CN104716706A - 一种基于充电预约的电动汽车充电站充电管理方法 - Google Patents

Abstract

一种基于充电站充电管理方法，包括以下步骤：步骤1)充电站充电管理系统判断是否接收到电动汽车的充电请求；步骤2)根据电动汽车的数据计算各充电站内最短的充电排队时间；步骤3)判断该车到达排队时间最短的充电站所需时间是否在规定的范围。如果该车到达充电站的时间在规定的范围内，则转到步骤5)；步骤4)针对到达排队时间最短的充电站所需时间超过了一定的限制范围的车辆，则需要计算该充电站能被该车选择的可能性；步骤5)司机根据上述信息选择充电站并将选择结果发送给充电站管理系统；步骤6)充电站管理系统根据选择结果，建立新的包含该车的最短排队等待时间；步骤7)汽车到达预约的充电站，判断预约的充电桩是否空余，如果充电桩空余则转到步骤9)；步骤8)电动汽车等待直到预约时间；步骤9)给电动汽车进行充电。

Description

一种基于充电预约的电动汽车充电站充电管理方法

技术领域

本发明涉及一种电动汽车充电站充电管理方法，属于充电站控制领域，对于其他预约管理系统也具有重要意义。

背景技术

电动汽车是一种“绿色”车辆。随着电动汽车快速大量投放市场，充电需求和分配不合理的问题，即司机找不到充电站、司机找到的充电站无法满足汽车充电需求，充电排队等待时间过长等问题日益突出。造成很多司机的“行驶里程焦虑”，尤其是当电池电量SOC下降到0.5后至接近电池SOC下限0.3期间，司机为了避免汽车由于电池电量不够而“趴窝”，不敢继续行驶，四处盲目寻找充电站。另外，由于电动汽车充电时间相对传统汽车加油时间要长，即使是快充平均充电时间都达到半个小时以上，因此更容易造成排队等待充电的汽车过多及司机排队充电等待时间过长的问题。这些问题都对电动汽车的市场推广造成直接影响，更重要的是影响到我国城市交通运输领域减排的进程。因此，如何使得大量电动汽车与充电站之间进行协调充电，防止一部分充电站排队充电，另一部充电站空闲的分配不均的问题，减少司机不必要的排队等待时间，是目前充电站充电管理方面最重要的问题之一。

实际上，随着无线通讯技术、无线定位技术、智能交通系统等的发展，电动汽车与充电站、电动汽车与城市交通系统等之间实现信息共享和传输已经成为可能。电动汽车可以及时获得其运行前方充电站的信息以及前方道路拥堵状态，充电站也可以及时获得需要进行充电的电动汽车信息。因此，通过信息共享和传输，能够使得电动汽车和充电站都做到“有的放矢”，无疑是解决电动汽车和充电站充电问题的有效方式之一。然而，由于预测汽车到达充电站时间的准确度限制，以及司机选择充电站的随意性，目前我国的电动汽车充电站管理系统还没有考虑电动汽车申请预约的功能，也没有解决与电动汽车充电选择协调管理问题。

本发明提出一种基于充电预约管理的电动汽车充电站充电管理方法，该方法具有以下特点和优势：

1、通过接收电动汽车发来的到达充电站的时间和建立充电桩充电排队时间参数，提前分配最合理的充电桩给电动汽车，避免司机盲目到达充电站时发现排队充电等待 时间过长的问题；

2、通过建立多辆电动汽车选择充电站概率评价方法，并提供给司机作为其选择充电站的参考，也可以有效避免汽车到达充电站的预测时间的不准确带来的充电站效益降低的问题。

因此，本发明建立的基于充电预约管理的电动汽车充电站充电管理方法，能够高效解决充电站与电动汽车之间充电协调问题，具有很高的理论意义和市场前景。

发明内容：

由于目前我国电动汽车充电站充电管理方法没有充电预约管理功能，不能协调安排充电站与电动汽车之间的充电关系，无法解决司机里程恐慌，影响了纯电动汽车的市场认可程度。为了减少司机排队充电等待时间和避免汽车到达充电站后发现充电站设备无法满足汽车充电需求的问题，本发明建立了一个高效的电动汽车充电站充电管理方法，该方法通过充电站充电管理系统与电动汽车车载充电站选择系统之间进行实时通信，对预约充电的电动汽车使用的充电桩提前进行合理安排和控制，不仅大幅减少了司机排队充电等待时间，而且满足了驾驶电动汽车司机的灵活机动的充电要求。

为了实现充电站充电管理方法，需要首先建立充电站充电管理系统，该系统主要包括两部分：第一部分充电站信息系统，包括充电站ID号，充电桩ID号，不同ID的充电桩预约排队等待充电时间、被选择充电的概率等；第二部分充电预约及控制系统，包括电动汽车充电请求管理、电动汽车预约管理等。

本发明是通过如下技术方案实现。一种基于充电预约的电动汽车充电站充电管理方法，包括以下步骤：

步骤1)：充电站充电管理系统判断是否接收到纯电动汽车的充电请求，该请求中包含请求查询的充电站ID号、充电站位置等。

步骤2)：充电站管理系统根据汽车到达充电站的时间、到达各充电站的剩余电 量和所需充电时间等信息计算各充电站内最短的充电等待时间(排队时间+充电时间)。

计算各充电站内最短的充电排队时间：

1、计算汽车到达充电站所需时间：汽车行驶到充电站所需行驶通过的不同道路的长度为D_i，每条道路的路段平均车速为假设汽车到达充电站行驶的时间为t_drive，则预测整个运行时间为

$t_{\mathrm{drive}}=\underset{k=i}{\overset{j}{\mathrm{\Σ}}}\frac{D_k}{{\stackrel{\‾}{v}}_k}$

式中i为汽车现在所在路段号；j为充电站所在路段号；

2、预测汽车到达充电站，等待空余充电桩时间计算方法：

假设现有充电站内不同充电桩已经排队及预约的时间为汽车到达时间为t_drive，则预测汽车到达充电站时，等待不同充电桩空余的时间为

$t_{\mathrm{wait}}^n=\left\{\begin{array}{cc}0& t_{\mathrm{zdz}}^n<t_{\mathrm{drive}}\\ t_{\mathrm{zdz}}^n-t_{\mathrm{drive}}& t_{\mathrm{zdz}}^n\&GreaterEqual;t_{\mathrm{drive}}\end{array}\right.$

那么汽车进入充电站后预计等待空余充电桩的时间为并且轮候的充电桩号为q。

3、预测本车充电时间计算方法：

则预测该车充电时间为t_charge。

$t_{\mathrm{ch}\arg e}=\frac{\mathrm{\&Delta;Q}}{I_{\mathrm{ch}\arg e}}\&times;3600$

式中ΔQ是汽车行驶到终点所需的电量Ah，I_charge为充电电流A。

4、则预测汽车到达各充电站后的充电等待时间为：

$t_{\mathrm{cd}}=t_{\mathrm{wait}}^q+t_{\mathrm{ch}\arg e}$

步骤3)：由于汽车行驶时间预测在一定时间范围内准确，为了防止出现汽车预约到达时间和实际到达时间差异过大，影响充电站的效益。判断该车到达充电等待时间最短的充电站所需时间是否在规定的范围内。如果该车到达充电站的时间在规定的范围内则转到步骤5)。

步骤4)：对于到达等待时间最短的充电站所需时间超过了一定的限制范围的车 辆，则需要计算该充电站能被该车选择的可能性，作进一步判断。

计算该充电站能被该车选择的可能性:

计算在该车前方不能行驶完全程、没有预约并且可能预约该充电站的车辆个数n_v，则该充电站能被该车选择的概率当概率大于等于0.25则可以预约该充电站。

步骤5)：司机根据上述信息选择充电站。汽车的预约系统将司机的选择结果发送给充电站管理系统。

步骤6)：充电站管理系统根据选择结果，建立新的包含该车的最短排队等待时间，为其他车辆预约充电提供便利。

建立新的包含该车的最短排队等待时间：

$t_{\mathrm{wait}}^n=\left\{\begin{array}{cc}{t}_{\mathrm{drive}}+t_{\mathrm{ch}\arg e}& t_{\mathrm{zdz}}^n<t_{\mathrm{dri}}\\ t_{\mathrm{zdz}}^n+t_{\mathrm{ch}\arg e}& t_{\mathrm{zdz}}^n\&GreaterEqual;t_{\mathrm{dri}}\end{array}\right.$

为充电站内不同充电桩已经排队及预约的时间为；t_charge为充电时间；t_drive为汽车到达时间。

步骤7)：汽车到达预约的充电站，判断预约的充电桩是否空余，如果充电桩空余则转到步骤9)。

步骤8)：电动汽车等待直到预约时间。

步骤9)：给电动汽车进行充电。

附图说明：

图1充电预约管理方法示意图；

图2试验道路图；

图3每个电动汽车的等待时间柱状图；

图4电动汽车预约充电过程简图；

具体实施方式：

下面结合附图对本发明作进一步描述。

本发明通过建立基于预约管理的电动汽车充电站充电管理系统，通过主动获得电动汽车司机选择充电的要求，合理协调电动汽车与充电站之间充电关系，最大程度提高充电站的效益和减少电动汽车司机在充电站的排队等待时间。具体过程如图1所示。

实施例1

某条道路共有7个路段，假设路段平均行驶速度不变，路段信息如下表1

表1各路段信息

路段号	距离(Km)	路段平均车速(Km/h)
			路段1	6	50

路段2	7	60
			路段3	6	50
路段4	6	50
			路段5	6	60
路段6	6	50
			路段7	10	40

充电站1在路段5的起点，具有4个充电桩，假设每个充电桩的预约排队时间(单位s)为：1000、1000、1000、1000。

充电站2在路段1的终点具有4个充电桩，假设每个充电桩的预约排队时间(单位s)为：1800、1800、1800、1800。

电动汽车的信息如下表

表2电动汽车的初始状态信息

以下仅以电动汽车1、2为例，存在电动汽车预约系统的情况下

步骤1)：由电动汽车预约系统可以得到电动汽车1，2都行驶不到终点，所以会发送充电要求。

步骤2)：充电站管理系统根据汽车到达充电站的时间、到达各充电站的剩余电量和所需充电时间等信息计算各充电站内最短的充电等待时间。

计算各充电站内最短的充电排队时间：

1、计算汽车到达充电站所需时间：

汽车行驶到充电站所需行驶通过的不同道路的长度为D_i，每条道路的路段平均车速为假设汽车到达充电站行驶的时间为t_drive，则预测整个运行时间为

$t_{\mathrm{drive}}=\underset{k=i}{\overset{j}{\mathrm{\&Sigma;}}}\frac{D_i}{{\stackrel{\&OverBar;}{v}}_i}$

式中i为汽车现在所在路段号；j为充电站所在路段号；

对于电动汽车1，按照电动汽车预约系统的结果，只能到达充电站2，到达充电站2所需的时间为t_drive＝431s

对于电动汽车2，按照电动汽车预约系统的结果，该车既能到达充电站1，又能到达充电站2，到达充电站1所需的时间为t_drive1＝1708s，到达充电站2所需的时间为t_drive2＝424

2、预测汽车到达充电站，等待空余充电桩时间计算方法：

对于电动汽车1现有充电站2内不同充电桩已经排队及预约的时间为当n＝1，2，3，4时均为1800s，则预测汽车到达充电站时，等待不同充电桩空余的时间为

$t_{\mathrm{wait}}^n=\left\{\begin{array}{cc}0& t_{\mathrm{zdz}}^n<t_{\mathrm{drive}}\\ t_{\mathrm{zdz}}^n-t_{\mathrm{drive}}& t_{\mathrm{zdz}}^n\&GreaterEqual;t_{\mathrm{drive}}\end{array}\right.$

那么电动汽车1到达充电站后预计等待空余充电桩的时间为 并且轮候的充电桩号q为1。

对于电动汽车2充电站1内不同充电桩已经排队及预约的时间为当n＝1，2，3，4时均为1000s，充电站2内不同充电桩已经排队及预约的时间为当n＝1，2，3，4时均为1800s，

$t_{\mathrm{wait}}^n=\left\{\begin{array}{cc}0& t_{\mathrm{zdz}}^n<t_{\mathrm{dri}}\\ t_{\mathrm{zdz}}^n-t_{\mathrm{drive}}& t_{\mathrm{zdz}}^n\&GreaterEqual;t_{\mathrm{dri}}\end{array}\right.$

那么电动汽车2到达充电站1后预计等待空余充电桩的时间为充电桩号q为1；到达充电站2后预计等待空余充电桩的时间为充电桩号q为1。

3、预测电动汽车充电时间计算方法：

根据电动汽车预约系统发送的数据，可以得到电动汽车1行驶到充电站2时的SOC为0.36，同时可算得要达到终点还需要的电量8.6Ah。因此充电时间为：

$t_{\mathrm{ch}\arg e}=\frac{\mathrm{\&Delta;Q}}{I_{\mathrm{ch}\arg e}}\&times;3600=572s$

式中ΔQ是汽车行驶到终点所需的电量，I_charge为充电电流54A。

则预测电动汽车1到达充电站2后的充电等待时间为：

$t_{\mathrm{cd}}=t_{\mathrm{wait}}^q+t_{\mathrm{ch}\arg e}=1940s$

电动汽车2行驶到充电站2时的SOC为0.46，同时可算得要达到终点还需要的电量ΔQ为4.6Ah。因此充电时间为：

$t_{\mathrm{ch}\arg e}=\frac{\mathrm{\&Delta;Q}}{I_{\mathrm{ch}\arg e}}\&times;3600\&ap;300s$

电动汽车2行驶到充电站1时的SOC为0.33，同时可算得要达到终点还需要的电量ΔQ为4.51Ah。因此充电时间为：

$t_{\mathrm{ch}\arg e}=\frac{\mathrm{\&Delta;Q}}{I_{\mathrm{ch}\arg e}}\&times;3600\&ap;300s$

同理可计算得到电动汽车2到达充电站1后的充电等待时间 到达充电站2后的充电等待时间  $t_{\mathrm{cd}}=t_{\mathrm{wait}}^q+t_{\mathrm{ch}\arg e}=1676s.$

步骤3)：由于汽车行驶时间预测在一定时间范围内准确，为了防止出现汽车预约到达时间和实际到达时间差异过大，影响充电站的效益。如果该车到达充电站的时间在规定的范围内则司机能够直接预约该充电站。针对到达充电站时间超过了一定的限制范围的车辆，则需要计算该充电站能被该车选择的可能性。并将上述信息发送给电动汽车。电动汽车1到达充电站2所需的时间在规定的范围。对于电动汽车2如果选择充电站1总的等待时间较短，但因为电动汽车2到达充电站1所需的时间为1708s超过了规定的范围1600s。因此需要计算充电站1能被电动汽车2选择的概率。

计算该充电站能被该车选择的可能性:

计算电动汽车2的前方不能行驶完全程、没有预约并且可能预约该充电站的车辆个数n_v为3，则该充电站能被该车选择的概率概率等于0.25 则可以预约充电站1。

步骤4)：司机根据上述信息选择充电站。电动汽车1选择充电站2，电动汽车2选择充电站1。则电动汽车充电选择系统将上述选择结果和充电时间等信息发送给充电站管理系统。

步骤5)：充电站管理系统根据选择结果，建立新的包含该车的最短排队等待时间，为其他车辆预约充电提供便利。

建立新的包含该车的最短排队等待时间：

$t_{\mathrm{wait}}^n=\left\{\begin{array}{cc}{t}_{\mathrm{drive}}+t_{\mathrm{ch}\arg e}& t_{\mathrm{zdz}}^n<t_{\mathrm{dri}}\\ t_{\mathrm{zdz}}^n+t_{\mathrm{ch}\arg e}& t_{\mathrm{zdz}}^n\&GreaterEqual;t_{\mathrm{dri}}\end{array}\right.$

电动汽车1预约了充电站2的桩1，则此时充电站2中桩1的新的包含该车的最短排队等待时间 $t_{\mathrm{zdz}}^1=t_{\mathrm{zdz}}^n+t_{\mathrm{ch}\arg e}=1800+572=2372s$

电动汽车2预约了充电站1的桩1，则此时充电站1中桩1的新的包含该车的最短排队等待时间 $t_{\mathrm{zdz}}^1=t_{\mathrm{drive}}+t_{\mathrm{ch}\arg e}=1708+300=2008s.$

步骤6)：电动汽车1到达预约的充电站2，预约的充电桩不是空余，转到步骤7)；

电动汽车2到达预约的充电站1，预约的充电桩是空余的，则转到步骤8)。

步骤7)：电动汽车1等待，直到预约时间。

步骤8)：给电动汽车进行充电。

至此，有预约系统的计算到此结束。对于没有预约系统的电动汽车的选择情况采用就近原则，由图2得电动汽车1选择充电站1，电动汽车2也选择充电站1。等待时间和充电时间等可按照上述步骤来计算。

其余车辆(电动汽车3、4、5、6)也可按上述方法计算，从而得到以下结果

与不具有预约系统的充电站选择结果相对比，汽车选择的充电站结果如下表3

车辆号	SOC	有预约系统预约充电站号	无预约系统选择充电站号
				1	0.4	2	2
2	0.5	1	2
				3	0.5	1	2
4	0.45	1	1
				5	0.4	1	1

每个电动汽车的等待时间如下表4

车辆号	有管理系统等待时间(s)	无管理系统等待时间(s)
			1	1940	1940
2	300	1679
			3	300	1684
4	330	330
			5	460	460

从表3和表4中可以得到在存在和不存在充电站充电管理系统的选择情况。由图3可以很明显看出在有充电站管理系统的情况下，电动汽车2和3的等待时间明显减少，不仅减少了司机的等待时间，从而也使充电站的效率得到提高。

本发明基于仿真软件Matlab，进行有无充电站管理系统控制下的充电站选择及等待时间的对比分析。

表5实施例1得到平均等待时间对比表

从表5中可以得到，电动汽车采用充电站管理系统与不采用充电站管理系统相比每个电动汽车的平均等待时间减少了9分钟。因此，该充电站管理系统能够有效显著地缩短电动汽车的充电等待时间，从而提高了充电站的工作效率。

Claims (6)

1.一种基于充电站充电管理方法，包括以下步骤：

步骤1)充电站充电管理系统判断是否接收到电动汽车的充电请求；

步骤2)根据电动汽车的数据计算各充电站内最短的充电等待时间；

步骤3)判断该车到达最短的排队等待时间充电站的所需时间是否在规定的范围。如果该车到达充电站的时间在规定的范围内，则转到步骤5)；

步骤4)针对到达充电站时间超过了一定的限制范围的车辆，则需要计算该充电站能被该车选择的可能性；

步骤5)司机根据上述信息选择充电站并将选择结果发送给充电站管理系统；

步骤6)充电站管理系统根据选择结果，建立新的包含该车的最短排队等待时间；

步骤7)汽车到达预约的充电站，判断预约的充电桩是否空余，如果充电桩空余则转到步骤9)；

步骤8)电动汽车等待直到预约时间；

步骤9)给电动汽车进行充电。

2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述步骤1)通过无线通信系统充电请求信息。

3.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述步骤2)通过以下公式计算各充电站内最短的充电排队时间 $t_{\mathrm{wait}}^n=\left\{\begin{array}{cc}0& t_{\mathrm{zdz}}^n<t_{\mathrm{drive}}\\ t_{\mathrm{zdz}}^n-t_{\mathrm{drive}}& t_{\mathrm{zdz}}^n\&GreaterEqual;t_{\mathrm{drive}}\end{array}\right.;$ 其中为现有充电站内不同充电桩已经排队及预约的时间，t_drive为汽车到达时间，为等待不同充电桩空余的时间。

4.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述步骤4通过以下公式计算该充电站能被该车选择的可能性其中n_v为在该汽车前方不能行驶完全程、没有预约并且可能预约该充电站的车辆个数。

5.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述步骤6)中通过以下公式计算建立新的包含该车的最短排队等待时间

其中为充电站内不同充电桩已经排队及预约的时间；t_charge为充电时间；t_drive为汽车到达充电站所需时间。

6.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述方法基于仿真软件Matlab，进行有无充电站充电管理系统下的充电等待时间的对比分析。