vergeben, jedoch tritt die Bedingung gemäß Schritt c) des Anspruchs 1 nicht auf, so dass kein dritter Kostenwert k3 vergeben wird.
Im Fall F4 der Fig. 2A liegt der Ladezeitraum OC teilweise nach dem Ladezeitfenster LF. Dies hat zur Folge, dass ein Bereich des Ladezeitraums rechts neben dem Ende LFE des Ladezeitfensters LF existiert. Demzufolge wird ein vierter Kostenwert k4 entsprechend dem Merkmal d) des Anspruchs 1 vergeben. Dieser Kostenwert k4 ist in den vorhergehenden Fällen F1 bis F3 nicht aufgetreten.
In dem Fall F5 liegt der Ladezeitraum OC teilweise vor dem Ladezeitfenster LF. Demzufolge wird dem Ladezeitraum vor dem Ladezeitfenster ein fünfter Kostenwert k5 gemäß dem Merkmal e) des Anspruchs 1 zugeordnet. Ferner wird im Fall F5 dem Teil des Ladezeitfensters, welches sich nicht mit dem Ladezeitraum OC überdeckt, der Kostenwert k2 zugeordnet, wohingegen im Fall F4 diesem Bereich der Kostenwert k3 zugewiesen wurde. Dies liegt daran, dass im Fall F5 der Bereich des Ladezeitfensters ohne Überlappung mit dem Ladezeitraum OC zeitlich hinter dem Ladezeitraum und im Fall F4 zeitlich vor dem Ladezeitraum OC liegt. Demzufolge ist im Fall F5 die Bedingung gemäß Merkmal b) des Anspruchs 1 und im Fall F4 die Bedingung gemäß Merkmal c) des Anspruchs 1 erfüllt.
Im Fall F6 liegt der Ladezeitraum OC komplett hinter dem Ende LFE des Ladezeitraums LF. Demzufolge gibt es zwei Zeitabschnitte, welche die Bedingung g) des Anspruchs 1 erfüllen und denen somit der Kostenwert k7 zugeordnet wird. Diese Zeitabschnitte umfassen den Zeitabschnitt zwischen dem Ende LFE des Ladezeitfensters LF und dem Anfang OCS des Ladezeitraums OC und den Zeitabschnitt links neben dem Anfang LFS des Ladezeitfensters LF.
Im Fall F7 liegt der Ladezeitraum OC komplett vor dem Anfang LFS des Ladezeitfensters LF. Demzufolge gibt es zwei Zeitabschnitte, welche die Bedingung gemäß Schritt f) des Anspruchs 1 erfüllen und denen somit der Kostenwert k6 zugeordnet wird. Diese Zeitabschnitte umfassen den Zeitabschnitt von dem Ende OCE des Ladezeitraums OC bis zum Anfang LFS des Ladezeitfensters LF sowie den Zeitabschnitt von dem Ende LFE des Ladezeitfensters LF bis zu dem Abfahrtszeitpunkt AZ. Gemäß Fall F8 der Fig. 2B grenzt das Ende OCE des Ladezeitraums OC direkt an den Anfang LFS des Ladezeitfensters LF an. Im Unterschied zum Fall F7 gibt es deshalb nur einen Zeitabschnitt mit dem sechsten Kostenwert k6. Im Fall F9 grenzt der Anfang OCS des Ladezeitraums OC direkt an das Ende LFE des Ladezeitfensters LF an. Im Unterschied zum Fall F6 gibt es deshalb nur einen Zeitabschnitt mit dem siebten Kostenwert k7. Im Fall F10 deckt sich der Ladezeitraum OC mit dem Ladezeitfenster LF. Im Unterschied zum Fall F1 gibt es somit keine Zeitabschnitte mit dem zweiten Kostenwert k2 und dem dritten Kostenwert k3.
Im Fall F1 1 erstreckt sich der Ladezeitraum OC über das Ende LFE des Ladezeitfensters LF. Im Unterschied zum Fall F10 gibt es nunmehr einen Zeitabschnitt mit dem vierten Kostenwert k4. Im Fall F12 erstreckt sich der Ladezeitraum OC über den Anfang LFS des Ladezeitfensters LF, wohingegen das Ende OCE des Ladezeitraums OC mit dem Ende LFE des Ladezeitfensters LF zusammenfällt. Im Unterschied zum Fall F1 1 gibt es nunmehr keinen Zeitabschnitt mit dem vierten Kostenwert k4, jedoch tritt ein Zeitabschnitt mit dem fünften Kostenwert k5 auf. Im Fall F13 liegt ein Teil des Ladezeitraums OC sowohl links neben dem Anfang LFS des Ladezeitfensters LF als auch rechts neben dem Ende LFE des Ladezeitfensters LF. Somit gibt es sowohl einen Zeitabschnitt mit dem vierten Kostenwert k4 als auch einen Zeitabschnitt mit dem fünften Kostenwert k5.
Nachdem für die jeweiligen Fahrzeuge die Kostenwerte entsprechend dem anhand von Fig. 2A und Fig. 2B erläuterten Verfahren festgelegt wurden, werden diese Kostenwerte mit den zugewiesenen Zeitabschnitten an die jeweiligen ausgewählten Fahrzeuge übermittelt, welche anschließend den geschätzten Ladevorgang gemäß den Kostenwerten verteilen, so dass das Laden in den entsprechend spezifizierten Zeitabschnitten erfolgt.
Der in Fig. 1 gezeigte stationäre Batteriespeicher SB wird in der hier beschriebenen Ausführungsform immer dann verwendet, wenn die durch den Befehl des Servers SE' spezifizierte Überkapazität nicht durch das Laden der Batterien der Fahrzeuge des Fahrzeugpools abgedeckt werden kann. In diesem Fall wird über eine entsprechende Leistungsaufnahme des Batteriespeichers erreicht, dass die gesamte oder möglichst viel Überkapazität des Stromnetzbetreibers abgefangen werden kann. In der soeben beschriebenen Ausführungsform wurden die Kostenwerte k1 bis k6 zu Beginn des Verfahrens fest vorgegeben und hängen nicht davon ab, welche der Kostenwerte tatsächlich Zeitabschnitten zugeordnet werden. In einer alternativen Ausführungsform ist es auch möglich, dass die Kostenwerte in Abhängigkeit davon festgelegt werden, welche Kostenwerte tatsächlich bei der Verteilung des Ladevorgangs genutzt werden. So kann für die einzelnen Fälle F1 bis F13 ein nächst höherer Zahlenwert für den nächst höheren vorhandenen Kostenwert in aufsteigender Reihenfolge des Index der verwendeten Kostenwerte vorgegeben werden, was zur Folge hat, dass die Kostenwerte für die unterschiedlichen Fälle verschieden sind. In Fig. 2A würde dies z.B. dazu führen, dass der Kostenwert k3 des Falls F2 dem Kostenwert k2 des Falls F1 entspricht, der Kostenwert k6 des Falls F2 dem Kostenwert k3 des Falls F1 und der Kostenwert k7 des Falls F2 dem Kostenwert k6 des Falls F1 entspricht. Demgegenüber sind die Kostenwerte k1 für die beiden Fälle F1 und F2 identisch. Bei dieser Variante führt der Vergleich von Kosten von verschiedenen Fahrzeugen in der Regel zu unterschiedlichen Ergebnissen, was für die Steuerung einer Pooloptimierung genutzt werden kann.
Die im Vorangegangenen beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung weisen eine Reihe von Vorteilen auf. Insbesondere wird gemäß einer geeigneten Kostenfunktion ein Laden von fahrzeugseitigen Energiespeichern in einem Fahrzeugpool derart erreicht, dass zum einen bevorzugt in einem (günstigen) Ladezeitfenster und im Zeitraum einer auftretenden Überkapazität geladen wird und zum anderen das Laden möglichst spät erfolgt. Durch das letztere Kriterium wird erreicht, dass die Wahrscheinlichkeit sinkt, dass im Ladezeitraum eine signifikante Degradation des entsprechenden fahrzeugseitigen Energiespeichers auftritt.
Bezugszeichenliste
1 Fahrzeuge
2 Smartphone
CO zentrales Steuersystem
SE, SE' Server
SB stationärer Batteriespeicher
PT Portal
LF Ladezeitfenster
LFS Anfang des Ladezeitfensters
LFE Ende des Ladezeitfensters
OC Ladezeitraum
OCS Anfang des Ladezeitraums
OCE Ende des Ladezeitraums
AZ Abfahrtszeitpunkt
k1 , k2, ... ., k7 Kosten werte
F1 , F2, .. ., F13 Fälle
t Zeit

Claims

Patentansprüche Verfahren zur Steuerung des elektrischen Ladens einer Gruppe von Fahrzeugen (1 ), wobei die jeweiligen Fahrzeuge (1 ) an ein Stromnetz zum Laden eines fahr- zeugseitigen Energiespeichers zum Antrieb des jeweiligen Fahrzeugs (1 ) angeschlossen sind, wobei ein zentrales Steuersystem (CO) mit den jeweiligen Fahrzeugen (1 ) der Gruppe sowie mit einem Server (SE') des Stromnetzbetreibers kommunizieren kann, wobei das zentrale Steuersystem (CO) basierend auf einem empfangenen Ladebefehl, der vom Server (SE') des Stromnetzbetreibers stammt und einen Ladezeitraum (OC) spezifiziert, eine Anzahl von Fahrzeugen (1 ) aus der Gruppe auswählt, welche ihren fahrzeugseitigen Energiespeicher über das Stromnetz laden sollen, wobei
für ein oder mehrere spezifische Fahrzeuge (1 ) der Anzahl von Fahrzeugen (1 ) vorab jeweils ein Ladezeitfenster (LF), ein Abfahrtszeitpunkt (AZ) und ein Sollladezustand des fahrzeugseitigen Energiespeichers zum Abfahrtszeitpunkt (AZ) festgelegt sind, wobei für ein jeweiliges spezifisches Fahrzeug (1 ) die Dauer des Ladevorgangs (LD) bis zum Erreichen des Solladezustands geschätzt wird und das jeweilige spezifische Fahrzeug (1 ) den Ladevorgang (LD) gemäß einer Kostenfunktion, welche für verschiedene Zeitabschnitte bis zum Abfahrtszeitpunkt (AZ) unterschiedliche Kostenwerte (k1 , k7) festlegt, in aufsteigender Reihenfolge der Kostenwerte (k1 , k7) auf die Zeitabschnitte verteilt, wobei die Kostenfunktion für ein jeweiliges spezifisches Fahrzeug (1 ) durch das zentrale Steuersystem (CO) wie folgt festgelegt wird:
a) falls der Ladezeitraum (OC) oder ein Teil des Ladezeitraums (OC) innerhalb des Ladezeitfensters (LF) liegt, dem Ladezeitraum (OC) oder dem Teil des Ladezeitraums (OC) innerhalb des Ladezeitfensters (LF) ein erster Kostenwert (k1 ) zugeordnet wird;
b) falls das Ladezeitfenster (LF) oder ein Teil des Ladezeitfensters (LF) zeitlich hinter dem Ende (OCE) des Ladezeitraums (OC) liegt, dem Ladezeitfenster (LF) oder dem Teil des Ladezeitfensters (LF) hinter dem Ende (OCE) des Ladezeitraums (OC) ein zweiter Kostenwert (k2) zugeordnet wird, welcher höher als der erste Kostenwert (k1 ) ist, falls ein erster Kostenwert (k1 ) zugeordnet wird; c) falls das Ladezeitfenster (LF) oder ein Teil des Ladezeitfensters (LF) zeitlich vor dem Anfang (OCS) des Ladezeitraums (OC) liegt, dem Ladezeitfenster (LF) oder dem Teil des Ladezeitfensters (LF) vor dem Anfang (OCS) des Ladezeitraums (OC) ein dritter Kostenwert (k3) zugeordnet wird, welcher höher als alle zugeordneten Kostenwerte aus der Menge bestehend aus dem ersten und zweiten Kostenwert (k1 , k2) ist;
d) falls der Ladezeitraum (LF) oder ein Teil des Ladezeitraums (OC) zeitlich hinter dem Ladezeitfenster (LF) liegt, dem Ladezeitraum (OC) oder dem Teil des Ladezeitraums (OC) hinter dem Ladezeitfenster (LF) ein vierter Kostenwert (k4) zugeordnet wird, welcher höher als alle zugeordneten Kostenwerte aus der Menge bestehend aus dem ersten bis dritten Kostenwert (k1 , k2, k3) ist; e) falls der Ladezeitraum (LF) oder ein Teil des Ladezeitraums (OC) zeitlich vor dem Ladezeitfenster (LF) liegt, dem Ladezeitraum (OC) oder dem Teil des Ladezeitraums (OC) vor dem Ladezeitfenster (LF) ein fünfter Kostenwert (k5) zugeordnet wird, welcher höher als alle zugeordneten Kostenwerte aus der Menge bestehend aus dem ersten bis vierten Kostenwert (k1 , k4) ist; f) jedem Zeitabschnitt, der weder innerhalb des Ladezeitraums (OC) noch innerhalb des Ladezeitfensters (LF) liegt und sich zeitlich hinter dem Ende (OCE) des Ladezeitraums (OC) befindet, ein sechster Kostenwert (k6) zugeordnet wird, welcher höher als alle zugeordneten Kostenwerte aus der Menge bestehend aus dem ersten bis fünften Kostenwert (k1 , k5) ist;
g) jedem Zeitabschnitt, der weder innerhalb des Ladezeitraums (OC) noch innerhalb des Ladezeitfensters (LF) liegt und sich zeitlich vor dem Anfang (OCS) des Ladezeitraums (OC) befindet, ein siebter Kostenwert (k7) zugeordnet wird, welcher höher als alle zugeordneten Kostenwerte aus der Menge bestehend aus dem ersten bis sechsten Kostenwert (k1 , k6) ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Kostenwerte (k1 , k7) ganzzahlige Werte (k1 , k7) sind.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass alle ersten bis sechsten Kostenwerte (k1 , k7) unabhängig davon, welche dieser Kostenwerte (k1 , k7) Zeitabschnitten zugeordnet werden, fest vorgegeben sind.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zugeordneten ersten bis siebten Kostenwerte (k1 , k7) in Abhängigkeit davon festgelegt werden, welche der ersten bis siebten Kostenwerte (k1 , k7) Zeitabschnitten zugeordnet werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Falle, dass der Abfahrtszeitpunkt (AZ) innerhalb des Ladezeitfensters (LF) des jeweiligen spezifischen Fahrzeugs (1 ) liegt, das Ladezeitfenster (LF) verkürzt wird, so dass der Abfahrtszeitpunkt (AZ) mit dem Ende (LFE) des Ladezeitfensters (LF) zusammenfällt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Falle, dass der Zeitpunkt der Festlegung der Kostenfunktion nach dem Anfang (LFS) des Ladezeitfensters (LF) liegt, das Ladezeitfenster (LF) derart verkürzt wird, dass dessen Anfang mit diesem Zeitpunkt zusammenfällt.
Zentrales Steuersystem zur Steuerung des elektrischen Ladens einer Gruppe von Fahrzeugen (1 ), wobei die jeweiligen Fahrzeuge (1 ) an ein Stromnetz zum Laden eines fahrzeugseitigen Energiespeichers zum Antrieb des jeweiligen Fahrzeugs (1 ) angeschlossen sind, wobei das zentrale Steuersystem (CO) mit den jeweiligen Fahrzeugen (1 ) der Gruppe sowie mit einem Server (SE!) des Stromnetz betreibers kommunizieren kann, wobei das zentrale Steuersystem (CO) dazu eingerichtet ist, basierend auf einem empfangenen Ladebefehl, der vom Server (SE') des Stromnetzbetreibers stammt und einen Ladezeitraum (OC) spezifiziert, eine Anzahl von Fahrzeugen (1 ) aus der Gruppe auszuwählen, welche ihren fahrzeugseitigen Energiespeicher über das Stromnetz laden sollen, wobei
für ein oder mehrere spezifische Fahrzeuge (1 ) der Anzahl von Fahrzeugen (1 ) vorab jeweils ein Ladezeitfenster (LF), ein Abfahrtszeitpunkt (AZ) und ein Sollladezustand des fahrzeugseitigen Energiespeichers zum Abfahrtszeitpunkt (AZ) festgelegt sind, wobei für ein jeweiliges spezifisches Fahrzeug (1 ) eine geschätzte Dauer des Ladevorgangs (LD) vorliegt und das jeweilige spezifische Fahrzeug (1 ) den Ladevorgang (LD) gemäß einer Kostenfunktion, welche für verschiedene Zeitabschnitte bis zum Abfahrtszeitpunkt (AZ) unterschiedliche Kostenwerte (k1 , k7) festlegt, in aufsteigender Reihenfolge der Kostenwerte (k1 , k7) auf die Zeit- abschnitte verteilt, wobei das Steuersystem (CO) zur Durchführung eines Verfahrens eingerichtet ist, bei dem die Kostenfunktion für ein jeweiliges spezifisches Fahrzeug (1 ) durch das zentrale Steuersystem (CO) wie folgt festgelegt wird: a) falls der Ladezeitraum (OC) oder ein Teil des Ladezeitraums (OC) innerhalb des Ladezeitfensters (LF) liegt, dem Ladezeitraum (OC) oder dem Teil des Ladezeitraums (OC) innerhalb des Ladezeitfensters (LF) ein erster Kostenwert (k1 ) zugeordnet wird;
b) falls das Ladezeitfenster (LF) oder ein Teil des Ladezeitfensters (LF) zeitlich hinter dem Ende (OCE) des Ladezeitraums (OC) liegt, dem Ladezeitfenster (LF) oder dem Teil des Ladezeitfensters (LF) hinter dem Ende (OCE) des Ladezeitraums (OC) ein zweiter Kostenwert (k2) zugeordnet wird, welcher höher als der erste Kostenwert (k1 ) ist, falls ein erster Kostenwert (k1 ) zugeordnet wird;
c) falls das Ladezeitfenster (LF) oder ein Teil des Ladezeitfensters (LF) zeitlich vor dem Anfang (OCS) des Ladezeitraums (OC) liegt, dem Ladezeitfenster (LF) oder dem Teil des Ladezeitfensters (LF) vor dem Anfang (OCS) des Ladezeitraums (OC) ein dritter Kostenwert (k3) zugeordnet wird, welcher höher als alle zugeordneten Kostenwerte aus der Menge bestehend aus dem ersten und zweiten Kostenwert (k1 , k2) ist;
d) falls der Ladezeitraum (LF) oder ein Teil des Ladezeitraums (OC) zeitlich hinter dem Ladezeitfenster (LF) liegt, dem Ladezeitraum (OC) oder dem Teil des Ladezeitraums (OC) zeitlich hinter dem Ladezeitfenster (LF) ein vierter Kostenwert (k4) zugeordnet wird, welcher höher als alle zugeordneten Kostenwerte aus der Menge bestehend aus dem ersten bis dritten Kostenwert (k1 , k2, k3) ist;
e) falls der Ladezeitraum (LF) oder ein Teil des Ladezeitraums (OC) zeitlich vor dem Ladezeitfenster (LF) liegt, dem Ladezeitraum (OC) oder dem Teil des Ladezeitraums (OC) vor dem Ladezeitfenster (LF) ein fünfter Kostenwert (k5) zugeordnet wird, welcher höher als alle zugeordneten Kostenwerte aus der Menge bestehend aus dem ersten bis vierten Kostenwert (k1 , k4) ist;
f) jedem Zeitabschnitt, der weder innerhalb des Ladezeitraums (OC) noch innerhalb des Ladezeitfensters (LF) liegt und sich zeitlich hinter dem Ende (OCE) des Ladezeitraums (OC) befindet, ein sechster Kostenwert (k6) zugeordnet wird, welcher höher als alle zugeordneten Kostenwerte aus der Menge bestehend aus dem ersten bis fünften Kostenwert (k1 , k5) ist;
jedem Zeitabschnitt, der weder innerhalb des Ladezeitraums (OC) noch innerhalb des Ladezeitfensters (LF) liegt und sich zeitlich vor dem Anfang (OCS) des Ladezeitraums (OC) befindet, ein siebter Kostenwert (k7) zugeordnet wird, welcher höher als alle zugeordneten Kostenwerte aus der Menge bestehend aus dem ersten bis sechsten Kosten wert (k1 , k6) ist.
8. Steuersystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuersystem zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 2 bis 6 eingerichtet ist.
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