CN107949971B - 对电动车的充电/放电计划的优化 - Google Patents

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Abstract

说明一种用于确定车辆(110)的电气能量储存器(111)的充电计划的方法(400)。所述方法(400)包括：将提供用于给能量储存器(111)充电的充电时间区间划分成一个时间段(223)序列，使得在所述时间段(223)序列的各时间段(223)中分别存在恒定的充电功率条件。所述方法(400)还包括：为所述时间段(223)序列的每个时间段(223)确定有限数量的可能的充电功率(221)，所述能量储存器(111)能够在相应的时间段(223)中以所述充电功率被充电或放电。此外，所述方法(400)包括：确定一定数量的充电点(310)序列；其中，用于时间段(223)的充电点(310)表明针对该时间段(223)的所述有限数量的可能的充电功率中的充电功率；并且充电点(310)序列表明用于所述时间段(223)序列的充电功率序列。所述方法(400)还包括：从所述一定数量的充电点(310)序列中选择一个充电点(310)序列作为充电计划。

Description

对电动车的充电/放电计划的优化
技术领域
本发明涉及用于确定电动车的充电计划和/或放电计划的一种方法以及一种相应的控制单元。
背景技术
家用(Haushalt)可以包括多个电消耗器以及一个或多个电能源(例如太阳能设备和/或到供电网络上的电气用户引入线)。此外，家用可以包括一个或多个电气能量储存器，所述电气能量储存器在被充电时作为消耗器出现，而所述电气能量储存器在被放电时作为能量源出现。家用的所述不同构件可以通过HEMS(家庭能源管理系统)来进行中央控制，以便根据确定的标准来优化电能消耗(例如以便最小化用于电能的成本)。
电动车包括电气能量储存器，该电气能量储存器能够通过在家用中的充电装置被充电(并且因为作为消耗器出现)或能够放电(并且因此作为能量源出现)。在此，电动车典型地在相对长的充电时间区间上(例如从晚上直到第二天早上)被连接到充电装置上。因此，典型地提供相对长的时间间隔，以便使电动车的能量存储器充电至确定的水平(即充电至确定的SOC，充电状态)。
发明内容
本文件致力于如下技术任务，即：高效地确定一种用于电动车的充电计划、尤其是降低(尤其是最小化)预定义的成本标准的充电计划。在此，在充电计划的范畴内，必要时也应该确定一个或多个时间段，在所述一个或多个时间段中电动车在充电位置上放电。因此可以确定组合的用于电动车的充电/放电计划。通过实现一个或多个放电时间段可以考虑扩大的成本标准。
所述任务通过一种按照本发明的用于确定车辆的电气能量储存器的充电计划的方法来解决。
根据一个方面说明一种用于确定车辆的电气能量储存器的充电计划的方法。在此，所述电气能量储存器在所述充电计划的范畴内也可以暂时地放电。因此，可以确定具有一个或多个充电时间段并且具有一个或多个放电时间段的组合充电计划。所述方法包括：将整体提供用于给能量储存器充电的充电时间区间划分成一个时间段序列。在此优选这样实现所述划分，使得在所述时间段序列的各时间段中分别存在恒定的充电功率条件。所述充电功率条件可以包括最大充电功率或包括最大放电功率，所述最大充电功率能够由充电装置在确定的时刻提供用于给能量储存器充电，所述最大放电功率能够由能量储存器在确定的时刻放出给充电装置。备选地或补充地，所述充电功率条件可以包括(正的或负的)能量成本，所述能量成本在确定的时刻产生用于能量储存器的充电(典型地作为正的成本)或所述能量成本在确定的时刻在能量储存器放电时产生(典型地作为负的成本)。
所述方法还包括：为所述时间段序列的每个时间段确定有限数量的可能的充电功率，所述能量储存器能够在相应的时间段中以所述充电功率被充电和/或放电。在此，所述确定有限数量的可能的充电功率可以包括：将一个充电功率区间分成N个可能的充电功率，其中，N可以等于或小于10(例如5)。必要时，也可设想大于10的N值。所述充电功率区间可以向上由如下的充电功率限定，该充电功率能够最大地由充电装置(例如通过技术限定)提供。必要时，在此也可以实现负的充电功率(用于能量储存器的暂时放电)。
因此，可以为有限数量的时间段分别定义有限数量的可能的充电功率。因此，可以为有限数量的时间段定义具有有限数量的充电点的网络结构。在此，用于时间段的充电点表明针对该时间段的所述有限数量的可能的(正的或负的)充电功率中的充电功率。因此，确定(优化的)充电计划的问题可以表达为通过充电点的网络结构(即充电点序列)确定(优化)路径的问题。
所述方法还包括确定一定数量的充电点序列。在此，充电点序列表明用于相应时间段序列的充电功率序列。换句话说，充电点序列表明：在所述时间段序列的不同时间段中应该以怎样的(恒定的)充电功率给能量储存器充电。在此，所述一定数量的充电点序列可以以特别高效的且精确的方式借助动态规划、尤其是借助维特比算法来确定。然后，可以从所述一定数量的充电点序列中选择一个充电点序列作为用于给能量储存器充电的充电计划。
通过上述方法、尤其是通过在时间上划分成多个时间段和/或通过划分成有限数量的可能的充电功率，能够实现高效地确定充电计划。
用于时间段的充电点可以表明(正的或负的)成本，所述成本通过利用由该充电点表明的(正的或负的)充电功率进行充电或放电而引起。所述成本例如可以在时间段中的能量成本的基础上并且在充电点的充电功率的基础上确定。所述确定一定数量的充电点序列可以包括：根据由充电点表明的成本，针对相应数量的充电点序列确定一定数量的累积成本。然后，可以根据所述一定数量的累积成本选择用于所述充电计划的充电点序列。这样，能够选择使累积成本最小化的充电计划。
可以从所述时间段序列的初始时间段出发和/或从所述时间段序列的最终时间段出发，重复地逐个时间段地确定所述一定数量的充电点序列。尤其是，所述确定一定数量的充电点序列可以包括：针对所述时间段序列的第一时间段，确定M个充电点子序列，这些充电点子序列从初始时间段或最终时间段延伸至第二时间段，该第二时间段与第一时间段相邻。在此，M例如可以是20、10或更少。然后，可以在用于所述第一时间段的充电点的基础上并且在所述M个充电点子序列的基础上确定扩大的充电点子序列，这些扩大的充电点子序列从初始时间段或从最终时间段延伸至第一时间段。因此能够重复地逐个时间段地确定所述一定数量的充电点序列。通过限制于有限数量M个充电点子序列，能够限制用于确定所述一定数量的充电点序列的计算耗费。
所述确定一定数量的充电点序列可以包括：针对所述时间段序列的第一时间段，确定针对所述M个充电点子序列的M个累积子成本。然后，在用于所述第一时间段的充电点的基础上并且在所述M个累积子成本的基础上，可以确定针对所述扩大的充电点子序列的累积子成本。此外，可以根据针对所述扩大的充电点子序列的累积子成本选择所述扩大的充电点子序列(例如M个扩大的充电点子序列)的子集。尤其是可以选择累积子成本最小的有限的子集。因此，在计算耗费有限时还能够提供成本优化的充电计划。
所述方法还可以包括：确定从在第二时间段中的充电点过渡到在第一时间段中的充电点的过渡成本。在此，所述过渡成本可以尤其是与针对充电功率改变(由于各充电点之间的过渡)的成本有关。然后，也可以根据所述过渡成本确定针对所述扩大的充电点子序列的累积子成本。因此能够以高效的方式考虑由于充电功率改变而引起的成本。
所述方法可以进一步包括：尤其是参照由所述扩大的充电点子序列总共提供的能量数量来检查扩大的第一充电点子序列是否满足约束条件。当不满足所述约束条件时，可以不采用所述扩大的第一充电点子序列。因此，在早期的时刻可以不被采用不满足所要求的约束条件(例如在充电时间区间结束时所要求的SOC)的充电计划。因此能够进一步减少计算耗费。
根据另一方面说明一种控制单元，该控制单元设置用于实施上述的方法。
根据另一方面说明一种软件(SW)程序。该SW程序可以设置用于在处理器上被实施并且由此用于实施在本文件中所说明的方法。
根据另一方面说明一种存储介质。该存储介质可以包括SW程序，该SW程序设置用于在处理器上被实施并且由此用于实施在本文件中所说明的方法。
应当注意的是，在本文件中所说明的方法、装置和系统不仅可以单独地使用，而且可以以与其它在本文件中所说明的方法、装置和系统组合的方式使用。此外，在本文件中所说明的方法、装置和系统的每个方面可以多样化地互相组合。尤其是，权利要求的特征可以多样化地互相组合。尤其是，权利要求的特征多样化地互相组合。
附图说明
此外，借助实施例更详细地说明本发明。其中：
图1示出一种示例性的用于给电动车充电的系统的框图；
图2a示出提供用于给电动车充电的最大充电功率的示例性时间变化曲线以及示出能量成本的示例性时间变化曲线；
图2b示出示例性的梯度曲线，该梯度曲线表明最大充电功率和/或能量成本的显著改变；
图2c示出示例性地将一个充电时间区间划分成多个时间段以及示出示例性的可能的充电功率；
图3示出示例性的充电点序列；以及
图4示出一种示例性的用于确定充电计划的方法的流程图。
具体实施方式
如开头所述的那样，本文件致力于确定电动车的充电计划。图1示出用于给车辆(当前为电动车)110充电的系统100的框图。所述车辆110包括电气能量储存器111，该电气能量储存器设置用于为车辆110的电驱动装置的运行提供电能。所述能量储存器111可以被连接到充电装置102上，以便接收电能。所述系统100包括控制单元101，该控制单元设置用于控制能量储存器111的充电过程。尤其是，控制单元101设置用于确定用于给能量储存器111充电的充电计划并且根据该充电计划给能量储存器111充电。
典型地，在不同的时刻提供不同的最大充电功率201(参见图2a)用于给能量储存器111充电。可供充电的最大充电功率201例如可以根据能量源(例如太阳能)在时间上的可用性和/或根据由不同的电消耗器对电能的不同需求而改变。图2a示出最大充电功率201关于时间203的示例性变化曲线。此外，图2a示出能量成本关于时间203的示例性变化曲线。所述能量成本例如可以根据可供使用的电能的不同组成而改变。例如，能量成本在可使用太阳能的情况下可能比在通过公共的供电网络获得电能的情况下更低。
此时应该确定用于车辆110的能量储存器111的充电计划，通过该充电计划保证：能量储存器111在充电时间区间结束时具有预定义的状态(尤其是SOC)。此外应该确定如下的充电计划，通过该充电计划减少(尤其是最小化)成本。
为此目的，可以为可供使用的充电时间区间确定一个时间段序列，在各所述时间段中充电功率条件实质上是恒定的。示例性的充电功率条件是在确定的时间段中的上述最大充电功率201和上述能量成本202。因此，尤其是可以确定如下的时间段序列，在各所述时间段中最大充电功率201和能量成本202是恒定的。为此目的，可以从最大充电功率201的变化曲线中以及从能量成本202的变化曲线中确定梯度曲线211，该梯度曲线表明如下的时刻，至少一个充电功率条件在所述时刻改变。这些时刻可以被看作相邻的时间段之间的界限。
图2c示出针对图2a中的最大充电功率201以及能量成本202的变化曲线的示例性时间段223。在一个时间段223之内充电功率条件是恒定的。所述时间段223可以被用作用于确定成本优化的充电计划在时间上的解。因此，能够降低用于确定充电计划的优化问题的复杂性。因此，所述充电时间区间可以被划分成一个时间段223序列，其中，充电功率条件在每个时间段223中是恒定的。此外，可以为每个时间段223定义不同的可能的充电功率221，利用所述充电功率能够在相应的时间段223中给能量储存器111充电。在图2c中定义了5个不同的在0kW与最大可能的充电功率之间的充电功率221(例如0kW、1.1kW、3.2kW、5.3kW以及7.4kW)。
因此，能量储存器111在一个时间段223中能够利用不同的充电功率221被充电。因此，可以为每个时间段223定义不同的能量数量，所述能量数量能够在相应的时间段223中被输送给能量储存器111。在此，所述能量数量由充电功率221以及由一个时间段223的时间长度得出。
图3示出充电点310的网络结构300。所述网络结构300针对一个时间段223包括一定数量的充电点310，其中，一个充电点310具有一个或多个充电点参数。所述充电点参数可以包括：
·能量数量，该能量数量在充电点310的时间段223中被传输给能量储存器111；
·充电功率221，在充电点310的时间段223中利用该充电功率进行充电；和/或
·能量成本，该能量成本与所传输的能量数量有关。
此外，网络结构300包括从第一充电点310(在第一时间段223中)到第二充电点310(在直接接着第一时刻的第二时间段223中)的过渡302(通过点状箭头或实线箭头示出)。所述过渡302可以具有一个或多个过渡参数。所述过渡参数例如可以包括针对充电功率改变的成本。
因此能够提供如下网络结构300，该网络结构定义用于充电过程的可能的充电功率以及与之有关的成本。然后，能够通过所述网络结构300找到路径301、即时间上的充电点310序列，通过该路径降低(必要时最小化)预定义的成本标准，所述成本标准例如包括用于充电过程的累积能量成本。所述路径301在图3中通过实线箭头示出。在此，可以以高效的方式使用动态规划法、尤其是维特比算法。
尤其是，可以以重复的方式例如从属于所述时间段223序列的初始时间段223的充电点310出发确定从所述充电点310直到所述时间段223序列的最终时间段223的路径310。在此，为了减少计算耗费可以在每个重复步骤中(即，针对所述时间段223序列的每个时间段223)选择有限数量的子路径。然后，对于进一步的方法仅考虑所述有限数量的子路径。此外能够及早排除如下路径，这些路径不满足预定义的约束条件(例如如下路径，这些路径没有达到或超过由能量存储装置111在充电时间区间期间总共要接收的能量数量)。
图4示出一种示例性的用于确定用于车辆110的电能量储存器111的充电计划的方法400的流程图。该方法400包括步骤401：将提供用于给能量储存器111充电的充电时间区间划分成一个时间段223序列，使得在所述时间段223序列的各时间段223中分别存在恒定的充电功率条件。所述方法400还包括步骤402：为所述时间段223序列的每个时间段223确定有限数量的可能的充电功率221，能量储存器111在相应的时间段223中能够以所述充电功率被充电。此外，所述方法400包括步骤403：确定一定数量的充电点310序列。在此，用于时间段223的充电点310表明针对该时间段223的所述有限数量的可能的充电功率中的充电功率。此外，充电点310序列表明用于所述时间段223序列的充电功率序列。所述方法400还包括步骤404：从所述一定数量的充电点310序列中选择一个充电点310序列作为充电计划。
尤其是，具有特殊适用评价的参数化动态规划可以被用于可能有意义地在时间上组合各充电功率，以便确定成本优化的充电计划。
通过在本文件中所说明的方法，能够最小化用于运行车辆和家用的电能的成本。此外，通过有针对性地使用本地的能量源能够提高自给自给自足程度。此外能够提高电动车的充电效率。必要时同时可以考虑通过多层面的适当参数化进行优化：充电管理以及能量管理。在本文件中所说明的方法是可扩展的并且因此附加地可应用于船队充电优化。
本发明不限于所示出的各实施例。尤其是要注意，说明书和附图应该仅阐明所提出的方法、装置和系统的原理。

Claims (14)

1.用于确定车辆(110)的电气能量储存器(111)的充电计划的方法(400)，其中，该方法(400)包括：
-将提供用于给能量储存器(111)充电的充电时间区间划分成一个时间段(223)序列，使得在所述时间段(223)序列的各时间段(223)中分别存在恒定的充电功率条件；
-为所述时间段(223)序列的每个时间段(223)确定有限数量的可能的充电功率(221)，所述能量储存器(111)能够在相应的时间段(223)中以所述充电功率被充电或放电；
-确定一定数量的充电点(310)序列；其中，用于时间段(223)的充电点(310)表明针对该时间段(223)的所述有限数量的可能的充电功率中的充电功率；其中，充电点(310)序列表明用于所述时间段(223)序列的充电功率序列；以及
-从所述一定数量的充电点(310)序列中选择一个充电点(310)序列作为充电计划。
2.根据权利要求1所述的方法(400)，其中，所述一定数量的充电点(310)序列借助动态规划来确定。
3.根据权利要求1或2所述的方法(400)，其中，
-用于时间段(223)的充电点(310)表明成本，所述成本通过利用由该充电点(310)表明的充电功率进行充电或放电而引起；
-所述确定一定数量的充电点(310)序列包括：根据由充电点(310)表明的成本，针对相应数量的充电点序列确定一定数量的累积成本；以及
-根据所述一定数量的累积成本，选择用于所述充电计划的充电点(310)序列。
4.根据权利要求3所述的方法(400)，其中，所述确定一定数量的充电点(310)序列包括：针对所述时间段(223)序列的第一时间段，
-确定M个充电点(310)子序列，这些充电点子序列从初始时间段或从最终时间段延伸至第二时间段，该第二时间段与第一时间段相邻；以及
-在用于所述第一时间段的充电点(310)的基础上并且在所述M个充电点(310)子序列的基础上，确定扩大的充电点(310)子序列，这些扩大的充电点子序列从初始时间段或从最终时间段延伸至第一时间段。
5.根据权利要求4所述的方法(400)，所述方法还包括：
-确定针对所述M个充电点(310)子序列的M个累积子成本；
-在用于所述第一时间段的充电点(310)的基础上并且在所述M个累积子成本的基础上，确定针对所述扩大的充电点(310)子序列的累积子成本；以及
-根据针对所述扩大的充电点(310)子序列的累积子成本，选择所述扩大的充电点(310)子序列的子集。
6.根据权利要求5所述的方法(400)，其中，
-该方法(400)还包括：确定从第二时间段中的充电点(310)过渡到第一时间段中的充电点(310)的过渡成本；
-也根据所述过渡成本确定针对所述扩大的充电点(310)子序列的累积子成本。
7.根据权利要求5或6所述的方法(400)，所述方法还包括：
-检查扩大的第一充电点(310)子序列是否满足约束条件；以及
-当不满足所述约束条件时，不采用所述扩大的第一充电点(310)子序列。
8.根据权利要求1或2所述的方法(400)，其中，从所述时间段(223)序列的初始时间段出发和/或从所述时间段序列的最终时间段出发，重复地逐个时间段地确定所述一定数量的充电点(310)序列。
9.根据权利要求1或2所述的方法(400)，其中，
-所述确定有限数量的可能的充电功率(221)包括：将一个充电功率区间分成N个可能的充电功率(221)；
-所述充电功率区间由如下充电功率限定，该充电功率能最大地由充电装置(102)提供。
10.根据权利要求1或2所述的方法(400)，其中，所述充电功率条件包括以下中的一个或多个：
-最大充电功率(201)，所述最大充电功率能够由充电装置(102)在确定的时刻提供用于给能量储存器(111)充电；
-最大放电功率，所述最大放电功率能够在确定的时刻被提供给充电装置(102)，用于使能量储存器(111)放电；和/或
-能量成本(202)，所述能量成本在确定的时刻为了能量储存器(111)的充电或放电而累积。
11.根据权利要求1所述的方法(400)，其中，所述一定数量的充电点(310)序列借助维特比算法来确定。
12.根据权利要求6所述的方法(400)，其中，所述过渡成本与针对充电功率改变的成本有关。
13.根据权利要求7所述的方法，检查扩大的第一充电点(310)子序列是否满足约束条件，包括：
参照由所述扩大的充电点(310)子序列提供的能量数量来检查扩大的第一充电点(310)子序列是否满足约束条件。
14.根据权利要求9所述的方法(400)，其中，N等于或小于10。
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