WO2012146306A2 - Verfahren zum begrenzen der elektrischen leistung - Google Patents

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Alexander Kepka
Martin Nolewaika
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    • Y04S30/12—Remote or cooperative charging

Definitions

  • the invention relates to a method for limiting the electric power when charging traction batteries of electrically driven vehicles and to a control device.
  • Such an electrically powered vehicle includes a traction battery, which provides the Benö for driving ⁇ preferential electrical energy. Discharged traction batteries must be recharged if necessary by means of a charging device. Therefore, in the future will be installed in a larger number of charging devices for electrically powered vehicles, for example, at gas stations, parking ⁇ zen, parking garages or at the roadside. At desired short loading times, the charging devices have to provide considerable electrical power for charging the Fahrbat ⁇ series. In particular, if several charging devices are supplied by a power grid with electrical energy, for example, there is a risk that the power grid can be overloaded.
  • the object of the invention is to provide a method and a device which allow a plurality of charging devices to be operated safely and reliably on an energy supply network.
  • a method for limiting the electric power when charging traction batteries of electrically driven vehicles wherein a plurality of charging devices is connected to a power supply network, to each of which a traction battery of an electrically driven vehicle is rechargeable.
  • those charging devices are determined from the plurality of charging devices, by means of the same time to a determination ⁇ time driving batteries of vehicles are charged, and the electrical power (charging power) of the determined charging devices is limited (from the determination time) each to a limit. This ei ⁇ ne overloading of the power grid is safely avoided.
  • the electrical power can thereby either the power consumption or the power output of the charger ent ⁇ speak.
  • the determination time may be, for example, the current time or a future time.
  • the electrical power of the charging devices is limited in each case to the limit value.
  • This limit can the maximum value ⁇ specify to which electric power can be ent ⁇ taken at each of the charging devices for the purpose of charging the traction battery.
  • the limit value can also indicate the maximum power that may be taken from each charging device from the energy supply network (in this case, the power loss within the charging device is also taken into account).
  • the limit value can be determined such that it corresponds to the quotient of the electrical power that can be provided by the energy supply network (eg, maximum) and the number of charging devices determined. This ensures that the electrical power drawn off at the power supply network can not assume unacceptably high values even when the driving batteries are simultaneously charged to all of the charging devices that have been determined. This will eg a Overload of the power grid safely and reliably avoided ⁇ sig.
  • the limit value can be determined in such a way that it corresponds to the quotient of the electrical active power which can be provided by the energy supply network and the number of charging devices determined.
  • the deliverable active electrical power is used in determining the limit value.
  • the method can proceed so that the loading devices are determined by a central control device, load of vehicles by means of the determination time point simultaneously Fahrbatte ⁇ rien.
  • the determination of the charging devices is carried out by a central control device.
  • a central control device By means of such a central control device a plurality of charging devices can be controlled or the charging devices charging at the time of determination can be determined.
  • the process may also proceed so that the central control device receives at least one status message from the charging ⁇ facilities and based on this, he status message ⁇ known is, by means of which loading means for investigative simultaneously averaging time point driving batteries of vehicles ge will load ⁇ .
  • the central control device can easily and reliably recognize to which of the charging devices at the same time traction batteries are charged.
  • the method can be easily adapted to an increasing number of charging devices, without the need for complex changes to be made to the control device.
  • the process can proceed in such a way that from a central control device receives at least one status message from the charging ⁇ facilities and based on this, he status message ⁇ known is, by means of which loading means for investigative simultaneously averaging time point driving batteries of vehicles ge will load ⁇ .
  • the central control device can easily and reliably recognize to which of the charging devices at the same time traction batteries are charged.
  • the method can be easily adapted to an increasing number of charging devices, without the need for complex changes to be made to the control device.
  • Control device the electrical power of the determined charging devices is limited to the limit.
  • the method can run in such a way that a command message is sent to the ascertained charging devices by the control device for limiting the charging power.
  • This command message may contain information about the limit.
  • the charging devices limit their electrical power to the limit.
  • a control device is provided for limiting the electric power when charging traction batteries of electrically driven vehicles.
  • This control means is arranged, from a plurality of devices connected to a power grid loading means (is on each of which a traction battery of an electrically driven vehicle rechargeable) to identify those charging devices are loaded by means of a detection time ⁇ point simultaneously driving batteries of vehicles, and the electric power each of the determined charging devices (from the time of the determination) each to limit a limit.
  • This control device can be designed to determine the limit value in such a way that it corresponds to the quotient of the electrical power that can be supplied by the energy supply network (for example, maximum) and the number of charging devices determined.
  • the control device can also be configured to determine the limit value in such a way that it corresponds to the quotient of the electrical active power which can be provided by the energy supply network and the number of charging devices determined.
  • the control device can also be configured to receive at least one status message from the charging devices and to recognize it on the basis of this status message, by means of which Charging devices at the same time be charged charging batteries of vehicles at the same time.
  • the control device can also be configured to send a command message to the determined charging devices for limiting the electrical power, the command message containing information about the limit value.
  • This control device also has the advantages that are mentioned above in connection with the method according to the invention.
  • Figure 1 shows an embodiment of four charging devices with a central control device and in
  • Figure 2 is an exemplary timing when performing the
  • FIG. 1 schematically shows a power supply network 1, which in the exemplary embodiment is a medium-voltage power supply network or low-voltage power supply network.
  • a branch 3 of this power supply network 1 AC or AC voltage ⁇ is provided.
  • the branch 3 is connected to a transformer 5, by means of which the voltage level can be adjusted to a required size and / or ei ⁇ ne galvanic isolation can be realized.
  • This Trans ⁇ formator 5 is optional, it can in otherentesbei ⁇ play be omitted.
  • the branch 3 of the power supply network 1 is via the transformer 5 and power conductor 7 (power cable 7) electrically connected to a first charging device 10.
  • This first charging device 10 has a first power ⁇ path 12, electrically drivable over which the certificate from the branch 3 of the power supply system 1 to a first electric power driving battery 16 of a first
  • the first power path 12 ent ⁇ holds, for example, electronic components of the power ⁇ electronics, fuses, switching devices and / or measuring equipment.
  • the power line to the first drive battery 16 is effected by means of a first charging cable 19.
  • the first charging device 10 has a first control device 20 which monitors and controls the operation of the first charging device.
  • the power supply network 1 is electrically connected by means of the power conductor 7 to a second charging device 30.
  • the second charging device 30 has - similar to the first charging device 10 - a second power path 32 which transmits by means of a second charging cable 35 derived from the power grid 1 electrical energy ei ⁇ ner second traction battery 36 of a second electrically drivable ⁇ ble vehicle 38.
  • the second charging device 30 has a second control means 40, which the loading ⁇ drive of the second charging device 30 monitors and controls.
  • the branch 3 of the Energyver ⁇ supply network 1 is electrically connected by means of the power conductor 7 with a third charging means 50th
  • the third charging device 50 has a third power path 52, which transmits the certificate from the energy supply network 1 ⁇ electrical energy at a third driving battery 56 of a third electrically powered vehicle 58 by means of a third charging cable 55th
  • the third charging device 50 has a third control device 60, which monitors and controls the operation of the third charging device 50.
  • the branch 3 of the power supply network 1 is electrically connected to a fourth charging device 70 by means of the power conductors 7.
  • the fourth charging device 70 has a fourth power path 72, which transmits the certificate from the branch 3 elekt ⁇ generic power to a fourth driving battery 76 of a fourth electrically powered vehicle 78 by means of a fourth charging cable 75 miles.
  • the fourth charging device 70 has a fourth control device 80, which monitors and controls the operation of the fourth charging device 70. For example, each of the Ladeeinrich ⁇ lines 10, 30, 50 and 70, the respective connected Fahrbat ⁇ terie with active power up to 44 KW charge.
  • the first control device 20 of the first charging device 10, the second control device 40 of the second charging device 30, the third control device 60 of the third charging device 50 and the fourth control device 80 of the fourth charging device 70 is electrically connected by means of communication conductors 82 (communication cables 82) to a central control device 84 ,
  • the central control device 84 has a communication unit 86 and a control unit 88.
  • the central STEU ⁇ er By means of the communication unit 86, the central STEU ⁇ er knew 84 messages from the charging devices 10, 30, 50 and 70 and received by the power supply system 1 and send messages to the charging devices 10, 30, 50 and 70th
  • the central control device 84 processes the received messages and carries out control tasks.
  • FIG. 2 shows an exemplary time sequence when carrying out the method. An exemplary embodiment of the method for limiting the electric power during charging of traction batteries of electric drivable vehicles is described below by means of FIGS. 1 and 2.
  • the first drive battery 16 is connected by means of the first charging device 10 and by means of the first charging device third charging device 50, the third drive battery 56 simultaneously loaded. However, the second traction battery 36 and the fourth traction battery 56 are not charged. For charging, the maximum deliverable electrical active power Pmax is available at branch 3 as electrical power that can be supplied
  • the first charging device 10 is controlled by the first control means 20 and the third charging means 50 is controlled by the third control means 60 so that as ⁇ probably the first traction battery 16 and the third driving battery 56 deployable each with half of the branch of the power supply network electric active power Pmax be charged.
  • the first traction battery 16 is charged with the first power PI and the third traction battery 56 is charged with the power (Pmax - PI).
  • Pmax 2 PI.
  • the second charging device 30 should additionally be charged with the second traction battery 36 of the second electrically drivable vehicle 38. Therefore, the control device 40 of the second charging device 30 sends a status message 92 via the communication conductors 82 to the central control device 84.
  • This status message 92 contains the information that the second travel battery 36 is to be charged from the time t 1, ie that at the time t 1 the Charging for the second traction battery 36 begins.
  • the time tl is here therefore the determination time.
  • the central control device 84 receives via the communi ⁇ tion unit 86, this status message 92 and evaluates their home holding means of the control unit 88 from.
  • the central STEU ⁇ er sensible 88 receives no contrary status messages from the first charging device 10 and the third loading device 50, is known at the central control device 84, that at the time tl charging at the first charging device 10 and the third charging device 50 carried on becomes. It is therefore upon receiving the Statusnach ⁇ directing 92 in the central control device 84, the information tion that from the time tl to three charging devices at the same time traction batteries of vehicles to be loaded, namely at the first charging device 10, the second charging device 30 and the third charging device 50. The number of charging devices on which from the time tl at the same time So driving batteries are to be loaded, that is 3.
  • the first controller 20, a status message 93 and / or the third control device 60 send a status message 94 to the central controller 84
  • the status messages 93 contains the information that the first charging means 10 also charges the driving battery 16
  • the status ⁇ object 94 contains the information that the third charging ⁇ device 50 also charges the driving battery 56.
  • the central control device 84 has a characteristic value for the electrical power that can be supplied to the power supply network 1.
  • this characteristic value is the maximum electrical electrical power Pmax which can be provided at the branch 3 of the energy supply network 1.
  • Information about this electrical power which can be provided at the power supply network 1 has already been transmitted from the power supply network 1 via the communication conductors 82 to the central control device 84, for example.
  • it may be in the characteristic value also to a different size han ⁇ punching, for example, the maximum deployable from the power supply network 1 electric power to regenerative electric current ( "green energy").
  • control unit determines the central STEU ⁇ er adopted the quotient of the loading at the branch 3 Rechargeable electric power Pmax and the number of charging devices determined.
  • the control unit determines the central STEU ⁇ er owned the quotient of the loading at the branch 3 Rechargeable electric power Pmax and the number of charging devices determined.
  • the central control device 84 then sends a command message 95 to the first charging device 10, the second charging device 30 and the third charging device 50 via the communication unit 86.
  • This command message 95,, Pmax contains information about the limit value and optionally
  • the control devices 20, 40, 60 of the charging devices 10, 30, 50 limit the electrical power of the charging devices from the time t1 to this limit ---. Then, from the time tl at each of the three charging devices, the respectively connected traction battery with the maximum power
  • Charging device from the power grid 1 is on the
  • the response time of the vehicles 18, 38, 58 and 78 can be taken into account, ie the time between the sending of the command message and the new limit value of the power. If within a predetermined period of time, the new limit is not met, then the La ⁇ devorgang is interrupted.
  • a method and a control device have been described, which make it possible to operate a plurality of charging devices safely and reliably at a branch of a power supply network.
  • the electric Leis ⁇ tung that charging devices, in which at the same time be charged driving battery is limited to a limit value.
  • This limit value corresponds to the quotient of the electrical power that can be supplied by the energy supply network and the number of simultaneously charging charging devices. As a result, in particular overloading of the power supply network is reliably avoided.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Begrenzen der elektrischen Leistung beim Laden von Fahrbatterien (16, 36, 56, 76) elektrisch antreibbarer Fahrzeuge (18, 38, 58, 78), wobei an einem Energieversorgungsnetz (1) eine Mehrzahl von Ladeeinrichtungen (10, 30, 50, 70) angeschlossen ist, an welchen jeweils eine Fahrbatterie (16, 36, 56, 76) eines elektrisch antreibbaren Fahrzeugs (18, 38, 58, 78) aufladbar ist. Bei dem Verfahren werden aus der Mehrzahl von Ladeeinrichtungen (10, 30, 50, 70) diejenigen Ladeeinrichtungen (10, 30, 50) ermittelt, mittels der zu einem Ermittlungszeitpunkt (t1) gleichzeitig Fahrbatterien (16, 36, 56) von Fahrzeugen (18, 38, 58) geladen werden. Die elektrische Leistung der ermittelten Ladeeinrichtungen (10, 30, 50) wird jeweils auf einen Grenzwert begrenzt.

Description

Beschreibung
Verfahren zum Begrenzen der elektrischen Leistung Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Begrenzen der elektrischen Leistung beim Laden von Fahrbatterien elektrisch antreibbarer Fahrzeuge sowie eine Steuereinrichtung.
Es wird erwartet, dass in Zukunft elektrisch antreibbare Fahrzeuge in großer Anzahl auf den Strassen unterwegs sein werden. Ein solches elektrisch antreibbares Fahrzeug weist eine Fahrbatterie auf, welche die für den Fahrbetrieb benö¬ tigte elektrische Energie zur Verfügung stellt. Entladene Fahrbatterien müssen bei Bedarf mittels einer Ladeeinrichtung nachgeladen werden. Daher werden in Zukunft in größerer Anzahl Ladeeinrichtungen für elektrisch antreibbare Fahrzeuge installiert werden, beispielsweise an Tankstellen, Parkplät¬ zen, Parkhäusern oder am Straßenrand. Bei gewünschten kurzen Ladezeiten müssen die Ladeeinrichtungen erhebliche elektrische Leistungen zum Laden der Fahrbat¬ terien zur Verfügung stellen. Insbesondere wenn mehrere Ladeeinrichtungen von einem Energieversorgungsnetz mit elektrischer Energie versorgt werden, besteht z.B. die Gefahr, dass das Energieversorgungsnetz überlastet werden kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, die es erlauben, eine Mehrzahl von Ladeeinrichtungen sicher und zuverlässig an einem Ener- gieversorgungsnetz zu betreiben.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren und eine Steuereinrichtung nach den unabhängigen Patentansprüchen. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens und der Steuereinrichtung sind in den jeweiligen abhängigen Patentansprüchen angegeben. Erfindungsgemäß angegeben wird ein Verfahren zum Begrenzen der elektrischen Leistung beim Laden von Fahrbatterien elektrisch antreibbarer Fahrzeuge, wobei an einem Energieversorgungsnetz eine Mehrzahl von Ladeeinrichtungen angeschlossen ist, an welchen jeweils eine Fahrbatterie eines elektrisch antreibbaren Fahrzeugs aufladbar ist. Bei diesem Verfahren werden aus der Mehrzahl von Ladeeinrichtungen diejenigen Ladeeinrichtungen ermittelt, mittels der zu einem Ermittlungs¬ zeitpunkt gleichzeitig Fahrbatterien von Fahrzeugen geladen werden, und die elektrische Leistung (Ladeleistung) der ermittelten Ladeeinrichtungen wird (ab dem Ermittlungszeitpunkt) jeweils auf einen Grenzwert begrenzt. Dadurch wird ei¬ ne Überlastung des Energieversorgungsnetzes sicher vermieden. Die elektrische Leistung kann dabei wahlweise der Leistungs- aufnähme oder der Leistungsabgabe der Ladeeinrichtung ent¬ sprechen. Der Ermittlungszeitpunkt kann z.B. der aktuelle Zeitpunkt oder ein in der Zukunft liegender Zeitpunkt sein. Bei diesem Verfahren ist besonders vorteilhaft, dass die elektrische Leistung der Ladeeinrichtungen jeweils auf den Grenzwert begrenzt wird. Dieser Grenzwert kann den Maximal¬ wert angeben, bis zu dem elektrische Leistung an jeder der Ladeeinrichtungen zum Zwecke des Ladens der Fahrbatterie ent¬ nommen werden kann.
Alternativ kann der Grenzwert auch die maximale Leistung an- geben, die von jeder Ladeeinrichtung aus dem Energieversorgungsnetz entnommen werden darf (in diesem Fall wird auch die Verlustleistung innerhalb der Ladeeinrichtung berücksichtigt) . Der Grenzwert kann so ermittelt werden, dass er dem Quotienten aus der von dem Energieversorgungsnetz (z.B. maximal) bereitstellbaren elektrischen Leistung und der Anzahl der ermittelten Ladeeinrichtungen entspricht. Dadurch wird sichergestellt, dass auch bei gleichzeitigem Laden der Fahrbatte- rien an sämtlichen ermittelten Ladeeinrichtungen die an dem Energieversorgungsnetz entnommene elektrische Leistung keine unzulässig großen Werte annehmen kann. Damit wird z.B. eine Überlastung des Energieversorgungsnetzes sicher und zuverläs¬ sig vermieden.
Der Grenzwert kann so ermittelt werden, dass er dem Quotien- ten aus der von dem Energieversorgungsnetz bereitstellbaren elektrischen Wirkleistung und der Anzahl der ermittelten Ladeeinrichtungen entspricht. Hierbei wird bei der Ermittlung des Grenzwertes die bereitstellbare elektrische Wirkleistung verwendet .
Das Verfahren kann so ablaufen, dass von einer zentralen Steuereinrichtung die Ladeeinrichtungen ermittelt werden, mittels der zum Ermittlungszeitpunkt gleichzeitig Fahrbatte¬ rien von Fahrzeugen geladen werden. Hierbei erfolgt die Er- mittlung der Ladeeinrichtungen von einer zentralen Steuereinrichtung. Mittels einer solchen zentralen Steuereinrichtung können eine Vielzahl von Ladeeinrichtungen gesteuert werden bzw. die zum Ermittlungszeitpunkt ladenden Ladeeinrichtungen ermittelt werden.
Das Verfahren kann auch so ablaufen, dass die zentrale Steuereinrichtung mindestens eine Statusnachricht von den Lade¬ einrichtungen empfängt und anhand dieser Statusnachricht er¬ kannt wird, mittels welcher Ladeeinrichtungen zum Ermitt- lungszeitpunkt gleichzeitig Fahrbatterien von Fahrzeugen ge¬ laden werden. Mittels des Empfangs mindestens einer solchen Statusnachricht kann die zentrale Steuereinrichtung einfach und zuverlässig erkennen, an welchen der Ladeeinrichtungen gleichzeitig Fahrbatterien aufgeladen werden. Insbesondere lässt sich bei Installation neuer Ladeeinrichtungen das Verfahren einfach an eine größer werdende Zahl von Ladeeinrichtungen anpassen, ohne dass an der Steuereinrichtung aufwendige Veränderungen vorgenommen zu werden brauchen. Das Verfahren kann so ablaufen, dass von einer zentralen
Steuereinrichtung die elektrische Leistung der ermittelten Ladeeinrichtungen auf den Grenzwert begrenzt wird. Das Verfahren kann dabei so ablaufen, dass von der Steuereinrichtung zum Begrenzen der Ladeleistung eine Kommandonachricht an die ermittelten Ladeeinrichtungen gesendet wird. Diese Kommandonachricht kann Informationen über den Grenzwert enthalten. Auf den Empfang der Kommandonachricht hin begrenzen die Ladeeinrichtungen ihre elektrische Leistung auf den Grenzwert . Erfindungsgemäß angegeben wird weiterhin eine Steuereinrichtung zum Begrenzen der elektrischen Leistung beim Laden von Fahrbatterien elektrisch antreibbarer Fahrzeuge. Diese Steuereinrichtung ist eingerichtet, aus einer Mehrzahl von an einem Energieversorgungsnetz angeschlossenen Ladeeinrichtungen (an welchen jeweils eine Fahrbatterie eines elektrisch antreibbaren Fahrzeugs aufladbar ist) diejenigen Ladeeinrichtungen zu ermitteln, mittels der zu einem Ermittlungszeit¬ punkt gleichzeitig Fahrbatterien von Fahrzeugen geladen werden, und die elektrische Leistung der ermittelten Ladeein- richtungen (ab dem Ermittlungszeitpunkt) jeweils auf einen Grenzwert zu begrenzen.
Diese Steuereinrichtung kann ausgestaltet sein, den Grenzwert so zu ermitteln, dass er dem Quotienten aus der von dem Ener- gieversorgungsnetz (z.B. maximal) bereitstellbaren elektrischen Leistung und der Anzahl der ermittelten Ladeeinrichtungen entspricht.
Die Steuereinrichtung kann auch ausgestaltet sein, den Grenz- wert so zu ermitteln, dass er dem Quotienten aus der von dem Energieversorgungsnetz bereitstellbaren elektrischen Wirkleistung und der Anzahl der ermittelten Ladeeinrichtungen entspricht . Die Steuereinrichtung kann auch ausgestaltet sein, mindestens eine Statusnachricht von den Ladeeinrichtungen zu empfangen und anhand dieser Statusnachricht zu erkennen, mittels wel- eher Ladeeinrichtungen zum Ermittlungszeitpunkt gleichzeitig Fahrbatterien von Fahrzeugen geladen werden.
Die Steuereinrichtung kann auch ausgestaltet sein, zum Be- grenzen der elektrischen Leistung eine Kommandonachricht an die ermittelten Ladeeinrichtungen zu senden, wobei die Kommandonachricht Informationen über den Grenzwert enthält.
Diese Steuereinrichtung weist ebenfalls die Vorteile auf, die oben im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren angegeben sind.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbei¬ spiels näher erläutert. Dazu ist in
Figur 1 ein Ausführungsbeispiel von vier Ladeeinrichtungen mit einer zentralen Steuereinrichtung und in
Figur 2 ein beispielhafter Zeitablauf bei Durchführung des
Verfahrens dargestellt .
In Figur 1 ist schematisch ein Energieversorgungsnetz 1 dar- gestellt, bei dem es sich im Ausführungsbeispiel um ein Mit- telspannungs-Energieversorgungsnetz oder um Niederspannungs- Energieversorgungsnetz handelt. An einem Abzweig 3 dieses Energieversorgungsnetzes 1 wird Wechselstrom bzw. Wechsel¬ spannung zur Verfügung gestellt. Der Abzweig 3 ist mit einem Transformator 5 verbunden, mittels dem das Spannungsniveau auf eine benötigte Größe eingestellt werden kann und/oder ei¬ ne galvanische Trennung realisiert werden kann. Dieser Trans¬ formator 5 ist optional, er kann in anderen Ausführungsbei¬ spielen auch weggelassen werden.
Der Abzweig 3 des Energieversorgungsnetzes 1 ist über den Transformator 5 und Leistungsleiter 7 (Leistungskabel 7) elektrisch mit einer ersten Ladeeinrichtung 10 verbunden. Diese erste Ladeeinrichtung 10 weist einen ersten Leistungs¬ pfad 12 auf, über den die von dem Abzweig 3 des Energieversorgungsnetzes 1 stammende elektrische Energie zu einer ers- ten Fahrbatterie 16 eines ersten elektrisch antreibbaren
Fahrzeugs 18 geleitet wird. Der erste Leistungspfad 12 ent¬ hält beispielsweise elektronische Bauelemente der Leistungs¬ elektronik, Sicherungen, Schalteinrichtungen und/oder Messeinrichtungen. Die Energieleitung zu der ersten Fahrbatterie 16 erfolgt mittels eines ersten Ladekabels 19. Weiterhin weist die erste Ladeeinrichtung 10 eine erste Steuereinrichtung 20 auf, welche den Betrieb der ersten Ladeeinrichtung überwacht und steuert. Weiterhin ist das Energieversorgungsnetz 1 mittels der Leistungsleiter 7 elektrisch mit einer zweiten Ladeeinrichtung 30 verbunden. Die zweite Ladeeinrichtung 30 weist - ähnlich der ersten Ladeeinrichtung 10 - einen zweiten Leistungspfad 32 auf, der mittels eines zweiten Ladekabels 35 die von dem Energieversorgungsnetz 1 stammende elektrische Energie zu ei¬ ner zweiten Fahrbatterie 36 eines zweiten elektrisch antreib¬ baren Fahrzeugs 38 überträgt. Die zweite Ladeeinrichtung 30 weist eine zweite Steuereinrichtung 40 auf, welche den Be¬ trieb der zweiten Ladeeinrichtung 30 überwacht und steuert.
In gleicher Art und Weise ist der Abzweig 3 des Energiever¬ sorgungsnetzes 1 mittels der Leistungsleiter 7 mit einer dritten Ladeeinrichtung 50 elektrisch verbunden. Die dritte Ladeeinrichtung 50 weist einen dritten Leistungspfad 52 auf, der mittels eines dritten Ladekabels 55 die von dem Energie¬ versorgungsnetz 1 stammende elektrische Energie zu einer dritten Fahrbatterie 56 eines dritten elektrisch antreibbaren Fahrzeugs 58 überträgt. Die dritte Ladeeinrichtung 50 weist eine dritte Steuereinrichtung 60 auf, welche den Betrieb der dritten Ladeeinrichtung 50 überwacht und steuert. Weiterhin ist der Abzweig 3 des Energieversorgungsnetzes 1 mittels der Leistungsleiter 7 elektrisch mit einer vierten Ladeeinrichtung 70 verbunden. Die vierte Ladeeinrichtung 70 weist einen vierten Leistungspfad 72 auf, der mittels eines vierten Ladekabels 75 die von dem Abzweig 3 stammende elekt¬ rische Energie zu einer vierten Fahrbatterie 76 eines vierten elektrisch antreibbaren Fahrzeugs 78 überträgt. Die vierte Ladeeinrichtung 70 weist eine vierte Steuereinrichtung 80 auf, welche den Betrieb der vierten Ladeeinrichtung 70 über- wacht und steuert. Beispielsweise kann jede der Ladeeinrich¬ tungen 10, 30, 50 und 70 die jeweils angeschlossene Fahrbat¬ terie mit Wirkleistungen bis zu 44 KW aufladen.
Die erste Steuereinrichtung 20 der ersten Ladeeinrichtung 10, die zweite Steuereinrichtung 40 der zweiten Ladeeinrichtung 30, die dritte Steuereinrichtung 60 der dritten Ladeeinrichtung 50 und die vierte Steuereinrichtung 80 der vierten Ladeeinrichtung 70 ist mittels Kommunikationsleitern 82 (Kommunikationskabeln 82) mit einer zentralen Steuereinrichtung 84 elektrisch verbunden. Die zentrale Steuereinrichtung 84 weist eine Kommunikationseinheit 86 und eine Steuereinheit 88 auf. Mittels der Kommunikationseinheit 86 kann die zentrale Steu¬ ereinrichtung 84 Nachrichten von den Ladeeinrichtungen 10, 30, 50 und 70 und von dem Energieversorgungsnetz 1 empfangen und Nachrichten an die Ladeeinrichtungen 10, 30, 50 und 70 senden. Mittels der Steuereinheit 88 verarbeitet die zentrale Steuereinrichtung 84 die empfangenen Nachrichten und führt Steueraufgaben durch. In Figur 2 ist ein beispielhafter Zeitablauf bei der Durchführung des Verfahrens dargestellt. Im Folgenden wird mittels der Figuren 1 und 2 ein Ausführungsbeispiel des Verfahrens zum Begrenzen der elektrischen Leistung beim Laden von Fahrbatterien elektrischer antreibbarer Fahrzeuge beschrieben.
Zum Zeitpunkt tO (vgl. Figur 2) wird mittels der ersten Lade¬ einrichtung 10 die erste Fahrbatterie 16 und mittels der dritten Ladeeinrichtung 50 die dritte Fahrbatterie 56 gleichzeitig geladen. Die zweite Fahrbatterie 36 und die vierte Fahrbatterie 56 werden jedoch nicht geladen. Zum Laden steht an dem Abzweig 3 als bereitstellbare elektrische Leistung die maximal bereitstellbare elektrische Wirkleistung Pmax zur
Verfügung. Die erste Ladeeinrichtung 10 wird durch die erste Steuereinrichtung 20 und die dritte Ladeeinrichtung 50 wird durch die dritte Steuereinrichtung 60 so gesteuert, dass so¬ wohl die erste Fahrbatterie 16 als auch die dritte Fahrbatte- rie 56 jeweils mit der halben an dem Abzweig der Energieversorgungsnetzes bereitstellbaren elektrischen Wirkleistung Pmax aufgeladen werden. Dabei wird die erste Fahrbatterie 16 mit der ersten Leistung PI aufgeladen und die dritte Fahrbatterie 56 wird mit der Leistung (Pmax - PI) aufgeladen. Es gilt: Pmax = 2 PI . (Die Verlustleistung der Ladeeinrichtungen wird hier vernachlässigt.)
Ab dem Zeitpunkt tl soll an der zweiten Ladeeinrichtung 30 zusätzlich die zweite Fahrbatterie 36 des zweiten elektrisch antreibbaren Fahrzeugs 38 aufgeladen werden. Daher sendet die Steuereinrichtung 40 der zweiten Ladeeinrichtung 30 eine Statusnachricht 92 über die Kommunikationsleiter 82 zu der zentralen Steuereinrichtung 84. Diese Statusnachricht 92 enthält die Informationen, dass ab dem Zeitpunkt tl die zweite Fahr- batterie 36 aufgeladen werden soll, d. h. dass zum Zeitpunkt tl der Ladevorgang für die zweite Fahrbatterie 36 beginnt. Der Zeitpunkt tl ist hier also der Ermittlungszeitpunkt. Die zentrale Steuereinrichtung 84 empfängt mittels der Kommunika¬ tionseinheit 86 diese Statusnachricht 92 und wertet deren In- halt mittels der Steuereinheit 88 aus. Da die zentrale Steu¬ ereinrichtung 88 keine anderslautenden Statusnachrichten von der ersten Ladeeinrichtung 10 und von der dritten Ladeeinrichtung 50 erhält, ist bei der zentralen Steuereinrichtung 84 bekannt, dass zum Zeitpunkt tl der Ladevorgang an der ers- ten Ladeeinrichtung 10 und der dritten Ladeeinrichtung 50 weitergeführt wird. Daher liegt bei Empfang der Statusnach¬ richt 92 bei der zentralen Steuereinrichtung 84 die Informa- tion vor, dass ab dem Zeitpunkt tl an drei Ladeeinrichtungen gleichzeitig Fahrbatterien von Fahrzeugen geladen werden sollen, nämlich an der ersten Ladeeinrichtung 10, an der zweiten Ladeeinrichtung 30 und an der dritten Ladeeinrichtung 50. Die Anzahl der Ladeeinrichtungen, an denen ab dem Zeitpunkt tl gleichzeitig Fahrbatterien geladen werden sollen, beträgt also 3. (Alternativ oder zusätzlich können auch die erste Steuereinrichtung 20 eine Statusnachricht 93 und/oder die dritte Steuereinrichtung 60 eine Statusnachricht 94 an die zentrale Steuereinrichtung 84 senden, wobei die Statusnachrichten 93 die Informationen enthält, dass die erste Ladeeinrichtung 10 weiterhin die Fahrbatterie 16 auflädt und/oder die Status¬ nachricht 94 die Informationen enthält, dass die dritte Lade¬ einrichtung 50 weiterhin die Fahrbatterie 56 auflädt. Nach dem Empfang der Statusnachrichten 92, 93 und 94 liegen dann bei der zentralen Steuereinrichtung 84 die Informationen vor, dass ab dem Zeitpunkt tl an den drei Ladeeinrichtungen 10, 30 und 50 gleichzeitig Fahrbatterien von Fahrzeugen geladen werden . )
Weiterhin liegt bei der zentralen Steuereinrichtung 84 ein Kennwert für die an dem Energieversorgungsnetz 1 bereitstellbare elektrische Leistung vor. Im Ausführungsbeispiel handelt es sich bei diesem Kennwert um die an dem Abzweig 3 des Ener- gieversorgungsnetzes 1 maximal bereitstellbare elektrische Wirkleistung Pmax . Informationen über diese an dem Energieversorgungsnetz 1 bereitstellbare elektrische Leistung wurden beispielsweise schon früher von dem Energieversorgungsnetz 1 über die Kommunikationsleiter 82 zu der zentralen Steuerein- richtung 84 übertragen. In einem anderen Ausführungsbeispiel kann es sich bei dem Kennwert auch um eine andere Größe han¬ deln, beispielsweise um die von dem Energieversorgungsnetz 1 maximal bereitstellbare elektrische Leistung an regenerativ erzeugtem elektrischen Strom („Ökostrom" ) .
Daraufhin ermittelt die Steuereinheit 88 der zentralen Steu¬ ereinrichtung 84 den Quotienten aus der an dem Abzweig 3 be- reitstellbaren elektrischen Leistung Pmax und der Anzahl der ermittelten Ladeeinrichtungen. Im Ausführungsbeispiel beträgt
Pmax
dieser Quotient ein Drittel von Pmax, also .
Daraufhin sendet die zentrale Steuereinrichtung 84 mittels der Kommunikationseinheit 86 eine Kommandonachricht 95 an die erste Ladeeinrichtung 10, die zweite Ladeeinrichtung 30 und an die dritte Ladeeinrichtung 50. Diese Kommandonachricht 95 ■ , , Pmax enthalt Informationen über den Grenzwert und optional
3
zusätzlich Informationen über den Zeitpunkt tl. Mittels dieser Kommandonachricht 95 werden die jeweiligen Steuereinrichtungen der Ladeeinrichtungen also angewiesen, die elektrische Leistung der Ladeeinrichtungen (im Ausführungsbeispiel z.B. die elektrische Leistungsabgabe) ab dem Zeitpunkt tl jeweils
Pmax
auf den Grenzwert zu begrenzen.
Auf den Empfang der Kommandonachrichten 95 hin begrenzen die Steuereinrichtungen 20, 40, 60 der Ladeeinrichtungen 10, 30, 50 die elektrische Leistung der Ladeeinrichtungen ab dem Zeitpunkt tl auf diesen Grenzwert —-— . Daraufhin wird ab dem Zeitpunkt tl an jeder der drei Ladeeinrichtungen die jeweils angeschlossene Fahrbatterie maximal mit der Leistung
Pmax ^ . . , . . , . ^ ,
—-— aufgeladen. Dies ist auch im Diagramm der Figur 2 dargestellt: Ab dem Zeitpunkt tl wird die Fahrbatterie 16 an der ersten Ladeeinrichtung 10 nur noch maximal mit der Leistung
P2 = —-— aufgeladen. Die zweite Fahrbatterie 36 wird an der zweiten Ladeeinrichtung 30 nur noch maximal mit der Leistung (P3 - P2) = —-— aufgeladen. Ebenso wird die dritte Fahrbat¬ terie 56 an der dritten Ladeeinrichtung 50 nur noch maximal mit der Leistung (Pmax - P3) = aufgeladen. Die elektri- sehe Leistung der ermittelten Ladeeinrichtungen 10, 30 und 50
, Pmax n
wird also jeweils auf den Grenzwert —-— begrenzt.
Damit ist sichergestellt, dass auch nach dem Zeitpunkt tl die maximal an dem Abzweig 3 des Energieversorgungsnetzes 1 be¬ reitstellbare elektrische Leistung Pmax selbst dann nicht überschritten wird, wenn an jeder der drei Ladeeinrichtungen
Pmax π . n
der Grenzwert —-— der elektrischen Leistung voll ausgenutzt wird. (Wenn die Kommandonachricht 95 keine Informationen über den Ermittlungszeitpunkt tl enthält, dann begrenzen die Steu¬ ereinrichtungen 20, 40, 60 der Ladeeinrichtungen 10, 30, 50 die elektrische Leistung der Ladeeinrichtungen ab dem Empfang
Pmax
der Kommandonachricht 95 auf den Grenzwert . )
Wenn sich zum Zeitpunkt t2 die Anzahl der gleichzeitig zu la denden Fahrbatterien ändert, wird das beschriebene Verfahren wiederholt .
Bei dem bisher beschriebenen Verfahren wurde die in den Ladeeinrichtungen auftretende Verlustleistung vernachlässigt. Bei einem anderen Verfahrensablauf kann diese Verlustleistung jedoch auch berücksichtigt werden: Dann wird von der Steuereinrichtung der jeweiligen Ladeeinrichtungen nicht die Leistungsabgabe der Ladeeinrichtung an die Fahrbatterie auf den
Pmax π π ^
Grenzwert —-— begrenzt, sondern die Leistungsaufnahme der
Ladeeinrichtung von dem Energieversorgungsnetz 1 wird auf den
Pmax
Grenzwert —-— begrenzt.
Beim Begrenzen der elektrischen Leistung der Ladeeinrichtungen kann die Reaktionszeit der Fahrzeuge 18, 38, 58 und 78 beachtet werden, d.h. die Zeitspanne zwischen dem Absenden der Kommandonachricht und dem Einhalten des neuen Grenzwertes der Leistung. Wenn innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne der neue Grenzwert nicht eingehalten wird, dann wird der La¬ devorgang unterbrochen. Es wurde ein Verfahren und eine Steuereinrichtung beschrieben, welche es ermöglichen, eine Mehrzahl von Ladeeinrichtungen sicher und zuverlässig an einem Abzweig eines Energiever- sorgungsnetzes zu betreiben. Dabei wird die elektrische Leis¬ tung derjenigen Ladeeinrichtungen, an denen gleichzeitig Fahrbatterien aufgeladen werden, auf einen Grenzwert begrenzt. Dieser Grenzwert entspricht dem Quotienten aus der von dem Energieversorgungsnetz bereitstellbaren elektrischen Leistung und der Anzahl der gleichzeitig ladenden Ladeeinrichtungen. Dadurch wird insbesondere eine Überlastung des Energieversorgungsnetzes zuverlässig vermieden.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Begrenzen der elektrischen Leistung beim Laden von Fahrbatterien (16, 36, 56, 76) elektrisch antreibba- rer Fahrzeuge (18, 38, 58, 78), wobei an einem Energieversor¬ gungsnetz (1) eine Mehrzahl von Ladeeinrichtungen (10, 30, 50, 70) angeschlossen ist, an welchen jeweils eine Fahrbatte¬ rie (16, 36, 56, 76) eines elektrisch antreibbaren Fahrzeugs (18, 38, 58, 78) aufladbar ist, wobei bei dem Verfahren
- aus der Mehrzahl von Ladeeinrichtungen (10, 30, 50, 70) diejenigen Ladeeinrichtungen (10, 30, 50) ermittelt werden, mittels der zu einem Ermittlungszeitpunkt (tl) gleichzeitig Fahrbatterien (16, 36, 56) von Fahrzeugen (18, 38, 58) geladen werden, und
- die elektrische Leistung der ermittelten Ladeeinrichtungen (10, 30, 50) jeweils auf einen Grenzwert begrenzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
- der Grenzwert so ermittelt wird, dass er dem Quotienten aus der von dem Energieversorgungsnetz (1) bereitstellbaren elektrischen Leistung und der Anzahl der ermittelten Ladeeinrichtungen (10, 30, 50) entspricht.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
- der Grenzwert so ermittelt wird, dass er dem Quotienten aus der von dem Energieversorgungsnetz (1) bereitstellbaren elektrischen Wirkleistung und der Anzahl der ermittelten La- deeinrichtungen (10, 30, 50) entspricht.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
- von einer zentralen Steuereinrichtung (84) die Ladeeinrich- tungen (10, 30, 50) ermittelt werden, mittels der zum Ermitt¬ lungszeitpunkt (tl) gleichzeitig Fahrbatterien (16, 36, 56) von Fahrzeugen (18, 38, 58) geladen werden.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
- die zentrale Steuereinrichtung (84) mindestens eine Status- nachricht (92) von den Ladeeinrichtungen empfängt und anhand dieser Statusnachricht (92) erkannt wird, mittels welcher La¬ deeinrichtungen (10, 30, 50) zum Ermittlungszeitpunkt gleich¬ zeitig Fahrbatterien (16, 36, 56) von Fahrzeugen (18, 38, 58) geladen werden.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
- von einer zentralen Steuereinrichtung (84) die elektrische Leistung der ermittelten Ladeeinrichtungen (10, 30, 50) auf den Grenzwert begrenzt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
- von der Steuereinrichtung (84) zum Begrenzen der elektri- sehen Leistung eine Kommandonachricht (95) an die ermittelten
Ladeeinrichtungen (10, 30, 50) gesendet wird.
8. Steuereinrichtung (84) zum Begrenzen der elektrischen Leistung beim Laden von Fahrbatterien (16, 36, 56, 76) elek- trisch antreibbarer Fahrzeuge (18, 38, 58, 78), wobei die Steuereinrichtung ausgestaltet ist
- aus einer Mehrzahl von an einem Energieversorgungsnetz (1) angeschlossenen Ladeeinrichtungen (10, 30, 50, 70) diejenigen Ladeeinrichtungen (10, 30, 50) zu ermitteln, mittels der zu einem Ermittlungszeitpunkt (tl) gleichzeitig Fahrbatterien
(16, 36, 56) von Fahrzeugen (18, 38, 58) geladen werden, und
- die elektrische Leistung der ermittelten Ladeeinrichtungen (10, 30, 50) jeweils auf einen Grenzwert zu begrenzen.
9. Steuereinrichtung nach Anspruch 8,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass - die Steuereinrichtung (84) ausgestaltet ist, den Grenzwert so zu ermitteln, dass er dem Quotienten aus der von dem Energieversorgungsnetz (1) bereitstellbaren elektrischen Leistung und der Anzahl der ermittelten Ladeeinrichtungen (10, 30, 50) entspricht.
10. Steuereinrichtung nach Anspruch 8 oder 9,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
- die Steuereinrichtung (84) ausgestaltet ist, den Grenzwert so zu ermitteln, dass er dem Quotienten aus der von dem Energieversorgungsnetz (1) bereitstellbaren elektrischen Wirkleistung und der Anzahl der ermittelten Ladeeinrichtungen (10, 30, 50) entspricht.
11. Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
- die Steuereinrichtung (84) ausgestaltet ist, mindestens ei¬ ne Statusnachricht (92) von den Ladeeinrichtungen (10, 30, 50) zu empfangen und anhand dieser Statusnachricht (92) zu erkennen, mittels welcher Ladeeinrichtungen (10, 30, 50) zum Ermittlungszeitpunkt (tl) gleichzeitig Fahrbatterien (16, 36, 56) von Fahrzeugen (18, 38, 58) geladen werden.
12. Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
- die Steuereinrichtung (84) ausgestaltet ist, zum Begrenzen der elektrischen Leistung eine Kommandonachricht (95) an die ermittelten Ladeeinrichtungen (10, 30, 50) zu senden, wobei die Kommandonachricht (95) Informationen über den Grenzwert enthält.
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