借助后备解决方案的负载管理方法和充电停车场与流程

本发明涉及一种用于在故障情况下在充电停车场的动态负载管理与静态负载管理之间进行切换的方法。此外，要求保护一种以这种方法运行的充电停车场。

背景技术：

充电停车场在多个充电位处提供用于给电动车辆的牵引电池充电的电功率。为此，充电停车场的变压器在大多数情况下直接连接到本地电源的中压电网。因此，根据安装地点或安装配置，充电停车场的可用电网功率和/或变压器功率是变化的或者甚至有限的。在此，在局部在与变压器相连接的功率电子器件中进行负载分配。于是，对各个充电位接通功率电子器件的功率模块，这些充电位用作单独充电器的集合，在这些单独充电器之间，所提供的功率被均匀地分配。这些充电位在此彼此电流隔离。

美国文献us2016/0152149a1描述了一种非接触式充电系统，其中电池充电单元向功率单元要求充电能量。功率单元将要求的充电能量提供给传输单元，该传输单元将充电能量传输给电池单元。

在文献us2017/0166074a1中提出了一种在具有多个充电位的充电停车场中管理负载的方法。该方法确定统计模型，该统计模型用于估计在电动车辆要充电的情况下要提供的能量总量和对相应充电位的占用时间。

文献us2018/0290556a1描述了一种用于多个电池管理系统的通信系统，这些电池管理系统彼此间可以藉由can总线进行通信。即使在该通信系统重新启动时，各个节点的标识码也仍然被存储在节点上。

技术实现要素：

在此背景下，本发明的目的在于提供一种用于负载管理的方法，该方法在任何时间点都控制充电位的最佳功率供应并且高效地充分利用可供使用的电网功率。在此，该负载管理应控制在充电位之间的功率分布，使得即使在故障情况下也确保功率供应。此外，应提供一种以该方法运行的充电停车场。

为了实现上述提及的目的，提出一种用于充电停车场的负载管理的方法，其中该充电停车场包括至少两个充电位，这些充电位具有各自的充电控制装置和被指配给各自充电位的相应功率电子模块(被本领域技术人员简称为lem)、充电管理服务器以及与供电网连接的变压器，该变压器提供受供电网的电网功率限制的变压器功率。通过由充电管理服务器实施的负载管理来控制变压器功率在各相应充电位之间的分配。在相应充电位处通过负载管理藉由与负载管理服务器连接的相应充电控制装置来控制相应电动车辆的相应充电过程。通过被分配给相应充电位的相应功率电子模块提供受负载管理控制或调节的充电功率。该负载管理具有动态实施模式和静态实施模式，在动态实施模式中，根据至少一种预先设定的分配算法将变压器功率分配给各相应充电位，在该静态实施模式中，将变压器功率均匀地分配给每个充电位。在充电停车场的无故障的系统状态下以动态实施模式实施负载管理，在充电停车场的有故障的系统状态下以静态实施模式实施负载管理。

有利地，根据本发明的方法在任何时间点上均提供用于分配给相应的在使用中的充电位的最大变压器功率，以便不依赖于可能的故障情况而实现尽可能最佳的充电性能和高的总系统效率。因此，有利地避免从该供电网或者从该变压器输出过高的功率。

该负载管理优选处于动态实施模式，其中通过该至少一种分配算法来实现待分配的充电功率与相应的预设(vorgaben)的适配。在静态实施模式中，每个充电位都获得相同的充电功率，该充电功率是由电网功率和变压器功率的预先设定的最小值除以所有充电位的数量而得出的，与其是否运行(即是否进行充电过程)无关。

在根据本发明的方法的一个设计方案中，以动态实施模式来开始负载管理。因此，从启动开始，负载管理就处于动态实施模式，而在出现系统故障的情况下处于静态实施模式。

在根据本发明的方法的另一个设计方案中，有故障的系统状态包括充电管理服务器有故障和/或充电停车场的部件有故障。根据本发明，充电停车场在出现有故障的系统状态时退回到以均匀分配方式将充电功率静态分配给相应的充电位。这个所谓的后备/回退(fallback)解决方案例如可以在相应的充电位或其相应的充电控制装置上被固定编程，使得即使在该充电管理服务器完全失效的情况下也能够继续进行充电过程。

在根据本发明的方法的还另一个设计方案中，至少从以下列表中选择至少一种预先设定的分配算法：

·先到先得(first-come-first-serve)算法：假定具有六个充电位的充电停车场中的可用充电功率例如是1250kw。向相应充电位分配最大350kw的充电功率，其中10kw的基本充电功率作为编码参数cap_min_availablepower被存储在负载管理中、被保留给相应充电位，即使该充电位没有运行。在此，与用于汽车控制装置的统一诊断服务协议(unified-diagnostic-services-protokoll，uds)类似地设计相应的编码参数。如果现在已经在三个充电位处分别以350kw对三个车辆进行充电，则仅还有180kw对驶向第四充电位的第四车辆充电。剩余的20kw被保留给两个未运行的充电位。在第一个情景中，现在要对位于第二充电位的车辆进行充电，而该第二充电位是未运行的。通过该负载管理重新分配向其余的运行中的充电位所分配的充电功率。在第一充电位和第三充电位处的各个车辆继续以350kw进行充电，然而在第四充电位处的之后到来的车辆现在以350kw而非以之前的180kw进行充电。存储在编码参数dyn_pot中的有效总充电功率已经从1230kw减小到了1050kw。在第二个情景中，除了已经处于相应的充电位处的四个车辆，又加入了另外两个车辆，这另外两个车辆分别应在两个保持空闲的充电位中的各自充电位处进行充电。然而，如果在先占用的四个充电位中的至少一个充电位处的充电没有结束，则对于这两个充电位就仅分别留有10kw的基本充电功率。在这两个情景中都通过重新分配充电功率在负载管理中以控制技术终止先前持续进行的充电过程并且开始新的充电过程。

·平均分配(equal-distribution)算法：在此将可用的充电功率除以运行中的充电位的数量。例如假定将900kw规定为充电停车场的可用充电功率的最小值，其中该充电停车场具有六个充电位并且三个充电位处于充电工作模式。因此，每个充电位可以使用300kw。如果第四车辆占用一个另外的充电位，那么每个充电位可以使用225kw(在静态实施模式下，无论充电位是否运行，每个充电位都可以使用150kw)。

·令牌桶(token-bucket)算法：例如将10kw的基本充电功率单元作为所谓的“令牌(token)”(英文中意为数值单元)，只要在多个迭代步骤中分配给相应的充电位(所谓的“buckets”，英文中意为桶)，直到所分配的基本充电功率单元的总和对应于最大可供使用的充电功率。在此，在一个相应的迭代步骤内，询问每个充电位是否达到了为相应的充电位所规定的充电功率并且这个充电位是否没有获得另外的基本充电功率单元。

·百分比分配：例如，假定电网功率和变压器功率减去连接到同一电网的外围部件的最小值为1000kw。在具有六个充电位的充电停车场中假定连接有四个车辆。其中的前两个车辆要求300kw的充电功率，而后两个车辆要求500kw的充电功率，这对应于所要求的1600kw的整体功率。现在，根据所要求的充电功率以百分比分配现有的1000kw的充电功率：300kw/1600kw是18.75％，即187.5kw分别用于前两个车辆；500kw/1600kw等于31.25％，即312.5kw分别用于后两个车辆。

·最佳负载分配：在相应功率电子模块的相应额定功率的60％与80％之间，将可供使用的充电功率分配给相应充电位。

于是根据所选择的分配算法为相应的充电位提供尽可能高的充电功率。在此，相应的分配算法有利地可以被固定地编程，即，在该充电停车场的初次启动的时间点已经可以使用相应的分配算法并且例如不必首先通过多个充电过程才进行适配。

在根据本发明的方法的再另一个设计方案中，至少根据以下列表来按照客户的特殊性或不同优先级设计至少一种预先设定的分配算法：

·具有优享充电协议的客户：在充电功率大小和/或计费成本方面具有优享权

·电动车辆的荷电状态，也被称为“充电状态(stateofcharge)”：充电要求较低(充电时间较短)的车辆与充电要求较高的车辆的优享权/计费不同

·进入充电停车场的时间点：基于先到先得的分配算法，与电动车辆在相应的充电位处的使用时间相对应地以更高的充电功率为电动车辆充电。

·行政优先权：例如警察、消防队或救援车辆等政府机构的电动车辆应具有接入充电位和充电功率的优先权。

·所要求的充电功率大小：充电性能较高(并且因此充电时间较短)和/或所要求的充电功率高的车辆与充电功率低的车辆的优享权/计费不同。

·本地供电网中的变化：在一天当中由于参与供电网络的家庭和/或企业引起的电网负载波动会造成使充电过程更便宜或更昂贵的时段。

在根据本发明的方法的再另一个设计方案中，依据各相应充电位对充电功率的要求来在至少两种分配算法之间进行动态切换。

在根据本发明的方法的另一个设计方案中，所述负载管理考虑到充电停车场的至少一个额外的外围设备，其方式为从变压器功率中减去该至少一个外围设备的功率需求来形成待分配的充电功率。

此外要求保护一种具有负载管理的充电停车场，该充电停车场包括至少两个充电位，所述至少两个充电位具有：各自的充电控制装置和被指配给各自充电位的相应功率电子模块、充电管理服务器以及与供电网连接的变压器。该变压器被配置成从受供电网限制的电网功率来提供可以分配给相应的充电位的变压器功率。所述充电管理服务器被配置成实施负载管理并且在此控制或调节变压器功率在各相应充电位之间的分配。该负载管理服务器另外被配置成藉由与该负载管理服务器连接的相应的充电控制装置实施相应电动车辆的相应充电过程。被分配给相应充电位的相应功率电子模块被配置成提供受该负载管理控制的充电功率。该负载管理具有动态实施模式和静态实施模式，其中动态实施模式被配置成根据至少一种预先设定的分配算法将变压器功率分配给各相应充电位，静态实施模式被配置成将变压器功率均匀地分配给每个充电位。负载管理被配置成：在充电停车场的无故障的系统状态下实施动态实施模式，并且在充电停车场的有故障的系统状态下实施静态实施模式。

在根据本发明的充电停车场的一个设计方案中，该充电停车场被配置成实施根据本发明的方法。

在根据本发明的充电停车场的一个设计方案中，该充电停车场附加地具有至少一个外围设备并且被配置成实施根据本发明的方法。

本发明的其他优点和设计方案从说明书和附图中得出。

不言而喻，在不脱离本发明范围的情况下，以上提到的这些特征以及仍将在以下说明的特征不仅能够在相应给出的组合中使用，而且还可以在其他组合中或者单独地使用。

附图说明

图1以示意性图示示出根据本发明的方法的一个设计方案中的负载管理的系统概览图。

具体实施方式

在图1中以示意性图示示出根据本发明的方法的一个设计方案中的负载管理的系统概览图100。在充电停车场中，该负载管理涉及充电管理服务器10、至少一个功率电子模块20和用于控制充电位的充电控制装置30。在此，充电管理服务器10是功能主控，并且根据在启动时确定的电网功率的功率特征值、变压器功率并且减去任选的外围部件的功率需求，借助于预先设定的分配算法来控制或调节在相应的充电位处待提供或已提供的相应的充电功率。在确定决定充电分配方式的编码参数cap_loadmanagement_type16时，一方面在静态分配方式12与动态或智能分配方式15之间进行区分。在决定静态分配时使用总体上可供使用的功率basis_pot11，该功率basis_pot由针对地点的编码参数cap_maximumtrafopower1(变压器功率)、cap_availablenetworkpower2(电网功率)和cap_maximumauxilliarypower3(外围部件的功率需求)确定。然而，关于总体上可供使用的功率basis_pot11的信息还包括待动态形成的功率预设dyn_pot13，该功率预设dyn_pot由动态输入变量决定，这些动态输入变量具有内部信号is_kw_freigabe_trafo4、is_kw_freigabe_vnb5(vnb表示分配网络运营商)和is_kw_freigabe_fcm6(fcm表示专用的子系统设施收费管理者)。功率预设dyn_pot13与确定相应的分配算法的编码参数cap_lm_distralgo14一起确定动态分配方式15。充电管理服务器10于是藉由以太网与相应的功率电子模块20借助于信号lmsxx_psysstat_freig17、lmsxx_psysstat_freig18和lmsxx_pdyn_freig_lemxx19通信，并且相应的功率电子模块20借助于以太网信号lkxxy_evla_最大充电功率21、lemxx_最大充电功率_lkxxy22和lemxx_最大充电电流_lkxxy23与相应的充电控制装置30通信。充电过程可能例如通过以下方式进行，即充电管理服务器10获得相应充电位的期望功率并且相应地所属的充电控制装置30将相应车辆的期望功率报告给功率电子模块20。功率电子模块20进而根据车辆所要求的功率并且考虑内部降额/运行点将相应充电位的期望功率报告给充电管理服务器10。充电管理服务器10借助不同的分配算法将可用功率分配给充电位，其中充电管理服务器10借助相应选择的分配算法来执行功率分配。例如如果确定充电位的优先级，则充电管理服务器10基于目标设定中提到的优先级标准来确定优先级并将当前分配的功率发送到相应的功率电子模块20。基于由充电管理服务器10产生的控制预设，相应的功率电子模块20减小或增大可用于相应的充电位的充电功率。