CN110599023B - 一种电动车群组的换电调度方法和云管理服务器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电动车群组的换电调度方法和云管理服务器,应用于固定线路、换电站点设在站点附近的场景，利用大数据技术准备数据，预测车辆的首次换电站点，进而预估每个换电站点在运营前需要事先准备的起始电池组备用量；运用物联网技术实时获取所有运营车辆数据，预测车辆的下一换电站点，并在该下一换电站点准备该车辆的电池组备用量，进而预测每个换电站点所需各型号电池的电池组数，从而便于进行各型号电池的电池组数的动态调度，减少因需要的电池的电池组数不足导致等待的情况，保证运营线路的正常运营。

Description

一种电动车群组的换电调度方法和云管理服务器

技术领域

本发明涉及车辆换电管理领域，尤其涉及一种电动车群组的换电调度方法 和云管理服务器。

背景技术

申请号为CN201610078039.4的中国发明专利提供了一种电动车辆更换电池 的方法和云管理服务器，所述方法包括：云管理服务器获取电动车辆发送的低 电量告警信息；云管理服务器根据电动车辆的车辆位置信息和电池状态信息， 确定电动车辆周围具有动力电池更换能力的多个换电装置；云管理服务器从电 动车辆周围具有动力电池更换能力的多个换电装置中，分配适合电动车辆进行 电池更换操作的换电装置给电动车辆。该发明没有预估换电装置的换电容量而 进行所需电池数量的调度，会造成无法及时换电而影响车辆运营。

申请号为CN201711270072.8的中国发明专利公开了一种电动车的换电分配 方法，适于在服务器中执行，所述服务器中存储有电动车的运营范围地图，并 将该运营范围划分为多个运维区，该方法包括步骤：当电动车的电池电量不足 时，将该电动车的电动车标识分配给与之最近的第一目标换电员；当某第一目 标换电员处于待接单状态时，先检查当前是否有已分配的缺电电动车；若有， 则以该电动车为中心预定范围内的缺电电动车数量与该第一目标换电员持有的 满电电池数量取最小值后生成换电任务单；反之，则查询该第一目标换电员所 在运维区内与之距离最近的缺电电动车，并以该电动车为中心预定范围内的缺 电电动车数量与该第一目标换电员持有的满电电池数量取最小值后生成换电任务单。该发明只是针对现有的换电员持有的满电电池数量，没有预估缺少的电 池数量而进行调度以满足实时换电要求，没有满足所有电动车的换电需求。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明的目的是提供一种电动车群组的换电 调度方法，针对固定线路、换电站设在站点附近的场景，预估每个站点换电站 运营前需要事先准备的起始电池组备用量，并根据运营车辆数据，预测每个站 点换电站需要准备的电池组数量，进行电池组的动态调度，减少因电池组不足 导致等待的情况，保证运营线路的正常运营。

为实现上述目的，本发明提供了一种电动车群组的换电调度方法，用于云 管理服务器的多辆电动车的换电调度，包括：

A，存储所有被调度的电动车的运行线路信息和电池配置信息，所述运行线 路信息包括换电站点信息和换电站点之间的路段信息，所述电池配置信息包括 所述电动车配置的电池型号和该型号的电池的电池组数；

B，建立第一换电计算模型，用于运营前的换电准备，所述第一换电计算模 型根据运行线路信息、初始站点和电池配置信息进行预测计算，得到电动车的 首次换电站点；建立第二换电计算模型，用于运营中的换电准备，所述第二换 电计算模型根据线路运行线路信息、电动车实时剩余可用电池组数进行预测计 算，得到电动车的下一换电站点；

C，遍历所有被调度的电动车，获得所述电动车的首次换电站点或下一换电 站点；

D，遍历所有换电站点，在所述换电站点汇总预测以所述换电站点为首次换 电站点或下一换电站点的电动车及所述电动车的电池配置信息，形成所述换电 站点的换电需求；

E，根据各所述换电站点的换电需求以及换电站点日前的电池库存情况，提 前进行电池调度，输出调度信息。

进一步的，所述第一换电计算模型为：

U_p＝∑σ_g*B_g*L_g，g∈[1，k]，σ_g∈{0，1}

其中，U_p为车辆V_j从初始站点运行到首次换电站点S_P的电池组消耗量；σ_g表示车辆V_j是否经过换电站点S_g，σ_g＝1表示有经过该换电站点，σ_g＝0表示没 有经过；B_g表示路段R_g的平均电池组消耗量，L_g表示路段R_g的长度；

所述首次换电站点的满足条件为：

U_p≤M_j＜U_p+1，p∈[1，k]

其中，U_p+1为车辆V_j从当前位置运行到下一换电站点S_P+1的电池组消耗量， M_j为车辆V_j的电池配置信息中的电池组数，车辆V_j为满电状态。

进一步的，所述第二换电计算模型为：

U_ip＝μ*B_h*L_h+∑σ_g*B_g*L_g g∈[1，k]，σ_g∈{0，1}

其中，U_ip为车辆V_i运行到换电站点S_P的电池组消耗量；μ表示车辆V_i在路段 R_h的位置点，B_h表示路段R_h的平均电池组消耗量，L_h表示路段R_h的长度；σ_g表 示车辆V_i是否经过换电站点S_g，σ_g＝1表示有经过该换电站点，σ_g＝0表示没有 经过；B_g表示路段R_g的平均电池组消耗量，L_g表示路段R_g的长度；

在运营中的换电准备中，车辆V_i的下一换电站点S_p满足条件：

U_ip≤Mt_i＜U_i(p+1)p∈[1，k]

其中，U_i(p+1)为车辆V_i运行到换电站点S_P+1的电池组消耗量，Mt_i为车辆V_i实 时的剩余可用电池组数。

讲一步的，所述路段的平均电池组消耗量的计算模型为：

其中，B_i为路段R_i的平均电池组消耗量，α为空调状态权重值，β为电池使 用年限权重值，e为天气权重值，t为运营环境权重值，m为载客量，B_i0为路段 R_i的额定电池数的消耗值，L_i为路段R_i的长度。

进一步的，所述电池使用年限权重值β为：

β＝1/(1-(1-ω)*d/(y*365*ζ))

其中，ω为电池整个生命周期衰减平均加权值，d为电池实际已充放电循环 总次数，y为生命周期额定年数，ζ为平均每天充电循环次数。

进一步的，所述运营前的换电准备还包括：当电动车在运营前需要换电时， 在电动车的初始站点需准备与该电动车电池配置信息的电池型号和电池组数一 致的可换电池。

本发明还提供了一种云管理服务器，包括应用程序服务器、数据库服务器、 Web服务器和通信服务器；

所述应用程序服务器用于执行换电调度程序，所述换电调度程序实现如上 所述的电动车群组的换电调度方法；

所述数据库服务器用于提供存取服务，所述存取服务包括电动车的运行线 路信息、电池配置信息和调度信息，所述调度信息是通过所述换电调度方法得 到的；

所述通信服务器用于建立服务器和电动车、换电站点之间的通信。

进一步的，还包括APP服务器，所述APP服务器用于提供智能终端APP的 调用服务，用于调度信息的推送。

本发明针对固定线路、换电站点设在站点附近的场景，利用大数据技术准 备数据，进而预估每个换电站点运营前需要事先准备的起始电池组备用量；运 用物联网技术实时获取所有运营车辆数据，预测每个换电站点所需各型号电池 的电池组数，从而便于进行各型号电池的电池组数的动态调度，减少因需要的 电池的电池组数不足导致等待的情况，保证运营线路的正常运营。

附图说明

图1是本发明的一个具体实施例的换电调度方法流程图；

图2是本发明实施例的数据准备流程；

图3是本发明实施例的车辆运行路线示意图；

图4是本发明实施例的实时监控示意图。

具体实施方式

为进一步说明各实施例，本发明提供有附图。这些附图为本发明揭露内容 的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例 的运作原理。配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实 施方式以及本发明的优点。图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通 常用来表示类似的组件。

现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。

实施例一

如图1-图3所示，本发明公开了一种电动车群组的换电调度方法，具体应 用于纯电动客车，针对固定线路、换电站设在站点附近的场景，预估每个站点 换电站运营前需要事先准备的起始电池组数，及在运营中预测每个站点换电站 需要准备的电池组数量，进行电池组的动态调度，减少因电池组不足导致等待 的情况，保证运营线路的正常运营。电动车群组的换电调度方法运行于云管理 服务器上，具体包括以下步骤：

一、数据准备

为对区域内的电动车的换电进行规划，需要将线路、换电站点和车辆信息 数字化。

(1)路线信息准备：对线路的换电站点(即站点换电站)、路段进行编号， 并获取路段长度。

在本实施例示例性的，运营线路以运营车辆从出发点再回到出发点为例， 运营线路设有n个换电站点，换电站点编号为S₁，S₂，...，S_n；路段编号为 R₁，R₂，...，R_n-1，R_n，其中，路段R_i为换电站点S_i到换电站点S_i+1之间的路段，R_n为 换电站点S_n到换电站点S₁的路段；路段长度为L₁，L₂，...，L_n-1，L_n，其中，路段长 度L_i为路段R_i的长度。如图2所示。

(2)获取各路段的平均电池组消耗量的计算模型。

每个车型的所需的电池数量单位为组，利用物联网技术采集每个车型在不 同空调状态、电池使用年限、天气、运营环境(交通)、载客量下的电池组消耗 量的大量历史数据。利用大数据分析技术，可获得车辆在路段R_i的平均电池组 消耗量B_i。具体的，平均电池组消耗量B_i通过如下公式获得：

其中，α为空调状态权重值，β为电池使用年限权重值，e为天气权重值，t 为运营环境权重值，m为载客量，B_i0为路段R_i的额定电池组消耗量。

具体的，电池使用年限权重值β通过以下公式获得

β＝1/(1-(1-ω)*d/(y*365*ξ))

其中，ω为电池整个生命周期衰减平均加权值，d为电池实际已充放电的循 环次数，y为生命周期额定年数，ζ为平均每天充电循环次数。

比如：某厂商某型号电池技术协议规定：“按照额定充放电流1C，每天循环 1.4次的使用频率使用8年后，电池能存储原出厂电量的80％”，这样ω＝0.8、ζ ＝1.4、y＝8。当前电池使用了2年，已充放电循环次数d＝1022.8；则 β＝1/(1-(1-0.8)*1022.8/(8*365*1.4))；其他权重根据大数据统计生成。

二、运营前的换电站的电池组备用量计算

(3)运营前车辆的初始化信息。

设初始时，将车辆分别编号为V_j，(j＝1，2，…k)，每辆车有各自的初始站点， 每个换电站点均有多辆车将其作为初始站点；车辆V_j的电池配置信息包括电池型 号信息BM_j和电池组数M_j，车辆的电池型号存在可能相同的情况，在此，为方便 说明，车辆V_j和电池BM_j为一一对应。车辆V_j在换电时，需一次性更换与其电池 配置信息一致的电池型号信息为BM_j电池组数为M_j的可换电池。

(4)计算车辆V_j从初始站点到某一换电站点S_p的电池组消耗量U_p，

U_p＝∑σ_g*B_g*L_g g∈[1，k]，σ_g∈{0，1}

其中σ_g表示车辆V_j是否经过换电站点S_g，σ_g＝1表示车辆V_j有经过换电站 点S_g，σ_g＝0表示车辆V_j没有经过换电站点S_g；B_g表示路段R_g的平均电池组消耗 量，L_g表示路段R_g的长度。

(5)根据条件

U_p≤M_j＜U_p+1

获得换电站点S_p；该条件表示车辆V_j能到达换电站点S_p，但不能到达换电站 点S_p+1，此时车辆要在换电站点S_p换电，即在换电站点S_p需备电池BM_j的电池组 数为M_j，实现车辆V_j的整体换电。

遍历所有车辆，重复步骤(4)和(5)，对遍历结果进行汇总求和，得出每 个换电站点所需预先准备的各型号电池的可换电池组数。如果车辆在运营前需 要先换电，则换电站点需预先准备的起始电池组备用量还需要加上以该换电站 点作为初始站点的车辆的电池配置信息中的电池的电池组数。

三、运营过程的换电站的电池组备用量的动态计算

(7)设实时运营的车辆数为m，车辆V_i配置电池组BM_i，所需的电池组BM_i的 电池组数为M_i；

利用物联网技术获取每辆车的基础信息和实时状态，如空调状态、电池使 用年限、天气、运营环境(交通)、载客量、剩余电量占比SOC等。则车辆V_i实 时剩余可用的电池组数为Mt_i：

Mt_i＝η*SOC*M_i

其中，η为SOC的权重值、SOC为车辆实时的剩余电量占比。

(8)设车辆V_i的实时位置在路段R_h的某一位置，到换电站点S_p的电池组消耗 量U_ip，

U_ip＝μ*B_h*L_h+∑σ_g*B_g*L_g g∈[1，k]，σ_g∈{0，1}

其中，μ表示车辆V_i在路段R_h的位置点，表示未通行的路段R_h长度和整个路 段R_h长度的比值，B_h表示路段R_h的平均电池组消耗量，L_h表示路段R_h的长度。

(9)根据如下条件

U_ip≤Mt_i＜U_i(p+1)，p∈[1，k]

判断：车辆V_i需要在换电站点S_p换电，即换电站点S_p所需准备的电池BM_i的 电池组数为M_i。

(10)遍历所有运营车辆，重复步骤8和9，对结果进行汇总，得出每个换 电站的各电池型号的电池组的实时需求量，如电池组BM_i的实时需求量为 MSt_i，(1≤i≤k)；

(11)获取换电站此时的电池组BM_i的可换电池组数为MSi，如果MSi小于 MSti，则需要进行电池调度，采取措施补足缺少的电池组数。

电池调度信息可以是电子图表、图表人机界面等，可以通过APP推送给运 营调度人员，运营调度人员根据电池调度信息，提前进行电池调度，以满足电 动车在换电站点的换电需要。

本发明针对固定线路、换电站设在站点附近的场景，利用大数据技术准备 数据，进而预估每个站点换电站(即换电站点)运营前需要事先准备的起始电 池组备用量。运用物联网技术实时获取所有运营车辆数据，预测每个换电站点 所需各型号电池的电池组数，从而便于进行各型号电池的电池组数的动态调度， 减少因需要的电池的电池组数不足导致等待的情况，保证运营线路的正常运营。

本发明还适用于旅游公司、公交运营公司的有规定运营线路的纯电旅游客 车、公交车及服务于特定场景的有规定运营线路的纯电出租车的换电电站的布 设规划和电箱的配置规划。

实施例二

如图4所示，本发明还公开了一种云管理服务器，云管理服务器和电动车 群组、换电站点构成电动车的换电调度系统，该云管理服务器包括业务服务器 (或称应用程序服务器)、数据库服务器、Web服务器和通讯服务器；其中，应 用程序服务器通过各种协议把商业逻辑曝露给客户端程序。它提供了访问商业 逻辑的途径以供客户端应用程序使用。运行在局域网中的一台或多台计算机和 数据库管理系统软件共同构成了数据库服务器，数据库服务器为客户应用提供 服务，这些服务包括查询、更新、事务管理、索引、高速缓存、查询优化、安 全及多用户存取控制等，Web服务器专门处理HTTP请求，允许管理员通过在PC 终端上以web浏览的方式访问。为实现多元化的管理手段，该服务器还提供APP 服务器，可将信息推送到管理员的智能终端的APP中，为运营调度人员提供随 时随地的便捷管理服务。

换电调度程序运行于业务服务器中，通过通信服务器和电动车、换电站点 进行实时通信，实现服务器和电动车、换电站点的信息交互，及时根据车辆和 换电站点的信息，执行电动车群组的换电调度方法，预估每个换电站点运营前 需要事先准备的起始电池组备用量，预测每个换电站点所需各型号电池的电池 组数，从而便于进行各型号电池的电池组数的动态调度，减少因需要的电池的 电池组数不足导致等待的情况，保证运营线路的正常运营。该换电调度程序将 实时数据缓存于数据服务器中，进而根据业务需要将运行数据存储于数据服务 器的档案数据库和历史数据库，如将每日的换电调度的执行情况存储于档案数 据库中。

尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员 应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式 上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种电动车群组的换电调度方法，用于云管理服务器的多辆电动车的换电调度，其特征在于，包括：

A，存储所有被调度的电动车的运行线路信息和电池配置信息，所述运行线路信息包括换电站点信息和换电站点之间的路段信息，所述电池配置信息包括所述电动车配置的电池型号和该型号的电池的电池组数；

B，建立第一换电计算模型，用于尚未运营的电动车的换电准备，所述第一换电计算模型根据电动车的运行线路信息、初始站点和电池配置信息进行预测计算，得到电动车的目标换电站点；建立第二换电计算模型，用于运营中的电动车的换电准备，所述第二换电计算模型根据电动车的线路运行线路信息、电动车实时剩余可用电池组数进行预测计算，得到电动车的目标换电站点；

C，遍历所有被调度的电动车，获得各电动车的目标换电站点；

D，遍历所有换电站点，在各换电站点汇总预测以所述换电站点为目标换电站点的电动车及所述电动车的电池配置信息，形成所述换电站点的换电需求；

E，根据各换电站点的换电需求以及各换电站点目前的电池库存情况，提前进行电池调度，输出电池调度信息。

2.如权利要求1所述的电动车群组的换电调度方法，其特征在于，所述第一换电计算模型为：

U_p＝∑σ_g*B_g*L_g

其中，g为路段序号，U_p为车辆V_j从初始站点运行到目标换电站点S_P的电池组消耗量；σ_g＝1表示车辆V_j从初始站点运行到目标换电站点S_P时经过路段R_g，σ_g＝0表示车辆V_j从初始站点运行到目标换电站点S_P时没有经过路段R_g；B_g表示路段R_g的平均电池组消耗量，L_g表示路段R_g的长度；

所述目标换电站点S_P的满足条件为：

U_p≤M_j＜U_p+1

其中，p为车辆V_j运营线路中的换电站点序号，U_p+1为车辆V_j从当前位置运行到目标换电站点S_P后的下一换电站点S_P+1的电池组消耗量，M_j为车辆V_j的满电电量，用车辆V_j的电池配置信息中的电池组数表示。

3.如权利要求1所述的电动车群组的换电调度方法，其特征在于，所述第二换电计算模型为：

U_ip＝μ*B_h*L_h+∑σ_g*B_g*L_g

其中，U_ip为车辆V_i从当前位置运行到目标换电站点S_P的电池组消耗量；μ表示车辆V_i的当前位置落在路段R_h上，其剩余运行路段占全路段的比值，B_h表示路段R_h的平均电池组消耗量，L_h表示路段R_h的长度；σ_g＝1表示车辆V_i从当前位置运行到目标换电站点S_P时经过路段R_g，σ_g＝0表示车辆V_i从当前位置运行到目标换电站点S_P时经过路段R_g；B_g表示路段R_g的平均电池组消耗量，L_g表示路段R_g的长度；

在运营中的换电准备中，车辆V_i的目标换电站点S_p满足条件：

U_ip≤Mt_i＜U_i(p+1)

其中，U_i(p+1)为车辆V_i运行到目标换电站点S_p后的下一个换电站点S_P+1的电池组消耗量，Mt_i为车辆V_i实时的剩余可用电量，用车辆V_i实时的剩余可用电池组数表示。

4.如权利要求2或3所述的电动车群组的换电调度方法，其特征在于：所述路段的平均电池组消耗量的计算模型为：

其中，i为路段序号；B_i为路段R_i的平均电池组消耗量，α为空调状态权重值，β为电池使用年限权重值，e为天气权重值，t为运营环境权重值，m为载客量，B_i0为路段R_i的额定电池数的消耗值，L_i为路段R_i的长度。

5.如权利要求4所述的电动车群组的换电调度方法，其特征在于：所述电池使用年限权重值β为：

β＝1/(1-(1-ω)*d/(y*365*ξ))

其中，ω为电池整个生命周期衰减平均加权值，d为电池实际已充放电循环总次数，y为生命周期额定年数，ξ为平均每天充电循环次数。

6.一种云管理服务器，其特征在于：包括应用程序服务器、数据库服务器、Web服务器和通信服务器；

所述应用程序服务器用于执行换电调度程序，所述换电调度程序实现如权利要求1-5任一项所述的电动车群组的换电调度方法；

所述数据库服务器用于提供存取服务，所述存取服务包括电动车的运行线路信息、电池配置信息和调度信息，所述调度信息是通过所述换电调度方法得到的；

所述通信服务器用于建立云管理服务器与各电动车，及云管理服务器与各换电站点之间的通信。

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