分配电能给一组电气蓄能器

技术领域

本发明涉及一种用于通过充电和/或放电来分配电能给一组电气蓄能器的方法。本发明也涉及相应的能量控制系统。本发明特别是有利地可用于一组(“车队”)具有集成的双向充电技术的电动车辆。

背景技术

由媒体报道“The Mobility House”已知：将具有集成的双向充电技术的电动车辆如发电站地集成到电网中。为此利用如下能力，即为了电网稳定化将来自车辆电池的电馈送到电网中，这也已知为“车辆至电网”技术(V2G)。

然而，现有技术仅能非常受限地且单独地实现电动车辆到能量系统中的连接并且是不经济的。

发明内容

本发明的目的在于：至少部分克服现有技术的缺点，且特别是在双向传导电的情况下提供关于一组蓄能器、特别是电动车辆的一个车队的改善的能量分配和利用。

该目的按照独立权利要求的特征解决。优选实施形式特别是可由从属权利要求得到。

该目的通过用于分配电能给一组电气蓄能器的方法解决，其中

(a)控制该组电气蓄能器的个体的负载曲线的至少一个第一机构预测蓄能器的总的负载曲线且将总的负载曲线告知第二机构；

(b)第二机构对于预测时段交易(亦即购买和/或销售或者完全一般地用于在适合的市场上的优化，在可能的情况下也仅仅作为选项等等)相应于预测的负载曲线的能量；

(c)第一机构在随后出现的预测时段期间对于预测时段的剩余的持续时间预测总的负载曲线带、尤其是在考虑蓄能器的在预测时段期间直至那时实际实施的充电或负载过程的情况下预测总的负载曲线带，且将总的负载曲线带告知第二机构；

(d)第二机构由告知的负载曲线带确定优化的总的负载曲线且从第一机构请求所述优化的总的负载曲线；以及

(e)第一机构将优化的负载曲线分解到用于由第一机构控制的蓄能器的各个负载曲线上且基于所属的各个负载曲线控制蓄能器或其充电过程。

该方法通过聚集电气蓄能器组的负载曲线有利地利用缩放效应，以便改善其经济性，特别是由此使得可以提供可交易的电能的最小量，这使得能量分配变得更有效。特别是，在前预测的总的负载曲线或所属的预测的电能量或功率量可以在预测时段期间基于实际的用户行为被更新。在此产生的能量差可以通过第二机构重新交易，特别是如此，使得那时实际取得的和分配到蓄能器上的能量产生价格优势。

预测时段例如可以相应于随后一日或随后一周，特别是在告知总的负载曲线那日之后的一日。

在一个改进方案中，第一机构控制或可以控制该组蓄能器的个体的负载曲线包括：第一机构可以控制各个蓄能器的充电运行。这包括：第一机构可以给蓄能器充电，也可以给其放电。

“总的”负载曲线相应于各个蓄能器的负载曲线的综合、特别是相加。这也可以被视为：将各个蓄能器的负载曲线聚集地考虑为一个“储备池(Pool)”或“总电池”。

负载曲线例如可以以曲线或表格的形式相应于对于预测时段、例如对于随后一日需要的电能或功率需求，更确切的所根据在预测时段中存在的时间窗、例如一刻钟、一小时等的需要的电能或功率需求。负载曲线那么例如可以相应于对于下一日的96个刻钟的时间窗的相应的能量或功率需求的罗列。能量或功率需求可以相应于蓄能器的推测的能量或功率消耗以及在可能的情况下相应于由蓄能器可取用的能量或功率量。

对于随后的预测时段的总的负载曲线的预测例如可以基于至少大约已知的由历史数据导出的蓄能器充电行为、由用户侧请求的充电条件、充电协定和其他的边缘条件导出。预测原则上是已知的且因此在此不再进一步进行阐明。

第二机构例如可以是能量提供方、能量商人、第一机构等。

第二机构可以对于预测时段(亦即在进入预测时段之前)时间有关地购买相应于预测的总的负载曲线的能量或能量曲线，例如在能量市场、例如现货市场(例如EPEX等)或者直接在另一适合的市场处或在能量市场的参与方处购买。第二机构交易对于预测时段相应于预测的负载曲线的能量可以包括购买和/或销售。

第一机构在随后出现的预测时段期间对于预测时段的剩余的持续时间预测总的负载曲线带且告知第二机构，这相应于根据考虑的蓄能器的随后实际出现的充电行为对于预测时段、例如对于随后开始的下一日更新负载曲线。

“负载曲线带”理解为如下负载曲线，所述负载曲线对于每个时间窗具有一定的宽度，这也可以称为“具有弹性的负载曲线”。该宽度相应于对于相应的还剩余的时间窗对于第二机构原则上可用的能量带宽。如果例如已经得出：确定的蓄能器相反于最初的预测未被使用，那么可以提供未消耗的能量给第二机构，例如在具有高的电价的时间段期间销售而在具有低的电价的时间段回购。该带宽由第一机构通过原则上已知的方式确定，例如通过应用目标函数。负载曲线带也可以称为负载曲线范围。

第二机构由告知的负载曲线带确定优化的总的负载曲线，这特别是包括：第二机构按照确定的标准、例如通过交易在适合的能量市场、例如日内市场(EPEX)上可实现的价格优化从可用的负载曲线带中选择出或确定具体的负载曲线。从第一机构请求该优化的负载曲线或与最初预测的负载曲线的差。确定也可以包括涉及的能量的具体交易(购买、销售)。

第一机构将优化的负载曲线分配或分解到用于由其控制的蓄能器的各个负载曲线上，且相应地基于所属的各个负载曲线控制用于蓄能器的负载曲线。

一种设计方案在于，该组电气蓄能器包括电动车辆的一个车队，其中的多个设定为用于双向传导电。电动车辆中的至少一些于是可以与其充电站配合地具有V2G能力。

对于随后的预测时段的总的负载曲线的预测于是也可以考虑电动车辆用户的已知的移动性期望。

电动车辆例如可以是插电式混合动力车辆(PHEV)、燃料电池电动车辆(FCHV)或纯电动车辆(BEV)。蓄能器可以相应地例如是电化学蓄能器、如电池、燃料电池等。在下文中也可以同义地应用电动车辆与包含在其中的电气蓄能器，除非上下文另有说明。

特别是在该设计方案中，第一机构可以是电动车辆制造方或车队运营方。

备选或附加地，该组电气蓄能器可以包括其他可再充电的蓄能器、例如静止电气蓄能器。

一种设计方案在于，对于出现的预测时段的每个时间窗可以重新实施通过步骤(c)至(e)的更新。如此可以特别有效和连续实施能量的优化。

一种设计方案在于，

-在步骤(a)中第一机构预测用于蓄能器的总的负载曲线带且告知第二机构；以及

-在步骤(b)中第二机构由在步骤(a)中预测的负载曲线带确定优化的总的负载曲线，交易相应的能量且将优化的总的负载曲线告知第一机构。

如此实现如下优点，即，类似于步骤(c)和(d)，通过第二机构根据确定的标准、如波动的能量价格在预测时段期间的最初的预测可以确定或明确优化的负载曲线。

一种设计方案在于，该组蓄能器包括电动车辆的一个车队，特别是其中的多个设定为用于双向传导电，其中，那么在步骤(e)中第一机构将优化的负载曲线分解到用于由其控制的蓄能器的各个负载曲线上，使得不影响各个电动车的移动性要求。由此实现如下优点，即可以优化负载曲线，而不限制车辆用户的移动性。例如可以注意：在蓄能器放电的情况下不低于车辆的预定的例如条约约束的许诺的最小充电状态或者又给蓄能器充电直至推测的应用时刻。如果例如由历史数据已知：确定的电动车辆在工作日仅仅在8点与9点之间且随后又在17点与18点之间运动，那么第一机构可以在蓄能器的该时间段之间在高电价的情况下放电且在低电价的情况下又充电，其中特别是注意：在任何时刻均不低于最小充电状态。

一种设计方案在于，在步骤(d)中仅仅当所属能量达到或超过预定最小能量的情况下，才从第一机构请求优化的总的负载曲线。如此实现在步骤(d)中特别高效地实施能量的优化，因为仅仅当达到可交易的最小能量的情况下才实施能量的优化。

一种设计方案在于，第二机构包括两个不同的机构、亦即第一第二机构(“营销方或集聚机构”)和第二第二机构(能量提供方)。在该方法中由第二机构实施的步骤于是原则上可以任意地由集聚机构和/或能量提供方实施。例如集聚机构可以是中间人机构、营销机构或商业机构。集聚机构特别是设立或设定为，不仅仅从上述第一机构地，集聚来自客户的整个投资组合且随后投放市场。

例如，第一机构可以在步骤(a)中告知能量提供方总的负载曲线，能量提供方在步骤(b)中交易相应的能量，而第一机构在步骤(c)中告知集聚机构，集聚机构在步骤(d)中确定优化的总的负载曲线连同在能量市场上所属能量的交易。交易的能量于是可以转发给能量提供方。备选地，集聚机构仅仅计算优化的总的负载曲线作为选项且将其告知能量提供方，能量提供方随后按照优化的总的负载曲线在能量市场交易(亦即购买和/或销售)能量。

备选地，第二机构也可以仅仅包括集聚机构或能量提供方。

一般地，一种设计方案在于，第二机构包括集聚机构和/或能量提供方。

而且对通过集聚机构或通过能量提供方按照优化的总的负载曲线在步骤(d)中确定的能量的请求可以从第一机构请求。

由能量提供方在电网连接点上提供的和获取的用于供给蓄能器(特别是电动车辆或其充电站)以及在可能的情况下另外的负载的能量可以特别是通过联网的智能测量系统(所谓的“智能电表”)跟踪。

该目的也通过一种能量控制系统解决，所述能量控制系统至少具有第一机构，其设立为用于实施如上所述的方法的步骤(a)、(c)和(e)。能量控制系统可以类似于方法地构成，且具有相同的优点。

该目的也通过一种系统解决，该系统设立为用于上述方法。

附图说明

本发明的上述特征、特性和优点以及将其实现的方式和方法结合对一个实施例的如下示意描述变得更清楚和更容易理解，其中结合附图进一步阐明该实施例。

图1示出用于将电能分配给电动车辆的一个车队的能量分配系统的一个草图；

图2示出用于将电能分配给电动车辆的一个车队的可能的过程；

图3示出预测的总的负载曲线的一个草图；

图4示出负载曲线带的一个草图；

图5示出用于将电能分配给电动车辆的一个车队的备选的可能的过程。

具体实施方式

图1示出用于将电能分配给电动车辆E1、E2、...En的一个车队的能量分配系统的一个草图。电动车辆E1至En可连接到充电站L1、L2、...Ln上且随后例如按照V2G技术设定为用于双向传导电。

电动车辆E1至En的包括充电和放电的个体的负载曲线可以借助于第一机构INST1来控制，第一机构在此例如相应于电动车辆E1至En的制造方。第一机构INST1设立为，例如基于过去的用户行为和其他边缘条件来预测这些电动车辆E1至En的总的或综合的或“联合的”负载曲线。

第一机构INST1通过数据技术与集聚机构INST2-1联接，集聚机构设立为，在能量市场EM、例如现货市场上交易电能量，特别是在确定的时间购买和销售能量。在一个改进方案中，在此可以仅仅从确定的最小量起进行购买和销售。集聚机构INST2-1特别是相应于能量经纪人或能量商人。

由第一机构越多地控制电动车辆E1至En或其负载曲线，那么一般越容易地达到最小量。例如n可以位于在几百、几千、几万、几十万或甚至更多的电动车辆E1至En的范围中。

第一机构INST1此外与能量供应方INST2-2通过数据技术联接，能量供应方将电能从电网提供给充电站L1至Ln且此外提供给电动车辆E1至En用于其充电且可以将由电动车辆E1至En获取的能量馈送到电网中。实际流动的能量(电流或功率)由能量供应方INST2-2或由其委托的测量点运营方(参见附图)跟踪。能量供应方INST2-2特别是市场参与者，其可以并允许给终端客户供给能量。

能量供应方INST2-2此外与集聚机构INST2-1通过数据技术联接，且可选择地也可以与能量市场EM通过数据技术联接。

图2示出用于将电能分配给电动车辆E1至En的车队的可能的过程。

在步骤S1中，在前一天T-1由第一机构INST1预测用于下一天T的对于电动车辆由可能的个体的充电过程形成的总的负载曲线，且在步骤S2中还在前一天T-1告知能量供应方INST2-2。

图3示出这样的预测的总的负载曲线PLG的草图作为在下一日的时间上在一刻钟的时间窗中的能量E或功率P的图形。因此存在96个时间窗，各时间窗分配有相应的预测的总的能量。在当前，这些能量相应于在充电站L1至Ln上预测的总的可能的能耗。如阐明的那样，例如在一日T的开始能耗首先接近零，随后如果用户行驶去工作或购物，那么能耗升高，在中午保留在中间水平，朝夜晚升高，即如果用户返回家且随后在夜晚的过程中又下降。

备选地，代替能耗可以告知能量曲线，其也包括由电动车辆E1至En通过充电站L1至Ln可提供的可取用的电能量(参见附图)。在该情况下能量也可以是负的。

返回图2，能量供应方INST2-2还在前一天T-1在能量市场EM上购买用于下一天T的相应于告知的负载曲线的时间分布的能量。

备选地，能量供应方INST2-2在能量市场EM上也可以销售在电动车辆E1至En的电池中在可能不使用的情况下存在的能量E或功率P，然而使得不限制电动车辆E1至En的移动性。如果电例如在0时与2时之间贵于在2时与4时之间，那么能量供应方INST2-2可以将在电动车辆E1至En的电池中存储的确定的能量在0时与2时之间销售且将电动车辆E1至En相应地放电，且在2时与4时之间又将其充电，由此对于其可以产生财务上的优点，而这对于车辆运营方的移动性需求不具有负面影响。

在相应于预测时段的下一天T，第一机构INST1在步骤S4中在每个过去的一刻钟对于该天T还剩余的持续时间预测根据电动车辆E1至En的实际的充电行为或实际实施的负载曲线而更新的总的负载曲线带LGB。负载曲线带LGB现在不再仅仅包括每个时间窗的一个值，而是也包括通过第一机构INST1根据目标函数计算的能量带，该能量带对于所属的时间窗包括最小和最大在贸易上可提供的能量。图4示出这样的负载曲线带LGB的草图。

返回图2，第一机构INST1在步骤S5中告知或传送负载曲线带LGB给集聚机构INST2-1。

集聚机构INST2-1在步骤S6中由负载曲线带LGB通过与能量市场EM的比较(例如通过在1/4小时.日内市场中的价格比较)搜索和确定所确定的在图4中虚线阐明的负载曲线LGO，该负载曲线关于确定的标准、例如低的电价是优化的。在方法的当前变型中，集聚机构INST2-1以优化的负载曲线LGO的确定达成与能量市场EM的相应的交易。

在步骤S7中集聚机构INST2-1从第一机构INST1请求优化的负载曲线LGO，也就是说，集聚机构向第一机构INST告知优化的负载曲线LGO且期望第一机构INST1：其如此控制电动车辆E1至En的负载曲线，使得实际上属于优化的负载曲线LGO的能量被交换，即，由电动车辆E1至En减小或输出，特别是通过能量供应方INST2-2进行。

在步骤S8中，第一机构INST1将优化的负载曲线LGO分配到用于由其控制的电动车辆E1至En的各个负载曲线上或者说其将优化的负载曲线“分解”且相应地控制用于电动车辆E1至En的个体的负载曲线。

在一个可选择的步骤S9中，集聚机构INST2-1此外可以将优化的负载曲线LGO或与最后有效的总的负载曲线的差告知能量供应方INST2-2，由此确保Bilanzkreis平衡。假如INST2是两个不同的市场参与者，那么该步骤特别是必要的。

步骤S3至S9可以如上对于步骤S4阐明的那样对于当前天T的每个时间窗重新实施。

上述步骤不需要都以所述顺序实施。如例如也可以以相反的顺序或者同时实施步骤S7和S9。

而且，上述机构INST1、INST2-1、INST2-2可以是不同的机构，例如经济和/或组织上分离的机构。备选地，机构INST1、INST2-1、INST2-2中的至少两个可以组合为一个机构，例如集聚机构INST2-1和能量供应方INST2-2可以是唯一的第二机构。例如第一机构INST1也可以包括集聚机构INST2-1，例如自身也可以作为能量商人或中间人出现。

图5示出用于将电能分配给电动车辆E1至En的车队的备选的可能的过程。

该方法利用与在图2中所述方法相同的当日的步骤S4至S8或S9，但是不同之处在于确定在前一天的负载曲线。该负载曲线在当前类似于在图2中所述方法的优化的负载曲线LGO那样确定：

为此，在步骤S1'中第一机构INST1已经在前一天T-1确定例如类似于负载曲线带LGB确定的负载曲线带且在步骤S2'中告知集聚机构INST2-1。

集聚机构INST2-1在步骤S3'中由该负载曲线带类似于步骤S6那样通过与能量市场EM的比较来选择出优化的负载曲线且将其在步骤S3A中反向告知第一机构INST1。在一个变型中，集聚机构INST2-1在此也可以已经在能量市场上交易相应的能量。集聚机构在此也可以将优化的负载曲线告知能量供应方。备选地，集聚机构INST2-1将优化的负载曲线告知能量供应方INST2-2，能量供应方可以达成相应的交易。

自然地，本发明不限于示出的实施例。

一般地，可以将“一”、“一个”等理解为单个或多个，特别是在“至少一个”的意义上或者“一个或多个”等的意义上，只要没有明确将其排除，例如通过术语“正好一个”等。

而且，数字说明可以包括正好提出的数字以及通常的公差范围，只要没有明确将其排除。

附图标记列表

E 电能

EM 能量市场

E1-En 电动车辆

INST1 第一机构

INST2-1 集聚机构

INST2-2 能量供应方

LGB 负载曲线带

LGO 优化的负载曲线

L1-Ln 充电站

P 电气功率

PLG 预测的总的负载曲线

S1-S9 方法步骤

S1'-S3' 方法步骤

S3A 方法步骤

T 日

t 时间