CN104184190A - 一种电动汽车动态充电路径规划方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电动汽车动态充电路径规划方法，包括下述步骤：判断电动汽车是否需要充电；选取候选充电站；确定电动汽车充电路径。本发明提供一种电动汽车动态充电路径规划方法，利用互联网络进行动态交通信息发布和导航，通过对最优路径规划算法的研究，结合GIS技术，提供了一条最佳的充电路径，避免出现充电资源不平衡，提高了车辆出行效率，使电动汽车寻找充电站的行为对交通系统的负面影响降到最低。

Description

一种电动汽车动态充电路径规划方法

技术领域

本发明涉及一种规划方法，具体涉及一种电动汽车动态充电路径规划方法。

背景技术

环境污染的日益严重、化石能源的日渐枯竭使得电动汽车的大规模应用成为必然趋势。大力发展电动汽车是我国“节能减排”基本国策的要求。根据国家新能源汽车产业发展规划，计划2015年电动汽车规模提升至50万辆左右。当电动汽车成为主要交通工具后，用户和电力系统将面临新的问题。一方面，车主需要考虑如何选择一个最佳充电站和充电路径，使得寻找充电和充电的总时间花费最短，同时保证充电设备的充电功率为电动汽车所能接受的最大功率，以便尽快完成充电；另一方面，电力系统需要避免电动汽车大量集中在某一座充电站充电造成过载和电压水平过低。

电动汽车充电路径规划方面的研究从未中断过，E.Sortomme等则是利用V2G(Vehicle toGrid)，提出智能充电算法，以实现成本最低化、对系统负载影响最小化及利润最大化。。祝付玲和沈屹楠都进行了城市道路交通评价体系构建的研究，以实现车辆在城市道路网中行驶时的交通评价。Yuichi Kobayashi等探讨了基于地理位置和交通状况为电动汽车规划充电路径的方法。Sweda T.M等探讨了以使用成本最低为最优化目标的电动汽车充电路径优化方法。Yang Shun neng等讨论了利用电动汽车与充电站之间的交互信息、以总充电时间最少为目标的充电路径充电策略。

总体看来，已有研究大多局限于电动汽车与交通网的交互及电动汽车与配电网的交互，结合交通情况对大规模电动汽车进行充电路径规划的研究还不多。

发明内容

为填补上述空白，本发明提供一种电动汽车动态充电路径规划方法，利用互联网络进行动态交通信息发布和导航，通过对最优路径规划算法的研究，结合GIS技术，提供了一条最佳的充电路径，避免出现充电资源不平衡，提高了车辆出行效率，使电动汽车寻找充电站的行为对交通系统的负面影响降到最低。

为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：

本发明提供一种电动汽车动态充电路径规划方法，所述方法包括下述步骤：

步骤1：判断电动汽车是否需要充电；

步骤2：选取候选充电站；

步骤3：确定电动汽车充电路径。

所述步骤1包括以下步骤：

步骤1-1：智能交互终端通过交互界面获取用户充电需求，同时将充电需求信息传送至运营监控系统；

步骤1-2：根据电动汽车的初始荷电状态和行驶目的地判断电动汽车是否需要充电，若需要充电，则提示电动汽车用户为电动汽车充电。

所述步骤1-1中，充电需求信息包括出发点A、目的地B、初始荷电状态E_soc0、电池容量E_B、出发时间t₀、电动汽车行驶的最大里程d_max以及每单位电能行驶公里KPG_e。

所述步骤1-2中，运营监控系统根据接收的充电需求信息，选定出发点A和目的地B两点之间的最短距离d_ABmin，并选定离目的地B最近的充电站T，目的地B与充电站T之间的最短路径的距离记为d_BTmin；

(1)若d_max＞d_ABmin+d_BTmin，则判断电动汽车无需充电；

(2)若d_max＜d_ABmin+d_BTmin，则提示电动汽车用户对电动汽车充电。

所述步骤2包括以下步骤：

步骤2-1：运营监控系统搜索电动汽车在最大里程内的所有充电站作为电动汽车的候选充电站，候选充电站集合为C；

步骤2-2：获取候选充电站的位置和运行状态数据；

步骤2-3：获取候选充电站的电网负荷数据。

所述步骤3包括以下步骤：

步骤3-1：计算电动汽车的行驶时间；

步骤3-2：计算电动汽车在候选充电站集合C中充电站j的充电概率和充电功率；

步骤3-3：计算电动汽车在候选充电站集合C中充电站j的总充电负荷；

步骤3-4：计算候选充电站集合C中充电站j的最大充电功率；

步骤3-5：根据最大充电功率对每个电动汽车的充电时间进行修正，进而确定最终的电动汽车动态充电路径。

所述步骤3-1包括以下步骤：

步骤3-1-1：运营监控系统搜索由出发点A到候选充电站集合C中的充电站j的时间，记为t₁；

步骤3-1-2：运营监控系统搜索由候选充电站集合C中的充电站j到目的地B的时间，记为t₂；

步骤3-1-3：电动汽车的行驶时间表示为：

t_j＝t₁+t₂，j∈C                  (1)

其中，t_j为电动汽车行驶时间。

所述步骤3-2中，电动汽车在候选充电站集合C中充电站j的充电概率用p_j表示，有：

$p_j=\frac{1}{t_j}/(\frac{1}{t_1}+\frac{1}{t_2}+...+\frac{1}{t_s})---\left(2\right)$

其中，s为候选充电站集合C中充电站总数；

电动汽车在候选充电站集合C中充电站j的充电功率用P_j表示，有：

P_j＝p_j*P_EV            (3)

其中，P_EV为电动汽车用户希望的最大充电功率。

所述步骤3-3包括以下步骤：

步骤3-3-1：计算电动汽车到达候选充电站C中充电站j所需时间t_j ^arr和电动汽车在候选充电站C中充电站j充电所需时间t_j ^dur；有：

${t_j}^{\mathrm{arr}}=t_0+\frac{{d_j}^{\min }}{v_j}---\left(4\right)$

${t_j}^{\mathrm{dur}}=\frac{E_B-(E_{\mathrm{soc}0}-{d_j}^{\min }/{\mathrm{KPG}}_e)}{P_{\mathrm{EV}}}---\left(5\right)$

其中，d_j ^min为电动汽车到达候选充电站C中充电站j最短路径的距离，v_j为电动汽车出发点A到候选充电站C中充电站j在路径上的车流速度，P_EV为电动汽车用户希望的最大充电功率；

步骤3-3-2：计算电动汽车在候选充电站集合C中充电站j的充电负荷L_j(t)，有：

将所有电动汽车在候选充电站集合C中充电站j的充电负荷叠加，即可得到电动汽车在候选充电站集合C中充电站j的总充电负荷

所述步骤3-4中，候选充电站集合C中充电站j的最大充电功率表示为：

$P_j^{\max }\left(t\right)=\max \{P_{\mathrm{EV}},L_j^{\max }\left(t\right)-L_j^O\left(t\right)-L_j^T\left(t\right)\}---\left(7\right)$

其中，P_EV为电动汽车用户希望的最大充电功率；为从电力系统数据库中读取的候选充电站集合C中充电站j所属的电网负荷点的允许最大充电功率；为电动汽车在候选充电站集合C中充电站j的总充电负荷；为候选充电站集合C中充电站j所属的电网负荷点的负荷，其表示为：

$L_j^O\left(t\right)=L_j^{O,\mathrm{old}}\left(t\right)+L_j^T\left(t\right)---\left(8\right)$

其中，为出发时间t₀时刻前候选充电站集合C中充电站j所属的电网负荷点的负荷。

所述步骤3-5包括以下步骤：

步骤3-5-1：根据候选充电站集合C中充电站j的最大充电功率对每个电动汽车的充电时间进行修正，得到修正后的充电时间表示为：

$t_j^{{\mathrm{dur}}^{\′}}=\frac{E_B-(E_{\mathrm{soc}0}-\frac{d_j^{\min }}{{\mathrm{KPG}}_e})}{P_j^{\max }\left(t\right)}---\left(9\right)$

步骤3-5-2：将行驶时间和修正后的充电时间叠加，得到总时间t′_j，表示为：

$t_j^{\′}=t_j+t_j^{{\mathrm{dur}}^{\′}}---\left(10\right)$

步骤3-5-3：将计算出的总时间从小到大排序，以总时间最小对应的路径作为最终的电动汽车动态充电路径。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1、对于电动汽车动态充电路径规划方法的研究，已有研究大多局限于电动汽车与交通网的交互及电动汽车与配电网的交互，结合交通情况对大规模电动汽车进行充电路径规划的研究还不多。本发明提供的一种电动汽车动态充电路径规划方法，通过对最优路径规划算法的研究，结合GIS技术，提供了最佳的充电路径，避免出现充电资源不平衡，提高了车辆出行效率，使电动汽车寻找充电站的行为对交通系统的负面影响降到最低。

2、本发明提供的电动汽车动态充电路径规划方法，相比目前广泛采用的最近充电路径规划策略，能有效降低大规模智能电动车辆快速充电对道路交通网和中压配电网的不利影响；

3、本发明提供的电动汽车动态充电路径规划方法，能更加合理地分配不同时段前往充电站充电的智能电动汽车数量，减少个别充电站附近的道路拥堵率和道路饱和程度，改善局部交通拥堵情况；

4、本发明提供的电动汽车动态充电路径规划方法，能有效控制各个时间段各充电站的充电负荷，优化各充电站负荷的时空分布。

附图说明

图1是本发明实施例中电动汽车动态充电路径规划方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

如图1，本发明提供一种电动汽车动态充电路径规划方法，所述方法包括下述步骤：

步骤1：判断电动汽车是否需要充电；

步骤2：选取候选充电站；

步骤3：确定电动汽车充电路径。

所述步骤1包括以下步骤：

步骤1-1：智能交互终端通过交互界面获取用户充电需求，同时将充电需求信息传送至运营监控系统；

步骤1-2：根据电动汽车的初始荷电状态和行驶目的地判断电动汽车是否需要充电，若需要充电，则提示电动汽车用户为电动汽车充电。

所述步骤1-1中，充电需求信息包括出发点A、目的地B、初始荷电状态E_soc0、电池容量E_B、出发时间t₀、电动汽车行驶的最大里程d_max以及每单位电能行驶公里KPG_e。

所述步骤1-2中，运营监控系统根据接收的充电需求信息，选定出发点A和目的地B两点之间的最短距离d_ABmin，并选定离目的地B最近的充电站T，目的地B与充电站T之间的最短路径的距离记为d_BTmin；

(1)若d_max＞d_ABmin+d_BTmin，则判断电动汽车无需充电；

(2)若d_max＜d_ABmin+d_BTmin，则提示电动汽车用户对电动汽车充电。

所述步骤2包括以下步骤：

步骤2-1：运营监控系统搜索电动汽车在最大里程内的所有充电站作为电动汽车的候选充电站，候选充电站集合为C；

步骤2-2：获取候选充电站的位置和运行状态数据；

步骤2-3：获取候选充电站的电网负荷数据。

所述步骤3包括以下步骤：

步骤3-1：计算电动汽车的行驶时间；

步骤3-2：计算电动汽车在候选充电站集合C中充电站j的充电概率和充电功率；

步骤3-3：计算电动汽车在候选充电站集合C中充电站j的总充电负荷；

步骤3-4：计算候选充电站集合C中充电站j的最大充电功率；

步骤3-5：根据最大充电功率对每个电动汽车的充电时间进行修正，进而确定最终的电动汽车动态充电路径。

所述步骤3-1包括以下步骤：

步骤3-1-1：运营监控系统搜索由出发点A到候选充电站集合C中的充电站j的时间，记为t₁；

步骤3-1-2：运营监控系统搜索由候选充电站集合C中的充电站j到目的地B的时间，记为t₂；

步骤3-1-3：电动汽车的行驶时间表示为：

t_j＝t₁+t₂，j∈C                (1)

其中，t_j为电动汽车行驶时间。

所述步骤3-2中，电动汽车在候选充电站集合C中充电站j的充电概率用p_j表示，有：

$p_j=\frac{1}{t_j}/(\frac{1}{t_1}+\frac{1}{t_2}+...+\frac{1}{t_s})---\left(2\right)$

其中，s为候选充电站集合C中充电站总数；

电动汽车在候选充电站集合C中充电站j的充电功率用P_j表示，有：

P_j＝p_j*P_EV                (3)

其中，P_EV为电动汽车用户希望的最大充电功率。

所述步骤3-3包括以下步骤：

步骤3-3-1：计算电动汽车到达候选充电站C中充电站j所需时间t_j ^arr和电动汽车在候选充电站C中充电站j充电所需时间t_j ^dur；有：

${t_j}^{\mathrm{arr}}=t_0+\frac{{d_j}^{\min }}{v_j}---\left(4\right)$

${t_j}^{\mathrm{dur}}=\frac{E_B-(E_{\mathrm{soc}0}-{d_j}^{\min }/{\mathrm{KPG}}_e)}{P_{\mathrm{EV}}}---\left(5\right)$

其中，d_j ^min为电动汽车到达候选充电站C中充电站j最短路径的距离，v_j为电动汽车出发点A到候选充电站C中充电站j在路径上的车流速度，P_EV为电动汽车用户希望的最大充电功率；

步骤3-3-2：计算电动汽车在候选充电站集合C中充电站j的充电负荷L_j(t)，有：

将所有电动汽车在候选充电站集合C中充电站j的充电负荷叠加，即可得到电动汽车在候选充电站集合C中充电站j的总充电负荷

所述步骤3-4中，候选充电站集合C中充电站j的最大充电功率表示为：

$P_j^{\max }\left(t\right)=\max \{P_{\mathrm{EV}},L_j^{\max }\left(t\right)-L_j^O\left(t\right)-L_j^T\left(t\right)\}---\left(7\right)$

其中，P_EV为电动汽车用户希望的最大充电功率；为从电力系统数据库中读取的候选充电站集合C中充电站j所属的电网负荷点的允许最大充电功率；为电动汽车在候选充电站集合C中充电站j的总充电负荷；为候选充电站集合C中充电站j所属的电网负荷点的负荷，其表示为：

$L_j^O\left(t\right)=L_j^{O,\mathrm{old}}\left(t\right)+L_j^T\left(t\right)---\left(8\right)$

其中，为出发时间t₀时刻前候选充电站集合C中充电站j所属的电网负荷点的负荷。

所述步骤3-5包括以下步骤：

步骤3-5-1：根据候选充电站集合C中充电站j的最大充电功率对每个电动汽车的充电时间进行修正，得到修正后的充电时间表示为：

$t_j^{{\mathrm{dur}}^{\′}}=\frac{E_B-(E_{\mathrm{soc}0}-\frac{d_j^{\min }}{{\mathrm{KPG}}_e})}{P_j^{\max }\left(t\right)}---\left(9\right)$

步骤3-5-2：将行驶时间和修正后的充电时间叠加，得到总时间t′_j，表示为：

$t_j^{\′}=t_j+t_j^{{\mathrm{dur}}^{\′}}---\left(10\right)$

步骤3-5-3：将计算出的总时间从小到大排序，以总时间最小对应的路径作为最终的电动汽车动态充电路径。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，所属领域的普通技术人员参照上述实施例依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之。

Claims (11)

1.一种电动汽车动态充电路径规划方法，其特征在于：所述方法包括下述步骤：

步骤1：判断电动汽车是否需要充电；

步骤2：选取候选充电站；

步骤3：确定电动汽车充电路径。

2.根据权利要求1所述的电动汽车动态充电路径规划方法，其特征在于：所述步骤1包括以下步骤：

步骤1-1：智能交互终端通过交互界面获取用户充电需求，同时将充电需求信息传送至运营监控系统；

步骤1-2：根据电动汽车的初始荷电状态和行驶目的地判断电动汽车是否需要充电，若需要充电，则提示电动汽车用户为电动汽车充电。

3.根据权利要求2所述的电动汽车动态充电路径规划方法，其特征在于：所述步骤1-1中，充电需求信息包括出发点A、目的地B、初始荷电状态E_soc0、电池容量E_B、出发时间t₀、电动汽车行驶的最大里程d_max以及每单位电能行驶公里KPG_e。

4.根据权利要求3所述的电动汽车动态充电路径规划方法，其特征在于：所述步骤1-2中，运营监控系统根据接收的充电需求信息，选定出发点A和目的地B两点之间的最短距离d_ABmin，并选定离目的地B最近的充电站T，目的地B与充电站T之间的最短路径的距离记为d_BTmin；

(1)若d_max＞d_ABmin+d_BTmin，则判断电动汽车无需充电；

(2)若d_max＜d_ABmin+d_BTmin，则提示电动汽车用户对电动汽车充电。

5.根据权利要求1所述的电动汽车动态充电路径规划方法，其特征在于：所述步骤2包括以下步骤：

步骤2-1：运营监控系统搜索电动汽车在最大里程内的所有充电站作为电动汽车的候选充电站，候选充电站集合为C；

步骤2-2：获取候选充电站的位置和运行状态数据；

步骤2-3：获取候选充电站的电网负荷数据。

6.根据权利要求1所述的电动汽车动态充电路径规划方法，其特征在于：所述步骤3包括以下步骤：

步骤3-1：计算电动汽车的行驶时间；

步骤3-2：计算电动汽车在候选充电站集合C中充电站j的充电概率和充电功率；

步骤3-3：计算电动汽车在候选充电站集合C中充电站j的总充电负荷；

步骤3-4：计算候选充电站集合C中充电站j的最大充电功率；

步骤3-5：根据最大充电功率对每个电动汽车的充电时间进行修正，进而确定最终的电动汽车动态充电路径。

7.根据权利要求6所述的电动汽车动态充电路径规划方法，其特征在于：所述步骤3-1包括以下步骤：

步骤3-1-1：运营监控系统搜索由出发点A到候选充电站集合C中的充电站j的时间，记为t₁；

步骤3-1-2：运营监控系统搜索由候选充电站集合C中的充电站j到目的地B的时间，记为t₂；

步骤3-1-3：电动汽车的行驶时间表示为：

t_j＝t₁+t₂，j∈C                    (1)

其中，t_j为电动汽车行驶时间。

8.根据权利要求6所述的电动汽车动态充电路径规划方法，其特征在于：所述步骤3-2中，电动汽车在候选充电站集合C中充电站j的充电概率用p_j表示，有：

$p_j=\frac{1}{t_j}/(\frac{1}{t_1}+\frac{1}{t_2}+...+\frac{1}{t_s})---\left(2\right)$

其中，s为候选充电站集合C中充电站总数；

电动汽车在候选充电站集合C中充电站j的充电功率用P_j表示，有：

P_j＝p_j*P_EV              (3)

其中，P_EV为电动汽车用户希望的最大充电功率。

9.根据权利要求6所述的电动汽车动态充电路径规划方法，其特征在于：所述步骤3-3包括以下步骤：

步骤3-3-1：计算电动汽车到达候选充电站C中充电站j所需时间t_j ^arr和电动汽车在候选充电站C中充电站j充电所需时间t_j ^dur；有：

${t_j}^{\mathrm{arr}}=t_0+\frac{{d_j}^{\min }}{v_j}---\left(4\right)$

${t_j}^{\mathrm{dur}}=\frac{E_B-(E_{\mathrm{soc}0}-{d_j}^{\min }/{\mathrm{KPG}}_e)}{P_{\mathrm{EV}}}---\left(5\right)$

其中，d_j ^min为电动汽车到达候选充电站C中充电站j最短路径的距离，v_j为电动汽车出发点A到候选充电站C中充电站j在路径上的车流速度，P_EV为电动汽车用户希望的最大充电功率；

步骤3-3-2：计算电动汽车在候选充电站集合C中充电站j的充电负荷L_j(t)，有：

将所有电动汽车在候选充电站集合C中充电站j的充电负荷叠加，即可得到电动汽车在候选充电站集合C中充电站j的总充电负荷

10.根据权利要求6所述的电动汽车动态充电路径规划方法，其特征在于：所述步骤3-4中，候选充电站集合C中充电站j的最大充电功率表示为：

$P_j^{\max }\left(t\right)=\max \{P_{\mathrm{EV}},L_j^{\max }\left(t\right)-L_j^O\left(t\right)-L_j^T\left(t\right)\}---\left(7\right)$

其中，P_EV为电动汽车用户希望的最大充电功率；为从电力系统数据库中读取的候选充电站集合C中充电站j所属的电网负荷点的允许最大充电功率；为电动汽车在候选充电站集合C中充电站j的总充电负荷；为候选充电站集合C中充电站j所属的电网负荷点的负荷，其表示为：

$L_j^O\left(t\right)=L_j^{O,\mathrm{old}}\left(t\right)+L_j^T\left(t\right)---\left(8\right)$

其中，为出发时间t₀时刻前候选充电站集合C中充电站j所属的电网负荷点的负荷。

11.根据权利要求6所述的电动汽车动态充电路径规划方法，其特征在于：所述步骤3-5包括以下步骤：

步骤3-5-1：根据候选充电站集合C中充电站j的最大充电功率对每个电动汽车的充电时间进行修正，得到修正后的充电时间表示为：

$t_j^{{\mathrm{dur}}^{\′}}=\frac{E_B-(E_{\mathrm{soc}0}-\frac{d_j^{\min }}{{\mathrm{KPG}}_e})}{P_j^{\max }\left(t\right)}---\left(9\right)$

步骤3-5-2：将行驶时间和修正后的充电时间叠加，得到总时间t′_j，表示为：

$t_j^{\′}=t_j+t_j^{{\mathrm{dur}}^{\′}}---\left(10\right)$

步骤3-5-3：将计算出的总时间从小到大排序，以总时间最小对应的路径作为最终的电动汽车动态充电路径。