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Es wird ein Verfahren zum Betreiben eines Systems zur Versorgung eines Fahrzeugs mit elektrischer Energie angegeben. Ferner wird ein System zur Versorgung eines Fahrzeugs mit elektrischer Energie angegeben.
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Die Aufgabe, die der Erfindung zu Grunde liegt, ist es, ein Verfahren zum Betreiben eines Systems zur Versorgung eines Fahrzeugs mit elektrischer Energie sowie ein korrespondierendes System zu schaffen, das eine besonders effiziente Versorgung mit elektrischer Energie ermöglicht.
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Die Aufgabe wird gelöst durch die unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
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Gemäß einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines Systems zur Versorgung eines Fahrzeugs mit elektrischer Energie. Das System umfasst eine Ladesäule, eine Energieverwaltungseinheit, und eine Translationseinheit. Die Translationseinheit weist eine erste Kommunikationsschnittstelle zur Kommunikation mit der Energieverwaltungseinheit, und eine zweite Kommunikationsschnittstelle, die zur Kommunikation mit dem Fahrzeug koppelbar ist, auf.
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Im Falle, dass das Fahrzeug mit der zweiten Kommunikationsschnittstelle gekoppelt wird, wird dem System ein Mindestleistungskennwert bereitgestellt, der repräsentativ ist für eine minimale elektrische Leistung, die dem Fahrzeug zuzuführen ist.
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Der Translationseinheit wird über die erste Kommunikationsschnittstelle eine erste Bewertungsmatrix bereitgestellt, die für jeden von zukünftigen ersten Zeitspannen und für jeden von ersten Leistungsstufen durch das System zuzuführender elektrischer Leistung einen ersten Bewertungskennwert umfasst. Der Bewertungskennwert ist repräsentativ für einen Aufwand, welcher mit einem Zuführen der jeweiligen elektrischen Leistung für die jeweilige erste Zeitspanne einhergeht.
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Durch die Translationseinheit wird abhängig von dem Mindestleistungskennwert und der ersten Bewertungsmatrix eine zweite Bewertungsmatrix ermittelt, die repräsentativ ist für eine Abschätzung des Aufwands. Die zweite Bewertungsmatrix wird über die zweite Kommunikationsschnittstelle dem Fahrzeug bereitgestellt.
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In vorteilhafter Weise ermöglicht ein derartiges Verfahren eine effiziente Versorgung des Fahrzeugs mit elektrischer Energie.
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Die zweite Bewertungsmatrix umfasst insbesondere für jeweils eine von zukünftigen zweiten Zeitspannen und für jeweils eine von zweiten Leistungsstufen von durch das System zuzuführender elektrischer Leistung einen zweiten Bewertungskennwert. Der zweite Bewertungskennwert ist insbesondere repräsentativ für eine Abschätzung eines Aufwands, welcher mit einem Zuführen der jeweiligen elektrischen Leistung für die jeweilige zweite Zeitspanne einhergeht.
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Das System ist dabei insbesondere zum Beladen eines Energiespeichers eines Fahrzeugs ausgebildet. Hierbei kann durch das Fahrzeug beispielsweise abhängig von der zweiten Bewertungsmatrix ein Versorgungsplan ermittelt werden, der repräsentativ ist für die bezüglich der zweiten Zeitspannen durch das System zuzuführende elektrische Leistung. In anderen Worten kann das Fahrzeug abhängig von den einzelnen zweiten Bewertungskennwerten in den verschiedenen zweiten Zeitspannen jeweilige zweite Leistungsstufen wählen, zu denen elektrische Leistung zugeführt wird. In vorteilhafter Weise können so voraussichtliche Leistungseinbrüche, bei Solaranlagen, beispielsweise bedingt durch eine verringerte Sonneneinstrahlung, bei der Versorgung des Fahrzeugs mit elektrischer Energie berücksichtigt werden.
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Die erste Bewertungsmatrix ist dabei repräsentativ für einen voraussichtlichen Aufwand, der mit dem Zuführen der elektrischen Leistung der jeweiligen ersten Leistungsstufe in der jeweiligen zukünftigen ersten Zeitspanne einhergeht. Beispielsweise kann dies ein zu erwartender CO2-Ausstoß sein, der im Zusammenhang mit einem Bereitstellen der elektrischen Leistung erzeugt wird, oder Kosten, die ein Netzbetreiber hierfür verlangt. Alternativ oder zusätzlich kann der Aufwand auch repräsentativ sein für einen Anteil der einzuspeisenden elektrischen Energie an erneuerbarer Energie.
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Die erste Bewertungsmatrix kann beispielhaft eine vorgegebene erste Maximalleistungsstufenanzahl erster Leistungsstufen und/oder eine vorgegebene erste Maximalzeitspannenanzahl erster Zeitspannen umfassen, wobei die erste Bewertungsmatrix insbesondere über die erste Kommunikationsschnittstelle übermittelbar ist.
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Ferner kann die zweite Bewertungsmatrix beispielhaft eine vorgegebene zweite Maximalleistungsstufenanzahl zweiter Leistungsstufen und/oder eine vorgegebene zweite Maximalzeitspannenanzahl zweiter Zeitspannen umfassen, wobei die zweite Bewertungsmatrix insbesondere über die zweite Kommunikationsschnittstelle übermittelbar ist.
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Die vorgegebene erste Maximalleistungsstufenanzahl kann hierbei von der vorgegebenen zweiten Maximalleistungsstufenanzahl abweichen und/oder die vorgegebene erste Maximalzeitspannenanzahl kann von der vorgegebenen zweiten Maximalzeitspannenanzahl abweichen, derart, dass eine Übermittlung der ersten Bewertungsmatrix über die zweite Kommunikationsschnittstelle zu Fehlern führt oder unmöglich ist.
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Beispielsweise beträgt die vorgegebene erste Maximalleistungsstufenanzahl der ersten Bewertungsmatrix vier oder mehr, die vorgegebene zweite Maximalleistungsstufenanzahl der zweiten Bewertungsmatrix jedoch lediglich drei. Abweichend hiervon kann die jeweilige Maximalleistungstufenanzahl auch größere oder kleinere Werte annehmen. Beispielhaft ist die jeweilige Maximalleistungsstufenanzahl und/oder die jeweilige Maximalzeitspannenanzahl in einem durch die jeweilige Kommunikationsschnittstelle eingesetzten Protokoll vorgegeben. In Folge dessen kann es erforderlich sein, dass durch die Translationseinheit eine Übersetzung der einzelnen Bewertungskennwerte durchgeführt wird. Insbesondere kann hierbei eine Umrechnung eines absolut angegebenen Aufwands in einen relativen Aufwand, beispielsweise in Bezug auf einen maximalen Aufwand, erfolgen.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem ersten Aspekt umfasst ein Ermitteln der zweiten Bewertungsmatrix ein Ermitteln einer Temporärmatrix.
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Abhängig von dem Mindestleistungskennwert wird eine niedrigste Leistungsstufe der Temporärmatrix ermittelt. Je erster Zeitspanne der ersten Bewertungsmatrix wird abhängig von den ersten Bewertungskennwerten aller ersten Leistungsstufen unterhalb des Mindestleistungskennwerts der jeweiligen ersten Zeitspanne ein jeweiliger Eintrag der Temporärmatrix zu der niedrigsten Leistungsstufe ermittelt. Abhängig von der Temporärmatrix wird die zweite Bewertungsmatrix ermittelt.
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In vorteilhafter Weise kann durch ein Zusammenfassen der ersten Leistungsstufen unterhalb des Mindestleistungskennwerts eine Umrechnung der ersten Bewertungsmatrix hin zu der zweiten Bewertungsmatrix besonders effizient erfolgen.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem ersten Aspekt umfasst ein Ermitteln der zweiten Bewertungsmatrix ein Ermitteln einer Temporärmatrix.
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Hierbei wird je erster Zeitspanne geprüft, ob ein erster Bewertungskennwert kleiner ist als ein vorgegebener Schwellenwert oder gleich dem vorgegeben Schwellenwert ist, der einer ersten Leistungsstufe oberhalb des Mindestleistungskennwerts zugeordnet ist.
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Im Falle, dass ein erster Bewertungskennwert kleiner ist als der vorgegebene Schwellenwert oder gleich dem vorgegeben Schwellenwert ist, der einer Leistungsstufe oberhalb des Mindestleistungskennwerts zugeordnet ist, wird die höchste erste Leistungsstufe der ersten Bewertungsmatrix in der jeweiligen ersten Zeitspanne ermittelt, deren erster Bewertungskennwert kleiner ist als der vorgegebene Schwellenwert oder gleich dem vorgegeben Schwellenwert ist. Die ermittelte höchste erste Leistungsstufe wird dann als niedrigste Leistungsstufe der Temporärmatrix der jeweiligen ersten Zeitspanne ermittelt.
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Anderenfalls wird die niedrigste Leistungsstufe der Temporärmatrix der jeweiligen ersten Zeitspanne abhängig von dem Mindestleistungskennwert ermittelt.
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Je erster Zeitspanne wird abhängig von den ersten Bewertungskennwerten aller ersten Leistungsstufen unterhalb der niedrigsten Leistungsstufe der Temporärmatrix ein jeweiliger Eintrag der Temporärmatrix zu der niedrigsten Leistungsstufe ermittelt. Abhängig von der Temporärmatrix wird die zweite Bewertungsmatrix ermittelt.
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Mit Vorteil kann dadurch verhindert werden, dass Leistungs-schlitze in der zweiten Bewertungsmatrix generiert werden, welche an und für sich nicht notwendig sind. So wird beigetragen, dass Leistungs-schlitze, insbesondere bei einer typischerweise kleinen Anzahl an möglichen Leistungs-schlitzen, verschwendet und damit eine potentiell feinere Leistungs-/abstufung, welche den realen Kosten näher kommen würde, verhindert wird.
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Beispielhaft bezieht sich also ein unterster Eintrag in der Temporärmatrix für einen gewissen Zeitabschnitt nur dann auf eine unterste mögliche Leistungsstufe, wenn die entsprechenden Kosten größer als der vorgegebene Schwellenwert sind.
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Wenn jedoch für einen Leistungskennwert in der ersten Bewertungsmatrix die relativen Kosten kleiner sind als der vorgegebene Schwellenwert oder gleich dem vorgegeben Schwellenwert sind und der Leistungskennwert größer als der Mindestleistungskennwert ist, so wird als unterste Leistungsstufe nicht der Mindestleistungskennwert, also die physikalische Mindestleistung herangezogen, sondern eben jener Leistungskennwert in der ersten Bewertungsmatrix. Hierbei ist davon auszugehen, dass die relativen Kosten nicht negativ werden (könnnen). Gegebenenfalls wird eine entsprechende Umrechnung durchgeführt.
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In vorteilhafter Weise ist mit diesem Vorgehen eine potentiell feinere Leistungs-/Kostenabstufung möglich, welche den realen Kosten näher kommt. Somit ist eine Leistungseinplanung des Fahrzeugs möglich, deren Gesamtkosten niedriger ausfallen.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem ersten Aspekt beträgt der vorgegebe Schwellenwert Null.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem ersten Aspekt wird dem System ein Maximalleistungskennwert bereitgestellt, der repräsentativ ist für eine maximale elektrische Leistung, die durch das Fahrzeug aufnehmbar ist.
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Abhängig von dem Maximalleistungskennwert wird eine höchste Leistungsstufe der Temporärmatrix ermittelt. Je erster Zeitspanne der ersten Bewertungsmatrix wird abhängig von den ersten Bewertungskennwerten aller ersten Leistungsstufen oberhalb des Maximalleistungskennwerts der jeweiligen ersten Zeitspanne ein jeweiliger Eintrag der Temporärmatrix zu der höchsten Leistungsstufe ermittelt.
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In vorteilhafter Weise kann durch ein Zusammenfassen der ersten Leistungsstufen oberhalb des Maximalleistungskennwerts eine Umrechnung der ersten Bewertungsmatrix hin zu der zweiten Bewertungsmatrix besonders effizient erfolgen.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem ersten Aspekt wird der Translationseinheit eine Maximalleistungstabelle bereitgestellt, umfassend weitere Maximalleistungskennwerte für jede von zukünftigen weiteren Zeitspannen. Die weiteren Maximalleistungskennwerte sind jeweils repräsentativ für eine maximale elektrische Leistung, die dem Fahrzeug in der jeweiligen weiteren Zeitspanne bereitstellbar ist.
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Je erster Zeitspanne werden diejenigen weiteren Maximalleistungskennwerte ermittelt, die einer die jeweilige erste Zeitspanne überschneidenden weiteren Zeitspanne zugeordnet sind.
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Je erster Zeitspanne wird daraufhin abhängig von den jeweils ermittelten weiteren Maximalleistungskennwerten eine höchste Leistungsstufe der Temporärmatrix ermittelt.
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Abhängig von den ersten Bewertungskennwerten aller ersten Leistungsstufen oberhalb der höchsten Leistungsstufe der Temporärmatrix wird ein jeweiliger Eintrag der Temporärmatrix zu der höchsten Leistungsstufe ermittelt.
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In vorteilhafter Weise ist mit diesem Vorgehen eine potentiell feinere Leistungs-/Kostenabstufung möglich, welche den realen Kosten näher kommt. Somit ist eine Leistungseinplanung des Fahrzeugs möglich, deren Gesamtkosten niedriger ausfallen.
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Beispielhaft wird ein Leistungsgrenzwert in der zweiten Bewertungsmatrix entsprechend gesetzt, statt explizit ein Leistungsstufen-Versatz für den Maximalleistungskennwert zu reservieren. Somit ist ein separater Eintrag oberhalb des Maximalleistungskennwerts nicht mehr erforderlich.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem ersten Aspekt werden iterativ jeweils benachbarte Einträge der Temporärmatrix bis Erreichen eines ersten und/oder zweiten Abbruchkriteriums blockweise zusammengefasst.
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In vorteilhafter Weise kann durch ein Zusammenfassen der benachbarten Einträge der Temporärmatrix die zweite Maximalleistungsstufenanzahl und/oder die zweite Maximalzeitspannenanzahl erreicht und eine gute Abschätzung des Aufwands ermittelt werden. Als erstes Abbruchkriterium dient beispielsweise ein Unterschreiten der zweiten Maximalleistungsstufenanzahl. Als zweites Abbruchkriterium dient beispielsweise ein Unterschreiten der zweiten Maximalzeitspannenanzahl.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem ersten Aspekt wird der Translationseinheit ein Maximalleistungsstufenkennwert bereitgestellt.
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Je Iteration wird als erstes Abbruchkriterium überprüft, ob eine Anzahl an Leistungsstufen je Zeitspanne kleiner oder gleich dem Maximalleistungsstufenkennwert ist. Anderenfalls wird für jeden zusammenfassbaren Block bezüglich einer Zeitspanne benachbarter Einträge der Temporärmatrix ein jeweiliger Mittelwert gebildet.
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Je Iteration wird ein niedrigster Mittelwert ermittelt. Der zu dem jeweiligen niedrigsten Mittelwert korrespondierende Block an Einträgen der Temporärmatrix wird zusammengefasst, indem die dem Block zugeordneten Einträge der Temporärmatrix durch einen einzigen Eintrag umfassend den jeweiligen niedrigsten Mittelwert ersetzt werden.
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In vorteilhafter Weise kann hierdurch die zweite Bewertungsmatrix besonders gut an die zweite Kommunikationsschnittstelle angepasst werden, so dass das Fahrzeug aus der zweiten Bewertungsmatrix ein Ladeprofil ermitteln kann, das im Wesentlichen einem unter Kenntnis der ersten Bewertungsmatrix ermittelten Ladeprofil entspricht. Die Versorgung des Fahrzeugs mit elektrischer Energie kann folglich besonders effizient erfolgen.
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Der Maximalleistungsstufenkennwert ist insbesondere repräsentativ für die oben genannte zweite Maximalleistungsstufenanzahl.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem ersten Aspekt wird der Translationseinheit ein Maximalzeitspannenkennwert bereitgestellt.
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Je Iteration wird als zweites Abbruchkriterium überprüft, ob eine Anzahl an Zeitspannen je Leistungsstufe kleiner oder gleich dem Maximalzeitspannenkennwert ist. Anderenfalls wird für jeden zusammenfassbaren Block bezüglich einer Leistungsstufe benachbarter Einträge der Temporärmatrix ein jeweiliger Mittelwert gebildet.
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Je Iteration wird ein niedrigster Mittelwert ermittelt. Der zu dem jeweiligen niedrigsten Mittelwert korrespondierende Block an Einträgen der Temporärmatrix wird zusammengefasst, indem die dem Block zugeordneten Einträge der Temporärmatrix durch einen einzigen Eintrag umfassend den jeweiligen niedrigsten Mittelwert ersetzt werden. In vorteilhafter Weise kann hierdurch die zweite Bewertungsmatrix besonders gut an die zweite Kommunikationsschnittstelle angepasst werden, so dass das Fahrzeug aus der zweiten Bewertungsmatrix ein Ladeprofil ermitteln kann, das im Wesentlichen einem unter Kenntnis der ersten Bewertungsmatrix ermittelten Ladeprofil entspricht. Die Versorgung des Fahrzeugs mit elektrischer Energie kann folglich besonders effizient erfolgen.
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Der Maximalzeitspannenkennwert ist insbesondere repräsentativ für die oben genannte zweite Maximalzeitspannenanzahl.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem ersten Aspekt wird die erste Kommunikationsschnittstelle nach dem SEMP-Protokoll („Simple Energy Management Protocol”) betrieben. Hierbei handelt es sich um ein Protokoll der Firma SMA Solar Technology AG, welches derzeit in der Edition 1.0.6 vom 14.08.2015 vorliegt (SEMP-11:ZE3315). Zu den Spezifikationen hierzu ist auf die sogenannten „SEMP Application Note Electric Vehicle via price- and powertables” in der Edition 0.1.0 (SEMPANEV-010:FE3614), ebenfalls der Firma SMA Solar Technology AG verwiesen.
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In diesen Dokumenten ist insbesondere auch die oben genannte Energieverwaltungseinheit als sogenannter „Energy Manager” bzw. sogenanntes ”Energy Management”, kurz EM, näher spezifiziert.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem ersten Aspekt wird die zweite Kommunikationsschnittstelle nach dem Protokoll gemäß ISO15118-2:2014 betrieben. Hierbei handelt es sich insbesondere um die Version vom 01. April 2014 mit dem Titel „Road vehicles – Vehicle-to-Grid Communication Interface – Part 2: Network and application protocol requirements” der Internationalen Organisation für Normung (ISO). Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung ein System zur Versorgung eines Fahrzeugs mit elektrischer Energie. Das System umfasst eine Ladesäule mit einer ersten Energieschnittstelle, die mit dem Fahrzeug zur Versorgung mit elektrischer Energie koppelbar ist. Ferner umfasst das System eine Energieverwaltungseinheit mit einer zweiten Energieschnittstelle zur Versorgung der Ladesäule mit elektrischer Energie. Das System umfasst des Weiteren eine Translationseinheit mit einer ersten Kommunikationsschnittstelle zur Kommunikation mit der Energieverwaltungseinheit, und einer zweiten Kommunikationsschnittstelle, die zur Kommunikation mit dem Fahrzeug koppelbar ist. Das System ist ausgebildet, ein Verfahren gemäß dem ersten Aspekt durchzuführen.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem zweiten Aspekt ist die Energieverwaltungseinheit als Heimenergieverwaltungssystem ausgebildet.
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In vorteilhafter Weise kann die Versorgung des Fahrzeugs mit elektrischer Energie dezentral erfolgen, insbesondere unabhängig von einem zentralen Stromnetz. Dies trägt dazu bei, dass ein besonders großer Anteil erneuerbarer Energien zur Versorgung des Fahrzeugs eingesetzt werden kann. Das Heimenergieverwaltungssystem kann auch als HEMS (engl. „Home Energy Mangagement System”) bezeichnet werden. Hierbei handelt es sich insbesondere um die in den oben genannten SEMP Dokumenten spezifizierte Energieverwaltungseinheit, welche an ein Gateway im Heimbereich angebunden ist. Mit dem Heimenergieverwaltungssystem wird das Gerät assoziiert, das mit anderen Komponenten kommuniziert und eine intelligente Energiesteuerung und/oder -verteilung übernimmt.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung gemäß dem zweiten Aspekt ist der Energieverwaltungseinheit eine dezentrale Energieversorgungseinheit und/oder ein stationärer Energiespeicher zugeordnet.
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Die dezentrale Energieversorgungseinheit kann insbesondere als dezentrale Solaranlage (sogenannte PV-Anlage) ausgebildet sein. Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 ein System zur Versorgung eines Fahrzeugs mit elektrischer Energie,
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2 ein Ablaufdiagramm zum Betreiben des Systems gemäß 1, und
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3 eine beispielhafte erste und zweite Bewertungsmatrix.
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Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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Die sinkenden Anschaffungskosten für dezentrale Solaranlagen (PV-Anlagen) kombiniert mit den sinkenden Subventionen für die Einspeisung von Solarstrom erhöhen den Anreiz zum Eigenverbrauch von dezentral erzeugtem Solarstrom. Der Eigenverbrauch kann in einem vernetzten Haus mit PV-Anlage und stationärem Energiespeicher mit intelligenter Energieverwaltung durch ein Heimenergieverwaltungssystem (HEMS) optimiert werden. Je besser der Eigenverbrauch angepasst werden kann, desto geringer ein Netzbezug.
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Ein Fahrzeug, insbesondere Elektrofahrzeug, kann an einem solchen Haus geladen werden. Ein mit der Versorgung mit elektrischer Energie einhergehender Aufwand soll dabei möglichst gering gehalten werden. So bietet sich beispielsweise eine Einspeisung von lokal durch die PV-Anlage bereitgestellter Energie an. In vorteilhafter Weise kann damit ein mit der Bereitstellung der elektrischen Energie einhergehender CO2 Ausstoß gering gehalten werden. Der Aufwand kann in diesem Zusammenhang beispielsweise Kosten monetärer Natur und/oder einen verursachten CO2-Ausstoß und/oder einen Anteil erneuerbarer Energien bezeichnen.
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Hierzu kann das Fahrzeug beispielsweise Tarifinformationen von dem Heimenergieverwaltungssystem beziehen. Das Heimenergieverwaltungssystem kommuniziert hierbei beispielhaft über ein Anwendungsprotokoll wie SEMP. Das Fahrzeug kommuniziert beispielsweise mittels eines von dem Anwendungsprotokoll abweichenden Protokoll. Beispielsweise beherrscht das Fahrzeug nur den ISO Standard ISO15118-2:2014. In diesem Zusammenhang kann eine Translation zwischen den Protokollen notwendig sein. Für die Kommunikation zwischen Fahrzeug und dem Heimenergieverwaltungssystem ist eine Translationseinheit (sogenanntes „Gateway”) vorgesehen, die beispielsweise in einer Ladesäule, wie einer sogenannten „EV-Wallbox” verbaut ist.
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In diesem Zusammenhang stellt eine Abschätzung des mit der Versorgung mit elektrischer Energie einhergehenden Aufwands eine Herausforderung bei der Translation dar. Insbesondere soll durch die Abschätzung gewährleistet sein, dass das Fahrzeug ein mit einem möglichst geringen Aufwand verbundenes Ladeprofil ermitteln kann. Insbesondere sind Daten hierbei unter Einhaltung der jeweiligen Protokollspezifikationen zu übermitteln.
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In anderen Worten ist eine möglichst intelligente Translation bzw. Übersetzung anzugeben, mit der es dem Fahrzeug ermöglicht wird, ein möglichst aufwandarmes bzw. kostengünstiges Ladeprofil zu ermitteln. 1 zeigt ein System 100 zur Versorgung eines Fahrzeugs 1 mit elektrischer Energie. Das System 100 umfasst eine Ladesäule 3, eine Energieverwaltungseinheit 5, und eine Translationseinheit 7.
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Bei der Ladesäule 3 handelt es sich beispielsweise um eine sogenannte „Wallbox” für Elektrofahrzeuge. Die Translationseinheit 7 kann beispielsweise eine Baueinheit mit der Ladesäule 3 bilden, oder aber separat von dieser ausgebildet sein.
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Die Ladesäule 3 weist eine erste Energieschnittstelle 31 und eine zweite Energieschnittstelle 35 auf. Die erste Energieschnittstelle 31 dient hierbei der Versorgung des Fahrzeugs mit elektrischer Energie. Die Ladesäule 3 ist hierzu über die erste Energieschnittstelle 31 mit dem Fahrzeug 1 koppelbar.
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Die zweite Energieschnittstelle 35 dient der Versorgung der Ladesäule 3 mit elektrischer Energie. Die Ladesäule 3 ist hierzu über die zweite Energieschnittstelle 35 insbesondere mit der Energieverwaltungseinheit 5 gekoppelt.
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Die Translationseinheit 7 weist eine erste Kommunikationsschnittstelle 75 und eine zweite Kommunikationsschnittstelle 71 auf. Die erste Kommunikationsschnittstelle 75 dient hierbei einer Kommunikation mit der Energieverwaltungseinheit 5. Die Translationseinheit 7 ist hierzu über die erste Kommunikationsschnittstelle 75 insbesondere mit der Energieverwaltungseinheit 5 gekoppelt.
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Die zweite Kommunikationsschnittstelle 71 dient einer Kommunikation mit dem Fahrzeug 1. Die Translationseinheit 7 ist hierzu über die zweite Kommunikationsschnittstelle 71 insbesondere mit dem Fahrzeug 1 koppelbar.
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Bei der Energieverwaltungseinheit 5 handelt es sich insbesondere um ein Heimenergieverwaltungssystem (HEMS), vorzugsweise um ein HEMS der Firma SMA Solar Technology AG. Der Energieverwaltungseinheit 5 kann dabei eine Energieversorgungseinheit 8 wie eine dezentrale Solaranlage (PV-Anlage) und/oder ein stationärer Energiespeicher 9 wie eine Batterie zugeordnet sein. Das System 100, insbesondere die Energieveraltungseinheit 5, verfügt beispielsweise zusätzlich über einen Netzanschluss (nicht näher dargestellt), über den ein Energiebezug aus einem zentralen Stromnetz erfolgen kann.
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Die erste Kommunikationsschnittstelle 75 wird insbesondere nach einem ersten Protokoll betrieben, welches sich von einem zweiten Protokoll unterscheidet, nach welchem die zweite Kommunikationsschnittstelle 71 betrieben wird. In diesem Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem ersten Protokoll beispielsweise um das im allgemeinen Beschreibungsteil genannte Protokoll gemäß ISO15118-2:2014. In weiteren Ausführungsbeispielen kann es sich bei dem ersten Protokoll um ein anderes Protokoll handeln. In diesem Ausführungsbeispiel handelt es sich ferner bei dem zweiten Protokoll beispielsweise um das im allgemeinen Beschreibungsteil genannte SEMP-Protokoll. In weiteren Ausführungsbeispielen kann es sich bei dem zweiten Protokoll um ein anderes Protokoll handeln.
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Dem System 100, insbesondere der Translationseinheit 7, ist eine nicht näher dargestellte Steuervorrichtung zugeordnet. Diese umfasst einen Daten- und Programmspeicher, in dem ein Programm gespeichert ist, das im Folgenden anhand des Ablaufdiagramms der 2 näher erläutert wird.
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Beispielsweise wird das Programm gestartet, wenn das Fahrzeug 1 mit der Ladesäule 3 gekoppelt wird, insbesondere über die zweite Kommunikationsschnittstelle 71. Das Programm wird in einem Schritt S1 gestartet, in dem beispielsweise Variablen initialisiert werden.
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Insbesondere werden in dem Schritt S1 ein Mindestleistungskennwert LK_min, ein Maximalleistungskennwert LK_max, eine erste Bewertungsmatrix KM, ein Maximalleistungsstufenkennwert LKA_max und ein Maximalzeitspannenkennwert tA_max bereitgestellt.
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Beispielsweise übermittelt das Fahrzeug 1 hierbei den Mindestleistungskennwert LK_min und/oder den Maximalleistungskennwert LK_max an die Translationseinheit 7, die eine dem Fahrzeug minimal bzw. maximal zuzuführende elektrische Leistung repräsentieren.
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Der Maximalleistungsstufenkennwert LKA_max und der Maximalzeitspannenkennwert tA_max sind beispielsweise der zweiten Kommunikationsschnittstelle 71 zugeordnet und können in der Translationseinheit 7 hinterlegt und/oder durch das Fahrzeug 1 bereitgestellt werden, wobei der Maximalleistungsstufenkennwert LKA_max eine durch das zweite Protokoll vorgegebene zweite Maximalleistungsstufenanzahl repräsentiert, und der Maximalzeitspannenkennwert tA_max entsprechend eine durch das zweite Protokoll vorgegebene zweite Maximalzeitspannenanzahl repräsentiert.
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Die erste Bewertungsmatrix KM wird beispielsweise von einem Netzbetreiber über die Energieverwaltungseinheit 5 bereitgestellt, oder direkt durch die Energieverwaltungseinheit 5 ermittelt.
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Die erste Bewertungsmatrix KM umfasst beispielsweise in Zeilen und Spalten angeordnete, erste Bewertungskennwerte K, die repräsentativ sind für einen Aufwand, der mit einem Zuführen elektrischer Leistung verbunden ist und im Folgenden auch als „Kosten” bezeichnet wird. In diesem Zusammenhang kann auch der Begriff „günstig” ein aufwandarmes Bereitstellen elektrischer Energie repräsentieren. In diesem Ausführungsbeispiel sind die Zeilen der ersten Bewertungsmatrix repräsentativ für eine erste Leistungsstufe P0, P1, P2, P3 der zuzuführenden elektrischen Leistung, und die Spalten repräsentativ für eine erste Zeitspanne t0, t1, t2, t3, t4, t5, t6, t7, in der die entsprechende elektrische Leistung zugeführt wird.
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In den folgenden Programmschritten wird abhängig von der ersten Bewertungsmatrix KM eine Translation durchgeführt, die derart beschaffen ist, dass sie Leistungsblöcke, also bezogen auf die ersten Leistungsstufen P0, ..., P3 benachbarte Einträge der ersten Bewertungsmatrix KM, samt Kosten unterhalb des Mindesteistungskennwerts LK_min des Fahrzeugs 1 zusammenfasst und die Kosten auf geeignete Weise auf eine zweite Leistungsstufe P0' einer zweiten Bewertungsmatrix KM' hochrechnet. Die zweite Leistungsstufe P0' repräsentiert dabei beispielsweise die minimal zuzuführende Leistung des Fahrzeugs 1.
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Über das SEMP-Protokoll werden beispielsweise absolute Kosten für jeweilige Leistungsblöcke, also die ersten Bewertungskennwerte K übermittelt. Im Gegensatz zu dem ISO-Protokoll beziehen sich die Kosten jedoch nicht auf eine volle Leistung ab 0 W, sondern ab einer vorherigen Grenze bzw. benachbarten Leistungsstufe. Zur Translation müssen die absoluten Bewertungskennwerte K ISO-gemäß in relative Kosten in Prozent übersetzt werden, beispielsweise in Relation zu zu erwartenden Maximalkosten.
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Insbesondere werden durch die Translation Kostenunterschiede im unteren Leistungsspektrum berücksichtigt, wie anhand folgendem Ausschnitt einer beispielhaften Bewertungsmatrix KM
| KM | t0
00:00
-
01:00 | t1
01:00
-
02:00 | t2
02:00
-
03:00 |
| P0
500 W | 0
c/kWh | 0
c/kWh | 0
c/kWh |
| P1
1000 W | 20
c/kWh | 270
c/kWh | 20
c/kWh |
| P2
3000 W | 30
c/kWH | 30
c/kWH | 30
c/kWH |
, folgender zugeführter Leistung
| Rechnung | P0
[W] | absolute Kosten für P0
[c/kWh] | P1 [W] | absolute Kosten für P1
[c/kWh] | P2 [W] | absolute Kosten für P2
[c/kWh] |
| R1 | 500 | 0 | 1000 | 20 | 3000 | 30 |
| R2 | 500 | 0 | 1000 | 20 | 3000 | 30 |
, sowie folgender Berechnung (Rechnung R2) dargestellt:
| Rechnung | Gesamtladeleistung
[W] | Translation absolute Gesamtkosten [c] | Translation absolute Gesamtkosten
[c/kWh] |
| R1 | 3000 | 90 | 30 |
| R2 | 3000 | 70 | 23,33333333 |
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Hierbei ergeben sich für einen Ladevorgang, bei dem lediglich Leistung oberhalb der ersten Leistungsstufe P1 bis zu einer Gesamtladeleistung von 3000 W bezogen wird (vergleiche Rechnung R1) Gesamtkosten von 3·30 c. In diesem Fall betragen die relativen Kosten stets 100% der Maximalkosten von 30 c. Im Gegensatz dazu würden jedoch bei Bezug von Leistung bis zur ersten Leistungsstufe P0 in einer Zeitspanne, bei Bezug von Leistung bis zwischen erster Leistungsstufe P0 und zweiter Leistungsstufe P1 in einer weiteren Zeitspanne und bei Bezug von Leistung oberhalb der ersten Leistungsstufe P1 in noch einer weiteren Zeitspanne lediglich Kosten von 1·0 c + 0,5·20 c + 2·30 c anfallen, bzw. in relativen Kosten in der jeweiligen Zeitspanne 0%, 66% und 100% der Maximalkosten von 30 c.
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Dies ist insbesondere im Winter oder bei Solaranlagen mit geringerer Leistungsfähigkeit zu beobachten, bei dem das Fahrzeug 1 diese Kostenunterschiede nicht berücksichtigt, da die unteren ersten Leistungsstufen P0, P1 unterhalb dem Mindestleistungskennwert LK_min liegen.
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Nach Internationaler Elektrotechnischer Kommission (IEC) liegt ein Mindestladestrom ohne intelligente Kommunikation bei circa 6 A für einen PWM-Wert von 10%. Für einen PWM-Wert von 5% wird explizit von einer sogenannten „High-Level”-Kommunikation wie in ISO15118-2:2014 ausgegangen. In ISO ist es möglich einen Mindestladestrom anzugeben, welcher prinzipiell auch niedriger sein kann als 6 A. Hier existieren jedoch oftmals Einschränkungen in einer Leistungselektronik des Fahrzeugs, die beispielsweise einen Mindestladestrom von etwa 6 A erforderlich machen. In diesem Zusammenhang kann es nützlich sein, diesen Mindestladestrom in ISO anzugeben, der einschränkende Faktor hierbei stellen jedoch die Leistungselektronik des Fahrzeugs oder andere Faktoren dar.
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Dass das Fahrzeug 1 die oben genannten Kostenunterschiede nicht berücksichtigt, ist auch damit begründet, dass die Mindestladeleistung des Fahrzeugs 1 nach IEC61851-1 (hierbei handelt es sich insbesondere um die Edition 2.0 vom November 2010 mit dem Titel „Electric vehicle conductive charging system – Part 1: General requirements”) mit einem Mindestladestrom von 6 A bei ca. 230 V etwa 1380 W beträgt. Hierbei werden zwar an das Fahrzeug 1 günstige Ladeschlitze, sogenannte „Ladeslots”, unterhalb von 1000 W übertragen, jedoch betragen die relativen Kosten stets 100% für Leistungsstufen darüber.
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Eine intelligentere Translation soll dieses Problem lösen. In einem ersten Ausführungsbeispiel erfolgt die Translation mit einer Kombination der Hochrechnung von Kostenanteilen, also ersten Bewertungskennwerten K auf den Mindestleistungskennwert LK_min, und den unveränderten relativen Kostenanteilen bzw. ersten Bewertungskennwerten K für die jeweiligen ersten Leistungsstufen P0, ..., P3, welche den Mindestleistungskennwert LK_min überschreiten.
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Das Programm wird hierzu im Anschluss an den ersten Schritt S1 in einem Schritt S3 fortgesetzt.
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In dem Schritt S3 wird eine Temporärmatrix T ermittelt. In dem ersten Ausführungsbeispiel findet dabei lediglich eine Hochrechnung der Kosten bis zu dem Mindestleistungskennwert LK_min statt. Darüber bleiben die relativen Kosten der zusätzlichen Leistung erhalten, indem sie 1:1 in entsprechende Verbrauchsstufen, sogenannte „Consumptions Slots”-Abstufungen (im Folgenden auch als Verbrauchs-Schlitze bezeichnet) übersetzt werden. Die Kosten entsprechen damit zwar nicht der Realität, aber dienen als abstrakter Indikator der Reihenfolge der günstigsten Verbrauchsstufen.
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In anderen Worten wird in dem ersten Ausführungsbeispiel eine niedrigste Leistungsstufe einer Temporärmatrix T ermittelt. Hierbei werden je erster Zeitspanne t0, ..., t7 der ersten Bewertungsmatrix KM abhängig von den ersten Bewertungskennwerten K aller ersten Leistungsstufen P0, P1, P2, P3 unterhalb des Mindestleistungskennwerts LK_min der jeweiligen ersten Zeitspanne t0, ..., t7 ein jeweiliger Eintrag der Temporärmatrix T zu der niedrigsten Leistungsstufe ermittelt. Beispielsweise wird hierzu ein Mittelwert der jeweiligen Bewertungskennwerte K herangezogen und/oder eine Interpolation durchgeführt.
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Beispielhaft betragen bei einer ersten Bewertungsmatrix KM die Kosten bis P0 = 500 W 0c, bis P1 = 1500 W 10c und P3 = darüber 20c. Der Mindestleistungskennwert LK_min des Fahrzeugs 1 beträgt beispielhaft 1000 W. Folglich ergibt sich als niedrigste Leistungsstufe der Temporärmatrix T ein Bereich von 0 W–1000 W. Die absoluten Kosten der niedrigsten Leistungsstufe der Temporärmatrix T betragen in diesem Fall also 1·0 c + 1·10 c, wenn zunächst in der ersten Leistungsstufe P0 500 W zu 0c bezogen werden und anschließend in der ersten Leistungsstufe P1 500 W zu 10 c bezogen werden. Die relativen Kosten der niedrigsten Leistungsstufe der Temporärmatrix T betragen dann 25% der Maximalkosten von 20 c.
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Die weiteren Leistungsstufen der Temporärmatrix T bleiben im Wesentlichen aus der ersten Bewertungsmatrix KM erhalten bzw. ergeben sich aus der Hochrechnung. Die absoluten bzw. relativen Kosten einer nächsten Leistungsstufe der Temporärmatrix T zwischen 1000 W bis 1500 W betragen also weiterhin 10 c bzw. 50% der Maximalkosten von 20 c, und die der letzten Leistungsstufe der Temporärmatrix T ab 1500 W betragen 20 c bzw. 100% der Maximalkosten von 20 c.
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Alternativ kann auf die niedrigste Leistungsstufe auch ein Pufferbereich addiert werden entsprechend einem möglichen nächsten PWM-Wert, sodass dieser beispielsweise 10% über dem bereitgestellten Mindestleistungskennwert LK_min liegt.
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Ein Ermitteln der niedrigsten Leistungsstufe der Temporärmatrix T kann alternativ auch folgendes umfassen:
Je erster Zeitspanne t0, ..., t7 wird zunächst geprüft, ob ein erster Bewertungskennwert K kleiner ist als ein vorgegebener Schwellenwert oder gleich dem vorgegeben Schwellenwert ist, der einer ersten Leistungsstufe P0, ..., P3 oberhalb des Mindestleistungskennwerts LK_min zugeordnet ist. Der vorgegebene Schwellenwert kann insbesondere Null betragen.
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Im Falle, dass ein erster Bewertungskennwert K kleiner ist als der vorgegebene Schwellenwert oder gleich dem vorgegeben Schwellenwert ist, der einer ersten Leistungsstufe P0, ..., P3 oberhalb des Mindestleistungskennwerts LK_min zugeordnet ist wird in der jeweiligen ersten Zeitspanne t0, ..., t7 die höchste erste Leistungsstufe P0, ..., P3 der ersten Bewertungsmatrix KM ermittelt, deren erster Bewertungskennwert K kleiner ist als der vorgegebene Schwellenwert oder gleich dem vorgegeben Schwellenwert ist. Ferner wird die ermittelte höchste erste Leistungsstufe P0, P3 als niedrigste Leistungsstufe der Temporärmatrix T der jeweiligen ersten Zeitspanne t0, ..., t7 ermittelt.
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Anderenfalls wird wie oben bereits beschrieben die niedrigste Leistungsstufe der Temporärmatrix T der jeweiligen ersten Zeitspanne t0, ..., t7 abhängig von dem Mindestleistungskennwert LK_min ermittelt.
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Je erster Zeitspanne t0, ..., t7 wird nun abhängig von den ersten Bewertungskennwerten K aller ersten Leistungsstufen P0, P1, P2, P3 unterhalb der niedrigsten Leistungsstufe der Temporärmatrix T ein jeweiliger Eintrag der Temporärmatrix T zu der niedrigsten Leistungsstufe ermittelt.
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In dem ersten Ausführungsbeispiel ist die Translation beispielhaft auf die beschriebene Hochrechnung der Kosten bis zu dem Mindestleistungskennwert LK_min beschränkt. Das Programm wird in diesem Fall im Anschluss an den Schritt S3 in dem Schritt S15 fortgesetzt, wobei die Temporärmatrix T dann der zweiten Bewertungsmatrix KM' entspricht. In den wie folgt beschriebenen weiteren Ausführungsbeispielen wird das Programm im Anschluss an den Schritt S3 jedoch in einem Schritt S5 fortgesetzt. In weiteren Ausführungsbeispielen kann das Programm auch im Anschluss an den Schritt S3 in einem Schritt S7 fortgesetzt werden.
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In dem Schritt S5 werden weitere Einträge der Temporärmatrix ermittelt. Beispielsweise wird abhängig von dem Maximalleistungskennwert LK_max eine höchste Leistungsstufe der Temporärmatrix T ermittelt. Je erster Zeitspanne t0, ..., t7 der ersten Bewertungsmatrix KM wird dann abhängig von den ersten Bewertungskennwerten K aller ersten Leistungsstufen P0, P1, P2, P3 oberhalb des Maximalleistungskennwerts LK_max der jeweiligen ersten Zeitspanne t0, ..., t7 ein jeweiliger Eintrag der Temporärmatrix T zu der höchsten Leistungsstufe ermittelt.
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Ein Ermitteln der höchsten Leistungsstufe der Temporärmatrix T kann alternativ oder zusätzlich folgendes umfassen:
Der Translationseinheit 7 wird zunächst eine Maximalleistungstabelle bereitgestellt, welche weitere Maximalleistungskennwerte für jede von zukünftigen weiteren Zeitspannen umfasst, die jeweils repräsentativ sind für eine maximale elektrische Leistung, die dem Fahrzeug 1 in der jeweiligen weiteren Zeitspanne bereitstellbar ist.
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Je erster Zeitspanne t0, ..., t7 werden diejenigen weiteren Maximalleistungskennwerte ermittelt, die einer die jeweilige erste Zeitspanne t0, ..., t7 überschneidenden weiteren Zeitspanne zugeordnet sind.
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Je erster Zeitspanne t0, ..., t7 wird nun abhängig von den jeweils ermittelten weiteren Maximalleistungskennwerten eine höchste Leistungsstufe der Temporärmatrix T ermittelt.
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Je erster Zeitspanne t0, ..., t7 wird daraufhin abhängig von den ersten Bewertungskennwerten K aller ersten Leistungsstufen P0, P1, P2, P3 oberhalb der höchsten Leistungsstufe der Temporärmatrix T ein jeweiliger Eintrag der Temporärmatrix T zu der höchsten Leistungsstufe ermittelt wird.
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In einem zweiten Ausführungsbeispiel ist die Translation dabei derart beschaffen, dass die ersten Bewertungskennwerte K der ersten Bewertungsmatrix KM und damit Tarifinformationen bewusst verlustbehaftet komprimiert werden, indem erste Leistungsstufen P0, ..., P3 verworfen werden, die eine maximale Ladeleistung des Fahrzeugs 1 übertreffen, also insbesondere erste Leistungsstufen oberhalb des Maximalleistungskennwerts LK_max. Hierdurch wird ein Berechnungsaufwand für nachfolgende Verfahrensschritte zur weiteren Verbesserung der Translation verringert. Gegebenenfalls kann dadurch außerdem bereits ermöglicht werden, dass eine Anzahl an Leistungsstufen der Temporärmatrix T kleiner oder gleich dem Maximalleistungsstufenkennwert LKA_max ist.
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Das Programm wird anschließend in dem Schritt S7 fortgesetzt.
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In einem dritten Ausführungsbeispiel ist alternativ oder zusätzlich zu dem Vorgehen gemäß des ersten und/oder zweiten Ausführungsbeispiels die Translation derart beschaffen, dass bei einer zu hohen Anzahl an ersten Zeitspannen t0, ..., t7 der ersten Bewertungsmatrix KM (im Folgenden auch als Zeitschlitze oder sogenannte „Zeitslots” bezeichnet”) und damit der bislang ermittelten Temporärmatrix T, die Zeitschlitze in einer zweiten Bewertungsmatrix KM' derart zusammengefasst werden, dass das Fahrzeug 1 ein hinsichtlich der Kosten verbessertes Ladeprofil berechnen kann, dass einem Ladeprofil möglichst entsprechen würde, welches das Fahrzeug 1 mit Kenntnis aller Zeitschlitz-Informationen berechnen würde, also beispielsweise im Falle, dass dem Fahrzeug die erste Bewertungsmatrix KM bereitgestellt würde.
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Hierzu wird in dem Schritt S7 überprüft, ob eine Anzahl an Zeitspannen der Temporärmatrix T kleiner oder gleich dem Maximalzeitspannenkennwert tA_max ist. Im Falle, dass die Anzahl an Zeitspannen einem Wert größer als dem Maximalzeitspannenkennwert tA_max entspricht, wird das Programm in einem Schritt S9 fortgesetzt. Anderenfalls wird das Programm in einem Schritt S11 fortgesetzt.
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In dem Schritt S9 wird für jeden zusammenfassbaren Block bezüglich einer Leistungsstufe benachbarter Einträge der Temporärmatrix T ein jeweiliger Mittelwert gebildet. Anschließend wird ein niedrigster Mittelwert ermittelt, und der zu dem jeweiligen niedrigsten Mittelwert korrespondierende Block an Einträgen der Temporärmatrix T zusammengefasst. Hierbei werden die dem Block zugeordneten Einträge der Temporärmatrix T durch einen einzigen Eintrag umfassend den jeweiligen niedrigsten Mittelwert ersetzt. Das Programm wird anschließend in dem Schritt S7 fortgesetzt. In dem Schritt S11 wird überprüft, ob eine Anzahl an Leistungsstufen der Temporärmatrix T kleiner oder gleich dem Maximalleistungsstufenkennwert LKA ist. Im Falle, dass die Anzahl an Leistungsstufen einem Wert größer als dem Maximalleistungsstufenkennwert LKA entspricht, wird das Programm in einem Schritt S13 fortgesetzt. Anderenfalls wird das Programm in einem Schritt S15 fortgesetzt.
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In dem Schritt S13 wird für jeden zusammenfassbaren Block bezüglich einer Zeitspanne benachbarter Einträge der Temporärmatrix T ein jeweiliger Mittelwert gebildet. Anschließend wird ein niedrigster Mittelwert ermittelt, und der zu dem jeweiligen niedrigsten Mittelwert korrespondierende Block an Einträgen der Temporärmatrix T zusammengefasst. Hierbei werden die dem Block zugeordneten Einträge der Temporärmatrix T durch einen einzigen Eintrag umfassend den jeweiligen niedrigsten Mittelwert ersetzt. Das Programm wird anschließend in dem Schritt S11 fortgesetzt.
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In einer ersten Ausführungsvariante könnten gemäß den Schritten S7 bis S13 jeweils benachbarte Zeitschlitze solange zusammengefasst werden, bis eine Anzahl der verbleibenden Zeitschlitze kleiner oder gleich dem Maximalzeitspannenkennwert tA_max ist, beispielsweise 1024 (max. Anzahl von ISO-Schlitze). Hierbei könnten jedoch sehr günstige Schlitze durch benachbarte sehr teure Schlitze unkenntlich gemacht werden.
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In einer zweiten Ausführungsvariante werden alternativ dazu in den Schritten S7 bis S13 zunächst die günstigsten benachbarten Schlitze miteinander verknüpft. Treten im Extremfall günstige und teure Schlitze alternierend auf, findet keine Zusammenführung von Schlitze statt. Basierend auf einer Kombination des ersten und zweiten Ausführungsbeispiels wird daher wie folgt vorgegangen:
Zunächst werden in einem ersten Schritt der zweiten Ausführungsvariante optional Preis-Leistung-Schnitte dort eingeführt, wo auch die Nachbar-Zeitschlitze einen Einschnitt haben, so dass eine Verfälschung der Berechnung vermieden werden kann. Als Beispiel dient folgende Tabelle, bei der zwei SEMP-Zeitschlitze mit jeweils drei Preis-Leistungschlitze, also ersten Bewertungskennwerten K, in ISO übersetzt werden.
| Leistungsbereich
[W] | SEMP Kosten zu t0
[c/kWh] | SEMP Kosten zu t1
[c/kWh] | -> | ISO relative Kosten zu t0 | ISO relative Kosten zu t1 |
| 3000 <= x < 4000 | 100 | 100 | 0,425 | 0,6 |
| 2000 <= x < 3000 | 35 | 0,2333 |
| 1000 <= x < 2000 | 40 | 0,2 |
| 0 <= x < 1000 | 0 | 0 | 0 | 0 |
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Um es zunächst einfach zu halten, wird hierbei davon ausgegangen, dass der Mindestleistungskennwert LK_min des Fahrzeug 1 weniger als 1000 W beträgt. Hierbei werden die relativen Kosten auf Basis der oberen Leistungsgrenze ermittelt:
Anhand des oberen Beispiels ist zu sehen, dass beispielsweise bei einer Leistung von 1500 W der Zeitschlitz um t1 als günstiger erscheint. Tatsächlich ist dies nicht der Fall.
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Dies liegt daran, dass die Zeitschlitze SEMP-Preis-Leistung-Schlitze Kosten zu unterschiedlichen Leistungen enthalten. Dieses Problem kann dadurch aufgelöst werden, indem für alle Leistungsstufen die Kosten ermittelt werden. Um eine zu starke Leistungsfragmentierung zu vermeiden, können hier sinnvolle Mindest-Leistungsdifferenzen in Betracht gezogen werden, die im schlimmsten Fall nur eine leichte reale Kostenabweichung ermöglichen. Beispielsweise könnte eine Mindestdifferenz bei 100 W liegen oder bei einem sinnvollen Wert gemäß einem vorgegebenen Wertebereich (beispielsweise auf Basis einer Spezifikation) liegen. In jenem Beispiel würde hierbei folgendes Resultat berechnet:
| Leistungsbereich
[W] | SEMP Kosten zu t0
[c/kWh] | SEMP Kosten zu t1
[c/kWh] | -> | ISO relative Kosten zu t0 | ISO relative Kosten zu t1 |
| 3000 <= x < 4000 | 100 | 100 | 0,425 | 0,6 |
| 2000 <= x < 3000 | 35 | 0,2333 | 0,4666 |
| 1000 <= x < 2000 | 40 | 0,175 | 0,2 |
| 0 <= x < 1000 | 0 | 0 | 0 | 0 |
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Aufgrund dessen, dass der Algorithmus im obigen Beispiel zusätzliche Verbrauchs-Schlitze generiert hat um benachbarte Schlitze besser vergleichen zu können, würde nun bei einer Leistung von 1500 W zunächst der tatsächlich günstigere Schlitz um t0 in Frage kommen.
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In Bezug auf die Spezifikationen gemäß ISO ergeben sicher hieraus leider wiederum mehr Verbrauchs-Schlitze, als in der Spezifikationen gemäß ISO erlaubt sind. Eine darauffolgende Kompression wird in den folgenden Schritten beschrieben.
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In einem zweiten Schritt der zweiten Ausführungsvariante wird solange eine Zeitschlitz-Kompression durchgeführt, bis kein Zeitschlitz mehr als 3 Leistungs-/Kosten-Abstufungen pro Schlitz umfasst, und wenigstens eine folgender Bedingungen erfüllt ist:
- – die durch die jeweiligen Leistungs-/kosten-Abstufungen repräsentativ sind für eine Energie, die einer angeforderten Energiemenge des Fahrzeugs 1 entspricht; oder
- – der Maximalzeitspannenkennwert tA_max bzw. die maximale ISO-Zeitschlitzzahl von 1024 erreicht oder unterschritten wurde; oder
- – keine Schlitze mehr zusammengeführt werden können, die Anzahl der Schlitze also dem Wert 1 entspricht. In einem dritten Schritt der zweiten Ausführungsvariante werden zunächst die kostengünstigsten Schlitze und Schichten gesucht und von dort aus mit den günstigsten benachbarten Schlitze fortgefahren. Benachbarte Zeitschlitze sollten jedoch nur dann miteinander verknüpft werden, wenn der Maximalzeitspannenkennwert tA_max, also die Maximalzahl von möglichen Zeitschlitze noch überschritten wird oder wenn die vom Fahrzeug 1 benötigte Energie mit dem neuen komprimierten Schlitz noch nicht erreicht ist.
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In einem vierten Schritt der zweiten Ausführungsvariante werden die Schlitze derart komprimiert, dass im arithmetischen Durchschnitt die nächsten günstigsten Schlitze ausgewählt werden, welche zu einem Block zusammengefasst werden können.
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In einem fünften Schritt der zweiten Ausführungsvariante wird nach Erreichen des benötigten Energiebedarfs auch dann noch mit der Kompression fortgefahren, bis die maximale Anzahl von ISO-Schlitze erreicht ist. In diesem Fall bleiben bereits zusammengefasste Schlitze unberührt.
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Stattdessen wird mit den günstigsten Schlitze weiter verfahren und neue Schlitz-Blöcke generiert. Diese könnten bei Erreichen eines vorgegebenen Schwellwerts von beispielsweise 100 Wh dann wieder als abgeschlossen betrachtet werden und es wird wieder mit den günstigsten Schlitze weiterverfahren.
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In einem sechsten Schritt der zweiten Ausführungsvariante werden nach Einhalten der maximalen Anzahl von ISO-Zeitschlitze nur noch Leistungsblöcke nach oben hin komprimiert, bis die vom Fahrzeug 1 benötigte Energie abgedeckt ist. Nach Erreichen der benötigten Energie des Fahrzeugs 1 bleiben bereits zusammengefasste Schlitze unberührt. Stattdessen wird mit den günstigsten Schlitze weiter verfahren und neue Verbrauchs-Schlitz-Blöcke generiert.
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Im Folgenden ist eine Komprimierung einer beispielhaften ersten Bewertungsmatrix KM mit relativen Kosten in mehreren Schritten dargestellt.
| LeistungsBereich
[W] | KM relative Kosten zu t0
[c/kWh] | KM relative Kosten zu t1
[c/kWh] | KM relative Kosten zu t2
[c/kWh] | KM relative Kosten zu t3
[c/kWh] | KM relative Kosten zu t4
[c/kWh] | KM relative Kosten zu t5
[c/kWh] | KM relative Kosten zu t6
[c/kWh] | KM relative Kosten zu t7
[c/kWh] |
| P3 = 3700 | 9 | 9 | 1 | 2 | 5 | 6 | 2 | 2 |
| P2 = 2500 | 1 | 0 | 1 | 2 | 5 | 6 | 2 | 2 |
| P1 = 2000 | 1 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 2 | 0 |
| P0 = 1500 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 | 1 | 2 | 0 |
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In einem ersten Schritt wird aus der ersten Bewertungsmatrix eine Temporärmatrix T erstellt. In diesem Fall ist die niedrigste Leistungsstufe der Temporärmatrix T bereits über dem Mindestleistungskennwert LK_min. In einem ersten Schritt der Kompression werden beispielhaft die relativen Kosten der beiden ersten Leistungsstufen P0, P1 der ersten Zeitspanne t7 zusammengefasst:
| Leistungsbereich
[W] | T relative Kosten zu t0
[c/kWh] | T relative Kosten zu t1
[c/kWh] | T relative Kosten zu t2
[c/kWh] | T relative Kosten zu t3
[c/kWh] | T relative Kosten zu t4
[c/kWh] | T relative Kosten zu t5
[c/kWh] | T relative Kosten zu t6
[c/kWh] | T relative Kosten zu t7
[c/kWh] |
| P3 = 3700 | 9 | 9 | 1 | 2 | 5 | 6 | 2 | 2 |
| P2 = 2500 | 1 | 0 | 1 | 2 | 5 | 6 | 2 | 2 |
| P1 = 2000 | 1 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 2 | 0 |
| P0 = 1500 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 | 1 | 2 |
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In einem weiteren Schritt der Kompression werden beispielhaft die relativen Kosten der Zeitspannen t0, t1 der Leistungsstufe P0 zusammengefasst:
| Leistungsbereich
[W] | T relative Kosten zu t0
[c/kWh] | T relative Kosten zu t1
[c/kWh] | T relative Kosten zu t2
[c/kWh] | T relative Kosten zu t3
[c/kWh] | T relative Kosten zu t4
[c/kWh] | T relative Kosten zu t5
[c/kWh] | T relative Kosten zu t6
[c/kWh] | T relative Kosten zu t7
[c/kWh] |
| P3 = 3700 | 9 | 9 | 1 | 2 | 5 | 6 | 2 | 2 |
| P2 = 2500 | 1 | 0 | 1 | 2 | 5 | 6 | 2 | 2 |
| P1 = 2000 | 1 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 2 | 0 |
| P0 = 1500 | 0 | 1 | 1 | 0 | 1 | 2 |
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In einem weiteren Schritt der Kompression werden beispielhaft die relativen Kosten der Zeitspannen t0, t1 der Leistungsstufen P0, P1 zusammengefasst:
| Leistungsbereich
[W] | T relative Kosten zu t0
[c/kWh] | T relative Kosten zu t1
[c/kWh] | T relative Kosten zu t2
[c/kWh] | T relative Kosten zu t3
[c/kWh] | T relative Kosten zu t4
[c/kWh] | T relative Kosten zu t5
[c/kWh] | T relative Kosten zu t6
[c/kWh] | T relative Kosten zu t7
[c/kWh] |
| P3 = 3700 | 9 | 9 | 1 | 2 | 5 | 6 | 2 | 2 |
| P2 = 2500 | 1 | 0 | 1 | 2 | 5 | 6 | 2 | 2 |
| P1 = 2000 | ¼ | 1 | 1 | 1 | 1 | 2 | 0 |
| P0 = 1500 | 1 | 1 | 0 | 1 | 2 |
-
In einem weiteren Schritt der Kompression werden beispielhaft die relativen Kosten der Zeitspannen t0, t1 der Leistungsstufen P0, P1, P2 zusammengefasst:
| Leistungs bereich
[W] | T relative Kosten zu t0
[c/kWh] | T relative Kosten zu t1
[c/kWh] | T relative Kosten zu t2
[c/kWh] | T relative Kosten zu t3
[c/kWh] | T relative Kosten zu t4
[c/kWh] | T relative Kosten zu t5
[c/kWh] | T relative Kosten zu t6
[c/kWh] | T relative Kosten zu t7
[c/kWh] |
| P3 = 3700 | 9 | 9 | 1 | 2 | 5 | 6 | 2 | 2 |
| P2 = 2500 | 1/3 | 1 | 2 | 5 | 6 | 2 | 2 |
| P1 = 2000 | 1 | 1 | 1 | 1 | 2 | 0 |
| P0 = 1500 | 1 | 1 | 0 | 1 | 2 |
-
In einem weiteren Schritt der Kompression werden beispielhaft die relativen Kosten der Zeitspannen t4, t5 der Leistungsstufe P0 zusammengefasst:
| Leistungsbereich
[W] | T relative Kosten zu t0
[c/kWh] | T relative Kosten zu t1
[c/kWh] | T relative Kosten zu t2
[c/kWh] | T relative Kosten zu t3
[c/kWh] | T relative Kosten zu t4
[c/kWh] | T relative Kosten zu t5
[c/kWh] | T relative Kosten zu t6
[c/kWh] | T relative Kosten zu t7
[c/kWh] |
| P3 = 3700 | 9 | 9 | 1 | 2 | 5 | 6 | 2 | 2 |
| P2 = 2500 | 1/3 | 1 | 2 | 5 | 6 | 2 | 2 |
| P1 = 2000 | 1 | 1 | 1 | 1 | 2 | 0 |
| P0 = 1500 | 1 | 1 | 1/2 | 2 |
-
In einem weiteren Schritt der Kompression werden beispielhaft die relativen Kosten der Zeitspannen t3, t4, t5 der Leistungsstufe P0 zusammengefasst:
| Leistungsbereich
[W] | T relative Kosten zu t0
[c/kWh] | T relative Kosten zu t1
[c/kWh] | T relative Kosten zu t2
[c/kWh] | T relative Kosten zu t3
[c/kWh] | T relative Kosten zu t4
[c/kWh] | T relative Kosten zu t5
[c/kWh] | T relative Kosten zu t6
[c/kWh] | T relative Kosten zu t7
[c/kWh] |
| 3700 | 9 | 9 | 1 | 2 | 5 | 6 | 2 | 2 |
| 2500 | 1/3 | 1 | 2 | 5 | 6 | 2 | 2 |
| 2000 | 1 | 1 | 1 | 1 | 2 | 0 |
| 1500 | 1 | 2/3 | 2 |
-
In einem weiteren Schritt der Kompression werden beispielhaft die relativen Kosten der Zeitspannen t0, t1, t2 der Leistungsstufen P0, P1, P2 zusammengefasst:
| Leistungsbereich
[W] | T relative Kosten zu t0
[c/kWh] | T relative Kosten zu t1
[c/kWh] | T relative Kosten zu t2
[c/kWh] | T relative Kosten zu t3
[c/kWh] | T relative Kosten zu t4
[c/kWh] | T relative Kosten zu t5
[c/kWh] | T relative Kosten zu t6
[c/kWh] | T relative Kosten zu t7
[c/kWh] |
| 3700 | 9 | 9 | 1 | 2 | 5 | 6 | 2 | 2 |
| 2500 | 5/9 | 2 | 5 | 6 | 2 | 2 |
| 2000 | 1 | 1 | 1 | 2 | 0 |
| 1500 | 2/3 | 2 |
-
In einem weiteren Schritt der Kompression werden beispielhaft die relativen Kosten der Zeitspannen t3, t4, t5 der Leistungsstufen P0, P1 zusammengefasst. Die Temporärmatrix T entspricht dann beispielsweise der zweiten Bewertungsmatrix KM':
| Leistungsbereich
[W] | KM' relative Kosten zu t0
[c/kWh] | KM' relative Kosten zu t1
[c/kWh] | KM' relative Kosten zu t2
[c/kWh] | KM' relative Kosten zu t3
[c/kWh] | KM' relative Kosten zu t4
[c/kWh] | KM' relative Kosten zu t5
[c/kWh] | KM' relative Kosten zu t6
[c/kWh] | KM' relative Kosten zu t7
[c/kWh] |
| P3 = 3700 | 9 | 9 | 1 | 2 | 5 | 6 | 2 | 2 |
| P2 = 2500 | 5/9 | 2 | 5 | 6 | 2 | 2 |
| P1 = 2000 | 2/3 | 2 | 0 |
| P0 = 1500 | 2 |
-
In dem Schritt S15 wird die zweite Bewertungsmatrix KM' dem Fahrzeug 1 bereitgestellt. Das Programm wird anschließend beispielsweise beendet.
-
In vorteilhafter Weise wird durch die beschriebene Translation eine intelligente Übersetzung verschiedener Anwendungsprotokolle insbesondere in ISO ermöglicht, die zu einem verbesserten Ladeprofil des Fahrzeugs 1 beitragen. Das Ladeprofil kann das Fahrzeug 1 aus der zweiten Bewertungsmatrix KM' ermitteln.
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3 zeigt beispielhaft eine erste Bewertungsmatrix KM mit ersten Zeitspannen t0, ...,t7, ersten Leistungsstufen P0,...P3 und ersten Bewertungskennwerten K sowie ein zweite Bewertungsmatrix KM' mit zweiten Zeitspannen t0', ..., t2', zweiten Leistungsstufen P0, ...P2 und zweiten Bewertungskennwerten K' nach der Translation.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Fahrzeug
- 3
- Ladesäule
- 5
- Energieverwaltungseinheit
- 7
- Translationseinheit
- 8
- Energieversorgungseinheit
- 9
- Energiespeicher
- 31, 35
- Energieschnittstelle
- 71, 75
- Kommunikationsschnittstelle
- 100
- System
- KM, KM'
- Bewertungsmatrix
- T
- Temporärmatrix
- K, K'
- Bewertungskennwert
- LK_min
- Minimalleistungskennwert
- LK_Max
- Maximalleistungskennwert
- t0, ..., t7, t0', ..., t2'
- Zeitspanne
- P0, ...P3, P0', ...P2'
- Leistungsstufe
- tA_max
- Maximalzeitspannenkennwert
- LKA_max
- Maximalleistungstufenkennwert
- S1...S15
- Programmschritte
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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-
Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
- ISO15118-2:2014 [0051]
- ISO Standard ISO15118-2:2014 [0063]
- ISO15118-2:2014 [0072]
- ISO15118-2:2014 [0085]
- IEC61851-1 [0086]
