CN113627814A - 基于电动汽车动态充电请求的移动并行充电系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于电动汽车动态充电请求的移动并行充电系统，包括：电动汽车实时充电需求接收模块，用于实时接收电动汽车充电服务请求；电动汽车位置更新模块，用于进一步更新未完成充电服务请求以及新充电请求位置更新；移动充电车辆路径重规划模块，用于以成本最低为目标规划新的或已被安排移动充电车辆路径。本发明提出的并行充电系统有助于缓解电动汽车驾驶员运行里程焦虑，有效避免大规模固定充电基础设施布局；本发明可以实时更新移动充电车辆路径以最小成本服务实时更新的充电需求；本发明可以允许同一节点的多辆电动汽车同时被服务，充分提高了移动充电车辆服务效率。

Description

基于电动汽车动态充电请求的移动并行充电系统

技术领域

本发明涉及电动汽车充电领域，尤其涉及基于电动汽车动态充电请求的移动并行充电系统。

背景技术

由于电动汽车较高的购买补贴，低的环境污染，低的单位距离运行成本等，正被消费者广泛购买。然而，与燃油车相比，电动汽车运行里程更低，且充电基础设施(插入式充电桩，充电车道以及电池更换站)不足。因此，更大范围的电动汽车普及受极大限制。移动充电车辆作为一种新兴的充电模式可以灵活移动至电量不足的电动汽车停车位置帮助其补充电量。目前，关于移动充电的服务路径规划问题的研究通常基于已知且固定的充电请求信息(请求电量，位置以及时间窗)。然而，如何根据实时的电动汽车充电请求去调整已被规划的移动充电车辆路径，判断是否安排额外的移动充电车辆去进一步辅助提供充电服务的问题，以及是否可以为位于同一聚集电动汽车节点车辆提供并行移动充电服务的问题尚未被研究。

存在的问题、不足：

1.为解决电动汽车电量补充问题目前更广泛研究固定充电基础设施布局问题；

2.移动充电车辆的充电路径规划仅基于已知的电动汽车充电请求；

3.移动充电车辆一次仅可为位于同一位置的一辆电动汽车服务。

发明内容

基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种基于电动汽车动态充电请求的移动并行充电系统。

本发明采用的技术方案是：

一种基于电动汽车动态充电请求的移动并行充电系统，其特征在于，包括：

电动汽车实时充电需求接收模块，用于实时接收电动汽车充电服务请求；

电动汽车位置更新模块，用于进一步更新未完成充电服务请求以及新充电请求位置更新；

移动充电车辆路径重规划模块，用于以成本最低为目标规划新的或已被安排移动充电车辆路径。

进一步地，所述的基于电动汽车动态充电请求的移动并行充电系统，其特征在于：所述电动汽车实时充电需求接收模块，用于实时接收电动汽车充电服务请求，具体实现步骤如下：

电动汽车实时充电需求接收模块作为基于电动汽车动态充电请求的移动并行充电系统的初始模块用于触发该系统，当实时电动汽车充电请求被收集时，电动汽车实时充电需求接收模块根据此时移动充电车辆的位置以及尚未被安排的移动充电车辆位置依据距离以及请求充电时间窗判断是否该服务可能被插入某一移动充电车辆路径中，如该服务可以在相应时间窗内完成则触发电动汽车位置更新模块，否则直接拒绝该服务，并且，不触发电动汽车位置更新模块。

进一步地，所述的基于电动汽车动态充电请求的移动并行充电系统，其特征在于：所述电动汽车位置更新模块，用于进一步更新未完成充电服务请求以及新充电请求位置更新，具体实现步骤如下：

电动汽车位置更新模块将未服务电动汽车以及新增需求进行定位以及划分；其中，未服务电动汽车不包括正在服务但尚未完成的电动汽车，划分是指与已被服务车辆进行区分；随后，进一步定位移动充电车辆位置；如果移动充电车辆在正在两个电动汽车充电请求节点之间运行，则移动充电车辆目前位置被定义为车辆节点；如移动充电车辆正在为一辆电动汽车服务，则定义其完成该服务时的时间，电量以及位置为车辆节点；从而通过电动汽车位置更新模块，基于电动汽车动态充电请求的移动并行充电问题转化为多场站静态并行移动充电车辆路径规划问题，并进一步触发移动充电车辆路径重规划模块。

进一步地，所述的基于电动汽车动态充电请求的移动并行充电系统，其特征在于：所述移动充电车辆路径重规划模块，用于以成本最低为目标规划新的或已被安排移动充电车辆路径，具体实现步骤如下：

求解数学规划模型：

(3-1)定义模型所基于图，形式如下：

基于电动汽车位置更新模块，模型做基于节点集合被更新，其中包块，移动充电车辆位置节点集合J，场站集合d₀＝{0}，d₁＝{N+1}尚未被服务电动汽车集合C，以及新的服务请求A；所有新被安排的移动充电车均从场站0出发，并最终返回场站0；由于同一节点可能停留多辆电动汽车，为确定其均被服务以及被哪辆移动充电车服务，集合C′和A′被定义，每个虚拟节点上仅停留一辆电动汽车；定义d_n0＝{0}∪J∪C′∪A′以及d_n1＝{N+1}∪J∪C′∪A′；

(3-2)定义模型评价指标，形式如下：

模型评价指标为总成本最低，其中第一项为总的车辆行驶成本，第二项为总的车辆成本；α₁和α₂分别为单位车辆行驶成本以及单辆移动充电车辆使用成本；d_ij是参数，代表节点i和j之间的距离，采用欧式距离；x_ijk∈{0，1}是背包变量；如果车辆k拜访路段(i，j)则x_ijk＝1；否则，x_ijk＝0；

(3-3)定义流平衡约束，形式如下：

约束1：

约束2：

约束3：

约束4：

约束5：

第一个流平衡约束确保每个电动汽车充电需求均被满足；约束2和3确保所有移动充电车在完成服务后均返回场站；γ_k∈{0，1}是一个背包变量，代表车辆k是否有被使用，如果是，则γ_k＝I，否则γ_k＝0；约束4确保所有移动充电车辆位置节点均无前节点；约束5确定变量x_ijk与变量γ_k之间的关系；

(3-4)定义移动充电车电量约束，形式如下：

第一个约束的左侧用于确保每辆电动汽车的电量需求q_i可以被一辆移动充电车辆满足，右侧确保了移动充电车辆到达相邻两节点的时的电量y_ik和y_jk之间的关系，h为每单位行驶距离电量消耗速率；第三个约束确保移动充电车辆离开场站时的电量等于电池容量Q；

(3-5)定义移动充电车辆时间窗约束，形式如下：

约束一：

约束二：

约束三：

约束四：

第一个和第二个约束分别确保移动充电车辆的开始为位于相邻两节点i和j的电动汽车提供充电服务时间τ_ik和τ_jk的时间关系；s_ijk∈{0，1}为背包变量，代表是否位于虚拟节点i∈C′∪A′的电动汽车和位于虚拟节点j∈C′∪A′的电动汽车可以被同时服务；约束三确保移动充电车辆为位于虚拟节点i∈C′∪A′的电动汽车提供充电服务的时间在其时间窗(i.e.，[e_i，l_i])内；约束四用于确保变量s_ijk和变量x_ijk之间的关系。

本发明的优点是：

(1)本发明提出的并行充电系统有助于缓解电动汽车驾驶员运行里程焦虑；

(2)本发明提出的并行充电系统有效避免大规模固定充电基础设施布局；

(3)本发明可以实时更新移动充电车辆路径以最小成本服务实时更新的充电需求；

(4)本发明可以允许同一节点的多辆电动汽车同时被服务，充分提高了移动充电车辆服务效率。

具体实施方式

下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

实施例1。

一种基于电动汽车动态充电请求的移动并行充电系统，包括：

电动汽车实时充电需求接收模块，用于实时接收电动汽车充电服务请求；

电动汽车位置更新模块，用于进一步更新未完成充电服务请求以及新充电请求位置更新；

移动充电车辆路径重规划模块，用于以成本最低为目标规划新的或已被安排移动充电车辆路径。

电动汽车实时充电需求接收模块，用于实时接收电动汽车充电服务请求，具体实现步骤如下：

电动汽车实时充电需求接收模块作为基于电动汽车动态充电请求的移动并行充电系统的初始模块用于触发该系统，当实时电动汽车充电请求被收集时，电动汽车实时充电需求接收模块根据此时移动充电车辆的位置以及尚未被安排的移动充电车辆位置依据距离以及请求充电时间窗判断是否该服务可能被插入某一移动充电车辆路径中，如该服务可以在相应时间窗内完成则触发电动汽车位置更新模块，否则直接拒绝该服务，并且，不触发电动汽车位置更新模块。

电动汽车位置更新模块，用于进一步更新未完成充电服务请求以及新充电请求位置更新，具体实现步骤如下：

电动汽车位置更新模块将未服务电动汽车以及新增需求进行定位以及划分；其中，未服务电动汽车不包括正在服务但尚未完成的电动汽车，划分是指与已被服务车辆进行区分；随后，进一步定位移动充电车辆位置；如果移动充电车辆在正在两个电动汽车充电请求节点之间运行，则移动充电车辆目前位置被定义为车辆节点；如移动充电车辆正在为一辆电动汽车服务，则定义其完成该服务时的时间，电量以及位置为车辆节点；从而通过电动汽车位置更新模块，基于电动汽车动态充电请求的移动并行充电问题转化为多场站静态并行移动充电车辆路径规划问题，并进一步触发移动充电车辆路径重规划模块。

移动充电车辆路径重规划模块，用于以成本最低为目标规划新的或已被安排移动充电车辆路径，具体实现步骤如下：

求解数学规划模型：

(3-1)定义模型所基于图，形式如下：

基于电动汽车位置更新模块，模型做基于节点集合被更新，其中包块，移动充电车辆位置节点集合J，场站集合d₀＝{0}，d₁＝{N+1}尚未被服务电动汽车集合C，以及新的服务请求A；所有新被安排的移动充电车均从场站0出发，并最终返回场站0；由于同一节点可能停留多辆电动汽车，为确定其均被服务以及被哪辆移动充电车服务，集合C′和A′被定义，每个虚拟节点上仅停留一辆电动汽车；定义d_n0＝{0}∪J∪C′∪A′以及d_n1＝{N+1}∪J∪C′∪A′；

(3-2)定义模型评价指标，形式如下：

模型评价指标为总成本最低，其中第一项为总的车辆行驶成本，第二项为总的车辆成本；α₁和α₂分别为单位车辆行驶成本以及单辆移动充电车辆使用成本；d_ij是参数，代表节点i和j之间的距离，采用欧式距离；x_ijk∈{0，1}是背包变量；如果车辆k拜访路段(i，j)则x_ijk＝1；否则，x_ijk＝0；

(3-3)定义流平衡约束，形式如下：

约束1：

约束2：

约束3：

约束4：

约束5：

第一个流平衡约束确保每个电动汽车充电需求均被满足；约束2和3确保所有移动充电车在完成服务后均返回场站；γ_k∈{0，1}是一个背包变量，代表车辆k是否有被使用，如果是，则γ_k＝1，否则γ_k＝0；约束4确保所有移动充电车辆位置节点均无前节点；约束5确定变量x_ijk与变量γ_k之间的关系；

(3-4)定义移动充电车电量约束，形式如下：

第一个约束的左侧用于确保每辆电动汽车的电量需求q_i可以被一辆移动充电车辆满足，右侧确保了移动充电车辆到达相邻两节点的时的电量y_ik和y_jk之间的关系，h为每单位行驶距离电量消耗速率；第三个约束确保移动充电车辆离开场站时的电量等于电池容量Q；

(3-5)定义移动充电车辆时间窗约束，形式如下：

约束一：

约束二：

约束三：

约束四：

第一个和第二个约束分别确保移动充电车辆的开始为位于相邻两节点i和j的电动汽车提供充电服务时间τ_ik和τ_jk的时间关系；s_ijk∈{0，1}为背包变量，代表是否位于虚拟节点i∈C′∪A′的电动汽车和位于虚拟节点j∈C′∪A′的电动汽车可以被同时服务；约束三确保移动充电车辆为位于虚拟节点i∈C′∪A′的电动汽车提供充电服务的时间在其时间窗(i.e，[e_i，l_i])内；约束四用于确保变量s_ijk和变量x_ijk之间的关系。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.基于电动汽车动态充电请求的移动并行充电系统，其特征在于，包括：

电动汽车实时充电需求接收模块，用于实时接收电动汽车充电服务请求；

电动汽车位置更新模块，用于进一步更新未完成充电服务请求以及新充电请求位置更新；

移动充电车辆路径重规划模块，用于以成本最低为目标规划新的或已被安排移动充电车辆路径。

2.根据权利要求1所述的基于电动汽车动态充电请求的移动并行充电系统，其特征在于：所述电动汽车实时充电需求接收模块，用于实时接收电动汽车充电服务请求，具体实现步骤如下：

电动汽车实时充电需求接收模块作为基于电动汽车动态充电请求的移动并行充电系统的初始模块用于触发该系统，当实时电动汽车充电请求被收集时，电动汽车实时充电需求接收模块根据此时移动充电车辆的位置以及尚未被安排的移动充电车辆位置依据距离以及请求充电时间窗判断是否该服务可能被插入某一移动充电车辆路径中，如该服务可以在相应时间窗内完成则触发电动汽车位置更新模块，否则直接拒绝该服务，并且，不触发电动汽车位置更新模块。

3.根据权利要求1所述的基于电动汽车动态充电请求的移动并行充电系统，其特征在于：所述电动汽车位置更新模块，用于进一步更新未完成充电服务请求以及新充电请求位置更新，具体实现步骤如下：

电动汽车位置更新模块将未服务电动汽车以及新增需求进行定位以及划分；其中，未服务电动汽车不包括正在服务但尚未完成的电动汽车，划分是指与已被服务车辆进行区分；随后，进一步定位移动充电车辆位置；如果移动充电车辆在正在两个电动汽车充电请求节点之间运行，则移动充电车辆目前位置被定义为车辆节点；如移动充电车辆正在为一辆电动汽车服务，则定义其完成该服务时的时间，电量以及位置为车辆节点；从而通过电动汽车位置更新模块，基于电动汽车动态充电请求的移动并行充电问题转化为多场站静态并行移动充电车辆路径规划问题，并进一步触发移动充电车辆路径重规划模块。

4.根据权利要求1所述的基于电动汽车动态充电请求的移动并行充电系统，其特征在于：所述移动充电车辆路径重规划模块，用于以成本最低为目标规划新的或已被安排移动充电车辆路径，具体实现步骤如下：

求解数学规划模型：

(3-1)定义模型所基于图，形式如下：

基于电动汽车位置更新模块，模型做基于节点集合被更新，其中包块，移动充电车辆位置节点集合J，场站集合d₀＝{0}，d₁＝{N+1}尚未被服务电动汽车集合C，以及新的服务请求A；所有新被安排的移动充电车均从场站0出发，并最终返回场站0；由于同一节点可能停留多辆电动汽车，为确定其均被服务以及被哪辆移动充电车服务，集合C′和A′被定义，每个虚拟节点上仅停留一辆电动汽车；定义d_n0＝{0}∪J∪C′∪A′以及d_n1＝{N+1}∪J∪C′∪A′；

(3-2)定义模型评价指标，形式如下：

模型评价指标为总成本最低，其中第一项为总的车辆行驶成本，第二项为总的车辆成本；α₁和α₂分别为单位车辆行驶成本以及单辆移动充电车辆使用成本；d_ij是参数，代表节点i和j之间的距离，采用欧式距离；x_ijk∈{0，1}是背包变量；如果车辆k拜访路段(i，j)则x_ijk＝1；否则，x_ijk＝0；

(3-3)定义流平衡约束，形式如下：

约束1：

约束2：

约束3：

约束4：

约束5：

第一个流平衡约束确保每个电动汽车充电需求均被满足；约束2和3确保所有移动充电车在完成服务后均返回场站；γ_k∈{0，1}是一个背包变量，代表车辆k是否有被使用，如果是，则γ_k＝1，否则γ_k＝0；约束4确保所有移动充电车辆位置节点均无前节点；约束5确定变量x_ijk与变量γ_k之间的关系；

(3-4)定义移动充电车电量约束，形式如下：

第一个约束的左侧用于确保每辆电动汽车的电量需求q_i可以被一辆移动充电车辆满足，右侧确保了移动充电车辆到达相邻两节点的时的电量y_ik和y_jk之间的关系，h为每单位行驶距离电量消耗速率；第三个约束确保移动充电车辆离开场站时的电量等于电池容量Q；

(3-5)定义移动充电车辆时间窗约束，形式如下：

约束一：

约束二：

约束三：

约束四：

第一个和第二个约束分别确保移动充电车辆的开始为位于相邻两节点i和j的电动汽车提供充电服务时间τ_ik和τ_jk的时间关系；s_ijk∈{0，1}为背包变量，代表是否位于虚拟节点i∈C′∪A′的电动汽车和位于虚拟节点j∈C′∪A′的电动汽车可以被同时服务；约束三确保移动充电车辆为位于虚拟节点i∈C′∪A′的电动汽车提供充电服务的时间在其时间窗(i.e.，[e_i，l_i])内；约束四用于确保变量s_ijk和变量x_ijk之间的关系。