DE102010027726A1

DE102010027726A1 - Verfahren zur Bereitstellung von elektrischer Energie

Info

Publication number: DE102010027726A1
Application number: DE102010027726A
Authority: DE
Inventors: Andreas Winckler
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2010-04-14
Filing date: 2010-04-14
Publication date: 2012-05-10

Abstract

Bei einem Verfahren zur Bereitstellung von elektrischer Energie in einem elektrischen Energienetz, – wird ein Fahrprofil zumindest eines elektrisch aufladbaren Kraftfahrzeugs ermittelt, – wird auf Basis zumindest des Fahrprofils eine Energiebedarfsprognose für das Kraftfahrzeug erstellt und – wird in Abhängigkeit von zumindest der Energiebedarfsprognose elektrische Energie in dem Energienetz bereitgestellt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bereitstellung von elektrischer Energie in einem elektrischen Energienetz, insbesondere in einem Energienetz mit örtlich verteilten Abnahmestellen.
Der Bau von Kraftwerken mit hohem Umwandlungswirkungsgrad erfordert erhebliche Investitionen. Sie sind deshalb nur wirtschaftlich, wenn sie mit einer möglichst hohen Auslastung betrieben werden. Allerdings ist die Nachfrage nach Strom tages- und jahreszeitlichen Schwankungen unterworfen. Da im Stromnetz aber zu jeder Zeit Angebot und Nachfrage exakt übereinstimmen müssen, ist die Installierte Leistung eines Kraftwerksparks in der Regel deutlich höher als die im Mittel tatsächlich erzeugte Leistung. Der Kraftwerkspark ist also niemals voll ausgelastet. Die Bereitstellung von Spitzenlast-Kapazitäten ist für die Energieversorger deshalb mit hohen Kosten verbunden. Aus diesem Grund sind die Energieversorger bemüht, die Stromnachfrage so gut und genau wie möglich im Voraus zu prognostizieren. Damit soll der Kraftwerkspark möglichst effizient ausgelastet werden und beispielsweise der ungeplante Hochlauf von Spitzenlastkraftwerken vermieden werden. Der wachsende Anteil von regenerativen Energieträgern, mit räumlich und zeitlich fluktuierendem Energieangebot, verschärft das Problem weiter.
Energieversorger erstellen detaillierte Prognosen über den zukünftigen Strombedarf. In solche Prognosen geht eine Vielzahl von Parametern ein, wie etwa Jahreszeit, Wetter oder auch Einzelereignisse, z. B. große Sportereignisse. Wichtig ist dabei aber nicht nur die Gesamtbilanz der erzeugten Strommenge. Auch die regionale Verteilung muss möglichst exakt prognostiziert werden, um die Übertragungskapazitäten nicht zu überlasten.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren für die Bereitstellung von elektrischer Energie in einem elektrischen Energienetz zu schaffen.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Elektromobilität wird zunehmend als wichtige Option für eine ressourcenschonende Mobilität der Zukunft betrachtet. Eine tragende Rolle spielen dabei sowohl so genannte ”Battery Electric Vehicles” (BEV) als auch so genannte ”Plug in Hybrid Vehicles” (PHEV). Sowohl BEVs als auch PHEVs zeichnen sich dadurch aus, dass ihre Batterien aus dem Stromnetz geladen werden können. Ein Teil der Energie (PHEV) oder die gesamte Energie (BEV) für die Fahrt wird somit von Kraftwerken erzeugt.
Elektrofahrzeuge, die am Stromnetz aufgeladen werden, stellen einen neuen Kundenkreis für die Energieversorger dar. Ihre Nachfrage nach Strom unterliegt jedoch völlig anderen Gesetzmäßigkeiten als die bekannter Verbraucher. Die Energieversorger können also die Stromnachfrage von Elektrofahrzeugen bisher nur sehr eingeschränkt prognostizieren.
Es wird daher ein Verfahren zur Bereitstellung von elektrischer Energie in einem elektrischen Energienetz vorgeschlagen, bei welchem ein Fahrprofil zumindest eines elektrisch aufladbaren Kraftfahrzeugs ermittelt wird, auf Basis zumindest des Fahrprofils eine Energiebedarfsprognose für das Kraftfahrzeug erstellt wird und in Abhängigkeit von zumindest der Energiebedarfsprognose elektrische Energie in dem Energienetz bereitgestellt wird.
Aus dem jüngeren Stand der Technik sind Konzepte der so genannten lemenden Navigation bekannt. Beispielsweise beschäftigt sich ein Forschungsprojekt der Anmelderin namens ILENA (Intelligent Learning Navigation System) mit der Entwicklung von Navigationssystemen, die unter anderem in der Lage sind, aus zeitlich bereits zurückliegenden, vorzugsweise regelmäßigen und/oder zu bestimmten Zeiten erfolgenden, Nutzungsweisen auf zukünftige Nutzungsweisen zu schließen. Im Kenntnis dieser zukünftigen Nutzungsweisen lassen sich auf diese Nutzungsweisen abgestimmte Konfigurationen bzw. Vorkonfigurationen des Navigationssystems und/oder anderer Kraftfahrzeugkomponenten vornehmen. Beispielsweise kann ein Navigationsziel bereits ausgewählt (oder zumindest vorausgewählt) werden, wenn ein Kraftfahrzeug zu einer bestimmten Tageszeit und/oder an einem bestimmten Ort gestartet wird. Ein anderes Nutzungsbeispiel stellt ein frühzeitiges Absenken der Kühlmitteltemperatur angesichts einer bevorstehenden Autobahnfahrt dar.
Es ist also aus dem Stand der Technik bekannt, ein Fahrprofil für ein Kraftfahrzeug zu ermitteln. Konzentriert sich die Ermittlung ausschließlich oder überwiegend auf den während des Fahrens anfallenden Energieverbrauch, kann auch von einem Verbrauchsprofil gesprochen werden.
Gegebenenfalls kann ein ermitteltes Fahr- bzw. Verbrauchsprofil auch auf einen bestimmten Nutzer des Kraftfahrzeugs bezogen sein.
Die Erfindung erweitert den Nutzwert eines solchen Fahr- bzw. Verbrauchsprofils. Es wird verwendet, um den Energiebedarf des Kraftfahrzeugs zu prognostizieren. Aufbauend darauf wird die voraussichtlich benötigte Energiemenge vorzugsweise „zur richtigen Zeit am richtigen Ort” bereitgestellt. Die Erfindung erlaubt es, eine Energieentnahmen des Kraftfahrzeugs aus dem Energienetz vorherzusehen. Eine Energieentnahme des Kraftfahrzeugs führt somit nicht zu einer unerwarteten Verbrauchsspitze.
Des Fahr- bzw. Verbrauchsprofil (im Folgenden wird der Einfachheit und Kürze halber nur von einem Fahrprofil gesprochen) kann zunächst vollständig oder teilweise kraftfahrseitig ermittelt und erst dann an das Energienetz, insbesondere an eine Steuereinrichtung des Energienetzes, übertragen werden. Das Fahrprofil kann insbesondere während eines Aufladevorgangs des Kraftfahrzeugs an das Energienetz, insbesondere an eine Steuereinrichtung des Energienetzes, übertragen werden.
Statt eines vollständigen Fahrprofils können selbstverständlich auch lediglich zur Ermittlung des Fahrprofils geeignete Fahrdaten an das Energienetz bzw. an die Steuereinrichtung des Energienetzes übertragen werden.
Zur Übertragung kann grundsätzlich nahezu jede beliebige Datenübertragungstechnologie Verwendung finden. Vorteilhaft erscheinen unter anderem drahtlose Technologien wie Mobilfunk und WLAN.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird zur Übertragung des Fahrprofils und/oder der Fahrdaten eine zum Aufladen des Kraftfahrzeugs verwendete Stromleitung genutzt. Insbesondere dann, wenn der Aufladevorgang ohnehin den Anschluss einer Stromleitung an das Kraftfahrzeug erfordert, ist es besonders effizient, auch die Übertragung des Fahrprofils bzw. der Fahrdaten über diese Stromleitung abzuwickeln.
Für eine besonders detaillierte Energiebedarfsprognose kann es vorteilhaft sein, die Energlebedarfsprognose ferner auf Basis zumindest eines weiteren, insbesondere eines den Energiebedarf des Kraftfahrzeugs betreffenden, Parameters des Kraftfahrzeugs zu erstellen.
Beispielsweise kann es vorteilhaft sein, die Energiebedarfsprognose auf Basis zumindest der Batteriekapazität des Kraftfahrzeugs und/oder des aktuellen Ladezustands der Batterie und/oder der Nennleistung eines Auflade-Anschlusses des Kraftfahrzeugs zu erstellen.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird das Fahrprofil hinsichtlich ausgedehnter zu erwartender Standzeiträume mit Lademöglichkeit analysiert. Werden solche Standzeiträume erkannt, so werden innerhalb dieser Standzeiträume bevorzugte Ladezeiträume für das Aufladen des Kraftfahrzeugs ermittelt, die vorzugsweise so gewählt werden, dass Spitzenlasten im Stromnetz vermieden werden. Die Energiebedarfsprognose wird dann vorteilhaft unter der Annahme einer überwiegenden oder vollständigen Einhaltung des bevorzugten Ladezeitraums erstellt. Unter einem „ausgedehnten” Standzeitraum kann dabei insbesondere ein Standzeitraum verstanden werden, der eine bestimmte Schwelle zeitlicher Dauer (z. B. Zeitraum von mehr als drei Stunden) überschreitet und/oder es kann darunter ein Standzeitraum verstanden werden, der länger andauert als eine vollständige Aufladung der als vollständig entleert angenommenen Batterie erfordert, und/oder es kann darunter ein Standzeitraum verstanden werden, der länger andauert als eine vollständige Aufladung der Batterie aus dem aktuellen Ladezustand erfordert.
Vorzugsweise veranlasst das Energienetz, insbesondere eine Steuereinrichtung des Energienetzes, dass das Aufladen des Kraftfahrzeugs dann tatsächlich überwiegend oder vollständig innerhalb des bevorzugten Ladezeitraums erfolgt. Dazu können entsprechende Instruktionsdaten an das aufzuladende Kraftfahrzeug gesendet werden. Vorzugsweise wird dazu dieselbe Datenverbindung genutzt wie für einen Informationsfluss vom Kraftfahrzeug zum Energienetz. Statt des Sendens von Instruktionsdaten kann jedoch alternativ auch lediglich innerhalb des bevorzugten Ladezeitraums Energie zur Entnahme an der jeweiligen Aufladestelle bereitgestellt werden. Gemäß einer abgeschwächten Variante der letztgenannten Alternative kann an der jeweiligen Aufladestelle gegebenenfalls auch außerhalb des bevorzugten Ladezeitraums lediglich elektrische Energie in geringer Menge und/oder mit geringer Ladeleistung zur Entnahme bereitgestellt werden.
Die Erfindung erlaubt somit auch und insbesondere die Vermeidung von Spitzenlasten (und/oder deren irrtümlicher Vorhersage) im Energienetz. Würden Elektrofahrzeuge stets (was auf den ersten Blick am sinnvollsten erscheinen mag) sofort nach ihrem Abstellen wieder aufgeladen, so würde sich daraus ein äußerst problematischer zeitlicher Verlauf der Nachfrage von Elektrofahrzeugen ergeben. Ein großer Teil dieser Fahrzeuge wird nämlich überwiegend für die Fahrt von und zur Arbeitsstelle des jeweiligen Nutzers genutzt. Dementsprechend werden viele Fahrzeuge gegen Abend wieder an die Steckdose angeschlossen, um über Nacht geladen zu werden. Der Zeitraum zwischen 18 und 20 Uhr ist jedoch bereits heute die Zeit mit der höchsten Stromnachfrage des Tages. Dieser Nachfragespitze würde also – bei sofortigem Aufladen nach dem Abstellen – eine zusätzliche, kurzzeitige Stromnachfrage hinzugefügt. Diese Nachfragespitze würde sowohl den Ausbau der Spitzenlastkapazitäten als auch der Übertragungsnetze erfordern.
Im Folgenden werden weitere die Erfindung betreffende Überlegungen beschrieben. Daraus ergeben sich weitere Details, bevorzugte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung.
Das vorgeschlagene Verfahren setzt auf bzw. lehnt sich an an das so genannte Konzept der der lemenden Navigation. Das Konzept der lernenden Navigation sieht vor, die Fahrten des Fahrers systematisch in einem Fahrprofil aufzuzeichnen. Diese Daten werden im Ziele-/Routenschätzer für die Prognose des nächsten Ziels bzw. der Route dahin verwendet. Das Fahrprofil eines Fahrzeugs bzw. Fahrers enthält somit Informationen welche die Prognose von zukünftigen Fahrten erlauben. Es ermöglicht also die Voraussage an welchem Ort das Fahrzeug zu welchem Zeitpunkt sein wird. Da auch die Fahrstrecken und die typischen Geschwindigkeits- und Verbrauchsprofile in der lernenden Navigation aufgezeichnet werden, kann auch der Energieverbrauch auf diesen Fahrten prognostiziert werden.
Mit den Daten der lernenden Navigation ist es also möglich Ort, Zeit und nachgefragte Strommenge eines Elektrofahrzeugs zeitlich weit im Voraus zu prognostizieren. Werden die Daten aller Fahrzeuge einer Fahrzeugflotte zusätzlich an ein zentrales Rechenzentrum übermittelt, ist es möglich, die Stromnachfrage der gesamten Fahrzeugflotte räumlich und zeitlich zu prognostizieren. Die Energieversorger können damit die zu erwartende Stromnachfrage in den nächtlichen Ladephasen besser prognostizieren sowie Zeitraum und Strommenge den jeweiligen Kundenbedürfnissen anpassen.
Damit ermöglichen es die Daten der lernenden Navigation den Energieversorgern, die Einsatzplanung ihrer Kraftwerke und Übertragungsleitungen zu optimieren und somit erhebliche Kostenpotenziale zu erschließen. Die Daten einer Flotte von Fahrzeugen mit lernender Navigation sind für Energieversorger also sehr wertvoll.
Wesentliche Aspekte der Erfindung sind also die Aufzeichnung von Fahr- und Verbrauchsprofilen, deren Sammlung in einem zentralen Datenverarbeitungssystem und die daraus abgeleitete Prognose der zukünftigen Stromnachfrage von Elektrofahrzeugen.
Eine erste Voraussetzung für die Umsetzung der Erfindung besteht darin, die Basiskomponenten der lemenden Navigation (z. B. Routenaufzeichnung) in Elektrofrahrzeugen zu etablieren. Damit werden die täglichen Strecken des Fahrers bzw. des Fahrzeugs im Fahrzeug aufgezeichnet. Zusätzlich müssen die Fahrzeuge in der Lage sein, mit einem zentralen Rechenzentrum zu kommunizieren und die aufgezeichneten Daten zu übertragen. Dazu kann Mobilfunk, WLAN oder ”Powerline Communication” genutzt wenden. Da Elektrofahrzeuge sowieso regelmäßig zum Laden der Batterie mit dem Stromnetz verbunden werden müssen, ist Powerline eine besonders effiziente Form der Datenübertragung für den vorliegenden Anwendungsfall.
Die im Fahrzeug gespeicherten Daten können gegebenenfalls zur Reduzierung der Datenmenge bereits an Bord aggregiert und/oder verdichtet werden. Dabei entstünde ein Fahr- und/oder Verbrauchsprofil des Jeweiligen spezifischen Fahrzeugs. Dieses Profil würde dann z. B. während der Ladephasen an das Rechenzentrum übertragen. Ebenfalls ist es vorteilhaft, bei der Kommunikation spezifische Parameter des Fahrzeugs wie Batteriegröße, aktuellen Ladezustand und die Nenn-Leistung des Stromanschlusses zu übertragen. Im Rechenzentrum werden die Profile und technischen Parameter aller Fahrzeuge mit einem entsprechenden mathematischen Modell zu einer Prognose der Stromnachfrage aggregiert.
Ergebnis des Prozesses kann somit eine Prognose der räumlichen und zeitlichen Verteilung der Stromnachfrage im gesamten Stromnetz sein.
Für Elektrofahrzeuge ergibt sich aus den hier beschriebenen technischen Möglichkeiten insbesondere ein wirtschaftlicher Nutzen bei den Energieversorgern. Diese können den Einsatz ihrer Kraftwerke und Übertragungsstrecken nämlich verbessert planen und damit Kosten sparen. Dieser Nutzen kann durch ein entsprechendes Geschäftsmodell gegebenenfalls auch zu einem wirtschaftlichen Nutzen für den Anbieter erfindungskompatibler Elektrofahrzeuge und/oder dessen Kunden führen. Denkbar wären dabei wirtschaftliche Modelle wie etwa (innerhalb der Grenzen des Datenschutzes) ein Verkauf gesammelter Daten vom Fahrzeuganbieter an den Energieversorger, eine Subventionierung der Fahrzeugkosten durch den Energieversorger bei Abschluss eines Liefervertrags für Strom (ähnlich dem subventionierten Verkauf von Mobiltelefonen bei Abschluss eines Mobilfunkvertrags) oder vergünstigte Strompreise für Nutzer erfindungskompatibler Elektrofahrzeuge in Verbindung mit Abschluss eines Liefervertrags mit einem bestimmten Energieversorger.

Claims

Verfahren zur Bereitstellung von elektrischer Energie in einem elektrischen Energienetz, bei welchem – ein Fahrprofil zumindest eines elektrisch aufladbaren Kraftfahrzeugs ermittelt wird, – auf Basis zumindest des Fahrprofils eine Energiebedarfsprognose für das Kraftfahrzeug erstellt wird und – in Abhängigkeit von zumindest der Energiebedarfsprognose elektrische Energie in dem Energienetz bereitgestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrprofil und/oder zur Ermittlung des Fahrprofils geeignete Fahrdaten während eines Aufladevorgangs des Kraftfahrzeugs an das Energienetz, insbesondere an eine Steuereinrichtung des Energienetzes, übertragen werden.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Übertragung des Fahrprofils und/oder der Fahrdaten eine zum Aufladen des Kraftfahrzeugs verwendete Stromleitung genutzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiebedarfsprognose ferner auf Basis zumindest eines weiteren, insbesondere eines den Energiebedarf des Kraftfahrzeugs betreffenden, Parameters des Kraftfahrzeugs erstellt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiebedarfsprognose ferner auf Basis zumindest der Batteriekapazität des Kraftfahrzeugs erstellt wird.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiebedarfsprognose ferner auf Basis zumindest des aktuellen Ladezustands des Kraftfahrzeugs erstellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiebedarfsprognose ferner auf Basis zumindest der Nennleistung eines Auflade-Anschlusses des Kraftfahrzeugs erstellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrprofil hinsichtlich zumindest eines längeren zu erwartenden Standzeitraums mit Lademöglichkeit analysiert wird, dass ein bevorzugter, insbesondere Spitzenlasten vermeidender, Ladezeitraum innerhalb des Standzeitraums ermittelt wird und dass die Energiebedarfsprognose unter der Annahme einer überwiegenden oder vollständigen Einhaltung des bevorzugten Ladezeitraums erstellt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Energienetz, insbesondere durch eine Steuereinrichtung des Energienetzes, veranlasst wird, dass das Aufladen des Kraftfahrzeugs überwiegend oder vollständig innerhalb des bevorzugten Ladezeitraums erfolgt.