DE102019117582A1

DE102019117582A1 - Verfahren und system zur koordination von ladevorgängen für elektrofahrzeuge

Info

Publication number: DE102019117582A1
Application number: DE102019117582.8A
Authority: DE
Inventors: Matthias Victor; Andreas Falk
Original assignee: SMA Solar Technology AG
Current assignee: SMA Solar Technology AG
Priority date: 2019-06-28
Filing date: 2019-06-28
Publication date: 2020-12-31
Also published as: WO2020260615A1

Abstract

Es wird ein Verfahren zur dynamischen Koordination von Ladevorgängen für eine Mehrzahl von Elektrofahrzeugen (14, 14') offenbart, die über Ladepunkte (13) zu laden sind, die über ein lokales Netz (17) an einen gemeinsamen Transformator (11) angeschlossen sind. Mit Hilfe von erfassten Belastungsdaten des Transformators (11) und empfangenen Lastverlaufsprognosen für weitere angeschlossene Lasten wird ein Überlastverlauf des Transformators (11) bestimmt und regelmäßig erfasst und aktualisiert. Bei jedem Anschluss eines neuen Elektrofahrzeugs (14') an einem Ladepunkt (13) des lokalen Netzes (17) wird dessen Ladebedarf empfangen, ein angepasster Überlastverlauf (33) bestimmt und mit einem Überlastgrenzwert OTH verglichen. Wird dieser nicht überstiegen, wird der Ladebedarf genehmigt und der Überlastverlauf (33) aktualisiert, andernfalls wird der Ladebedarf verweigert. Im Fall einer Verweigerung können Maßnahmen zur Entlastung ergriffen werden, die ein Laden doch noch zeitnah erlauben. Ein entsprechendes System zur Ladekoordination ist ebenfalls offenbart.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur dynamischen Koordination von Ladevorgängen für eine Mehrzahl von Elektrofahrzeugen, sowie ein derartiges System.
Die Umstellung der Antriebsart für Kraftfahrzeuge von Fahrzeugen mit Verbrennungsmotoren zu elektrisch angetriebenen Fahrzeugen stellt erhebliche neue Anforderungen an die Energieversorgung, da die Energiespeicher von vielen Elektrofahrzeuge mit erheblichen Ladeleistungen geladen werden müssen. Insbesondere Lieferdienste sind Vorreiter bei der Umstellung ihrer Fahrzeugflotte auf Elektrofahrzeuge, und sie sind darauf angewiesen, dass ihre Fahrzeuge in kurzer Zeit und in großer Anzahl an den Logistikpunkten der Lieferdienste geladen werden können. Gleiches gilt für zukünftige Ladestationen an Autobahnen zur Bedienung des individuellen Mobilitätsbedürfnisses.
Ein hierdurch entstehender Leistungsbedarf kann an diesen Logistikpunkten die vorhandenen Komponenten des Energieversorgungsnetz, insbesondere Transformatoren, die eine Netzspannung von einem Hochspannungsnetz auf ein die Logistikpunkte versorgendes lokales Netz anpassen, schnell überlasten, auch wenn die Transformatoren über ihre Nennkapazität hinaus für eine gewisse Zeit mit einer deutlich höheren Leistung belastet werden können, ohne Schaden zu nehmen. Die Überlastschwelle an einem Transformator, ab der dieser übermäßig geschädigt wird, ist aber nicht fest definiert, sondern eine in der Regel empirisch zu ermittelnde Funktion der Höhe und Dauer der Überlast, aber auch der Vorbelastung. Von daher ist eine dynamische und kontinuierliche Nachkalkulation der Überlastschwelle erforderlich, um die verfügbare Überlastmarge eines Transformators vollständig nutzen zu können.
Daher entsteht die Anforderung, die durch das Laden der Elektrofahrzeuge entstehenden Leistungsverläufe zu prognostizieren und eine Überlastungsmarge der Transformatoren durch Koordinierung der Ladevorgänge optimal nutzen zu können, um möglichst viele Elektrofahrzeuge in kurzer Zeit laden zu können. Diese Anforderung ist natürlich nicht von der oben vorgestellten Anwendung abhängig, sondern entsteht auch, wenn eine große Anzahl von Elektrofahrzeugen über eine gemeinsame Ressource wie einen Transformator geladen werden muss. Dies kann beispielsweise auch in einem Wohngebiet der Fall sein, in dem private Kraftfahrzeuge als Elektrofahrzeuge genutzt werden, wobei das Wohngebiet über einen gemeinsamen Ortsnetztransformator an elektrisches Versorgungsnetzwerk angebunden ist.
Die Schrift EP 2 505 421 B 1 offenbart ein System zur Planung eines Leistungsbedarf, bei dem Überlastungsdaten eines Transformators und Ladebedarfsdaten von Elektrofahrzeugen in einer zentralen Steuerung empfangen werden und dort ein Ladeplan unter Ausnutzung einer Überlastungsmarge des Transformators bestimmt wird. Nachteilig bei diesem Verfahren ist, dass der Ladebedarf aller Fahrzeuge des zu erstellenden Ladeplans vorliegen muss, bevor das Verfahren durchgeführt werden kann.
In der Praxis besteht die Anforderung, den Lageplan dynamisch erstellen zu können, da die Elektrofahrzeuge zu unterschiedlichen Zeitpunkten zum Laden an ihren Ladepunkt angeschlossen werden und deren Ladebedarf entsprechend zu unterschiedlichen Zeitpunkten bekannt wird. Hierbei sollte beim Anschließen des Elektrofahrzeugs auch zuverlässig festgestellt werden können, ob und in welchem Umfang der Ladebedarf des Elektrofahrzeugs befriedigt werden kann. Außerdem soll sichergestellt werden, dass der Leistungsbedarf weiterer Lasten des lokalen Netzes befriedigt werden kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese in der Praxis bestehende Anforderung erfüllen zu können.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1, sowie durch ein System mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 7. Die abhängigen Ansprüche beschreiben bevorzugte Ausführungsformen.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur dynamischen Koordination von Ladevorgängen für eine Mehrzahl von Elektrofahrzeugen, die über Ladepunkte zu laden sind, die über ein lokales Netz an einen gemeinsamen Transformator angeschlossen sind, ist gekennzeichnet durch ein Erfassen von Systemdaten, die eine Nennkapazität, ein Überlastbewertungsschema und einen Überlastgrenzwert für den Transformator aufweisen. Für weitere an das lokale Netz angeschlossene Lasten wird eine Lastprognose empfangen. Hierunter fällt auch der Fall, dass lediglich Daten zur Erstellung einer Lastprognose empfangen werden. Unter Nutzung des Überlastbewertungsschemas und unter Berücksichtigung zumindest der Lastverlaufsprognose für die weiteren an den Transformator angeschlossenen Lasten wird ein Überlastverlauf des Transformators bestimmt. Der Überlastverlauf des Transformators wird regelmäßig aktualisiert, indem ein zeitlicher Verlauf einer über den Transformator fließenden Leistung erfasst und bei der Aktualisierung berücksichtigt wird.
Bei jedem Anschluss eines neuen Elektrofahrzeugs an einem Ladepunkt des lokalen Netzes wird zunächst ein Ladebedarf des neuen Elektrofahrzeugs empfangen, wobei der Ladebedarf eine Energiemenge und einen Endpunkt, zu dem die Energiemenge in das neue Elektrofahrzeugs zu laden ist umfasst. Unter Berücksichtigung des zusätzlichen Ladebedarfs des neuen Elektrofahrzeugs wird ein möglicher Überlastverlauf des Transformators bestimmt und ein Maximalwert des möglichen Überlastverlaufs mit dem Überlastgrenzwert verglichen. Wenn der Maximalwert des möglichen Überlastverlaufs den Überlastgrenzwert nicht übersteigt, wird ein Laden des neuen Elektrofahrzeugs gemäß des Ladebedarfs genehmigt und durchgeführt, sowie der Überlastverlauf des Transformators unter Berücksichtigung des zusätzlichen Ladebedarfs des neuen Elektrofahrzeugs aktualisiert. Wenn der Maximalwert des möglichen Überlastverlaufs den Überlastgrenzwert allerdings übersteigt, wird der Ladebedarf abgelehnt und das Laden des neuen Elektrofahrzeugs blockiert. Bevorzugt wird das Genehmigen beziehungsweise das Ablehnen des Ladebedarfs dem Elektrofahrzeug mitgeteilt und einem Nutzer des Elektrofahrzeugs in geeigneter Form angezeigt.
Das Überlastbewertungsschema ist hierbei ein Mittel, um abschätzen zu können, ob eine Überlastung des Transformators zu einer akzeptablen oder einer nicht akzeptablen Belastung führt. Grundsätzlich sind Transformatoren recht robuste Einrichtungen, die auch eine über sie fließende Leistung, die die Nennkapazität erheblich überschreitet, für einen endlichen Zeitraum gestattet, ohne dass hierdurch eine sofortige Schädigung des Transformators eintritt. Auch eine Reduzierung der Lebensdauer des Transformators durch eine Überlastung kann in gewissen Grenzen akzeptabel sein. Das Überlastbewertungsschema kann insbesondere ein Rechenverfahren sein, das einen zeitlichen Verlauf einer über den Transformator fließenden Leistung bis zu einem Zeitpunkt t in eine Kennzahl O(t) umrechnet. Diese Kennzahl kann dann mit einem Grenzwert verglichen werden, wobei ein Überschreiten des Grenzwerts durch die Kennzahl O(t) anzeigt, dass die Überlastung des Transformators zum Zeitpunkt t ein akzeptables Maß überschritten hat. Das Überlastbewertungsschema kann aus einem thermischen Modell des Transformators erzeugt werden, welches das Erwärmungs- und Abkühlungsverhalten des Transformators als Funktion der fließenden Leistung berücksichtigt. Eine konkrete Möglichkeit für ein Überlastbewertungsschema ist eine gewichtete Integration der die Nennkapazität P₀ überschreitenden Leistung P über die Zeit: $O (t) = \int_{- \infty}^{0} g (τ) * (P (t + τ) - P_{0}) d τ$
Hierbei bezeichnet g(τ) eine Gewichtungsfunktion, über die die thermische Trägheit des Transformators nachgebildet wird.
Das Überlastbewertungsschema kann auch eine real am Transformator gemessene Temperatur berücksichtigen, um eine genauere Abschätzung der Überlastung zu ermöglichen. Insbesondere kann durch Berücksichtigung der real gemessenen Temperatur ein vereinfachter Verlauf einer über den Transformator fließenden Leistung genutzt werden, beispielsweise indem der Leistungsverlauf vor dem Zeitpunkt der Temperaturmessung unberücksichtigt bleiben kann.
In einem konkreten Beispiel beschreibt das Überlastbewertungsschema eine reale oder virtuelle Temperatur. Beispielsweise kann das Überlastbewertungsschema unter Berücksichtigung der Messung einer Temperatur T(t₀) zum Zeitpunkt t₀ folgendermaßen ausgedrückt werden: $O (t) = T (t_{0}) \int_{t 0}^{t} g (t - τ) * (P (t) - P_{0}) d τ$
Sofern der Ladebedarf des neu angeschlossenen Elektrofahrzeugs dazu führt, dass der Maximalwert des Überlastungsverlaufs den Überlastgrenzwert übersteigt, können in vorteilhaften Ausführungen des erfindungsgemäßen Verfahrens unterschiedliche Strategien verfolgt werden:

in einer ersten Ausführungsform kann ein möglicher Ladebedarf, der unter Einhaltung des Überlastgrenzwerts erfüllt werden kann, bestimmt werden, wobei der mögliche Ladebedarf eine gegenüber dem abgelehnten Ladebedarf eine reduzierte Energiemenge oder einen späteren Endpunkt enthält, und nach Bestätigung des möglichen Ladebedarfs kann das neue Elektrofahrzeug gemäß des möglichen Ladebedarfs geladen werden. Hierdurch ergibt sich eine maximale Ausnutzung der Überlastmarge des Transformators, allerdings werden später eintreffende Elektrofahrzeuge mit einer geringeren Energiemenge versorgt oder eventuell auch gar nicht mehr geladen.

In einer zweiten Ausführungsform kann eine Leistung, die an die weiteren an den Transformator angeschlossenen Lasten übertragen wird, auf gegenüber der Lastverlaufsprognose reduzierte Leistung begrenzt werden, so dass der Ladebedarf des neuen Elektrofahrzeugs unter Einhaltung des Überlastgrenzwerts erfüllt werden kann. Hierdurch kann ein Laden des neuen Elektrofahrzeugs gemäß des Ladebedarfs genehmigt und durchgeführt werden. Dies resultiert in einer Priorisierung des Ladens der Elektrofahrzeuge gegenüber dem Betrieb weiterer Lasten am lokalen Netz, die abgeregelt oder gar ganz abgeschaltet werden, wenn der Transformator überlastet wird.
In einer dritten Ausführungsform kann zusätzliche Leistung aus einem Generator oder einem Speicher in das lokale Netz eingespeist werden, sodass der Ladebedarf des neuen Elektrofahrzeugs unter Einhaltung des Überlastgrenzwerts erfüllt werden kann, sodass ein Laden des neuen Elektrofahrzeugs gemäß des Ladebedarfs genehmigt und durchgeführt werden kann. Der Speicher kann zu Zeiten, zu denen der Transformator nicht überlastet wird, nachgeladen werden.
In einer vierten Ausführungsform kann ein reduzierten Ladebedarfs für Elektrofahrzeuge, deren Ladebedarf bereits genehmigt wurde, derart bestimmt werden, dass der Ladebedarf des neuen Elektrofahrzeugs erfüllt werden kann, und ein Laden des neuen Elektrofahrzeugs gemäß des Ladebedarfs kann genehmigt und durchgeführt werden. Das Laden der Elektrofahrzeuge. deren Ladebedarf bereits genehmigt wurde, wird mit dem bestimmten reduzierten Ladebedarf fortgesetzt. Dies kann optional eine vorherige Genehmigung des reduzierten Ladebedarfs durch die betroffenen Elektrofahrzeuge erfordern.
Es ist ebenfalls denkbar, dass ein Spannungsübersetzungsverhältnis des Transformators mit dem Ziel verändert wird, falls im Rahmen einer Neuberechnung unter Berücksichtigung des geänderten Spannungsverhältnisses die Überlastkennzahl unter den Überlastgrenzwert gedrückt werden kann.
In einem weiteren Aspekt der Erfindung dient ein System zur dynamischen Koordination von Ladevorgängen für eine Mehrzahl von Elektrofahrzeugen, die über Ladepunkte zu laden sind, die über ein lokales Netz an einen gemeinsamen Transformator angeschlossen sind. Das System ist dazu eingerichtet, Systemdaten zu erfassen, die eine Nennkapazität, ein Überlastbewertungsschema und einen Überlastgrenzwert für den Transformator aufweisen. Eine Lastverlaufsprognose für weitere an das lokale Netz angeschlossene Lasten wird empfangen und ein Überlastverlauf des Transformators unter Nutzung des Überlastbewertungsschemas und unter Berücksichtigung zumindest der Lastverlaufsprognose für die weiteren an den Transformator angeschlossenen Lasten wird bestimmt. Weiterhin wird ein zeitlicher Verlauf einer über den Transformator fließenden Leistung erfasst und der Überlastverlauf des Transformators wird unter Berücksichtigung der erfassten Leistung regelmäßig aktualisiert.
Bei jedem Anschluss eines neuen Elektrofahrzeugs ist das System dazu eingerichtet, einen Ladebedarf des neuen Elektrofahrzeugs, umfassend eine Energiemenge und einen Endpunkt, zu dem die Energiemenge in das neue Elektrofahrzeug zu laden ist, zu empfangen und einen möglichen Überlastverlauf durch Berücksichtigen des zusätzlichen Ladebedarfs des neuen Elektrofahrzeugs zu bestimmen, sowie einen Maximalwerts des möglichen Überlastverlaufs mit dem Überlastgrenzwert zu vergleichen. Dabei ist es denkbar, dass der Verlauf einer Ladekurve für das neu angeschlossene GFZ oder auch die Verläufe von Ladekurven bereits angeschlossener Elektrofahrzeuge variiert werden, um einen Überlastverlauf mit einem möglichst geringen Maximalwert zu erhalten.
Wenn der Maximalwert des möglichen Überlastverlaufs den Überlastgrenzwert nicht übersteigt, wird ein Laden des neuen Elektrofahrzeugs gemäß des Ladebedarfs genehmigt und durchgeführt, sowie der Überlastverlauf des Transformators unter Berücksichtigung des zusätzlichen Ladebedarfs des neuen Elektrofahrzeugs aktualisiert.
Wenn der Maximalwert des möglichen Überlastverlaufs den Überlastgrenzwert allerdings übersteigt, wird der Ladebedarf abgelehnt und ein Laden des neuen Elektrofahrzeugs blockiert.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist das System zusätzlich einen Energiespeicher und/oder einen Generator auf, die an das lokale Netz angeschlossen sind. Das System ist hierbei dazu eingerichtet, im Fall des Ablehnens eines Ladebedarfs zusätzliche Leistung aus dem Generator beziehungsweise dem Speicher in das lokale Netz einzuspeisen, so dass der Ladebedarf des neuen Elektrofahrzeugs unter Einhaltung des Überlastgrenzwerts erfüllt werden kann. Das Laden des neuen Elektrofahrzeugs wird dann gemäß des Ladebedarfs genehmigt und durchgeführt.
Im Folgenden wird die Erfindung mithilfe von Figuren detaillierter beschrieben, von denen

1 eine Infrastruktur mit einer Mehrzahl von Ladepunkten, die über ein lokales Netz an einen gemeinsamen Transformator angeschlossen sind, und in der das erfindungsgemäße Verfahren ausgeführt werden kann,
2 ein Flussdiagramm für das erfindungsgemäße Verfahren, und
3 beispielhafte zeitliche Verläufe einer Überlast und einer über den Transformator fließenden Leistung zeigen.

1 zeigt eine Infrastruktur, in der das erfindungsgemäße Verfahren vorteilhaft ausgeführt werden kann. Ein lokales Netz 17 ist über einen Transformator 11 mit einem Energieverteilungsnetz (EVN) 10 verbunden. Über das lokale Netz 17 werden sowohl Verbraucher 12, beispielsweise ein Gewerbebetrieb oder ein Privathaushalt, mit elektrischer Energie versorgt. Hierbei ist nicht ausgeschlossen, dass der Verbraucher 12 nicht nur Energie aus dem lokalen Netz bezieht, vielmehr kann er auch Energie in das lokale Netz einspeisen. Weiterhin an das lokale Netz 17 sind eine Mehrzahl von Ladepunkten 13 angeschlossen, über die Elektrofahrzeuge 14, 14' geladen werden können. Optional kann auch ein Speicher 16 an das lokale Netz angeschlossen sein und mit diesem Energie austauschen, das heißt in einem ersten Zeitraum Energie aus dem Netz beziehen, um damit den Speicher 16 zu laden und in einem zweiten Zeitraum die in den Speicher 16 geladene Energie wieder in das Netz einspeisen. Die Ladepunkt 13 und die Elektrofahrzeuge 14 können ebenfalls zu einem Gewerbebetrieb, beispielsweise einem Logistikbetrieb, gehören oder auch unabhängige Privathaushalte oder andere eigenständig oder gemeinsam betriebene Einheiten sein. Die Ladepunkte 13, der Verbraucher 12 und der Speicher 16 sind über eine Kommunikationsverbindung 18 mit einem System 15 zur Koordination der Ladevorgänge über die Ladepunkte 13 verbunden. Die Kommunikationsverbindung 18 kann eine physikalische Leitungsverbindung, beispielsweise ein Kupferkabel oder eine Glasfaser-Leitung, oder auch eine Funkverbindung sein.
Über die Kommunikationsverbindung 18 wird dem System 15 mitgeteilt, dass ein neues Elektrofahrzeug 14' an einen Ladepunkt 13 angeschlossen werden soll. In diesem Zusammenhang wird dem System 15 auch mitgeteilt, welchen Ladebedarf das neu angeschlossene Elektrofahrzeug 14' hat, insbesondere innerhalb welchen Zeitraums das Elektrofahrzeug wie viel Energie benötigt. Diese Information kann aufgeteilt sein in eine Mindestenergie und eine Wunschenergie für das betroffene Elektrofahrzeug 14'. Weiterhin kann die Information auch aufgeteilt sein in einen Wunschzeitpunkt und einen spätesten Zeitpunkt, zu dem der Ladevorgang abgeschlossen werden soll. Das System 15 entscheidet dann, ob ein Laden des neu angeschlossenen Elektrofahrzeug 14 Strich entsprechend den mitgeteilten Bedarfsdaten durchgeführt werden kann und teilt das Ergebnis dieser Entscheidung dem betroffenen Ladepunkt 13 mit, der im Falle einer positiven Entscheidung des Ladevorgangs diesen startet. Alternativ oder zusätzlich kann anstelle des Ladepunkt diese Information auch direkt an das betroffene Elektrofahrzeug 14' übermittelt werden.
Das System 15 kann bei Bedarf auch Informationen mit dem Speicher 16 und/oder dem Verbraucher 12 austauschen, insbesondere kann es über die ausgetauschten Informationen die Leistungsentnahme beziehungsweise Einspeisung dieser beiden Komponenten aus beziehungsweise in das lokale Netz 17 beeinflussen. Diese Einflussnahme dient insbesondere dazu, einen Ladebedarf der angeschlossenen Fahrzeuge 14, 14' zu befriedigen, ohne den Transformator 11 zu überlasten.
Hierzu kann das System 15 zusätzliche Informationen direkt mit dem Transformator 11 austauschen, insbesondere können Daten über den zeitlichen Verlauf des Leistungsfluss über den Transformator 11 dem System 15 mitgeteilt werden. Es ist ebenfalls denkbar, dass das System 15 über die mit dem Transformator 11 ausgetauschten Informationen den Transformator 11 aktiv steuern kann, beispielsweise ein Übersetzungsverhältnis des Transformators beeinflussen kann.
Die Ladepunkte 13 teilen dem System 15 Informationen über die Ladekurven der an sie angeschlossenen Elektrofahrzeuge 14 mit. Es ist ebenfalls denkbar, dass das System 15 den Ladeverlauf der angeschlossenen Elektrofahrzeuge 14 über ihren Ladepunkt 13 aktiv regelt.
Durch die ausgetauschten Informationen soll das System 15 in die Lage versetzt werden, den Leistungsfluss über den Transformator 11 zu überwachen und zumindest bei Bedarf derart aktiv zu steuern, dass der Ladebedarf von möglichst vielen Elektrofahrzeugen befriedigt werden kann, ohne den Transformator 11 dabei in nicht akzeptabler Weise zu überlasten.
2 zeigt ein Flussdiagramm, das eine mögliche Umsetzung des erfindungsgemäßen Verfahrens darstellt. In einem ersten Schritt 21 werden Systemdaten erfasst, die spezifisch für den Transformator sind, der das lokale Netz mit dem übergeordneten Energieverteilungsnetz verbindet. Die erfassten Daten können eine Nennkapazität, einen Überlastbewertungsschema und einen Grenzwert für eine Überlast aufweisen. Die Nennkapazität und der Grenzwert können als explizite Größe oder implizit im Rahmen des Überlastbewertungsschemas erfasst werden. Erfassen bedeutet hierbei, dass die entsprechenden Daten dem das Verfahren ausführende System bekannt gemacht werden.
Weiterhin wird im ersten Schritt 21 eine Lastverlaufsprognose für an das lokale Netz angeschlossene Lasten empfangen. Die Lastverbrauchsprognose kann Teil eines Verbrauchsplans der Last sein, oder aus Erfahrungswerten, beispielsweise aus Lastverläufen vergangener Zeiträume, gewonnen werden. Andere Verfahren zur Bestimmung einer Lastverbrauchsprognose sollen hierbei aber nicht ausgeschlossen werden.
In einem zweiten Schritt 22 wird unter Berücksichtigung der Lastverbrauchsprognose ein Überlastverlauf des Transformators unter Nutzung des Überlastbewertungsschemas bestimmt. Der Überlastverlauf kann hierbei zunächst lediglich aus der Lastverbrauchsprognose gewonnen werden, zu späteren Zeitpunkten können aber weitere Lastverläufe, insbesondere solche aus Ladevorgängen von an Ladepunkten des lokalen Netzes angeschlossenen Elektrofahrzeugen, zusätzlich berücksichtigt werden.
In regelmäßigen Zeitabständen wird dann in einem dritten Schritt 23 ein zeitlicher Verlauf einer über den Transformator fließenden Leistung erfasst und der Überlastverlauf des Transformators unter Berücksichtigung der erfassten Leistung aktualisiert. Hierdurch werden Abweichungen des Lastverlaufs der weiteren Lasten von der Lastverbrauchsprognose automatisch als Korrektur berücksichtigt.
In einem vierten Schritt 24 wird geprüft, ob ein neues Elektrofahrzeug zum Laden an das lokale Netz angeschlossen werden soll. Ist dies nicht der Fall, wird zum dritten Schritt 23 zurückgekehrt. Bei jedem Anschluss eines neuen Elektrofahrzeugs an einen Ladepunkt des lokalen Netzes wird dann in einem fünften Schritt 25 zunächst der Ladebedarf des neuen Elektrofahrzeugs empfangen, wobei der Ladebedarf zumindest eine Energiemenge und einen Endpunkt umfasst, zu dem die Energiemenge in das neu anzuschließende Elektrofahrzeug zu laden ist.
Diese Information wird dann in einem sechsten Schritt 26 dazu verwendet, einen möglichen Überlastverlauf zu bestimmen, der sich durch Berücksichtigen des zusätzlichen Ladebedarf des neu anzuschließenden Elektrofahrzeugs ergibt. Ein Maximalwert des möglichen Überlastverlaufs wird in einem siebten Schritt 27 mit dem Überlastgrenzwert verglichen.
Wenn der Maximalwerte des möglichen Überlastverlaufs den Überlastgrenzwert nicht übersteigt, wird in einem achten Schritt 28 das Laden des neu anzuschließenden Elektrofahrzeugs genehmigt und es wird ein Ladevorgang gemäß des Ladebedarfs durchgeführt. Der Überlastverlauf des Transformators wird unter Berücksichtigung des zusätzlichen Ladebedarfs des neu angeschlossenen Elektrofahrzeugs aktualisiert.
Falls der Maximalwert des möglichen Überlastverlaufs den Überlastgrenzwert übersteigt, ist ein Durchführen eines Ladens des Elektrofahrzeugs gemäß seines Ladebedarfs zunächst nicht möglich. Daher wird in einem neunten Schritt 29 der Ladebedarf abgelehnt und das Laden des neu anzuschließenden Elektrofahrzeugs blockiert.
In Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens können als Bestandteil des neunten Schritts 29 weitere Verfahrensschritte durchgeführt werden, die das Ziel haben, das Laden des neu anzuschließenden Elektrofahrzeugs doch noch zu ermöglichen. Diese Verfahrensschritte sind entweder darauf gerichtet, eine Leistungsentnahme aus dem lokalen Netz seitens anderer Ladepunkte oder weiterer Lasten zu reduzieren, oder sie sind darauf gerichtet, zusätzliche Leistung auf anderem Wege als über den Transformator in das lokale Netz einzubringen. Beide Ansätze sind grundsätzlich dazu geeignet, die über den Transformator fließende Leistung so weit zu reduzieren, dass ein Erfüllen des Ladebedarfs des neu anzuschließenden Elektrofahrzeugs ohne Überschreiten des Überlastgrenzwerts des Transformators doch noch gelingt. Sollte eine ausreichende Reduzierung möglich sein, wird der Ladevorgang gemäß des Ladebedarfs genehmigt und der Ladevorgang durchgeführt.
Sowohl im Anschluss an den achten Schritt 28 als auch im Anschluss an den neunten Schritt 29 wird zum vierten Schritt 24 zurückgekehrt.
3 zeigt beispielhafte zeitliche Verläufe einer über den Transformator fließenden Leistung P(t), sowie eines sich aus diesem Leistungsverlauf ergebenden Verlaufs der Kennzahl O(t) einer Überlast. Die Verläufe können beispielsweise in einer Infrastruktur wie in 1 gezeigt entstanden sein. In einem Leistungsverlauf 31werdenin einer ersten Phase vor einem Zeitpunkt t₁ sukzessive eine Mehrzahl von Elektrofahrzeugen an das lokale Netz angeschlossen werden, deren Leistungsbedarf geprüft und deren Ladevorgang genehmigt und durchgeführt wird. Hierdurch steigt die über den Transformator in das lokale Netz fließende Leistung in der ersten Phase schrittweise an und übersteigt die Nennkapazität P_Nom des Transformators.
Das Übersteigen der Nennkapazität P_Nom stellt zunächst kein Hindernis dafür dar, dass weitere Elektrofahrzeuge zum Laden an das lokale Netz angeschlossen und geladen werden können, da ein aus dem Leistungsverlauf 31 resultierender Verlauf 32 der Kennzahl O(t) zwar ansteigt, aber zunächst unter dem Überlastgrenzwert OTH verbleibt.
Erst zu einem Zeitpunkt t₁ soll ein weiteres Elektrofahrzeug an das lokale Netz zum Laden angeschlossen werden, so dass eine mit einem Erfüllen des Ladebedarfs verknüpfte Zusatzladeleistung 33 dazu führen würde, dass der resultierende Verlauf 34 der Überlastkennzahl O(t) bei Erfüllen des Ladebedarfs den Grenzwert OTH überschreiten würde. Daher wird der Ladevorgang für dieses Elektrofahrzeug zunächst nicht gestartet.
Zu einem Zeitpunkt t₂ sinkt die über den Transformator fließenden Leistung, wobei unerheblich ist, ob diese Reduktion durch ein gezieltes Eingreifen, beispielsweise einem Einspeisen zusätzlicher Leistung aus einem an das lokale Netz angeschlossenen Speicher, einer Reduktion einer von Verbrauchern aus dem lokalen Netz entnommenen Leistung oder durch Anpassung des Ladebedarfs bereits angeschlossener Elektrofahrzeuge verursacht ist oder ohne aktiven Eingreifen einer Kontrollinstanz erfolgt. Als Folge der Leistungsreduktion sinkt auch die Überlastkennzahl O(t), so dass zu einem Zeitpunkt t₃ erkannt wird, dass auch bei Erfüllen des Leistungsbedarfs des neu anzuschließenden Elektrofahrzeugs der Verlauf 32 der Überlastkennzahl O(t) den Grenzwert OTH nicht mehr übersteigt, so dass dem Ladewunsch des neu anzuschließenden Elektrofahrzeugs unverzüglich entsprochen wird.
Auf diese Weise kann möglichst vielen Elektrofahrzeugen ein schnelles Erfüllen ihres Ladebedarf gewährleistet werden, wobei die Überlastmarge des Transformators optimal ausgereizt wird. Es ist aber nicht erforderlich, im Voraus bereits die Zeitpunkte und den Ladebedarf von anzuschließenden Elektrofahrzeugen zu kennen. Vielmehr ist es möglich, dynamisch auf das Eintreffen von Elektrofahrzeugen zu reagieren. Auch das Einbinden zusätzlicher Energiereserven eines Speichers wird effizient ermöglicht.
Bezugszeichenliste

10: Energieverteilungsnetz (EVN)
11: Transformator
12: Verbraucher
13: Ladepunkt
14: Elektrofahrzeug
14': Elektrofahrzeug
15: System
16: Speicher
17: lokales Netz
18: Kommunikationsverbindung
21-29: Schritt
31: Leistungsverlauf
32: Kennzahlverlauf
33: Zusatzladeleistung
34: Kennzahlverlauf

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 2505421 [0005]

Claims

Verfahren zur dynamischen Koordination von Ladevorgängen für eine Mehrzahl von Elektrofahrzeugen (14, 14'), die über Ladepunkte (13) zu laden sind, die über ein lokales Netz (17) an einen gemeinsamen Transformator (11) angeschlossen sind, umfassend die Schritte: - Erfassen von Systemdaten, die eine Nennkapazität, ein Überlastbewertungsschema und einen Überlastgrenzwert OTH für den Transformator (11) aufweisen, - Empfang einer Lastverlaufsprognose für weitere an das lokale Netz (17) angeschlossene Lasten, - Bestimmen eines Überlastverlaufs des Transformators (11) unter Nutzung des Überlastbewertungsschemas und unter Berücksichtigung zumindest der Lastverlaufsprognose für die weiteren an den Transformator (11) angeschlossenen Lasten, - Erfassen eines zeitlichen Verlaufs (31) einer über den Transformator (11) fließenden Leistung und regelmäßiges Aktualisieren des Überlastverlaufs (32) des Transformators (11) unter Berücksichtigung der erfassten Leistung, - bei jedem Anschluss eines neuen Elektrofahrzeugs (14') an einem Ladepunkt (13) des lokalen Netzes (17), + Empfang eines Ladebedarf des neuen Elektrofahrzeugs (14'), umfassend eine Energiemenge und einen Endpunkt, zu dem die Energiemenge in das neue Elektrofahrzeug (14') zu laden ist, + Bestimmen eines möglichen Überlastverlaufs (33) durch Berücksichtigen des zusätzlichen Ladebedarfs des neuen Elektrofahrzeugs (14') und Vergleich eines Maximalwerts des möglichen Überlastverlaufs (33) mit dem Überlastgrenzwert OTH, + wenn der Maximalwert des möglichen Überlastverlaufs den Überlastgrenzwert OTH nicht übersteigt, Genehmigen und Durchführen eines Ladens des neuen Elektrofahrzeugs (14') gemäß des Ladebedarfs, sowie Aktualisieren des Überlastverlaufs (32) des Transformators (11) unter Berücksichtigung des zusätzlichen Ladebedarfs des neuen Elektrofahrzeugs(14'), + wenn der Maximalwert des möglichen Überlastverlaufs den Überlastgrenzwert OTH übersteigt, Ablehnen des Ladebedarfs und Blockieren eines Laden des neuen Elektrofahrzeugs(14').
Verfahren nach Anspruch 1, weiterhin umfassend im Fall des Ablehnens des Ladebedarfs: Bestimmung eines möglichen Ladebedarfs, der unter Einhaltung des Überlastgrenzwerts erfüllt werden kann, wobei der mögliche Ladebedarf eine gegenüber dem abgelehnten Ladebedarf eine reduzierte Energiemenge oder einen späteren Endpunkt enthält, und nach Bestätigung des möglichen Ladebedarfs Laden des neuen Elektrofahrzeugs (14') gemäß des möglichen Ladebedarfs.
Verfahren nach Anspruch 1, weiterhin umfassend im Fall des Ablehnens des Ladebedarfs: Begrenzen einer an die weiteren an den Transformator (11) angeschlossenen Lasten übertragene Leistung auf gegenüber der Lastverlaufsprognose reduzierte Leistungen, so dass der Ladebedarf des neuen Elektrofahrzeugs (14') unter Einhaltung des Überlastgrenzwerts OTH erfüllt werden kann, und Genehmigen und Durchführen eines Ladens des neuen Elektrofahrzeugs (14') gemäß des Ladebedarfs.
Verfahren nach Anspruch 1, weiterhin umfassend im Fall des Ablehnens des Ladebedarfs: Einspeisen einer zusätzlichen Leistung aus einem Generator oder einem Speicher (16) in das lokale Netz (17), so dass der Ladebedarf des neuen Elektrofahrzeugs (14') unter Einhaltung des Überlastgrenzwerts erfüllt werden kann, und Genehmigen und Durchführen eines Ladens des neuen Elektrofahrzeugs (14') gemäß des Ladebedarfs.
Verfahren nach Anspruch 1, weiterhin umfassend im Fall des Ablehnens des Ladebedarfs: Bestimmung eines derart reduzierten Ladebedarfs für Elektrofahrzeuge (14), deren Ladebedarf bereits genehmigt wurde, dass der Ladebedarf des neuen Elektrofahrzeugs (14') erfüllt werden kann, optional Anfordern und Abwarten einer Bestätigung hierzu, und Laden des neuen Elektrofahrzeugs (14') gemäß des Ladebedarfs, sowie Laden der Elektrofahrzeuge. deren Ladebedarf bereits genehmigt wurde, mit dem bestimmten reduzierten Ladebedarf.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, weiterhin umfassend bei jedem Trennen eines Elektrofahrzeugs von seinem Ladepunkt (13): - Prüfen, ob der Ladebedarf des getrennten Elektrofahrzeugs erfüllt wurde, und - Aktualisieren des Überlastverlaufs (32) des Transformators (11)s unter Berücksichtigung des nicht erfüllten Ladebedarfs.
System (15) zur dynamischen Koordination von Ladevorgängen für eine Mehrzahl von Elektrofahrzeugen, die über Ladepunkt (13)e zu laden sind, die über ein lokales Netz (17) an einen gemeinsamen Transformator (11) angeschlossen sind, wobei das System (15) dazu eingerichtet ist: - Systemdaten zu erfassen, die eine Nennkapazität, ein Überlastbewertungsschema und einen Überlastgrenzwert OTH für den Transformator (11) aufweisen, - eine Lastverlaufsprognose für weitere an das lokale Netz (17) angeschlossene Lasten zu empfangen, - einen Überlastverlauf (31) des Transformators (11) unter Nutzung des Überlastbewertungsschemas und unter Berücksichtigung zumindest der Lastverlaufsprognose für die weiteren an den Transformator (11) angeschlossenen Lasten zu bestimmen, - einen zeitlichen Verlauf einer über den Transformator (11) fließenden Leistung zu erfassen und den Überlastverlauf (32) des Transformator (11)s unter Berücksichtigung der erfassten Leistung regelmäßig zu aktualisieren, - bei jedem Anschluss eines neuen Elektrofahrzeugs (14'), + einen Ladebedarf des neuen Elektrofahrzeugs (14'), umfassend eine Energiemenge und einen Endpunkt, zu dem die Energiemenge in das neue Elektrofahrzeug (14') zu laden ist, zu empfangen + einen möglichen Überlastverlauf (33) durch Berücksichtigen des zusätzlichen Ladebedarfs des neuen Elektrofahrzeugs (14') zu bestimmen und einen Maximalwerts des möglichen Überlastverlaufs (32) mit dem Überlastgrenzwert OTH zu vergleichen, + wenn der Maximalwert des möglichen Überlastverlaufs (33) den Überlastgrenzwert OTH nicht übersteigt, ein Laden des neuen Elektrofahrzeugs (14') gemäß des Ladebedarfs zu genehmigen und durchzuführen, sowie den Überlastverlauf (32) des Transformators (11) unter Berücksichtigung des zusätzlichen Ladebedarfs des neuen Elektrofahrzeugs (14') zu aktualisieren, + wenn der Maximalwert des möglichen Überlastverlaufs (33) den Überlastgrenzwert OTH übersteigt, den Ladebedarfs abzulehnen und ein Laden des neuen Elektrofahrzeugs (14') zu blockieren.
System (15) nach Anspruch 5, weiterhin umfassend einen Speicher (16) und/oder einen Generator, die an das lokale Netz (17) angeschlossen sind, wobei das System (15) dazu eingerichtet ist, im Fall des Ablehnens des Ladebedarfs eine zusätzliche Leistung aus den Generator und/oder dem Speicher (16) in das lokale Netz (17) einzuspeisen, so dass der Ladebedarf des neuen Elektrofahrzeugs (14') unter Einhaltung des Überlastgrenzwerts OTH erfüllt werden kann, und das Ladens des neuen Elektrofahrzeugs (14') gemäß des Ladebedarfs zu genehmigen und durchzuführen.