控制充电过程的方法与流程

在能够实现对多个电动车充电的充电基础设施中，会在一个时段内出现给与充电基础设施连接的电网造成负担的高的功率峰值。这些电压或功率峰值通常由电网的操作员分开结算。如果充电基础设施例如被分配给建筑物，则对于该建筑物而言通常具有可在最大程度上从电网去除(运走)的最大总充电功率。在任何时刻都不得超过最大总充电功率，特别是在给电动车充电时。

在此，一个难点是通常不知道有多少其它电动车抵达并必需充电。特别地，上述问题还对于住宅区的配电电网有重要意义。之所以是这种情况，是因为例如由于住宅区的居民大致同时到达(例如在傍晚)以及与之相关的大致同时的对他们的电动车的充电会导致功率峰值。

根据现有技术，尝试通过使用简单的启发学(Heuristiken)来解决上述问题。在此，将可供使用的充电功率在任何时刻按照预定的密钥分配给待充电的电动车。此外，如果电动车的将来的到达时间和出发时间已知，则也可以实现上述问题的完全解决方案。

根据现有技术已知的方法的缺点在于，一方面不能实现成本有效的方法，另一方面必须假定电动车的到达时间和出发时间是已知的。然而，电动车的到达时间和出发时间通常不是预先知晓的。

本发明要解决的技术问题在于，提供改进的用于控制多个电动车的充电过程的方法，所述方法尤其避免了现有技术的上述缺点。

该技术问题通过具有独立权利要求1的特征的方法来解决。本发明的有利设计方式和扩展方式在从属权利要求中给出。

根据本发明的用于控制多个电动车的充电过程的方法包括以下步骤：

-提供数据记录，所述数据记录包括电动车的到达时间、出发时间和在第一时段期间的充电能量；

-借助计算设备由所述数据记录求取最小总充电功率，其中求取的最小总充电功率能够实现每个电动车的在其到达时间和出发时间之间进行的大致完全充电；和

-在第一时段之后(跟随第一时段)的第二时段期间，至多用求取的最小总充电功率对电动车充电。

针对第一时段的数据记录有利地构成关于第二时段的历史数据记录，借助该历史数据记录可以关于最小总充电功率找到针对第二时段的充分预测。由此可在第二时段内利用由第一时段的数据记录获得的最小总充电功率作为对在第二时段内电动车充电的预测。

通过根据本发明求取最小总充电功率可有利地实现，例如借助已知的启发法来实现充电过程的控制，所述控制有利地在其结果上仅略差于在完全预知所有需要的数据、即所有电动车在第二时段内的到达时间、出发时间和充电能量的情况下可实现的结果。根据本发明的方法可以有利地借助例如在计算设备上的软件有效地执行。另外，根据本发明的方法相对于已知方法而言特别稳健。

用于求取最小总充电功率的数据记录涉及第一时段(过去的时段)，其相对于第二时段(当前的时段)处在过去。因此，第一时段的电动车的到达时间、出发时间和充电能量有利地是已知的。借助计算装置可以由这些已知的到达时间、出发时间和充电能量来求取最小总充电功率。在此，根据本发明以这样的方式求取最小总充电功率，使得所有电动车在第一时段期间都可在其停放时长内被基本完全地充电。在此，电动车的停放时长由其出发时间与其到达时间之间的时间差确定。由此有利地确保，一方面在电动车充电时不超过最小总充电功率以及另一方面所有电动车都在其停放时长内充电。在此应该注意的是，各个电动车通常以与最小总充电功率不同的较低的充电功率充电。各个充电功率之和最终总是小于或等于最小总充电功率。

此外，通过根据本发明的方法并通过求取最小总充电功率来避免功率峰值。由此有利地使得为电动车充电提供电能的电网所受的负载较低。

根据本发明的有利的扩展方式，根据这些电动车在第二时段内的到达时间在这些电动车的充电方面将这些电动车区分优先次序(priorisiert)。

针对各个电动车的充电过程可使用简单的启发法，例如FCFS方法(英文是First-Come-First-Serve)。在此，对于FCFS方法，使用所求取的最小总充电功率作为最大总充电功率。还可以设想修改的(改进的)FCFS方法，该方法使用关于出发时间和/或充电能量的知识，以根据所述电动车之一的直至出发时间之时所剩余的时间并且根据对充电能量的相应需求来区分尚未开始的充电过程的优先次序。

FCFS方法的一个优点是，一旦所述电动车之一抵达、即在所述电动车的到达时间，就开始所述电动车之一的充电过程。如果对于新抵达的电动车的充电来说，所求取的最小总充电功率被超过，则延缓所述电动车的充电直到可提供充足的充电功率，以使瞬时总充电功率(所有单独的瞬时充电功率之和)始终保持低于所求取的最小总充电功率。如果时间被细分为离散的时间步长，则已经抵达的电动车等待下一个时间步长。在接下来的时间步长中，再次如同新抵达的电动车那样对待所述电动车，并且重新检查所述电动车是否可在不超过最小总充电功率的情况下被充电。如果还有另外的其充电过程被延缓的电动车，则将它们按其到达时间的顺序区分优先次序，并且必要时(所有充电功率的总和小于或等于最小总充电功率)允许它们进行充电过程。

根据本发明的另一有利设计方式，第一日用作第一时段，第二日用作第二时段，其中第二日在其命名方面对应于第一日。

换句话说，第一日(过去的一日)构成了一个参照日，在所述参照日采集历史到达时间、出发时间和充电能量，所述历史到达时间、出发时间和充电能量形成历史数据记录。第二日(当日)有利地在其命名方面对应于第一日。换句话说，就是按日进行分类。例如，为除假期外的星期一提供历史数据记录。第二时段则再次对应于相对于参照日(上星期一或过去的星期一)而言处在未来的星期一。为了提供历史数据记录，可以在几年内记录和采集电动车的到达时间、出发时间和充电能量。

换句话说，有利地提供多个第一时段和相关的历史数据记录来求取最小总充电功率。可从这些第一时段及其相关的数据记录中产生与这些第一时段相关的最小总充电功率的直方图。为此，将这些第一时段按类别、例如根据它们的作为工作日的命名进行划分。从所述相关的最小总充电功率的直方图中可以获得代表性的最小总充电功率。最小总充电功率有利地被确定为获得的代表性的最小总充电功率。

因此借助针对相同类别的每个第一时段的到达时间、出发时间和充电能量，首先求取总充电功率的上限(相关的最小总充电功率)。在此应该注意，在使用所求取的总充电功率的上限的情况下，所有充电过程在其对应的第一时段内仍然可以已被执行。然后可以从直方图获得对于所有第一时段都具有代表性的最小总充电功率，最小总充电功率对应于求取的最小总充电功率。例如，有利地在直方图的90％至98％百分位范围内确定最小总充电功率。

在本发明的一个有利的扩展方式中，借助建筑物的电网来提供用于对电动车充电的电能。

有利地，电动车可由此在建筑物的紧邻环境中，例如在建筑物的停车场中充电。特别地，所述建筑物是商用建筑物如办公楼或公共建筑物。此外，所述建筑物优选地可为单户住宅。

根据本发明的另一有利设计方式，当求取最小总充电功率时，考虑与第一时段相关联的天气数据。

由此有利地改进了最小总充电功率的求取。换句话说，使用气象数据如温度和/或降水概率来求取最小总充电功率，这些气象数据可影响到达时间、出发时间和充电能量。特别地，所采集的第一时段、尤其是所采集的第一日可根据所述气象数据、即根据它们的温度和/或降水概率来进行分类。由此能够有利地求取更好的直方图和因此更好的代表性的最小总充电功率。

从下面描述的实施例以及根据附图获知本发明的其他优点、特征和细节。其中：

图1示意性地示出了多个电动车的两个可能的充电曲线，其中充电曲线之一是根据本发明的方法执行的；

图2示意性示出了多个电动车的多个停放时长和充电时长；和

图3示意性示出了多个电动车的另外的多个停放时长和充电时长。

相同的、等效的或相同作用的元件可在附图中设有相同的附图标记。

图1示出了示例性的第一和第二充电曲线104,106。第二充电曲线106对应于根据本发明的方法的充电曲线。

为了求取最小总充电功率42，在过去的一日(第一时段)采集了多个电动车的到达时间、出发时间和充电能量。在图1所示的示意图的纵坐标上示出了以千瓦时为单位的从电网获取的瞬时总充电功率。在示意图的横坐标100上绘制当前的一日(第二时段)的时间。

第一充电曲线104对应于在不限制瞬时总充电功率的情况下的FCFS方法。在此，每个电动车在其到达时间立即开始其充电过程，更确切地说具有最大可能的充电功率。

从所示的示意图中可以看出，FCFS方法在不限制瞬时总充电功率的情况下产生功率峰值，所述功率峰值正如例如所示出的那样出现在早上8点左右和傍晚5点左右。本发明允许减少或防止所述功率峰值。为此，由包括电动车在过去的一日(第一日)的过去的到达时间、出发时间和充电能量的历史数据记录求取最小总充电功率42。由此得到FCFS方法，其中例如在离散的时间步长上执行迭代。在此，所求取的最小总充电功率被这样确定，使得电动车在过去的一日(第一时段或第一日)内的充电过程在其停放时长期间可能已经结束。同时，最小总充电功率被这样小地确定(最小化)，使得功率峰值降低或不出现。由此导致优化问题，该优化问题通过根据本发明的方法被充分解决，并且其结果是最小总充电功率42。

然后可以使用最小总充电功率42作为FCFS方法或修改的FCFS方法的上限。由此导致不具有功率峰值的根据本发明的第二充电曲线106。

图2示出了多个电动车的多个停放时长110。在所示的示意图的纵坐标103上绘制电动车的数量。在示意图的横坐标100上绘制当前的一日(第二时段)的时间。电动车的停放时长110通过其出发时间114与其到达时间112之间的时间差来确定。在此，示例性地将这些电动车之一的到达时间112和出发时间114标记在图中。各个电动车的停放时长由水平延伸的条110示出。电动车的充电时长由画阴影线的水平延伸的条108指示。

在所示的实施例中，一部分电动车在白天期间停放，另一部分电动车在夜晚期间停放，在夜晚期间停放的部分大于在白天期间停放的部分。

在图2所示的对应于各个充电时长108的全体的充电曲线中，所求取的最小总充电功率42(见图1)会由于新抵达的电动车而被超过，使得新抵达的电动车的充电没有在它们的到达时间112被立即进行。新抵达的电动车的充电在相对于其到达时间稍晚的时刻进行，此时确保了用于为所有停放的电动车充电的瞬时总充电功率保持低于求取的最小总充电功率。由此有利地提供了对电动车的网络友好式充电并且可以防止功率峰值。

图3示出了与图2基本类似的情况。在此与图2不同的是，瞬时总充电功率如此之低，使得新抵达的电动车在它们到达之后、即在它们的到达时间112处立即充电而不超过最小总充电功率。也就是说，在任何时刻为所有停放的电动车充电所需的瞬时总充电功率总是小于或等于所求取的最小总充电功率。换句话说，仅当设置用于电动车充电的充电功率与已经由停放的电动车占去的充电功率之和超过所求取的最小总充电功率时，才延缓新抵达的电动车的充电过程。

虽然已经借助优选实施例详细地图示和描述了本发明，但是本发明不受所公开的实施例的限制，或者本领域技术人员可在不脱离本发明的保护范围的前提下从中推导出其它变体。