CN111724080A - 一种考虑电池组健康状态平衡的移动充电桩群体调度方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种考虑电池组健康状态平衡的移动充电桩群体调度方法，步骤如下：动充电桩群体的聚合商根据动态电价，发布移动充电桩参与电力辅助服务所需的功率；建立针对移动充电桩所使用电池的健康状态模型；计算所有处于闲置状态的移动充电桩电池组的健康状态并进行优先级排序；根据电池组的健康状态优先级顺序，依次选取对应的移动充电桩，来满足参与电力辅助服务的需求；调度结束后，更新所有电池组的健康状态。本发明算法计算量少，易于实现；同时，能够实现移动充电桩中电池组的健康状态平衡，降低了充电桩参与电力市场辅助服务的损耗与运维成本，使得移动充电桩在完成日常充电任务的前提下，能够积极参与电力市场辅助服务获利。

Description

一种考虑电池组健康状态平衡的移动充电桩群体调度方法
技术领域
本发明属于充电装置应用领域，涉及一种考虑电池组健康状态平衡的移动充电桩群体调度方法。
背景技术
在固定的车场，配置移动充电桩能够缓解新能源汽车充电桩不足的问题，同时也能够避免强制划分燃油车与新能源汽车停车位的矛盾。移动充电桩有可移动设备搭载储能装置构成，而实际运营过程中，移动充电桩并非实时使用。因此，可考虑以聚合商的方式让移动充电桩参与电力市场，以追求利益的最大化。而在这种商业模式下，对于移动充电桩群体而言，在满足其正常运营的前提下，如何完成实时统一调度以满足聚合商的调度指令，同时实现整体的运维与损耗成本最低，是移动充电桩群体参与电力辅助服务需要解决的重要问题。
当前研究多是集中于新能源汽车到电网(Vehicle to Grid，V2G)以及分布式电源层面调度策略，专门针对移动充电桩新型储能方式的研究仍然较少。要实现移动充电桩群体在满足辅助服务功率需求前提下的运维与损耗成本最小化，移动充电桩首先应满足作为充电设施应用的基本功能；在此基础上，可根据售电公司的分时电价，参与到电力市场辅助服务中，谋求获益。因此，需要有效的移动充电桩群体调度方法，这对于推广应用移动充电桩，开发新型商业模式均具有重要意义。
发明内容
本发明针对现有技术中的不足，考虑解决移动充电桩的调度问题，鉴于老化电池的内阻较大，充放电损耗与安全性均较差，提供一种考虑电池组健康状态平衡的移动充电桩群体调度方法，该方法首先建立移动充电桩中电池组的健康状态模型；对各移动充电桩的健康状态进行排序，优先使用健康状态最佳的电池组满足参与电力辅助服务的需求，以简单的计算过程即可实现参与电力辅助服务过程中移动充电桩的电池组损耗减小，运维成本降低。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种考虑电池组健康状态平衡的移动充电桩群体调度方法，包括以下步骤：
移动充电桩群体的聚合商根据动态电价，发布移动充电桩参与电力辅助服务所需的功率；
建立针对移动充电桩所使用电池的健康状态模型；
计算所有处于闲置状态的移动充电桩电池组的健康状态并进行优先级排序；
根据电池组的健康状态优先级顺序，依次选取对应的移动充电桩，来满足参与电力辅助服务的需求；
调度结束后，更新所有电池组的健康状态。
为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：
进一步地，利用电池放电深度与循环次数之间的关系来建立电池的健康状态模型，电池放电深度与最大充放电循环次数之间的关系如下：
Nc(DOD)＝a1·DOD4+a2·DOD3+a3·DOD2+a4·DOD+a5
式中，Nc(DOD)为最大循环次数与电池放电深度DOD之间的关系；a1，a2，a3，a4，a5为多项式的系数。
进一步地，使用雨流计数法来统计电池DOD。
进一步地，充电桩电池组的健康状态模型为：
Figure BDA0002560389800000021
式中，Nr(DODi)为雨流计数法统计的DOD及对应的循环次数，
Figure BDA0002560389800000022
为第k个充电桩的计算结果，DODi为第i个充电桩充放电深度。
进一步地，采用冒泡法对移动充电桩电池组的健康状态进行排序，获得所有处于闲置状态的移动充电桩的优先级。
进一步地，根据参与电力辅助服务的容量需求，按照优先级排序，首先调度使用优先级最高的移动充电桩满足容量需求，依次选取其余移动充电桩，直至满足电力辅助服务所需的容量需求或所有闲置移动充电桩均已经被调度使用为止，具体如下式所示：
C＝C1+C2+C3+…
式中，C为参与电力辅助服务的容量需求，C1为优先级最高的移动充电桩所能提供的容量，C2为优先级第2的移动充电桩所能提供的容量，C3为优先级第3的移动充电桩所能提供的容量。
进一步地，对移动充电桩群体的日调度完毕后，即根据当天移动充电桩的实际工况，更新移动充电桩中电池组的健康状态，同时，完成优先级的更新。
进一步地，使用雨流计数法来统计DOD具体包括：(1)设定初始值SOC值为最大值；(2)雨流依次从每个SOC峰值的内侧向下流，在下一个SOC峰值处落下，直到对面有一个比其出发点更大的SOC峰值；(3)当雨流遇到上层流下的雨流时，立即停止；由获得的每股雨流的起点和终点之差定义为DOD的变化范围。
本发明的有益效果是：本发明通过预先建立的电池组寿命模型，以健康状态排序获得移动充电桩调度的优先级，算法计算量少，易于实现。同时，能够通过调度实现移动充电桩中电池组的健康状态平衡，以简洁有效的方式，降低了充电桩参与电力市场辅助服务的损耗与运维成本。使得移动充电桩在完成日常充电任务的前提下，能够积极参与电力市场辅助服务获利，实现区域电网和移动充电桩运营商的合作共赢。
附图说明
图1是本发明一个实施例中移动充电桩系统结构示意图；
图2是本发明一个实施例中电池循环次数与DOD之间的关系示意图；
图3是本发明一个实施例中调度方法的整体流程图。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。
需要注意的是，发明中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
本发明的一个实施例如图1所示，主要包括：售电公司、聚合商、移动充电桩等。本发明提供了一种考虑健康状态平衡的移动充电桩群体调度方法。根据电力市场交易规则，售电公司可以根据当地的实际电力使用与供应情况出清并发布实施动态电价p。而移动充电桩群体的聚合商负责一定区域内所有移动充电桩的调度使用，代理负责参与区域电网的电力市场辅助服务。根据图1所示的具体系统结构，假定所有移动充电桩分布运营于N个停车场，分散于城市不同区域，各停车场分别有m1，m2，…，mN个移动充电桩。各移动充电桩可工作于：调度模式与自治模式，调度模式是指移动充电桩响应聚合商(负责移动充电桩运营的云平台)的统一调度，自治模式是移动充电桩由于某些时段的特定需求，工作于用于用户自定义模式。聚合商是整个移动充电桩集群调度的核心环节，需要根据售电公司的动态电价，发布移动充电桩参与电力辅助服务所需的容量需求。移动充电桩群体将结合收集到各充电桩中电池组的健康状态，以损耗与运维成本最低，完成对于各充电桩的调度。
1)首先，建立针对移动充电桩所使用电池的健康状态模型。电池随着使用会逐渐趋于老化，因此，移动充电桩的调用需要考虑电池充放电的健康状态。若所有移动充电桩的电池组同时达到寿命终点，则能够方便地对移动充电桩进行统一维护；同时，使用健康状态较好的电池组，其内阻较小，充放电损耗也会相对较少。为此，本发明考虑使用雨流计数法完成循环次数及放电深度(Depth of Discharge，DOD)的统计。之后，利用DOD与循环次数之间的关系，建立电池的寿命模型，该计算出相应的调用成本。电池组的寿命模型即可等价于电池的健康状态。
雨流计数法能够通过统计实际工况中锂电池SOC(State of Charge，荷电状态)变化过程，以等效的方式，获得DOD。雨流计数法的规则包括：(1)设定初始值SOC值为最大值；(2)雨流依次从每个SOC峰值的内侧向下流，在下一个SOC峰值处落下，直到对面有一个比其出发点更大的SOC峰值；(3)当雨流遇到上层流下的雨流时，立即停止。由以上获得的每股雨流的起点和终点之差定义为DOD的变化范围，经过以上步骤即可获得所有循环工况DOD变化范围。
厂家给出的数据手册中，电池的最大充放电循环次数与DOD之间的关系一般如图2所示。
采用如下多项式进行拟合，即可获得DOD与最大最大充放电循环次数之间的关系。
Nc(DOD)＝a1·DOD4+a2·DOD3+a3·DOD2+a4·DOD+a5 (1)
上式中，Nc(DOD)即为最大循环次数与DOD之间的关系，a1，a2，a3，a4，a5为多项式的系数，可考虑采用最小二乘法拟合获得多项式的相关系数。
根据(1)式的结果以及雨流计数法的统计结果，即可获得电池的等效寿命模型为：
Figure BDA0002560389800000041
式中，Nr(DODi)为雨流计数法统计的DOD及对应的循环次数，
Figure BDA0002560389800000042
为第k个充电桩的计算结果，DODi为第i个充电桩充放电深度。
2)其次，调度前，对所有处于闲置状态的移动充电桩的健康程度进行优先级排序。假定有M个闲置的移动充电桩，根据式(2)所计算的结果，使用冒泡法对所有充电桩中电池组的健康情况
Figure BDA0002560389800000043
进行排序，获得所有移动充电桩使用的优先级。
3)优先使用具有较好健康状态电池组的移动充电桩来满足调度所需的能量。移动充电桩集群的调度。根据聚合商发布的参与电力辅助服务的容量需求C，按照前一步骤中的优先级，首先调度使用优先级最高的移动充电桩满足容量需求，依次选取其余移动充电桩，直至满足电力辅助服务所需的容量需求或者所有闲置移动充电桩均已经被调度使用为止。具体如下式所示：
C＝C1+C2+C3+… (3)
式中，C为参与电力辅助服务的容量需求，C1为优先级最高的移动充电桩所能提供的容量，C2为优先级第2的移动充电桩所能提供的容量，C3为优先级第3的移动充电桩所能提供的容量，以此类推。
4)最后，在调度结束后，更新所有电池组的健康状态。移动充电桩优先级的更新。对移动充电桩群体的日调度完毕后，即可根据当天移动充电桩的实际工况，采用步骤1)所述方法更新移动充电桩中电池组的寿命，同时，使用步骤2)所述方法完成优先级的更新。优化调度方法流程如图3所示。
本发明无需复杂的调度算法，计算简单快捷，同时，优先使用健康状态较好的电池能够降低充放电损耗，也能够尽可能使得移动充电桩中锂电池同步到达寿命终点，降低了后续运维成本。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种考虑电池组健康状态平衡的移动充电桩群体调度方法，其特征在于，包括以下步骤：
移动充电桩群体的聚合商根据动态电价，发布移动充电桩参与电力辅助服务所需的功率；
建立针对移动充电桩所使用电池的健康状态模型；
计算所有处于闲置状态的移动充电桩电池组的健康状态并进行优先级排序；
根据电池组的健康状态优先级顺序，依次选取对应的移动充电桩，来满足参与电力辅助服务的需求；
调度结束后，更新所有电池组的健康状态。
2.如权利要求1所述的移动充电桩群体调度方法，其特征在于，利用电池放电深度与循环次数之间的关系来建立电池的健康状态模型，电池放电深度与最大充放电循环次数之间的关系如下：
Figure FDA0002560389790000011
式中，Nc(DOD)为最大循环次数与电池放电深度DOD之间的关系；a1，a2，a3，a4，a5为多项式的系数。
3.如权利要求2所述的移动充电桩群体调度方法，其特征在于，使用雨流计数法来统计电池DOD。
4.如权利要求2所述的移动充电桩群体调度方法，其特征在于，充电桩电池组的健康状态模型为：
Figure FDA0002560389790000012
式中，Nr(DODi)为雨流计数法统计的DOD及对应的循环次数，
Figure FDA0002560389790000013
为第k个充电桩的计算结果，DODi为第i个充电桩充放电深度。
5.如权利要求1所述的移动充电桩群体调度方法，其特征在于，采用冒泡法对移动充电桩电池组的健康状态进行排序，获得所有处于闲置状态的移动充电桩的优先级。
6.如权利要求1所述的移动充电桩群体调度方法，其特征在于，根据参与电力辅助服务的容量需求，按照优先级排序，首先调度使用优先级最高的移动充电桩满足容量需求，依次选取其余移动充电桩，直至满足电力辅助服务所需的容量需求或所有闲置移动充电桩均已经被调度使用为止，具体如下式所示：
C＝C1+C2+C3+...
式中，C为参与电力辅助服务的容量需求，C1为优先级最高的移动充电桩所能提供的容量，C2为优先级第2的移动充电桩所能提供的容量，C3为优先级第3的移动充电桩所能提供的容量。
7.如权利要求1所述的移动充电桩群体调度方法，其特征在于，对移动充电桩群体的日调度完毕后，即根据当天移动充电桩的实际工况，更新移动充电桩中电池组的健康状态，同时，完成优先级的更新。
8.如权利要求3所述的移动充电桩群体调度方法，其特征在于，使用雨流计数法来统计DOD具体包括：(1)设定初始值SOC值为最大值；(2)雨流依次从每个SOC峰值的内侧向下流，在下一个SOC峰值处落下，直到对面有一个比其出发点更大的SOC峰值；(3)当雨流遇到上层流下的雨流时，立即停止；由获得的每股雨流的起点和终点之差定义为DOD的变化范围。
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