CN104065143B - 一种私人用电动汽车自主充电控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种私人用电动汽车自主充电控制方法，该方法步骤包括根据用户设定的充电完成时间节点信息，选取充电时段范围，并将这一时段范围按照一定时间长度划分为多个小分段；根据电池状态信息确定充电时长，即需要的充电小分段个数，计算电动汽车在每一个分段充电的概率；在每个小分段针对每辆电动汽车，任取(0,1)范围内的随机数，与充电概率进行比较，确定车辆在该分段是否充电，直至所有车辆完成整个充电过程。本发明所述技术方案无需建立范围内电动汽车相互之间以及和上一级电网之间的通信，本方案不受其他电动汽车的影响，省去了大量电动汽车的基础设施和管理资源；本方案可减少用户充电电费，同时降低充电负荷对电网的影响。

Description

一种私人用电动汽车自主充电控制方法

技术领域

本发明涉及一种充电控制方法，特别是涉及一种私人用电动汽车自主充电控制方法。

背景技术

气候变化、能源和环境问题是人类社会共同面对的长期问题，随着石油这种不可再生能源面临枯竭，温室气体的过度排放导致全国气候变暖，传统汽车产业亟需结构升级，实现动力系统电动化的战略转型。电动汽车作为新一代交通工具，能够实现零排放、低噪音等要求，是目前解决能源和环保问题的重要手段。电池技术的不断发展，让电动汽车的经济性能不断提高，以电动汽车为代表的新一代节能和环保汽车时汽车工业发展的必然趋势。

电动汽车领域相关的技术目前在快速发展，国内外相关研究机构对电动汽车优化充电技术的研究有了一定的成果：有文献提出了电动汽车换电充裕度的概念，建立了基于一定假设条件的车主用车习惯和充电管理策略的数学模型。还有文献研究了基于动态电价的充电决定策略，并建立了购买电池原始投资和后期运营成本的经济数学模型，为充电站的运营提供指导。还有研究利用充电负荷具有时空双尺度的可调节特性，在时间和空间上进行双尺度的负荷调度，使电动汽车充电能够在满足用户需求的基础上，还能对电网运行产生积极的作用。还有研究建立了一个以配电网网损最小为目标的电动汽车充电优化模型，研究如何优化电动汽车充电过程以降低网络损耗，从而达到配电网经济运行的目的。也有分别建立电动汽车放电用户、电力企业的成本效益分析模型，分析电动汽车入网高峰放电削峰填谷的成本和收益。

通过对现有国内外文献资料的分析，目前存在的对电动汽车充电的控制策略都需要建立一个中枢调度系统，与各个充电装置以及电网通信，获取各个充电装置的信息，根据平抑负荷波动、调频、降低线损等不同目标给出相关的控制策略，需要配套相关设施和电动汽车用户的配合，使得充电比较麻烦，不利于用户的接受。

因此，需要提出一种自主的私人用电动汽车优化充电控制方法，来简单地、方便地控制电动汽车的充电，同时使电动汽车用户和电网受益

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种自主的私人用电动汽车优化充电控制方法，通过自主控制电动汽车的充电，以克服电动汽车充电对电网的影响，同时减少电动汽车用户的充电成本。

为解决上述技术问题，本发明采用下述技术方案；

一种私人用电动汽车自主充电控制方法，该方法步骤包括

S1、根据用户设定的充电完成时间节点信息，选取充电时段范围，并将这一时段范围按照一定时间长度划分为多个小分段；

S2、根据电池状态信息确定充电时长，即需要的充电小分段个数，计算电动汽车在每一个分段充电的概率；

S3、在每个小分段针对每辆电动汽车，任取(0,1)范围内的随机数，与充电概率进行比较，确定车辆在该分段是否充电，直至所有车辆完成整个充电过程。

优选的，其特征在于，所述充电时段范围可通过用户设置的充电完成时间节点信息和电网负荷、电价等信息进行设计和调整。

优选的，利用车载充电控制器从电动汽车上获取所述电池状态信息和充电完成时间节点信息。

优选的，所述充电完成时间节点信息通过用户自行设定。

优选的，所述步骤S1包括

S11、根据用户设定的充电完成时间节点信息和电网负荷、电价等信息选取合适的充电时段范围；

S12、根据充电控制精度和实施的难易程度，按照一定的时间长度对充电时段范围进行划分，后续的充电过程以这一时间长度为控制单位。

优选的，所述步骤S2包括

S21、获取电池状态信息，根据充电功率计算需要的充电时长，并结合时段划分，确定需要充电的小分段个数；

S22、根据需要的充电分段个数和总的分段个数，计算该辆车在每个小分段的充电概率。

优选的，所述车辆的充电概率是该辆车需要充电的分段个数除以时段范围内总的充电个数。

优选的，所述步骤S3包括

S31、任取(0,1)范围内随机数，根据步骤S2确定后的充电概率和当前的随机数进行比较；

S32、若随机数小于充电概率，则车载充电机启动充电，否则不充电，遍历完所有车辆和所以分段；

S33、在遍历完所有分段后，若车辆充满电则该辆车的充电过程完成，否则没充满的车辆将继续充电直至充电完成或直至用户用车。

本发明的有益效果如下：

本发明所述技术方案无需建立范围内电动汽车相互之间以及和上一级电网之间的通信，充电策略由电动汽车自主给出，而不受其他电动汽车的影响，省去了大量电动汽车的基础设施和管理资源，简化了电动汽车充电策略的制定，同时可以减少用户充电电费，并且使充电负荷在充电时段范围内均匀分布，在充电桩三相均匀分布的条件下也可以实现充电负荷在三相间的均匀分布，从而降低充电负荷对电网的影响，有利于电动汽车在私人家庭中的推广。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明；

图1示出本发明所述一种私人用电动汽车自主充电控制方法的流程图；

图2示出本发明所述实施例中某住宅小区未实施自主优化控制策略的电动汽车充电负荷；

图3示出本发明所述实施例中某住宅小区实施自主优化控制策略后的电动汽车充电负荷。

具体实施方式

下面结合一组实施例及附图对本发明做进一步描述。

本发明公开了一种私人用电动汽车自主充电控制方法，该方法步骤包括

步骤S1：根据用户设定的充电完成时间节点信息，结合电网的负荷、电价等信息，选取充电时段范围，既要满足用户的充电需求，减少用户的充电电费，又要尽可能地使充电负荷均匀分布，降低对电网的影响，同时结合控制精度和实施的难易程度，将这一时段范围按照一定时间长度划分为多个小分段，便于后期的充电控制。其中，充电时段范围的选择和时段的划分可以根据不同需求进行自主设置和调节。

步骤S2、根据车辆的电池状态信息，结合车载充电机的充电功率，计算车辆充满电需要的充电时间，根据步骤S1选取的时段范围和时段划分结果，折合成车辆需要充电的分段个数，进一步计算车辆在每个分段进行充电的概率，计算的方法为需要充电的分段个数除以时段范围内总的充电个数。

步骤S3、在每个小分段内，针对每辆车，任取(0,1)范围内的随机数，并与根据步骤2得到的充电概率进行比较，若小于充电概率，则车载充电机启动充电，否则不充电。同时判断车辆是否充满电，若充满电则该辆车的充电过程完成，不参与后面的充电控制，在遍历完所有的车辆和分段后，判断车辆是否充满电，对于未充满电的车辆，继续充电，直至充电完成或者用户用车。

本发明所述方法实施过程：私人电动汽车到达指定停车位后，连上充电桩，用户自行设定充电完成时间节点，如果和前一天一样无需修改，则无需设定。结合本地电网负荷和电价情况，选择合适的充电时段范围，并且对时段范围进行划分，这些设置每天的情况基本一样，基本参数在没有特殊情况下，可以不用修改。电动汽车车载充电控制器检测到电动汽车连上充电桩后，会检测电池状态，并根据充电机功率估算充电时长，根据时段划分折合需要充电的小分段个数，并计算车辆在每个分段充电的概率，当车载充电控制器检测到时间到达设定的充电时段范围的起始时间时，按照事先设定的充电控制策略自主控制车辆的充电，直至整个充电过程的完成。通过这种自主的充电控制策略，在满足用户充电需求的前提下，使电动汽车充电负荷主要集中在低谷电价时段范围内，且使充电负荷在时段范围内均衡分布，还可以结合节点常规负荷改变自主充电策略，使节点总负荷平滑。电动汽车服务商或相关政府部门可以根据历史数据评估当前优化充电策略的经济性，有必要时可对电动汽车的优化充电策略进行修改。

下面通过一实施例对本发明做进一步说明：

本实施例中假设某小区有100户住户使用电动汽车，一户一桩供电动汽车夜间充电，100个充电桩在三相间均衡分布，该地区低谷电价时段为23:00-7:00。电动汽车用户主要为上班族，一般要求车辆在早上八点之前充满电(具体的值可由用户自己设置)，回家时间基本服从期望为17.6，方差为3.4的正态分布，电动汽车的日行驶里程服从对数正态分布，其概率密度函数为：

$f_D\left(x\right)=\frac{1}{{\mathrm{x\σ}}_D\sqrt{2\mathrm{\π}}}\exp [-\frac{{(\ln x-{\mathrm{\μ}}_D)}^2}{{{2\mathrm{\σ}}_D}^2}]$

其中μ_D＝3.2,σ_D＝0.88

相应地，根据能耗(1.5kWh/km)、充电功率(3.2kW)等参数可以计算相应的充电时长。

2、未实施自主优化控制策略的电动汽车充电负荷

假设该小区用户的电动汽车没有实施自主的优化充电控制策略，采取的是电动汽车一回家就连上充电桩开始充电，通过蒙特卡洛仿真方法可以得出小区内电动汽车的充电负荷曲线如图2所示。

3、实施自主优化控制策略后的电动汽车充电负荷

按照本发明的发明内容对电动汽车的充电控制器进行改造，由充电控制器根据本发明提供的自主优化充电控制策略控制电动汽车的充电。

首先是自主充电控制的起始时间，针对第i辆车，

$f\left(i\right)=\left\{\begin{array}{c}=T_s,C_i<\left(\frac{N\&times;\mathrm{\&Delta;T}\&times;p_c}{60}\right)\\ =T_s-(\frac{C_i}{p_c\&times;\mathrm{\&Delta;T}}-N)\&times;\mathrm{\&Delta;T},C_i\&GreaterEqual;\left(\frac{N\&times;\mathrm{\&Delta;T}\&times;p_c}{60}\right)\end{array}\right.$

其中，Ts是设定时段范围的起始时间，Ci是第i辆车需要补充的电能，N是设定的时段范围按照间隔ΔT划分的间隔数，pc是充电机的充电功率。上式表达的意思是能在设定的时段范围内充满电的车辆自主充电控制的起始实施时间就是设定时段范围的起始时间，否则需要提前启动充电。

在本实例中，依照前面的假设，需要在早8点之前给电动汽车充满电，而低谷电价时段为23点到早7点，考虑到产生随机数的随机性，故选择时段范围为23点到早7点，留有1小时裕量给极少数不能在7点之前充满电的车辆补电，一般情况下都能在早7点之前充满电。考虑到目前车载电池容量和充电机的功率，一般都能在8小时内补满电，即这种场景下不会出现在设定的充电时段范围其实时刻提前启动充电的情况。综合考虑控制的精度和充电控制的难易程度，每个小分段时长为15分钟，也就是把整个充电时段范围划分为32个时段。根据上面车辆的行驶里程，估算每辆车需要补充的电能Ci，得出电动汽车需要的充电时长，并折合成充电分段个数，进一步计算每辆车在每个分段的充电概率，如下式所示：

$p\left(i\right)=\frac{X_i}{N}=\frac{C_i\&times;60/p_c\&times;\mathrm{\&Delta;T}}{N}$

在每个分段，针对每辆车，任取(0,1)范围内随机数，与该辆车的充电概率p(i)比较，小于充电概率则充电，否则不充电，统计每个分段进行充电的车辆数，就能得到该分段的充电负荷，以此类推，完成所有分段所有车的充电决策过程，同时判断车辆充电是否完成，如果最后还有未完成充电的车辆，可继续补电，直至充电过程完成或用户用车。

在实际运营过程中，可根据时段范围内节点的其他负荷情况对本方案进行调整。根据历史充电数据，制定本发明的充电优化方案，通过调整车辆在每个分段的充电概率，使节点总负荷更加平滑。

电动汽车按照自主给出的优化充电控制命令完成充电，充电负荷曲线如图3所示。通过对图2和图3进行比较，优化控制后的充电负荷主要集中在设定的夜间低谷电价时段，从而能够实现降低用户的充电电费的目的；充电负荷在时段范围内均衡分布，三相间的充电负荷也均匀分布，最高充电负荷较优化前明显降低，从而能够实现减小节点容量的配置，降低充电负荷对电网的影响，车辆都能按照设定的充电完成时间节点充满电，并可满足用户的出行需求。

综上所述，本发明所述技术方案无需建立范围内电动汽车相互之间以及和上一级电网之间的通信，充电策略由电动汽车自主给出，而不受其他电动汽车的影响，省去了大量电动汽车的基础设施和管理资源，简化了电动汽车充电策略的制定，同时可以减少用户充电电费，并且使充电负荷在充电时段范围内均匀分布，在充电桩三相均匀分布的条件下也可以实现充电负荷在三相间的均匀分布，从而降低充电负荷对电网的影响，有利于电动汽车在私人家庭中的推广。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (7)

1.一种私人用电动汽车自主充电控制方法，其特征在于，该方法步骤包括

S1、根据用户设定的充电完成时间节点信息，选取充电时段范围，并将这一时段范围按照一定时间长度划分为多个小分段；

S2、根据电池状态信息确定充电时长，即需要的充电小分段个数，计算电动汽车在每一个分段充电的概率；该步骤S2中对于第i辆车的自主充电控制的起始时间为：

$f\left(i\right)=\left\{\begin{array}{c}=T_s,C_i<\left(\frac{N\&times;\mathrm{\&Delta;}T\&times;p_c}{60}\right)\\ =T_s-(\frac{C_i}{p_c\&times;\mathrm{\&Delta;}T}-N)\&times;\mathrm{\&Delta;}T,C_i\&GreaterEqual;\left(\frac{N\&times;\mathrm{\&Delta;}T\&times;p_c}{60}\right)\end{array}\right.$

其中，Ts是设定时段范围的起始时间，C_i是第i辆车需要补充的电能，N是设定的时段范围按照间隔ΔT划分的间隔数，p_c是充电机的充电功率；

根据上述充电控制的起始时间，每辆车在每个分段的充电概率为：

$p\left(i\right)=\frac{X_i}{N}=\frac{C_i\&times;60/p_c\&times;\mathrm{\&Delta;}T}{N};$

S3、在每个小分段针对每辆电动汽车，任取(0,1)范围内的随机数，与充电概率进行比较，确定车辆在该分段是否充电，直至所有车辆完成整个充电过程。

2.根据权利要求1所述的一种私人用电动汽车自主充电控制方法，其特征在于，所述充电时段范围可进一步通过电网负荷和电价信息进行设计和调整。

3.根据权利要求1所述的一种私人用电动汽车自主充电控制方法，其特征在于，利用车载充电控制器从电动汽车上获取所述电池状态信息和充电完成时间节点信息。

4.根据权利要求1所述的一种私人用电动汽车自主充电控制方法，其特征在于，所述步骤S1还包括根据充电控制精度和实施的难易程度，按照一定的时间长度对充电时段范围进行划分。

5.根据权利要求1所述的一种私人用电动汽车自主充电控制方法，其特征在于，所述步骤S2包括

S21、获取电池状态信息，根据充电功率计算需要的充电时长，并结合时段划分，确定需要充电的小分段个数；

S22、根据需要的充电分段个数和总的分段个数，计算该辆车在每个小分段的充电概率。

6.根据权利要求5所述的一种私人用电动汽车自主充电控制方法，其特征在于，所述车辆的充电概率是该辆车需要充电的分段个数除以时段范围内总的充电个数。

7.根据权利要求1所述的一种私人用电动汽车自主充电控制方法，其特征在于，所述步骤S3包括

S31、任取(0,1)范围内随机数，根据步骤S2确定的充电概率和当前的随机数进行比较；

S32、若随机数小于充电概率，则车载充电机启动充电，否则不充电，遍历完所有车辆和所有分段；

S33、在遍历完所有分段后，若车辆充满电则该辆车的充电过程完成，否则没充满的车辆将继续充电直至充电完成或直至用户用车。