WO2023198465A1 - Method for determining a setpoint value of a charging output for charging a battery of a vehicle by means of a charging device - Google Patents

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WO2023198465A1
WO2023198465A1 PCT/EP2023/058243 EP2023058243W WO2023198465A1 WO 2023198465 A1 WO2023198465 A1 WO 2023198465A1 EP 2023058243 W EP2023058243 W EP 2023058243W WO 2023198465 A1 WO2023198465 A1 WO 2023198465A1
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WO
WIPO (PCT)
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charging
power
charging device
vehicle
battery
Prior art date
Application number
PCT/EP2023/058243
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German (de)
French (fr)
Inventor
Michael Hilsch
Robert Kaps
Benedikt Alt
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch Gmbh filed Critical Robert Bosch Gmbh
Publication of WO2023198465A1 publication Critical patent/WO2023198465A1/en

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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/34Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering
    • H02J7/35Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering with light sensitive cells
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2300/00Systems for supplying or distributing electric power characterised by decentralized, dispersed, or local generation
    • H02J2300/20The dispersed energy generation being of renewable origin
    • H02J2300/22The renewable source being solar energy
    • H02J2300/24The renewable source being solar energy of photovoltaic origin
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2310/00The network for supplying or distributing electric power characterised by its spatial reach or by the load
    • H02J2310/10The network having a local or delimited stationary reach
    • H02J2310/12The local stationary network supplying a household or a building

Definitions

  • the invention relates to a method for determining a target value of a charging power for charging a battery of a vehicle by means of a charging device, a computing unit, a charging device and a system, as well as a corresponding computer program and a storage medium.
  • the battery-electric vehicle can absorb the solar energy generated during the day
  • the effort required for implementation and ultimately also in the acquisition costs differentiate.
  • it is a time-based control in which the charging device is switched on at a certain time and switched off again a few hours later. During this period, the battery in the vehicle is charged with constant electrical power.
  • fluctuations in the solar power generated are not taken into account and, for example, in the event of drops due to cloud formation, corresponding electrical power has to be purchased.
  • excess solar energy cannot be absorbed by the vehicle's battery.
  • the charging power for the battery-electric vehicle can be adjusted very well and you can then ensure that your own consumption is optimized.
  • the new measuring device leads to significantly higher system complexity and significantly higher acquisition costs.
  • DE 10 2013 002 078 A1 discloses a method for charging an electrical energy storage device of a vehicle.
  • the energy storage device is coupled to a charging device.
  • At least one charging profile is determined and set depending on user specifications and boundary conditions.
  • the energy storage device is charged at least with electrical solar energy generated from solar radiation by means of a solar system of the charging device, with at least one departure time specified by the user and, as a boundary condition, an available amount of solar energy being taken into account when determining and setting the charging profile.
  • the subject of the present invention is a method for determining a target value of a charging power for charging a battery of a vehicle by means of a charging device according to claim 1.
  • the charging device is electrically connectable, in particular electrically connected, to a photovoltaic system and a consumer system.
  • the method includes a step of reading in performance information, which is a difference between actual values of a power provided by the photovoltaic system and a power provided by the consumer system power removed and a charging power provided by the charging device for charging the battery of the vehicle. That is, in other words, the performance information represents a difference between an actual value of the power provided by the photovoltaic system and an actual value of the power taken by means of the consumer system and an actual value of the charging power provided by the charging device for charging the battery of the vehicle.
  • the method further comprises a step of determining the target value of the charging power based on the performance information using a control algorithm by means of a computing unit, wherein the determined target value of the charging power represents an excess of the power provided in order to charge the battery of the vehicle with the target value of the determined charging power the charging device.
  • the subject of the present invention is a computing unit for determining a charging power for charging a battery of a vehicle by means of a charging device according to claim 7.
  • the subject of the present invention is a charging device for charging a battery of a vehicle according to claim 8.
  • the subject of the present invention is a system for charging a battery of a vehicle according to claim 9.
  • the subject of the present invention is a computer program and a machine-readable storage medium.
  • the vehicle comprises a battery which is designed to at least partially supply a drive unit, in particular an electric motor, of the vehicle with electrical energy. It is conceivable that the vehicle is a battery-electric vehicle or a hybrid vehicle.
  • the vehicle may be a land vehicle, an aircraft or a watercraft.
  • the vehicle is a car, a truck, an e-bike, an electrically powered helicopter or an electrically powered boat.
  • the vehicle includes a charging interface, which is electrically connectable to a charging interface of the charging device in order to charge or discharge the battery of the vehicle.
  • the charging device comprises at least one further charging interface in order to connect the charging device directly or indirectly to the photovoltaic system and/or the consumer system.
  • the charging device is preferably designed as a wallbox. It is conceivable that the charging device is arranged on an infrastructure element or a building.
  • the photovoltaic system includes one or more photovoltaic modules and an inverter.
  • the photovoltaic modules are arranged, for example, on a roof of a building.
  • the photovoltaic system is designed to provide electrical power generated by the photovoltaic modules and converted into alternating current by means of the inverter.
  • the photovoltaic system can also include one or more electrical storage units, for example battery storage, which are designed to absorb or remove power provided in particular by photovoltaic modules of the photovoltaic system and to temporarily store it.
  • the storage unit of the photovoltaic system is designed to provide the stored electrical energy to the charging device.
  • the consumer system includes one or more consumers different from the vehicle, which are preferably arranged on or in the building.
  • the consumer system can also include one or more electrical storage units, for example battery storage, which are designed to absorb or remove and store power provided in particular by the photovoltaic system.
  • the storage unit of the consumer system is designed to provide the stored electrical energy to the charging device.
  • the charging device, the photovoltaic system and the consumer system are indirectly electrically connected or connected to one another by means of a distribution unit, in particular arranged on or in the building.
  • a distribution unit in particular arranged on or in the building.
  • an actual value of a service can be understood to mean a current or current value of the service.
  • a target value of a service can be understood as a determined value of the service into which the actual value of the service is to be or is being transferred, in particular in the sense of a regulation.
  • the reading of the performance information is preferably preceded by a step of sensory detection or measurement of the difference between the actual values of the power provided by the photovoltaic system and the power taken by the consumer system and the charging power provided by the charging device for charging the battery of the vehicle.
  • the difference is recorded or measured, for example, at an interface to an electrical supply network.
  • the difference can be recorded as a power delivered to the electrical supply network or provided by the electrical supply network.
  • the actual values are first recorded separately or individually and then the difference is determined based on the separately or individually recorded actual values. Detecting or measuring the power or the power difference can be done, for example, by means of an electrical power measuring unit.
  • the performance information is in particular a digital or analog signal which represents the difference between the actual values of the power provided by the photovoltaic system and the power taken by the consumer system and the charging power provided by the charging device for charging the battery of the vehicle.
  • Reading in the performance information can include reading in or reading out the performance information from a, in particular temporary, storage medium.
  • Determining the setpoint of the charging power based on the read power information using a control algorithm is preferably a calculation of the charging power depending on the difference between the actual values.
  • the determined can Charging power may deviate from an actual surplus of power.
  • An excess of power provided can be understood to mean a difference between the power provided by the photovoltaic system and the power consumed by the consumer system, the difference preferably being positive.
  • the control algorithm is set up to regulate the difference between the actual values of the power provided by the photovoltaic system and the power taken by means of the consumer system and the charging power provided by the charging device for charging the battery of the vehicle to a predetermined target value, preferably zero, in order to achieve this not to import power from a supply network to charge the vehicle's battery.
  • the control algorithm advantageously includes a controller with an integral component.
  • the controller can be an integral controller, a proportional-integral controller or a proportional-integral-derivative controller. This means that the control algorithm is set up to regulate as precisely as possible to the specified setpoint.
  • the computing unit can have one or more hardware and/or software interfaces in order to read in or receive the performance information.
  • the computing unit can have one or more hardware and/or software modules in order to determine or calculate the target value of the charging power.
  • the computing unit can have a hardware and/or software interface in order to output a signal with information regarding the determined setpoint of the charging power.
  • the computing unit can be arranged on the charging device, in particular integrated into the charging device.
  • the computing unit can also be arranged away from the charging device, for example within a building, or be part of a cloud computing environment.
  • the computing unit arranged away from the charging device is connected to the charging device wirelessly or by wire in order to transmit an analog or digital signal with information regarding the determined setpoint of the charging power to the charging device.
  • the control algorithm is set up to determine the setpoint of the charging power taking into account at least one charging property of the charging device, the at least one charging property being selected from: maximum charging power of the charging device, predetermined charging power levels of the charging device.
  • the maximum charging power of the charging device can include reducing the determined charging power to the maximum charging power if the determined charging power is greater than the maximum charging power.
  • the predetermined charging power levels of the charging device can include increasing or reducing the determined charging power to that of the predetermined charging power levels that deviates minimally, positively or negatively, from the determined charging power.
  • typical non-linear features of the charging device such as:
  • the control algorithm includes a charging device model with an anti-wind-up feedback in order to take into account the at least one charging characteristic of the charging device when determining the setpoint of the charging power.
  • the anti-wind-up feedback is preferably set up to subtract a difference between an input variable of a charging device model representing at least one charging characteristic of the charging device and an output variable of the charging device model from an input variable of a controller of the control algorithm.
  • control algorithm is set up to take into account additional performance information provided, in particular by means of a consumer model, when determining the setpoint value of the charging power, which represents a power consumption, in particular expected, for one or more consumers of the consumer system.
  • the consumer model can have expected services received for individual consumers for specified points in time or times or time windows, in particular on specified days of the week, optionally at specified months or seasons.
  • the anticipated services included by the consumer model may be based on one or more user inputs from one or more users. It is conceivable that power values for different times, days, months are entered using a user interface, for example based on estimated values for the consumer's respective power consumption (e.g. maximum values for the power according to a consumer data sheet).
  • a power consumed by these consumers can be detected by sensors for one or more consumers of the consumer system and the power consumed by these consumers can be determined for one or more further consumers of the consumer system using a consumer model.
  • the consumer model can include a lookup table or be based on a data-based model such as Multilayer Perceptron.
  • the lookup table is particularly user-friendly.
  • the consumer model can be part of a software and/or hardware module of the computing unit. It is also conceivable that the consumer model goes beyond the Computing unit is implemented, for example in a cloud computing environment. In this case, the power determined using the consumer model is transferred to the computing unit. Due to the increased storage resources caused by the cloud computing environment, high-time resolution consumer models can also be realized.
  • This configuration allows reproducible processes in electrical consumers, especially in private households, to be taken into account when photovoltaic surplus charging, thereby increasing the quality of the control.
  • the method includes a step of charging the battery of the vehicle with the setpoint of the determined charging power by means of the charging device, wherein, in particular, additional power is provided to the charging device by means of a power supply unit only if the setpoint of the determined charging power is greater is as a difference between the power provided by the photovoltaic system and the power taken by means of the consumer system, or a power consumption unit additional power is provided by means of the charging device if the setpoint of the determined charging power is smaller than the difference between the power provided by the photovoltaic system and the power consumed by the consumer system.
  • the power consumption unit and/or power consumption unit can be a local storage unit, for example an electrical storage unit such as a battery. It is also conceivable that the power consumption unit and/or power consumption unit is designed as an electrical supply network, fed by one or more power plants. This design ensures that the vehicle is actually charged with the target value of the determined charging power, regardless of whether the actual excess power corresponds to the determined excess power.
  • a computer program product or computer program with program code which can be stored on a machine-readable carrier or storage medium such as a semiconductor memory, a hard drive memory or an optical memory and for carrying out, implementing and / or controlling the steps of the method according to one of the embodiments described above is used, especially if the program product or program is executed on a computer or a computing unit.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of an electrical network for a photovoltaic surplus charging of a vehicle
  • Fig. 2 is a block diagram of a controlled system
  • Fig. 3 is a block diagram of a control circuit according to one
  • FIG. 4 is a block diagram of a control loop according to an alternative embodiment
  • Fig. 5 is a flowchart of a method for determining a
  • Charging power for charging a battery of a vehicle Charging power for charging a battery of a vehicle.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of an electrical network, which enables photovoltaic excess charging of a battery-electric vehicle 30, for example on a residential building 10.
  • a charging device 12 designed as a wallbox 12, a photovoltaic system 14 with photovoltaic modules 16 and an inverter 18, and a consumer system 20 with one or more electrical consumers are arranged on the residential building 10.
  • the residential building 10 includes an electrical distribution unit 22.
  • the photovoltaic system 14 is designed to provide electrical power generated by the photovoltaic modules 16 and converted into alternating current by means of the inverter 18 to the consumer system 20, the charging device 12 and / or to a supply network 26 that electrically connects the residential building 10 to a power plant.
  • the distribution unit 22 comprises a plurality of electrical interfaces which are designed to provide an electrical connection between the distribution unit 22 and the inverter 18, between the distribution unit 22 and the consumer system 20, between the distribution unit 22 and the charging device 12 and between the distribution unit 22 and the supply network 26 to enable.
  • the charging device 10 is electrically connected to the photovoltaic system 14 and the consumer system 20 indirectly via the distribution unit 22.
  • the charging device 12 is assigned a computing unit 28, which can be arranged on the charging device 12, in particular integrated into the charging device 12. It is also conceivable that the computing unit 28 is arranged away from the charging device 12, for example within the residential building, or is part of a cloud computing environment.
  • the computing unit 28 is set up to determine a target value of a charging power for charging a battery 32 of the vehicle 30 using the charging device 12.
  • the computing unit 28 includes a processor, a storage medium with a computer program, and at least one communication interface.
  • the computer program includes commands which, when executed by the processor, cause a target value of a charging power for charging the battery 32 of the vehicle 30 to be determined according to the method described below.
  • the computing unit 28 is set up to receive performance information regarding a difference between an actual value of a power provided by the photovoltaic system 14 and an actual value of a power taken by means of the consumer system 20 and an actual value of a charging power provided by means of the charging device 12 for charging the battery 32 of the vehicle 30 to read in.
  • the computing unit 28 is set up to determine the target value of the charging power based on the read power information using a control algorithm.
  • the determined target value of the charging power represents an excess of the power provided in order to charge the battery 32 of the vehicle 30 with the determined charging power using the charging device 12.
  • the 2 shows a block diagram of a controlled system 34 on which the charging of the vehicle 30 is based with the determined charging power.
  • the controlled variable or control intervention of the controlled system 34 is the charging power P batt:re f determined by the computing unit 28 and the controlled variable is one of the supply network 26 provided or a service purchased by means of the supply network or exported into the supply network assigned to P grid .
  • the power P grid which is exported into the supply network 26 or imported from the supply network 26, corresponds, in simple terms, to a difference between a power P so iar provided by the photovoltaic system 16 and the charging power P batt , by means of which the battery 32 of the vehicle 30 is charged is, as well as the power Pconsumer> taken by the consumer system 20, which corresponds to the current consumption of all other electrical devices in the residential building 10:
  • the controlled system 34 takes into account a first charging property 36 of the charging device 12 and a second charging property 38 of the charging device 12.
  • the first charging property 36 represents a maximum charging power of the charging device 12, which can be provided by the charging device 12 for charging the battery 32 of the vehicle 30, for example 11 kW.
  • the charging device 12 is set up to charge the battery 32 of the vehicle 30 with the maximum charging power if the determined charging power P batt:re f exceeds the maximum charging power.
  • the first charging property 36 additionally represents a maximum negative charging power of the charging device 12, which can be maximally absorbed by the battery 32 of the vehicle 30 by means of the charging device 12 and made available to the consumer system 20. In this way, using the control algorithm presented, power consumed by the consumer system 20 can also be covered from the battery 32 of the vehicle as an alternative or in addition to the photovoltaic system 14 if there is not enough solar power available.
  • the second charging property 38 represents predetermined charging power levels of the charging device 12, according to which the charging power that can be provided for charging the battery 32 of the vehicle 30 is discretized, for example 1.4 kW, 3.7 kW, 7.4 kW, 11 kW.
  • the charging device 12 is set up to charge the battery 32 of the vehicle 30 with a charging power which deviates minimally in magnitude or positively or negatively from the determined charging power.
  • the controlled system 34 takes into account typical non-linear characteristics of the charging device 12 such as power limitations and quantization steps for voltage and charging current.
  • the non-linear properties of the charging device 12 or wallbox 12 preferably include a quantization of the charging current or the charging power and a lower limit at zero (i.e. no feedback from the vehicle 30 into the charging device 12 or into an electrical network of the residential building 10) as well as a upper limit, which is given by an electrical design of the charging device 12.
  • a generally non-linear dependence of the charging power P batt on the charging power P batt:re f can be mathematically expressed as a function
  • control circuit 3 shows a block diagram of a control loop according to an embodiment.
  • the control circuit is provided in its entirety with the reference number 40 and includes a control algorithm 42 that can be implemented, for example, as software, and the controlled system 34 according to FIG. 2.
  • the control algorithm 42 includes an integral controller.
  • the control algorithm 42 includes an alternative controller with an integral component, for example a proportional-integral controller (PI controller) or a proportional-integral-derivative controller (PID controller).
  • PI controller proportional-integral controller
  • PID controller proportional-integral-derivative controller
  • the controlled variable Pg rid is regulated to a predetermined setpoint Pg rid > 0 using the control algorithm 42. This allows the next higher power level of the charging device 12 to be selected, so that the solar power provided by the photovoltaic system 14 can be fully used for charging the battery 32 of the vehicle 30 using small amounts of power purchased from the supply network 26.
  • the control algorithm 42 further includes a charging device model 44 with anti-wind-up feedback.
  • the charging device model 44 represents at least one charging property of the charging device 12, preferably the first charging property 36 and the second charging property 38.
  • the charging device model 44 can include or be set up the function Q described above, a mathematical mapping according to the one described above Execute function Q.
  • the anti-wind-up feedback is set up to subtract a difference between an input variable of the charging device model 44 and an output variable of the charging device model 44 from an input variable of the integral controller. That is, in other words, an output of the charging device model 44 is subtracted from an input of the charging device model 44 and then connected negatively again to an input of the integrator.
  • Fig. 4 shows a block diagram of a control loop according to an alternative embodiment.
  • the control circuit is provided in its entirety with the reference number 40' and includes a control algorithm 42' that can be implemented, for example, as software, and the controlled system 34 according to FIG. 2.
  • the control algorithm 42 represents a time-discrete implementation and data processing of the control algorithm 42 according to FIG. 3, further supplemented by a consumer model.
  • control algorithm 42' is executed
  • control algorithm 42 is set up to minimize a difference between a power P grid received or purchased from the supply network 26 and a target value of the power P grid received from the supply network 26, taking into account the charging properties of the charging device 12.
  • the control algorithm 42 is set up to minimize a difference between a power P grid received or purchased from the supply network 26 and a target value of the power P grid received from the supply network 26, taking into account the charging properties of the charging device 12.
  • the consumer model includes a service that is expected to be purchased for one or more consumers of the consumer system 20, in particular for one or more predetermined points in time.
  • the consumer model includes information regarding a, in particular expected, service P CO nsumer,prci of one or more, in particular a totality, of the consumers of the consumer system for one or more predetermined points in time or time windows or periods.
  • the consumer model includes, for example, a lookup table.
  • the lookup table can show expected services for individual consumers, such as heat pumps, stoves, ovens, dishwashers, etc. for specified times or times or time windows. Such large consumers in a household have a certain probability of having a reproducible power consumption or power requirement at certain times.
  • lookup table can show expected services for individual or all consumers for specified points in time or times or time windows on specified days of the week. This makes it possible to take into account that power consumption or performance requirements can differ, for example, between working days and weekend days.
  • lookup table can have expected recorded services for individual or all consumers for predetermined points in time or times or time windows on predetermined days of the week in predetermined months or seasons. This allows seasonal differences to be taken into account.
  • the power actually consumed by the consumer system can be determined from a measurement of the power P grid taken from the electrical supply network or delivered to the electrical supply network, for example at a house connection point.
  • the consumer model in particular the lookup table, includes expected power differences between the power P con sumer consumed by the consumer system and the power P so iar provided by the photovoltaic system. This is particularly advantageous if the expected performance of the consumer system is not or barely known, for example because consumer behavior of a consumer using the consumer system is not known.
  • An associated adaptation speed of replacing old with new power values can be selected such that power consumption, which is based in particular on reproducible processes in a household, can be reliably recorded.
  • the, in particular adaptive, consumer model represents a difference P con sumer ⁇ Psoiar between consumer power and solar power.
  • existing values for the difference Pconsumer ⁇ Psoiar ' n individual cells of a lookup table are replaced by new values for the difference P con sumer ⁇ Psoiar, for example if a new power value P con sumer ⁇ Psoiar was determined at a certain time is. This not only shows typical consumption trends over time, day, month, etc., but also directly shows the difference between consumer power and solar power.
  • FIG. 5 shows a flowchart of the method 100 for determining a target value of a charging power for charging a battery of a vehicle using a charging device.
  • the charging device is here with a Photovoltaic system and a consumer system can be electrically connected, in particular connected.
  • step 110 performance information is read in, which represents a difference between actual values of a power provided by the photovoltaic system and a power taken by the consumer system and a charging power provided by the charging device for charging the battery of the vehicle.
  • step 120 the desired value of the charging power is determined based on the performance information using a control algorithm by means of a computing unit, wherein the determined desired value of the charging power represents an excess of the power provided.
  • step 130 the battery of the vehicle is charged with the determined target value of the charging power using the charging device.
  • additional power is provided to the charging device by means of a power supply unit if the setpoint of the determined charging power is greater than a power difference between a power provided by the photovoltaic system and a power taken by the consumer system.
  • additional power is provided to a power consumption unit by means of the charging device if the determined target value of the charging power is smaller than the power difference between the power provided by the photovoltaic system and the power taken by the consumer system.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)

Abstract

The invention relates to a method for determining a setpoint value of a charging output for charging a battery (32) of a vehicle (30) by means of a charging device (12), the charging device (12) being electrically connectable to a photovoltaic system (14) and to a consumer system (20), comprising the following steps: - reading in an item of output information which represents a difference between actual values of an output provided by the photovoltaic system (14) and an output removed by the consumer system (20) and a charging output provided by the charging device (12) for the charging of the battery (32) of the vehicle (30); and - determining the setpoint value of the charging output on the basis of the output information using a control algorithm by means of a computing unit (28), wherein the determined setpoint value of the charging output represents a surplus of the provided output, in order to charge the battery (32) of the vehicle (30) with the determined setpoint value of the charging output by means of the charging device (12).

Description

Beschreibung Description
Titel title
Verfahren zum Ermitteln eines Sollwerts einer Ladeleistung für ein Laden einer Batterie eines Fahrzeugs mittels einer Ladeeinrichtung Method for determining a target value of a charging power for charging a battery of a vehicle using a charging device
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln eines Sollwerts einer Ladeleistung für ein Laden einer Batterie eines Fahrzeugs mittels einer Ladeeinrichtung, eine Recheneinheit, eine Ladeeinrichtung und ein System, sowie ein entsprechendes Computerprogramm und ein Speichermedium. The invention relates to a method for determining a target value of a charging power for charging a battery of a vehicle by means of a charging device, a computing unit, a charging device and a system, as well as a corresponding computer program and a storage medium.
Stand der Technik State of the art
Im Jahr 2020 hat sich herausgestellt, dass ca. 89 Prozent der Hausdächer in Deutschland noch nicht mit einer Photovoltaikanlage ausgestattet sind. Um dieses Potenzial zur Erzeugung von regenerativen Energien stärker auszunutzen, plant der Gesetzgeber, dass man sowohl bei Neubauten als auch bei Sanierungen von Altbauten zwingend eine Photovoltaikanlage einplanen muss. Außerdem hat der Gesetzgeber in den vergangenen Jahren mehrere hundert Millionen Euro an Zuschüssen an private Haushalte bezahlt, damit im privaten Umfeld entsprechende Ladeeinrichtungen (sogenannte Wallboxen) für batterieelektrische Fahrzeuge entstehen. Beide Maßnahmen sind ein wesentlicher Bestandteil beim Umbau der Mobilität und helfen dabei, die Abhängigkeit von fossilen Kraftstoffen zu verringern. Für den gemeinsamen Betrieb von Photovoltaikanlagen, Ladestationen und batterieelektrischen Fahrzeugen sollte man in diesem Zusammenhang dafür sorgen, dass ein hoher Anteil der verfügbaren Sonnenenergie auch tatsächlich durch das Fahrzeug oder weitere elektrische Geräte im Privathaushalt verbraucht wird und nicht unnötig viel Energie vom Stromnetz zugekauft werden muss. Entsteht dennoch ein sogenannter Überschuss an elektrischer Leistung, so wird diese Leistung wiederum in das Stromnetz eingespeist und vergütet. In 2020 it turned out that around 89 percent of house roofs in Germany are not yet equipped with a photovoltaic system. In order to make greater use of this potential for generating renewable energy, the legislature plans to require a photovoltaic system to be included in both new buildings and renovations of old buildings. In addition, in recent years, the legislature has paid several hundred million euros in subsidies to private households so that appropriate charging facilities (so-called wallboxes) for battery-electric vehicles can be created in private environments. Both measures are an essential part of transforming mobility and help reduce dependence on fossil fuels. In this context, when operating photovoltaic systems, charging stations and battery-electric vehicles together, one should ensure that a high proportion of the available solar energy is actually consumed by the vehicle or other electrical devices in private households and that unnecessary amounts of energy do not have to be purchased from the power grid. If a so-called surplus of electrical power nevertheless arises, this power is fed into the power grid and compensated for.
Geht man davon aus, dass das batterieelektrische Fahrzeug die im Tagesverlauf erzeugte Solarenergie aufnehmen kann, so bieten sich unterschiedliche Strategien zum Betrieb der Wallbox an, die sich in ihrer Komplexität, im Aufwand zur Implementierung und letztendlich auch in den Anschaffungskosten unterscheiden. Im einfachsten Fall handelt es sich um eine zeitbasierte Steuerung, bei der die Ladeeinrichtung zu einer bestimmten Uhrzeit angeschaltet und einige Stunden später wieder abgeschaltet wird. Während dieser Zeitspanne wird die Batterie im Fahrzeug mit einer konstanten elektrischen Leistung aufgeladen. Dabei kann es natürlich vorkommen, dass Schwankungen in der erzeugten Solarleistung nicht berücksichtigt werden und z.B. bei Einbrüchen durch Wolkenbildung entsprechend elektrische Leistung zugekauft werden muss. Außerdem kann ein Überschuss an Solarenergie nicht von der Batterie des Fahrzeugs aufgenommen werden. Hat man zusätzlich eine Messeinrichtung zur Verfügung, mit der man die erzeugte Solarenergie und die ins Stromnetz eingespeiste Energie bestimmen kann, so lässt sich die Ladeleistung für das batterieelektrische Fahrzeug sehr gut anpassen und es kann dann dafür gesorgt werden, dass der Eigenverbrauch optimiert wird. Allerdings führt die neue Messeinrichtung bei diesem geregelten Ansatz zu einer deutlich höheren Systemkomplexität und deutlich höheren Anschaffungskosten. Assuming that the battery-electric vehicle can absorb the solar energy generated during the day, there are different strategies for operating the wallbox, which differ in their complexity, the effort required for implementation and ultimately also in the acquisition costs differentiate. In the simplest case, it is a time-based control in which the charging device is switched on at a certain time and switched off again a few hours later. During this period, the battery in the vehicle is charged with constant electrical power. Of course, it can happen that fluctuations in the solar power generated are not taken into account and, for example, in the event of drops due to cloud formation, corresponding electrical power has to be purchased. In addition, excess solar energy cannot be absorbed by the vehicle's battery. If you also have a measuring device available with which you can determine the solar energy generated and the energy fed into the power grid, the charging power for the battery-electric vehicle can be adjusted very well and you can then ensure that your own consumption is optimized. However, with this controlled approach, the new measuring device leads to significantly higher system complexity and significantly higher acquisition costs.
DE 10 2013 002 078 Al offenbart ein Verfahren zum Aufladen eines elektrischen Energiespeichers eines Fahrzeugs. Hierbei wird der Energiespeicher mit einer Ladevorrichtung gekoppelt. Zumindest ein Ladeprofil wird in Abhängigkeit von Nutzer-Vorgaben und Randbedingungen ermittelt und eingestellt. Erfindungsgemäß wird der Energiespeicher zumindest mit mittels einer Solaranlage der Ladevorrichtung aus solarer Strahlung erzeugter elektrischer Solarenergie geladen, wobei bei der Ermittlung und Einstellung des Ladeprofils zumindest eine vom Nutzer vorgegebene Abfahrtszeit und als Randbedingung eine verfügbare Menge der Solarenergie berücksichtigt werden. DE 10 2013 002 078 A1 discloses a method for charging an electrical energy storage device of a vehicle. The energy storage device is coupled to a charging device. At least one charging profile is determined and set depending on user specifications and boundary conditions. According to the invention, the energy storage device is charged at least with electrical solar energy generated from solar radiation by means of a solar system of the charging device, with at least one departure time specified by the user and, as a boundary condition, an available amount of solar energy being taken into account when determining and setting the charging profile.
Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention
Gemäß einem ersten Aspekt ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Ermitteln eines Sollwerts einer Ladeleistung für ein Laden einer Batterie eines Fahrzeugs mittels einer Ladeeinrichtung gemäß dem Anspruch 1. Hierbei ist die die Ladeeinrichtung mit einem Photovoltaiksystem und einem Verbrauchersystem elektrisch verbindbar, insbesondere elektrisch verbunden. According to a first aspect, the subject of the present invention is a method for determining a target value of a charging power for charging a battery of a vehicle by means of a charging device according to claim 1. Here, the charging device is electrically connectable, in particular electrically connected, to a photovoltaic system and a consumer system.
Das Verfahren umfasst einen Schritt des Einlesens einer Leistungsinformation, welche eine Differenz zwischen Istwerten einer von dem Photovoltaiksystem bereitgestellten Leistung sowie einer mittels des Verbrauchersystems abgenommenen Leistung und einer mittels der Ladeeinrichtung für das Laden der Batterie des Fahrzeugs bereitgestellten Ladeleistung repräsentiert. Das heißt, mit anderen Worten, die Leistungsinformation repräsentiert eine Differenz zwischen einem Istwert der von dem Photovoltaiksystem bereitgestellten Leistung sowie einem Istwert der mittels des Verbrauchersystems abgenommenen Leistung und einem Istwert der mittels der Ladeeinrichtung für das Laden der Batterie des Fahrzeugs bereitgestellten Ladeleistung. The method includes a step of reading in performance information, which is a difference between actual values of a power provided by the photovoltaic system and a power provided by the consumer system power removed and a charging power provided by the charging device for charging the battery of the vehicle. That is, in other words, the performance information represents a difference between an actual value of the power provided by the photovoltaic system and an actual value of the power taken by means of the consumer system and an actual value of the charging power provided by the charging device for charging the battery of the vehicle.
Das Verfahren umfasst ferner einen Schritt des Ermittelns des Sollwerts der Ladeleistung basierend auf der Leistungsinformation unter Verwendung eines Regelalgorithmus mittels einer Recheneinheit, wobei der ermittelte Sollwert der Ladeleistung einen Überschuss an der bereitgestellten Leistung repräsentiert, um die Batterie des Fahrzeugs mit dem Sollwert der ermittelten Ladeleistung mittels der Ladeeinrichtung zu laden. The method further comprises a step of determining the target value of the charging power based on the performance information using a control algorithm by means of a computing unit, wherein the determined target value of the charging power represents an excess of the power provided in order to charge the battery of the vehicle with the target value of the determined charging power the charging device.
Gemäß einem zweiten Aspekt ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung eine Recheneinheit zum Ermitteln einer Ladeleistung für ein Laden einer Batterie eines Fahrzeugs mittels einer Ladeeinrichtung gemäß dem Anspruch 7. According to a second aspect, the subject of the present invention is a computing unit for determining a charging power for charging a battery of a vehicle by means of a charging device according to claim 7.
Gemäß einem dritten Aspekt ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung eine Ladeeinrichtung zum Laden einer Batterie eines Fahrzeugs gemäß dem Anspruch 8. According to a third aspect, the subject of the present invention is a charging device for charging a battery of a vehicle according to claim 8.
Gemäß einem vierten Aspekt ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung ein System zum Laden einer Batterie eines Fahrzeugs gemäß dem Anspruch 9. According to a fourth aspect, the subject of the present invention is a system for charging a battery of a vehicle according to claim 9.
Gemäß einem weiteren Aspekt sind Gegenstand der vorliegenden Erfindung ein Computerprogramm und ein maschinenlesbares Speichermedium. According to a further aspect, the subject of the present invention is a computer program and a machine-readable storage medium.
Das Fahrzeug umfasst eine Batterie, die ausgebildet ist, eine Antriebseinheit, insbesondere einen Elektromotor, des Fahrzeugs zumindest teilweise mit elektrischer Energie zu versorgen. Denkbar ist, dass das Fahrzeug ein batterieelektrisches Fahrzeug oder ein Hybrid-Fahrzeug ist. Das Fahrzeug kann ein Landfahrzeug, ein Luftfahrzeug oder ein Wasserfahrzeug sein. Bspw. ist das Fahrzeug ein PKW, ein LKW, ein E-Bike, ein elektrisch angetriebener Hubschrauber oder ein elektrisch angetriebenes Boot. Das Fahrzeug umfasst eine Ladeschnittstelle, welche mit einer Ladeschnittstelle der Ladeeinrichtung elektrisch verbindbar ist, um die Batterie des Fahrzeugs zu laden oder zu entladen. The vehicle comprises a battery which is designed to at least partially supply a drive unit, in particular an electric motor, of the vehicle with electrical energy. It is conceivable that the vehicle is a battery-electric vehicle or a hybrid vehicle. The vehicle may be a land vehicle, an aircraft or a watercraft. For example, the vehicle is a car, a truck, an e-bike, an electrically powered helicopter or an electrically powered boat. The vehicle includes a charging interface, which is electrically connectable to a charging interface of the charging device in order to charge or discharge the battery of the vehicle.
Die Ladeeinrichtung umfasst zumindest eine weitere Ladeschnittstelle, um die Ladeeinrichtung mittelbar oder unmittelbar mit dem Photovoltaiksystem und/oder dem Verbrauchersystem zu verbinden. Die Ladeeinrichtung ist bevorzugt als Wallbox ausgebildet. Denkbar ist, dass die Ladeeinrichtung an einem Infrastrukturelement oder einem Gebäude angeordnet ist. The charging device comprises at least one further charging interface in order to connect the charging device directly or indirectly to the photovoltaic system and/or the consumer system. The charging device is preferably designed as a wallbox. It is conceivable that the charging device is arranged on an infrastructure element or a building.
Das Photovoltaiksystem umfasst ein oder mehrere Photovoltaikmodule und einen Wechselrichter. Die Photovoltaikmodule sind bspw. auf einem Dach eines Gebäudes angeordnet. Das Photovoltaiksystem ist ausgebildet, von den Photovoltaikmodulen erzeugte und mittels des Wechselrichters in Wechselstrom umgewandelte elektrische Leistung bereitzustellen. Das Photovoltaiksystem kann auch ein oder mehrere elektrische Speichereinheiten, bspw. Batteriespeicher, umfassen, die ausgebildet sind, insbesondere von Photovoltaikmodulen des Photovoltaiksystems bereitgestellte Leistung aufzunehmen bzw. abzunehmen und temporär zu speichern. Die Speichereinheit des Photovoltaiksystems ist ausgebildet, die gespeicherte elektrische Energie der Ladeeinrichtung bereitzustellen. The photovoltaic system includes one or more photovoltaic modules and an inverter. The photovoltaic modules are arranged, for example, on a roof of a building. The photovoltaic system is designed to provide electrical power generated by the photovoltaic modules and converted into alternating current by means of the inverter. The photovoltaic system can also include one or more electrical storage units, for example battery storage, which are designed to absorb or remove power provided in particular by photovoltaic modules of the photovoltaic system and to temporarily store it. The storage unit of the photovoltaic system is designed to provide the stored electrical energy to the charging device.
Das Verbrauchersystem umfasst ein oder mehrere, von dem Fahrzeug verschiedene, Verbraucher, welche bevorzugt an oder in dem Gebäude angeordnet sind. Das Verbrauchersystem kann auch ein oder mehrere elektrische Speichereinheiten, bspw. Batteriespeicher, umfassen, die ausgebildet sind, insbesondere von dem Photovoltaiksystem bereitgestellte Leistung aufzunehmen bzw. abzunehmen und zu speichern. Die Speichereinheit des Verbrauchersystems ist ausgebildet, die gespeicherte elektrische Energie der Ladeeinrichtung bereitzustellen. The consumer system includes one or more consumers different from the vehicle, which are preferably arranged on or in the building. The consumer system can also include one or more electrical storage units, for example battery storage, which are designed to absorb or remove and store power provided in particular by the photovoltaic system. The storage unit of the consumer system is designed to provide the stored electrical energy to the charging device.
Bevorzugt sind die Ladeeinrichtung, das Photovoltaiksystem und das Verbrauchersystem mittels einer, insbesondere an oder in dem Gebäude angeordneten, Verteilereinheit mittelbar miteinander elektrisch verbindbar oder verbunden. Unter einem Istwert einer Leistung kann im Rahmen der vorliegenden Anmeldung ein aktueller bzw. momentaner bzw. derzeitiger Wert der Leistung verstanden werden. Unter einem Sollwert einer Leistung kann im Rahmen der vorliegenden Anmeldung ein ermittelter Wert der Leistung verstanden werden, in welchen der Istwert der Leistung übergeführt werden soll oder übergeführt wird, insbesondere im Sinne einer Regelung. Preferably, the charging device, the photovoltaic system and the consumer system are indirectly electrically connected or connected to one another by means of a distribution unit, in particular arranged on or in the building. In the context of the present application, an actual value of a service can be understood to mean a current or current value of the service. In the context of the present application, a target value of a service can be understood as a determined value of the service into which the actual value of the service is to be or is being transferred, in particular in the sense of a regulation.
Dem Einlesen der Leistungsinformation geht bevorzugt ein Schritt eines sensorischen Erfassens bzw. Messens der Differenz zwischen den Istwerten der von dem Photovoltaiksystem bereitgestellten Leistung sowie der mittels des Verbrauchersystems abgenommenen Leistung und der mittels der Ladeeinrichtung für das Laden der Batterie des Fahrzeugs bereitgestellten Ladeleistung voraus. The reading of the performance information is preferably preceded by a step of sensory detection or measurement of the difference between the actual values of the power provided by the photovoltaic system and the power taken by the consumer system and the charging power provided by the charging device for charging the battery of the vehicle.
Denkbar ist, dass die Differenz bspw. an einer Schnittstelle zu einem elektrischen Versorgungsnetz erfasst bzw. gemessen wird. Bspw. kann die Differenz als eine an das elektrische Versorgungsnetz abgegebene oder von dem elektrischen Versorgungsnetz bereitgestellte Leistung erfasst werden. Denkbar ist auch, dass zunächst die Istwerte separat bzw. einzeln erfasst werden und anschließend die Differenz basierend auf den separat bzw. einzeln erfassten Istwerten ermittelt wird. Das Erfassen bzw. Messen der Leistungen bzw. der Leistungsdifferenz kann bspw. mittels einer elektrischen Leistungsmesseinheit erfolgen. It is conceivable that the difference is recorded or measured, for example, at an interface to an electrical supply network. For example, the difference can be recorded as a power delivered to the electrical supply network or provided by the electrical supply network. It is also conceivable that the actual values are first recorded separately or individually and then the difference is determined based on the separately or individually recorded actual values. Detecting or measuring the power or the power difference can be done, for example, by means of an electrical power measuring unit.
Die Leistungsinformation ist insbesondere ein digitales oder analoges Signal, welches die Differenz zwischen den Istwerten der von dem Photovoltaiksystem bereitgestellten Leistung sowie der mittels des Verbrauchersystems abgenommenen Leistung und der mittels der Ladeeinrichtung für das Laden der Batterie des Fahrzeugs bereitgestellten Ladeleistung repräsentiert. The performance information is in particular a digital or analog signal which represents the difference between the actual values of the power provided by the photovoltaic system and the power taken by the consumer system and the charging power provided by the charging device for charging the battery of the vehicle.
Das Einlesen der Leistungsinformation kann ein Einlesen bzw. Auslesen der Leistungsinformation aus einem, insbesondere temporären, Speichermedium umfassen. Reading in the performance information can include reading in or reading out the performance information from a, in particular temporary, storage medium.
Das Ermitteln des Sollwerts der Ladeleistung basierend auf der eingelesenen Leistungsinformation unter Verwendung eines Regelalgorithmus ist bevorzugt ein Berechnen der Ladeleistung in Abhängigkeit der Differenz zwischen den Istwerten. Abhängig von einer Güte des Regelalgorithmus kann die ermittelte Ladeleistung von einem tatsächlich vorliegenden Überschuss an Leistung abweichen. Unter einem Überschuss an bereitgestellter Leistung kann eine Differenz zwischen der von dem Photovoltaiksystem bereitgestellten Leistung und der mittels des Verbrauchersystems abgenommenen Leistung verstanden werden, wobei die Differenz bevorzugt positiv ist. Determining the setpoint of the charging power based on the read power information using a control algorithm is preferably a calculation of the charging power depending on the difference between the actual values. Depending on the quality of the control algorithm, the determined can Charging power may deviate from an actual surplus of power. An excess of power provided can be understood to mean a difference between the power provided by the photovoltaic system and the power consumed by the consumer system, the difference preferably being positive.
Der Regelalgorithmus ist eingerichtet, die Differenz zwischen den Istwerten der von dem Photovoltaiksystem bereitgestellten Leistung sowie der mittels des Verbrauchersystems abgenommenen Leistung und der mittels der Ladeeinrichtung für das Laden der Batterie des Fahrzeugs bereitgestellten Ladeleistung auf einen vorgegebenen Sollwert, bevorzugt null, zu regeln, um möglichst keine Leistung aus einem Versorgungsnetz zum Laden der Batterie des Fahrzeugs zu importieren. The control algorithm is set up to regulate the difference between the actual values of the power provided by the photovoltaic system and the power taken by means of the consumer system and the charging power provided by the charging device for charging the battery of the vehicle to a predetermined target value, preferably zero, in order to achieve this not to import power from a supply network to charge the vehicle's battery.
Vorteilhaftweise umfasst der Regelalgorithmus einen Regler mit Integral-Anteil. Bspw. kann der Regler ein Integral-Regler, ein Proportional-Integral-Regler oder ein Proportional-Integral-Differential-Regler sein. Dadurch ist der Regelalgorithmus eingerichtet, möglichst exakt auf den vorgegebenen Sollwert zu regeln. The control algorithm advantageously includes a controller with an integral component. For example, the controller can be an integral controller, a proportional-integral controller or a proportional-integral-derivative controller. This means that the control algorithm is set up to regulate as precisely as possible to the specified setpoint.
Die Recheneinheit kann ein oder mehrere Hardware- und/oder Software- Schnittstellen aufweisen, um die Leistungsinformation zu einzulesen bzw. zu empfangen. Die Recheneinheit kann ein oder mehrere Hardware- und/oder Software-Module aufweisen, um den Sollwert der Ladeleistung zu ermitteln bzw. zu berechnen. Die Recheneinheit kann eine Hardware- und/oder Software- Schnittstelle aufweisen, um ein Signal mit einer Information bezüglich des ermittelten Sollwerts der Ladeleistung auszugeben. The computing unit can have one or more hardware and/or software interfaces in order to read in or receive the performance information. The computing unit can have one or more hardware and/or software modules in order to determine or calculate the target value of the charging power. The computing unit can have a hardware and/or software interface in order to output a signal with information regarding the determined setpoint of the charging power.
Die Recheneinheit kann an der Ladeeinrichtung angeordnet, insbesondere in die Ladeeinrichtung integriert sein. Die Recheneinheit kann auch abseits der Ladeeinrichtung, bspw. innerhalb eines Gebäudes, angeordnet oder Teil einer Cloud-Computing-Umgebung sein. Die abseits der Ladeeinrichtung angeordnete Recheneinheit ist drahtlos oder drahtgebunden mit der Ladeeinrichtung verbunden, um ein analoges oder digitales Signal mit einer Information bezüglich des ermittelten Sollwerts der Ladeleistung an die Ladeeinrichtung zu übertragen. Durch das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Recheneinheit ist es nunmehr möglich, eine Ladestrategie zum Laden einer Fahrzeugbatterie bereitzustellen, gemäß welcher eine tatsächlich überschüssige Leistung eines Photovoltaiksystems für das Laden verwendet wird. Der vorliegende Ansatz erlaubt es, die mittels eines Photovoltaiksystems bereitgestellte Leistung bestmöglich auszunutzen und zusätzliche Leistungsaufnahmen aus einem Versorgungsnetz oder zusätzliche Einspeisungen in das Versorgungsnetz zu minimieren. The computing unit can be arranged on the charging device, in particular integrated into the charging device. The computing unit can also be arranged away from the charging device, for example within a building, or be part of a cloud computing environment. The computing unit arranged away from the charging device is connected to the charging device wirelessly or by wire in order to transmit an analog or digital signal with information regarding the determined setpoint of the charging power to the charging device. Through the method according to the invention and the computing unit according to the invention, it is now possible to provide a charging strategy for charging a vehicle battery, according to which an actually excess power of a photovoltaic system is used for charging. The present approach makes it possible to make the best possible use of the power provided by a photovoltaic system and to minimize additional power consumption from a supply network or additional feeds into the supply network.
Vorteilhaft ist es, wenn der Regelalgorithmus eingerichtet ist, den Sollwert der Ladeleistung unter Berücksichtigung zumindest einer Ladeeigenschaft der Ladeeinrichtung ermittelt wird, wobei die zumindest eine Ladeeigenschaft ausgewählt ist aus: Maximale Ladeleistung der Ladeeinrichtung, vorgegebene Ladeleistungsstufen der Ladeeinrichtung. Bevorzugt werden beim Ermitteln der Ladeleistung sowohl die maximale Ladeleistung der Ladeeinrichtung als eine erste Ladeeigenschaft und vorgegebene Ladeleistungsstufen der Ladeeinrichtung als eine zweite Ladeeigenschaft berücksichtigt. Das Berücksichtigen der maximalen Ladeleistung der Ladeeinrichtung kann ein Reduzieren der ermittelten Ladeleistung auf die maximale Ladeleistung umfassen, wenn die ermittelte Ladeleistung größer als die maximale Ladeleistung ist. Das Berücksichtigen der vorgegebenen Ladeleistungsstufen der Ladeeinrichtung kann ein Erhöhen oder Reduzieren der ermittelten Ladeleistung auf diejenige der vorgegebenen Ladeleistungsstufen umfassen, die positiv oder negativ minimal von der ermittelten Ladeleistung abweicht. Durch diese Ausgestaltung können bereits beim Ermitteln des Sollwerts der Ladeleistung typische nichtlineare Merkmale der Ladeeinrichtung wie bspw. It is advantageous if the control algorithm is set up to determine the setpoint of the charging power taking into account at least one charging property of the charging device, the at least one charging property being selected from: maximum charging power of the charging device, predetermined charging power levels of the charging device. When determining the charging power, both the maximum charging power of the charging device as a first charging characteristic and predetermined charging power levels of the charging device are taken into account as a second charging characteristic. Taking into account the maximum charging power of the charging device can include reducing the determined charging power to the maximum charging power if the determined charging power is greater than the maximum charging power. Taking into account the predetermined charging power levels of the charging device can include increasing or reducing the determined charging power to that of the predetermined charging power levels that deviates minimally, positively or negatively, from the determined charging power. With this configuration, typical non-linear features of the charging device such as:
Leistungsbeschränkungen sowie Quantisierungsschritte für Spannung und Ladestrom berücksichtigt werden. Power limitations as well as quantization steps for voltage and charging current are taken into account.
Vorteilhaft ist es hierbei, wenn der Regelalgorithmus ein Ladeeinrichtungs-Modell mit einer Anti-Wind-up-Rückführung umfasst, um die zumindest eine Ladeeigenschaft der Ladeeinrichtung beim Ermitteln des Sollwerts der Ladeleistung zu berücksichtigen. Die Anti-Wind-up-Rückführung ist bevorzugt eingerichtet, eine Differenz zwischen einer Eingangsgröße eines die zumindest eine Ladeeigenschaft der Ladeeinrichtung repräsentierenden Ladeeinrichtungs- Modells und einer Ausgangsgröße des Ladeeinrichtungs-Modells von einer Eingangsgröße eines Reglers des Regelalgorithmus abzuziehen. Durch diese Ausgestaltung können die Regelgüte signifikant verbessert und Leistungsimporte/-exporte aus dem Versorgungsnetz weiter reduziert werden. It is advantageous here if the control algorithm includes a charging device model with an anti-wind-up feedback in order to take into account the at least one charging characteristic of the charging device when determining the setpoint of the charging power. The anti-wind-up feedback is preferably set up to subtract a difference between an input variable of a charging device model representing at least one charging characteristic of the charging device and an output variable of the charging device model from an input variable of a controller of the control algorithm. Through this With this design, the control quality can be significantly improved and power imports/exports from the supply network can be further reduced.
Vorteilhaft ist es zudem, wenn der Regelalgorithmus eingerichtet ist, beim Ermitteln des Sollwerts der Ladeleistung eine, insbesondere mittels eines Verbrauchermodells, bereitgestellte weitere Leistungsinformation zu berücksichtigen, welche eine, insbesondere voraussichtlich, abgenommene Leistung für ein oder mehrere Verbraucher des Verbrauchersystems repräsentiert. It is also advantageous if the control algorithm is set up to take into account additional performance information provided, in particular by means of a consumer model, when determining the setpoint value of the charging power, which represents a power consumption, in particular expected, for one or more consumers of the consumer system.
Das Verbrauchermodell kann voraussichtliche aufgenommene Leistungen für einzelne Verbraucher für vorgegebene Zeitpunkte bzw. Uhrzeiten oder Zeitfenster, insbesondere an vorgegebenen Wochentagen, optional zu vorgegebenen Monaten oder Jahreszeiten aufweisen. The consumer model can have expected services received for individual consumers for specified points in time or times or time windows, in particular on specified days of the week, optionally at specified months or seasons.
Die von dem Verbrauchermodell umfassten voraussichtlich aufgenommenen Leistungen können auf ein oder mehreren Nutzereingaben von ein oder mehreren Nutzern basieren. Denkbar ist, dass mittels einer Benutzerschnittstelle Leistungswerte für verschiedene Uhrzeiten, Tage, Monate eingegeben werden, bspw. basierend auf Schätzwerten für die jeweilige Leistungsaufnahme des Verbrauchers (z.B. Maximalwerte für die Leistung gemäß einem Datenblatt des Verbrauchers). The anticipated services included by the consumer model may be based on one or more user inputs from one or more users. It is conceivable that power values for different times, days, months are entered using a user interface, for example based on estimated values for the consumer's respective power consumption (e.g. maximum values for the power according to a consumer data sheet).
Alternativ zu einem Verbrauchermodell kann auch ein sensorisches Erfassen bzw. Messen einer tatsächlich mittels des Verbrauchersystems abgenommenen Leistung vorgesehen sein. Gemäß einer weiteren Alternative kann für ein oder mehrere Verbraucher des Verbrauchersystems eine mittels dieser Verbraucher aufgenommene Leistung sensorisch erfasst und für ein oder mehrere weitere Verbraucher des Verbrauchersystems mittels dieser Verbraucher aufgenommene Leistung unter Verwendung eines Verbrauchermodells ermittelt werden. As an alternative to a consumer model, sensory detection or measurement of a power actually consumed by the consumer system can also be provided. According to a further alternative, a power consumed by these consumers can be detected by sensors for one or more consumers of the consumer system and the power consumed by these consumers can be determined for one or more further consumers of the consumer system using a consumer model.
Das Verbrauchermodell kann eine Lookup-Tabelle umfassen oder auf einem datenbasierten Modell wie bspw. Multilayer Perceptron basieren. Die Lookup- Tabelle weist eine besonders hohe Nutzfreundlichkeit auf. The consumer model can include a lookup table or be based on a data-based model such as Multilayer Perceptron. The lookup table is particularly user-friendly.
Das Verbrauchermodell kann Teil eines Software- und/oder Hardwaremoduls der Recheneinheit sein. Denkbar ist auch, dass das Verbrauchermodell abseits der Recheneinheit implementiert ist, bspw. in einer Cloud-Computing-Umgebung. In diesem Fall wird die mittels des Verbrauchermodells ermittelte Leistung an die Recheneinheit übertragen. Aufgrund der durch die Cloud-Computing-Umgebung erhöhten Speicherressourcen können auch zeitlich hochauflösende Verbrauchermodelle realisiert werden. The consumer model can be part of a software and/or hardware module of the computing unit. It is also conceivable that the consumer model goes beyond the Computing unit is implemented, for example in a cloud computing environment. In this case, the power determined using the consumer model is transferred to the computing unit. Due to the increased storage resources caused by the cloud computing environment, high-time resolution consumer models can also be realized.
Durch diese Ausgestaltung können reproduzierbare Vorgänge bei elektrischen Verbrauchern insbesondere in Privathaushalten beim Photovoltaik- Überschussladen berücksichtigt werden, wodurch eine Güte der Regelung erhöht wird. This configuration allows reproducible processes in electrical consumers, especially in private households, to be taken into account when photovoltaic surplus charging, thereby increasing the quality of the control.
Vorteilhaft ist es ferner, wenn das Verfahren einen Schritt des Ladens der Batterie des Fahrzeugs mit dem Sollwert der ermittelten Ladeleistung mittels der Ladeeinrichtung umfasst, wobei, insbesondere nur dann, der Ladeeinrichtung zusätzliche Leistung mittels einer Leistungsversorgungseinheit bereitgestellt wird, wenn der Sollwert der ermittelten Ladeleistung größer ist als eine Differenz zwischen der von dem Photovoltaiksystem bereitgestellten Leistung und der mittels des Verbrauchersystems abgenommenen Leistung, oder einer Leistungsabnahmeeinheit zusätzliche Leistung mittels der Ladeeinrichtung bereitgestellt wird, wenn der Sollwert der ermittelten Ladeleistung kleiner ist als die Differenz zwischen der von dem Photovoltaiksystem bereitgestellten Leistung und der mittels des Verbrauchersystems abgenommenen Leistung. It is further advantageous if the method includes a step of charging the battery of the vehicle with the setpoint of the determined charging power by means of the charging device, wherein, in particular, additional power is provided to the charging device by means of a power supply unit only if the setpoint of the determined charging power is greater is as a difference between the power provided by the photovoltaic system and the power taken by means of the consumer system, or a power consumption unit additional power is provided by means of the charging device if the setpoint of the determined charging power is smaller than the difference between the power provided by the photovoltaic system and the power consumed by the consumer system.
Das heißt, mit anderen Worten, für den Fall, dass der Sollwert der ermittelten Ladeleistung, welcher einen rechnerisch ermittelten zur Verfügung stehenden Überschuss an von dem Photovoltaiksystem bereitgestellter Leistung repräsentiert, von dem tatsächlich zur Verfügung stehenden Überschuss abweicht, oder überhaupt kein Überschuss vorliegt, kann entweder zusätzliche Leistung von der Leistungsversorgungseinheit an die Ladeeinrichtung bereitgestellt werden oder Leistung von der Ladeeinrichtung an die Leistungsabnahmeeinheit bereitgestellt werden. Die Leistungsaufnahmeeinheit und/oder Leistungsabnahmeeinheit kann eine lokale Speichereinheit, bspw. ein elektrischer Speicher wie eine Batterie, sein. Denkbar ist auch, dass die Leistungsaufnahmeeinheit und/oder Leistungsabnahmeeinheit als ein elektrisches Versorgungsnetz, gespeist durch ein oder mehrere Kraftwerke, ausgebildet ist. Durch diese Ausgestaltung ist sichergestellt, dass das Fahrzeug tatsächlich mit dem Sollwert der ermittelten Ladeleistung geladen wird, unabhängig davon, ob der tatsächliche Überschuss an Leistung mit dem ermittelten Überschuss an Leistung übereinstimmt. That is, in other words, in the event that the setpoint of the determined charging power, which represents a calculated surplus of available power provided by the photovoltaic system, deviates from the actually available surplus, or there is no surplus at all either additional power is provided by the power supply unit to the charging device or power is provided by the charging device to the power consumption unit. The power consumption unit and/or power consumption unit can be a local storage unit, for example an electrical storage unit such as a battery. It is also conceivable that the power consumption unit and/or power consumption unit is designed as an electrical supply network, fed by one or more power plants. This design ensures that the vehicle is actually charged with the target value of the determined charging power, regardless of whether the actual excess power corresponds to the determined excess power.
Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt oder Computerprogramm mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger oder Speichermedium wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung, Umsetzung und/oder Ansteuerung der Schritte der Verfahren nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, insbesondere wenn das Programmprodukt oder Programm auf einem Computer bzw. einer Recheneinheit ausgeführt wird. Also advantageous is a computer program product or computer program with program code, which can be stored on a machine-readable carrier or storage medium such as a semiconductor memory, a hard drive memory or an optical memory and for carrying out, implementing and / or controlling the steps of the method according to one of the embodiments described above is used, especially if the program product or program is executed on a computer or a computing unit.
Im Folgenden soll die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert werden. The invention will be explained in more detail below with reference to the drawings.
Dazu zeigen Show this
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines elektrischen Netzes zu einem Photovoltaik-Überschussladen eines Fahrzeugs; 1 shows a schematic representation of an electrical network for a photovoltaic surplus charging of a vehicle;
Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Regelstrecke; Fig. 2 is a block diagram of a controlled system;
Fig. 3 ein Blockschaltbild eines Regelkreises gemäß einerFig. 3 is a block diagram of a control circuit according to one
Ausführungsform; embodiment;
Fig. 4 ein Blockschaltbild eines Regelkreises gemäß einer alternativen Ausführungsform; 4 is a block diagram of a control loop according to an alternative embodiment;
Fig. 5 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Ermitteln einerFig. 5 is a flowchart of a method for determining a
Ladeleistung für ein Laden einer Batterie eines Fahrzeugs. Charging power for charging a battery of a vehicle.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines elektrischen Netzes, welches ein Photovoltaik-Überschussladen eines batterieelektrischen Fahrzeugs 30 bspw. an einem Wohngebäude 10 ermöglicht. An dem Wohngebäude 10 ist eine als Wallbox 12 ausgebildete Ladeeinrichtung 12, ein Photovoltaiksystem 14 mit Photovoltaikmodulen 16 und einem Wechselrichter 18, sowie ein Verbrauchersystem 20 mit ein oder mehreren elektrischen Verbrauchern angeordnet. Ferner umfasst das Wohngebäude 10 eine elektrische Verteilereinheit 22. Fig. 1 shows a schematic representation of an electrical network, which enables photovoltaic excess charging of a battery-electric vehicle 30, for example on a residential building 10. A charging device 12 designed as a wallbox 12, a photovoltaic system 14 with photovoltaic modules 16 and an inverter 18, and a consumer system 20 with one or more electrical consumers are arranged on the residential building 10. Furthermore, the residential building 10 includes an electrical distribution unit 22.
Das Photovoltaiksystem 14 ist ausgebildet, von den Photovoltaikmodulen 16 erzeugte und mittels des Wechselrichters 18 in Wechselstrom umgewandelte elektrische Leistung an das Verbrauchersystem 20, die Ladeeinrichtung 12 und/oder an ein das Wohngebäude 10 mit einem Kraftwerk elektrisch verbindendes Versorgungsnetz 26 bereitzustellen. Hierzu umfasst die Verteilereinheit 22 mehrere elektrische Schnittstellen, die ausgebildet sind, eine elektrische Verbindung zwischen der Verteilereinheit 22 und dem Wechselrichter 18, zwischen der Verteilereinheit 22 und dem Verbrauchersystem 20, zwischen der Verteilereinheit 22 und der Ladeeinrichtung 12 sowie zwischen der Verteilereinheit 22 und dem Versorgungsnetz 26 zu ermöglichen. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Ladeeinrichtung 10 mit dem Photovoltaiksystem 14 und dem Verbrauchersystem 20 mittelbar über die Verteilereinheit 22 elektrisch verbunden. The photovoltaic system 14 is designed to provide electrical power generated by the photovoltaic modules 16 and converted into alternating current by means of the inverter 18 to the consumer system 20, the charging device 12 and / or to a supply network 26 that electrically connects the residential building 10 to a power plant. For this purpose, the distribution unit 22 comprises a plurality of electrical interfaces which are designed to provide an electrical connection between the distribution unit 22 and the inverter 18, between the distribution unit 22 and the consumer system 20, between the distribution unit 22 and the charging device 12 and between the distribution unit 22 and the supply network 26 to enable. According to the present exemplary embodiment, the charging device 10 is electrically connected to the photovoltaic system 14 and the consumer system 20 indirectly via the distribution unit 22.
Der Ladeeinrichtung 12 ist eine Recheneinheit 28 zugeordnet, welche an der Ladeeinrichtung 12 angeordnet, insbesondere in die Ladeeinrichtung 12 integriert, sein kann. Denkbar ist auch, dass die Recheneinheit 28 abseits der Ladeeinrichtung 12, bspw. innerhalb des Wohngebäudes angeordnet ist oder Teil einer Cloud-Computing-Umgebung ist. The charging device 12 is assigned a computing unit 28, which can be arranged on the charging device 12, in particular integrated into the charging device 12. It is also conceivable that the computing unit 28 is arranged away from the charging device 12, for example within the residential building, or is part of a cloud computing environment.
Die Recheneinheit 28 ist eingerichtet, einen Sollwert einer Ladeleistung für ein Laden einer Batterie 32 des Fahrzeugs 30 mittels der Ladeeinrichtung 12 zu ermitteln. Hierzu umfasst die Recheneinheit 28 einen Prozessor, ein Speichermedium mit einem Computerprogramm, sowie mindestens eine Kommunikationsschnittstelle. Das Computerprogramm umfasst Befehle, die bei der Ausführung durch den Prozessor bewirken, dass ein Sollwert einer Ladeleistung für ein Laden der Batterie 32 des Fahrzeugs 30 gemäß dem nachfolgend beschriebenen Verfahren ermittelt wird. Hierzu ist die Recheneinheit 28 eingerichtet, eine Leistungsinformation bezüglich einer Differenz eines Istwerts einer von dem Photovoltaiksystem 14 bereitgestellten Leistung sowie eines Istwerts einer mittels des Verbrauchersystems 20 abgenommenen Leistung und eines Istwerts einer mittels der Ladeeinrichtung 12 für das Laden der Batterie 32 des Fahrzeugs 30 bereitgestellten Ladeleistung einzulesen. Weiter ist die Recheneinheit 28 eingerichtet, den Sollwert der Ladeleistung basierend auf der eingelesenen Leistungsinformation unter Verwendung eines Regelalgorithmus zu ermitteln. Hierbei repräsentiert der ermittelte Sollwert der Ladeleistung einen Überschuss an der bereitgestellten Leistung, um die Batterie 32 des Fahrzeugs 30 mit der ermittelten Ladeleistung mittels der Ladeeinrichtung 12 zu laden. The computing unit 28 is set up to determine a target value of a charging power for charging a battery 32 of the vehicle 30 using the charging device 12. For this purpose, the computing unit 28 includes a processor, a storage medium with a computer program, and at least one communication interface. The computer program includes commands which, when executed by the processor, cause a target value of a charging power for charging the battery 32 of the vehicle 30 to be determined according to the method described below. For this purpose, the computing unit 28 is set up to receive performance information regarding a difference between an actual value of a power provided by the photovoltaic system 14 and an actual value of a power taken by means of the consumer system 20 and an actual value of a charging power provided by means of the charging device 12 for charging the battery 32 of the vehicle 30 to read in. Furthermore, the computing unit 28 is set up to determine the target value of the charging power based on the read power information using a control algorithm. Here, the determined target value of the charging power represents an excess of the power provided in order to charge the battery 32 of the vehicle 30 with the determined charging power using the charging device 12.
Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild einer dem Laden des Fahrzeugs 30 mit der ermittelten Ladeleistung zu Grunde liegenden Regelstrecke 34. Der Regelstrecke 34 ist als Stellgröße bzw. Stelleingriff die mittels der Recheneinheit 28 ermittelte Ladeleistung Pbatt:ref und als Regelgröße eine dem Versorgungsnetz 26 bereitgestellte bzw. eine mittels des Versorgungsnetzes abgenommene bzw. in das Versorgungsnetz exportierte Leistung Pgrid zugeordnet. 2 shows a block diagram of a controlled system 34 on which the charging of the vehicle 30 is based with the determined charging power. The controlled variable or control intervention of the controlled system 34 is the charging power P batt:re f determined by the computing unit 28 and the controlled variable is one of the supply network 26 provided or a service purchased by means of the supply network or exported into the supply network assigned to P grid .
Hierbei entspricht die Leistung Pgrid, die in das Versorgungsnetz 26 exportiert oder aus dem Versorgungsnetz 26 importiert wird, vereinfacht einer Differenz aus einer von dem Photovoltaiksystem 16 bereitgestellten Leistung Pso iar und der Ladeleistung Pbatt, mittels welcher die Batterie 32 des Fahrzeugs 30 geladen wird, sowie der von dem Verbrauchersystem 20 abgenommenen Leistung Pconsumer> die dem aktuellen Verbrauch aller weiteren elektrischen Geräte des Wohngebäudes 10 entspricht: Here, the power P grid , which is exported into the supply network 26 or imported from the supply network 26, corresponds, in simple terms, to a difference between a power P so iar provided by the photovoltaic system 16 and the charging power P batt , by means of which the battery 32 of the vehicle 30 is charged is, as well as the power Pconsumer> taken by the consumer system 20, which corresponds to the current consumption of all other electrical devices in the residential building 10:
Pgrid Psoiar Pbatt Pconsumer Pgrid Psoiar Pbatt Pconsumer
Ferner berücksichtigt die Regelstrecke 34 eine erste Ladeeigenschaft 36 der Ladeeinrichtung 12 und eine zweite Ladeeigenschaft 38 der Ladeeinrichtung 12. Furthermore, the controlled system 34 takes into account a first charging property 36 of the charging device 12 and a second charging property 38 of the charging device 12.
Die erste Ladeeigenschaft 36 repräsentiert eine maximale Ladeleistung der Ladeeinrichtung 12, welche von der Ladeeinrichtung 12 zum Laden der Batterie 32 des Fahrzeugs 30 maximal bereitstellbar ist, bspw. 11 kW. Die Ladeeinrichtung 12 ist eingerichtet, die Batterie 32 des Fahrzeugs 30 mit der maximalen Ladeleistung zu laden, wenn die ermittelte Ladeleistung Pbatt:ref die maximale Ladeleistung überschreitet. Denkbar ist auch, dass die erste Ladeeigenschaft 36 zusätzlich eine maximale negative Ladeleistung der Ladeeinrichtung 12 repräsentiert, welche mittels der Ladeeinrichtung 12 von der Batterie 32 des Fahrzeugs 30 maximal aufnehmbar und an das Verbrauchersystem 20 bereitstellbar ist. Auf diese Weise kann unter Verwendung des vorgestellten Regelalgorithmus eine von dem Verbrauchersystem 20 abgenommene Leistung alternativ oder zusätzlich zu dem Photovoltaik-System 14 auch aus der Batterie 32 des Fahrzeugs gedeckt werden, wenn nicht genügend Solarleistung zur Verfügung steht. The first charging property 36 represents a maximum charging power of the charging device 12, which can be provided by the charging device 12 for charging the battery 32 of the vehicle 30, for example 11 kW. The charging device 12 is set up to charge the battery 32 of the vehicle 30 with the maximum charging power if the determined charging power P batt:re f exceeds the maximum charging power. It is also conceivable that the first charging property 36 additionally represents a maximum negative charging power of the charging device 12, which can be maximally absorbed by the battery 32 of the vehicle 30 by means of the charging device 12 and made available to the consumer system 20. In this way, using the control algorithm presented, power consumed by the consumer system 20 can also be covered from the battery 32 of the vehicle as an alternative or in addition to the photovoltaic system 14 if there is not enough solar power available.
Die zweite Ladeeigenschaft 38 repräsentiert vorgegebene Ladeleistungsstufen der Ladeeinrichtung 12, gemäß derer die zum Laden der Batterie 32 des Fahrzeugs 30 bereitstellbare Ladeleistung diskretisiert ist, bspw. 1,4 kW, 3.7 kW, 7,4 kW, 11 kW. Die Ladeeinrichtung 12 ist eingerichtet, die Batterie 32 des Fahrzeugs 30 mit einer Ladeleistung zu laden, welche von der ermittelten Ladeleistung betragsmäßig oder positiv oder negativ minimal abweicht. The second charging property 38 represents predetermined charging power levels of the charging device 12, according to which the charging power that can be provided for charging the battery 32 of the vehicle 30 is discretized, for example 1.4 kW, 3.7 kW, 7.4 kW, 11 kW. The charging device 12 is set up to charge the battery 32 of the vehicle 30 with a charging power which deviates minimally in magnitude or positively or negatively from the determined charging power.
Das heißt, mit anderen Worten, die Regelstrecke 34 berücksichtigt typische nichtlineare Merkmale der Ladeeinrichtung 12 wie z.B. Leistungsbeschränkungen sowie Quantisierungsschritte für Spannung und Ladestrom. Die nichtlinearen Eigenschaften der Ladeeinrichtung 12 bzw. Wallbox 12 umfassen bevorzugt eine Quantisierung des Ladestroms bzw. der Ladeleistung und eine untere Begrenzung bei null (d.h. keine Rückspeisung aus dem Fahrzeug 30 in die Ladeeinrichtung 12 bzw. in ein elektrisches Netz des Wohngebäudes 10) sowie eine obere Begrenzung, die durch eine elektrische Auslegung der Ladeeinrichtung 12 gegeben ist. That is, in other words, the controlled system 34 takes into account typical non-linear characteristics of the charging device 12 such as power limitations and quantization steps for voltage and charging current. The non-linear properties of the charging device 12 or wallbox 12 preferably include a quantization of the charging current or the charging power and a lower limit at zero (i.e. no feedback from the vehicle 30 into the charging device 12 or into an electrical network of the residential building 10) as well as a upper limit, which is given by an electrical design of the charging device 12.
Eine im Allgemeinen nichtlineare Abhängigkeit der Ladeleistung Pbatt von Ladeleistung Pbatt:ref kann mathematisch als eine Funktion A generally non-linear dependence of the charging power P batt on the charging power P batt:re f can be mathematically expressed as a function
Pbatt ~ Q ( Pbatt, re f) dargestellt werden, wobei die im Allgemeinen nichtlineare Funktion Q die Eingangsgröße Pbatt:ref auf die Ausgangsgröße Pbatt abbildet. Pbatt ~ Q (Pbatt, re f), whereby the generally nonlinear function Q maps the input variable P batt:re f to the output variable P batt .
Fig. 3 zeigt ein Blockschaltbild eines Regelkreises gemäß einer Ausführungsform. Der Regelkreis ist in seiner Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 40 versehen und umfasst einen bspw. als Software implementierbaren Regelalgorithmus 42 und die Regelstrecke 34 gemäß Fig. 2. Gemäß dieser Ausführungsform umfasst der Regelalgorithmus 42 einen Integralregler. Denkbar ist auch, dass der Regelalgorithmus 42 einen alternativen Regler mit einem Integralanteil, bspw. einen Proportional-Integral-Regler (PI- Regler) oder einen Proportional-Integral-Differential-Regler (PID-Regler) umfasst. 3 shows a block diagram of a control loop according to an embodiment. The control circuit is provided in its entirety with the reference number 40 and includes a control algorithm 42 that can be implemented, for example, as software, and the controlled system 34 according to FIG. 2. According to this embodiment, the control algorithm 42 includes an integral controller. It is also conceivable that the control algorithm 42 includes an alternative controller with an integral component, for example a proportional-integral controller (PI controller) or a proportional-integral-derivative controller (PID controller).
Der Regelalgorithmus 42 ist eingerichtet, die Regelgröße Pgrid auf einen vorgegebenen Sollwert, insbesondere Pgrid = 0 zu regeln, um möglichst keine Leistung aus dem Versorgungsnetz 26 zukaufen zu müssen. The control algorithm 42 is set up to regulate the controlled variable Pg rid to a predetermined setpoint, in particular Pg rid = 0, in order to avoid having to purchase any power from the supply network 26.
Denkbar ist auch, dass die Regelgröße Pgrid mittels des Regelalgorithmus 42 auf einen vorgegebenen Sollwert Pgrid > 0 geregelt wird. Dadurch kann die nächsthöhere Leistungsstufe der Ladeeinrichtung 12 angewählt werden, so dass die mittels des Photovoltaiksystems 14 bereitgestellte Solarleistung durch geringe Mengen aus dem Versorgungsnetz 26 zugekaufter Leistung vollständig für das Laden der Batterie 32 des Fahrzeugs 30 genutzt werden kann. It is also conceivable that the controlled variable Pg rid is regulated to a predetermined setpoint Pg rid > 0 using the control algorithm 42. This allows the next higher power level of the charging device 12 to be selected, so that the solar power provided by the photovoltaic system 14 can be fully used for charging the battery 32 of the vehicle 30 using small amounts of power purchased from the supply network 26.
Der Regelalgorithmus 42 umfasst weiter ein Ladeeinrichtungs-Modell 44 mit einer Anti-Wind-up-Rückführung. Das Ladeeinrichtungs-Modell 44 repräsentiert zumindest eine Ladeeigenschaft der Ladeeinrichtung 12, bevorzugt die erste Ladeeigenschaft 36 und die zweite Ladeeigenschaft 38. Bspw. kann das Ladeeinrichtungs-Modell 44 die vorstehend beschriebene Funktion Q umfassen bzw. eingerichtet sein, eine mathematische Abbildung gemäß der vorstehend beschriebenen Funktion Q auszuführen. The control algorithm 42 further includes a charging device model 44 with anti-wind-up feedback. The charging device model 44 represents at least one charging property of the charging device 12, preferably the first charging property 36 and the second charging property 38. For example, the charging device model 44 can include or be set up the function Q described above, a mathematical mapping according to the one described above Execute function Q.
Die Anti-Wind-up-Rückführung ist eingerichtet, eine Differenz zwischen einer Eingangsgröße des Ladeeinrichtungs-Modells 44 und einer Ausgangsgröße des Ladeeinrichtungs-Modells 44 von einer Eingangsgröße des Integralreglers abzuziehen. Das heißt, mit anderen Worten, ein Ausgang des Ladeeinrichtungs- Modells 44 wird von einem Eingang des Ladeeinrichtungs-Modells 44 abgezogen und dann wieder negativ auf einen Eingang des Integrators aufgeschaltet. The anti-wind-up feedback is set up to subtract a difference between an input variable of the charging device model 44 and an output variable of the charging device model 44 from an input variable of the integral controller. That is, in other words, an output of the charging device model 44 is subtracted from an input of the charging device model 44 and then connected negatively again to an input of the integrator.
Also können, typische, insbesondere nichtlineare, Eigenschaften bzw. Merkmale der Ladeeinrichtung 12 mittels des Ladeeinrichtungs-Modells 44 und der Anti- Wind-up-Rückführung bereits im Regelalgorithmus 42 explizit berücksichtigt werden. Dadurch wird verhindert, dass der Integralanteil im Regler nicht weiterläuft, wenn sich die Ladeeinrichtung 12 bspw. an ihrer Leistungsgrenze befindet. Ebenso wird es dadurch möglich, dass kein Schaltvorgang von einer ersten auf eine zweite Leistungsstufe der Ladeeinrichtung 12 auftritt, wenn ein Wert der Stellgröße zwischen zwei Leistungsstufen liegt. So, typical, in particular non-linear, properties or features of the charging device 12 can already be explicitly taken into account in the control algorithm 42 by means of the charging device model 44 and the anti-wind-up feedback. This prevents the integral component in the controller from stopping running when the charging device 12 is at its performance limit, for example located. This also makes it possible for no switching process to occur from a first to a second power level of the charging device 12 if a value of the manipulated variable lies between two power levels.
Fig. 4 zeigt ein Blockschaltbild eines Regelkreises gemäß einer alternativen Ausführungsform. Der Regelkreis ist in seiner Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 40‘ versehen und umfasst einen bspw. als Software implementierbaren Regelalgorithmus 42‘ und die Regelstrecke 34 gemäß Fig. 2. Fig. 4 shows a block diagram of a control loop according to an alternative embodiment. The control circuit is provided in its entirety with the reference number 40' and includes a control algorithm 42' that can be implemented, for example, as software, and the controlled system 34 according to FIG. 2.
Der Regelalgorithmus 42‘ repräsentiert eine zeitdiskrete Umsetzung und Bedatung des Regelalgorithmus 42 gemäß Fig. 3, ferner ergänzt um ein Verbrauchermodell. The control algorithm 42 'represents a time-discrete implementation and data processing of the control algorithm 42 according to FIG. 3, further supplemented by a consumer model.
In dieser zeitdiskreten Umsetzung ergibt sich nach einem Abtastschritt bzw. ersten Schritt einer Ausführung des Regelalgorithmus 42‘ In this time-discrete implementation, after a sampling step or first step, the control algorithm 42' is executed
Pgrid Pconsumer Psolar Q Pgrid + Pconsumer Psolar) mit der vorstehend beschriebenen Funktion Q und Pbatt = Q (Pbatt,ref)- Pgrid Pconsumer Psolar Q Pgrid + Pconsumer Psolar) with the function Q described above and P batt = Q (P ba tt,ref)-
In dieser zeitdiskreten Umsetzung ist der Regelalgorithmus 42‘ eingerichtet, eine Differenz zwischen einer aus dem Versorgungsnetz 26 aufgenommenen bzw. zugekauften Leistung Pgrid und einem Sollwert der aus dem Versorgungsnetz 26 aufgenommenen Leistung Pgrid unter Berücksichtigung der Ladeeigenschaften der Ladeeinrichtung 12 zu minimieren. Für den Fall, dass die Leistungsstufen der Ladeeinrichtung 12 bezüglich der in der jeweiligen Leistungsstufe bereitgestellten Ladeleistung sehr geringe Abstände aufweisen und ferner die ermittelte Ladeleistungen innerhalb von Leistungsgrenzen der Ladeeinrichtung 12 liegt, gilt näherungsweise In this time-discrete implementation, the control algorithm 42 'is set up to minimize a difference between a power P grid received or purchased from the supply network 26 and a target value of the power P grid received from the supply network 26, taking into account the charging properties of the charging device 12. In the event that the power levels of the charging device 12 have very small distances with respect to the charging power provided in the respective power level and furthermore the determined charging power is within the performance limits of the charging device 12, the following applies approximately
Q (Pgrid "F Pconsumer P olar) ~ Pgrid + Pconsumer Psolar- Folglich gilt mit obiger Gleichung nach dem Abtastschritt Pgrid = Pgrid. Q (Pgrid "F Pconsumer P olar) ~ Pgrid + Pconsumer Psolar- Consequently, with the above equation, after the sampling step P grid = P grid .
Weiter gilt dann Pbatt = p rid - PconsUmer + Psolar, so dass für einen bevorzugten Sollwert Pgrid = 0 die mittels des Photovoltaiksystems 14 bereitgestellte Leistung abzüglich der mittels des Verbrauchersystems 20 aufgenommenen Leistung zum Laden der Batterie 32 des Fahrzeugs bereitgestellt wird. Das Verbrauchermodell umfasst für ein oder mehrere Verbraucher des Verbrauchersystems 20 eine, insbesondere für ein oder mehrere vorgegebene Zeitpunkte voraussichtlich, abgenommene Leistung. Das Verbrauchermodell umfasst eine Information bezüglich einer, insbesondere voraussichtlich, abgenommenen Leistung PCOnsumer,prci der ein oder mehreren, insbesondere einer Gesamtheit, der Verbraucher des Verbrauchersystems für ein oder mehrere vorgegebene Zeitpunkte oder Zeitfenster bzw. Zeiträume. Hierzu umfasst das Verbrauchermodell bspw. eine Lookup-Tabelle. Die Lookup-Tabelle kann voraussichtlich aufgenommene Leistungen für einzelne Verbraucher, wie bspw. Wärmepumpe, Herd, Backofen, Spülmaschine etc. für vorgegebene Zeitpunkte bzw. Uhrzeiten oder Zeitfenster aufweisen. Derartige Großverbraucher in einem Haushalt weisen mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit eine reproduzierbare Leistungsaufnahme bzw. Leistungsanforderung zu bestimmten Uhrzeiten auf. Furthermore, P batt = p rid - P consU mer + Psolar, so that for a preferred setpoint P grid = 0, the power provided by the photovoltaic system 14 minus the power consumed by the consumer system 20 is provided for charging the battery 32 of the vehicle. The consumer model includes a service that is expected to be purchased for one or more consumers of the consumer system 20, in particular for one or more predetermined points in time. The consumer model includes information regarding a, in particular expected, service P CO nsumer,prci of one or more, in particular a totality, of the consumers of the consumer system for one or more predetermined points in time or time windows or periods. For this purpose, the consumer model includes, for example, a lookup table. The lookup table can show expected services for individual consumers, such as heat pumps, stoves, ovens, dishwashers, etc. for specified times or times or time windows. Such large consumers in a household have a certain probability of having a reproducible power consumption or power requirement at certain times.
Weiter kann die Lookup-Tabelle voraussichtlich aufgenommene Leistungen für einzelne oder alle Verbraucher für vorgegebene Zeitpunkte bzw. Uhrzeiten oder Zeitfenster an vorgegebenen Wochentagen aufweisen. Dadurch kann berücksichtigt werden, dass sich Leistungsaufnahme bzw. Leistungsanforderung bspw. zwischen Werktagen und Wochenendtagen unterscheiden kann. Furthermore, the lookup table can show expected services for individual or all consumers for specified points in time or times or time windows on specified days of the week. This makes it possible to take into account that power consumption or performance requirements can differ, for example, between working days and weekend days.
Ferner kann die Lookup-Tabelle voraussichtlich aufgenommene Leistungen für einzelne oder alle Verbraucher für vorgegebene Zeitpunkte bzw. Uhrzeiten oder Zeitfenster an vorgegebenen Wochentagen zu vorgegebenen Monaten oder Jahreszeiten aufweisen. Dadurch können saisonale Unterschiede berücksichtigt werden. Furthermore, the lookup table can have expected recorded services for individual or all consumers for predetermined points in time or times or time windows on predetermined days of the week in predetermined months or seasons. This allows seasonal differences to be taken into account.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die mittels des Verbrauchersystems tatsächlich abgenommene Leistung aus einer Messung der aus dem elektrischen Versorgungsnetz entnommenen bzw. an das elektrische Versorgungsnetz abgegebenen Leistung Pgrid, bspw. an einem Hausanschlusspunkt, ermittelt werden. Hierzu wird die gemäß dem vorliegenden Ermittlungsverfahren ermittelte Ladeleistung Pbatt und die mittels des Photovoltaiksystems bereitgestellte Leistung Psoiar von der Leistung Pgrid abgezogen. Es ist dann möglich, die mittels des Verbrauchersystems abgenommene Leistung PconsUmer = Psoiar ~ Pbatt ~ Pgrid bzw. eine Differenz aus Verbraucherleistung und Solarleistung Pconsumer ~ Psoiar = -Pbatt ~ Pgria zu berechnen, sofern Pso iar nicht bekannt ist. According to a further embodiment, the power actually consumed by the consumer system can be determined from a measurement of the power P grid taken from the electrical supply network or delivered to the electrical supply network, for example at a house connection point. For this purpose, the charging power P batt determined according to the present investigation procedure and the power P soiar provided by the photovoltaic system are deducted from the power P grid . It is then possible to use the power consumed by the consumer system P consU mer = Psoiar ~ Pbatt ~ Pgrid or a difference from consumer power and solar power P consumer ~ Psoiar = -Pbatt ~ Pgria, if P so iar is not known.
Im Falle eines adaptiven Verbrauchermodells werden bestehende Werte in einzelnen Zellen einer Lookup-Tabelle durch neue Werte ersetzt, wenn bspw. zu einer bestimmten Uhrzeit ein neuer Leistungswert Pconsumer bzw. ein neuer Wert für eine Leistungsdifferenz Pconsumer ~ Psoiar ermittelt worden ist. Gemäß dieser Ausführungsform umfasst das Verbrauchermodell, insbesondere die Lookup- Tabelle, voraussichtlich auftretende Leistungsdifferenzen zwischen der mittels des Verbrauchersystems abgenommenen Leistung Pconsumer und der mittels des Photovoltaiksystems bereitgestellten Leistung Pso iar. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn die voraussichtliche Leistung des Verbrauchersystems nicht oder kaum bekannt ist, bspw. weil ein Verbraucherverhalten eines das Verbrauchersystem benutzenden Verbrauchers nicht bekannt ist. In the case of an adaptive consumer model, existing values in individual cells of a lookup table are replaced by new values if, for example, a new power value P con sumer or a new value for a power difference P cons sumer ~ Psoiar has been determined at a certain time. According to this embodiment, the consumer model, in particular the lookup table, includes expected power differences between the power P con sumer consumed by the consumer system and the power P so iar provided by the photovoltaic system. This is particularly advantageous if the expected performance of the consumer system is not or barely known, for example because consumer behavior of a consumer using the consumer system is not known.
Eine zugehörige Adaptionsgeschwindigkeit des Ersetzens alter durch neuer Leistungswerte kann derart gewählt werden, dass Leistungsaufnahmen, welche insbesondere auf reproduzierbaren Vorgängen in einem Haushalt basieren, zuverlässig erfasst werden können. An associated adaptation speed of replacing old with new power values can be selected such that power consumption, which is based in particular on reproducible processes in a household, can be reliably recorded.
Denkbar ist weiter, dass das, insbesondere adaptive, Verbrauchermodell eine Differenz Pconsumer ~ Psoiar zwischen Verbraucherleistung und Solarleistung repräsentiert. In diesem Fall werden bestehende Werte für die Differenz Pconsumer ~ Psoiar 'n einzelnen Zellen einer Lookup-Tabelle durch neue Werte für die Differenz Pconsumer ~ Psoiar ersetzt, wenn bspw. zu einer bestimmten Uhrzeit ein neuer Leistungswert Pconsumer ~ Psoiar ermittelt worden ist. Dadurch werden nicht nur typische Verbrauchsverläufe über Uhrzeit, Tag, Monat etc. abgebildet, sondern direkt die Differenz aus Verbraucherleistung und Solarleistung. It is also conceivable that the, in particular adaptive, consumer model represents a difference P con sumer ~ Psoiar between consumer power and solar power. In this case, existing values for the difference Pconsumer ~ Psoiar ' n individual cells of a lookup table are replaced by new values for the difference P con sumer ~ Psoiar, for example if a new power value P con sumer ~ Psoiar was determined at a certain time is. This not only shows typical consumption trends over time, day, month, etc., but also directly shows the difference between consumer power and solar power.
Mittels des, insbesondere adaptiven, Verbrauchermodells können tatsächliche Störeinflüsse in der Regelstrecke durch eine zusätzliche Softwarefunktion kompensiert werden, sodass eine Regelung des Sollwerts der Ladeleistung mit höherer Güte erfolgt. By means of the, in particular adaptive, consumer model, actual disturbances in the controlled system can be compensated for by an additional software function, so that the setpoint of the charging power is regulated with a higher quality.
Fig. 5 zeigt ein Ablaufdiagramm des Verfahrens 100 zum Ermitteln eines Sollwerts einer Ladeleistung für ein Laden einer Batterie eines Fahrzeugs mittels einer Ladeeinrichtung. Die Ladeeinrichtung ist hierbei mit einem Photovoltaiksystem und einem Verbrauchersystem elektrisch verbindbar, insbesondere verbunden. 5 shows a flowchart of the method 100 for determining a target value of a charging power for charging a battery of a vehicle using a charging device. The charging device is here with a Photovoltaic system and a consumer system can be electrically connected, in particular connected.
In Schritt 110 wird eine Leistungsinformation eingelesen, welche eine Differenz zwischen Istwerten einer von dem Photovoltaiksystem bereitgestellten Leistung sowie einer mittels des Verbrauchersystems abgenommenen Leistung und einer mittels der Ladeeinrichtung für das Laden der Batterie des Fahrzeugs bereitgestellten Ladeleistung repräsentiert. In step 110, performance information is read in, which represents a difference between actual values of a power provided by the photovoltaic system and a power taken by the consumer system and a charging power provided by the charging device for charging the battery of the vehicle.
In Schritt 120 wird der Sollwert der Ladeleistung basierend auf der Leistungsinformation unter Verwendung eines Regelalgorithmus mittels einer Recheneinheit, wobei der ermittelte Sollwert der Ladeleistung einen Überschuss an der bereitgestellten Leistung repräsentiert. In step 120, the desired value of the charging power is determined based on the performance information using a control algorithm by means of a computing unit, wherein the determined desired value of the charging power represents an excess of the power provided.
In Schritt 130 wird die Batterie des Fahrzeugs mit dem ermittelten Sollwert der Ladeleistung mittels der Ladeeinrichtung geladen. Insbesondere wird hierbei der Ladeeinrichtung zusätzliche Leistung mittels einer Leistungsversorgungseinheit bereitgestellt, wenn der Sollwert der ermittelten Ladeleistung größer ist als eine Leistungsdifferenz zwischen einer von dem Photovoltaiksystem bereitgestellten Leistung und einer mittels des Verbrauchersystems abgenommenen Leistung. Alternativ wird einer Leistungsabnahmeeinheit zusätzliche Leistung mittels der Ladeeinrichtung bereitgestellt, wenn der ermittelte Sollwert der Ladeleistung kleiner ist als die Leistungsdifferenz zwischen der von dem Photovoltaiksystem bereitgestellten Leistung und der mittels des Verbrauchersystems abgenommenen Leistung. In step 130, the battery of the vehicle is charged with the determined target value of the charging power using the charging device. In particular, additional power is provided to the charging device by means of a power supply unit if the setpoint of the determined charging power is greater than a power difference between a power provided by the photovoltaic system and a power taken by the consumer system. Alternatively, additional power is provided to a power consumption unit by means of the charging device if the determined target value of the charging power is smaller than the power difference between the power provided by the photovoltaic system and the power taken by the consumer system.

Claims

Ansprüche Expectations
1. Verfahren (100) zum Ermitteln eines Sollwerts einer Ladeleistung für ein Laden einer Batterie (32) eines Fahrzeugs (30) mittels einer Ladeeinrichtung (12), wobei die Ladeeinrichtung (12) mit einem Photovoltaiksystem (14) und einem Verbrauchersystem (20) elektrisch verbindbar, insbesondere verbunden, ist, mit folgenden Schritten: 1. Method (100) for determining a target value of a charging power for charging a battery (32) of a vehicle (30) by means of a charging device (12), the charging device (12) having a photovoltaic system (14) and a consumer system (20). is electrically connectable, in particular connected, with the following steps:
Einlesen (110) einer Leistungsinformation, welche eine Differenz zwischen Istwerten einer von dem Photovoltaiksystem (14) bereitgestellten Leistung sowie einer mittels des Verbrauchersystems (20) abgenommenen Leistung und einer mittels der Ladeeinrichtung (12) für das Laden der Batterie (32) des Fahrzeugs (30) bereitgestellten Ladeleistung repräsentiert; und Reading in (110) performance information, which is a difference between actual values of a power provided by the photovoltaic system (14) and a power taken by the consumer system (20) and a power taken by the charging device (12) for charging the battery (32) of the vehicle ( 30) represents the charging power provided; and
Ermitteln (120) des Sollwerts der Ladeleistung basierend auf der eingelesenen Leistungsinformation unter Verwendung eines Regelalgorithmus (42, 42‘) mittels einer Recheneinheit (28), wobei der ermittelte Sollwert der Ladeleistung einen Überschuss an der bereitgestellten Leistung repräsentiert, um die Batterie (32) des Fahrzeugs (30) mit dem ermittelten Sollwert der Ladeleistung mittels der Ladeeinrichtung (12) zu laden. Determining (120) the target value of the charging power based on the read power information using a control algorithm (42, 42') by means of a computing unit (28), the determined target value of the charging power representing an excess of the power provided in order to charge the battery (32). of the vehicle (30) with the determined target value of the charging power by means of the charging device (12).
2. Verfahren (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Regelalgorithmus (42, 42‘) eingerichtet ist, den Sollwert der Ladeleistung unter Berücksichtigung zumindest einer Ladeeigenschaft (36, 38) der Ladeeinrichtung (12) zu ermitteln, wobei die zumindest eine Ladeeigenschaft (36, 38) ausgewählt ist aus: Maximale Ladeleistung der Ladeeinrichtung (12), vorgegebene Ladeleistungsstufen der Ladeeinrichtung (12). 2. Method (100) according to claim 1, characterized in that the control algorithm (42, 42 ') is set up to determine the setpoint of the charging power taking into account at least one charging property (36, 38) of the charging device (12), the at least a charging characteristic (36, 38) is selected from: maximum charging power of the charging device (12), predetermined charging power levels of the charging device (12).
3. Verfahren (100) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Regelalgorithmus (42, 42‘) ein Ladeeinrichtungs-Modell (44) mit einer Anti- Wind-up-Rückführung umfasst, um die zumindest eine Ladeeigenschaft (36, 38) der Ladeeinrichtung (12) beim Ermitteln des Sollwerts der Ladeleistung zu berücksichtigen. 3. Method (100) according to claim 2, characterized in that the control algorithm (42, 42 ') comprises a charging device model (44) with an anti-wind-up feedback in order to determine the at least one charging characteristic (36, 38). the charging device (12) must be taken into account when determining the setpoint of the charging power.
4. Verfahren (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Regelalgorithmus (42, 42‘) eingerichtet ist, beim Ermitteln des Sollwerts der Ladeleistung eine, insbesondere mittels eines Verbrauchermodells, bereitgestellte weitere Leistungsinformation zu berücksichtigen, welche eine, insbesondere voraussichtlich, abgenommene Leistung für ein oder mehrere Verbraucher des Verbrauchersystems (20) repräsentiert. Verfahren (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Regelalgorithmus (42, 42‘) einen Regler mit Integral-Anteil, insbesondere einen Integral-Regler, einen Proportional- Integral-Regler oder einen Proportional-Integral-Differential-Regler, umfasst. Verfahren (100) nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Schritt (140) des Ladens der Batterie (32) des Fahrzeugs (30) mit dem Sollwert der ermittelten Ladeleistung mittels der Ladeeinrichtung (12), wobei der Ladeeinrichtung (12) zusätzliche Leistung mittels einer4. Method (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the control algorithm (42, 42 ') is set up Determining the setpoint of the charging power takes into account further performance information provided, in particular by means of a consumer model, which represents a, in particular expected, power consumed for one or more consumers of the consumer system (20). Method (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the control algorithm (42, 42 ') is a controller with an integral component, in particular an integral controller, a proportional-integral controller or a proportional-integral-derivative controller , includes. Method (100) according to one of the preceding claims, characterized by a step (140) of charging the battery (32) of the vehicle (30) with the setpoint of the determined charging power by means of the charging device (12), wherein the charging device (12) provides additional power by means of one
Leistungsversorgungseinheit (24) bereitgestellt wird, wenn der Sollwert der ermittelten Ladeleistung größer ist als eine Differenz zwischen den Istwerten der von dem Photovoltaiksystem (14) bereitgestellten Leistung und der mittels des Verbrauchersystems (20) abgenommenen Leistung, oder einer Leistungsabnahmeeinheit (24) zusätzliche Leistung mittels der Ladeeinrichtung (12) bereitgestellt wird, wenn der Sollwert der ermittelten Ladeleistung kleiner ist als die Differenz zwischen den Istwerten der von dem Photovoltaiksystem (14) bereitgestellten Leistung und der mittels des Verbrauchersystems (20) abgenommenen Leistung. Recheneinheit (28) zum Ermitteln eines Sollwerts einer Ladeleistung für ein Laden einer Batterie (32) eines Fahrzeugs (30) mittels einer Ladeeinrichtung (12), wobei die Ladeeinrichtung (12) mit einem Photovoltaiksystem (14) und einem Verbrauchersystem (20) elektrisch verbindbar ist und die Recheneinheit (28) eingerichtet ist, eine Leistungsinformation einzulesen, welche eine Differenz zwischen Istwerten einer von dem Photovoltaiksystem (14) bereitgestellten Leistung sowie einer mittels des Verbrauchersystems (20) abgenommenen Leistung und einer mittels der Ladeeinrichtung (12) für das Laden der Batterie (32) des Fahrzeugs (32) bereitgestellten Ladeleistung repräsentiert, und den Sollwert der Ladeleistung basierend auf der Leistungsinformation unter Verwendung eines Regelalgorithmus (42, 42‘) zu ermitteln, wobei der Sollwert der ermittelten Ladeleistung einen Überschuss an der bereitgestellten Leistung repräsentiert, um die Batterie (32) des Fahrzeugs (30) mit dem ermittelten Sollwert der Ladeleistung mittels der Ladeeinrichtung (12) zu laden. Ladeeinrichtung (12) zum Laden einer Batterie (32) eines Fahrzeugs, wobei die Ladeeinrichtung (12) mit einem Photovoltaiksystem (14) und einem Verbrauchersystem (20) elektrisch verbindbar, insbesondere verbunden, ist, eine Recheneinheit (28) gemäß Anspruch 7 umfasst, und ausgebildet ist, die Batterie (32) des Fahrzeugs (30) mit der mittels der Recheneinheit (28) ermittelten Ladeleistung zu laden. System zum Laden einer Batterie (32) eines Fahrzeugs, wobei das System eine mit einem Photovoltaiksystem (14) und einem Verbrauchersystem (20) elektrisch verbindbare, insbesondere verbundene, Ladeeinrichtung (12) und eine Recheneinheit (28) gemäß Anspruch 8 umfasst, wobei die Recheneinheit (28) abseits der Ladeeinrichtung (12) angeordnet ist und die Ladeeinrichtung (12) ausgebildet ist, die Batterie (32) des Fahrzeugs (30) mit der mittels der Recheneinheit (28) ermittelten Ladeleistung zu laden. Computerprogramm, das, wenn es auf einem Computer oder einer Recheneinheit (28) ausgeführt wird, dazu eingerichtet ist, alle Schritte eines Verfahrens (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 auszuführen und/oder zu steuern. Maschinenlesbares Speichermedium mit einem darauf gespeicherten Computerprogramm nach Anspruch 10. Power supply unit (24) is provided if the setpoint of the determined charging power is greater than a difference between the actual values of the power provided by the photovoltaic system (14) and the power taken off by means of the consumer system (20), or a power take-off unit (24) uses additional power the charging device (12) is provided if the setpoint of the determined charging power is smaller than the difference between the actual values of the power provided by the photovoltaic system (14) and the power taken by the consumer system (20). Computing unit (28) for determining a target value of a charging power for charging a battery (32) of a vehicle (30) by means of a charging device (12), the charging device (12) being electrically connectable to a photovoltaic system (14) and a consumer system (20). is and the computing unit (28) is set up to read in performance information, which is a difference between actual values of a power provided by the photovoltaic system (14) and a power taken by means of the consumer system (20) and a power taken by means of the charging device (12) for charging the Battery (32) of the vehicle (32) represents the charging power provided, and to determine the target value of the charging power based on the power information using a control algorithm (42, 42 '), wherein the target value of the determined charging power represents an excess of the power provided to charge the battery (32) of the vehicle (30) with the determined target value of the charging power using the charging device (12). Charging device (12) for charging a battery (32) of a vehicle, the charging device (12) being electrically connectable, in particular connected, to a photovoltaic system (14) and a consumer system (20), comprising a computing unit (28) according to claim 7, and is designed to charge the battery (32) of the vehicle (30) with the charging power determined by the computing unit (28). System for charging a battery (32) of a vehicle, the system comprising a charging device (12) which is electrically connectable, in particular connected, to a photovoltaic system (14) and a consumer system (20) and a computing unit (28) according to claim 8, wherein the Computing unit (28) is arranged away from the charging device (12) and the charging device (12) is designed to charge the battery (32) of the vehicle (30) with the charging power determined by the arithmetic unit (28). Computer program which, when executed on a computer or a computing unit (28), is set up to execute and/or control all steps of a method (100) according to one of claims 1 to 6. Machine-readable storage medium with a computer program stored thereon according to claim 10.
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