DE102013022087A1 - Vorrichtung, Verfahren und System zum Einstellen eines Ladestroms von elektrischen Energiespeichern in elektrifizierten Fahrzeugen - Google Patents

Vorrichtung, Verfahren und System zum Einstellen eines Ladestroms von elektrischen Energiespeichern in elektrifizierten Fahrzeugen Download PDF

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einstellen eines Ladestroms zum Aufladen eines Fahrzeugs (2), das mindestens teilelektrifiziert ist, mit Hilfe einer Ladestation (1), wobei das Verfahren die Schritte aufweist: Senden von Information (IZ) durch eine externe Einheit (4), Empfangen von Information (KF) durch das Fahrzeug (2), Einstellen eines Ladestroms auf Basis der von dem Fahrzeug (2) empfangenen Information (KF). Ferner betrifft die Erfindung eine entsprechende Steuereinheit und ein entsprechendes System.

Description

  • Technisches Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung und Regelung des Lade- und Entladevorganges von elektrischen Energiespeichern, insbesondere in mindestens teilelektrifizierten Fahrzeugen. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine entsprechend Steuereinheit und ein entsprechendes System.
  • Hintergrund der Erfindung
  • In den letzten Jahren hat die Verbreitung von Elektrofahrzeugen zugenommen und es ist damit zu rechnen, dass die Verbreitung von elektrifizierten und teilelektrifizierten Fahrzeugen weiter zunehmen wird. Es ist bekannt, dass Elektrofahrzeuge an sogenannten Ladestationen bzw. Stromtankstellen geladen werden können. Ebenso ist eine Aufladung am Wohnort des Benutzers denkbar. Bei jedem Ladevorgang wird das Elektrofahrzeug an einen Ladestation angeschlossen, beispielsweise über ein Ladekabel.
  • Es wurde bereits das Potential erkannt, Elektrofahrzeuge als Module zu nutzen, die an das Stromnetz anschließbar sind und die aus dem Stromnetz elektrische Energie beziehen, speichern und wieder einspeisen können – siehe in diesem Zusammenhang die WO 2011/0981 16 A1 ; so kann der Zeitpunkt des Bezugs an Ladeenergie und deren Abgabe geregelt werden. Um diese Vorgänge zu steuern, lehrt die WO 2011/098116 A1 die Benutzung eines Adapters, der zwischen eine Ladestation und einen Verbraucher geschaltet werden kann. Dieser Adapter kann über eine Kommunikationseinheit mit einem Ladenetzwerk kommunizieren und die Energieübertragung durch einen im Adapter vorgesehen Schalter zwischen verschiedenen Zuständen anpassen.
  • Allerdings weist ein derartiger Adapter eine Reihe von Nachteilen auf. So benötigt der Adapter aus dem Stand der Technik aufwändige und komplizierte Leistungsschalter, die relativ große Ströme im Adapter direkt schalten können. Dies kann zu einer relativ aufwändigen, teuren und fehleranfälligen Ausgestaltung des Adapters führen. Ferner kann dies zu einem schnellen Verschleiß des Adapters führen.
  • Beschreibung der Erfindung
  • Im Lichte dessen ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Probleme und Unzulänglichkeiten aus dem Stand der Technik zu lösen bzw. diese zumindest abzuschwächen. In anderen Worten ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren, eine Vorrichtung und ein System zum Einstellen eines Ladestroms zum Aufladen von Elektrofahrzeugen bereitzustellen, die prinzipiell einfach, robust und wenig fehleranfällig sind und die sich leicht mit bekannten Elektrofahrzeugen benutzen lassen.
  • Diese Aufgaben werden von dem erfindungsgemäßen Verfahren, der erfindungsgemäßen Steuereinheit und dem erfindungsgemäßen System gelöst. Die Erfindung betrifft die folgenden Aspekte.
    • 1. Verfahren zum Einstellen eines Ladestroms zum Aufladen eines Fahrzeugs (2), das mindestens teilelektrifiziert ist, mit Hilfe einer Ladestation (1), wobei das Verfahren die Schritte aufweist: Senden von Information (IZ) durch eine externe Einheit (4), Empfangen von Information (KF) durch das Fahrzeug (2), Einstellen eines Ladestroms auf Basis der von dem Fahrzeug (2) empfangenen Information (KF).
  • Unter einer externen Einheit wird bevorzugt eine Einheit verstanden, die nicht einem spezifischen Ladevorgang zugeordnet ist. Dem Ladevorgang ist insbesondere ein Fahrzeug und eine Ladestation zugeordnet. Ferner kann dem Ladevorgang nach bevorzugten Ausführungsformen auch eine Steuereinheit zugeordnet sein. Die externe Einheit hingegen ist nicht diesem Vorgang zugeordnet, sondern extern davon. Beispielsweise kann es sich um eine Zentraleinheit handeln. Ebenso ist es aber auch möglich, dass die externe Einheit aus weiteren Steuereinheiten bzw. Kommunikationseinheiten für weitere Ladevorgänge aufgebaut ist bzw. mindestens eine weitere Steuereinheit für einen weiteren Ladevorgang aufweist. Beispielsweise kann die externe Einheit Information hinsichtlich eines Stromnetzzustandes übermitteln, insbesondere Information, die den Auslastungsgrad des Stromnetzes angibt.
  • Das Übermitteln von Informationen kann sowohl direkt als auch indirekt erfolgen. So kann das Übermitteln von Informationen von der externen Einheit an das Fahrzeug sowohl direkt erfolgen, als auch unter Zwischenschaltung von weiteren Einheiten, beispielsweise einer Steuereinheit.
  • Dem Fachmann wird klar sein, dass der eingestellte Ladestrom, eine konstante Spannung vorausgesetzt, die proportional zu einer entsprechenden Ladeleistung ist.
  • Bei dem Verfahren nach Aspekt 1 empfängt also das Fahrzeug Informationen und stellt den Ladestrom auf Basis dieser Informationen ein. Beispielsweise kann es sich bei den empfangenen Informationen direkt um die von der externen Einheit gesendeten Informationen handeln – ebenso ist es aber auch möglich, dass die von der externen Einheit gesendeten Informationen zunächst angepasst werden. In beiden Fällen empfängt das Fahrzeug nach dem Verfahren des Aspekts 1 Information und stellt auf Basis dieser Informationen den Ladestrom ein. Dies unterscheidet das Verfahren des Aspekts 1 von dem aus der WO 2011/098116 A1 bekannten Adapter. Hier wird der Ladestrom nicht auf Basis der vom Fahrzeug empfangenen Information eingestellt. Vielmehr ist der Schalter im Adapter vorgesehen. Das Verfahren des beschriebenen Aspekts 1 bietet unter anderem den Vorteil, dass Schalter, die im Fahrzeug ohnehin vorhanden sind, genutzt werden können, um den Ladestrom einzustellen. Daher bedarf es keinem zusätzlichen Adapter, der selbst aufwändig die Ladeströme schaltet, was das beanspruchte Verfahren einfacher, robuster und sicherer macht.
    • 2. Verfahren nach Aspekt 1 und weiter mit dem Schritt Übermitteln der von der externen Einheit (4) gesendeten Information (IZ) an das Fahrzeug (2).
    • 3. Verfahren nach Aspekt 2, wobei es sich um ein direktes Übermitteln handelt.
    • 4. Verfahren nach Aspekt 1 und weiter mit den Schritten Übermitteln der von der externen Einheit (4) gesendeten Information (IZ) an eine Steuereinheit (3), Generierung von Information (IS) auf Basis der an die Steuereinheit (3) übermittelten Information durch die Steuereinheit (3), Senden der von der Steuereinheit (3) generierten Information (IS) an das Fahrzeug (2), wobei die von der Steuereinheit (3) gesendete Information (IS) zumindest ein Teil der von dem Fahrzeug (2) in Aspekt 1 empfangenen Information (KF) ist und vorzugsweise die von dem Fahrzeug (2) in Aspekt 1 empfangene Information (KF) ist.
  • In der Ausführungsform der Erfindung gemäß Aspekt 4 übermittelt die externe Einheit Information an eine Steuereinheit (beispielsweise Information hinsichtlich der Auslastung des Stromnetzes). Auf Basis dieser Information wird dann eine weitere Information in der Steuereinheit generiert (beispielsweise eine Information, die den Soll-Zustand des Ladestroms beinhaltet) und an das Fahrzeug gesendet. Das Fahrzeug nutzt nun diese Information, um den Ladestrom einzustellen.
  • Die Ausführungsform des Aspekts 4 ermöglicht insbesondere, dass die Fahrzeuge selbst nicht zwingend selbst speziell ausgestaltet werden müssen. Vielmehr können in diesem Verfahren, welches die Zwischenschaltung der Steuereinheit beinhaltet, auch bisher bekannte Fahrzeuge von der Erfindung Gebrauch machen. Es handelt sich also um eine besonders einfach zu verwendende Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung.
    • 5. Verfahren nach Aspekt 4 und weiter mit dem Schritt Übermitteln von Information (IL) von der Ladestation (1) an die Steuereinheit (3), wobei die Generierung von Information (IS) durch die Steuereinheit (3) auf Basis sowohl dieser von der Ladestation (1) an die Steuereinheit (3) übermittelten Information (IL) als auch der von der externen Einheit (4) gesendeten Information (IZ) erfolgt.
  • In der Ausführungsform des Aspekts 5 übermittelt nicht nur die externe Einheit Information an die Steuereinheit, sondern auch die Ladestation. Beispielsweise kann die externe Einheit den aktuellen Zustand des Stromnetzes an die Steuereinheit übermitteln und die Ladestation den Maximalstrom, den die die Ladestation aktuell bereit stellen kann. Die Steuereinheit kann dann aus diesen Parametern ein Signal erzeugen, welches sie an das Fahrzeug übermittelt und auf Grund dessen das Fahrzeug den Ladestrom einstellen kann.
  • Dieses Verfahren ermöglicht eine Kommunikation nicht nur der Steuereinheit mit der externen Einheit und dem Elektrofahrzeug, sondern auch mit der Ladestation. In diesem Verfahren kann der Ladestrom daher an Hand von verschiedener äußerer Einflüsse ideal eingestellt werden.
    • 6. Verfahren nach Aspekt 4 oder 5 und weiter mit dem Schritt Übermitteln von Information (IB) von einer Bedienerschnittstelle (5) an die Steuereinheit (3), wobei die Generierung von Information (IS) durch die Steuereinheit (3) auch auf Basis der von der Bedienerschnittstelle (5) an die Steuereinheit übermittelten Information (IB) erfolgt.
  • Gemäß dem Verfahren nach Aspekt 6 ist es ferner möglich, dass auch zusätzlich eine Bedienerschnittstelle vorgesehen ist. Über eine solche Bedienerschnittstelle kann ein Bediener Information eingeben. Beispielsweise kann ein Bediener eingeben, zu welcher Zeit das Fahrzeug spätestens geladen werden soll. Die Steuereinheit berücksichtigt dann auch diese Information, um ein Signal (bzw. Information) zu generieren, die an das Fahrzeug übermittelt wird und an Hand der Ladestrom eingestellt werden kann.
    • 7. Verfahren nach einem der vorangehenden Aspekte und weiter mit dem Schritt Senden von Information (IB) von einer Bedienerschnittstelle (5).
  • Beispielsweise kann die Bedienerschnittstelle (5) mit dem Fahrzeug (2) und/oder mit der externen Einheit (4) kommunizieren. Die Bedienerschnittstelle (5) kann als Smartphone ausgestaltet sein.
    • 8. Verfahren nach einem der vorangehenden Aspekte, wobei das Fahrzeug (2) den Ladestrom einstellt.
    • 9. Verfahren nach einem der vorangehenden Aspekte, wobei die von dem Fahrzeug (2) empfangene Information (KF) einen Maximalwert für den Ladestrom aufweist und wobei der Ladestrom auf einen Wert eingestellt wird, der diesen Maximalwert nicht überschreitet.
    • 10. Verfahren nach Aspekt 9, wobei der Maximalwert für den Ladestrom auf Basis eines Stromnetzzustandes und/oder einer vorgegebenen Ladekonfiguration festgelegt wird.
    • 11. Verfahren nach einem der vorangehenden Aspekte, wobei die von der externen Einheit (4) gesendete Information (IZ) Information bezüglich eines Stromnetzzustandes aufweist.
    • 12. Verfahren nach einem der vorangehenden Aspekte mit den Merkmalen der Aspekte 6 oder 7, wobei die von der Bedienerschnittstelle (5) gesendete bzw. übermittelte Information (IB) Information bezüglich einer vorgegebenen Ladekonfiguration aufweist.
    • 13. Verfahren nach einem der vorangehenden Aspekte mit den Merkmalen des Aspekts 4, wobei die Steuereinheit (3) über ein Datennetzwerk (13) mit der externen Einheit (4) verbunden ist.
    • 14. Verfahren nach einem der vorangehenden Aspekte mit einer Steuereinheit (3), wobei die Steuereinheit (3) in der Ladestation (1), in dem Fahrzeug (2) oder zwischen der Ladestation (1) und dem Fahrzeug (2) angeordnet ist.
    • 15. Verfahren nach einem der vorangehenden Aspekte mit den Merkmalen des Aspekts 9, wobei der Maximalwert durch die externe Einheit (4) und/oder durch einen Benutzer festgelegt wird.
    • 16. Verfahren nach einem der vorangehenden Aspekte und weiter mit dem Schritt Empfangen von Information (KZ) durch die externe Einheit (4).
    • 17. Verfahren nach dem vorangehenden Aspekt und mit einer Steuereinheit (3), wobei die Steuereinheit (3) Information (KZ) an die externe Einrichtung (4) sendet, wobei diese Information (KZ) bevorzugt einen maximal lieferbaren Ladestrom zwischen der Ladestation (1) und dem Fahrzeug (2) aufweist.
    • 18. Verfahren nach einem der vorangehenden Aspekte, das weiterhin folgende Verfahrensschritte umfasst, welche bevorzugt vor dem ersten genannten Schritt des Aspektes 1 durchgeführt werden: Erfassen eines vordefinierten Ladestroms der Ladestation (1); und Übermitteln des vordefinierten Ladestroms an die externe Einheit (4).
    • 19. Verfahren nach dem vorangehenden Aspekt, wobei der vordefinierte Ladestrom einen maximal lieferbaren Ladestrom darstellt.
    • 20. Verfahren nach einem der vorangehenden Aspekte, wobei das Einstellen des Ladestroms durch Anpassen eines Kommunikationssignals (120) zwischen der Ladestation (1) und dem Fahrzeug (2) erfolgt.
    • 21. Verfahren nach einem der vorangehenden Aspekte, wobei die von dem Fahrzeug (2) empfangene Information (KF) Information aufweist, die von der Ladestation (1) gesendet wird und angepasst wird.
    • 22. Verfahren nach dem vorangehenden Aspekt, wobei die von der Ladestation (1) gesendete Information (IL) auf Basis von Information (IZ, IB) einer externen Einheit (4) und/oder einer Bedienerschnittstelle (5) angepasst wird und wobei die Anpassung vorzugsweise in einer Steuereinheit (3) stattfindet.
  • Beispielsweise kann die Ladestation einen lieferbaren Maximalstrom als Information an die Steuereinheit senden. Die externe Einheit kann einen Stromnetzzustand an die Steuereinheit senden und die Bedienerschnittstelle eine vom Benutzer gewünschte maximale Ladezeit. An Hand des Stromnetzzustandes und der maximal gewünschten Ladezeit kann nun die Steuereinheit den maximal lieferbaren Strom modifizieren und entsprechend modifiziert an das Fahrzeug senden, welches dann auf Grund des modifizierten maximal lieferbaren Stroms den Ladestrom anpasst.
    • 23. Verfahren nach einem der beiden vorangehenden Aspekte, wobei die von der Ladestation (1) gesendete Information (IL) Information zu einem maximal lieferbaren Ladestrom aufweist und wobei diese Information vorzugsweise angepasst wird.
    • 24. Verfahren nach einem der vorangehenden Aspekte und weiter mit dem Schritt Senden von Information (IF) durch das Fahrzeug (2).
    • 25. Verfahren nach einem der vorangehenden Aspekte und weiter mit dem Schritt Empfangen von Information (KL) durch die Ladestation (1).
    • 26. Verfahren nach Aspekt 25, wobei die von der Ladestation (1) empfangene Information (KL) Information aufweist, die von dem Fahrzeug (2) gesendet wird und angepasst wird.
    • 27. Verfahren nach Aspekt 26, wobei die von dem Fahrzeug (2) gesendete Information (IF) auf Basis von Information (IZ, IB) einer externen Einheit (4) und/oder einer Bedienerschnittstelle (5) angepasst wird und wobei die Anpassung vorzugsweise in einer Steuereinheit (3) stattfindet.
    • 28. Verfahren nach einem der vorangehenden Aspekte mit den Merkmalen des Aspekts 5, wobei die von der Ladestation (1) übermittelte Information (IL) Information bezüglich eines von der Ladestation (1) lieferbaren Ladestroms aufweist und wobei diese Information vorzugsweise angepasst wird.
    • 29. Verfahren nach einem der vorherigen Aspekte, wobei eine Mehrzahl von Fahrzeugen (2) vorhanden ist und wobei jedem Fahrzeug (2) eine Steuereinheit (3) zugeordnet ist und weiter mit dem Schritt Aggregierung von mehrehren Fahrzeugen (2) auf Basis einer Kommunikation der jedem Fahrzeug (2) zugeordneten Steuereinheit (3) mit der externen Einheit (4).
    • 30. Verfahren nach dem vorangehenden Aspekt, wobei die Kommunikation (13) mit der externen Einheit (4) Informationen über einen Energiespeicher des Fahrzeugs (2) aufweist.
    • 31. Verfahren nach dem vorangehenden Aspekte, das ferner die Schritte aufweist: Erstellen eines Ladeprofils für das Fahrzeug (2) anhand von Informationen über einen Energiespeicher des Fahrzeugs (2); Übermitteln des Ladeprofils an die Steuereinheit (3).
    • 32. Verfahren nach dem vorangehenden Aspekt, wobei das Ladeprofil als variabler oder konstanter Strom ausgebildet ist.
    • 33. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, das ferner den Schritt aufweist: Erstellen eines Benutzerprofils für das Fahrzeug (2) zum Speichern eines Ladeprofils.
    • 34. Verfahren nach einem der vorangehenden Aspekte, wobei die externe Einheit (4) eine Zentraleinheit aufweist und bevorzugt als Zentraleinheit ausgebildet ist.
    • 35. Verfahren nach einem der vorangehenden Aspekte, wobei die externe Einheit (4) mindestens eine Kommunikationseinheit anderer Ladevorgänge aufweist und bevorzugt eine Mehrzahl von Kommunikationseinheiten anderer Ladevorgänge aufweist.
    • 36. Verfahren nach einem der vorangehenden Aspekte mit einer Steuereinheit (3), wobei die Steuereinheit (3) in einem Zwischenstecker zwischen der Ladestation (1) und dem Fahrzeug (2) angeordnet ist.
    • 37. Verfahren nach einem der vorangehenden Aspekte mit einer Steuereinheit (3), wobei die Steuereinheit (3) über eine Datenverbindung mit der externen Einheit (4) verbunden ist, die drahtgebunden, beispielsweise über Ethernet, ISDN, eine Telefonleitung, Powerline, oder drahtlos, beispielsweise über WLAN, ZigBee, Bluetooth, UMTS, LTE, ausgebildet ist und bevorzugt als GSM-Verbindung ausgebildet ist.
    • 38. Verfahren nach einem der vorangehenden Aspekte, wobei die von dem Fahrzeug (2) empfangene Information (KF) ein pulsweiten-moduliertes Signal aufweist.
    • 39. Verfahren nach einem der vorangehenden Aspekte, wobei die von der externen Einheit (1) gesendete Information (IZ) Information über ein pulsweiten-moduliertes Signal aufweist.
    • 41. Verfahren nach einem der vorangehenden Aspekte mit einer Steuereinheit (3), wobei die von der Steuereinheit (3) an das Fahrzeug (2) gesendete Information (IS) ein pulsweiten-moduliertes Signal aufweist.
    • 42. Verfahren nach einem der vorangehenden Aspekte, wobei die von der Ladestation (1) gesendete Information (IL) ein pulsweiten-moduliertes Signal aufweist.
    • 43. Verfahren nach einem der vorangehenden Aspekte, wobei die vom Fahrzeug (2) empfangene Information (KF) ein pulsweiten-moduliertes Signal aufweist.
    • 44. Verfahren nach einem der vorangehenden Aspekte mit einer Steuereinheit (3), wobei die von der Steuereinheit (3) gesendete Information (IS) ein pulsweiten-moduliertes Signal aufweist.
    • 45. Verfahren nach einem der vorangehenden Aspekte, wobei die externe Einheit (4) eine Recheneinheit, beispielsweise ein Server, ein PC oder ein Mobiltelefon ist.
    • 46. Verfahren nach einem der vorangehenden Aspekte mit einer Steuereinheit (3), wobei die Steuereinheit (3) als Zwischenstecker oder als integraler Bestandteil eines Kabels ausgeführt ist.
    • E1. Steuereinheit (3) zum Steuern eines Ladestroms zum Aufladen eines Fahrzeugs (2), das mindestens teilelektrifiziert ist, mit Hilfe einer Ladestation (1), wobei die Steuereinheit (3) umfasst: eine Kommunikationseinheit (6) zum Empfangen von Information (IZ), die von einer externen Einheit (4) gesendet wird, eine Sendeeinheit (8) zum Senden von Information (IS) an das Fahrzeug (2).
    • E2. Steuereinheit (3) nach Aspekt E1, wobei die Steuereinheit (3) weiter aufweist eine Empfangseinheit (10) zum Empfangen von Information (IL) von der Ladestation (1).
    • E3. Steuereinheit (3) nach einem der vorangehenden Steuereinheits-Aspekte, wobei die Steuereinheit (3) weiter aufweist eine Einrichtung (31), die dazu ausgelegt ist Information (IS), die von der Sendeeinheit (8) gesendet wird, auf Basis der von der externen Einheit (4) gesendeten Information (IZ) zu generieren.
    • E4. Steuereinheit (3) nach den Aspekten E2 und E3, wobei die Einrichtung (31) dazu ausgelegt ist Information (IS), die von der Sendeeinheit (8) gesendet wird, auch auf Basis der Information (IL) von der Ladestation (2) zu generieren.
    • E5. Steuereinheit (3) nach einem der vorangehenden Steuereinheits-Aspekte und wobei die Steuereinheit (3) ferner aufweist eine Einrichtung (31) zum Auslesen und Anpassen eines Kommunikationssignals zwischen der Ladestation (1) und dem Fahrzeug (2).
    • E6. Steuereinheit (3) nach dem vorangehenden Aspekt, wobei das Anpassen des Kommunikationssignals zwischen der Ladestation (1) und dem Fahrzeug (2) durch Modifikation eines pulsweiten-modulierten Signals erfolgt.
    • E7. Steuereinheit (3) nach einem der vorangehenden Steuereinheits-Aspekte, wobei Information (IZ), die von einer externen Einheit (4) gesendet wird, einen Soll-Ladestrom aufweist.
    • E8. Steuereinheit (3) nach einem der vorangehenden Steuereinheits-Aspekte, wobei die Steuereinheit (3) eine Sendeeinheit (12) zum Senden von Information (KZ) von der Steuereinheit (3) an die externe Einheit (4) aufweist.
    • E9. Steuereinheit (3) nach dem vorhergehenden Aspekt, wobei die Sendeeinheit (12) zum Senden von Information (KZ) von der Steuereinheit (3) an die externe Einheit (4) ausgelegt ist, einen vordefinierten Ladestrom an die externe Einheit (4) zu senden.
    • E10. Steuereinheit (3) nach einem der vorangehenden Steuereinheits-Aspekte, wobei die Steuereinheit (3) eine Empfangseinheit (14) zum Empfangen von Information von dem Fahrzeug (2) aufweist.
    • E11. Steuereinheit (3) nach einem der vorangehenden Steuereinheits-Aspekte mit einer Empfangseinheit (10), wobei die Empfangseinheit (10) zum Empfangen von Information von der Ladestation (1) dazu ausgelegt ist, einen vordefinierten Ladestrom der Ladestation (1), insbesondere in Form eines pulsweiten-modulierten Signals, zu empfangen.
    • E12. Steuereinheit (3) nach einem der vorangehenden Steuereinheits-Aspekte, wobei die Steuereinheit (3) zwischen der Ladestation (1) und dem Fahrzeug (2) aufsteckbar auf ein Ladekabel angeordnet ist, als Zwischenstecker ausgebildet, oder integral mit einem Ladekabel verbunden ist.
    • E13. Steuereinheit (3) nach einem der vorangehenden Steuereinheits-Aspekte, wobei eine Bedienerschnittstelle (5) zum Einstellen von Benutzerparametern integriert ist oder wobei die Steuereinheit (3) ausgebildet ist, mit einer solchen verbunden zu sein, beispielsweise über ein Datennetzwerk.
    • E14. Steuereinheit (3) nach einem der vorangehenden Steuereinheits-Aspekte, wobei die Steuereinheit (3) eine Empfangseinheit (16) zum Empfang von Information (IB) einer Bedienerschnittstelle (5) aufweist.
    • E15. Steuereinheit (3) nach einem der vorangehenden Steuereinheits-Aspekte, wobei die Steuereinheit (3) eine Sendeeinheit (18) zum Senden von Information (KL) an die Ladestation (2) aufweist.
    • E16. Steuereinheit (3) nach einem der vorangehenden Steuereinheits-Aspekte, die mit einen mechanischen oder elektronischen Diebstahlschutz versehen ist.
    • E17. Steuereinheit (3) nach einem der vorangehenden Steuereinheits-Aspekte, die mit einer Beleuchtungseinheit ausgeführt ist.
    • E18. Steuereinheit (3) nach einem der vorangehenden Steuereinheits-Aspekte, wobei ein Soll-Ladestrom ein Ladeprofil darstellt.
    • E19. Steuereinheit (3), bevorzugt nach einem der vorangehenden Steuereinheits-Aspekte, wobei die Steuereinheit ausgelegt ist, an einem Verfahren nach einem der beschriebenen Verfahrensaspekte beteiligt zu sein.
    • S1. System zum Einstellen eines Ladestroms (11) zum Aufladen eines Fahrzeugs (2), das mindestens teilelektrifiziert ist, mit Hilfe einer Ladestation (1), wobei das System aufweist: eine Steuereinheit (3); eine externe Einheit (4), die über ein Datennetzwerk (13) mit der Steuereinheit (3) verbunden ist; wobei die Steuereinheit (3) ausgelegt ist, Information (IZ) von der externen Einheit (4) zu empfangen und Information (IS) an das Fahrzeug (2) (1) zu senden.
    • S2. System nach Aspekt S1, wobei die Steuereinheit (3) ausgelegt ist, einen vordefinierten Ladestrom der Ladestation (1) zu erfassen, und die vordefinierte Ladeleistung an die externe Einheit (4) zu übermitteln.
    • S3. System nach einem der vorangehenden System-Aspekte, wobei die externe Einheit (4) ausgelegt ist, einen Soll-Wert für den Ladestrom auf Basis eines Stromnetzzustands und einer vorgegebenen Ladekonfiguration zu bestimmen und wobei die Steuereinheit (3) ausgelegt ist, den Soll-Wert des Ladestroms von der externen Einheit (4) zu empfangen, und Information (IS), die an das Fahrzeug (2) gesendet wird, auf Basis des Soll-Ladestroms zu generieren.
    • S4. System nach einem nach einem der vorangehenden System-Aspekte, wobei die externe Einheit (4) als Zentraleinheit ausgebildet ist.
    • S5. System nach einem der vorangehenden System-Aspekte, wobei die Steuereinheit (3) zwischen dem Fahrzeug (2) und der Ladestation (1) angeordnet ist.
    • S6. System nach einem der vorangehenden System-Aspekte, wobei die Steuereinheit (3) nach einem der vorangehenden Steuereinheits-Aspekte ausgebildet ist.
    • S7. System, bevorzugt nach einem der vorangehenden System-Aspekte, wobei das System zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorangehenden Verfahrensaspekte ausgebildet ist.
  • In anderen Worten dient die Erfindung zum Einstellen der Ladeleistung eines elektrischen Energiespeichers, insbesondere eines Elektrofahrzeugs beispielsweise mit Hilfe eines Zwischensteckers bzw. Adapters (Steuereinheit), der in der Verbindung zwischen Ladestation und dem Fahrzeug angeordnet sein kann. Der Zwischenstecker ist mit einer externen Einheit, beispielsweise mit einer zentralen Recheneinheit verbunden. Weiterhin kann er zum Beispiel die maximal mögliche Ladeleistung zwischen der Ladestation und dem Fahrzeug erfassen und diesen Wert an die zentrale Recheneinheit übermitteln. In der zentralen Recheneinheit wird eine Soll-Ladeleistung ermittelt, die kleiner oder gleich der maximalen Ladeleistung ist. Vom Zwischenadapter wird die Ladeleistung auf diesen von der Zentraleinheit vorgegebenen Soll-Wert festgesetzt.
  • Das Elektrofahrzeug kann ein Fahrzeug ausschließlich mit Elektroantrieb sein oder auch ein Fahrzeug mit sowohl einem Elektroantrieb als auch einem Verbrennungsmotor (”Plug-In-Hybrid-Fahrzeug”) sein.
  • In einer Ausführungsform weist die Erfindung die folgenden Merkmale auf:
    • • Zwischenstecker bzw. Zwischenmodul, (allgemein Steuereinheit), welches sich in der Verbindung zwischen Ladestation und Ladeanschluss eines Energiespeichers, insbesondere eines mindestens teilelektrifizierten Fahrzeugs, befindet
    • • Ladestation und Ladeanschluss können jeder Art sein, vorzugsweise jeder Art bei der die Ladeleistung über ein Kommunikationssignal zwischen Ladestation und Ladeanschluss signalisiert ist, insbesondere entsprechend den geläufigen Normen für das Laden von Elektrofahrzeugen
    • • Dieses Modul ist in der Lage – den Ladevorgang hinsichtlich des Leistungs-, Energie-, bzw. Lastflusses stufenlos zu beeinflussen – über eine Datenverbindung (z. B. drahtlos über GSM) Kontakt mit einer Zentraleinheit aufzubauen, durch die der Leistungs- bzw. Energiefluss zum Laden festgelegt wird.
    • • Die Zentraleinheit fasst mehrere dieser kommunikationsfähigen Zwischenmodule zu einer (virtuellen) Einheit zusammen (”Aggregierung” oder ”Aggregation”)
    • • diese aggregierten (”virtuellen”) Einheiten können unabhängig voneinander von der Zentraleinheit angesteuert (z. B. über Kommunikation über GSM) werden, um die (aggregierten) Leistungs- bzw. Lastflüsse zu beeinflussen.
  • Durch die Erfindung können vorteilhafter Weise die folgenden Ziele realisiert werden:
    • – Stabilisierung des Stromnetzes (Verringern des Lastflusses zu Zeiten hohen Verbrauchs bzw. vergleichsweise niedriger Produktion → es ist immer eine Balance zwischen Produktion und Verbrauch einzuhalten!),
    • – Aufladen des elektrischen Stromspeichers insbesondere in Situationen hoher Verfügbarkeit (insb. bei Überschuss) von regenerativen Energien (z. B. Wind-, Solar-, Wasserkraft-), um das Automobil mit tatsächlich (nahezu) CO2-neutral erzeugter Energie zu versorgen,
    • – im Umkehrschluss: Mögliches Verringern der Ladeleistung in Situationen, bei denen wenig regenerative Energien zur Verfügung stehen, sowie
    • – Kostenersparnis des Nutzers.
  • Kurzbeschreibung der Figuren
  • Die Erfindung wird nun anhand von exemplarischen Ausführungsformen, welche in den beigefügten Figuren gezeigt sind, beschrieben. Es zeigen:
  • 1 bis 5 verschiedene Illustrationen von Ausführungsformen von Systemen und Verfahren gemäß der Erfindung,
  • 6a und 6b Ausführungsformen von erfindungsgemäßen Steuereinheiten,
  • 7a bis 9 Illustrationen von verschiedenen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Systems und des erfindungsgemäßen Verfahrens, und
  • 10 eine illustrative Ausführungsform einer Steuereinheit, welche als Zwischenstecker ausgeführt ist.
  • Detaillierte Beschreibung der in den Figuren gezeigten Ausführungsformen
  • Die 1 illustriert eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In dieser Ausführungsform ist eine Ladestation 1 mit einem Fahrzeug 2 verbunden. Das Fahrzeug ist zumindest teilelektrifiziert – d. h., es kann sich hierbei entweder um ein Fahrzeug handeln, welches ausschließlich mit elektrischer Energie angetrieben wird, oder um ein Fahrzeug, welches sowohl mit elektrischer Energie als auch auf andere Weise, beispielsweise mit einem Kraftstoff, angetrieben ist – also um ein Hybridfahrzeug. Bei einem Ladevorgang ist das zumindest teilelektrifizierte Fahrzeug 2 (im Folgenden auch Elektrofahrzeug oder einfach Fahrzeug genannt) beispielsweise über ein Ladekabel mit der Ladestation 1 verbunden. Weiterhin zeigt die 1 eine externe Einheit 4. Die externe Einheit 4 kann beispielsweise als externe oder zentrale Recheneinheit ausgestaltet sein. Die externe Einheit 4 sendet Information IZ. Weiterhin ist in 1 dargestellt, dass das Fahrzeug Information KF empfängt. Aufgrund dieser vom Fahrzeug 2 empfangenen Information KF wird nun ein Ladestrom zwischen der Ladestation 1 und dem Fahrzeug 2 eingestellt. Beispielsweise kann die externe Einheit 4 direkt ein entsprechendes Einstellsignal an das Fahrzeug 2 senden, welches dann vom Fahrzeug 2 benutzt wird, um den Ladestrom entsprechend einzustellen. Ebenso ist es aber auch möglich, dass die externe Einheit 4 Information IZ beispielsweise bezüglich eines Stromnetzzustandes sendet, und das Fahrzeug 2 diese Information dann nutzt, weiterverarbeitet und aufgrund dessen den Ladestrom entsprechend einstellt.
  • Ebenso ist es gemäß dem in der 2 gezeigten Ausführungsbeispiel auch möglich, dass die externe Einheit die Information IZ an eine Steuereinheit 3 sendet. Die Steuereinheit 3 kann beispielsweise zwischen der Ladestation 1 und dem Fahrzeug 2 angeordnet sein – beispielsweise kann die Steuereinheit 3 als Zwischenstecker im oder am Ladekabel vorgesehen sein. Die Steuereinheit 3 kann also Information IZ, welche von der externen Einheit 4 gesendet wurde, empfangen. Ebenso kann die Steuereinheit 3 im in der 2 geführten Ausführungsbeispiel Information IS an das Fahrzeug 2 senden. Auf Basis dieser Information IS kann nun wiederum ein Ladestrom eingestellt werden, beispielsweise im Fahrzeug 2.
  • Ebenso ist es gemäß der Ausführungsform in der 3 auch möglich, dass die Steuereinheit 3 alternativ oder zusätzlich Information IL von der Ladestation 1 empfängt. In einem solchen Ausführungsbeispiel kann die von der Steuereinheit 3 gesendete Information IS sowohl auf Basis der von der Ladestation 1 gesendeten Information IL als auch auf Basis der von der externen Einheit 4 gesendeten Information IZ erzeugt werden. Die von der Steuereinheit 3 generierte Information IS wird dann an das Fahrzeug 2 übersendet und das Fahrzeug 2 kann aufgrund dessen den Ladestrom einstellen.
  • Ebenso ist es gemäß dem in der 4 gezeigten Ausführungsbeispiel auch möglich, eine Bedienerschnittstelle 5 im System vorzusehen. Diese Bedienerschnittstelle 5 kann vorteilhaft derart ausgestaltet sein, dass sie Information IB an die Steuereinheit 3 senden kann. Über die Bedienerschnittstelle 5 kann ein Bediener bzw. allgemein ein Benutzer des Systems Randbedingungen eingeben, die die Steuereinheit 3 dann verwerten kann. Ein Ausführungsbeispiel, in dem alle Kommunikationswege zwischen den verschiedenen Modulen realisiert sind, ist in der 5 gezeigt. Allerdings erkennt der Fachmann, dass es ebenso möglich ist, einzelne dieser Kommunikationswege wegzulassen. In der in 5 gezeigten Ausführungsform ist die schon beschriebene Ladestation 1, das Elektrofahrzeug 2, die Steuereinheit 3, die externe Einheit 4 sowie Bedienerschnittstelle 5 vorgesehen. Steuereinheit 3 kann in der in 5 gezeigten Ausführungsform in beide Richtungen mit den jeweils anderen Komponenten kommunizieren.
  • Eine geeignete Kommunikation kann beispielsweise durch die in 6a und 6b gezeigten Ausführungen der Steuereinheit 3 realisiert werden. So umfasst die Steuereinheit der 6b beispielsweise eine Kommunikationseinheit 6 zum Empfangen von Information IZ von der externen Einheit 4, eine Sendeeinheit 8 zum Senden von Information IS an das Fahrzeug 2, eine Empfangseinheit 10 zum Empfangen von Information IL von der Ladestation 1, eine Sendeeinheit 12 zum Senden von Information KZ von der Steuereinheit 3 an die externe Einheit 4, eine Empfangseinheit 16 zum Empfangen von Information IB von der Bedienerschnittstelle 5, eine Sendeeinheit 18 zum Senden von Information KL an die Ladestation 1 sowie eine Sendeeinheit 20 zum Senden von Information KB an die Bedienerschnittstelle 5. Ebenso weist die Steuereinheit 3 eine Einrichtung 31 zur Generierung von Information auf.
  • Eine mögliche Funktionsweise der beschriebenen Ausführungsformen wird nun insbesondere anhand der 5 und 6b und anhand eines lediglich der Illustration dienenden Beispiels weiter beschrieben. Wir nehmen an, dass der Benutzer des Fahrzeugs 2 das Fahrzeug 2 zu einem bestimmten Zeitpunkt (beispielsweise um 17:00 Uhr) unter Zwischenschaltung der Steuereinheit 3 an die Ladestation 1 anschließt. Die Ladestation 1 ist allgemein dazu ausgelegt, einen Strom von 16 Ampere abzugeben. Weiter weist das illustrative System eine externe Einheit 4 auf, welche beispielsweise Informationen über den aktuellen Stromnetzzustand verarbeiten kann. Die externe Einheit 4 sendet nun Information IZ an die Steuereinheit 3. Beispielsweise kann es sich hierbei um die Information zum Stromnetzzustand handeln. Ist das Stromnetz beispielsweise sehr stark ausgelastet, so könnte dies die Steuereinheit 3 und genauer die Einrichtung 31 zur Generierung von Information dazu veranlassen, Information IS, welche an das Fahrzeug 2 gesendet wird, entsprechend abzuändern. Beispielsweise kann die Steuereinheit 3 die Information IL, welche es von der Ladestation 1 erhält, entsprechend abändern. Enthält die Information IL der Ladestation 1 beispielsweise Information hinsichtlich des maximal von der Ladestation 1 zu liefernden Ladestroms (in unserem Beispiel 16 Ampere), so könnte die Steuereinheit 3 im beschriebenen Beispiel, in welchem das Stromnetz sehr belastet ist, ein an das Fahrzeug 2 zu sendende Signal entsprechend reduzieren, und dem Fahrzeug 2 ein Informationssignal IS zukommen lassen, welches einem maximalen Ladestrom von 8 Ampere, 3,2 Ampere, oder sogar 0 Ampere entspricht. Das Fahrzeug 2 würde den zu beziehenden Ladestrom dann auf einen entsprechend geringeren Wert einstellen (also 8 Ampere, 3,2 Ampere oder 0 Ampere). Ebenso ist es beispielsweise auch denkbar, dass die externe Einheit 4 nicht lediglich Information zum aktuellen Stromnetzzustand, sondern auch zum aktuellen Strompreis an die Steuereinheit 3 sendet. Gemäß dem in 5 gezeigten Ausführungsbeispiel ist ferner die Bedienerschnittstelle 5 vorgesehen. Hierüber kann ein Bediener Randbedingungen eingeben, unter welchen der Ladevorgang ausgeführt werden soll. Beispielsweise könnte der Bediener einstellen, wann das Fahrzeug 2 (spätestens) wieder voll aufgeladen sein soll. Im beschriebenen illustrativen Ausführungsbeispiel würde es demnach einen Unterschied machen, ob der Benutzer, welcher das Elektrofahrzeug 2 um 17:00 Uhr an die Ladestation 1 angeschlossen hat, bereits um 23:00 Uhr desselben Tages ein voll aufgeladenes Fahrzeug 2 benötigt, oder erst beispielsweise um 08:00 Uhr des Folgetages. Eine entsprechende Information IB könnte dann von der Bedienerschnittstelle 5 an die Steuereinheit 3 gesendet werden und bei der Generierung der Information in Einrichtung 31 berücksichtigt werden.
  • Anders ausgedrückt, kommuniziert die Ladestation 1 in einer Ausführungsform über das verarbeitete Kommunikationssignal die maximal zur Verfügung stehende Ladestromstärke; das Fahrzeug 2 stellt dann eine Ladestromstärke kleiner-gleich (meist gleich) dieser maximalen Ladestromstärke ein. Und das Signal, welches die ”maximal zur Verfügung stehende Ladestromstärke” kodiert, wird durch die Steuereinheit 3, welche beispielsweise als Zwischenstecker ausgestaltet sein kann, dynamisch zwischen 0 und MAX (= maximal von Ladestation 1 vorgegebene Ladestromstärke) angepasst. Wenn das Pilot-Signal durch den Zwischenstecker z. B. auf die Hälfte der von der Ladestation 1 maximal zur Verfügung stellbaren Ladestromstärke eingestellt wird, wird dem Fahrzeug 2 „vorgegaukelt”, dass nur weniger Strom zur Verfügung steht, und entsprechend stellt das Fahrzeug bzw. Auto 2 eben diesen geringeren zur Verfügung stehenden Strom ein (oder weniger). Insbesondere kann das Verfahren mit den Standards "SAE J1772" und ”IEC 62196” funktionieren.
  • In anderen Worten kann die Erfindung beispielhaft wie folgt ausgeführt werden:
    die Ladestation 1 kommuniziert in einem Pilotleiter mit Hilfe eines PWM-Signals die maximal zur Verfügung stehende Ladestromstärke;
    das Auto 2 bezieht soviel es „möchte”, maximal jedoch eben diese Stromstärke (als Begrenzung);
    im Zwischenstecker bzw. in der Steuereinheit 3 wird diese Begrenzung (durch PWM-Signal) dynamisch (d. h. auch während eines Ladevorganges) auf beliebige Werte unterhalb der von der Ladestation 1 vorgegebenen Stromstärke angepasst; d. h. das Fahrzeug 2 „denkt” durch die Steuereinheit, dass es weniger Strom zur Verfügung gestellt bekommt und entsprechend auch nur weniger Strom „zieht”.
  • Die Modifizierung des Energieflusses, das heißt die Einstellung der Ladeleistung, kann in einer ersten Ausführung durch die Modifikation bzw. Anpassung von Kommunikationssignalen zwischen einer Ladestation und eines mindestens teilelektrifizierten Fahrzeugs.
  • In der Ausführung gemäß 7a erfolgt die Beeinflussung des Energieflusses durch Modifikation bzw. Anpassung von vorhandenen Kommunikationssignalen und Steuersignalen. Genauer zeigt die 7a eine erste Ausführungsform, bei der eine Ladeleistungssteuerung bzw. Steuerung des Energieflusses (11) durch Verändern des Kommunikationssignals zwischen Energieversorgung (z. B. Ladestation) (1) und Fahrzeug (2) mit Hilfe einer Einrichtung zum Lesen, Verarbeiten und Anpassen des Kommunikationssignals (31) in einer Steuereinheit (3) erreicht wird; in einer möglichen Ausführungsform ist die Steuereinheit als Zwischenstecker ausgeführt und verfügt über Steckverbindungen (60). Bei der Ausführungsform werden mithilfe des genannten Verfahrens bzw. der genannten Vorrichtung beeinflusst bzw. modifiziert. Ein solches Vorgehen kann exemplarisch anhand des von der Society of Automotive Engineers (SAE) herausgegeben Standards SAE J1772 erläutert werden. Dieser ist weit verbreitet im Bereich der Ladung von (teil-)elektrifizierten Fahrzeugen 2, also reine Elektrofahrzeuge wie auch sogenannte Plugin-Hybride Fahrzeuge. Durch Verwendung zusätzlicher Signalleitungen werden standardisiert Informationen zu Ladestatus und Stromtragfähigkeit/maximalem Ladestrom, also vordefinierte Ladeleistung, zwischen Energieversorgung (insbesondere elektrische Ladestation 1) und Energieverbraucher (insbesondere mindestens teilelektrifiziertes Fahrzeug 2) kommuniziert. Durch Beeinflussung dieses Kommunikationssignals (vorzugsweise durch einen Zwischenstecker) kann der Energiefluss zwischen Energiequelle und Energieverbraucher gesteuert werden. Dies kann beispielsweise durch adaptives Begrenzen des maximalen Ladestroms bzw. der maximalen Ladeleistung geschehen. Im zuvor genannten Standard SAE J1772 wird der maximale Ladestrom über ein Pulsweiten moduliertes (PWM) Signal kommuniziert, dessen Pulsweite den maximalen Ladestrom vorgibt. Eine Beeinflussung des Kommunikationssignals geschieht durch Beeinflussung der Pulsweite. Dazu wird zunächst das von der Energieversorgungseinrichtung (Ladestation) bereitgestellte PWM Signal (z. B. mittels eines Controllers) gemessen und interpretiert. Die so erhaltene Vorgabe für den maximalen Ladestrom sollte als obere Grenze für den maximalen Ladestrom, welche über den beschriebenen Zwischenstecker, an das mind. teilelektrifizierte Fahrzeug 2 kommuniziert wird, dienen. Der Zwischenstecker erzeugt (z. B. mittels eines Controllers) ein weiteres PWM Signal adaptiver Pulsweite und kommuniziert dieses an das mindestens teilelektrifizierte Fahrzeug 2. Somit wird der Ladestroms/Energiefluss/Lastfluss des Fahrzeuges/Energieverbrauchers/Energiespeichers durch den beschriebenen Zwischenstecker/Adapter kontrolliert und kann dadurch beeinflusst werden. Die eigentliche Beeinflussung des Energieflusses kann auch über eine Energieversorgungsvorrichtung geschehen, deren Funktion durch das genannte Kommunikationssignal gesteuert wird. Die Energieversorgungsvorrichtung kann Teil der Energieversorgung und/oder Teil des Energieverbrauchers und/oder separat ausgeführt sein.
  • In der zweiten Ausführungsform, gemäß 7b, geschieht die direkte Modifikation des Energieflusses durch die direkte Beeinflussung der Energieversorgungsvorrichtung. In anderen Worten zeigt 7b eine zweite Ausführungsform, bei der die Ladeleistungssteuerung durch direktes Verändern des Energieflusses (11) zwischen Ladestation (1) und Fahrzeug (2) durch eine leistungselektronische Schaltung (32) in einer Steuereinheit, z. B. in Form eines Zwischensteckers (3) mit Steckverbindungen (60) erzielt wird; ein Kommunikationssignal (12) und dessen Anpassung ist optional. Dieses erfordert Leistungsbauelemente zur Regelung des Energieflusses. Durch entsprechende Regelung/Steuerung wird der Energiefluss durch die Energieversorgungseinrichtung bestimmt.
  • Die beiden zuvor genannten Methoden zur Modifikation des Energieflusses können auch in Kombination eingesetzt werden.
  • Die Erfindung umfasst ein Verfahren, um mehrere zum Aufladen angeschlossene elektrische Energiespeicher, insbesondere mindestens teilelektrifizierte Fahrzeuge 3, zu aggregieren, das heißt zu einer virtuellen elektrischen Last zusammenzufassen. Diese Aggregierung kann dabei unabhängig vom Hersteller bzw. vom Typ der elektrischen Energieversorgung sein, wie auch unabhängig vom Hersteller bzw. Typ des elektrischen Energiespeichers, insbesondere unabhängig vom Hersteller bzw. vom Typ des mindestens teilelektrifizierten Fahrzeugs sein.
  • Die Aggregation kann dabei in einer Beispielausführung hierarchisch in verschiedenen Ebenen vorgenommen sein. Exemplarisch hierfür ist eine Aggregierung nach dem derzeitigen Ort (vorzugsweise in Relation zum Verteilnetz des überregionalen Stromnetzes) der Energiespeicher, nach Kapazität der Energiespeicher, nach Füllstand (prozentual oder absolut) der Energiespeicher oder nach gewünschtem Zeitpunkt des Erreichens eines bestimmten Füllstandes (vorzugsweise vollständig geladen). Zusätzlich kann nach weiteren Kriterien auch eine statische oder dynamische Aufladepriorität auf jeder Aggregationsstufe zugeordnet werden. Jede Aggregationsstufe, auch eine atomare Aggregationsstufe, bei der jeder Energiespeicher für sich eine Aggregation darstellt, kann individuell hinsichtlich Beeinflussung der Last- und Energieflüsse angesteuert werden.
  • Die Aggregierung und Energieflussbeeinflussung erfolgt dabei auf Basis der Kommunikation einer Zentraleinheit 4 (was ein Beispiel für eine externe Einheit ist) mit einer Steuereinheit 3, gemäß 8, oder auch zwischen den Steuereinheiten (”peer-to-peer” oder ”neighbor-to-neighbor”), welche gesamtheitlich auch eine externe Einheit bilden können, 9. In anderen Worten zeigt die 8 eine Zentraleinheit (4), die über ein Datennetzwerk (13) mit den Kommunikationseinheiten (50) der Steuereinheiten (3) kommuniziert und die 9 zeigt, wie die Steuereinheiten (3) durch ihre jeweilige Kommunikationseinheit (50) über ein Datennetzwerk (13) miteinander (”peer-to-peer”). Kommunizieren. Hierbei kann die Kommunikation mit einer Zentraleinheit (4) über ein Datennetzwerk (13) ermöglicht sein. Auch eine Kombination von Kommunikation zwischen Steuereinheiten 3 und Kommunikation zwischen einer Steuereinheit 3 und einer Zentraleinheit 4, bildhaft in 9 illustriert, ist möglich. Dabei werden Informationen über einen Energiespeicher des Fahrzeugs übertragen. Informationen über den Energiespeicher kann beispielsweise umfassen den derzeitigen Ort des Fahrzeugs 2, die Kapazität eines Energiespeichers des Fahrzeugs, der prozentuale oder absolute Füllstand des Energiespeichers, der gewünschter Zeitpunkt des Erreichens eines bestimmten Füllstandes (z. B. vollständig geladen) oder auch eine manuell zugeordnete (statische oder dynamische) Aufladepriorität.
  • Die externe Einheit bzw. Zentraleinheit 4 ist vorzugsweise eine zentrale Recheneinheit, beispielsweise ein Server, ein PC oder ein Mobiltelefon, das über ein Datennetzwerk mit mindestens einer Steuereinheit 3 verbunden ist.
  • Die Steuereinheit 3 ist beispielsweise als Zwischenstecker ausgeführt, der zwischen Ladestation 1 und Fahrzeug 2 angeordnet ist (eine beispielhafte Ausbildung der Steuereinheit in Form eines Zwischensteckers zum Aufstecken auf ein Ladekabel ist in der 10 illustriert). Er kann auf ein Ladekabel aufgesteckt werden oder auch integral mit dem Ladekabel verbunden sein. In einer Variante zum Aufstecken auf ein Ladekabel, ist die Steuereinheit so ausgeführt, dass sie in Form eines Zwischensteckers kompatibel zu den üblicherweise verwendeten Steckverbindungen ist, beispielsweise entsprechend den Standards SAE J1772 und IEC 62196-2 (Typ 1 und Typ 2).
  • Die Steuereinheit 3 kann geeignet sein, den elektrischen Ladestrom, die Versorgungsspannung, die Ladespannung, die Netzfrequenz oder die übertragene elektrische Energie zu messen, und ebenfalls zur Zentraleinheit 4 zu kommunizieren.
  • Die Kommunikation zwischen Zentraleinheit 4 und Steuereinheit 3 erfolgt dabei über ein Datennetzwerk, das drahtgebunden (bspw. Ethernet, ISDN, Telefonleitung, Powerline) oder drahtlos (bspw. GSM, WLAN, ZigBee, Bluetooth, UMTS, LTE) ausgeführt ist. Vorzugsweise erfolgt die Kommunikation drahtlos über das GSM-Netz. In einem Ausführungsbeispiel kann die Kommunikation der Steuereinheit 3 mit der Zentraleinheit 4 auch indirekt über ein dazwischen angeordnetes Mobilfunkgerät erfolgen. Ebenfalls kann eine Kommunikation über eine oder mehrere Steuereinheiten hinweg erfolgen (”peer-to-peer”).
  • In der Zentraleinheit 4 kann eine Optimierung des Energieflusses erfolgen, basierend auf einem Stromnetzzustand und einer vorgegebenen Ladekonfiguration. Ein mögliches Optimierungskriterium ist die Kosten für eine Speicherfüllung (einmal ”Aufladen”), basierend auf aktuellen oder prognostizierten Energie-/Strompreisen, zum Beispiel an der Strombörse, oder basierend auf aktuellen, vergangenen oder prognostizierten Einspeisevergütungen, zu minimieren. Dieses Kriterium ist möglicher Bestandteil einer Ladekonfiguration.
  • Ein weiteres mögliches Optimierungskriterium, bzw. Bestandteil des Stromnetzzustandes, sind aktuelle, vergangene oder prognostizierte Preise für Stromnetzsystemdienstleistungen, vorzugsweise Regelkapazitätsvorhaltungen.
  • Ein weiteres mögliches Optimierungskriterium, bzw. Bestandteil des Stromnetzzustandes, ist die aktuelle, vergangene oder prognostizierte Verfügbarkeit von elektrischer Energie, und dabei insbesondere der aktuelle oder prognostizierte Anteil an Energieeinspeisung durch regenerative Energiequellen, beispielsweise um den Ladestrom aus regenerativen Energiequellen zu maximieren.
  • Ein weiteres mögliches Optimierungskriterium, bzw. Bestandteil des Stromnetzzustandes, ist die aktuelle, vergangene oder prognostizierte Netzfrequenz, beispielsweise mit dem Ziel, die Netzfrequenz auf Normalniveau zu stabilisieren.
  • Ein weiteres mögliches Optimierungskriterium, bzw. Bestandteil des Stromnetzzustandes, ist der aktuelle, vergangene oder prognostizierte Nutzungsgrad der elektrischen Energieflusskapazität auf verschiedenen Hierarchieebenen des Stromnetzes, insbesondere auf Verteilnetzebene, beispielsweise auf Gebäude oder Betriebsebene. Vorzugsweise ist eine zeitliche Glättung bzw. eine zeitliche Spitzenreduktion des Energieverbrauchs auf den jeweiligen Hierarchiestufen zu erreichen. Insbesondere soll der Energieverbrauch auf Betriebsebene geglättet werden. Ein weiteres mögliches Kriterium ist die Abweichung der tatsächlichen Energieerzeugung zur vorgängig prognostizierten bzw. festgelegten Energieerzeugung, vorzugsweise die abweichende tatsächliche elektrische Energieerzeugung regenerativer Energiequellen gegenüber dem vorgängig festgelegten ”Day-Ahead”-Produktionsfahrplan.
  • Die Optimierung kann dabei unter Einhaltung vorgegebener Nebenbedingungen, festgelegt in der Ladekonfiguration, erfolgen. Eine Nebenbedingung kann dabei der Zeitraum sein, in dem geladen werden kann. Insbesondere kann ein Zeitpunkt festgelegt sein, zu dem der Ladevorgang beendet sein soll oder ein Mindestladeniveau erreicht sein soll.
  • Eine weitere Nebenbedingung kann sein, dass vom Benutzer vorgegeben wird, das Fahrzeug 2 bzw. den elektrischen Energiespeicher möglichst schnell zu laden und die vorgenannten Optimierungskriterien außer Acht zu lassen.
  • Die Kriterien und Nebenbedingungen können einzeln oder in jeder Kombination angewandt werden.
  • Ergebnis dieser Optimierung unter Berücksichtigung der Nebenbedingungen ist eine adaptive, stetig variable Soll-Ladeleistung in Form eines Ladeprofils, die kleiner oder gleich der vordefinierten Ladeleistung ist.
  • Das Ladeprofil, welches aus den zuvor genannten Bedingungen und Optimierungen abgeleitet werden kann, wird zwischen Zentraleinheit und Steuereinheiten über das Datennetzwerk synchronisiert bzw. übertragen.
  • Je nachdem, welche Flexibilität des Ladeprofils durch den Benutzer ermöglicht wird, insbesondere durch seine gegebene Nebenbedingung des gewünschten Ladeendzeitpunktes, können bestimmte Optimierungskriterien besser oder schlechter erfüllt werden. Wie gut verschiedene Optimierungskriterien erfüllt werden konnten, kann durch eine mathematische Funktion auf einer Skala quantifiziert werden (zum Beispiel durch ”Punkte-Sammeln”) und kann dann in einem Benutzerprofil gespeichert werden. Dieses Benutzerprofil kann durch ein Datennetzwerk im Internet publiziert werden und ermöglicht damit den Vergleich (”Wettbewerb”) verschiedener Nutzer des in Rede stehenden Verfahrens. In die mathematische Funktion kann der Erfüllungsgrad eines oder einer Kombination verschiedener der vorgenannten Optimierungskriterien einfließen.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Steuereinheit 3 mit einer Benutzerschnittstelle verbunden. Diese Benutzerschnittstelle ist geeignet zum Einstellen von Bedienerparametern, also um gewünschte Optimierungskriterien zu wählen, wie auch um die Nebenbedingungen der Optimierung, insbesondere den gewünschten Ladeendzeitpunkt, festzulegen. Zudem kann an der Benutzerschnittstelle ein optionales Abschalten des Optimierungsvorganges erwirkt werden, so dass ein sofortiger Ladevorgang mit maximal verfügbarer Ladeleistung ermöglicht ist, um das Fahrzeug möglichst schnell zu laden. Dabei kann die Benutzerschnittstelle integraler Bestandteil der Steuereinheit sein, oder in Ausführungsform einer Smartphone-Applikation über ein Datennetzwerk mit dieser und/oder der Zentraleinheit verbunden sein. Ebenfalls ist eine Kombination von beiden Ausführungsformen der Benutzerschnittstelle möglich.
  • In einer Ausführungsform der Steuereinheit 3 ist diese mit einem mechanischen Diebstahlschutz, also einer Verriegelung, oder einem elektronischen Diebstahlschutz ausgerüstet. Die elektronische Diebstahlsicherung kann durch eine Entfernungsmessung, beispielsweise über RFID, NFC, GPS oder drahtgebunden, ausgeführt sein. Insbesondere kann im Zusammenspiel mit einem Schlüsselanhänger oder einem Mobiltelefon und RFID bzw. NFC eine elektronische ”Freigabe” zum Abstecken der Steuereinheit 3 gegeben werden. Falls keine Freigabe gegeben ist, wird über das Datennetzwerk zur Zentraleinheit 4 von der Steuereinheit 3 ein Alarmsignal, oder lokal ein hörbares und/oder sichtbares Alarmsignal ausgesandt, wenn die Steuereinheit 3 unberechtigterweise entfernt wird. Ebenfalls kann die Freigabe durch eine Zugangsberechtigung (z. B. Zugangscode) über die integrierte Benutzerschnittstelle oder auch über die externe Benutzerschnittstelle, vorzugsweise eine Smartphone-Applikation, erfolgen.
  • In einer anderen Ausführungsform ist die Steuereinheit 3 mit einer Leuchteinheit, vorzugsweise einer LED-Lampe, ausgeführt. Mit dieser Leuchteinheit ist ermöglicht, dass auch in Dunkelheit das Ladekabel mit aufgesteckter oder integrierter Steuereinheit 3 ordnungsgemäß mit Fahrzeug 2 oder Ladestation 1 verbunden werden kann. Die Leuchteinheit kann dabei auf mindestens einem der folgenden Wege aktiviert werden: durch geringe Umgebungshelligkeit (festgestellt durch integrierten oder verbundenen Helligkeitssensor), durch physische Bewegung des Steckers oder der Steuereinheit (festgestellt durch einen Bewegungssensor), durch Aktivierung oder Deaktivierung der diebstahlschützenden Einheit oder durch einen Schalter.
  • Die Stromversorgung der Steuereinheit kann durch Entnahme von elektrischer Energie aus dem Ladestrom zum Laden des Fahrzeugs 2 oder insbesondere durch einen verbunden oder integrierten, wiederaufladbaren Akkumulator ermöglicht werden. In einer speziellen Ausführungsform verändert die Steuereinheit 3 das Kommunikationssignal zwischen Ladestation 1 und Fahrzeug 2 vorzugsweise so, dass der Ladestation 1 erscheint, es ist ein Fahrzeug 2 angeschlossen (wie im SAE J1772 als ”Proximity Signal” definiert; es werden dafür beim ”Pilot-Signal” verschiedene Widerstände nach GND (Erdung) benötigt), auch wenn kein Fahrzeug 2 tatsächlich an der Steuereinheit 3 angeschlossen ist, um den in der Steuereinheit 3 integrierten Akku zu laden, oder die Steuereinheit 3 mit Strom zu versorgen, falls kein Akku integriert ist. Insbesondere wird das Kommunikationssignal dann in genannter Weise verändert, wenn der in der Steuereinheit 3 integrierte Akku einen geringen Füllstand aufweist, so dass dieser Akku geladen werden kann.
  • Für den Fachmann ersichtlich können die einzelnen im Zusammenhang mit den unterschiedlichen bevorzugten beispielhafte Ausführungsformen beschriebenen Merkmale auch in anderen Ausführungsformen vorgesehen werden oder aber mit diesen kombiniert werden. Ferner wird darauf hingewiesen, dass die Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen an Hand der Zeichnungen lediglich zur Veranschaulichung dienen und die Erfindung nicht einschränken Die Erfindung umfasst ebenfalls die genauen oder exakten Ausdrücke, Merkmale, numerischen Werte oder Bereiche usw., wenn vorstehend oder nachfolgend diese Ausdrücke, Merkmale, numerischen Werte oder Bereiche im Zusammenhang mit Ausdrücken wie z. B. „etwa, ca., um, im Wesentlichen, im Allgemeinen, zumindest, mindestens” usw. genannt wurden (also „etwa 3” soll ebenfalls „3” oder „im Wesentlichen radial” soll auch „radial” umfassen). Der Ausdruck „bzw.” bedeutet überdies „und/oder”.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Energieversorgung (z. B. Ladestation),
    2
    Energiespeicher (z. B. mindestens teilelektrifiziertem Fahrzeug),
    3
    Steuereinheit,
    4
    externe Einheit, Zentraleinheit,
    5
    Bedienerschnittstelle,
    6
    Kommunikationseinheit zum Empfangen von Information von der externen Einheit,
    8
    Sendeeinheit zum Senden von Information an das Fahrzeug,
    10
    Empfangseinheit zum Empfangen von Information von der Ladestation,
    11
    Energiefluss,
    12
    Sendeeinheit zum Senden von Information von der Steuereinheit an die externe Einheit,
    13
    Datennetzwerk,
    14
    Empfangseinheit zum Empfangen von Information von dem Fahrzeug,
    16
    Empfangseinheit zum Empfang von Information von einer Bedienerschnittstelle,
    18
    Sendeeinheit zum Senden von Information an die Ladestation,
    20
    Sendeeinheit zum Senden von Information an die Bedienerschnittstelle,
    31
    Einrichtung zur Generierung von Information bzw. Einrichtung zum Lesen, Verarbeiten und Anpassen des Kommunikationssignals,
    32
    Leistungselektronik zur direkten Energieflussbeeinflussung
    50
    Kommunikationseinheit,
    60
    Steckverbindung,
    120
    Kommunikationssignal,
    IB
    von Bedienerschnittstelle gesendete Information,
    IF
    von Fahrzeug gesendete Information,
    IL
    von Ladestation gesendete Information,
    IS
    von Steuereinheit gesendete Information,
    IZ
    von externer Einheit gesendete Information,
    KB
    von der Bedienerschnittstelle empfangene Information,
    KF
    von Fahrzeug empfangene Information,
    KZ
    von externer Einheit empfangene Information,
    KL
    von Ladestation empfangene Information.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • WO 2011/098116 A1 [0003, 0003, 0010]
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • Standards ”SAE J1772” [0033]
    • IEC 62196 [0033]
    • Standards SAE J1772 [0036]
    • Standards SAE J1772 [0043]
    • IEC 62196-2 (Typ 1 und Typ 2) [0043]
    • SAE J1772 [0060]

Claims (11)

  1. Verfahren zum Einstellen eines Ladestroms zum Aufladen eines Fahrzeugs (2), das mindestens teilelektrifiziert ist, mit Hilfe einer Ladestation (1), wobei das Verfahren die Schritte aufweist: Senden von Information (IZ) durch eine externe Einheit (4), Empfangen von Information (KF) durch das Fahrzeug (2), Einstellen eines Ladestroms auf Basis der von dem Fahrzeug (2) empfangenen Information (KF).
  2. Verfahren nach Anspruch 1 und weiter mit den Schritten Übermitteln der von der externen Einheit (4) gesendeten Information (IZ) an eine Steuereinheit (3), Generierung von Information (IS) auf Basis der an die Steuereinheit (3) übermittelten Information durch die Steuereinheit (3), Senden der von der Steuereinheit (3) generierten Information (IS) an das Fahrzeug (2), wobei die von der Steuereinheit (3) gesendete Information (IS) zumindest ein Teil der von dem Fahrzeug (2) in Aspekt 1 empfangenen Information (KF) ist und vorzugsweise die von dem Fahrzeug (2) in Aspekt 1 empfangene Information (KF) ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 2 und weiter mit dem Schritt Übermitteln von Information (IL) von der Ladestation (1) an die Steuereinheit (3), wobei die Generierung von Information (IS) durch die Steuereinheit (3) auf Basis sowohl dieser von der Ladestation (1) an die Steuereinheit (3) übermittelten Information (IL) als auch der von der externen Einheit (4) gesendeten Information (IZ) erfolgt.
  4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3 und weiter mit dem Schritt Übermitteln von Information (IB) von einer Bedienerschnittstelle (5) an die Steuereinheit (3), wobei die Generierung von Information (IS) durch die Steuereinheit (3) auch auf Basis der von der Bedienerschnittstelle (5) an die Steuereinheit übermittelten Information (IB) erfolgt.
  5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die von dem Fahrzeug (2) empfangene Information (KF) einen Maximalwert für den Ladestrom aufweist und wobei der Ladestrom auf einen Wert eingestellt wird, der diesen Maximalwert nicht überschreitet, wobei der Maximalwert durch die externe Einheit (4) und/oder durch einen Benutzer festgelegt wird.
  6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die von dem Fahrzeug (2) empfangene Information (KF) Information aufweist, die von der Ladestation (1) gesendet wird und angepasst wird und wobei die von der Ladestation (1) gesendete Information (IL) auf Basis von Information (IZ, IB) einer externen Einheit (4) und/oder einer Bedienerschnittstelle (5) angepasst wird und wobei die Anpassung vorzugsweise in einer Steuereinheit (3) stattfindet.
  7. Steuereinheit (3) zum Steuern eines Ladestroms zum Aufladen eines Fahrzeugs (2), das mindestens teilelektrifiziert ist, mit Hilfe einer Ladestation (1), wobei die Steuereinheit (3) umfasst: eine Kommunikationseinheit (6) zum Empfangen von Information (IZ), die von einer externen Einheit (4) gesendet wird, eine Sendeeinheit (8) zum Senden von Information (IS) an das Fahrzeug (2).
  8. Steuereinheit (3) nach einem der vorangehenden Steuereinheits-Aspekte, wobei die Steuereinheit (3) weiter aufweist eine Einrichtung (31), die dazu ausgelegt ist Information (IS), die von der Sendeeinheit (8) gesendet wird, auf Basis der von der externen Einheit (4) gesendeten Information (IZ) zu generieren.
  9. Steuereinheit (3) nach Anspruch 8 und wobei die Steuereinheit (3) ferner aufweist eine Einrichtung (31) zum Auslesen und Anpassen eines Kommunikationssignals zwischen der Ladestation (1) und dem Fahrzeug (2).
  10. System zum Einstellen eines Ladestroms (11) zum Aufladen eines Fahrzeugs (2), das mindestens teilelektrifiziert ist, mit Hilfe einer Ladestation (1), wobei das System aufweist: eine Steuereinheit (3); eine externe Einheit (4), die über ein Datennetzwerk (13) mit der Steuereinheit (3) verbunden ist; wobei die Steuereinheit (3) ausgelegt ist, Information (IZ) von der externen Einheit (4) zu empfangen und Information (IS) an das Fahrzeug (2) (1) zu senden.
  11. System nach Anspruch 10, wobei die externe Einheit (4) ausgelegt ist, einen Soll-Wert für den Ladestrom auf Basis eines Stromnetzzustands und einer vorgegebenen Ladekonfiguration zu bestimmen und wobei die Steuereinheit (3) ausgelegt ist, den Soll-Wert des Ladestroms von der externen Einheit (4) zu empfangen, und Information (IS), die an das Fahrzeug (2) gesendet wird, auf Basis des Soll-Ladestroms zu generieren.
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