CN114555413A - 用于为车辆组的车辆电池充电的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于为成员车辆组的车辆电池充电的方法，具有以下步骤：预测所述成员车辆组在未来时间段内对车辆电池充电的总能量需求，预测所述成员车辆组在所述未来时间段期间的充电功率需求的时间分布，根据预测的总能量需求和预测的充电功率需求的时间分布为所述成员车辆组计算关于一个或多个优化标准优化的总充电功率曲线，在相关能量市场上购买与优化的总充电功率曲线相对应的能量数量，以及使用相应的充电曲线随时间操控该组中各个成员车辆的充电过程，使得各个成员车辆的相应充电曲线的总和对应于优化的总充电功率曲线。

Description

用于为车辆组的车辆电池充电的方法
技术领域
本发明涉及一种用于为车辆组的车辆电池充电的方法以及一种用于为车辆组的车辆电池充电的中央控制装置。
背景技术
在车辆驱动的电气化程度不断提高的过程中，寻求能够以智能和尽可能生态或经济的方式对大量车辆充电的解决方案。一方面，来自诸如太阳能和风能的可再生能源的能量的可用性强烈取决于天气和日照时间。另一方面，能量价格尤其是因此会受到强烈的日照时间波动和长期波动的影响。这些价格是在地区或国家电力市场或电力交易所获得的，并且在相应的地区或国家有效。
使用由车辆电池供电的电牵引机为电运行车辆充电需要越来越多的电功率，所述电运行车辆例如是纯电动车辆或所谓的插电式混合动力车辆。因此电动车辆或插电式混合动力车辆的用户可能会感兴趣的是，尽可能在电力特别便宜和/或有尽可能多的来自再生能源的能量可用时给车辆电池充电。但是，作为车辆的个人用户不能在电力交易所进行交易。这仅适用于授权经销商、电网运营商、电力供应商或诸如大企业的大购买者。
发明内容
因此，本发明所基于的任务是使得电动车辆的驾驶员能够以便宜且必要时生态的方式对电动车辆充电。
该任务通过根据独立权利要求的方法和控制装置来解决。有利的扩展在从属权利要求中说明。
本发明利用了大量能量的购买者可以在电力交易所进行交易的知识。
根据本发明的用于为成员车辆组的车辆电池充电的方法具有以下步骤：
-预测所述成员车辆组在未来时间段内对车辆电池充电的总能量需求；
-预测所述成员车辆组在所述未来时间段期间的充电功率需求的时间分布，
-根据预测的总能量需求和预测的充电功率需求的时间分布，为所述成员车辆组计算关于一个或多个优化标准优化的总充电功率曲线，
-在相关能量市场上购买与优化的总充电功率曲线相对应的能量数量；
-使用相应的充电曲线随时间操控该组中各个成员车辆的充电过程，使得各个成员车辆的相应充电曲线的总和对应于所述优化的总充电功率曲线。
根据本发明的方法适用于为可电运行的车辆充电，所述车辆即具有至少一个由车辆电池供电的电牵引机的车辆。优选地，所述车辆是联网车辆。根据本发明，一个组由X个具有车辆电池的成员车辆组成，该车辆电池至少被设置用于运行该车辆的电牵引机。该组中的车辆数量X和它们的共同能量需求优选大到足以能够作为组出现在能量市场上。因此，数量X取决于诸如国家的相应能量市场的规定。例如，可以想象一个组中至少有50、100或1000个车量的数量X。进一步优选地，数量X不是预给定的，而是符合参与该方法的车辆/或驾驶员的数量。此外，数量X也不是恒定的或有限的，而是随着用户数量的增加而增长。用户可以例如是在组中注册的车辆，由此该车辆成为组中的成员车辆。在该组中注册的所有车辆在本申请中优选地称为成员车辆。替代地，“成员车辆”一词在本文也可以仅涉及在执行该方法的时刻连接到充电插座并因此“准备好充电”的注册车辆的一部分。在特定的能量市场中，也可能以最小市场的形式区域销售能量。例如，电力可以直接从运行光伏设施的邻居那里获得。在这种通常仅在低电压级别下运行的最小市场中，一个组也可以仅由少量车辆组成，在极端情况下由单个“***”的车辆，即准备充电的车辆组成。通常，根据本发明的组也可以称为“集群”。
可以根据收集的关于过去充电过程、成员车辆的车辆电池的当前充电状态（Stateof Charge）、用户简档（例如行驶习惯、充电习惯）、特别是它们的时间变化过程等信息来预测该组的所有成员车辆在未来时间段内的统计总能量需求。例如，未来时间段持续12或24小时或一周，并且可以立即开始或在未来开始，例如延迟12、24、48小时或一周。
附加地，根据提及的用户数据和车辆数据来预测未来时间段内充电功率需求的统计时间分布。即为此统计地确定到何时以及有多少车辆需要多大的充电功率。为此优选考虑以下车辆信息和用户信息，这些信息允许推断出何时再次需要这些车辆以及需要何种充电状态。例如，根据经验，一些会员车辆需要快速充电，而另一些则可以等待更有利的时间窗口。
基于预测的总能量需求和预测的充电功率需求的时间分布来确定成员车辆组的优化的总充电功率曲线，该总充电功率曲线关于一个或多个优化标准进行了优化。可能的优化标准例如是总能量数量的尽可能低的价格。另一个可能的优化标准是来自可再生能源的电力比例尽可能高。另一个可能的优化标准是尽可能短的充电时间，其中该标准可能与其他优化标准冲突。
基于由此确定的优化的总充电功率曲线，现在根据本发明在相关的电力市场，即例如在电力交易所购买电功率。由此根据合同规定发电商有义务与所述时间曲线对应地并且分别以适用的电价将所要求的功率馈入电网中。
最后，优选为各个成员车辆确定个体的充电曲线，并且根据本发明，对应地根据相应的曲线来操控各个成员车辆的充电过程。对成员车辆的充电过程的操控通过内置在车辆中的已知充电设备，即所谓的“车载充电器”来进行。在此，成员车辆的个体充电曲线的总和对应于优化的总充电功率曲线，从而对应于电力市场上购买的能量数量。
根据本发明的优选扩展，作为附加步骤，预测所述未来时间段中相关能量市场上电功率的预期价格发展。在确定优化的总充电功率曲线时优选考虑这种预测的价格发展。因此，例如可以优选具有低能量价格的充电时间，并且由此可以降低在电力市场上获得的能量数量的总价格。
为了预测电价发展可以使用现在已经在电力市场上使用的已知预测方法。然而，优选地也根据天气数据来预测所述未来时间段中相关能量市场上电功率的预期价格发展。
对应的天气数据例如是天气预报。可以从天气预报中导出关于所述未来时间段中风能或太阳能可用性的预测。诸如太阳能或风能的可再生能源的可用性又可以影响能量市场上的价格发展。因此，优选可以在考虑天气数据或天气预报的条件下预测能量市场上的价格发展。
即，如果一个优化标准是使用尽可能高比例的再生能源，则天气数据也可以直接用于计算优化的总充电功率曲线。因此，优选地根据天气数据和/或根据相关能量市场上的预测的价格发展来确定优化的总充电功率曲线。
附加地，天气数据还可以用于预测总能量需求或预测充电功率需求的时间分布。例如，高温和高水平的太阳辐射使得可能需要成员车辆中的高空调需求，由此增加了能量需求。
根据优选的扩展，借助于关于成员车辆的过去充电过程的信息的统计评估来预测所述成员车辆组在所述未来时间段期间的充电的总能量需求和/或充电功率需求的时间分布。
为此，可以优选地将关于过去充电过程的信息和/或其他车辆数据和/或用户数据从成员车辆经由无线通信接口发送到中央计算单元。
车辆数据包含例如关于车辆电池充电状态（SOC，State of Charge）的信息、关于过去充电过程的信息、用户简档，例如基于过去的行驶而获得的信息（行驶习惯、重复或定期的行驶、时间表、用户的个人充电行为）。数据传输优选匿名地进行，没有涉及个人的数据。然而，优选地使短期的车辆标识成为可能，因为以后应当个别地操控各个车辆。在中央计算单元中，关于包含在组中的车辆的过去充电过程的信息优选地以统计方式得到评估。关于过去充电过程的信息例如可以在车辆上充电设备（车载充电器）的使用时间内检测并传送到中央服务器单元。中央计算单元例如可以是服务器装置或在云中。安装在车辆中的充电设备调节各个充电过程，而中央计算单元形成了应用的后端。在这里收集信息、评估信息、创建预测、计算优化的总充电功率曲线、确定个体充电曲线并操控车载充电设备以执行充电过程。
替换地，该方法的各个步骤也可以在成员车辆中的车辆存储器或车辆计算单元中进行。在这里，关于过去充电过程的数据和/或其他车辆数据和/或来自过去充电过程的用户数据可以（临时）存储并经由通信接口发送到中央计算单元。所述车辆存储器或车辆计算单元例如也可以至少部分地执行数据评估和关于未来充电需求的预测。
根据本发明用于为成员车辆组的车辆电池充电的方法的另一优选实施变体，对各个成员车辆的充电过程的随时间操控可以根据需要利用相应的功率曲线来加以适配。
由于能源数量是基于对总能量需求和时间分布的预测而购买的，并且这些预测可能是错误的，因此可能需要校正充电曲线。此外，作为电力市场参与者的拥有X个储能器的成员车辆组（成员车辆的每个车辆电池都是一个储能器）必要时可以捕获电网中的电流峰值或电流低值。在这种情况下，必要时甚至可以在能量市场上实现更便宜的电价，或者可以适用标准费用。将来自车辆电池的能量反馈到电网中对于低电压范围内的最小市场来说可能特别令人感兴趣。
因此，根据本发明的方法提供的优点是可以巧妙地避免或利用电网中的电流峰值或电流低值，并且可以为组成员额外地产生经济或生态效益。可以实现电网稳定或频率均衡，特别是在低电压级别的最小市场中。
如上所述，关于总能量需求和时间分布的预测可能会具有错误或不确定性。在此，预测所针对的未来时间段在未来越远，预测中的预期误差通常就越大。尤其是“***”的、即准备充电的车辆的数量也可能发生变化。在根据本发明预测的总充电功率曲线中，错误通常位于高于基本需求的曲线波动中。
因此根据本发明的方法的优选扩展，以递减的与所述未来时间段的时间间距重复执行预测总能量需求、预测所述未来时间段内充电功率需求的时间分布、计算优化的总充电功率曲线和购买能量数量的步骤，其中在购买能量数量时，首先仅购买优化的总充电功率曲线的一部分，并且在重复执行时购买优化的总充电功率曲线与已为所述未来时间段购买的能量数量之差的一部分或全部。
因此，例如在第一次执行期间，可以仅在电力市场上购买基本需求。在此，与所述未来时间段间的间距越大，价格可能越便宜。所述未来时间段越接近，优化的总充电功率曲线的预测和计算就越准确。但是，在对充电过程进行时间设计时灵活性较低，并且必须分别支付适用的电价。由于先前基本需求已经满足，现在只需分别按适用价格购买所需电量的差。这可以优选地重复多次，其中优选地每次预测都变得更加准确。
用于为成员车辆组的车辆电池充电的中央控制单元是本发明的另一方面。
-接收装置，用于从属于该组的成员车辆接收车辆数据和/或用户数据，
-用于预测所述成员车辆组在未来时间段中的总能量需求的预测单元，
-用于预测所述成员车辆在所述未来时间段内的充电功率需求的时间分布的预测单元，
-计算单元，用于根据预测的总能量需求和预测的充电功率需求的时间分布为所述成员车辆组计算关于一个或多个优化标准优化的总充电功率曲线，
-控制单元，用于使用相应的充电曲线随时间操控该组中各个成员车辆的充电过程，使得各个成员车辆的相应充电曲线的总和对应于优化的总充电功率曲线。
所述中央控制单元优选地被设置用于根据上述实施变体中的一个或多个执行根据本发明的方法。
本发明的另一方面是一种车辆存储器或车辆计算单元，其被设置为存储关于过去充电过程的信息和/或其他车辆数据和/或来自过去充电过程的用户数据，并且经由通信接口发送到所述中央控制单元。所述车辆存储器或车辆计算单元优选地布置在车辆中，特别是成员车辆中。
根据有利的扩展，所述车辆存储器或车辆计算单元还被构造用于评估存储的数据和/或用于预测未来的能量需求并且优选地预测未来能量需求的时间变化过程。然后可以优选地在车辆本身中创建成员车辆的未来能量需求的预测并发送到所述中央控制单元。
附图说明
下面基于图1至图4更详细地解释本发明。
图1示意性地示出了由N个成员车辆组成的组；
图2示意性地示出了根据本发明方法的用于确定车辆组的能量需求和未来时间段期间的统计功率分布的步骤；
图3示意性地示出了预测能量市场上的价格发展；以及
图4示意性地示出了根据本发明的方法的概述。
具体实施方式
在图1中，组10包含X个参与成员车辆（1、2、...、N、N+1、X），其中子集N在某个时刻与充电站12连接，即***充电插座中。子集N又可以包括几个区域受限的子组（未显示）。
图2示意性地示出了N个成员车辆如何经由无线通信13将用户数据和车辆数据发送到中央计算单元（后端）20。车辆数据包含例如关于车辆电池充电状态（SOC，State ofCharge）的信息、关于过去充电过程的信息、用户简档，例如基于过去的行驶而获得的信息（行驶习惯、重复或定期的行驶、时间表、用户的个人充电行为）。
在中央服务器单元20中，关于包含在组中的车辆的过去充电过程的信息优选地以统计方式得到评估。关于过去充电过程的信息例如可以在车辆上充电设备14（车载充电器）的使用时间内检测并传送到中央计算单元20。关于过去充电过程的信息例如可以基于安装在成员车辆中的充电设备的使用时间来获得。基于接收到的数据，在中央计算单元20中创建关于未来时间段T中N个车辆的总能量需求及其时间分布的预测21。
图3示出了创建未来时段T期间电价发展的预测22。为此，计算单元20从能量市场获得价格信息24。附加地，考虑天气数据23并且创建改进的时间段T期间的电价预测22。
图4示出了根据本发明的方法的总体概况。组N中的N个车辆1、2、3、...N***充电插座12中，并经由无线通信13将用户数据或车辆数据发送到中央计算单元20。在那里基于用户数据和车辆数据以及基于已经收集的关于过去充电过程的信息以及基于天气数据23创建N个车辆在时间段T中的总能量需求、时间段T期间充电需求的时间分布以及时间段T中电价发展的预测。由此计算优化的总充电功率曲线POPT、25，这例如关于低电价或关于再生能源比例进行了优化。对应于该优化的总充电功率曲线25，在电力交易所26处购买27能量。
为N个成员车辆1、2、3、...N中的每一个计算相应的充电功率曲线Pi，并且对应地操控成员车辆的相应充电设备14以执行充电过程。 然后，各个充电功率曲线 Pi 的总和对应于优化的总充电功率曲线 POPT。
因此，本发明使得可以基于用户数据和车辆数据、天气预报来为车辆组预测共同的能量需求和充电需求。基于该预测的需求和预测的电价发展，可以在价格或再生能源利用方面优化地购买和使用能量。因此，可以通过在电力市场上作为组出现而获得的经济优势可以传递给用户。

Claims (12)

1.一种用于为成员车辆（1、2、...N）组（10）的车辆电池充电的方法，具有以下步骤：
-预测所述成员车辆（1、2、...N）组（10）在未来时间段内对车辆电池充电的总能量需求；
-预测所述成员车辆（1、2、...N）组（10）在所述未来时间段期间的充电功率需求的时间分布（21），
-根据预测的总能量需求和预测的充电功率需求的时间分布（21），为所述成员车辆（1、2、...N）组计算关于一个或多个优化标准优化的总充电功率曲线（POPT），
-在相关能量市场（26）上购买与所述优化的总充电功率曲线（POPT）相对应的能量数量；以及
-使用相应的充电曲线随时间操控所述组中各个成员车辆（1、2、...N）的充电过程，使得各个成员车辆（1、2、...N）的相应充电曲线（Pi）的总和对应于所述优化的总充电功率曲线。
2.根据权利要求1所述的用于为成员车辆（1、2、...N）组的车辆电池充电的方法，具有进一步的步骤：
-预测所述未来时间段中相关能量市场上电功率的预期价格发展（22）。
3.根据权利要求2所述的用于为成员车辆（1、2、...N）组的车辆电池充电的方法，
其中根据天气数据（23）来预测所述未来时间段中相关能量市场上电功率的预期价格发展。
4.根据前述权利要求中任一项所述的用于为成员车辆（1、2、...N）组的车辆电池充电的方法，
其中附加地根据天气数据（23）和/或根据相关能量市场上的预测的价格发展（22）来为所述成员车辆（1、2、...N）组（10）计算所述优化的总充电功率曲线（POPT）。
5.根据前述权利要求中任一项所述的用于为成员车辆（1、2、...N）组的车辆电池充电的方法，
其中借助于关于所述成员车辆的过去充电过程的信息的统计评估来预测所述成员车辆组在所述未来时间段期间的充电的总能量需求和/或充电功率需求的时间分布（21）。
6.根据前述权利要求中任一项所述的用于为成员车辆（1、2、...N）组的车辆电池充电的方法，
其中所述成员车辆将关于充电过程的信息和/或其他车辆数据和/或用户数据经由无线通信接口发送到中央计算单元。
7.根据前述权利要求中任一项所述的用于为成员车辆（1、2、...N）组的车辆电池充电的方法，
其中为了预测总能量需求和为了预测所述成员车辆（1、2、...N）组在所述未来时间段期间的充电功率需求的时间分布，评估来自所述组的驾驶员的用户数据。
8.根据前述权利要求中任一项所述的用于为成员车辆组的车辆电池充电的方法，
其中在需要时使用相应的功率曲线来适配对各个成员车辆（1、2、...N）的充电过程的随时间操控。
9.根据前述权利要求中任一项所述的用于为成员车辆（1、2、...N）组的车辆电池充电的方法，
其中以递减的与所述未来时间段的时间间距重复执行预测总能量需求、预测所述未来时间段期间充电功率需求的时间分布、计算优化的总充电功率曲线（POPT）和购买能量数量的步骤，
以及其中在购买时，首先仅购买对应于优化的总充电功率曲线（POPT）的能量数量的一部分，并且在重复执行时购买所述优化的总充电功率曲线与已为所述未来时间段购买的能量数量之差的一部分或全部。
10.一种用于为成员车辆（1、2、...N）组的车辆电池充电的中央控制单元，具有
-接收装置，用于从属于所述组的成员车辆（1、2、...N）接收车辆数据和/或用户数据，
-用于预测所述成员车辆组在未来时间段中的总能量需求的预测单元，
-用于预测所述成员车辆（1、2、...N）在所述未来时间段期间的充电功率需求的时间分布的预测单元，
-计算单元，用于根据预测的总能量需求和预测的充电功率需求的时间分布（21）为所述成员车辆组计算关于一个或多个优化标准优化的总充电功率曲线（POPT），
-控制单元，用于使用相应的充电曲线随时间操控所述组中各个成员车辆的充电过程，使得各个成员车辆（1、2、...N）的相应充电曲线（Pi）的总和对应于所述优化的总充电功率曲线（POPT）。
11.一种车辆存储器或车辆计算单元，其被设置用于存储关于过去充电过程的信息和/或其他车辆数据和/或用户数据并经由通信接口发送到根据权利要求10所述的中央控制单元。
12.根据权利要求11所述的车辆存储器或车辆计算单元，其被设置为评估所存储的数据和/或预测未来的能量需求和/或所述未来的能量需求的时间变化过程。
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