Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine entsprechende Steuereinheit zur Ermittlung von Ladeplänen und/oder Entladeplänen für Elektrofahrzeuge.

Ein Haushalt kann eine Vielzahl von elektrischen Verbrauchern und ein oder mehrere Quellen von elektrischer Energie (z.B. eine Solaranlage und/oder einen elektrischen Hausanschluss an ein Versorgungsnetz) umfassen. Desweiteren kann der Haushalt ein oder mehrere elektrische Energiespeicher umfassen, die als Verbraucher auftreten, wenn sie geladen werden, und die als Quelle auftreten, wenn sie entladen werden. Diese verschiedenen Komponenten eines Haushalts können über eine HEMS (Home Energie Management System) zentral gesteuert werden, um den elektrischen Energieverbrauch nach bestimmten Kriterien zu optimieren (z.B. um die Kosten für elektrische Energie zu minimieren).

Ein Elektrofahrzeug umfasst einen elektrischen Energiespeicher, der über eine Ladevorrichtung in einem Haushalt geladen werden kann (und damit als

Verbraucher auftritt) bzw. entladen werden kann (und damit als Quelle auftritt). Dabei ist ein Elektrofahrzeug typischerweise über ein relativ langes Lade- Zeitintervall (z.B. von einem Abend bis zum folgenden Morgen) an die

Ladevorrichtung angeschlossen. Es steht somit typischerweise ein relativ langer Zeitraum zur Verfügung, um die Ladung des Energiespeichers des

Elektrofahrzeugs auf einen bestimmten Stand (d.h. auf einem bestimmten SOC, State of Charge) zu bringen.

Das vorliegende Dokument befasst sich mit der technischen Aufgabe, in effizienter Weise einen Ladeplan für ein Elektrofahrzeug zu ermitteln, insbesondere einen Ladeplan, der ein vordefiniertes Kostenkriterium reduziert (insbesondere minimiert). Dabei sollen im Rahmen des Ladeplans ggf. auch ein oder mehrere Zeitsegmente ermittelt werden, in denen das Elektrofahrzeug an einer Ladestelle entladen wird. Es kann somit ein kombinierter Lade-/Entladeplan für ein Elektrofahrzeug ermittelt werden. Durch das Ermöglichen von ein oder mehreren Entlade-Zeitsegmenten können erweiterte Kostenkriterien

berücksichtigt werden.

Die Aufgabe wird durch die unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen werden u.a. in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. Gemäß einem Aspekt wird ein Verfahren zur Ermittlung eines Ladeplans für einen elektrischen Energiespeicher eines Fahrzeugs beschrieben. Dabei kann der elektrische Energiespeicher im Rahmen des Ladeplans auch zeitweise entladen werden. Es kam somit ein kombinierter Ladeplan mit ein oder mehreren Lade- Zeitsegmenten und ein oder mehreren Entlade-Zeitsegmenten ermittelt werden. Das Verfahren umfasst das Unterteilen eines Lade -Zeitintervalls, das für das

Laden des Energiespeichers insgesamt zur Verfügung steht, in eine Sequenz von Zeitsegmenten. Dabei erfolgt die Unterteilung bevorzugt derart, dass in den Zeitsegmenten der Sequenz von Zeitsegmenten jeweils konstante

Ladeleistungsbedingungen vorliegen. Die Ladeleistungsbedingungen können eine maximale Ladeleistung umfassen, die von einer Ladevorrichtung zu einem bestimmten Zeitpunkt zum Laden des Energiespeichers bereitgestellt werden kann, bzw. eine maximal Entladeleistung umfassen, die von dem Energiespeicher zu einem bestimmten Zeitpunkt an die Ladevorrichtung abgegeben werden kann. Alternativ oder ergänzend können die Ladeleistungsbedingungen (positive oder negative) Energiekosten umfassen, die zu einem bestimmten Zeitpunkt zum

Laden des Energiespeichers (typischerweise als positive Kosten) entstehen bzw. die zu einem bestimmten Zeitpunkt beim Entladen des Energiespeichers

(typischerweise als negative Kosten) entstehen. Das Verfahren umfasst weiter das Ermitteln, für jedes Zeitsegment der Sequenz von Zeitsegmenten, einer begrenzten Anzahl von möglichen Ladeleistungen, mit denen in dem jeweiligen Zeitsegment der Energiespeicher geladen und/oder entladen werden kann. Dabei kann das Ermitteln der begrenzten Anzahl von möglichen Ladeleistungen umfassen, das Aufteilen eines Ladeleistungsintervalls in N mögliche Ladeleistungen, wobei N gleich wie oder kleiner als 10 (z.B. 5) sein kann. Ggf. sind auch Werte von N größer 10 denkbar. Das

Ladeleistungsintervall kann nach Oben durch eine Ladeleistung begrenzt sein, die maximal von der Ladevorrichtung (z.B. durch eine technische Begrenzung) bereitgestellt werden kann. Ggf. können dabei auch negative Ladeleistungen ermöglicht werden (für das zeitweise Entladen des Energiespeichers).

Es können somit für eine begrenzte Anzahl von Zeitsegmenten jeweils eine begrenzte Anzahl von möglichen Ladeleistungen definiert werden. So kann ein Netzwerk mit einer begrenzten Anzahl von Ladepunkten für eine begrenzte Anzahl von Zeitsegmenten definiert werden. Dabei zeigt ein Ladepunkt für ein Zeitsegment eine Ladeleistung aus der begrenzten Anzahl von möglichen

(positiven oder negativen) Ladeleistungen für dieses Zeitsegment an. Das Problem der Ermittlung eines (optimalen) Ladeplans kann somit als Problem formuliert werden, einen (optimalen) Pfad durch das Netzwerk von Ladepunkten (d.h. eine Sequenz von Ladepunkten) zu ermitteln.

Das Verfahren umfasst weiter das Ermitteln einer Vielzahl von Sequenzen von Ladepunkten. Eine Sequenz von Ladepunkten zeigt dabei eine Sequenz von Ladeleistungen für die entsprechende Sequenz von Zeitsegmenten an. Mit anderen Worten, eine Sequenz von Ladepunkten zeigt an, mit welchen (konstanten) Ladeleistungen der Energiespeicher in den verschiedenen Zeitsegmenten der Sequenz von Zeitsegmenten geladen werden soll. Die Vielzahl von Sequenzen von Ladepunkten kann dabei in besonders effizienter und präziser Weise mittels dynamischer Programmierung, insbesondere mittels eines Viterbi-Algorithmus, ermittelt werden. Es kann dann eine Sequenz von Ladepunkten aus der Vielzahl von Sequenzen von Ladepunkten als Ladeplan zum Laden des Energiespeichers ausgewählt werden. Durch das o.g. Verfahren, insbesondere durch die zeitliche Aufteilung in

Zeitsegmente und/oder durch die Aufteilung in eine begrenzte Anzahl von möglichen Ladeleistungen, wird eine effiziente Ermittlung von Ladeplänen ermöglicht.

Ein Ladepunkt für ein Zeitsegment kann (positive oder negative) Kosten anzeigen, die durch das Laden bzw. Entladen mit der durch den Ladepunkt angezeigten (positiven oder negativen) Ladeleistung, verursacht werden. Diese Kosten können z.B. auf Basis der Energiekosten in dem Zeitsegment und auf Basis der Ladeleistung des Ladepunktes ermittelt werden. Das Ermitteln einer Vielzahl von Sequenzen von Ladepunkten kann umfassen, das Ermitteln, in Abhängigkeit von den durch die Ladepunkte angezeigten Kosten, einer Vielzahl von kumulierten Kosten für die entsprechende Vielzahl von Sequenzen von Ladepunkten. Die Sequenz von Ladepunkten für den Ladeplan kann dann in Abhängigkeit von der Vielzahl von kumulierten Kosten ausgewählt werden. So kann ein Ladeplan ausgewählt werden, der die kumulierten Kosten minimiert.

Die Vielzahl von Sequenzen von Ladepunkten kann iterativ, Zeitsegment für Zeitsegment, ausgehend von einem Anfangs-Zeitsegment und/oder ausgehend von einem End-Zeitsegment der Sequenz von Zeitsegmenten ermittelt werden.

Insbesondere kann das Ermitteln einer Vielzahl von Sequenzen von Ladepunkten umfassen: Für ein erstes Zeitsegment der Sequenz von Zeitsegmenten, das Ermitteln von M Teilsequenzen von Ladepunkten, die von dem Anfangs- Zeitsegment oder von dem End-Zeitsegment zu einem zweiten Zeitsegment verlaufen, das an das erste Zeitsegment angrenzt. Dabei kann M z.B. 20, 10 oder weniger sein. Es können dann auf Basis der Ladepunkte für das erste Zeitsegment und auf Basis der M Teilsequenzen von Ladepunkten, erweiterte Teilsequenzen von Ladepunkten ermittelt werden, die von dem Anfangs-Zeitsegment oder von dem End-Zeitsegment zu dem ersten Zeitsegment verlaufen. So kann iterativ, Zeitsegment für Zeitsegment, die Vielzahl von Sequenzen von Ladepunkten ermittelt werden. Durch die Begrenzung auf eine begrenzte Anzahl M von Teilsequenzen von Ladepunkten kann der Rechenaufwand für die Ermittlung der Vielzahl von Sequenzen von Ladepunkten begrenzt werden. Das Ermitteln einer Vielzahl von Sequenzen von Ladepunkten kann umfassen: Für das erste Zeitsegment der Sequenz von Zeitsegmenten, das Ermitteln von M kumulierten Teilkosten für die M Teilsequenzen von Ladepunkten. Es können dann, auf Basis der Ladepunkte für das erste Zeitsegment und auf Basis der M kumulierten Teilkosten, kumulierte Teilkosten für die erweiterten Teilsequenzen von Ladepunkten ermittelt werden. Desweiteren kann eine Untermenge der erweiterten Teilsequenzen von Ladepunkten (z.B. M erweiterte Teilsequenzen von Ladepunkten), in Abhängigkeit von den kumulierten Teilkosten für die erweiterten Teilsequenzen von Ladepunkten, ausgewählt werden. Insbesondere kann eine begrenzte Untermenge mit den geringsten kumulierten Teilkosten ausgewählt werden. So kann bei begrenztem Rechenaufwand weiterhin ein kostenoptimierter Ladeplan bereitgestellt werden.

Das Verfahren kann weiter umfassen, das Ermitteln von Übergangs-Kosten für einen Übergang von einem Ladepunkt in dem zweiten Zeitsegment zu einem Ladepunkt in dem ersten Zeitsegment. Dabei können die Übergangs-Kosten insbesondere von Kosten für eine Änderung der Ladeleistung (durch den Übergang zwischen den Ladepunkten) abhängen. Die kumulierten Teilkosten für die erweiterten Teilsequenzen von Ladepunkten kann dann auch in Abhängigkeit von den Übergangs-Kosten ermittelt werden. So können in effizienter Weise Kosten berücksichtigt werden, die durch eine Änderung der Ladeleistung verursacht werden.

Das Verfahren kann weiter umfassen, das Überprüfen, ob eine erste erweiterte Teilsequenz von Ladepunkten eine Nebenbedingung, insbesondere in Bezug auf eine durch die erweiterte Teilsequenz von Ladepunkten insgesamt bereitgestellte Energiemenge, erfüllt. Die erste erweiterte Teilsequenz von Ladepunkten kann verworfen werden, wenn die Nebenbedingung nicht erfüllt ist. So können zu einem frühen Zeitpunkt Ladepläne verworfen werden, die nicht die geforderten Nebenbedingungen (z.B. einen geforderten SOC am Ende des Lade-Zeitintervalls) erfüllen. Es kann somit der Rechenaufwand weiter reduziert werden.

Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine Steuereinheit beschrieben, die eingerichtet ist, das o.g. Verfahren auszuführen.

Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Software (SW) Programm beschrieben. Das SW Programm kann eingerichtet werden, um auf einem Prozessor ausgeführt zu werden, und um dadurch das in diesem Dokument beschriebene Verfahren auszuführen.

Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Speichermedium beschrieben. Das Speichermedium kann ein SW Programm umfassen, welches eingerichtet ist, um auf einem Prozessor ausgeführt zu werden, und um dadurch das in diesem

Dokument beschriebene Verfahren auszuführen.

Es ist zu beachten, dass die in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systeme sowohl alleine, als auch in Kombination mit anderen in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systemen verwendet werden können. Desweiteren können jegliche Aspekte der in diesem Dokument beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und Systemen in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden. Insbesondere können die Merkmale der Ansprüche in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden.

Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Dabei zeigen

Figur 1 ein Blockdiagramm eines beispielhaften Systems zum Laden eines Elektrofahrzeugs; Figur 2a zeigt einen beispielhaften zeitlichen Verlauf von maximalen

Ladeleistungen, die zur Ladung des Elektrofahrzeugs bereitstehen, sowie einen beispielhaften zeitlichen Verlauf der Energiekosten;

Figur 2b zeigt eine beispielhafte Gradientenkurve, die signifikante Änderungen der maximalen Ladeleistungen und/oder der Energiekosten anzeigt;

Figur 2c zeigt eine beispielhafte Einteilung eines Lade-Zeitintervalls in

Zeitsegmente sowie beispielhafte mögliche Ladeleistungen;

Figur 3 zeigt beispielhafte Sequenzen von Ladepunkten; und

Figur 4 zeigt ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zur Ermittlung eines Ladeplans.

Wie eingangs dargelegt befasst sich das vorliegende Dokument mit der Ermittlung von einem Ladeplan für ein Elektrofahrzeug. Fig. 1 zeigt ein Blockdiagramm für ein System 100 zur Ladung eines Elektrofahrzeugs 110. Das Fahrzeug 110 umfasst einen elektrischen Energiespeicher 111, der eingerichtet ist, elektrische Energie für den Betrieb einer elektrischen Antriebsmaschine des Fahrzeugs 110 bereitzustellen. Der Energiespeicher 111 kann an eine Ladevorrichtung 102 zur Aufnahme von elektrischer Energie angeschlossen werden. Das System 100 umfasst eine Steuereinheit 101, die eingerichtet ist, den Ladevorgang des

Energiespeichers 111 zu steuern. Insbesondere ist die Steuereinheit 101 eingerichtet, einen Ladeplan zum Laden des Energiespeichers 111 zu ermitteln, und den Energiespeicher 111 in Abhängigkeit von dem Ladeplan zu laden.

Typischerweise stehen zum Laden des Energiespeichers 111 zu unterschiedlichen Zeitpunkten unterschiedliche maximale Ladeleistungen 201 (siehe Fig. 2a) zur Verfügung. Die für das Laden verfügbare maximale Ladeleistung 201 kann z.B. aufgrund der zeitlichen Verfügbarkeit von Energiequellen (z.B. Solarenergie) und/oder aufgrund der unterschiedlichen Nachfrage an elektrischer Energie durch unterschiedliche elektrische Verbraucher variieren. Fig. 2a zeigt einen

beispielhaften Verlauf der maximalen Ladeleistung 201 über die Zeit 203. Desweiteren zeigt Fig. 2a einen beispielhaften Verlauf der Energiekosten über die Zeit 203. Die Energiekosten können z.B. aufgrund der unterschiedlichen

Zusammensetzung der verfügbaren elektrischen Energie variieren. Beispielsweise können bei Verfügbarkeit von Solarenergie die Energiekosten geringer sein als wenn die elektrische Energie über ein öffentliches Versorgungsnetz bezogen wird.

Es soll nun ein Ladeplan für den Energiespeicher 111 des Fahrzeugs 110 ermittelt werden, durch den gewährleistet wird, dass der Energiespeicher 111 am Ende eines Lade-Zeitintervalls einen vordefinierten Zustand (insbesondere SOC) aufweist. Desweiteren soll ein Ladeplan ermittelt werden, durch den die Kosten reduziert (insbesondere minimiert) werden.

Zu diesem Zweck kann für das verfügbare Lade-Zeitintervall eine Sequenz von Zeitsegmenten ermittelt werden, in denen die Ladeleistungsbedingungen substantiell konstant sind. Beispielhafte Ladeleistungsbedingungen sind die o.g. maximale Ladeleistung 201 und die o.g. Energiekosten 202 in einem bestimmten Zeitsegment. Insbesondere kann somit eine Sequenz von Zeitsegmenten ermittelt werden, in denen die maximale Ladeleistung 201 und die Energiekosten 202 konstant sind. Zu diesem Zweck kann aus dem Verlauf der maximalen

Ladeleistung 201 und aus dem Verlauf der Energiekosten 202 eine

Gradientenkurve 211 ermittelt werden, die Zeitpunkte anzeigt, an denen sich zumindest eine Ladeleistungsbedingung ändert. Diese Zeitpunkte können als Grenzen zwischen benachbarten Zeitsegmenten betrachtet werden. Fig. 2c zeigt beispielhafte Zeitsegmente 223 für die Verläufe der maximalen Ladeleistung 201 und der Energiekosten 202 aus Fig. 2a. Innerhalb eines

Zeitsegments 223 sind die Ladeleistungsbedingungen konstant. Diese

Zeitsegmente 223 können als zeitliche Auflösung für die Ermittlung eines Kostenoptimalen Ladeplans verwendet werden. So kann die Komplexität des

Optimierungsproblems zur Ermittlung eines Ladeplans reduziert werden. Das Lade-Zeitintervall kann somit in eine Sequenz von Zeitsegmenten 223 unterteilt werden, wobei die Ladeleistungsbedingungen in jedem Zeitsegment 223 konstant sind. Desweiteren können für jedes Zeitsegment 223 unterschiedliche mögliche Ladeleistungen 221 definiert werden, mit denen der Energiespeicher 111 in dem jeweiligen Zeitsegment 223 geladen werden können. In Fig. 2c werden 5 unterschiedliche Ladeleistungen 221 zwischen 0kW und der maximal möglichen Ladeleistung (z.B. OkW, 1,1kW, 3,2kW, 5,3kW und 7,4kW) definiert.

Der Energiespeicher 111 kann somit in einem Zeitsegment 223 mit

unterschiedlichen Ladeleistungen 221 geladen werden. Für jedes Zeitsegment 223 können somit unterschiedliche Energiemengen definiert werden, die dem

Energiespeicher 111 in dem jeweiligen Zeitsegment 223 zugeführt werden können. Dabei ergeben sich die Energiemengen aus der Ladeleistung 221 und aus der zeitlichen Länge eines Zeitsegments 223.

Fig. 3 zeigt ein Netzwerk 300 von Ladepunkten 310. Das Netzwerk 300 umfasst für ein Zeitsegment 223 eine Vielzahl von Ladepunkten 310, wobei ein Ladepunkt 310 ein oder mehrere Ladepunkt-Parameter aufweist. Die Ladepunkt-Parameter können umfassen:

· die Energiemenge, die in dem Zeitsegment 223 des Ladepunktes 310 an den Energiespeicher 111 übertragen wird;

• die Ladeleistung 221, mit der in dem Zeitsegment 223 des Ladepunktes 310 geladen wird; und/oder

• die Energiekosten, die mit der übertragenen Energiemenge verbunden sind.

Desweiteren umfasst das Netzwerk 300 Übergänge 302 (durch gepunktete oder durchgezogene Pfeile dargestellt) von einem ersten Ladepunkt 310 (in einem ersten Zeitsegment 223) zu einem zweiten Ladepunkt 310 (in einem, dem ersten Zeitpunkt direkt nachfolgenden, zweiten Zeitsegment 223). Die Übergänge 302 können ein oder mehrere Übergang-Parameter aufweisen. Die Übergang- Parameter können z.B. Kosten für eine Änderung der Ladeleistung umfassen.

Somit kann ein Netzwerk 300 bereitgestellt werden, das mögliche Ladeleistungen für den Ladevorgang und damit verbundenen Kosten definiert. Es kann dann ein Pfad 301, d.h. eine zeitliche Sequenz von Ladepunkten 310, durch das Netzwerk 300 gefunden werden, durch den ein vordefiniertes Kostenkriterium, welches z.B. die kumulierten Energiekosten für den Ladevorgang umfasst, reduziert (ggf. minimiert) wird. Der Pfad 301 wird in Fig. 3 durch die durchgezogenen Pfeile dargestellt. Dabei kann in effizienter Weise ein Verfahren der dynamischen Programmierung, insbesondere ein Viterbi-Algorithmus, verwendet werden.

Insbesondere kann in iterativer Weise, z.B. ausgehend von den Ladepunkten 310 zu einem Anfangs-Zeitsegment 223 der Sequenz von Seitsegmenten 223, ein Pfad 310 von Ladepunkten 310 bis zu einem End- Zeitsegment 223 der Sequenz von Seitsegmenten 223 ermittelt werden. Zur Reduzierung des Rechenaufwands können dabei in jedem Iterationsschritt (d.h. für jedes Zeitsegment 223 der Sequenz von Seitsegmenten 223) eine beschränkte Anzahl von Teilpfaden ausgewählt werden. Es wird dann für das weitere Verfahren nur die beschränkte Anzahl von Teilpfaden berücksichtigt. Desweiteren können frühzeitig Pfade ausgeschlossen werden, die eine vordefmierte Nebenbedingung nicht erfüllen (wie z.B. Pfade, die die von dem Energiespeicher 111 während des Lade- Zeitintervalls insgesamt aufzunehmende Energiemenge nicht erreichen bzw. überschreiten).

Fig. 4 zeigt ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens 400 zur

Ermittlung eines Ladeplans für einen elektrischen Energiespeicher 111 eines Fahrzeugs 110. Das Verfahren 400 umfasst das Unterteilen 401 eines Lade- Zeitintervalls, das für das Laden des Energiespeichers 111 zur Verfügung steht, in eine Sequenz von Zeitsegmenten 223, so dass in den Zeitsegmenten 223 der Sequenz von Zeitsegmenten 223 jeweils konstante Ladeleistungsbedingungen vorliegen. Das Verfahren 400 umfasst weiter das Ermitteln 402, für jedes

Zeitsegment 223 der Sequenz von Zeitsegmenten 223, einer begrenzten Anzahl von möglichen Ladeleistungen 221, mit denen in dem jeweiligen Zeitsegment 223 der Energiespeicher 111 geladen werden kann. Außerdem umfasst das Verfahren 400 das Ermitteln 403 einer Vielzahl von Sequenzen von Ladepunkten 310. Dabei zeigt ein Ladepunkt 310 für ein Zeitsegment 223 eine Ladeleistung aus der begrenzten Anzahl von möglichen Ladeleistungen für dieses Zeitsegment 223 an. Desweiteren zeigt eine Sequenz von Ladepunkten 310 eine Sequenz von

Ladeleistungen für die Sequenz von Zeitsegmenten 223 an. Das Verfahren 400 umfasst weiter das Auswählen 404 einer Sequenz von Ladepunkten 310 aus der Vielzahl von Sequenzen von Ladepunkten 310 als Ladeplan.

Insbesondere kann eine parametrisierte dynamische Programmierung mit spezieller Eignungsbewertung für sinnvoll mögliche zeitliche Kombinationen von Ladeleistungen verwendet werden, um einen kostenoptimalen Ladeplan zu ermitteln.

Durch das in diesem Dokument beschriebene Verfahren können die Kosten der elektrischen Energie für den Betrieb eines Fahrzeugs und eines Haushalts minimiert werden. Desweiteren kann durch gezielte Verwendung von lokalen Energiequellen ein Autarkiegrad erhöht werden. Außerdem kann die

Ladeeffizienz von Elektrofahrzeugen erhöht werden. Ggf. kann die Optimierung durch geeignete Parametrisierung mehrere Ebenen gleichzeitig berücksichtigen: das Lastmanagement und das Energiemanagement. Das in diesem Dokument beschriebene Verfahren ist skalierbar und somit zusätzlich anwendbar für Flottenladeoptimierung.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere ist zu beachten, dass die Beschreibung und die Figuren nur das Prinzip der vorgeschlagenen Verfahren, Vorrichtungen und Systeme veranschaulichen sollen.