WO2020260615A1 - Method and system for coordinating charging operations for electric vehicles - Google Patents

Verfahren und System zur Koordination von Ladevorgängen für Elektrofahrzeuge Method and system for coordinating charging processes for electric vehicles

Beschreibung description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur dynamischen Koordination von Ladevorgängen für eine Mehrzahl von Elektrofahrzeugen, sowie ein derartiges System. The invention relates to a method for the dynamic coordination of charging processes for a plurality of electric vehicles, and to such a system.

Die Umstellung der Antriebsart für Kraftfahrzeuge von Fahrzeugen mit The conversion of the drive type for motor vehicles from vehicles with

Verbrennungsmotoren zu elektrisch angetriebenen Fahrzeugen stellt erhebliche neue Anforderungen an die Energieversorgung, da die Energiespeicher von vielen Combustion engines to electrically driven vehicles places considerable new demands on the energy supply, since the energy storage of many

Elektrofahrzeuge mit erheblichen Ladeleistungen geladen werden müssen. Insbesondere Lieferdienste sind Vorreiter bei der Umstellung ihrer Fahrzeugflotte auf Elektrofahrzeuge, und sie sind darauf angewiesen, dass ihre Fahrzeuge in kurzer Zeit und in großer Anzahl an den Logistikpunkten der Lieferdienste geladen werden können. Gleiches gilt für zukünftige Ladestationen an Autobahnen zur Bedienung des individuellen Mobilitätsbedürfnisses. Electric vehicles have to be charged with considerable charging capacities. Delivery services in particular are pioneers in converting their vehicle fleets to electric vehicles, and they rely on the fact that their vehicles can be charged in a short time and in large numbers at the logistics points of the delivery services. The same applies to future charging stations on motorways to serve individual mobility needs.

Ein hierdurch entstehender Leistungsbedarf kann an diesen Logistikpunkten die A resulting power requirement at these logistics points can be the

vorhandenen Komponenten des Energieversorgungsnetz, insbesondere Transformatoren, die eine Netzspannung von einem Hochspannungsnetz auf ein die Logistikpunkte versorgendes lokales Netz anpassen, schnell überlasten, auch wenn die Transformatoren über ihre Nennkapazität hinaus für eine gewisse Zeit mit einer deutlich höheren Leistung belastet werden können, ohne Schaden zu nehmen. Die Überlastschwelle an einem Existing components of the energy supply network, in particular transformers that adapt a network voltage from a high-voltage network to a local network supplying the logistics points, quickly overload, even if the transformers can be loaded with a significantly higher power beyond their nominal capacity for a certain time without causing damage to take. The overload threshold on one

Transformator, ab der dieser übermäßig geschädigt wird, ist aber nicht fest definiert, sondern eine in der Regel empirisch zu ermittelnde Funktion der Höhe und Dauer der Überlast, aber auch der Vorbelastung. Von daher ist eine dynamische und kontinuierliche Nachkalkulation der Überlastschwelle erforderlich, um die verfügbare Überlastmarge eines Transformators vollständig nutzen zu können. The transformer from which it is excessively damaged is not firmly defined, but a function of the level and duration of the overload, but also the previous load, which is usually to be determined empirically. A dynamic and continuous recalculation of the overload threshold is therefore necessary in order to be able to fully use the available overload margin of a transformer.

Daher entsteht die Anforderung, die durch das Laden der Elektrofahrzeuge entstehenden Leistungsverläufe zu prognostizieren und eine Überlastungsmarge der Transformatoren durch Koordinierung der Ladevorgänge optimal nutzen zu können, um möglichst viele Elektrofahrzeuge in kurzer Zeit laden zu können. Diese Anforderung ist natürlich nicht von der oben vorgestellten Anwendung abhängig, sondern entsteht auch, wenn eine große Anzahl von Elektrofahrzeugen über eine gemeinsame Ressource wie einen Transformator geladen werden muss. Dies kann beispielsweise auch in einem Wohngebiet der Fall sein, in dem private Kraftfahrzeuge als Elektrofahrzeuge genutzt werden, wobei das Wohngebiet über einen gemeinsamen Ortsnetztransformator an elektrisches Versorgungsnetzwerk angebunden ist. Therefore, the requirement arises to forecast the performance curves resulting from the charging of the electric vehicles and to be able to optimally use an overload margin of the transformers by coordinating the charging processes in order to be able to charge as many electric vehicles as possible in a short time. Of course, this requirement does not depend on the application presented above, but also arises when a large number of electric vehicles have to be charged via a common resource such as a transformer. This can also be the case, for example, in a residential area in which private motor vehicles are used as electric vehicles, the residential area is connected to the electrical supply network via a common local network transformer.

In der Schrift EP 3 489 076 A1 wird ein Verfahren zur Leistungsregelung eines Ladeparks mit einer Mehrzahl von Ladepunkten beschrieben, wobei die Gesamtleistung des Ladeparks so eingeregelt wird, dass eine über ein Abrechnungsintervall gemittelte Leistung eine zwischen Netzbetreiber und Ladeparkbetreiber vereinbarte Netzanschlussleistung nicht überschritten wird. Hierbei wird eine Überlastfähigkeit eines den Ladepark mit einem Document EP 3 489 076 A1 describes a method for regulating the power of a charging park with a plurality of charging points, the total power of the charging park being regulated in such a way that a power averaged over a billing interval does not exceed a network connection power agreed between the network operator and the charging park operator. Here, an overload capacity of the charging park with a

Mittelspannungsnetz verbindenden Mittelspannungstrafos beachtet. The medium-voltage transformers connecting the medium-voltage network are observed.

Die Schrift EP 2 505 421 B 1 offenbart ein System zur Planung eines Leistungsbedarf, bei dem Überlastungsdaten eines Transformators und Ladebedarfsdaten von Elektrofahrzeugen in einer zentralen Steuerung empfangen werden und dort ein Ladeplan unter Ausnutzung einer Überlastungsmarge des Transformators bestimmt wird. Nachteilig bei diesem Document EP 2 505 421 B1 discloses a system for planning a power requirement, in which overload data of a transformer and charging requirement data of electric vehicles are received in a central controller and a charging plan is determined there using an overload margin of the transformer. Disadvantage of this

Verfahren ist, dass der Ladebedarf aller Fahrzeuge des zu erstellenden Ladeplans vorliegen muss, bevor das Verfahren durchgeführt werden kann. The procedure is that the charging requirements of all vehicles in the charging plan to be created must be available before the procedure can be carried out.

In der Praxis besteht die Anforderung, den Lageplan dynamisch erstellen zu können, da die Elektrofahrzeuge zu unterschiedlichen Zeitpunkten zum Laden an ihren Ladepunkt angeschlossen werden und deren Ladebedarf entsprechend zu unterschiedlichen In practice, there is a requirement to be able to create the site plan dynamically, since the electric vehicles are connected to their charging point at different times and their charging requirements differ accordingly

Zeitpunkten bekannt wird. Hierbei sollte beim Anschließen des Elektrofahrzeugs auch zuverlässig festgestellt werden können, ob und in welchem Umfang der Ladebedarf des Elektrofahrzeugs befriedigt werden kann. Außerdem soll sichergestellt werden, dass der Leistungsbedarf weiterer Lasten des lokalen Netzes befriedigt werden kann. Times becomes known. When connecting the electric vehicle, it should also be possible to reliably determine whether and to what extent the charging requirement of the electric vehicle can be satisfied. In addition, it should be ensured that the power requirements of other loads in the local network can be satisfied.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese in der Praxis bestehende Anforderung erfüllen zu können. The invention is based on the object of being able to meet this requirement that exists in practice.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 , sowie durch ein System mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 7. Die abhängigen Ansprüche beschreiben bevorzugte Ausführungsformen. This object is achieved by a method with the features of independent claim 1 and by a system with the features of independent claim 7. The dependent claims describe preferred embodiments.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur dynamischen Koordination von Ladevorgängen für eine Mehrzahl von Elektrofahrzeugen, die über Ladepunkte zu laden sind, die über ein lokales Netz an einen gemeinsamen Transformator angeschlossen sind, ist gekennzeichnet durch ein Erfassen von Systemdaten, die eine Nennkapazität, ein A method according to the invention for the dynamic coordination of charging processes for a plurality of electric vehicles that are to be charged via charging points that are connected to a common transformer via a local network is characterized by the acquisition of system data that have a nominal capacity

Überlastbewertungsschema und einen Überlastgrenzwert für den Transformator aufweisen. Für weitere an das lokale Netz angeschlossene Lasten wird eine Lastprognose empfangen. Hierunter fällt auch der Fall, dass lediglich Daten zur Erstellung einer Lastprognose empfangen werden. Unter Nutzung des Überlastbewertungsschemas und unter Berücksichtigung zumindest der Lastverlaufsprognose für die weiteren an den Transformator angeschlossenen Lasten wird ein Überlastverlauf des Transformators bestimmt. Der Überlastverlauf des Transformators wird regelmäßig aktualisiert, indem ein zeitlicher Verlauf einer über den T ransformator fließenden Leistung erfasst und bei der Aktualisierung berücksichtigt wird. Have an overload rating scheme and an overload limit for the transformer. A load forecast is received for other loads connected to the local network. This also includes the case that data is only received to create a load forecast. Using the overload rating scheme and under Taking into account at least the load profile prognosis for the other loads connected to the transformer, an overload profile of the transformer is determined. The overload profile of the transformer is updated regularly by recording a time profile of a power flowing through the transformer and taking it into account during the update.

Bei jedem Anschluss eines neuen Elektrofahrzeugs an einem Ladepunkt des lokalen Netzes wird zunächst ein Ladebedarf des neuen Elektrofahrzeugs empfangen, wobei der Each time a new electric vehicle is connected to a charging point in the local network, a charging requirement for the new electric vehicle is received, with the

Ladebedarf eine Energiemenge und einen Endpunkt, zu dem die Energiemenge in das neue Elektrofahrzeugs zu laden ist umfasst. Unter Berücksichtigung des zusätzlichen Ladebedarfs des neuen Elektrofahrzeugs wird ein möglicher Überlastverlauf des Transformators bestimmt und ein Maximalwert des möglichen Überlastverlaufs mit dem Überlastgrenzwert verglichen. Wenn der Maximalwert des möglichen Überlastverlaufs den Überlastgrenzwert nicht übersteigt, wird ein Laden des neuen Elektrofahrzeugs gemäß des Ladebedarfs genehmigt und durchgeführt, sowie der Überlastverlauf des Transformators unter Berücksichtigung des zusätzlichen Ladebedarfs des neuen Elektrofahrzeugs aktualisiert. Wenn der Maximalwert des möglichen Überlastverlaufs den Überlastgrenzwert allerdings übersteigt, wird der Ladebedarf abgelehnt und gegebenenfalls das Laden des neuen Elektrofahrzeugs blockiert. Bevorzugt wird das Genehmigen beziehungsweise das Ablehnen des Ladebedarfs dem Elektrofahrzeug mitgeteilt und einem Nutzer des Elektrofahrzeugs in geeigneter Form angezeigt. Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird abgesichert, dass ein einmal genehmigter Ladevorgang möglichst auch in der genehmigten Form ausgeführt werden kann, und nicht zu einem späteren Zeitpunkt abgeändert, unterbrochen oder gar Charging requirement includes an amount of energy and an end point at which the amount of energy is to be charged into the new electric vehicle. Taking into account the additional charging requirement of the new electric vehicle, a possible overload profile of the transformer is determined and a maximum value of the possible overload profile is compared with the overload limit value. If the maximum value of the possible overload profile does not exceed the overload limit value, charging of the new electric vehicle is approved and carried out in accordance with the charging requirement, and the overload profile of the transformer is updated taking into account the additional charging requirement of the new electric vehicle. However, if the maximum value of the possible overload profile exceeds the overload limit value, the charging requirement is rejected and the charging of the new electric vehicle is blocked if necessary. The approval or rejection of the charging requirement is preferably communicated to the electric vehicle and displayed to a user of the electric vehicle in a suitable form. The method according to the invention ensures that once a charging process has been approved, it can also be carried out in the approved form if possible, and not changed, interrupted or even at a later point in time

abgebrochen werden muss. must be canceled.

Das Überlastbewertungsschema ist hierbei ein Mittel, um abschätzen zu können, ob eine Überlastung des Transformators zu einer akzeptablen oder einer nicht akzeptablen The overload evaluation scheme is a means of assessing whether an overload of the transformer is acceptable or unacceptable

Belastung führt. Grundsätzlich sind Transformatoren recht robuste Einrichtungen, die auch eine über sie fließende Leistung, die die Nennkapazität erheblich überschreitet, für einen endlichen Zeitraum gestattet, ohne dass hierdurch eine sofortige Schädigung des Load leads. In principle, transformers are quite robust devices that also allow a power flowing through them that significantly exceeds the nominal capacity for a finite period of time without this causing immediate damage to the

Transformators eintritt. Auch eine Reduzierung der Lebensdauer des Transformators durch eine Überlastung kann in gewissen Grenzen akzeptabel sein. Das Transformer occurs. A reduction in the life of the transformer due to overloading can also be acceptable within certain limits. The

Überlastbewertungsschema kann insbesondere ein Rechenverfahren sein, das einen zeitlichen Verlauf einer über den Transformator fließenden Leistung bis zu einem Zeitpunkt t in eine Kennzahl O(t) umrechnet. Diese Kennzahl kann dann mit einem Grenzwert verglichen werden, wobei ein Überschreiten des Grenzwerts durch die Kennzahl O(t) anzeigt, dass die Überlastung des Transformators zum Zeitpunkt t ein akzeptables Maß überschritten hat. Das Überlastbewertungsschema kann aus einem thermischen Modell des Transformators erzeugt werden, welches das Erwärmungs- und Abkühlungsverhalten des Transformators als Funktion der fließenden Leistung berücksichtigt. Eine konkrete In particular, the overload assessment scheme can be a computation method which converts a time profile of a power flowing through the transformer up to a point in time t into a characteristic number O (t). This characteristic number can then be compared with a limit value, an exceeding of the limit value by the characteristic number O (t) indicates that the overload of the transformer at time t has exceeded an acceptable level. The overload rating scheme can be derived from a thermal model of the Transformer are generated, which takes into account the heating and cooling behavior of the transformer as a function of the flowing power. A concrete one

Möglichkeit für ein Überlastbewertungsschema ist eine gewichtete Integration der die Nennkapazität Po überschreitenden Leistung P über die Zeit: o The possibility for an overload evaluation scheme is a weighted integration of the power P exceeding the nominal capacity Po over time: o

0(0 j g(j) (P(t + P₀) dz 0 (0 jg (j) (P (t + P ₀ ) dz

Hierbei bezeichnet g(x) eine Gewichtungsfunktion, über die die thermische Trägheit des Transformators nachgebildet wird. Here, g (x) denotes a weighting function which is used to simulate the thermal inertia of the transformer.

Das Überlastbewertungsschema kann auch eine real am Transformator gemessene Temperatur berücksichtigen, um eine genauere Abschätzung der Überlastung zu ermöglichen. Insbesondere kann durch Berücksichtigung der real gemessenen Temperatur ein vereinfachter Verlauf einer über den Transformator fließenden Leistung genutzt werden, beispielsweise indem der Leistungsverlauf vor dem Zeitpunkt der Temperaturmessung unberücksichtigt bleiben kann. The overload evaluation scheme can also take into account a real temperature measured at the transformer in order to enable a more precise estimate of the overload. In particular, by taking into account the actually measured temperature, a simplified profile of a power flowing through the transformer can be used, for example in that the power profile before the time of the temperature measurement can be disregarded.

In einem konkreten Beispiel beschreibt das Überlastbewertungsschema eine reale oder virtuelle Temperatur. Beispielsweise kann das Überlastbewertungsschema unter In a specific example, the overload evaluation scheme describes a real or virtual temperature. For example, the overload rating scheme can be under

Berücksichtigung der Messung einer Temperatur T(t₀) zum Zeitpunkt t₀ folgendermaßen ausgedrückt werden:

Taking into account the measurement of a temperature T (t ₀ ) at time t ₀ can be expressed as follows:

Sofern der Ladebedarf des neu angeschlossenen Elektrofahrzeugs dazu führt, dass der Maximalwert des Überlastungsverlaufs den Überlastgrenzwert übersteigt, können in vorteilhaften Ausführungen des erfindungsgemäßen Verfahrens unterschiedliche Strategien verfolgt werden, um eine Genehmigung und Durchführung des Ladevorgangs zu einem späteren Zeitpunkt zu ermöglichen: in einer ersten Ausführungsform kann ein möglicher Ladebedarf, der unter Einhaltung des Überlastgrenzwerts erfüllt werden kann, bestimmt werden, wobei der mögliche Ladebedarf eine gegenüber dem abgelehnten Ladebedarf eine reduzierte Energiemenge oder einen späteren Endpunkt enthält, und nach Bestätigung des möglichen Ladebedarfs kann das neue Elektrofahrzeug gemäß des möglichen Ladebedarfs geladen werden. Hierdurch ergibt sich eine maximale Ausnutzung der Überlastmarge des Transformators, allerdings werden später eintreffende Elektrofahrzeuge mit einer geringeren Energiemenge versorgt oder eventuell auch gar nicht mehr geladen. If the charging requirement of the newly connected electric vehicle results in the maximum value of the overload profile exceeding the overload limit value, different strategies can be pursued in advantageous embodiments of the method according to the invention in order to enable approval and execution of the charging process at a later point in time: in a first embodiment, can a possible charging requirement, which can be met in compliance with the overload limit value, can be determined, the possible charging requirement containing a reduced amount of energy compared to the rejected charging requirement or a later end point, and after confirmation of the possible charging requirement, the new electric vehicle can be charged according to the possible charging requirement . This results in maximum utilization of the transformer's overload margin, however Electric vehicles arriving later are supplied with a smaller amount of energy or may not be charged at all.

In einer zweiten Ausführungsform kann eine Leistung, die an die weiteren an den In a second embodiment, a service that is to the further to the

Transformator angeschlossenen Lasten übertragen wird, auf gegenüber der Transformer connected loads is transferred to opposite the

Lastverlaufsprognose reduzierte Leistung begrenzt werden, so dass der Ladebedarf des neuen Elektrofahrzeugs unter Einhaltung des Überlastgrenzwerts erfüllt werden kann. Load curve forecast reduced power can be limited so that the charging requirement of the new electric vehicle can be met while adhering to the overload limit value.

Hierdurch kann ein Laden des neuen Elektrofahrzeugs gemäß des Ladebedarfs genehmigt und durchgeführt werden. Dies resultiert in einer Priorisierung des Ladens der In this way, charging of the new electric vehicle can be approved and carried out in accordance with the charging requirement. This results in a prioritization of the loading of the

Elektrofahrzeuge gegenüber dem Betrieb weiterer Lasten am lokalen Netz, die abgeregelt oder gar ganz abgeschaltet werden, wenn der Transformator überlastet wird. Electric vehicles compared to the operation of additional loads on the local network, which are limited or even switched off completely if the transformer is overloaded.

In einer dritten Ausführungsform kann zusätzliche Leistung aus einem Generator oder einem Speicher in das lokale Netz eingespeist werden, sodass der Ladebedarf des neuen In a third embodiment, additional power from a generator or a storage unit can be fed into the local network, so that the charging requirement of the new

Elektrofahrzeugs unter Einhaltung des Überlastgrenzwerts erfüllt werden kann, sodass ein Laden des neuen Elektrofahrzeugs gemäß des Ladebedarfs genehmigt und durchgeführt werden kann. Der Speicher kann zu Zeiten, zu denen der Transformator nicht überlastet wird, nachgeladen werden. Electric vehicle can be fulfilled in compliance with the overload limit value, so that charging of the new electric vehicle can be approved and carried out according to the charging requirement. The storage tank can be recharged at times when the transformer is not overloaded.

In einer vierten Ausführungsform kann ein reduzierten Ladebedarfs für Elektrofahrzeuge, deren Ladebedarf bereits genehmigt wurde, derart bestimmt werden, dass der Ladebedarf des neuen Elektrofahrzeugs erfüllt werden kann, und ein Laden des neuen Elektrofahrzeugs gemäß des Ladebedarfs kann genehmigt und durchgeführt werden. Das Laden der In a fourth embodiment, a reduced charging requirement for electric vehicles whose charging requirement has already been approved can be determined such that the charging requirement of the new electric vehicle can be met, and charging of the new electric vehicle according to the charging requirement can be approved and carried out. Loading the

Elektrofahrzeuge deren Ladebedarf bereits genehmigt wurde, wird mit dem bestimmten reduzierten Ladebedarf fortgesetzt. Dies kann optional eine vorherige Genehmigung des reduzierten Ladebedarfs durch die betroffenen Elektrofahrzeuge erfordern. Electric vehicles whose charging requirement has already been approved will continue with the specific reduced charging requirement. This can optionally require prior approval of the reduced charging requirement by the affected electric vehicles.

Es ist ebenfalls denkbar, dass ein Spannungsübersetzungsverhältnis des Transformators mit dem Ziel verändert wird, falls im Rahmen einer Neuberechnung unter Berücksichtigung des geänderten Spannungsverhältnisses die Überlastkennzahl unter den Überlastgrenzwert gedrückt werden kann. It is also conceivable that a voltage transformation ratio of the transformer is changed with the aim of being able to push the overload index below the overload limit value in the course of a recalculation taking into account the changed voltage ratio.

In einem weiteren Aspekt der Erfindung dient ein System zur dynamischen Koordination von Ladevorgängen für eine Mehrzahl von Elektrofahrzeugen, die über Ladepunkte zu laden sind, die über ein lokales Netz an einen gemeinsamen Transformator angeschlossen sind. Das System ist dazu eingerichtet, Systemdaten zu erfassen, die eine Nennkapazität, ein Überlastbewertungsschema und einen Überlastgrenzwert für den Transformator aufweisen. Eine Lastverlaufsprognose für weitere an das lokale Netz angeschlossene Lasten wird empfangen und ein Überlastverlauf des Transformators unter Nutzung des Überlastbewertungsschemas und unter Berücksichtigung zumindest der In a further aspect of the invention, a system is used for the dynamic coordination of charging processes for a plurality of electric vehicles which are to be charged via charging points which are connected to a common transformer via a local network. The system is set up to acquire system data which have a nominal capacity, an overload rating scheme and an overload limit value for the transformer. A load profile forecast for other loads connected to the local network is received and an overload profile of the transformer using the Overload evaluation schemes and taking into account at least the

Lastverlaufsprognose für die weiteren an den Transformator angeschlossenen Lasten wird bestimmt. Weiterhin wird ein zeitlicher Verlauf einer über den Transformator fließenden Leistung erfasst und der Überlastverlauf des Transformators wird unter Berücksichtigung der erfassten Leistung regelmäßig aktualisiert. The load profile forecast for the other loads connected to the transformer is determined. Furthermore, a time profile of a power flowing through the transformer is recorded and the overload profile of the transformer is updated regularly taking into account the power recorded.

Bei jedem Anschluss eines neuen Elektrofahrzeugs ist das System dazu eingerichtet, einen Ladebedarf des neuen Elektrofahrzeugs, umfassend eine Energiemenge und einen Each time a new electric vehicle is connected, the system is set up to record a charging requirement of the new electric vehicle, including an amount of energy and a

Endpunkt, zu dem die Energiemenge in das neue Elektrofahrzeug zu laden ist, zu End point at which the amount of energy is to be charged into the new electric vehicle

empfangen und einen möglichen Überlastverlauf durch Berücksichtigen des zusätzlichen Ladebedarfs des neuen Elektrofahrzeugs zu bestimmen, sowie einen Maximalwerts des möglichen Überlastverlaufs mit dem Überlastgrenzwert zu vergleichen. Dabei ist es denkbar, dass der Verlauf einer Ladekurve für das neu angeschlossene GFZ oder auch die Verläufe von Ladekurven bereits angeschlossener Elektrofahrzeuge variiert werden, um einen Überlastverlauf mit einem möglichst geringen Maximalwert zu erhalten. and to determine a possible overload profile by taking into account the additional charging requirement of the new electric vehicle, and to compare a maximum value of the possible overload profile with the overload limit value. It is conceivable that the course of a charging curve for the newly connected GFZ or also the courses of charging curves for already connected electric vehicles are varied in order to obtain an overload course with the lowest possible maximum value.

Wenn der Maximalwert des möglichen Überlastverlaufs den Überlastgrenzwert nicht übersteigt, wird ein Laden des neuen Elektrofahrzeugs gemäß des Ladebedarfs genehmigt und durchgeführt, sowie der Überlastverlauf des Transformators unter Berücksichtigung des zusätzlichen Ladebedarfs des neuen Elektrofahrzeugs aktualisiert. If the maximum value of the possible overload profile does not exceed the overload limit value, charging of the new electric vehicle is approved and carried out in accordance with the charging requirement, and the overload profile of the transformer is updated taking into account the additional charging requirement of the new electric vehicle.

Wenn der Maximalwert des möglichen Überlastverlaufs den Überlastgrenzwert allerdings übersteigt, wird der Ladebedarf abgelehnt und ein Laden des neuen Elektrofahrzeugs blockiert. However, if the maximum value of the possible overload profile exceeds the overload limit value, the charging requirement is rejected and charging of the new electric vehicle is blocked.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist das System zusätzlich einen Energiespeicher und/oder einen Generator auf, die an das lokale Netz angeschlossen sind. Das System ist hierbei dazu eingerichtet, im Fall des Ablehnens eines Ladebedarfs zusätzliche Leistung aus dem Generator beziehungsweise dem Speicher in das lokale Netz einzuspeisen, so dass der Ladebedarf des neuen Elektrofahrzeugs unter Einhaltung des Überlastgrenzwerts erfüllt werden kann. Das Laden des neuen Elektrofahrzeugs wird dann gemäß des Ladebedarfs genehmigt und durchgeführt. In an advantageous embodiment, the system additionally has an energy store and / or a generator, which are connected to the local network. In this case, the system is set up to feed additional power from the generator or the storage unit into the local network in the event that a charging requirement is rejected, so that the charging requirement of the new electric vehicle can be met while adhering to the overload limit. The charging of the new electric vehicle is then approved and carried out according to the charging requirement.

Im Folgenden wird die Erfindung mithilfe von Figuren detaillierter beschrieben, von denen The invention is described in more detail below with the aid of figures, of which

Fig. 1 eine Infrastruktur mit einer Mehrzahl von Ladepunkten, die über ein lokales Netz an einen gemeinsamen Transformator angeschlossen sind, und in der das Fig. 1 shows an infrastructure with a plurality of charging points that are connected to a common transformer via a local network, and in which the

erfindungsgemäße Verfahren ausgeführt werden kann, method according to the invention can be carried out,

Fig. 2 ein Flussdiagramm für das erfindungsgemäße Verfahren, und Fig. 3 beispielhafte zeitliche Verläufe einer Überlast und einer über den Transformator fließenden Leistung zeigen. 2 shows a flow chart for the method according to the invention, and 3 show exemplary time profiles of an overload and a power flowing through the transformer.

Fig. 1 zeigt eine Infrastruktur, in der das erfindungsgemäße Verfahren vorteilhaft ausgeführt werden kann. Ein lokales Netz 17 ist über einen Transformator 11 mit einem 1 shows an infrastructure in which the method according to the invention can advantageously be carried out. A local network 17 is via a transformer 11 with a

Energieverteilungsnetz (EVN) 10 verbunden. Über das lokale Netz 17 werden sowohl Verbraucher 12, beispielsweise ein Gewerbebetrieb oder ein Privathaushalt, mit elektrischer Energie versorgt. Hierbei ist nicht ausgeschlossen, dass der Verbraucher 12 nicht nur Energie aus dem lokalen Netz bezieht, vielmehr kann er auch Energie in das lokale Netz einspeisen. Weiterhin an das lokale Netz 17 sind eine Mehrzahl von Ladepunkten 13 angeschlossen, über die Elektrofahrzeuge 14 , 14‘ geladen werden können. Optional kann auch ein Speicher 16 an das lokale Netz angeschlossen sein und mit diesem Energie austauschen, das heißt in einem ersten Zeitraum Energie aus dem Netz beziehen, um damit den Speicher 16 zu laden und in einem zweiten Zeitraum die in den Speicher 16 geladene Energie wieder in das Netz einspeisen. Die Ladepunkt 13 und die Elektrofahrzeuge 14 können ebenfalls zu einem Gewerbebetrieb, beispielsweise einem Logistikbetrieb, gehören oder auch unabhängige Privathaushalte oder andere eigenständig oder gemeinsam betriebene Einheiten sein. Die Ladepunkte 13, der Verbraucher 12 und der Speicher 16 sind über eine Kommunikationsverbindung 18 mit einem System 15 zur Koordination der Ladevorgänge über die Ladepunkte 13 verbunden. Die Kommunikationsverbindung 18 kann eine physikalische Leitungsverbindung, beispielsweise ein Kupferkabel oder eine Glasfaser- Leitung, oder auch eine Funkverbindung sein. Energy distribution network (EVN) 10 connected. Both consumers 12, for example a commercial enterprise or a private household, are supplied with electrical energy via the local network 17. It is not excluded that the consumer 12 not only draws energy from the local network, but can also feed energy into the local network. Furthermore, a plurality of charging points 13 are connected to the local network 17, via which electric vehicles 14, 14 ‘can be charged. Optionally, a storage device 16 can also be connected to the local network and exchange energy with it, that is to say draw energy from the network in a first period in order to charge the storage device 16 and in a second period the energy loaded into the storage device 16 again feed into the grid. The charging point 13 and the electric vehicles 14 can also belong to a commercial enterprise, for example a logistics enterprise, or they can also be independent private households or other independently or jointly operated units. The charging points 13, the consumer 12 and the memory 16 are connected via a communication link 18 to a system 15 for coordinating the charging processes via the charging points 13. The communication link 18 can be a physical line connection, for example a copper cable or a glass fiber line, or also a radio connection.

Über die Kommunikationsverbindung 18 wird dem System 15 mitgeteilt, dass ein neues Elektrofahrzeug 14‘ an einen Ladepunkt 13 angeschlossen werden soll. In diesem The system 15 is informed via the communication connection 18 that a new electric vehicle 14 ‘is to be connected to a charging point 13. In this

Zusammenhang wird dem System 15 auch mitgeteilt, welchen Ladebedarf das neu angeschlossene Elektrofahrzeug 14‘ hat, insbesondere innerhalb welchen Zeitraums das Elektrofahrzeug wie viel Energie benötigt. Diese Information kann aufgeteilt sein in eine Mindestenergie und eine Wunschenergie für das betroffene Elektrofahrzeug 14‘. Weiterhin kann die Information auch aufgeteilt sein in einen Wunschzeitpunkt und einen spätesten Zeitpunkt, zu dem der Ladevorgang abgeschlossen werden soll. Das System 15 entscheidet dann, ob ein Laden des neu angeschlossenen Elektrofahrzeug 14 Strich entsprechend den mitgeteilten Bedarfsdaten durchgeführt werden kann und teilt das Ergebnis dieser In connection with this, the system 15 is also informed of the charging requirements of the newly connected electric vehicle 14 ', in particular within which period of time the electric vehicle requires how much energy. This information can be divided into a minimum energy and a desired energy for the affected electric vehicle 14 ‘. Furthermore, the information can also be divided into a desired time and a latest time at which the charging process is to be completed. The system 15 then decides whether the newly connected electric vehicle 14 can be charged according to the demand data communicated and shares the result of this

Entscheidung dem betroffenen Ladepunkt 13 mit, der im Falle einer positiven Entscheidung des Ladevorgangs diesen startet. Alternativ oder zusätzlich kann anstelle des Ladepunkt diese Information auch direkt an das betroffene Elektrofahrzeug 14‘ übermittelt werden. Decision of the affected charging point 13, which starts the charging process in the event of a positive decision. Alternatively or additionally, this information can also be transmitted directly to the affected electric vehicle 14 'instead of the charging point.

Das System 15 kann bei Bedarf auch Informationen mit dem Speicher 16 und/oder dem Verbraucher 12 austauschen, insbesondere kann es über die ausgetauschten Informationen die Leistungsentnahme beziehungsweise Einspeisung dieser beiden Komponenten aus beziehungsweise in das lokale Netz 17 beeinflussen. Diese Einflussnahme dient insbesondere dazu, einen Ladebedarf der angeschlossenen Fahrzeuge 14, 14‘ zu befriedigen, ohne den Transformator 11 zu überlasten. If required, the system 15 can also exchange information with the memory 16 and / or the consumer 12; in particular, it can use the exchanged information influence the power extraction or feed of these two components from or into the local network 17. This influence is used in particular to satisfy a charging requirement of the connected vehicles 14, 14 ′ without overloading the transformer 11.

Hierzu kann das System 15 zusätzliche Informationen direkt mit dem Transformator 11 austauschen, insbesondere können Daten über den zeitlichen Verlauf des Leistungsfluss über den Transformator 11 dem System 15 mitgeteilt werden. Es ist ebenfalls denkbar, dass das System 15 über die mit dem Transformator 11 ausgetauschten Informationen den Transformator 11 aktiv steuern kann, beispielsweise ein Übersetzungsverhältnis des Transformators beeinflussen kann. For this purpose, the system 15 can exchange additional information directly with the transformer 11; in particular, data about the time profile of the power flow via the transformer 11 can be communicated to the system 15. It is also conceivable that the system 15 can actively control the transformer 11 via the information exchanged with the transformer 11, for example can influence a transformation ratio of the transformer.

Die Ladepunkte 13 teilen dem System 15 Informationen über die Ladekurven der an sie angeschlossenen Elektrofahrzeuge 14 mit. Es ist ebenfalls denkbar, dass das System 15 den Ladeverlauf der angeschlossenen Elektrofahrzeuge 14 über ihren Ladepunkt 13 aktiv regelt. The charging points 13 provide the system 15 with information about the charging curves of the electric vehicles 14 connected to them. It is also conceivable that the system 15 actively regulates the charging process of the connected electric vehicles 14 via their charging point 13.

Durch die ausgetauschten Informationen soll das System 15 in die Lage versetzt werden, den Leistungsfluss über den Transformator 11 zu überwachen und zumindest bei Bedarf derart aktiv zu steuern, dass der Ladebedarf von möglichst vielen Elektrofahrzeugen befriedigt werden kann, ohne den Transformator 11 dabei in nicht akzeptabler Weise zu überlasten. The information exchanged is intended to enable the system 15 to monitor the power flow via the transformer 11 and, at least if necessary, to actively control it so that the charging requirements of as many electric vehicles as possible can be satisfied without the transformer 11 being unacceptably high Way to overload.

Fig. 2 zeigt ein Flussdiagramm, das eine mögliche Umsetzung des erfindungsgemäßen Verfahrens darstellt. In einem ersten Schritt 21 werden Systemdaten erfasst, die spezifisch für den Transformator sind, der das lokale Netz mit dem übergeordneten FIG. 2 shows a flow diagram which shows a possible implementation of the method according to the invention. In a first step 21, system data are recorded that are specific to the transformer that connects the local network with the superordinate

Energieverteilungsnetz verbindet. Die erfassten Daten können eine Nennkapazität, einen Überlastbewertungsschema und einen Grenzwert für eine Überlast aufweisen. Die Energy distribution network connects. The recorded data can have a nominal capacity, an overload evaluation scheme and a limit value for an overload. The

Nennkapazität und der Grenzwert können als explizite Größe oder implizit im Rahmen des Überlastbewertungsschemas erfasst werden. Erfassen bedeutet hierbei, dass die entsprechenden Daten dem das Verfahren ausführende System bekannt gemacht werden. Nominal capacity and the limit value can be recorded as an explicit variable or implicitly as part of the overload assessment scheme. Acquiring here means that the corresponding data are made known to the system executing the method.

Weiterhin wird im ersten Schritt 21 eine Lastverlaufsprognose für an das lokale Netz angeschlossene Lasten empfangen. Die Lastverbrauchsprognose kann Teil eines Furthermore, in the first step 21, a load profile forecast for loads connected to the local network is received. The load consumption forecast can be part of a

Verbrauchsplans der Last sein, oder aus Erfahrungswerten, beispielsweise aus Consumption plan of the load, or from empirical values, for example from

Lastverläufen vergangener Zeiträume, gewonnen werden. Andere Verfahren zur Load curves of past periods can be obtained. Other methods of

Bestimmung einer Lastverbrauchsprognose sollen hierbei aber nicht ausgeschlossen werden. In einem zweiten Schritt 22 wird unter Berücksichtigung der Lastverbrauchsprognose ein Überlastverlauf des Transformators unter Nutzung des Überlastbewertungsschemas bestimmt. Der Überlastverlauf kann hierbei zunächst lediglich aus der Determination of a load consumption forecast should not be excluded here. In a second step 22, taking into account the load consumption forecast, an overload profile of the transformer is determined using the overload evaluation scheme. The overload profile can initially only be derived from the

Lastverbrauchsprognose gewonnen werden, zu späteren Zeitpunkten können aber weitere Lastverläufe, insbesondere solche aus Ladevorgängen von an Ladepunkten des lokalen Netzes angeschlossenen Elektrofahrzeugen, zusätzlich berücksichtigt werden. Load consumption forecast can be obtained, but further load profiles, in particular those from charging processes of electric vehicles connected to charging points of the local network, can also be taken into account at later times.

In regelmäßigen Zeitabständen wird dann in einem dritten Schritt 23 ein zeitlicher Verlauf einer über den Transformator fließenden Leistung erfasst und der Überlastverlauf des Transformators unter Berücksichtigung der erfassten Leistung aktualisiert. Hierdurch werden Abweichungen des Lastverlaufs der weiteren Lasten von der Lastverbrauchsprognose automatisch als Korrektur berücksichtigt. In a third step 23, a time profile of a power flowing through the transformer is recorded at regular time intervals and the overload profile of the transformer is updated taking into account the recorded power. As a result, deviations in the load profile of the other loads from the load consumption forecast are automatically taken into account as a correction.

In einem vierten Schritt 24 wird geprüft, ob ein neues Elektrofahrzeug zum Laden an das lokale Netz angeschlossen werden soll. Ist dies nicht der Fall, wird zum dritten Schritt 23 zurückgekehrt. Bei jedem Anschluss eines neuen Elektrofahrzeugs an einen Ladepunkt des lokalen Netzes wird dann in einem fünften Schritt 25 zunächst der Ladebedarf des neuen Elektrofahrzeugs empfangen, wobei der Ladebedarf zumindest eine Energiemenge und einen Endpunkt umfasst, zu dem die Energiemenge in das neu anzuschließende In a fourth step 24 it is checked whether a new electric vehicle should be connected to the local network for charging. If this is not the case, a return is made to the third step 23. Each time a new electric vehicle is connected to a charging point in the local network, the charging requirement of the new electric vehicle is first received in a fifth step 25, the charging requirement comprising at least an amount of energy and an end point at which the amount of energy is transferred to the new one

Elektrofahrzeug zu laden ist. Electric vehicle is to be charged.

Diese Information wird dann in einem sechsten Schritt 26 dazu verwendet, einen möglichen Überlastverlauf zu bestimmen, der sich durch Berücksichtigen des zusätzlichen Ladebedarf des neu anzuschließenden Elektrofahrzeugs ergibt. Ein Maximalwert des möglichen Überlastverlaufs wird in einem siebten Schritt 27 mit dem Überlastgrenzwert verglichen. This information is then used in a sixth step 26 to determine a possible overload profile which results from taking into account the additional charging requirement of the electric vehicle to be newly connected. A maximum value of the possible overload profile is compared in a seventh step 27 with the overload limit value.

Wenn der Maximalwerte des möglichen Überlastverlaufs den Überlastgrenzwert nicht übersteigt, wird in einem achten Schritt 28 das Laden des neu anzuschließenden If the maximum value of the possible overload profile does not exceed the overload limit value, in an eighth step 28 the loading of the new to be connected

Elektrofahrzeugs genehmigt und es wird ein Ladevorgang gemäß des Ladebedarfs durchgeführt. Der Überlastverlauf des Transformators wird unter Berücksichtigung des zusätzlichen Ladebedarfs des neu angeschlossenen Elektrofahrzeugs aktualisiert. Electric vehicle is approved and charging is carried out according to the charging requirement. The transformer's overload profile is updated taking into account the additional charging requirements of the newly connected electric vehicle.

Falls der Maximalwert des möglichen Überlastverlaufs den Überlastgrenzwert übersteigt, ist ein Durchführen eines Ladens des Elektrofahrzeugs gemäß seines Ladebedarfs zunächst nicht möglich. Daher wird in einem neunten Schritt 29 der Ladebedarf abgelehnt und gegebenenfalls das Laden des neu anzuschließenden Elektrofahrzeugs blockiert. If the maximum value of the possible overload profile exceeds the overload limit value, it is initially not possible to charge the electric vehicle in accordance with its charging requirement. Therefore, in a ninth step 29, the charging requirement is rejected and, if necessary, the charging of the electric vehicle to be newly connected is blocked.

In Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens können als Bestandteil des neunten Schritts 29 weitere Verfahrensschritte durchgeführt werden, die das Ziel haben, das Laden des neu anzuschließenden Elektrofahrzeugs doch noch zu ermöglichen. Diese Verfahrensschritte sind entweder darauf gerichtet, eine Leistungsentnahme aus dem lokalen Netz seitens anderer Ladepunkte oder weiterer Lasten zu reduzieren, oder sie sind darauf gerichtet, zusätzliche Leistung auf anderem Wege als über den Transformator in das lokale Netz einzubringen. Beide Ansätze sind grundsätzlich dazu geeignet, die über den In embodiments of the method according to the invention, further method steps can be carried out as part of the ninth step 29, the aim of which is to still enable the electric vehicle to be newly connected to be charged. These Process steps are either aimed at reducing power consumption from the local network by other charging points or other loads, or they are aimed at introducing additional power into the local network in other ways than via the transformer. Both approaches are basically suitable for using the

Transformator fließende Leistung so weit zu reduzieren, dass ein Erfüllen des Ladebedarfs des neu anzuschließenden Elektrofahrzeugs ohne Überschreiten des Überlastgrenzwerts des Transformators doch noch gelingt. Sollte eine ausreichende Reduzierung möglich sein, wird der Ladevorgang gemäß des Ladebedarfs genehmigt und der Ladevorgang To reduce the power flowing through the transformer to such an extent that the charging requirements of the newly connected electric vehicle can still be met without exceeding the overload limit of the transformer. If a sufficient reduction is possible, the charging process is approved according to the charging requirement and the charging process

durchgeführt. carried out.

Sowohl im Anschluss an den achten Schritt 28 als auch im Anschluss an den neunten Schritt 29 wird zum vierten Schritt 24 zurückgekehrt. Both after the eighth step 28 and after the ninth step 29, a return is made to the fourth step 24.

Fig. 3 zeigt beispielhafte zeitliche Verläufe einer über den Transformator fließenden Leistung P(t), sowie eines sich aus diesem Leistungsverlauf ergebenden Verlaufs der Kennzahl O(t) einer Überlast. Die Verläufe können beispielsweise in einer Infrastruktur wie in Fig. 1 gezeigt entstanden sein. In einem Leistungsverlauf 31 werden in einer ersten Phase vor einem Zeitpunkt L sukzessive eine Mehrzahl von Elektrofahrzeugen an das lokale Netz 3 shows exemplary time profiles of a power P (t) flowing through the transformer, as well as a profile of the characteristic number O (t) of an overload resulting from this power profile. The courses can, for example, have been created in an infrastructure as shown in FIG. 1. In a power curve 31, in a first phase before a point in time L, a plurality of electric vehicles are successively connected to the local network

angeschlossen werden, deren Leistungsbedarf geprüft und deren Ladevorgang genehmigt und durchgeführt wird. Hierdurch steigt die über den Transformator in das lokale Netz fließende Leistung in der ersten Phase schrittweise an und übersteigt die Nennkapazität Pn_om des Transformators. connected, whose power requirements are checked and whose charging process is approved and carried out. As a result, the power flowing through the transformer into the local network increases gradually in the first phase and exceeds the nominal capacity Pn _{om of} the transformer.

Das Übersteigen der Nennkapazität Pn_om stellt zunächst kein Hindernis dafür dar, dass weitere Elektrofahrzeuge zum Laden an das lokale Netz angeschlossen und geladen werden können, da ein aus dem Leistungsverlauf 31 resultierender Verlauf 32 der Kennzahl O(t) zwar ansteigt, aber zunächst unter dem Überlastgrenzwert OTH verbleibt. Exceeding the nominal capacity Pn _om initially does not constitute an obstacle to the fact that further electric vehicles can be connected to the local network for charging and charged, since a curve 32 of the characteristic number O (t) resulting from the power curve 31 increases, but initially below the OTH overload limit remains.

Erst zu einem Zeitpunkt L soll ein weiteres Elektrofahrzeug an das lokale Netz zum Laden angeschlossen werden, so dass eine mit einem Erfüllen des Ladebedarfs verknüpfte Only at a point in time L should another electric vehicle be connected to the local network for charging, so that one is linked to the fulfillment of the charging requirement

Zusatzladeleistung 33 dazu führen würde, dass der resultierende Verlauf 34 der Additional charging power 33 would lead to the resulting curve 34 of the

Überlastkennzahl O(t) bei Erfüllen des Ladebedarfs den Grenzwert OTH überschreiten würde. Daher wird der Ladevorgang für dieses Elektrofahrzeug zunächst nicht gestartet. Overload index O (t) would exceed the limit value OTH when the charging requirement is met. Therefore, the charging process for this electric vehicle is not started initially.

Zu einem Zeitpunkt t2 sinkt die über den Transformator fließenden Leistung, wobei unerheblich ist, ob diese Reduktion durch ein gezieltes Eingreifen, beispielsweise einem Einspeisen zusätzlicher Leistung aus einem an das lokale Netz angeschlossenen Speicher, einer Reduktion einer von Verbrauchern aus dem lokalen Netz entnommenen Leistung oder durch Anpassung des Ladebedarfs bereits angeschlossener Elektrofahrzeuge verursacht ist oder ohne aktiven Eingreifen einer Kontrollinstanz erfolgt. Als Folge der Leistungsreduktion sinkt auch die Überlastkennzahl 0(t), so dass zu einem Zeitpunkt tz erkannt wird, dass auch bei Erfüllen des Leistungsbedarfs des neu anzuschließenden Elektrofahrzeugs der Verlauf 32 der Überlastkennzahl 0(t) den Grenzwert OTH nicht mehr übersteigt, so dass dem Ladewunsch des neu anzuschließenden Elektrofahrzeugs unverzüglich entsprochen wird. At a point in time t2, the power flowing through the transformer drops, it being irrelevant whether this reduction is due to targeted intervention, for example feeding in additional power from a storage device connected to the local network, or a reduction in power taken from the local network by consumers is caused by adapting the charging requirements of already connected electric vehicles or takes place without active intervention by a supervisory authority. As a result of the reduction in performance the overload index 0 (t) also decreases, so that at a point in time tz it is recognized that the curve 32 of the overload index 0 (t) no longer exceeds the limit value OTH, even when the power requirement of the new electric vehicle to be connected is met, so that the charging request of the new connected electric vehicle is met immediately.

Auf diese Weise kann möglichst vielen Elektrofahrzeugen ein schnelles Erfüllen ihres Ladebedarf gewährleistet werden, wobei die Überlastmarge des Transformators optimal ausgereizt wird. Es ist aber nicht erforderlich, im Voraus bereits die Zeitpunkte und den Ladebedarf von anzuschließenden Elektrofahrzeugen zu kennen. Vielmehr ist es möglich, dynamisch auf das Eintreffen von Elektrofahrzeugen zu reagieren. Auch das Einbinden zusätzlicher Energiereserven eines Speichers wird effizient ermöglicht. In this way, as many electric vehicles as possible can be guaranteed that their charging requirements can be met quickly, with the transformer's overload margin being optimally exploited. However, it is not necessary to know in advance the times and the charging requirements of the electric vehicles to be connected. Rather, it is possible to react dynamically to the arrival of electric vehicles. The integration of additional energy reserves in a storage system is also made possible efficiently.

Bezugszeichenliste List of reference symbols

10 Energieverteilungsnetz (EVN)10 energy distribution network (EVN)

11 T ransformator 11 T ransformer

12 Verbraucher 12 consumers

13 Ladepunkt 13 charging point

14 Elektrofahrzeug 14 electric vehicle

14‘ Elektrofahrzeug 14 ‘electric vehicle

15 System 15 system

16 Speicher 16 memories

17 lokales Netz 17 local network

18 Kommunikationsverbindung 21-29 Schritt 18 Communication link 21-29 step

31 Leistungsverlauf 31 Performance history

32 Kennzahlverlauf 32 Key figure trend

33 Zusatzladeleistung 33 Additional charging power

34 Kennzahlverlauf 34 Key figure trend