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WO2012163396A1 - Leistungs- oder stromstärkebegrenzung bei ladeeinrichtungen - Google Patents

Leistungs- oder stromstärkebegrenzung bei ladeeinrichtungen Download PDF

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WO2012163396A1
WO2012163396A1 PCT/EP2011/058823 EP2011058823W WO2012163396A1 WO 2012163396 A1 WO2012163396 A1 WO 2012163396A1 EP 2011058823 W EP2011058823 W EP 2011058823W WO 2012163396 A1 WO2012163396 A1 WO 2012163396A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
charging
determined
vehicle
power
charging devices
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/EP2011/058823
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Alexander Kepka
Maximilian Korff
Florian SALOMON
Andreas Zwirlein
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Siemens Corp
Original Assignee
Siemens AG
Siemens Corp
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 Siemens AG, Siemens Corp filed Critical Siemens AG
Priority to PCT/EP2011/058823 priority Critical patent/WO2012163396A1/de
Publication of WO2012163396A1 publication Critical patent/WO2012163396A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/02—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries for charging batteries from AC mains by converters
    • H02J7/04—Regulation of charging current or voltage
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/60—Monitoring or controlling charging stations
    • B60L53/63—Monitoring or controlling charging stations in response to network capacity
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
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    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y04S10/00—Systems supporting electrical power generation, transmission or distribution
    • Y04S10/12—Monitoring or controlling equipment for energy generation units, e.g. distributed energy generation [DER] or load-side generation
    • Y04S10/126—Monitoring or controlling equipment for energy generation units, e.g. distributed energy generation [DER] or load-side generation the energy generation units being or involving electric vehicles [EV] or hybrid vehicles [HEV], i.e. power aggregation of EV or HEV, vehicle to grid arrangements [V2G]

Definitions

  • the invention relates to a method for limiting the electric power or the electric current when charging traction batteries of electrically driven vehicles and a control device. It is expected that in the future electrically drivable
  • Such an electrically powered vehicle includes a traction battery, which provides the Benö for driving ⁇ preferential electrical energy. Discharged traction batteries must be recharged if necessary by means of a charging device. Therefore, in the future will be installed in a larger number of charging devices for electrically powered vehicles, for example, at gas stations, parking ⁇ zen, parking garages or at the roadside.
  • the charging devices When desired short charging times, the charging devices must provide considerable electrical power or current levels for charging the traction batteries available.
  • the branch or the power supply network there is a risk that the branch or the power supply network may be overloaded.
  • the invention has for its object to provide a method and an apparatus that allow to operate a plurality of charging devices safely and reliably to a branch of a power supply network.
  • a method for limiting the electric power or the electric current when charging traction batteries of electrically driven vehicles wherein at a branch of a power supply network, a plurality of charging devices is connected to each of which a traction battery of an electrically drivable ⁇ ble vehicle is chargeable, wherein in the process
  • those charging devices are determined which are each electrically connected to a vehicle at a determination time in order to charge its traction battery
  • the Kursin- each connected to the vehicle La ⁇ signaling device or its user is assigned least temporarily (or permanently),
  • a loader-specific or charging-specific limit value for the electrical power or for the electrical current is determined for the determined charging devices using this priority characteristic
  • the electrical power (charging power) or the electric current (charging current) of the determined Ladeein ⁇ directions (from the determination time) is limited in each case to the he ⁇ mediated limit.
  • the electric power can optionally correspond to the power consumption or the power output of the charging device.
  • the determination time may be, for example, the current time or a future time.
  • This method is particularly advantageous in that the electric power or the current intensity of the Ladeein ⁇ directions is limited in each case to the individual charging device limit.
  • This limit can be the maximum value ⁇ indicate to the electric power or electric current at the charging facility for the purpose of charging the driving battery can be removed.
  • the Limit value also specify the maximum power or the maximum current ⁇ strength, which may be removed from the power supply network of the charging device (in this case, the power loss within the charging device is taken into account).
  • the limit value may be determined such that when the vehicle or its user has a high priority, the limit value corresponds to a greater power or a greater current than to a low priority of the vehicle or its user.
  • the limit value can be determined such that it corresponds to at least one predetermined minimum power or minimum current that is independent of the priority of the respective vehicle or its user. This is beneficial ⁇ way legally to ensure that every driving battery can be charged at least with the preselected minimum performance or minimal current. It is thus ensured that a charging process always takes place.
  • the method can proceed such that are determined by a central control device, the loading means, which are for determining the time of each electrically connected to an accelerator ⁇ convincing.
  • the charging devices are determined by a central control device.
  • a central control device By means of such a central control device a plurality of charging devices can be controlled and / or the charging devices electrically connected at the time of determination can be determined.
  • the method can also run such that the central control device receives at least one status message from the charging device and uses this status message to It is known which charging devices are each electrically connected to a vehicle at the time of determination.
  • the central control device can easily and reliably detect which of the charging devices are electrically connected to a vehicle.
  • the method can be easily adapted to an increasing number of charging devices, without the need for complex changes to be made to the control device.
  • the method can proceed in such a way that the electrical power or the electrical current strength of the determined charging devices is limited to the respectively determined limit value by a central control device.
  • the method can proceed in such a way that in each case a command message is sent to the ascertained charging devices by the control device for limiting the electrical power or the electrical current strength.
  • This command message may contain information about the respective limit.
  • the charging devices limit their electrical power or the electrical current to the respective limit value.
  • the method may be such that the threshold Kx is exploited using the relationships
  • Knead ⁇ Kges n ⁇ min is determined, where
  • Kx is the threshold value for the charging device that loads the vehicle x
  • Kmin is the minimum electric power or the minimum electric power available for each vehicle regardless of its priority.
  • the size of the limit value Kx for the respective charging device is dependent on the priority parameter Px of the vehicle to be charged with this charging device or its user. It is advantageous that the limit values for the load devices in a wide range can be influenced by the priority characteristic ⁇ sizes and / or the weight and size so that the loads of the vehicles with respect to the charging efficiency or the charging current (and therefore the load) in a wide range can be influenced.
  • This control device also has the advantages that are mentioned above in connection with the method according to the invention.
  • Figure 1 shows an embodiment with four charging devices and with a central control device, in
  • FIG. 2 shows a first exemplary distribution of the limit values when carrying out the method
  • FIG. 3 shows a second exemplary distribution of the limit values when carrying out the method.
  • FIG. 1 schematically shows a power supply network 1, which in the exemplary embodiment is a medium-voltage power supply network or a low-voltage power supply network.
  • a branch 3 of this power supply network 1 AC or AC voltage ⁇ alternating voltage is provided.
  • the branch 3 is connected to a transformer 5, by means of which the voltage level can be adjusted to a required size
  • This transformer 5 is optional, it may also be omitted in other embodiments.
  • the branch 3 of the power supply network 1 is electrically connected to a first charging device 10 via the transformer 5 and power conductor 7 (power cable 7).
  • This first charging device 10 has a first power ⁇ path 12, electrically drivable over which the certificate from the branch 3 of the power supply system 1 to a first electric power driving battery 16 of a first
  • the first power path 12 ent ⁇ holds, for example, electronic components of the power ⁇ electronics, fuses, switching devices and / or measuring equipment.
  • the power line to the first drive battery 16 is effected by means of a first charging cable 19.
  • the first charging device 10 has a first control device 20 which monitors and controls the operation of the first charging device 10.
  • the branch 3 of the power supply network 1 is electrically connected by means of the power conductor 7 to a second charging device 30.
  • the second charging device 30 has - similar to the first charging device 10 - a second power path 32 which transmits by means of a second charging cable 35 from the branch 3 of the power supply network 1 stam ⁇ ing electrical energy to a second drive battery 36 of a second electrically driven vehicle 38.
  • the second charging device 30 has a second Steuerein ⁇ direction 40, which monitors the operation of the second charging device 30 and controls.
  • the branch 3 of the power supply network 1 is electrically connected by means of the power conductors 7 to a third charging device 50.
  • the third charging device 50 has a third power path 52 which, by means of a third charging cable 55, transmits the electrical energy originating from the branch 3 of the energy supply network 1 to a third traveling battery 56 of a third electrically driven vehicle 58.
  • the third Ladeeinrich ⁇ device 50 has a third control device 60, which monitors the operation of the third charging device 50 and controls.
  • the branch 3 of the power supply network 1 is electrically connected to a fourth charging device 70 by means of the power conductors 7.
  • the fourth charging device 70 has a fourth power path 72, which originates from the branch 3 by means of a fourth charging cable 75
  • the charging device 70 is propelled ⁇ generating free, thus not electrically connected to a vehicle.
  • the fourth charging device 70 has a fourth Steuerein ⁇ direction 80, which monitors the operation of the fourth charger 70 and controls. For example, each of the Charging devices 10, 30, 50 and 70 each charged ⁇ trainee battery with active power up to 44 KW charge.
  • the first control device 20 of the first charging device 10, the second control device 40 of the second charging device 30, the third control device 60 of the third charging device 50 and the fourth control device 80 of the fourth charging device 70 are electrically connected by means of communication conductors 82 (communication cables 82) to a central control device 84 ,
  • the central control device 84 has a communication unit 86 and a control unit 88.
  • the central STEU ⁇ er By means of the communication unit 86, the central STEU ⁇ er knew 84 messages from the charging devices 10, 30, 50 and 70 and received by the power supply system 1 and send messages to the charging devices 10, 30, 50 and 70th
  • the central control device 84 processes among other things the received messages and carries out control tasks.
  • the control unit 88 is electrically connected to a memory unit 90, in which inter alia a first priority parameter PI is stored, which is the first electrically drivable vehicle 18 or a user of the first
  • this first priority characteristic variable PI may have been specified in a power delivery contract that the user or an operator of the vehicle 18 has concluded with a power supply company.
  • the priority parameters can assume a value greater than or equal to 1. Low values of the priority parameter correspond to a low priority, high values of the priority parameter correspond to a high priority. If a low priority exists, the traction battery will be charged with comparatively lower power or current values than when there is a high priority.
  • a second Priori ⁇ turgiskennaise P2 of the second vehicle 38 or its user and a third priority parameter P3 of the third vehicle 58 or its user stored.
  • a total ready position quantity Kges and a minimum prepared size Kmin are stored in the memory unit 90.
  • the total delivery size Kges describes the current look at the branch 3 of the power supply network be maximum ⁇ reit tone electric power or the maximum suppliable to the branch 3 of the electrical power supply network.
  • the minimal provision quantity Kmin ⁇ writes the minimum electric power or electric current that should be available for each vehicle regardless of its priority when charging the traction battery.
  • a weighting size S 84 which is also referred to as Sp Dahliere or Sp Dahlpotenz.
  • This weighting variable S can assume values greater than 1.
  • the weighting variable S indicates how much the priorities or priority parameters are weighted. In other words, the weighting quantity S indicates how far the range of the limit values to be assigned to the charging devices is spread.
  • a distribution of threshold values for the electric power (charging power) or for the electric current (charging current) at is represented by ⁇ out the method between times tO and tl, and between the time points tl and t2 by way of example.
  • the first charging device 10 is controlled by the first control device 20 so that the first Fahrbatte ⁇ rie 16 can be charged with the total available at the branch 3 of the power supply network 1 electrical real power Kges.
  • the controller 40 of the second charging device 30 sends a status message 92 via the communication conductor 82 to the central control device 84.
  • This status message 92 contains the information that is to be charged from the time tl, the second driving ⁇ battery 36, that is to say that at the time tl the charging process for the second traction battery 36 begins.
  • the time tl is here therefore the determination time.
  • control device 60 of the third charging device 50 sends a status message 94 over the communication conductors 82 to the central control device 84.
  • This status message 94 contains the information that the third driving battery to be charged 56 from the time ⁇ point tl, which means that the time tl the charging process for the third drive battery 56 begins.
  • the central control device 84 receives via the communi ⁇ nikationsiser 86 these status messages 92 and 94 and evaluates their contents by means of the control unit 88th Because the Central control device 88 receives no new status messages from the first charging device 10 and the fourth charging device 70 is known at the central control device 84, that at the time tl the charging at the first charging device 10 is continued and that also from the time tl to the fourth Charging device 70 no traction battery is loaded. Therefore, upon receiving the status messages 92 and 94 at the central controller 84, the information is that from the time tl at three charging devices simultaneously traction batteries of vehicles to be loaded, namely at the first charging device 10, at the second charging device 30 and at the third Charging device 50.
  • the first control means 20 may send a status message 93 to the central Steuerein ⁇ direction 84, wherein the status message 93 contains the Informa ⁇ functions that the first charging device 10 also charges the driving battery sixteenth
  • the fourth controller 80 may also send a status message 96 to the central controller 84, the status message 96 containing the information that the fourth charger 70 is still not charging any traction battery.
  • a characteristic value for the Kges at the branch 3 of the power supply system 1 products provisionable electrical power or electrical current before, this Characteristic value is the so-called total supply size Kges.
  • this characteristic value is the total electrical power that can be provided at the branch 3 of the energy supply network 1 or the maximum amount that can be provided.
  • information about the total provisioning parameter Kges has already been transmitted from the energy supply network 1 to the central control device 84 via the communication conductors 82.
  • the total supply size Kges 100 kW.
  • it may also be a different size at the total READY ⁇ lung size, for example, the maxi at the branch 3 of the power supply system 1 ⁇ times provisionable electrical current.
  • the control unit 88 determines the limit values K1, K2 and K3 for the charging devices 10, 30 and 50. These limit values each describe one shoveungskontingent or a stream contingent, which is the corresponding charging station to ⁇ ordered.
  • the size of the limits will include, inter alia loading of the true total provision amount Kges, the number n of the charging devices, the charging to the determination time point Fahrbat ⁇ criteria of vehicles and the respective priority Px of the vehicle or of the user.
  • the control unit 88 determines the threshold value K1 for the first charging device 10. This is done using the following relationships:
  • Kx is the limit value for the charging device that charges the vehicle x (i.e., Kx describes the electric power or the electric current that can be assigned to a charging device and thus to the vehicle connected to this charging device (assignment characteristic)),
  • Kges the reit be ⁇ at the branch of the power supply mains electrical power or the provisioned at the branch of the power supply network electrical current (total delivery size)
  • Amperage is available for each vehicle regardless of its priority (minimum provision size).
  • the values required to determine the limit value Kl are already present at the control unit 88 or the control unit 88 reads these values from the memory unit 90.
  • the control unit 88 determines the size Knet according to the relationship (2).
  • Knead Kges - n * Kmin
  • Kneading 100 kW - 3 * 5 kW
  • control unit 88 determines the threshold value K L for the first charging device 10.
  • control unit 88 determines the limit value K 2 for the second charging device 30.
  • control unit 88 determines the limit value K3 for the third charging device 50. Kneading + K mm
  • the central control device 84 transmits via the communication unit 86, a first command message 95 to the first charge means 10.
  • This first command message 95 contains information about the threshold Kl and op tionally ⁇ additional information about the time tl.
  • the first control means 20 of the first charging device 10 the electric power (Ladeleis- circuit) of the first charging device 10 from the time tl is instructed so by means of the Karlandonach ⁇ report 95 to limit to the limit value Kl.
  • This second command message 98 contains information about the threshold K2 and op tionally ⁇ additional information about the time tl. Joint means of the second command message 98, the second control ⁇ device 40 of the second charging device 30 is instructed, the electric power (load power) of the second charging device 30 from the time tl to the threshold value K2 to begren ⁇ zen.
  • the second control device 40 limits the electrical power of the second charging device 30 from the time t1 on this limit K2 (ie in the embodiment to a maximum of 26.1 kW).
  • the central controller 84 sends via the communication unit 86, a third command ⁇ message 99 to the third charging device 50.
  • This third command message 99 contains information about the threshold value K3 and optional additional information about the time tl.
  • the third control device 60 of the third charging device 50 is instructed to control the electrical power (charging power) of the third charging device 50. de founded 50 from the time tl to the limit K3 limit.
  • the third control means 60 limits the electrical power of the third charging device 50 from the time tl to this limit value K3 (so in the exemplary embodiment ma ⁇ ximal 63, 6 kW).
  • the controllers 20, 40, 60 of the charging devices 10, 30, 50 limit the electrical power of the charging devices from the receipt of the command messages 95, 98 and 99 to the limit Kl, K2 or K3.
  • the power loss occurring in the charging devices has been neglected. However, this power loss can also be taken into account in another method sequence. Then the power output of the respective charging device to the traction battery is not limited by the control device of the respective charging device to the limit value Kx, but rather the power consumption of the charging device respective charging device of the branch 3 of the power supply network 1 is limited to the limit Kx.
  • the reaction time of the vehicles 18, 38 and 58 can be beach ⁇ tet, ie the time between sending the command message and the compliance with the new limit. If the new limit value is not met within a specified period of time, then the charging process can be interrupted.
  • a method and a control device have been described, which make it possible to operate a plurality of charging devices safely and reliably at a branch of a power supply network.
  • the electrical power of those charging devices at which simultaneously
  • Traction batteries are charged, each limited to a limit.
  • This limit value is determined using a priority parameter which is assigned at least temporarily to the respective vehicle or its user connected to the charging device. This over- ⁇ utilization of the branch of the power supply network is reliably avoided in particular.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Begrenzen der elektrischen Leistung oder der elektrischen Stromstärke beim Laden von Fahrbatterien (16, 36, 56) elektrisch antreibbarer Fahrzeuge (18, 38, 58). Dabei ist an einem Abzweig (3) eines Energieversorgungsnetzes (1) eine Mehrzahl von Ladeeinrichtungen (10, 30, 50, 70) angeschlossen, an welchen jeweils eine Fahrbatterie (16, 36, 56) eines elektrisch antreibbaren Fahrzeugs (18, 38, 58) aufladbar ist. Bei dem Verfahren werden aus der Mehrzahl von Ladeeinrichtungen (10, 30, 50, 70) diejenigen Ladeeinrichtungen (10, 30, 50) ermittelt, die zu einem Ermittlungszeitpunkt (t1) jeweils elektrisch mit einem Fahrzeug (18, 38, 58) verbunden sind, um dessen Fahrbatterie (16, 36, 56) zu laden. Für die ermittelten Ladeeinrichtungen (10, 30, 50) wird jeweils eine Prioritätskenngröße (P1, P2, P3) ermittelt, die dem jeweiligen mit der Ladeeinrichtung verbundenen Fahrzeug oder dessen Nutzer zumindest temporär zugeordnet ist. Für die ermittelten Ladeeinrichtungen (10, 30, 50) wird unter Verwendung dieser Prioritätskenngröße jeweils ein Grenzwert (K1, K2, K3) für die elektrische Leistung oder für die elektrische Stromstärke ermittelt, und die elektrische Leistung oder die elektrische Stromstärke der ermittelten Ladeeinrichtungen (10, 30, 50) wird jeweils auf den ermittelten Grenzwert (K1, K2, K3) begrenzt.

Description

Beschreibung
Leistungs- oder Stromstärkebegrenzung bei Ladeeinrichtungen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Begrenzen der elektrischen Leistung oder der elektrischen Stromstärke beim Laden von Fahrbatterien elektrisch antreibbarer Fahrzeuge sowie eine Steuereinrichtung. Es wird erwartet, dass in Zukunft elektrisch antreibbare
Fahrzeuge in großer Anzahl auf den Strassen unterwegs sein werden. Ein solches elektrisch antreibbares Fahrzeug weist eine Fahrbatterie auf, welche die für den Fahrbetrieb benö¬ tigte elektrische Energie zur Verfügung stellt. Entladene Fahrbatterien müssen bei Bedarf mittels einer Ladeeinrichtung nachgeladen werden. Daher werden in Zukunft in größerer Anzahl Ladeeinrichtungen für elektrisch antreibbare Fahrzeuge installiert werden, beispielsweise an Tankstellen, Parkplät¬ zen, Parkhäusern oder am Straßenrand.
Bei gewünschten kurzen Ladezeiten müssen die Ladeeinrichtungen erhebliche elektrische Leistungen bzw. Stromstärken zum Laden der Fahrbatterien zur Verfügung stellen. Insbesondere wenn mehrere Ladeeinrichtungen von einem Abzweig eines Ener- gieversorgungsnetzes mit elektrischer Energie versorgt wer¬ den, besteht z.B. die Gefahr, dass der Abzweig bzw. das Energieversorgungsnetz überlastet werden kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, die es erlauben, eine Mehrzahl von Ladeeinrichtungen sicher und zuverlässig an einem Abzweig eines Energieversorgungsnetzes zu betreiben.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren und eine Steuereinrichtung nach den unabhängigen Patentansprüchen. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben. Erfindungsgemäß angegeben wird ein Verfahren zum Begrenzen der elektrischen Leistung oder der elektrischen Stromstärke beim Laden von Fahrbatterien elektrisch antreibbarer Fahrzeuge, wobei an einem Abzweig eines Energieversorgungsnetzes eine Mehrzahl von Ladeeinrichtungen angeschlossen ist, an welchen jeweils eine Fahrbatterie eines elektrisch antreib¬ baren Fahrzeugs aufladbar ist, wobei bei dem Verfahren
- aus der Mehrzahl von Ladeeinrichtungen diejenigen Ladeeinrichtungen ermittelt werden, die zu einem Ermittlungszeit- punkt jeweils elektrisch mit einem Fahrzeug verbunden sind, um dessen Fahrbatterie zu laden,
- für die ermittelten Ladeeinrichtungen jeweils eine Prioritätskenngröße ermittelt wird, die dem jeweiligen mit der La¬ deeinrichtung verbundenen Fahrzeug oder dessen Nutzer zumin- dest temporär (oder dauerhaft) zugeordnet ist,
- für die ermittelten Ladeeinrichtungen unter Verwendung dieser Prioritätskenngröße jeweils ein (ladeeinrichtungszugeord- neter oder ladeeinrichtungsspezifischer) Grenzwert für die elektrische Leistung oder für die elektrische Stromstärke er- mittelt wird, und
- die elektrische Leistung (Ladeleistung) oder die elektrische Stromstärke (Ladestromstärke) der ermittelten Ladeein¬ richtungen (ab dem Ermittlungszeitpunkt) jeweils auf den er¬ mittelten Grenzwert begrenzt wird.
Dadurch wird eine Überlastung des Abzweiges des Energieversorgungsnetzes bzw. des Energieversorgungsnetzes sicher ver¬ mieden. Die elektrische Leistung kann dabei wahlweise der Leistungsaufnahme oder der Leistungsabgabe der Ladeeinrich- tung entsprechen. Der Ermittlungszeitpunkt kann z.B. der aktuelle Zeitpunkt oder ein in der Zukunft liegender Zeitpunkt sein. Bei diesem Verfahren ist besonders vorteilhaft, dass die elektrische Leistung oder die Stromstärke der Ladeein¬ richtungen jeweils auf den ladeeinrichtungsindividuellen Grenzwert begrenzt wird. Dieser Grenzwert kann den Maximal¬ wert angeben, bis zu dem elektrische Leistung oder elektrischer Strom an der Ladeeinrichtung zum Zwecke des Ladens der Fahrbatterie entnommen werden kann. Alternativ kann der Grenzwert auch die maximale Leistung oder die maximale Strom¬ stärke angeben, die von der Ladeeinrichtung aus dem Energieversorgungsnetz entnommen werden darf (in diesem Fall wird auch die Verlustleistung innerhalb der Ladeeinrichtung be- rücksichtigt) .
Der Grenzwert kann so ermittelt werden, dass bei einer hohen Priorität des Fahrzeugs oder dessen Nutzers der Grenzwert einer größeren Leistung oder einer größeren Stromstärke ent- spricht als bei einer niedrigen Priorität des Fahrzeugs oder dessen Nutzers. Damit wird vorteilhafterweise ermöglicht, dass bei einer hohen Priorität des Fahrzeugs oder dessen Nut¬ zers die Fahrbatterie mit einer größeren Leistung oder einer größeren Stromstärke geladen werden kann als bei niedrigen Priorität des Fahrzeugs oder dessen Nutzers.
Der Grenzwert kann so ermittelt werden, dass er mindestens einer vorgegebenen Minimal-Leistung oder Minimal-Stromstärke entspricht, die unabhängig ist von der Priorität des jeweili- gen Fahrzeugs oder dessen Nutzers. Dadurch wird vorteil¬ hafterweise sichergestellt, dass jede Fahrbatterie mindestens mit der vorgewählten Minimal-Leistung oder Minimal-Stromstärke geladen werden kann. Es ist also sichergestellt, dass stets ein Ladevorgang stattfindet.
Das Verfahren kann so ablaufen, dass von einer zentralen Steuereinrichtung die Ladeeinrichtungen ermittelt werden, die zum Ermittlungszeitpunkt jeweils elektrisch mit einem Fahr¬ zeug verbunden sind. Hierbei erfolgt die Ermittlung der Lade- einrichtungen von einer zentralen Steuereinrichtung. Mittels einer solchen zentralen Steuereinrichtung können eine Vielzahl von Ladeeinrichtungen gesteuert und/oder die zum Ermittlungszeitpunkt elektrisch verbundenen Ladeeinrichtungen ermittelt werden.
Das Verfahren kann auch so ablaufen, dass die zentrale Steuereinrichtung mindestens eine Statusnachricht von den Lade¬ einrichtungen empfängt und anhand dieser Statusnachricht er- kannt wird, welche Ladeeinrichtungen zum Ermittlungszeitpunkt jeweils elektrisch mit einem Fahrzeug verbunden sind. Mittels des Empfangs mindestens einer solchen Statusnachricht kann die zentrale Steuereinrichtung einfach und zuverlässig erken- nen, welche der Ladeeinrichtungen elektrisch mit einem Fahrzeug verbunden sind. Insbesondere lässt sich bei Installation neuer Ladeeinrichtungen das Verfahren einfach an eine größer werdende Zahl von Ladeeinrichtungen anpassen, ohne dass an der Steuereinrichtung aufwendige Veränderungen vorgenommen zu werden brauchen.
Das Verfahren kann so ablaufen, dass von einer zentralen Steuereinrichtung die elektrische Leistung oder die elektrische Stromstärke der ermittelten Ladeeinrichtungen auf den jeweils ermittelten Grenzwert begrenzt wird.
Das Verfahren kann dabei so ablaufen, dass von der Steuereinrichtung zum Begrenzen der elektrischen Leistung oder der elektrischen Stromstärke jeweils eine Kommandonachricht an die ermittelten Ladeeinrichtungen gesendet wird. Diese Kommandonachricht kann Informationen über den jeweiligen Grenzwert enthalten. Auf den Empfang der Kommandonachricht hin begrenzen die Ladeeinrichtungen ihre elektrische Leistung oder die elektrische Stromstärke auf den jeweiligen Grenz- wert.
Das Verfahren kann so ablaufen, dass der Grenzwert Kx unter Nutzung der Beziehungen
Figure imgf000006_0001
und
Knet ~ Kges n^min ermittelt wird, wobei
Kx der Grenzwert für die Ladeeinrichtung, die das Fahrzeug x lädt,
Px die dem Fahrzeug x oder dessen Nutzer zugeordnete Priori¬ tätskenngröße,
n die Anzahl der ermittelten Ladeeinrichtungen,
S die Gewichtungsgröße für die Prioritätskenngrößen,
Kges die an dem Abzweig des Energieversorgungsnetzes be- reitstellbare elektrischen Leistung oder die an dem Abzweig des Energieversorgungsnetzes bereitstellbare elektrische Stromstärke, und
Kmin die minimale elektrische Leistung oder die minimale elektrische Stromstärke ist, die für jedes Fahrzeug unabhän- gig von dessen Priorität zur Verfügung steht, ist.
Die Größe des Grenzwerts Kx für die jeweilige Ladeeinrichtung ist dabei abhängig von der Prioritätskenngröße Px des mit dieser Ladeeinrichtung zu ladenden Fahrzeugs bzw. dessen Nut- zers . Dabei ist vorteilhaft, dass mittels der Prioritätskenn¬ größen und/oder der Gewichtungsgröße die Grenzwerte für die Ladeeinrichtungen in einem weiten Bereich beeinflusst werden können und damit die Ladevorgänge der Fahrzeuge hinsichtlich der Ladeleistung oder der Ladestromstärke (und damit auch der Ladezeit) in einem weiten Bereich beeinflusst werden können.
Erfindungsgemäß angegeben wird weiterhin eine Steuereinrichtung zum Begrenzen der elektrischen Leistung oder der
elektrischen Stromstärke beim Laden von Fahrbatterien
elektrisch antreibbarer Fahrzeuge, welche ausgestaltet ist zum Durchführen des vorstehend genannten Verfahrens. Diese Steuereinrichtung weist ebenfalls die Vorteile auf, die oben im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren angegeben sind .
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbei¬ spiels näher erläutert. Dazu ist in Figur 1 ein Ausführungsbeispiel mit vier Ladeeinrichtungen und mit einer zentralen Steuereinrichtung, in
Figur 2 eine erste beispielhafte Verteilung der Grenzwerte bei Durchführung des Verfahrens und in
Figur 3 eine zweite beispielhafte Verteilung der Grenzwerte bei Durchführung des Verfahrens dargestellt.
In Figur 1 ist schematisch ein Energieversorgungsnetz 1 dargestellt, bei dem es sich im Ausführungsbeispiel um ein Mit- telspannungs-Energieversorgungsnetz oder um ein Niederspan- nungs-Energieversorgungsnetz handelt. An einem Abzweig 3 dieses Energieversorgungsnetzes 1 wird Wechselstrom bzw. Wech¬ selspannung zur Verfügung gestellt. Der Abzweig 3 ist mit einem Transformator 5 verbunden, mittels dem das Spannungsniveau auf eine benötigte Größe eingestellt werden kann
und/oder eine galvanische Trennung realisiert werden kann.
Dieser Transformator 5 ist optional, er kann in anderen Ausführungsbeispielen auch weggelassen werden.
Der Abzweig 3 des Energieversorgungsnetzes 1 ist über den Transformator 5 und Leistungsleiter 7 (Leistungskabel 7) elektrisch mit einer ersten Ladeeinrichtung 10 verbunden. Diese erste Ladeeinrichtung 10 weist einen ersten Leistungs¬ pfad 12 auf, über den die von dem Abzweig 3 des Energieversorgungsnetzes 1 stammende elektrische Energie zu einer ers- ten Fahrbatterie 16 eines ersten elektrisch antreibbaren
Fahrzeugs 18 geleitet wird. Der erste Leistungspfad 12 ent¬ hält beispielsweise elektronische Bauelemente der Leistungs¬ elektronik, Sicherungen, Schalteinrichtungen und/oder Messeinrichtungen. Die Energieleitung zu der ersten Fahrbatterie 16 erfolgt mittels eines ersten Ladekabels 19. Weiterhin weist die erste Ladeeinrichtung 10 eine erste Steuereinrichtung 20 auf, welche den Betrieb der ersten Ladeeinrichtung 10 überwacht und steuert. Weiterhin ist der Abzweig 3 des Energieversorgungsnetzes 1 mittels der Leistungsleiter 7 elektrisch mit einer zweiten Ladeeinrichtung 30 verbunden. Die zweite Ladeeinrichtung 30 weist - ähnlich der ersten Ladeeinrichtung 10 - einen zweiten Leistungspfad 32 auf, der mittels eines zweiten Ladekabels 35 die von dem Abzweig 3 des Energieversorgungsnetzes 1 stam¬ mende elektrische Energie zu einer zweiten Fahrbatterie 36 eines zweiten elektrisch antreibbaren Fahrzeugs 38 überträgt. Die zweite Ladeeinrichtung 30 weist eine zweite Steuerein¬ richtung 40 auf, welche den Betrieb der zweiten Ladeeinrichtung 30 überwacht und steuert.
In gleicher Art und Weise ist der Abzweig 3 des Energiever- sorgungsnetzes 1 mittels der Leistungsleiter 7 mit einer dritten Ladeeinrichtung 50 elektrisch verbunden. Die dritte Ladeeinrichtung 50 weist einen dritten Leistungspfad 52 auf, der mittels eines dritten Ladekabels 55 die von dem Abzweig 3 des Energieversorgungsnetzes 1 stammende elektrische Energie zu einer dritten Fahrbatterie 56 eines dritten elektrisch antreibbaren Fahrzeugs 58 überträgt. Die dritte Ladeeinrich¬ tung 50 weist eine dritte Steuereinrichtung 60 auf, welche den Betrieb der dritten Ladeeinrichtung 50 überwacht und steuert .
Weiterhin ist der Abzweig 3 des Energieversorgungsnetzes 1 mittels der Leistungsleiter 7 elektrisch mit einer vierten Ladeeinrichtung 70 verbunden. Die vierte Ladeeinrichtung 70 weist einen vierten Leistungspfad 72 auf, der mittels eines vierten Ladekabels 75 die von dem Abzweig 3 stammende
elektrische Energie zu einer weiteren Fahrbatterie eines wei¬ teren elektrisch antreibbaren Fahrzeugs übertragen kann. Im Ausführungsbeispiel ist die vierte Ladeeinrichtung 70 fahr¬ zeugfrei, also nicht elektrisch mit einem Fahrzeug verbunden. Die vierte Ladeeinrichtung 70 weist eine vierte Steuerein¬ richtung 80 auf, welche den Betrieb der vierten Ladeeinrichtung 70 überwacht und steuert. Beispielsweise kann jede der Ladeeinrichtungen 10, 30, 50 und 70 die jeweils angeschlos¬ sene Fahrbatterie mit Wirkleistungen bis zu 44 KW aufladen.
Die erste Steuereinrichtung 20 der ersten Ladeeinrichtung 10, die zweite Steuereinrichtung 40 der zweiten Ladeeinrichtung 30, die dritte Steuereinrichtung 60 der dritten Ladeeinrichtung 50 und die vierte Steuereinrichtung 80 der vierten Ladeeinrichtung 70 sind mittels Kommunikationsleitern 82 (Kommunikationskabeln 82) mit einer zentralen Steuereinrichtung 84 elektrisch verbunden. Die zentrale Steuereinrichtung 84 weist eine Kommunikationseinheit 86 und eine Steuereinheit 88 auf. Mittels der Kommunikationseinheit 86 kann die zentrale Steu¬ ereinrichtung 84 Nachrichten von den Ladeeinrichtungen 10, 30, 50 und 70 und von dem Energieversorgungsnetz 1 empfangen und Nachrichten an die Ladeeinrichtungen 10, 30, 50 und 70 senden. Mittels der Steuereinheit 88 verarbeitet die zentrale Steuereinrichtung 84 unter anderem die empfangenen Nachrichten und führt Steueraufgaben durch. Die Steuereinheit 88 ist elektrisch mit einer Speichereinheit 90 verbunden, in der unter anderem eine erste Prioritätskenngrößen PI abgespeichert ist, die dem ersten elektrisch antreibbaren Fahrzeug 18 oder einem Nutzer des ersten
elektrisch antreibbaren Fahrzeugs 18 zumindest zeitweilig zu- geordnet ist. Beispielsweise kann diese erste Prioritätskenn¬ größe PI in einem Stromlieferungs-Vertrag festgelegt worden sein, den der Nutzer oder ein Betreiber des Fahrzeugs 18 mit einem Energieversorgungsunternehmen abgeschlossen hat. Im Allgemeinen können die Prioritätskenngrößen einen Wert größer oder gleich 1 annehmen. Niedrige Werte der Prioritätskenngröße entsprechen einer niedrigen Priorität, hohe Werte der Prioritätskenngröße entsprechen einer hohen Priorität. Wenn eine niedrige Priorität vorliegt, dann wird die Fahrbatterie mit vergleichsweise geringeren Leistungs- oder Stromstärke- werten geladen als bei Vorliegen einer hohen Priorität.
Weiterhin sind in der Speichereinheit 90 eine zweite Priori¬ tätskenngröße P2 des zweiten Fahrzeugs 38 oder dessen Nutzers und eine dritte Prioritätskenngröße P3 des dritten Fahrzeugs 58 oder dessen Nutzers abgespeichert.
Außerdem sind in der Speichereinheit 90 eine Gesamtbereit- Stellungsgröße Kges und eine Minimalbereitstellungsgröße Kmin abgespeichert. Die Gesamtbereitstellungsgröße Kges beschreibt die an dem Abzweig 3 des Energieversorgungsnetzes maximal be¬ reitstellbare elektrische Leistung oder die an dem Abzweig 3 des Energieversorgungsnetzes maximal bereitstellbare elektri- sehe Stromstärke. Die Minimalbereitstellungsgröße Kmin be¬ schreibt die minimale elektrische Leistung oder elektrische Stromstärke, die für jedes Fahrzeug unabhängig von dessen Priorität beim Laden der Fahrbatterie zur Verfügung stehen soll .
Ebenfalls ist in der Speichereinheit 90 der zentralen Steuer¬ einrichtung 84 eine Gewichtungsgröße S abgespeichert, die auch als Spreizgröße bzw. Spreizpotenz bezeichnet wird. Diese Gewichtungsgröße S kann Werte größer 1 annehmen. Die Gewich- tungsgröße S gibt an, wie stark die Prioritäten bzw. Prioritätskenngrößen gewichtet werden. Mit anderen Worten gibt die Gewichtungsgröße S an, wie weit der Bereich der den Ladeeinrichtungen zuzuweisenden Grenzwerte aufgespreizt wird. In den Figuren 2 und 3 ist beispielhaft eine Verteilung von Grenzwerten für die elektrische Leistung (Ladeleistung) oder für die elektrische Stromstärke (Ladestromstärke) bei Durch¬ führung des Verfahrens zwischen den Zeitpunkten tO und tl bzw. zwischen den Zeitpunkten tl und t2 dargestellt. Im Fol- genden wird anhand der Figuren 1 bis 3 ein Ausführungsbei¬ spiel des Verfahrens zum Begrenzen der elektrischen Leistung beim Laden von Fahrbatterien elektrischer antreibbarer Fahrzeuge beschrieben. Zum Zeitpunkt tO (vgl. Figur 2) wird lediglich mittels der ersten Ladeeinrichtung 10 die erste Fahrbatterie 16 des ers¬ ten elektrisch antreibbaren Fahrzeugs 18 geladen. Die zweite Fahrbatterie 36 und die dritte Fahrbatterie 56 sind jedoch abweichend von der Darstellung der Figur 1 noch nicht mit den Ladeeinrichtungen 30 und 50 elektrisch verbunden und werden zum Zeitpunkt tO nicht aufgeladen. Zum Laden steht an dem Abzweig 3 eine maximal bereitstellbare elektrische Wirkleistung zur Verfügung, die der Gesamtbereitstellungsgröße Kges ent¬ spricht. Die erste Ladeeinrichtung 10 wird durch die erste Steuereinrichtung 20 so gesteuert, dass die erste Fahrbatte¬ rie 16 mit der gesamten an dem Abzweig 3 des Energieversorgungsnetzes 1 bereitstellbaren elektrischen Wirkleistung Kges aufgeladen werden kann. Dabei entspricht der Grenzwert Kl für die elektrische Leistung der ersten Ladeeinrichtung 10 der Gesamtbereitstellungsgröße Kges: Kl = Kges. (Die Verlustleis¬ tung der Ladeeinrichtung wird hier vernachlässigt.) Ab dem Zeitpunkt tl soll an der zweiten Ladeeinrichtung 30 zusätzlich die zweite Fahrbatterie 36 des zweiten elektrisch antreibbaren Fahrzeugs 38 und an der dritten Ladeeinrichtung 50 die dritte Fahrbatterie 56 des dritten elektrisch antreib¬ baren Fahrzeugs 58 aufgeladen werden. Daher sendet die Steu- ereinrichtung 40 der zweiten Ladeeinrichtung 30 eine Statusnachricht 92 über die Kommunikationsleiter 82 zu der zentralen Steuereinrichtung 84. Diese Statusnachricht 92 enthält die Informationen, dass ab dem Zeitpunkt tl die zweite Fahr¬ batterie 36 aufgeladen werden soll, d. h. dass zum Zeitpunkt tl der Ladevorgang für die zweite Fahrbatterie 36 beginnt. Der Zeitpunkt tl ist hier also der Ermittlungszeitpunkt.
Ebenso sendet die Steuereinrichtung 60 der dritten Ladeeinrichtung 50 eine Statusnachricht 94 über die Kommunikations- leiter 82 zu der zentralen Steuereinrichtung 84. Diese Statusnachricht 94 enthält die Informationen, dass ab dem Zeit¬ punkt tl die dritte Fahrbatterie 56 aufgeladen werden soll, d. h. dass zum Zeitpunkt tl der Ladevorgang für die dritte Fahrbatterie 56 beginnt.
Die zentrale Steuereinrichtung 84 empfängt mittels der Kommu¬ nikationseinheit 86 diese Statusnachrichten 92 und 94 und wertet deren Inhalt mittels der Steuereinheit 88 aus. Da die zentrale Steuereinrichtung 88 keine neuen Statusnachrichten von der ersten Ladeeinrichtung 10 und von der vierten Ladeeinrichtung 70 erhält, ist bei der zentralen Steuereinrichtung 84 bekannt, dass zum Zeitpunkt tl der Ladevorgang an der ersten Ladeeinrichtung 10 weitergeführt wird und dass auch ab dem Zeitpunkt tl an der vierten Ladeeinrichtung 70 keine Fahrbatterie geladen wird. Daher liegen bei Empfang der Statusnachrichten 92 und 94 bei der zentralen Steuereinrichtung 84 die Informationen vor, dass ab dem Zeitpunkt tl an drei Ladeeinrichtungen gleichzeitig Fahrbatterien von Fahrzeugen geladen werden sollen, nämlich an der ersten Ladeeinrichtung 10, an der zweiten Ladeeinrichtung 30 und an der dritten Ladeeinrichtung 50. Es sind also diejenigen Ladeeinrichtungen 10, 30 und 50 ermittelt worden, die zu dem Ermittlungszeit- punkt tl jeweils elektrisch mit einem Fahrzeug 18, 38 oder 58 verbunden sind, um dessen Fahrbatterie 16, 36 oder 56 zu la¬ den. Die Anzahl der ermittelten Ladeeinrichtungen beträgt also 3 (n = 3) . Alternativ oder zusätzlich kann auch die erste Steuereinrichtung 20 eine Statusnachricht 93 an die zentrale Steuerein¬ richtung 84 senden, wobei die Statusnachricht 93 die Informa¬ tionen enthält, dass die erste Ladeeinrichtung 10 weiterhin die Fahrbatterie 16 auflädt. Ebenso kann auch die vierte Steuereinrichtung 80 eine Statusnachricht 96 an die zentrale Steuereinrichtung 84 senden, wobei die Statusnachricht 96 die Informationen enthält, dass an der vierten Ladeeinrichtung 70 weiterhin keine Fahrbatterie aufgeladen wird. Nach dem Empfang der Statusnachrichten 92, 93, 94 und 96 liegen auch bei dieser Variante bei der zentralen Steuereinrichtung 84 die
Informationen vor, dass ab dem Zeitpunkt tl (nur) an den drei Ladeeinrichtungen 10, 30 und 50 gleichzeitig jeweils eine Fahrbatterie eines Fahrzeugs geladen werden. Weiterhin liegt in der Speichereinheit 90 der zentralen Steu¬ ereinrichtung 84 ein Kennwert Kges für die an dem Abzweig 3 des Energieversorgungsnetzes 1 insgesamt bereitstellbare elektrische Leistung oder elektrische Stromstärke vor, dieser Kennwert ist die sog. Gesamtbereitstellungsgröße Kges. Im Ausführungsbeispiel handelt es sich bei diesem Kennwert um die an dem Abzweig 3 des Energieversorgungsnetzes 1 insgesamt bzw. maximal bereitstellbare elektrische Wirkleistung. Infor- mationen über die Gesamtbereitstellungskenngröße Kges wurden beispielsweise schon früher von dem Energieversorgungsnetz 1 über die Kommunikationsleiter 82 zu der zentralen Steuereinrichtung 84 übertragen. Im Ausführungsbeispiel beträgt die Gesamtbereitstellungsgröße Kges = 100 kW. In einem anderen Ausführungsbeispiel kann es sich bei der Gesamtbereitstel¬ lungsgröße auch um eine andere Größe handeln, beispielsweise um die an dem Abzweig 3 des Energieversorgungsnetzes 1 maxi¬ mal bereitstellbare elektrische Stromstärke.
Ebenso liegt in der Speichereinheit 90 der zentralen Steuer¬ einrichtung 84 die Minimalbereitstellungsgröße Kmin vor. Die Minimalbereitstellungsgröße Kmin gibt die minimale elektri¬ sche Leistung oder die minimale elektrische Stromstärke ist, die für jedes Fahrzeug unabhängig von dessen Priorität beim Laden zur Verfügung stehen muss. Im Ausführungsbeispiel be¬ trägt die Minimalbereitstellungsgröße Kmin = 5 kW. Weiterhin sind in der Speichereinheit 90 der zentralen Steuereinrichtung 84 die erste Prioritätskenngröße PI, die zweite Priori¬ tätskenngröße P2 und die dritte Prioritätskenngröße P3 abge¬ speichert. Im Ausführungsbeispiel haben diese Prioritätskenn¬ größen die Werte: PI = 1,5; P2 = 3; P3 = 5. Außerdem ist in der Speichereinheit 90 die Gewichtungsgröße S abgespeichert, im Ausführungsbeispiel beträgt ihr Wert S = 2. Die Steuereinheit 88 ermittelt daraufhin die Grenzwerte Kl, K2 und K3 für die Ladeeinrichtungen 10, 30 und 50. Diese Grenzwerte beschreiben jeweils ein Leistungskontingent oder ein Stromkontingent, welches der entsprechenden Ladesäule zu¬ geordnet wird. Die Größe der Grenzwerte wird dabei u.a. be- stimmt von der Gesamtbereitstellungsgröße Kges, der Anzahl n der Ladeeinrichtungen, die zum Ermittlungszeitpunkt Fahrbat¬ terien von Fahrzeugen aufladen und der jeweiligen Priorität Px des Fahrzeugs bzw. des Nutzers. Als erstes ermittelt die Steuereinheit 88 den Grenzwert Kl für die erste Ladeeinrichtung 10. Dies erfolgt unter Nutzung der folgenden Beziehungen:
pS
(1) Kx Knet~ + K mm
Σ Pj
i = \
(2 ) Knet = Kges - nÄTmm Dabei ist
Kx der Grenzwert für die Ladeeinrichtung, die das Fahrzeug x lädt (d.h. Kx beschreibt die elektrische Leistung oder die elektrische Stromstärke, die einer Ladeeinrichtung und damit dem an diese Ladeeinrichtung angeschlossenen Fahrzeug zuge- wiesen werden können (Zuweisungskenngröße) ) ,
Px die dem Fahrzeug x oder dessen Nutzer zugeordnete Prioritätskenngröße,
n die Anzahl der ermittelten Ladeeinrichtungen,
S die Gewichtungsgröße für die Prioritätskenngrößen,
Kges die an dem Abzweig des Energieversorgungsnetzes be¬ reitstellbare elektrischen Leistung oder die an dem Abzweig des Energieversorgungsnetzes bereitstellbare elektrische Stromstärke (Gesamtbereitstellungsgröße) ,
Knet die unter Berücksichtigung von Kmin noch zu verteilende elektrische Leistung oder elektrische Stromstärke (Nettobe- reitstellungsgröße) und
Kmin die minimale elektrische Leistung oder elektrische
Stromstärke ist, die für jedes Fahrzeug unabhängig von dessen Priorität zur Verfügung steht (Minimalbereitstellungsgröße) . Die zur Ermittlung des Grenzwerts Kl benötigten Werte liegen bereits bei der Steuereinheit 88 vor bzw. die Steuereinheit 88 liest diese Werte aus der Speichereinheit 90 aus. Zunächst ermittelt die Steuereinheit 88 gemäß der Beziehung (2) die Größe Knet.
Knet = Kges - n * Kmin
Knet = 100 kW - 3 * 5 kW
Knet = 85 kW
Danach ermittelt die Steuereinheit 88 den Grenzwert Kl für die erste Ladeeinrichtung 10.
Ki Knet' mm
Figure imgf000016_0001
Ki = 10,3 kW
In gleicher Weise ermittelt die Steuereinheit 88 den Grenz¬ wert K2 für die zweite Ladeeinrichtung 30.
K2 Knet' + K mm
Figure imgf000016_0002
K, 26,1 kW
Weiterhin ermittelt die Steuereinheit 88 den Grenzwert K3 für die dritte Ladeeinrichtung 50. Knet + K mm
Figure imgf000017_0001
63, 6 kW
Daraufhin sendet die zentrale Steuereinrichtung 84 mittels der Kommunikationseinheit 86 eine erste Kommandonachricht 95 an die erste Ladeeinrichtung 10. Diese erste Kommandonachricht 95 enthält Informationen über den Grenzwert Kl und op¬ tional zusätzlich Informationen über den Zeitpunkt tl. Mittels der Kommandonachricht wird also im Allgemeinen die je¬ weilige Steuereinrichtung der Ladeeinrichtung angewiesen, die elektrische Leistung oder die elektrische Stromstärke der La¬ deeinrichtung (im Ausführungsbeispiel z.B. die elektrische Wirkleistungsabgabe der Ladeeinrichtung) ab dem Ermittlungs¬ zeitpunkt (oder ab dem Zeitpunkt des Eintreffens der Komman¬ donachricht bei der Ladeeinrichtung) jeweils auf den Grenz- wert Kx zu begrenzen.
Im Ausführungsbeispiel wird also mittels der Kommandonach¬ richt 95 die erste Steuereinrichtung 20 der ersten Ladeeinrichtung 10 angewiesen, die elektrische Leistung (Ladeleis- tung) der ersten Ladeeinrichtung 10 ab dem Zeitpunkt tl auf den Grenzwert Kl zu begrenzen. Das bedeutet, dass die Lade¬ einrichtung 10 angewiesen wird, die Fahrbatterie 16 ab dem Ermittlungszeitpunkt tl maximal mit der Ladeleistung Kl = 10,3 kW aufzuladen.
Auf den Empfang der Kommandonachricht 95 hin begrenzt die Steuereinrichtung 20 der Ladeeinrichtung 10 die elektrische Leistung der Ladeeinrichtung 10 ab dem Zeitpunkt tl auf die- sen Grenzwert Kl (also im Ausführungsbeispiel auf maximal 10,3 kW) . Daraufhin kann ab dem Zeitpunkt tl die an der ersten Ladeeinrichtung 10 angeschlossene erste Fahrbatterie 16 maximal mit der Leistung Kl = 10,3 kW aufgeladen werden. Dies ist auch im Diagramm der Figur 3 dargestellt: Ab dem Zeitpunkt tl wird die Fahrbatterie 16 an der ersten Ladeeinrich¬ tung 10 nur noch maximal mit der Leistung Kl = 0,103 * Kges = 10,3 kW aufgeladen. Weiterhin sendet die zentrale Steuereinrichtung 84 mittels der Kommunikationseinheit 86 eine zweite Kommandonachricht 98 an die zweite Ladeeinrichtung 30. Diese zweite Kommandonachricht 98 enthält Informationen über den Grenzwert K2 und op¬ tional zusätzlich Informationen über den Zeitpunkt tl. Mit- tels der zweiten Kommandonachricht 98 wird die zweite Steuer¬ einrichtung 40 der zweiten Ladeeinrichtung 30 angewiesen, die elektrische Leistung (Ladeleistung) der zweiten Ladeeinrichtung 30 ab dem Zeitpunkt tl auf den Grenzwert K2 zu begren¬ zen. Auf den Empfang der Kommandonachricht 98 hin begrenzt die zweite Steuereinrichtung 40 die elektrische Leistung der zweiten Ladeeinrichtung 30 ab dem Zeitpunkt tl auf diesen Grenzwert K2 (also im Ausführungsbeispiel auf maximal 26,1 kW) . Daraufhin kann ab dem Zeitpunkt tl die an zweiten Ladeeinrichtung 30 angeschlossene zweite Fahrbatterie 36 maximal mit der Leistung K2 = 26,1 kW aufgeladen werden. Dies ist auch im Diagramm der Figur 3 dargestellt: Ab dem Zeitpunkt tl wird die zweite Fahrbatterie 36 an der zweiten Ladeeinrich¬ tung 30 nur noch maximal mit der Leistung K2 = 0,261 * Kges = 26,1 kW aufgeladen.
In gleicher Weise sendet die zentrale Steuereinrichtung 84 mittels der Kommunikationseinheit 86 eine dritte Kommando¬ nachricht 99 an die dritte Ladeeinrichtung 50. Diese dritte Kommandonachricht 99 enthält Informationen über den Grenzwert K3 und optional zusätzlich Informationen über den Zeitpunkt tl . Mittels der dritten Kommandonachricht 99 wird die dritte Steuereinrichtung 60 der dritten Ladeeinrichtung 50 angewiesen, die elektrische Leistung (Ladeleistung) der dritten La- deeinrichtung 50 ab dem Zeitpunkt tl auf den Grenzwert K3 zu begrenzen. Auf den Empfang der dritten Kommandonachricht 99 hin begrenzt die dritte Steuereinrichtung 60 die elektrische Leistung der dritten Ladeeinrichtung 50 ab dem Zeitpunkt tl auf diesen Grenzwert K3 (also im Ausführungsbeispiel auf ma¬ ximal 63, 6 kW) . Daraufhin kann ab dem Zeitpunkt tl die an dritten Ladeeinrichtung 50 angeschlossene dritte Fahrbatterie 56 maximal mit der Leistung K3 = 63,6 kW aufgeladen werden. Dies ist auch im Diagramm der Figur 3 dargestellt: Ab dem Zeitpunkt tl wird die dritte Fahrbatterie 56 an der dritten Ladeeinrichtung 50 nur noch maximal mit der Leistung K3 = 0,636 * Kges = 63,6 kW aufgeladen.
Damit ist sichergestellt, dass auch nach dem Zeitpunkt tl die maximal an dem Abzweig 3 des Energieversorgungsnetzes 1 be¬ reitstellbare elektrische Leistung Kges = 100 kW selbst dann nicht überschritten wird, wenn an jeder der drei Ladeeinrichtungen 10, 30 und 50 der Grenzwert Kl, K2 bzw. K3 der
elektrischen Leistung voll ausgenutzt wird. (Wenn die Komman- donachrichten 95, 98 und 99 keine Informationen über den Ermittlungszeitpunkt tl enthalten, dann begrenzen die Steuereinrichtungen 20, 40, 60 der Ladeeinrichtungen 10, 30, 50 die elektrische Leistung der Ladeeinrichtungen ab dem Empfang der Kommandonachrichten 95, 98 und 99 auf den Grenzwert Kl, K2 bzw . K3. )
Wenn sich zum Zeitpunkt t2 die Anzahl der gleichzeitig zu la¬ denden Fahrbatterien ändert, wird das beschriebene Verfahren wiederholt .
Bei dem bisher beschriebenen Verfahren wurde die in den Ladeeinrichtungen auftretende Verlustleistung vernachlässigt. Bei einem anderen Verfahrensablauf kann diese Verlustleistung jedoch auch berücksichtigt werden: Dann wird von der Steuerein- richtung der jeweiligen Ladeeinrichtung nicht die Leistungsabgabe der jeweiligen Ladeeinrichtung an die Fahrbatterie auf den Grenzwert Kx begrenzt, sondern die Leistungsaufnahme der jeweiligen Ladeeinrichtung von dem Abzweig 3 des Energieversorgungsnetzes 1 wird auf den Grenzwert Kx begrenzt.
Beim Begrenzen der elektrischen Leistung der Ladeeinrichtun- gen kann die Reaktionszeit der Fahrzeuge 18, 38 und 58 beach¬ tet werden, d.h. die Zeitspanne zwischen dem Absenden der Kommandonachricht und dem Einhalten des neuen Grenzwertes. Wenn innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne der neue Grenzwert nicht eingehalten wird, dann kann der Ladevorgang unter- brochen werden.
Im Ausführungsbeispiel wurde ein Verfahren zum Begrenzen der elektrischen Leistung beim Laden von Fahrbatterien elektrischer antreibbarer Fahrzeuge beschrieben. Mittels eines gleichartigen Verfahrens kann auch ein Begrenzen der elektrischen Stromstärke beim Laden von Fahrbatterien elektrischer antreibbarer Fahrzeuge durchgeführt werden. Dabei beschreiben dann die Größen Kges, Kmin und Kx Stromstärkewerte anstelle von Leistungswerten.
Es wurde ein Verfahren und eine Steuereinrichtung beschrieben, welche es ermöglichen, eine Mehrzahl von Ladeeinrichtungen sicher und zuverlässig an einem Abzweig eines Energieversorgungsnetzes zu betreiben. Dabei wird die elektrische Leis- tung derjenigen Ladeeinrichtungen, an denen gleichzeitig
Fahrbatterien aufgeladen werden, jeweils auf einen Grenzwert begrenzt. Dieser Grenzwert wird ermittelt unter Verwendung einer Prioritätskenngröße, die dem jeweiligen mit der Lade¬ einrichtung verbundenen Fahrzeug oder dessen Nutzer zumindest temporär zugeordnet ist. Dadurch wird insbesondere eine Über¬ lastung des Abzweigs des Energieversorgungsnetzes zuverlässig vermieden .

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Begrenzen der elektrischen Leistung oder der elektrischen Stromstärke beim Laden von Fahrbatterien (16, 36, 56) elektrisch antreibbarer Fahrzeuge (18, 38, 58), wobei an einem Abzweig (3) eines Energieversorgungsnetzes (1) eine Mehrzahl von Ladeeinrichtungen (10, 30, 50, 70) angeschlossen ist, an welchen jeweils eine Fahrbatterie (16, 36, 56) eines elektrisch antreibbaren Fahrzeugs (18, 38, 58) aufladbar ist, wobei bei dem Verfahren
- aus der Mehrzahl von Ladeeinrichtungen (10, 30, 50, 70) diejenigen Ladeeinrichtungen (10, 30, 50) ermittelt werden, die zu einem Ermittlungszeitpunkt (tl) jeweils elektrisch mit einem Fahrzeug (18, 38, 58) verbunden sind, um dessen Fahr- batterie (16, 36, 56) zu laden,
- für die ermittelten Ladeeinrichtungen (10, 30, 50) jeweils eine Prioritätskenngröße (PI, P2, P3) ermittelt wird, die dem jeweiligen mit der Ladeeinrichtung verbundenen Fahrzeug oder dessen Nutzer zumindest temporär zugeordnet ist,
- für die ermittelten Ladeeinrichtungen (10, 30, 50) unter Verwendung dieser Prioritätskenngröße jeweils ein Grenzwert (Kl, K2, K3) für die elektrische Leistung oder für die elektrische Stromstärke ermittelt wird, und
- die elektrische Leistung oder die elektrische Stromstärke der ermittelten Ladeeinrichtungen (10, 30, 50) jeweils auf den ermittelten Grenzwert (Kl, K2, K3) begrenzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
- der Grenzwert so ermittelt wird, dass bei einer hohen Prio¬ rität (P3) des Fahrzeugs oder dessen Nutzers der Grenzwert (K3) einer größeren Leistung oder einer größeren Stromstärke entspricht als bei einer niedrigen Priorität (PI) des Fahr¬ zeugs oder dessen Nutzers.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass - der Grenzwert (Kl) so ermittelt wird, dass er mindestens einer vorgegebenen Minimal-Leistung oder Minimal-Stromstärke (Kmin) entspricht, die unabhängig ist von der Priorität (PI) des jeweiligen Fahrzeugs oder dessen Nutzers.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
- von einer zentralen Steuereinrichtung (84) die Ladeeinrichtungen (10, 30, 50) ermittelt werden, die zum Ermittlungs- Zeitpunkt (tl) jeweils elektrisch mit einem Fahrzeug verbun¬ den sind.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
- die zentrale Steuereinrichtung (84) mindestens eine Status¬ nachricht (92, 94) von den Ladeeinrichtungen (30, 50) empfängt und anhand dieser Statusnachricht (92, 94) erkannt wird, welche Ladeeinrichtungen (10, 30, 50) zum Ermittlungs¬ zeitpunkt (tl) jeweils elektrisch mit einem Fahrzeug (18, 38, 58) verbunden sind.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
- von einer zentralen Steuereinrichtung (84) die elektrische Leistung oder die elektrische Stromstärke der ermittelten La¬ deeinrichtungen (10, 30, 50) auf den jeweils ermittelten Grenzwert (Kl, K2, K3) begrenzt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
- von der Steuereinrichtung (84) zum Begrenzen der elektrischen Leistung oder der elektrischen Stromstärke jeweils eine Kommandonachricht (95, 98, 99) an die ermittelten Lade¬ einrichtungen (10, 30, 50) gesendet wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
- der Grenzwert unter Nutzung der Beziehungen Κχ Knet + K mm
Figure imgf000023_0001
und
Knet ~ Kges n^min ermittelt wird, wobei
Kx der Grenzwert für die Ladeeinrichtung, die das Fahrzeug x lädt,
Px die dem Fahrzeug x oder dessen Nutzer zugeordnete Prioritätskenngröße,
n die Anzahl der ermittelten Ladeeinrichtungen,
S die Gewichtungsgröße für die Prioritätskenngrößen,
Kges die an dem Abzweig des Energieversorgungsnetzes be¬ reitstellbare elektrischen Leistung oder die an dem Abzweig des Energieversorgungsnetzes bereitstellbare elektrische Stromstärke, und
Kmin die minimale elektrische Leistung oder die minimale elektrische Stromstärke ist, die für jedes Fahrzeug unabhän¬ gig von dessen Priorität zur Verfügung steht, ist.
9. Steuereinrichtung (84) zum Begrenzen der elektrischen Leistung oder der elektrischen Stromstärke beim Laden von Fahrbatterien (16, 36, 56) elektrisch antreibbarer Fahrzeuge (18, 38, 58), welche ausgestaltet ist zum Durchführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8.
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