WO2023170284A1 - Verfahren zur steuerung des ladens und/oder entladens von akkumulatoren einer flotte von schienenfahrzeugen - Google Patents

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rail vehicles
accumulators
charging
power consumption
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PCT/EP2023/056202
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Thomas SCHARE
Christian CANIS
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NETINERA Deutschland GmbH
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Definitions

  • the invention relates to a method for controlling the charging and/or discharging of accumulators in a fleet of rail vehicles.
  • rail vehicles are used that have accumulators that enable the rail vehicle to operate independently of the contact line over a certain period of time.
  • Such rail vehicles are also called battery-electric rail vehicles or battery-powered multiple units for short. They are used in particular in passenger transport and primarily replace vehicles powered by diesel engines.
  • Such rail vehicles are operated like conventional electric multiple units.
  • the electric drives of the rail vehicles are supplied with energy from an electrical energy supply network.
  • the individual rail vehicles are supplied in particular via the contact wire.
  • the accumulators are preferably also charged via this.
  • the costs of electrical energy represent a not insignificant part of the operating costs.
  • the invention is therefore based on the object of demonstrating a method for controlling the charging and/or discharging of accumulators of rail vehicles that enables more economical operation of the rail vehicles.
  • the object is achieved by a method for controlling the charging and/or discharging of accumulators in a fleet of rail vehicles with the features of independent claim 1.
  • the features of the dependent claims relate to advantageous embodiments.
  • the method for controlling the charging and/or discharging of accumulators of a fleet of rail vehicles provides that the fleet has a Has a plurality of rail vehicles that are supplied with electrical energy, the electrical energy being obtained from an energy supplier.
  • the method can provide that the electrical energy is distributed to the rail vehicles via an energy supply network for supplying the rail vehicles with electrical energy.
  • At least some of the rail vehicles in the fleet have accumulators that enable the respective rail vehicle to be operated independently of the contact line over a certain period of time.
  • the method now provides that the charging and/or discharging of the accumulators of the individual rail vehicles is controlled by a common higher-level controller.
  • the method provides in particular that the charging and/or discharging of the accumulators of the individual rail vehicles can take place independently of one another, i.e. i.e., it is particularly possible for the accumulators of individual rail vehicles to be charged while the accumulators of other rail vehicles are discharged.
  • the accumulators can be discharged to operate the respective rail vehicle and/or to feed the electrical energy back into the energy supply network.
  • the accumulators can be charged from the energy supply network and/or through the recuperation of electrical energy, particularly when the rail vehicles are decelerating.
  • the common higher-level control can be a physical control device.
  • this has a computer that is set up to run control software.
  • the control software is designed in particular to carry out the method in question for controlling the charging and/or discharging of the accumulators when it is on the computer of the control system. setup is running.
  • the method can also provide that the higher-level control is implemented by a plurality of physical control devices networked with one another via data connections.
  • the individual control devices in particular can have appropriate computers with appropriate software.
  • computers are, in particular, devices that process data in the broadest sense using programmable calculation rules. This includes in particular integrated microcomputers, so-called embedded systems, which can in particular be part of the individual rail vehicles.
  • the method provides that the control of the charging and/or discharging of the accumulators depends on a total power requirement that would be necessary for the operation of all rail vehicles without using the accumulators and/or a total power consumption of all rail vehicles in the fleet, which is purchased from the energy supplier , he follows.
  • Controlling charging and/or discharging depending on the total power requirement and/or the total power consumption has the advantage that the total power received by the rail vehicles from the energy supplier can be specifically influenced. This total power consumption is usually decisive for the performance price that the fleet operator pays to the energy supplier. Therefore, the power price can be influenced by controlling the charging and/or discharging of the batteries depending on the total power requirement and/or the total power consumption of all rail vehicles in the fleet.
  • the total power consumption is to be understood in particular as the total power consumption of all rail vehicles in the fleet, which is actually purchased by the rail vehicles, in particular via the energy supply network, from the energy supplier. i.e. In particular, it is not the performance to understand the voltage that is obtained by the rail vehicles from accumulators, their own and/or those of other rail vehicles.
  • the total power requirement is understood to mean the power required to operate the rail vehicles, regardless of whether this is obtained from the rail vehicles' accumulators or from the energy supplier.
  • An algorithm that is used to carry out the method described above and is used in particular by the control device to identify operating phases with high and/or low total power requirements and/or high and/or low total power consumption can be based on both variables alternatively and/or in addition become.
  • the procedure can stipulate that the rail vehicles in the fleet each form a technical extraction point with a view to supplying the fleet with electrical energy from the energy supplier.
  • a technical extraction point is to be understood in particular as meaning that how much electrical power and/or electrical energy the respective rail vehicle draws and/or emits is measured on the respective rail vehicle.
  • all rail vehicles in the fleet can be combined into a virtual removal point.
  • a virtual extraction point is to be understood as a quantitative summary of a plurality of technical extraction points with regard to the electrical power and/or electrical energy received and/or delivered. This merging can be done in particular for billing and/or pricing purposes.
  • the method can provide that the charging is controlled in such a way that the batteries are preferably charged in operating phases with a low overall power requirement for all rail vehicles in the fleet.
  • the accumulators are preferred in operating phases with a low total power requirement and/or a low total power consumption If all rail vehicles in the fleet were charged, the increase in the total power consumption of the rail vehicles from the energy supplier caused by charging would be less likely to result in charging having a negative impact on the power price. This is particularly true when all rail vehicles in the fleet are combined into a virtual removal point.
  • operating phases can be selected in which the total power requirement for the operation of all rail vehicles supplied with electrical energy by the energy supply network and/or their total power consumption is low.
  • This can mean in particular that the charging of accumulators is postponed by the control to later operating phases, in particular if it is expected that the charging will be postponed by the postponement to an operating phase with a lower total power requirement and / or a lower total power consumption and the planned operation of the affected rail vehicle is not affected by the postponement.
  • the method can further provide that the discharging is controlled in such a way that the accumulators are preferably discharged in operating phases with a high total power requirement and/or a high total power consumption of all rail vehicles in the fleet.
  • the accumulators are preferably discharged in operating phases with a high total power requirement and/or a high total power consumption of all rail vehicles in the fleet.
  • part of this total power requirement can be covered by discharging the accumulators of individual rail vehicles.
  • the total power consumed by the rail vehicles from the energy supplier is reduced, which can also have a positive effect on the power price. This is particularly true when all rail vehicles in the fleet are combined into a virtual removal point.
  • Reducing the total power consumption of all rail vehicles in the fleet through the targeted discharging of the batteries leads to a reduction in the performance price, especially if this can prevent the total power consumption during a specific operating phase from being so high that this has a direct impact on the performance price.
  • This is possible, for example, if the respective operating phase is prevented from being an operating phase in which the average total power consumption of all rail vehicles via the energy supply network would be so high without the batteries being discharged that the average total power consumption would be within a range relevant for billing time period would represent a maximum value. If the collective agreement is designed accordingly, such a maximum value can lead to a higher performance price and thus to a significant increase in overall operating costs.
  • the method can also provide that accumulators are discharged into the energy supply network in operating phases with high total power requirements and/or high total power consumption of all rail vehicles.
  • accumulators are discharged into the energy supply network in operating phases with high total power requirements and/or high total power consumption of all rail vehicles.
  • the discharging is controlled in particular in such a way that a targeted discharging of the accumulators in order to reduce the total power consumption of all rail vehicles in the fleet always takes place when it is to be expected that the accumulators will with sufficient probability be in later operating phases with a lower total power requirement and/or a low total power consumption again can be charged without affecting the scheduled operation of the rail vehicles.
  • the operating phases can in particular be constant time periods. For example, it can be periods of time lasting 15 minutes. In particular, these are time periods that are considered as part of recording the total power consumption of the rail vehicles via the energy supply network.
  • the recording can in particular be a recording for billing purposes, in particular to determine a service price.
  • the total power requirement and/or the total power consumption can in particular be an average total power requirement and/or an average total power consumption in a specific period of time.
  • the time period can in particular be an operating phase.
  • the method can provide that the batteries are discharged preferably in operating phases with a total power requirement of more than 80%, in particular more than 90% of a reference total power requirement and/or a reference total power consumption.
  • the reference total power requirement and/or the reference total power consumption can in particular be the highest total power requirement to date and/or the highest total power consumption to date in a past operating phase.
  • the past operating phase can in particular be an operating phase within a specific observation period, for example the current calendar year.
  • Such control of the discharging of the accumulators would have the advantage that it would be possible to avoid, for example, that a maximum total power consumption that has already occurred in one operating phase is exceeded in a later operating phase.
  • the method can provide that charging of the accumulators is stopped if a limit value for the total power requirement and/or the total power consumption is exceeded.
  • the method can in particular provide that the charging of the accumulators is prevented in operating phases with a total power requirement of more than 80%, in particular more than 90% of a reference total power requirement and/or a reference total power consumption.
  • the method can provide that the power requirement and/or the power consumption of the individual rail vehicles is measured and performance data relating to the power requirement and/or the power consumption of the individual rail vehicles are transmitted to the higher-level controller.
  • the performance data can be evaluated by the higher-level controller in particular in order to identify operating phases with high and/or low total power requirements and/or with high and/or low total power consumption.
  • the performance data can in particular be saved by the higher-level controller. Such stored performance data can be used to calculate an expected power requirement and/or an expected power consumption of the respective rail vehicle in future operating phases.
  • the performance data can be transmitted in particular via wireless data connections.
  • the method can further provide for control signals to be sent from the higher-level controller to the individual rail vehicles for controlling the charging and/or discharging of the accumulators.
  • the control signals can in particular be data signals.
  • the control signals can also be transmitted wirelessly, in particular via the same wireless data connections as the performance data.
  • the control signals can in particular be control signals for setting a charging current and/or a discharging current.
  • the direct adjustment of the charging current and/or the discharging current using Control signals that are transmitted from the higher-level controller to the rail vehicles have the advantage that the method can be implemented by transmitting comparatively simple control commands to the individual vehicles.
  • the method can provide that an expected total power requirement and/or an expected total power consumption of all rail vehicles in the fleet is calculated in advance for future operating phases.
  • the control of the charging and/or discharging of the accumulators can be carried out in particular depending on the result of the preliminary calculation.
  • the total power consumption and/or the total power requirement depending on which the control of charging and/or discharging takes place, can be a pre-calculated expected total power consumption and/or a pre-calculated expected total power requirement.
  • Such a pre-calculation of the total power requirement of all rail vehicles for future operating phases particularly simplifies the identification of operating phases with low and/or high total power requirements and/or with low and/or high total power consumption.
  • the controller can decide whether an operating phase is likely to be an operating phase with high or lower power requirements and/or with high or low power consumption.
  • the result of the precalculation can be used to identify future operating phases with high total power requirements and/or with high total power consumption and/or future operating phases with low total power requirements and/or with low total power consumption.
  • At least one of the following influencing factors on the power requirement and/or the total power consumption of individual rail vehicles can be taken into account:
  • the planned use of the respective rail vehicle with regard to route planning it can be taken into account in particular which route is to be covered by the respective rail vehicle as part of scheduled operation and in particular with which operating parameters, in particular which speeds and/or accelerations, the corresponding route is to be traveled on shall be. Furthermore, it can be taken into account to what extent the route to be covered in scheduled operation is electrified.
  • the extent to which the current operation deviates from the planned operation for example due to current delays, can also be taken into account.
  • these measures allow the expected total power requirement and/or the expected total power consumption to be calculated more precisely, and on the other hand, it is possible to calculate which energy reserves the accumulators still need to have at certain operating phases and/or times of operation, in order to continue to enable scheduled operations with sufficient security.
  • the expected ambient temperature in the area of the rail vehicle can be taken into account.
  • temperature influences on the performance of the accumulators and/or an additional power requirement and/or an additional power consumption of the respective rail vehicle for the operation of heating and/or cooling devices, for example for air conditioning of the rail vehicle, can be taken into account.
  • the expected utilization of the rail vehicle with regard to the number of passengers can be taken into account when controlling loading and/or unloading, in particular in the advance calculation.
  • the method can in particular provide that the higher-level control uses stored empirical values and/or booking information. Knowing the expected utilization enables, in particular, a better pre-calculation of the power requirement and/or the power consumption of the respective rail vehicle, in particular due to the utilization-related fluctuations in the total mass of the rail vehicle to be moved.
  • the method can also provide that the nominal and/or actual capacity of the batteries of the respective rail vehicle is taken into account in the advance calculation. Taking into account the capacity of the accumulators makes it possible, in particular, to control the charging and/or discharging in such a way that the scheduled operation of the rail vehicles can be ensured with sufficient security.
  • the nominal capacity is the capacity according to the specification of the respective accumulator understand.
  • the actual capacity is to be understood as meaning the capacity that the respective accumulator actually has at the time under consideration, taking into account in particular any loss of capacity due to aging.
  • the method can provide that the actual capacity is measured and/or calculated, in particular with the age of the accumulators being taken into account in the calculation.
  • the method can also provide that the state of charge of the batteries of the respective rail vehicle is taken into account in the advance calculation. Taking into account the state of charge of the accumulators makes it possible, in particular, to control the charging and/or discharging in such a way that the scheduled operation of the rail vehicles can be ensured with sufficient security.
  • the method can in particular provide that stored performance data relating to the previous operation of the rail vehicles is used when controlling the loading and/or unloading. This applies in particular to the use of the performance data in the advance calculation of the expected total power requirement and/or the expected total power consumption. This enables a self-learning effect.
  • the method can in particular provide for the stored performance data to be evaluated by the higher-level controller in conjunction with other influencing factors on the power requirement and/or the power consumption of individual rail vehicles, in particular the above-mentioned influencing factors on the power requirement and/or the power consumption of individual rail vehicles.
  • the power requirement and/or the power consumption when traveling certain routes with a certain number of passengers can be calculated in advance, taking into account stored performance data.
  • additional operating data for example the use of the respective rail vehicle with regard to the route, the ambient temperature in the area of the rail vehicle, the utilization of the rail vehicle, the capacity of the accumulators of the respective Rail vehicle and / or the state of charge of the batteries of the respective rail vehicle.
  • the method can provide that the control of the charging and/or discharging of the accumulators takes place depending on a price for electrical energy and/or an expected price for electrical energy. This is particularly useful if the labor price for the electrical energy obtained via the energy supply network and/or electrical energy fed back to the supplier via the energy supply network is subject to fluctuations over time.
  • the charging and/or discharging is controlled in such a way that the charging of the accumulators is preferably carried out at times when the price of electrical energy is low and/or the discharging of the accumulators is preferably carried out at times when the price of electrical energy is high.
  • the price can be both an actual price, which is transmitted to the controller, preferably in real time, and/or an expected price, which is determined, in particular by the controller, for example based on empirical data and, in particular, calculated in advance, act.
  • Such a variant of the method makes it possible not only to bring about a reduction in the service price, but also to achieve additional savings in the costs billed at the work price.
  • the method can provide that the charging is controlled taking into account the influence of the charging power on the service life of the accumulators.
  • the method provides that the charging is controlled in such a way that a low charging power is aimed at in order to increase the service life of the accumulators.
  • a lower charging power has a positive effect on the lifespan of the batteries.
  • the control of the charging can therefore aim for a lower charging power. This can be done, for example, by means of an algorithm that takes into account the known relationships between charging power and the service life of the accumulators when controlling the charging of the accumulators.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of the operation of a plurality of rail vehicles on a common energy supply network in an operating phase with a high overall power requirement according to the prior art
  • FIG. 3 shows a corresponding schematic representation in an operating phase with a high total power requirement while carrying out an exemplary method for controlling charging and/or discharging
  • FIG. 4 shows a corresponding schematic representation in an operating phase with a low total power requirement while carrying out an exemplary method for controlling charging and/or discharging
  • 1 to 4 show examples of scenarios that illustrate how the method for controlling the charging and/or discharging of accumulators in a fleet of rail vehicles 10, 12 and 14 can be used to reduce the energy costs incurred by the operator due to the power price to lower.
  • the rail vehicles 10, 12 and 14) of the fleet each form a technical extraction point with regard to the supply of electrical energy to the fleet by the energy supplier 26 and all rail vehicles 10, 12 and 14 of the fleet are combined to form a virtual extraction point .
  • FIGS. 1 to 4 Two different operating phases are shown as examples in FIGS. 1 to 4.
  • Figures 1 and 2 show exemplary operating phases according to the prior art, while Figures 3 and 4 show corresponding operating phases when carrying out the method for controlling the charging and / or discharging of accumulators of rail vehicles.
  • FIG. 1 shows an operating phase in which the exemplary rail vehicles 10, 12 and 14 each cover the power requirements necessary for their operation by being supplied with electrical energy by the energy supplier 26 via the energy supply network 16.
  • the power consumption 18, 20 and 22 of the rail vehicles 12, 14 and 16 add up accordingly to a total power consumption 24 of all rail vehicles 10, 12 and 14 in the fleet.
  • the total power consumption 24 is obtained from the energy supplier 26.
  • the quantities of the different power consumptions 18, 20, 22 and 24 are indicated by the widths of the corresponding arrows.
  • the scenario shown in Figure 1 correspondingly results in a high total power consumption 24, which is at the high level
  • the total power requirement of the rail vehicles 10, 12 and 14 supplied with electrical energy by the energy supplier 26 via the energy supply network is based, which is covered for all rail vehicles 10, 12 and 14 by electrical power obtained from the energy supplier 26 via the energy supply network 16.
  • FIG. 2 the corresponding scenario is shown in an exemplary later operating phase.
  • This means that the total power consumption 24 is significantly lower in this operating phase, since only the exemplary power consumption 18 contributes to the total power consumption 24, which is obtained from the energy supplier 26 via the energy supply network 16.
  • 3 and 4 show schematically the effect of a method for controlling the charging and/or discharging of accumulators in a fleet of rail vehicles on the total power consumption 24 obtained from the energy supplier 26.
  • the charging and/or discharging of the accumulators of the individual rail vehicles 10, 12 and 14 of the fleet is controlled by the common higher-level controller 28.
  • the controller 28 can be connected to the individual rail vehicles 10, 12 and 16 via wireless data connections 30.
  • the exemplary controller controls the charging in such a way that the accumulators are preferably charged in operating phases with a low total power requirement and/or a low total power consumption 24 of all rail vehicles supplied with electrical energy by the energy supply network. This is such a phase is exemplified in the operating phase shown in Figures 2 and 4. Furthermore, as part of the exemplary method, the discharging is controlled in such a way that the accumulators are preferably discharged in operating phases with a high total power requirement and/or a high total power consumption 24 of all rail vehicles 10, 12 and 14 in the fleet. Such a scenario is shown in Figures 1 and 3.
  • the control device 28 can take into account different influencing factors on the expected energy requirement and/or the expected total power consumption 24 in future operating phases. This may in particular include whether the rail vehicles 10, 12 and 14 are on electrified or non-electrified routes during the corresponding operating phase. This knowledge leads to the total power requirement and/or the total power consumption 24 rail vehicles 10, 12, and 14 of the fleet being higher in the first operating phase, which is shown in Figures 1 and 3, since there - at least potentially - all rail vehicles 10 , 12 and 14 are supplied with electrical energy by the energy supply network 16, while in the operating phase in Figure 4 only the rail vehicle 10 is supplied with electrical energy by the energy supply network and thus contributes to the total power consumption of all rail vehicles 10 supplied with electrical energy by the energy supply network 16.
  • the controller 28 can use the result of the pre-calculation to identify future operating phases with high or low total power requirements and/or high or low total power consumption 24 and, based on the result, control the charging and discharging of the accumulators, as shown by way of example.
  • the accumulators of the rail system can be discharged.
  • vehicle 10 for example as shown in FIG. This can additionally contribute to covering the power requirements of the rail vehicles 12 and 14 and thus additionally reduce the total power consumption 24 in the operating phase shown as an example in FIG.
  • the controller 28 controls the discharging of the accumulator of the rail vehicle 10 so that this despite the presence of a supply of the rail vehicle 10 with electrical energy via the energy supply network 16 is discharged.
  • the choice of control falls on the rail vehicle 10, since the planned use of the respective rail vehicle 10, 12 and 14 is taken into account when controlling loading and/or unloading.
  • the controller 28 is aware, for example, that in a later operating phase, which is shown in Figures 3 and 4, there is the possibility of charging the accumulators of the rail vehicle 10 while the rail vehicles 12 and 14 are charging the accumulators on non-electrified routes are dependent. Their charge level is therefore maintained in the operating phase shown in Figure 3.
  • the maximum value of the total power consumption is 24 m shown example in the case of Figures 3 and 4 is advantageously lower than in the case of Figures 1 and 2, which leads to a lower power price and thus overall lower energy costs for the operation of the rail vehicles 10, 12 and 14.

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Abstract

Verfahren zur Steuerung des Ladens und/oder Entladens von Akkumulatoren einer Flotte von Schienenfahrzeugen (10, 12, 14), wobei die Flotte eine Mehrzahl von Schienenfahrzeugen (10, 12, 14) aufweist. Die Flotte wird mit elektrischer Energie versorgt, wobei die elektrische Energie von einem Energieversorger bezogen wird. Zumindest ein Teil der Schienenfahrzeuge der Flotte (10, 12, 14) verfügen über Akkumulatoren, die einen fahrleitungsunabhängigen Betrieb des jeweiligen Schienenfahrzeugs (10, 12, 14) über einen bestimmten Zeitraum ermöglichen. Das Laden und/oder Entladen der Akkumulatoren der einzelnen Schienenfahrzeuge (10, 12, 14) wird durch eine gemeinsame übergeordnete Steuerung (28) gesteuert. Die Steuerung des Ladens und/oder Entladens der Akkumulatoren erfolgt in Abhängigkeit von einem Gesamtleistungsbedarf, der für den Betrieb sämtlicher Schienenfahrzeuge ohne Nutzung der Akkumulatoren notwendig wäre, und/oder einer Gesamtleistungsaufnahme (24) sämtlicher Schienenfahrzeuge (10, 12, 14) der Flotte, die von dem Energieversorger bezogen wird.

Description

Verfahren zur Steuerung des Ladens und/oder Entladens von Akkumulatoren einer Flotte von Schienenfahrzeugen
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung des Ladens und/oder Entladens von Akkumulatoren einer Flotte von Schienenfahrzeugen.
Insbesondere auf nicht elektrifizierten Eisenbahnstrecken kommen Schienenfahrzeuge zum Einsatz, die über Akkumulatoren verfügen, die einen fahrleitungsunabhängigen Betrieb des Schienenfahrzeugs über einen bestimmten Zeitraum ermöglichen. Derartige Schienenfahrzeuge werden auch batterieelektrische Schienenfahrzeuge oder kurz auch Akkutriebwagen bezeichnet. Sie kommen insbesondere im Personenverkehr zum Einsatz und ersetzen dort vorzugsweise mit Dieselmotoren angetriebene Fahrzeuge-
Auf elektrifizierten Strecken werden derartige Schienenfahrzeuge wie herkömmliche elektrische Triebwagenzüge betrieben. D. h., die elektrischen Antriebe der Schienenfahrzeuge werden aus einem elektrischen Energieversorgungsnetz mit Energie versorgt. Die Versorgung der einzelnen Schienenfahrzeuge erfolgt dabei insbesondere über den Fahrdraht. Über diesen erfolgt vorzugsweise auch die Ladung der Akkumulatoren. Dies bringt grundsätzlich den Vorteil mit sich, dass die Akkumulatoren des jeweiligen Schienenfahrzeugs auch während dessen Betrieb aufgeladen werden können, soweit sich das Fahrzeug auf elektrifizierten Strecken befindet. „Ladepausen“, wie sie beispielsweise bei elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugen regelmäßig notwendig werden, spielen daher im Betrieb derartiger Schienenfahrzeuge regelmäßig keine Rolle. Bei dem Betrieb eines derartigen Schienenfahrzeugs stellen die Kosten für die elektrische Energie einen nicht unerheblichen Teil der Betriebskosten dar. Aufgrund der vergleichsweisen guten Planbarkeit des Einsatzes eines derartigen Schienenfahrzeugs einerseits und den schwankenden Preisen für elektrische Energie andererseits hat es bereits in der Vergangenheit Überlegungen gegeben, das Laden und/oder Entladen der Akkumulatoren derartiger Schienenfahrzeuge derart zu steuern, dass insgesamt ein wirtschaftlicherer Betrieb ermöglicht wird. Ein entsprechendes Verfahren ist beispielsweise in der DE 10 201 1 121 162 A1 offenbart.
In der Praxis spielen derartige Verfahren jedoch bisher noch keine Rolle. Die Gründe können insbesondere dafür gesehen werden, dass die hohen Schwankungen der Arbeitspreise, wie sie insbesondere an den Energiebörsen zu beobachten sind, oftmals nicht in dieser Form an die Abnehmer weitergegeben werden. Deren Kosten für elektrische Energie hängen vielmehr von zuvor ausgehandelten Preisen ab. Diese setzen sich üblicherweise aus einer Mehrzahl Bestandteile zusammen, insbesondere einem Preis für die Menge der bezogenen elektrischen Energie, dem sogenannten Arbeitspreis, und der abgerufenen Leistung, dem sogenannten Leistungspreis.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Steuerung des Ladens und/oder Entladens von Akkumulatoren von Schienenfahrzeugen aufzuzeigen, dass einen wirtschaftlicheren Betrieb der Schienenfahrzeuge ermöglicht.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Steuerung des Ladens und/oder Entladens von Akkumulatoren einer Flotte von Schienenfahrzeugen mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1. Die Merkmale der abhängigen Ansprüche betreffen vorteilhafte Ausführungsformen.
Das Verfahren zur Steuerung des Ladens und/oder Entladens von Akkumulatoren einer Flotte von Schienenfahrzeugen sieht vor, dass die Flotte eine Mehrzahl von Schienenfahrzeugen aufweist, die mit elektrischer Energie versorgt wird, wobei die elektrische Energie von einem Energieversorger bezogen wird.
Dabei kann das Verfahren vorsehen, dass die elektrische Energie über ein Energieversorgungsnetz zur Versorgung der Schienenfahrzeuge mit elektrischer Energie auf die Schienenfahrzeuge verteilt wird.
Es verfügt zumindest ein Teil der Schienenfahrzeuge der Flotte über Akkumulatoren, die einen fahrleitungsunabhängigen Betrieb des jeweiligen Schienenfahrzeugs über einen bestimmten Zeitraum ermöglichen.
Das Verfahren sieht nun vor, dass das Laden und/oder Entladen der Akkumulatoren der einzelnen Schienenfahrzeuge durch eine gemeinsame übergeordnete Steuerung gesteuert wird.
Das Verfahren sieht dabei insbesondere vor, dass das Laden und/oder Entladen der Akkumulatoren der einzelnen Schienenfahrzeuge unabhängig voneinander erfolgen kann, d. h., es ist insbesondere möglich, dass die Akkumulatoren einzelner Schienenfahrzeuge geladen werden, während die Akkumulatoren anderer Schienenfahrzeuge entladen werden. Das Entladen der Akkumulatoren kann hierbei zum Betrieb des jeweiligen Schienenfahrzeugs und/oder zur Rückspeisung der elektrischen Energie in das Energieversorgungsnetz erfolgen. Das Laden der Akkumulatoren kann aus dem Energieversorgungsnetz und/oder durch die Rekuperation elektrischer Energie, insbesondere beim Verzögern der Schienenfahrzeuge, erfolgen.
Bei der gemeinsamen übergeordneten Steuerung kann es sich um eine physische Steuerungseinrichtung handeln. Diese weist insbesondere einen Computer auf, der zur Ausführung einer Steuerungssoftware eingerichtet ist. Die Steuerungssoftware ist insbesondere dazu ausgebildet, das in Rede stehende Verfahren zur Steuerung des Ladens und/oder Entladens der Akkumulatoren auszuführen, wenn sie auf dem Computer der Steuerungs- einrichtung ausgeführt wird. Alternativ und/oder ergänzend kann das Verfahren auch vorsehen, dass die übergeordnete Steuerung durch eine Mehrzahl mittels Datenverbindungen miteinander vernetzter physischer Steuerungseinrichtungen realisiert ist. In diesem Fall können insbesondere die einzelnen Steuerungseinrichtungen über entsprechende Computer mit entsprechender Software verfügen. Unter Computern sind in diesem Zusammenhang insbesondere Geräte, die mittels programmierbarer Rechenvorschriften Daten verarbeiten im weitesten Sinne zu verstehen. Dies schließt insbesondere integrierte Kleinstcomputer, sogenannte eingebettete Systeme, mit ein, die insbesondere Bestandteil der einzelnen Schienenfahrzeuge sein können.
Das Verfahren sieht vor, dass die Steuerung des Ladens und/oder Entladens der Akkumulatoren in Abhängigkeit von einem Gesamtleistungsbedarf, der für den Betrieb sämtlicher Schienenfahrzeuge ohne Nutzung der Akkumulatoren notwendig wäre und/oder einer Gesamtleistungsaufnahme sämtlicher Schienenfahrzeuge der Flotte, die von dem Energieversorger bezogen wird, erfolgt. Das Laden und/oder Entladen in der Abhängigkeit des Gesamtleistungsbedarfs und/oder der Gesamtleistungsaufnahme zu steuern hat den Vorteil, dass hierdurch gezielt die von den Schienenfahrzeugen vom Energieversorger bezogene Gesamtleistung beeinflusst werden kann. Für den Leistungspreis, den der Betreiber der Flotte an den Energieversorger zahlt, ist eben diese Gesamtleistungsaufnahme regelmäßig maßgeblich. Daher lässt sich durch die Steuerung des Ladens und/oder Entladens der Akkumulatoren in Abhängigkeit von dem Gesamtleistungsbedarf und/oder der Gesamtleistungsaufnahme sämtlicher Schienenfahrzeuge der Flotte der Leistungspreis beeinflussen.
Im Zusammenhang mit dem vorliegenden Verfahren ist unter der Gesamtleistungsaufnahme insbesondere die Gesamtleistungsaufnahme sämtlicher Schienenfahrzeuge der Flotte zu verstehen, die von den Schienenfahrzeugen, insbesondere über das Energieversorgungsnetz, von dem Energieversorger tatsächlich bezogen wird. D. h. es ist insbesondere nicht die Leis- tung zu verstehen, die durch die Schienenfahrzeuge von Akkumulatoren, den eigenen und/oder denen von anderen Schienenfahrzeugen, bezogen wird. Unter dem Gesamtleistungsbedarf ist hingegen die für den Betrieb der Schienenfahrzeuge notwendige Leistung zu verstehen, unabhängig davon, ob diese von Akkumulatoren der Schienenfahrzeuge oder von dem Energieversorger bezogen wird. Einem Algorithmus, der zur Durchführung des vorstehend beschriebenen Verfahrens dient und insbesondere von der Steuerungseinrichtung genutzt wird, um Betriebsphasen mit hoher und/oder niedrigem Gesamtleistungsbedarf und/oder hoher und/oder niedriger Gesamtleistungsaufnahme zu identifizieren, können beide Größen alternativ und/oder ergänzend zugrunde gelegt werden.
Das Verfahren kann vorsehen, dass die Schienenfahrzeuge der Flotte im Hinblick auf die Versorgung der der Flotte mit elektrischer Energie durch den Energieversorger jeweils eine technische Entnahmestelle bilden. Unter einer technischen Entnahmestelle ist in diesem Zusammenhang insbesondere zu verstehen, dass an dem jeweiligen Schienenfahrzeug gemessen wird, wieviel elektrische Leistung und/oder elektrische Energie das jeweilige Schienenfahrzeug bezieht und/oder abgibt. Insbesondere können sämtliche Schienenfahrzeuge der Flotte zu einer virtuellen Entnahmestelle zusammengefasst sein. Unter einer virtuellen Entnahmestelle ist eine quantitative Zusammenfassung einer Mehrzahl technischer Entnahmestellen im Hinblick auf die bezogene und/oder abgegebene elektrische Leistung und/oder elektrische Energie zu verstehen. Dass Zusammenfassen kann insbesondere zu Abrechnungs- und/oder Preisbildungszwecken erfolgen.
Das Verfahren kann vorsehen, dass das Laden derart gesteuert wird, dass das Laden der Akkumulatoren bevorzugt in Betriebsphasen mit einem niedrigen Gesamtleistungsbedarf sämtlicher Schienenfahrzeuge der Flotte erfolgt.
Werden die Akkumulatoren bevorzugt im Betriebsphasen mit einem niedrigen Gesamtleistungsbedarf und/oder einer niedrigen Gesamtleistungsauf- nähme sämtlicher Schienenfahrzeuge der Flotte geladen, so führt die Erhöhung der Gesamtleistungsaufnahme der Schienenfahrzeuge von dem Energieversorger, die durch das Laden verursacht wird, mit einer geringeren Wahrscheinlichkeit dazu, dass das Laden eine negative Auswirkung auf den Leistungspreis hat. Dies gilt insbesondere dann, wenn sämtliche Schienenfahrzeuge der Flotte zu einer virtuellen Entnahmestelle zusammengefasst sind.
Insbesondere können bei der Steuerung des Ladens der Akkumulatoren Betriebsphasen ausgewählt werden, in denen der Gesamtleistungsbedarf für den Betrieb sämtlicher durch das Energieversorgungsnetz mit elektrischer Energie versorgter Schienenfahrzeuge und/oder deren Gesamtleistungsaufnahme niedrig ist. Dies kann insbesondere bedeuten, dass das Laden von Akkumulatoren durch die Steuerung auf spätere Betriebsphasen verschoben wird, um insbesondere dann, wenn zu erwarten ist, dass das Laden durch die Verschiebung in eine Betriebsphase mit einem niedrigeren Gesamtleistungsbedarf und/oder einer niedrigeren Gesamtleistungsaufnahme verschoben wird und der planmäßige Betrieb des betroffenen Schienenfahrzeugs durch die Verschiebung nicht beeinträchtigt wird.
Das Verfahren kann weiterhin vorsehen, dass das Entladen derart gesteuert wird, dass das Entladen der Akkumulatoren bevorzugt in Betriebsphasen mit einem hohen Gesamtleistungsbedarf und/oder einer hohen Gesamtleistungsaufnahme sämtlicher Schienenfahrzeuge der Flotte erfolgt. So kann in Betriebsphasen mit einem hohen Gesamtleistungsbedarf und/oder einer hohen Gesamtleistungsaufnahme der Schienenfahrzeuge ein Teil dieses Gesamtleistungsbedarfs durch das Entladen der Akkumulatoren einzelne Schienenfahrzeuge gedeckt werden. Die von den Schienenfahrzeugen insgesamt vom Energieversorger aufgenommene Gesamtleistung wird so gesenkt, was sich ebenfalls positiv auf den Leistungspreis auswirken kann. Dies gilt insbesondere dann, wenn sämtliche Schienenfahrzeuge der Flotte zu einer virtuellen Entnahmestelle zusammengefasst sind. Das Senken der Gesamtleistungsaufnahme sämtlicher Schienenfahrzeuge der Flotte durch das gezielte Entladen der Akkumulatoren führt insbesondere dann zu einer Senkung des Leistungspreises, wenn dadurch verhindert werden kann, dass die Gesamtleistungsaufnahme während einer bestimmten Betriebsphase derart hoch ist, dass dies einen unmittelbaren Einfluss auf den Leistungspreis hat. Dies ist beispielsweise möglich, wenn verhindert wird, dass es sich bei der jeweiligen Betriebsphase um eine Betriebsphase handelt, in der die durchschnittliche Gesamtleistungsaufnahme sämtlicher Schienenfahrzeuge über das Energieversorgungsnetz ohne das Entladen der Akkumulatoren derart hoch wäre, dass die durchschnittliche Gesamtleistungsaufnahme innerhalb einer für die Abrechnung relevanten Zeitperiode einen Maximalwert darstellen würde. Ein derartiger Maximalwert kann bei entsprechender Gestaltung des Tarifvertrags zu einem höheren Leistungspreis und damit zu einem signifikanten Anstieg der gesamten Betriebskosten führen.
Das Verfahren kann insbesondere auch vorsehen, dass in Betriebsphasen mit hohem Gesamtleistungsbedarf und/oder hoher Gesamtleistungsaufnahme sämtlicher Schienenfahrzeuge Akkumulatoren in das Energieversorgungsnetz entladen werden. Auf diese Weise kann durch das Entladen der Akkumulatoren nicht nur lediglich der Betrieb des jeweiligen Schienenfahrzeugs, welches diese Akkumulatoren aufweist, durch das Entladen der Akkumulatoren unterstützt und/oder ermöglicht werden, sondern auch der Betrieb anderer über das Energieversorgungsnetz mit elektrischer Energie versorgter Schienenfahrzeuge.
In diesem Zusammenhang wird das Entladen insbesondere derart gesteuert, dass ein gezieltes Entladen der Akkumulatoren zur Senkung der Gesamtleistungsaufnahme sämtlicher Schienenfahrzeuge der Flotte immer dann erfolgt, wenn zu erwarten ist, dass die Akkumulatoren mit hinreichender Wahrscheinlichkeit in späteren Betriebsphasen mit niedrigerem Gesamtleistungsbedarf und/oder niedriger Gesamtleistungsaufnahme wieder aufgeladen werden können, ohne dass es zu einer Beeinträchtigung des planmäßigen Betriebs der Schienenfahrzeuge kommt.
Bei den Betriebsphasen kann es sich insbesondere um konstante Zeitabschnitte handeln. Beispielsweise kann es sich um Zeitabschnitte einer Länge von 15 Minuten handeln. Insbesondere handelt es sich um Zeitabschnitte, die im Rahmen einer Erfassung der Gesamtleistungsaufnahme der Schienenfahrzeuge über das Energieversorgungsnetz betrachtet werden. Bei der Erfassung kann es sich insbesondere um eine Erfassung zu Abrechnungszwecken, insbesondere zur Ermittlung eines Leistungspreises, handeln.
Bei dem Gesamtleistungsbedarf und/oder der Gesamtleistungsaufnahme kann es sich insbesondere um einen mittleren Gesamtleistungsbedarf und/oder einer mittleren Gesamtleistungsaufnahme in einem bestimmten Zeitabschnitt handeln. Der Zeitabschnitt kann dabei insbesondere eine Betriebsphase sein. Das Verfahren kann vorsehen, dass das Entladen der Akkumulatoren bevorzugt in Betriebsphasen mit einem Gesamtleistungsbedarf von mehr als 80%, insbesondere von mehr als 90% eines Referenzgesamtleistungsbedarfs und/oder einer Referenzgesamtleistungsaufnahme erfolgt. Bei dem Referenzgesamtleistungsbedarf und/oder der Referenzgesamtleistungsaufnahme kann es sich insbesondere um den bisher höchsten Gesamtleistungsbedarf und/oder die bisher höchste Gesamtleistungsaufnahme in einer vergangenen Betriebsphase handeln. Bei der vergangenen Betriebsphase kann es sich insbesondere um eine Betriebsphase innerhalb eines bestimmten Betrachtungszeitraums, beispielsweise des laufenden Kalenderjahres, handeln. Eine derartige Steuerung des Entladens der Akkumulatoren hätte den Vorteil, dass sich hierdurch beispielsweise vermeiden ließe, dass eine ohnehin bereits angefallene maximale Gesamtleistungsaufnahme in einer Betriebsphase in einer späteren Betriebsphase überschritten wird. Alternativ und/oder ergänzend kann das Verfahren vorsehen, dass bei einer Überschreitung eines Grenzwertes für den Gesamtleistungsbedarf und/oder die Gesamtleistungsaufnahme das Laden der Akkumulatoren unterbunden wird. Das Verfahren kann insbesondere vorsehen, dass das Laden der Akkumulatoren in Betriebsphasen mit einem Gesamtleistungsbedarf von mehr als 80%, insbesondere von mehr als 90% eines Referenzgesamtleistungsbedarfs und/oder einer Referenzgesamtleistungsaufnahme unterbunden wird.
Das Verfahren kann vorsehen, dass der Leistungsbedarf und/oder die Leistungsaufnahme der einzelnen Schienenfahrzeuge gemessen und Leistungsdaten betreffen den Leistungsbedarf und/oder die Leistungsaufnahme der einzelnen Schienenfahrzeuge an die übergeordnete Steuerung übertragen werden. Die Leistungsdaten können von der übergeordneten Steuerung insbesondere ausgewertet werden, um Betriebsphasen mit hohen und/oder niedriger Gesamtleistungsbedarf und/oder mit hoher und/oder niedriger Gesamtleistungsaufnahme zu identifizieren. Die Leistungsdaten können durch die übergeordnete Steuerung insbesondere gespeichert werden. Derartige gespeicherte Leistungsdaten können genutzt werden, um einen zu erwartenden Leistungsbedarf und/oder eine zu erwartende Leistungsaufnahme des jeweiligen Schienenfahrzeugs in zukünftigen Betriebsphasen zu berechnen. Die Übertragung der Leistungsdaten kann hierbei insbesondere über eine drahtlose Datenverbindungen erfolgen.
Das Verfahren kann weiterhin vorsehen, dass von der übergeordneten Steuerung Steuersignale zur Steuerung des Ladens und/oder Entladen der Akkumulatoren an die einzelnen Schienenfahrzeuge gesendet werden. Bei den Steuersignalen kann es sich insbesondere um Datensignale handeln. Die Steuersignale können ebenfalls drahtlos, insbesondere über die gleiche drahtlose Datenverbindungen wie die Leistungsdaten, übertragen werden. Bei den Steuersignalen kann es sich insbesondere um Steuersignale zur Einstellung eines Ladestroms und/oder eines Entladestroms handeln. Die direkte Einstellung des Ladestroms und/oder des Entladestroms mittels Steuersignalen, die von der übergeordneten Steuerung an die Schienenfahrzeuge übertragen werden, hat den Vorteil, dass das Verfahren durch die Übertragung vergleichsweise einfacher Steuerbefehle an die einzelnen Fahrzeuge realisiert werden kann.
Das Verfahren kann vorsehen, dass für zukünftige Betriebsphasen ein zu erwartender Gesamtleistungsbedarf und/oder eine zu erwartende Gesamtleistungsaufnahme sämtlicher Schienenfahrzeuge der Flotte vorausberechnet wird. Die Steuerung des Ladens und/oder Entladens der Akkumulatoren kann insbesondere in Abhängigkeit von dem Ergebnis der Vorausberechnung erfolgen. Mit anderen Worten kann es sich bei der Gesamtleistungsaufnahme und/oder bei dem Gesamtleistungsbedarf, in deren bzw. dessen Abhängigkeit die Steuerung des Ladens und/oder Entladens erfolgt, um eine vorausberechnete zu erwartende Gesamtleistungsaufnahme und/oder einen vorausberechneten zu erwartenden Gesamtleistungsbedarf handeln.
Eine derartige Vorausberechnung des Gesamtleistungsbedarfs sämtlicher Schienenfahrzeuge für zukünftige Betriebsphasen vereinfacht insbesondere die Identifizierung von Betriebsphasen mit niedrigem und/oder hohem Gesamtleistungsbedarf und/oder mit niedriger und/oder hoher Gesamtleistungsaufnahme. Insbesondere kann bereits bevor Leistungsdaten über die jeweilige Betriebsphase vorliegen, von der Steuerung entschieden werden, ob es sich bei einer Betriebsphase voraussichtlich um eine Betriebsphase mit hohen oder niedrigeren Leistungsbedarf und/oder mit hoher oder niedriger Leistungsaufnahme handelt. Mit anderen Worten kann das Ergebnis der Vorausberechnung zur Identifizierung zukünftiger Betriebsphasen mit hohem Gesamtleistungsbedarf und/oder mit hoher Gesamtleistungsaufnahme und/oder zukünftiger Betriebsphasen mit niedrigem Gesamtleistungsbedarf und/oder mit niedriger Gesamtleistungsaufnahme genutzt werden.
Bei der Steuerung des Ladens und/oder Entladens, insbesondere der Vorausberechnung des zu erwartenden Gesamtleistungsbedarfs und/oder der zu erwartenden Gesamtleistungsaufnahme, kann wenigstens einer der folgenden Einflussfaktoren auf den Leistungsbedarf und/oder die Gesamtleistungsaufnahme einzelner Schienenfahrzeuge berücksichtigt werden:
- die geplante und/oder tatsächliche Verwendung des jeweiligen Schienenfahrzeugs im Hinblick auf die Routenplanung,
- die zu erwartende Umgebungstemperatur im Bereich des Schienenfahrzeugs,
- die zu erwartende Auslastung des Schienenfahrzeugs im Hinblick auf die Fahrgastanzahl,
- die nominale und/oder tatsächliche Kapazität der Akkumulatoren des jeweiligen Schienenfahrzeugs,
- der zu erwartenden Ladezustand der Akkumulatoren des jeweiligen Schienenfahrzeugs.
Bei der Berücksichtigung der geplanten Verwendung des jeweiligen Schienenfahrzeugs im Hinblick auf die Routenplanung kann insbesondere berücksichtigt werden, welche Strecke von dem jeweiligen Schienenfahrzeug im Rahmen des planmäßigen Betriebs zurückgelegt werden soll und insbesondere mit welchen Betriebsparametern, insbesondere welchen Geschwindigkeiten und/oder Beschleunigungen die entsprechende Strecke befahren werden soll. Weiterhin kann berücksichtigt werden, inwieweit die im planmäßigen Betrieb zurückzulegende Strecke über eine Elektrifizierung verfügt. Bei der Berücksichtigung der tatsächlichen Verwendung des jeweiligen Schienenfahrzeugs im Hinblick auf die Routenplanung kann insbesondere zudem berücksichtigt werden, inwieweit der aktuelle Betrieb von dem planmäßigen Betrieb abweicht, beispielsweise aufgrund von aktuellen Verspätungen. Durch diese Maßnahmen lässt sich zum einen der zu erwartende Gesamtleistungsbedarf und/oder die zu erwartende Gesamtleistungsaufnahme präziser berechnen, zum anderen kann errechnet werden, über welche Energiereserven die Akkumulatoren zu bestimmten Betriebsphasen und/oder Zeitpunkten des Betriebs noch verfügen müssen, um einen planmäßigen Betrieb weiterhin mit hinreichender Sicherheit zu ermöglichen.
Weiterhin kann bei der Steuerung des Ladens und/oder Entladens, insbesondere bei Vorausberechnung des zu erwartenden Gesamtleistungsbedarfs und/oder der zu erwartenden Gesamtleistungsaufnahme, die zu erwartende Umgebungstemperatur im Bereich des Schienenfahrzeugs berücksichtigt werden. Dies hat insbesondere den Vorteil, dass Temperatureinflüsse auf die Leistungsfähigkeit der Akkumulatoren und/oder ein zusätzlicher Leistungsbedarf und/oder eine zusätzliche Leistungsaufnahme des jeweiligen Schienenfahrzeugs für den Betrieb von Heiz- und/oder Kühleinrichtungen, beispielsweise zur Klimatisierung des Schienenfahrzeugs, berücksichtigt werden können.
Weiterhin kann die zu erwartende Auslastung des Schienenfahrzeugs im Hinblick auf die Fahrgastanzahl bei der Steuerung des Ladens und/oder Entladens, insbesondere bei der Vorausberechnung, berücksichtigt werden. Hierfür kann das Verfahren insbesondere vorsehen, dass die übergeordnete Steuerung auf gespeicherte Erfahrungswerte und/oder Buchungsinformationen zurückgreift. Die Kenntnis der zu erwartenden Auslastung ermöglicht insbesondere eine bessere Vorausberechnung des Leistungsbedarfs und/oder der Leistungsaufnahme des jeweiligen Schienenfahrzeugs, insbesondere aufgrund der auslastungsbedingten Schwankungen in der zu bewegenden Gesamtmasse des Schienenfahrzeugs.
Das Verfahren kann weiterhin vorsehen, dass die nominale und/oder die tatsächliche Kapazität der Akkumulatoren des jeweiligen Schienenfahrzeugs bei der Vorausberechnung berücksichtigt wird. Die Berücksichtigung der Kapazität der Akkumulatoren ermöglicht es insbesondere, die Steuerung des Ladens und/oder Entladens derart zu steuern, dass der planmäßige Betrieb der Schienenfahrzeuge mit hinreichender Sicherheit sichergestellt werden kann. Unter der nominalen Kapazität ist in diesem Zusammenhang die Kapazität gemäß der Spezifikation des jeweiligen Akkumulators zu verstehen. Unter der tatsächlichen Kapazität ist diejenige Kapazität zu verstehen, die der jeweilige Akkumulator zum jeweils betrachteten Zeitpunkt tatsächlich aufweist, wobei insbesondere ein alterungsbedingter Kapazitätsverlust berücksichtigt ist. Dabei kann das Verfahren vorsehen, dass die tatsächliche Kapazität gemessen und/oder berechnet wird, insbesondere wobei das Alter der Akkumulatoren bei der Berechnung berücksichtigt wird.
Das Verfahren kann weiterhin vorsehen, dass der Ladezustand der Akkumulatoren des jeweiligen Schienenfahrzeugs bei der Vorausberechnung berücksichtigt wird. Die Berücksichtigung des Ladezustands der Akkumulatoren ermöglicht es insbesondere, die Steuerung des Ladens und/oder Entladens derart zu steuern, dass der planmäßige Betrieb der Schienenfahrzeuge mit hinreichender Sicherheit sichergestellt werden kann.
Das Verfahren kann insbesondere vorsehen, dass bei der Steuerung des Ladens und/oder Entladens gespeicherte Leistungsdaten, die den bisherigen Betrieb der Schienenfahrzeuge betreffen, genutzt werden. Dies betrifft insbesondere die Nutzung der Leistungsdaten bei der Vorausberechnung des zu erwartenden Gesamtleistungsbedarfs und/oder der zu erwartenden Gesamtleistungsaufnahme. Auf diese Weise wird ein Selbstlerneffekt ermöglicht.
Das Verfahren kann insbesondere vorsehen, dass die gespeicherten Leistungsdaten durch die übergeordnete Steuerung in Verbindung mit anderen Einflussfaktoren auf den Leistungsbedarf und/oder die Leistungsaufnahme einzelner Schienenfahrzeuge, insbesondere den vorstehend genannten Einflussfaktoren auf den Leistungsbedarf und/oder die Leistungsaufnahme einzelner Schienenfahrzeuge, ausgewertet werden. Auf diese Weise kann beispielsweise der Leistungsbedarf und/oder die Leistungsaufnahme beim Befahren bestimmter Routen bei bestimmtem Fahrgastaufkommen unter der Berücksichtigung gespeicherter Leistungsdaten vorausberechnet werden. Es kann in diesem Zusammenhang vorteilhaft sein, wenn im Zusammenhang mit dem vorliegenden Verfahren ebenfalls weitere Betriebsdaten, die beispielsweise die Verwendung des jeweiligen Schienenfahrzeugs im Hinblick auf die Route, die Umgebungstemperatur im Bereich des Schienenfahrzeugs, die Auslastung des Schienenfahrzeugs, die Kapazität der Akkumulatoren des jeweiligen Schienenfahrzeugs und/oder den Ladezustand der Akkumulatoren des jeweiligen Schienenfahrzeugs betreffen können.
Weiterhin kann das Verfahren vorsehen, dass die Steuerung des Ladens und/oder Entladens der Akkumulatoren in Abhängigkeit von einem Preis für elektrische Energie und/oder einem zu erwartenden Preis für elektrische Energie erfolgt. Dies ist insbesondere dann sinnvoll, wenn der Arbeitspreis für die über das Energieversorgungsnetz bezogene elektrische Energie und/oder über das Energieversorgungsnetz an den Versorger zurück gespeiste elektrische Energie zeitlichen Schwankungen unterliegt.
Es ist insbesondere vorteilhaft, wenn das Laden und/oder Entladen derart gesteuert wird, dass das Laden der Akkumulatoren bevorzugt zu Zeiten mit niedrigem Preis für elektrische Energie und/oder das Entladen der Akkumulatoren bevorzugt zu Zeiten mit hohem Preis für elektrische Energie erfolgt. In diesem Zusammenhang kann es sich bei dem Preis sowohl um einen tatsächlichen Preis, der an die Steuerung vorzugsweise in Echtzeit übermittelt wird, und/oder einen zu erwartenden Preis, der, insbesondere von der Steuerung, beispielsweise aufgrund von Erfahrungsdaten ermittelt und insbesondere vorausberechnet wird, handeln. Eine derartige Variante des Verfahrens ermöglicht es, nicht nur eine Reduktion des Leistungspreises herbeizuführen, sondern darüber hinaus eine zusätzliche Ersparnis bei den zum Arbeitspreis abgerechneten Kosten zu erzielen.
Alternativ und/oder ergänzend kann das Verfahren vorsehen, dass die Steuerung des Ladens unter Berücksichtigung des Einflusses der Ladeleistung auf die Lebensdauer der Akkumulatoren erfolgt. Insbesondere kann das Verfahren vorsehen, dass das Laden derart gesteuert wird, dass zur Steigerung der Lebensdauer der Akkumulatoren eine niedrige Ladeleistung angestrebt wird. Eine niedrigere Ladeleistung wirkt sich positiv auf die Lebensdauer der Akkumulatoren aus. Im Zusammenhang mit dem vorstehend beschriebenen Verfahren kann die Steuerung des Ladens daher eine niedrigere Ladeleistung anstreben. Dies kann beispielsweise mittels eines Algorithmus erfolgen, der die bei der Steuerung des Ladens der Akkumulatoren bekannte Zusammenhänge zwischen Ladeleistung und Lebensdauer der Akkumulatoren berücksichtigt.
Weitere praktische Ausführungsformen und Vorteile der Erfindung sind nachfolgend im Zusammenhang mit den Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung des Betriebs einer Mehrzahl Schienenfahrzeuge an einem gemeinsamen Energieversorgungsnetz in einer Betriebsphase mit hohem Gesamtleistungsbedarf nach dem Stand der Technik,
Fig. 2 eine entsprechende schematische Darstellung in einer Betriebsphase mit einem niedrigen Gesamtleistungsbedarf nach dem Stand der Technik,
Fig. 3 eine entsprechende schematische Darstellung in einer Betriebsphase mit hohem Gesamtleistungsbedarf unter Durchführung eines beispielhaften Verfahrens zur Steuerung des Ladens und/oder Entladens,
Fig. 4 eine entsprechende schematische Darstellung in einer Betriebsphase mit einem niedrigen Gesamtleistungsbedarf unter Durchführung eines beispielhaften Verfahrens zur Steuerung des Ladens und/oder Entladens, In den Figuren 1 bis 4 sind beispielhaft Szenarien dargestellt, die veranschaulichen, wie das Verfahren zur Steuerung des Ladens und/oder Entladens von Akkumulatoren einer Flotte von Schienenfahrzeugen 10, 12 und 14 genutzt werden kann, um die für den Betreiber aufgrund des Leistungspreises entstehenden Energiekosten zu senken. Im gezeigten Beispiel bilden die die Schienenfahrzeuge 10, 12 und 14) der Flotte im Hinblick auf die Versorgung der der Flotte mit elektrischer Energie durch den Energieversorger 26 jeweils eine technische Entnahmestelle und sämtliche Schienenfahrzeuge 10, 12 und 14 der Flotte sind zu einer virtuellen Entnahmestelle zusammengefasst.
In den Figuren 1 bis 4 sind beispielhaft zwei unterschiedliche Betriebsphasen dargestellt. Dabei zeigen die Figuren 1 und 2 beispielhafte Betriebsphasen nach dem Stand der Technik, während die Figuren 3 und 4 entsprechende Betriebsphase unter Durchführung des Verfahrens zur Steuerung des Ladens und/oder Entladens von Akkumulatoren von Schienenfahrzeugen zeigen.
In der Figur 1 ist eine Betriebsphase dargestellt, in der die beispielhaften Schienenfahrzeuge 10, 12 und 14 jeweils den für ihren Betrieb notwendigen Leistungsbedarf decken, indem sie durch den Energieversorger 26 über das Energieversorgungsnetz 16 mit elektrischer Energie versorgt werden. Die Leistungsaufnahmen 18, 20 und 22 der Schienenfahrzeuge 12, 14 und 16 addieren sich entsprechend zu einer Gesamtleistungsaufnahme 24 sämtlicher Schienenfahrzeuge 10, 12 und 14 der Flotte. Die Gesamtleistungsaufnahme 24 wird von dem Energieversorger 26 bezogen.
In den schematischen Darstellungen sind die Quantitäten der unterschiedlichen Leistungsaufnahmen 18, 20, 22 und 24 durch die Breiten der entsprechenden Pfeile angedeutet. Das in Figur 1 dargestellte Szenario ergibt entsprechend eine hohe Gesamtleistungsaufnahme 24, die auf dem hohen Gesamtleistungsbedarf der durch den Energieversorger 26 über das Energieversorgungsnetz mit elektrischer Energie versorgten Schienenfahrzeuge 10, 12 und 14 beruht, der bei allen Schienenfahrzeugen 10, 12 und 14 durch über das Energieversorgungsnetz 16 von dem Energieversorger 26 bezogene elektrische Leistung gedeckt wird.
In Figur 2 ist das entsprechende Szenario in einer beispielhaften späteren Betriebsphase dargestellt. Diese unterscheidet sich dadurch, dass die beispielhaften Schienenfahrzeuge 12 und 14 nicht durch den Energieversorger 26 über das Energieversorgungsnetz mit elektrischer Energie versorgt werden. Dies kann beispielsweise daran liegen, dass die Schienenfahrzeuge in der Figur 2 dargestellten Betriebsphase ihren Energiebedarf aus ihrem Akkumulatoren decken, beispielsweise weil sie in der entsprechenden Betriebsphase auf nicht elektrifizierten Strecken betrieben werden. Dies führt dazu, dass die Gesamtleistungsaufnahme 24 in dieser Betriebsphase wesentlich geringer ist, da lediglich die beispielhafte Leistungsaufnahme 18 zu der Gesamtleistungsaufnahme 24, die über das Energieversorgungsnetz 16 vom Energieversorger 26 bezogen wird, beiträgt.
In den Figuren 3 und 4 ist nun schematisch die Auswirkung eines Verfahrens zur Steuerung des Ladens und/oder Entladen von Akkumulatoren einer Flotte von Schienenfahrzeugen auf die vom Energieversorger 26 bezogene Gesamtleistungsaufnahme 24 dargestellt. Das Laden und/oder Entladen der Akkumulatoren der einzelnen Schienenfahrzeuge 10, 12 und 14 der Flotte wird dabei durch die gemeinsame übergeordnete Steuerung 28 gesteuert. Hierfür kann die Steuerung 28 über drahtlose Datenverbindungen 30 mit den einzelnen Schienenfahrzeugen 10, 12 und 16 verbunden sein.
Die beispielhafte Steuerung steuert das Laden derart, dass das Laden der Akkumulatoren bevorzugt in Betriebsphasen mit einem niedrigen Gesamtleistungsbedarf und/oder einer niedrigen Gesamtleistungsaufnahme 24 sämtlicher durch das Energieversorgungsnetz mit elektrischer Energie versorgter Schienenfahrzeuge erfolgt. Um eine solche Phase handelt es sich beispielhaft bei den in Figuren 2 und 4 dargestellten Betriebsphase. Weiterhin wird im Rahmen des beispielhaften Verfahrens das Entladen derart gesteuert, dass das Entladen der Akkumulatoren bevorzugt in Betriebsphasen mit einem hohen Gesamtleistungsbedarf und/oder einer hohen Gesamtleistungsaufnahme 24 sämtlicher Schienenfahrzeuge 10, 12 und 14 der Flotte erfolgt. Ein derartiges Szenario ist in den Figuren 1 und 3 dargestellt.
Zur Ermittlung der Betriebsphasen kann die Steuerungseinrichtung 28 unterschiedliche Einflussfaktoren auf den zu erwartenden Energiebedarf und/oder die zu erwartende Gesamtleistungsaufnahme 24 in zukünftigen Betriebsphasen berücksichtigen. Hierzu kann insbesondere gehören, ob die Schienenfahrzeuge 10, 12 und 14 sich auf elektrifizierten oder nicht elektrifiziert Strecken während der entsprechenden Betriebsphase befinden. Diese Kenntnisse führen dazu, dass der Gesamtleistungsbedarf und/oder die Gesamtleistungsaufnahme 24 Schienenfahrzeuge 10. 12, und 14 der Flotte in der ersten Betriebsphase, die in den Figuren 1 und 3 dargestellt ist, höher ist, da dort - zumindest potentiell - alle Schienenfahrzeuge 10, 12 und 14 durch das Energieversorgungsnetz 16 mit elektrischer Energie versorgt werden, während in der Betriebsphase in Figur 4 lediglich das Schienenfahrzeug 10 durch das Energieversorgungsnetz mit elektrischer Energie versorgt wird und so zur Gesamtleistungsaufnahme sämtlicher durch das Energieversorgungsnetz 16 mit elektrischer Energie versorgter Schienenfahrzeuge 10 beiträgt.
Im gezeigten Beispiel kann die Steuerung 28 das Ergebnis der Vorausberechnung zur Identifizierung zukünftiger Betriebsphasen mit hohem oder niedrigen Gesamtleistungsbedarf und/oder hoher oder niedriger Gesamtleistungsaufnahme 24 nutzen und basierend auf dem Ergebnis das Laden und Entladen der Akkumulatoren, wie beispielhaft dargestellt, steuern.
In der Betriebsphase mit hohem Gesamtleistungsbedarf, die in Figur 1 und
Figur 3 dargestellt ist, kann das Entladen der Akkumulatoren des Schienen- fahrzeugs 10 beispielsweise wie in Figur 3 gezeigt derart gesteuert werden, dass die Akkumulatoren den eigenen Bedarf des Schienenfahrzeug 10 an elektrischer Energie decken und vorteilhafterweise darüber hinaus eine Leistungsabgabe 32 an das Energieversorgungsnetz 16 abgeben. Diese kann zur Deckung des Leistungsbedarf der Schienenfahrzeuge 12 und 14 zusätzlich beitragen und so die Gesamtleistungsaufnahme 24 in der in Figur 3 beispielhaft dargestellten Betriebsphase zusätzlich senken.
Während nach dem Stand der Technik alle Akkumulatoren auf einem möglichst hohen Ladestand gehalten werden, solange das jeweilige Schienenfahrzeug 10, 12 oder 14 durch das Energieversorgungsnetz 16 mit elektrischer Energie versorgt wird, steuert Steuerung 28 das Entladen des Akkumulators des Schienenfahrzeugs 10 so, dass dieser trotz des Vorhandenseins einer Versorgung des Schienenfahrzeug 10 mit elektrischer Energie über das Energieversorgungnetz 16 entladen wird.
Im gezeigten Beispiel fällt die Wahl der Steuerung auf das Schienenfahrzeug 10, da bei der Steuerung des Ladens und/oder Entladens insbesondere die geplante Verwendung des jeweiligen Schienenfahrzeug 10, 12 und 14 berücksichtigt wird. Dadurch ist der Steuerung 28 beispielsweise bekannt, dass in einer späteren Betriebsphase, die in den Figuren 3 und 4 dargestellt ist, die Möglichkeit besteht, dass die Akkumulatoren des Schienenfahrzeugs 10 zu laden, während die Schienenfahrzeuge 12 und 14 auf nicht elektrifizierten Strecken auf die Akkumulatoren angewiesen sind. Deren Ladestand wird daher in der Figur 3 dargestellten Betriebsphase erhalten.
In der in Figur 4 dargestellten Betriebsphase steigt im gezeigten Beispiel gegenüber der in Figur 2 dargestellten entsprechenden Betriebsphase nach dem Stand der Technik zwar die Gesamtleistungsaufnahme 24 aufgrund der erhöhten Leistungsaufnahme 18 des Schienenfahrzeugs 10 an, die Gesamtleistungsaufnahme 24 bleibt jedoch vorteilhafter Weise auf einem für den Leistungspreis unkritischen Niveau. Betrachtet über beide beispielhaften Betriebsphasen, so ist der Höchstwert der Gesamtleistungsaufnahme 24 im gezeigten Beispiel in dem Fall der Figuren 3 und 4 vorteilhafter Weise geringer als im Fall der Figuren 1 und 2, was zu einem niedrigeren Leistungspreis und damit insgesamt geringeren Energiekosten für den Betrieb der Schienenfahrzeuge 10, 12 und 14 führt.
Die in der vorliegenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebigen Kombinationen für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein. Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Sie kann im
Rahmen der Ansprüche und unter Berücksichtigung der Kenntnisse des zuständigen Fachmanns variiert werden.
* * * * * * *
Bezugszeichenliste
10 Schienenfahrzeug
12 Schienenfahrzeug 14 Schienenfahrzeug
16 Energieversorgungsnetz
18 Leistungsaufnahmen
20 Leistungsaufnahmen
22 Leistungsaufnahmen 24 Gesamtleistungsaufnahme
26 Energieversorger
28 Steuerung
30 Datenverbindung
32 Leistungsabgabe

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Steuerung des Ladens und/oder Entladens von Akkumulatoren einer Flotte von Schienenfahrzeugen (10, 12, 14), wobei die Flotte eine Mehrzahl von Schienenfahrzeugen (10, 12, 14) aufweist, die mit elektrischer Energie versorgt wird, wobei die elektrische Energie von einem Energieversorger bezogen wird, wobei zumindest ein Teil der Schienenfahrzeuge der Flotte (10, 12, 14) über Akkumulatoren verfügt, die einen fahrleitungsunabhängigen Betrieb des jeweiligen Schienenfahrzeugs (10, 12, 14) über einen bestimmten Zeitraum ermöglichen, wobei das Laden und/oder Entladen der Akkumulatoren der einzelnen Schienenfahrzeuge (10, 12, 14) durch eine gemeinsame übergeordnete Steuerung (28) gesteuert wird, und wobei die Steuerung des Ladens und/oder Entladens der Akkumulatoren in Abhängigkeit von einem Gesamtleistungsbedarf, der für den Betrieb sämtlicher Schienenfahrzeuge ohne Nutzung der Akkumulatoren notwendig wäre, und/oder einer Gesamtleistungsaufnahme (24) sämtlicher Schienenfahrzeuge (10, 12, 14) der Flotte, die von dem Energieversorger bezogen wird, erfolgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Schienenfahrzeuge (10, 12, 14) der Flotte im Hinblick auf die Versorgung der der Flotte mit elektrischer Energie durch den Energieversorger jeweils eine technische Entnahmestelle bilden und sämtliche Schienenfahrzeuge (10, 12, 14) der Flotte zu einer virtuellen Entnahmestelle zusammengefasst sind.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Laden derart gesteuert wird, dass das Laden der Akkumulatoren bevorzugt in Betriebsphasen mit einem niedrigen Gesamtleistungsbedarf und/oder einer niedrigen Gesamtleistungsaufnahme (24) sämtlicher Schienenfahrzeuge (10, 12, 14) der Flotte erfolgt. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Entladen derart gesteuert wird, dass das Entladen der Akkumulatoren bevorzugt in Betriebsphasen mit einem hohen Gesamtleistungsbedarf und/oder mit einer hohen Gesamtleistungsaufnahme (24) sämtlicher Schienenfahrzeuge (10, 12, 14) der Flotte erfolgt. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Betriebsphasen um konstante Zeitabschnitte und bei dem Gesamtleistungsbedarf und/oder bei der Gesamtleistungsaufnahme (24) um den mittleren Gesamtleistungsbedarf und/oder die mittlere Gesamtleistungsaufnahme (24) in dem jeweiligen Zeitabschnitt handelt. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Entladen derart gesteuert wird, dass das Entladen der Akkumulatoren bevorzugt in Betriebsphasen mit einem Gesamtleistungsbedarf und/oder mit einer Gesamtleistungsaufnahme (24) von mehr als 80%, insbesondere von mehr als 90%, eines Referenzgesamtleistungsbedarfs und/oder einer Referenzgesamtleistungsaufnahme (24) erfolgt. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Leistungsbedarf und/oder die Leistungsaufnahme (18, 20, 22) der einzelnen Schienenfahrzeuge (10, 12, 14) gemessen und Leistungsdaten betreffend den Leistungsbedarf und/oder die Leistungsaufnahme (18, 20, 22) der einzelnen Schienenfahrzeuge (10, 12, 14) an die übergeordnete Steuerung (28) übertragen und von der übergeordneten Steuerung (28) ausgewertet und insbesondere gespeichert werden. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass von der übergeordneten Steuerung (28) Steuersignale, zur Steuerung des Ladens und/oder Entladens der Akkumulatoren, insbesondere zur Einstellung eines Lade- oder Entladestroms, an die einzelnen Schienenfahrzeuge (10, 12, 14) gesendet werden. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für zukünftige Betriebsphasen ein zu erwartender Gesamtleistungsbedarf und/oder eine zu erwartende Gesamtleistungsaufnahme (24) sämtlicher Schienenfahrzeuge (10, 12, 14) der Flotte vorausberechnet wird und die Steuerung des Ladens und/oder Entladens der Akkumulatoren in Abhängigkeit von dem Ergebnis der Vorausberechnung erfolgt. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Ergebnis der Vorausberechnung zur Identifizierung zukünftiger Betriebsphasen mit hohem Gesamtleistungsbedarf und/oder hoher Gesamtleistungsaufnahme (24) und/oder zukünftiger Betriebsphasen mit niedrigem Gesamtleistungsbedarf und/oder niedriger Gesamtleistungsaufnahme (24) durch die übergeordnete Steuerung (28) genutzt wird. 1 . Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Steuerung des Ladens und/oder Entladens, insbesondere bei der Vorausberechnung des zu erwartenden Gesamtleistungsbedarfs und/oder der zu erwartenden Gesamtleistungsaufnahme (24), wenigstens einer der folgenden Einflussfaktoren auf den Leistungsbedarf und/oder die Leistungsaufnahme (18, 20, 22) einzelner Schienenfahrzeuge (10, 12, 14) berücksichtigt wird: die geplante und/oder tatsächliche Verwendung des jeweiligen Schienenfahrzeugs (10, 12, 14) im Hinblick auf die Routenplanung, die zu erwartende Umgebungstemperatur im Bereich des Schienenfahrzeugs (10, 12, 14), die zu erwartende Auslastung des Schienenfahrzeugs (10, 12, 14) im Hinblick auf die Fahrgastanzahl, die nominale und/oder tatsächliche Kapazität der Akkumulatoren des jeweiligen Schienenfahrzeugs (10, 12, 14), der zu erwartenden Ladezustand der Akkumulatoren des jeweiligen Schienenfahrzeugs (10, 12, 14). 2. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Steuerung des Ladens und/oder Entladens, insbesondere bei der Vorausberechnung des zu erwartenden Gesamtleistungsbedarfs und/oder der zu erwartenden Gesamtleistungsaufnahme (24), gespeicherte Leistungsdaten, die den bisherigen Betrieb der Schienenfahrzeuge (10, 12, 14) betreffen, genutzt werden. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung des Ladens unter Berücksichtigung des Einflusses der Ladeleistung auf die Lebensdauer der Akkumulatoren erfolgt, insbesondere wobei das Laden derart gesteuert wird, dass zur Steigerung der Lebensdauer der Akkumulatoren eine niedrige Ladeleistung angestrebt wird. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung des Ladens und/oder Entladens der Akkumulatoren in Abhängigkeit von einem Preis für elektrische Energie und/oder einem zu erwartenden Preis für elektrische Energie erfolgt, insbesondere wobei das Laden und/oder Entladen derart gesteuert wird, dass das Laden der Akkumulatoren bevorzugt zu Zeiten mit niedrigem Preis für elektrische Energie und/oder dass das Entladen der Akkumulatoren bevorzugt zu Zeiten mit hohem Preis für elektrische Energie erfolgt.
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