CN114435157B - 电动汽车负载均衡动态无线充电方法、系统、装置及介质 - Google Patents

电动汽车负载均衡动态无线充电方法、系统、装置及介质 Download PDF

Info

Publication number
CN114435157B
CN114435157B CN202210047802.2A CN202210047802A CN114435157B CN 114435157 B CN114435157 B CN 114435157B CN 202210047802 A CN202210047802 A CN 202210047802A CN 114435157 B CN114435157 B CN 114435157B
Authority
CN
China
Prior art keywords
vehicle
charging
representing
section
wireless charging
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202210047802.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114435157A (zh
Inventor
裴明阳
林培群
黄鑫
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
South China University of Technology SCUT
Original Assignee
South China University of Technology SCUT
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by South China University of Technology SCUT filed Critical South China University of Technology SCUT
Priority to CN202210047802.2A priority Critical patent/CN114435157B/zh
Publication of CN114435157A publication Critical patent/CN114435157A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114435157B publication Critical patent/CN114435157B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/10—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles characterised by the energy transfer between the charging station and the vehicle
    • B60L53/12—Inductive energy transfer
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • B60L58/18—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries of two or more battery modules
    • B60L58/22—Balancing the charge of battery modules
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/7072—Electromobility specific charging systems or methods for batteries, ultracapacitors, supercapacitors or double-layer capacitors
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/10—Technologies relating to charging of electric vehicles
    • Y02T90/14—Plug-in electric vehicles

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)

Abstract

本发明公开了一种电动汽车负载均衡动态无线充电方法、系统、装置及介质，其中方法包括：确定电动汽车充电模型；确定电源过剩的限制；确定充电系统的约束；确定考虑电池充电特性的负载平衡动态无线充电策略；其中，所述负载平衡动态无线充电策略，包括电动汽车充电设施的部署和车速的控制，用于最小化总行程时间、耗电成本、车道使用惩罚以及电力需求平衡的总成本。本发明在考虑电池充电特性的前提下，提出电力负载均衡充电策略，能够最小化总行程时间、耗电成本、车道使用惩罚、电力需求平衡等目标成本。本发明可广泛应用于电动汽车动态无线充电技术研究领域。

Description

电动汽车负载均衡动态无线充电方法、系统、装置及介质
技术领域
本发明涉及电动汽车动态无线充电技术研究领域，尤其涉及一种电动汽车负载均衡动态无线充电方法、系统、装置及介质。
背景技术
当今的交通运输严重依赖化石燃料，是造成能源消耗、空气污染和气候变化的主要原因。例如，在欧洲，大约25％的温室气体排放来自于运输系统造。因此，全球迫切需要发展可持续的交通系统。由可充电电池储能系统支撑的交通电气化具备高能效和环境友好的特性，其已被公认为解决上述问题的有效方法。有鉴于此，设计一个简单而强大的充电方案非常重要。
随着新兴的动态无线充电技术(dynamic wireless charging，DWC)的研究逐渐深入，越来越多的研究表明，可以通过埋在路面下的充电基础设施(如电网磁性线圈)，在车辆行驶过程中将电能传输给车辆的电能感应拾取元件，从而实现车辆在道路上行驶时感应充电。如果可以利用电能无线传输技术(wireless power transfer，WPT)为电动车进行充电，那么将可以有效的扩大电动车的车辆行驶里程，减少甚至消除频繁停车充电。此外，在WPT系统的帮助下，所需的电池容量可以减少多达20％，从而降低了对新电动汽车的初始投资，扩大电动汽车的使用，图1为DWC实验场地和车辆测试。
目前，锂电池由于其高容量被广泛应用于现代电动汽车。研究人员对电池电芯进行了多次实验室老化试验，研究锂电池的容量衰减机制，并提出了多种预测模型。尽管模型形式和模型参数因电池材料和建模方法而异，但对于嵌入电动公交车的所有类型的锂电池，仍然可以找到类似的结论：操作条件是电池老化的主要原因，它与时间、能量转换量、温度，尤其是充电状态(SoC)有关。在依赖于SoC的电池容量衰减机制下，SoC变化变化范围越大，电池容量衰减越快。因此，建议电动汽车使用者将电池组的SoC保持在尽可能小的范围内。此外，非常高的饱和或偶然的充电行为可能会导致负载超出当前电网设计负载，并导致更多的电压波动。因此，有必要在考虑电池充电特性的同时均衡电动汽车的负载，并制定最佳充电方案。
发明内容
为至少一定程度上解决现有技术中存在的技术问题之一，本发明的目的在于提供一种电动汽车负载均衡动态无线充电方法、系统、装置及介质。
本发明所采用的技术方案是：
一种电动汽车负载均衡动态无线充电方法，包括以下步骤：
确定电动汽车充电模型；
确定电源过剩的限制；
确定充电系统的约束；
确定考虑电池充电特性的负载平衡动态无线充电策略；其中，所述负载平衡动态无线充电策略，包括电动汽车充电设施的部署和车速的控制，用于最小化总行程时间、耗电成本、车道使用惩罚以及电力需求平衡的总成本。
进一步地，所述电动汽车充电模型具体为：
(1-1)电动汽车锂电池的放电模型可描述如下：
将电动汽车质量、速度、加速度、道路坡度引入电动汽车的能耗中建立电池放电模型；该模型以相反的方式构建，计算给定速度曲线的能耗，模型的公式如下：
s.t.Fr＝frmEVgcos(α) (2)
Fg＝mEVgsin(α) (3)
式中，su,m(v)表示车辆u在第m段消耗的电动汽车电池功率；vu,m表示车辆u在第m段的平均行驶速度；Fr表示滚动阻力，fr为滚动阻力系数，mEV为车辆质量；g是重力常数，α是道路坡度；Fg表示源自道路坡度的力；表示加速力；Jw为车轮惯量；Jm为电机惯量；r为轮胎半径；ig是变速箱比；au,m表示车辆u在第m段的加速度，l为每路段的距离；Ppt loss表示车辆动力总成损失；
(1-2)电动汽车的无线充电系统用于将能量从交流电压源传输到负载，其可包括两个主要部分，即发射部分和接收部分；发射部分安装于地底，接收部分安装在电动汽车上；电动汽车锂电池的充电模型可描述如下：
τu,m(v)＝Vm(t)·i2 (6)
α＝sin(x) (8)
x＝Ttransfer (9)
式中，τu,m(v)表示车辆u在m段的充电功率，Vm表示在m段的电池充电电压，i2(t)为充电电流；R2为接收线圈的内阻，α为接收线圈获得磁通量的百分比，L为螺线管长度，i1为发射线圈的电流，Ttransfer为磁通量传递时间，Dcoil为接收线圈与发射线圈的圆心距离，v为车辆的瞬时速度。
进一步地，所述电源过剩限制表述如下：
由于充电段中途进入和退出的限制，定义了一个连续变量ru,m表示车辆u在第m段上的剩余电量，其公式如下：
式中，τu,m表示车辆u在第m段上的充电功率；wm为二元变量，wm＝1表示第m段为无线充电段，否则wm＝0；xu,m为二元变量，xu,m＝1表示车辆u选择第m段，否则，xu,m＝0；su,m(v)表示车辆u在第m段消耗的电池功率；SOCmax为最大充电状态。
进一步地，所述充电系统的约束具体包括：
(3-1)电力安全约束
电池电量水平pu,m应该在电池容量水平的下限(SOCmin)和电池容量水平的上限(SOCmax)之间的范围内：
式中，pu,0，均表示车辆u的初始电量；pu,m-1和pu,m分别表示车辆u在m-1段和m段的电量，τu,m-1表示车辆u在m-1段的充电功率，xu,m-1为二元变量，xu,m-1＝1表示车辆u选择在m-1段充电，否则，xu,m-1＝0；
(3-2)车辆约束
为了避免车辆碰撞和功率波动，我们为每个段m上的车辆设置了唯一的时空约束：
式中，tu,0，均表示车辆u的出发时间；tu,m-1，tu,m分别表示车辆u到达m-1段和m段的时间，l为每个路段的长度，vu,m-1表示车辆u在m-1段的平均速度；
(3-3)变量域
以下约束与变量域相关：
式中，xu,m为二元变量，当车辆u选择在路段m充电时xu,m＝1，否则xu,m＝0；vmax，vmin分别表示车辆允许的最大、最小速度；vu,m表示车辆u在路段m的平均速度；au,m表示车辆u在路段m的加速度，amax，amin分别表示车辆允许的最大、最小加速度。
进一步地，所述负载平衡动态无线充电策略的目标函数如下：
式中，为电动车的集合，/> 为离散路段的集合，/>F1表示总行程时间，vu,m表示车辆u在第m段的平均行驶速度，l为每路段的距离；F2表示耗电成本，τu,m表示车辆u在第m段上的充电功率，wm为二元变量，wm＝1表示第m段为无线充电段，否则wm＝0，xu,m为二元变量，xu,m＝1表示车辆u选择第m段，否则，xu,m＝0，ru,m表示车辆u在第m段上的剩余电量；F3表示车道使用惩罚，Cm为路段m的车道使用惩罚系数；F4表示电力需求平衡，旨在平衡电动汽车的电力需求。
进一步地，还包括引入假设条件的步骤：
假设1：电动汽车的加速度在每个充电路段中是一致的；
假设2：所有车辆拥有相同的电池特性；
假设3：道路标高和温度一致，不考虑坡度和温度变化对充电率的影响；
假设4：每个充电路段一次只能为一辆车充电。
本发明所采用的另一技术方案是：
一种电动汽车负载均衡动态无线充电系统，包括：
模型设计模块，用于确定电动汽车充电模型；
能源限制模块，用于确定电源过剩的限制；
充电约束模块，用于确定充电系统的约束；
策略设计模块，用于确定考虑电池充电特性的负载平衡动态无线充电策略；其中，所述负载平衡动态无线充电策略，包括电动汽车充电设施的部署和车速的控制，用于最小化总行程时间、耗电成本、车道使用惩罚以及电力需求平衡的总成本。
本发明所采用的另一技术方案是：
一种电动汽车负载均衡动态无线充电装置，包括：
至少一个处理器；
至少一个存储器，用于存储至少一个程序；
当所述至少一个程序被所述至少一个处理器执行，使得所述至少一个处理器实现上所述方法。
本发明所采用的另一技术方案是：
一种计算机可读存储介质，其中存储有处理器可执行的程序，所述处理器可执行的程序在由处理器执行时用于执行如上所述方法。
本发明的有益效果是：本发明在考虑电池充电特性的前提下，提出电力负载均衡充电策略，能够最小化总行程时间、耗电成本、车道使用惩罚、电力需求平衡等目标成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或者现有技术中的技术方案，下面对本发明实施例或者现有技术中的相关技术方案附图作以下介绍，应当理解的是，下面介绍中的附图仅仅为了方便清晰表述本发明的技术方案中的部分实施例，对于本领域的技术人员而言，在无需付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获取到其他附图。
图1是本发明实施例中DWC实验场地和车辆测试示意图；其中，图1(a)为高通HaloDEVC的示意图；图1(b)为瑞典迪拜硅绿洲的示意图；图1(c)为安装在首尔大公园的OLEV有轨电车的示意图；
图2是本发明实施例中充电路段选址定长示意图；
图3是本发明实施例中无线充电系统架构示意图；
图4是本发明实施例中电源过剩功率示意图；
图5是本发明实施例中一种电动汽车负载均衡动态无线充电方法的流程图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。对于以下实施例中的步骤编号，其仅为了便于阐述说明而设置，对步骤之间的顺序不做任何限定，实施例中的各步骤的执行顺序均可根据本领域技术人员的理解来进行适应性调整。
在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
如图5所示，本实施例提供一种考虑电池充电特性的电动汽车负载均衡动态无线充电方法，包括以下步骤：
本实施例中，为了更好地制定和评估充电系统，在研究的问题中引入了以下假设：
假设1：加速度在每个充电路段中是一致的。
假设2：所有车辆拥有相同的电池特性。
假设3：道路标高和温度一致，不考虑坡度和温度变化对充电率的影响。
假设4：每个充电路段一次只能为一辆车充电。这个假设是合理的，因为每个充电路段同时给多辆车充电的效率低于只为一辆车充电的效率。
选取1段长为10km的路段作为实验对象，平均分为10段，每段1km，图2为充电路段选址定长示意图。其中2～10段铺设了发射线圈，即w2～w10＝1，w1＝0。图3为无线充电系统架构示意图，其余参数值见表1。
表1参数定义和值
步骤S1：计算电动汽车锂电池的充放电模型。
步骤S11：计算电动汽车锂电池的放电模型。
将汽车质量、速度、加速度、道路坡度等引入电动汽车的能耗中建立电池放电模型。该模型以相反的方式构建，它可以计算给定速度曲线的能耗，模型的公式如下：
s.t.Fr＝frmEVgcos(α) (2)
Fg＝mEVgsin(α) (3)
上式中，su,m(v)表示车辆u在第m段消耗的电动汽车电池功率；vu,m表示车辆u在第m段的平均行驶速度；Fr表示滚动阻力，fr为滚动阻力系数,fr＝0.015，mEV为车辆质量，mEV＝1500kg；g是重力常数，等于9.81m/s2，α是道路坡度，由于假设不考虑坡度，因此α＝0；Fg表示源自道路坡度的力，Fg＝0；表示加速力，Jw为车轮惯量，等于0.75kg·m2，Jm为电机惯量，等于0.0384kg·m2，r为轮胎半径，取0.278m，ig是变速箱比，等于8.654；au,m车辆u在第m段的加速度，l为每路段的距离；Ppt loss表示车辆动力总成损失，它在测功机测试中确定，Ppt loss＝0.47kW。根据以上参数以及表1给出的参数带入公式(1)-(5)计算可得放电功率：su,m(60)＝1796W。
步骤S12：计算电动汽车锂电池的充电模型。
电动汽车的无线充电系统用于将能量从交流电压源(电网)传输到负载(电池)，其可包括两个主要部分，即发射部分和接收部分。发射部分安装于地底，接收部分安装在电动汽车上。电动汽车锂电池的充电模型可描述如下：
τu,m(v)＝Vm(t)·i2 (6)
α＝sin (x) (8)
x＝Ttransfer (9)
上式中，τu,m(v)车辆u在m段的充电功率，Vm表示在m段的电池充电电压，i2(t)为充电电流，i2(t)＝32.5A；R2为接收线圈的内阻,R2＝4Ω，α为接收线圈获得磁通量的百分比，L为螺线管参数，L＝2.6，i1为发射线圈的电流，i1＝32.5A，Ttransfer为磁通量传递时间，Dcoil为接收线圈与发射线圈的圆心距离，v为车辆的瞬时速度。根据以上参数以及表1给出的参数带入公式(6)-(10)计算可得充电功率τu,m(60)＝2800W。
步骤S2：计算过剩电源。
由于充电段中途进入和退出的限制，进一步定义了一个连续变量ru,m表示车辆u在第m段上的剩余电量，图4为电源过剩功率示意图，其公式如下：
上式中，τu,m表示车辆u在第m段上的充电功率；wm为二元变量，wm＝1表示第m段为无线充电段，否则wm＝0；xu,m为二元变量，xu,m＝1表示车辆u选择第m段，否则，xu,m＝0；su,m(v)表示车辆u在第m段消耗的电池功率；SOCmax为最大充电状态。
步骤S3:充电系统应该满足以下约束。
步骤S31：电力安全约束。
电池电量水平pu,m应该在电池容量水平的下限(SoCmin)和电池容量水平的上限(SoCmax)之间的范围内。
上式中，pu,0，均表示车辆u的初始电量；pu,m-1和pu,m分别表示车辆u在m-1段和m段的电量，τu,m-1表示车辆u在m-1段的充电功率，xu,m-1为二元变量，xu,m-1＝1表示车辆u选择在m-1段充电，否则，xu,m-1＝0。
步骤S32：车辆约束。
为了避免车辆碰撞和功率波动，我们为每个段m上的车辆设置了唯一的时空约束。
上式中，tu,0，均表示车辆u的出发时间；tu,m-1，tu,m分别表示车辆u到达m-1段和m段的时间，l为每个路段的长度，vu,m-1表示车辆u在m-1段的平均速度；
步骤S33：变量域。
以下约束与变量域相关。
上式中，xu,m为二元变量，当车辆u选择在路段m充电时xu,m＝1，否则xu,m＝0；vmax，vmin分别表示车辆允许的最大、最小速度；vu,m表示车辆u在路段m的平均速度；au,m表示车辆u在路段m的加速度，amax，amin分别表示车辆允许的最大、最小加速度。
步骤S4：充电系统应满足动态无线充电的负载平衡策略。
一种负载平衡动态无线充电策略，包括电动汽车充电设施部署和车速控制，以最小化以下多目标的成本，其目标函数如下：
上式中，为电动车的集合，/> 为离散路段的集合，/>F1表示总行程时间，vu,m表示车辆u在第m段的平均行驶速度，l为每路段的距离；F2表示耗电成本(去除多余电量修正)，τu,m车辆u在第m段上的充电功率，wm为二元变量，wm＝1表示第m段为无线充电段，否则wm＝0，xu,m为二元变量，xu,m＝1表示车辆u选择第m段，否则，xu,m＝0，ru,m表示车辆u在第m段上的剩余电量；F3表示车道使用惩罚，Cm为路段m的车道使用惩罚系数；F4表示电力需求平衡，旨在平衡电动汽车的电力需求，这种能力可实现需求侧管理，并促进充电基础设施与电网的平稳整合。根据步骤S1计算的值以及S2和S3中的约束条件，本次案例的计算结果表2所示。
表2实验结果
综上所述，本实施例与现有的电动汽车无线充电系统相比，具有以下优点和有益效果：本实施例提出的电力负载均衡充电策略，包括电动汽车充电设施部署和车速控制，以最小化总行程时间、耗电成本、车道使用惩罚、电力需求平衡等目标成本。
本实施例还提供了一种电动汽车负载均衡动态无线充电系统，包括：
模型设计模块，用于确定电动汽车充电模型；
能源限制模块，用于确定电源过剩的限制；
充电约束模块，用于确定充电系统的约束；
策略设计模块，用于确定考虑电池充电特性的负载平衡动态无线充电策略；其中，所述负载平衡动态无线充电策略，包括电动汽车充电设施的部署和车速的控制，用于最小化总行程时间、耗电成本、车道使用惩罚以及电力需求平衡的总成本。
本实施例的一种电动汽车负载均衡动态无线充电系统，可执行本发明方法实施例所提供的一种电动汽车负载均衡动态无线充电方法，可执行方法实施例的任意组合实施步骤，具备该方法相应的功能和有益效果。
本实施例还提供了一种电动汽车负载均衡动态无线充电装置，包括：
至少一个处理器；
至少一个存储器，用于存储至少一个程序；
当所述至少一个程序被所述至少一个处理器执行，使得所述至少一个处理器实现如图5所示方法。
本实施例的一种电动汽车负载均衡动态无线充电装置，可执行本发明方法实施例所提供的一种电动汽车负载均衡动态无线充电方法，可执行方法实施例的任意组合实施步骤，具备该方法相应的功能和有益效果。
本申请实施例还公开了一种计算机程序产品或计算机程序，该计算机程序产品或计算机程序包括计算机指令，该计算机指令存储在计算机可读存介质中。计算机设备的处理器可以从计算机可读存储介质读取该计算机指令，处理器执行该计算机指令，使得该计算机设备执行图5所示的方法。
本实施例还提供了一种存储介质，存储有可执行本发明方法实施例所提供的一种电动汽车负载均衡动态无线充电方法的指令或程序，当运行该指令或程序时，可执行方法实施例的任意组合实施步骤，具备该方法相应的功能和有益效果。
在一些可选择的实施例中，在方框图中提到的功能/操作可以不按照操作示图提到的顺序发生。例如，取决于所涉及的功能/操作，连续示出的两个方框实际上可以被大体上同时地执行或所述方框有时能以相反顺序被执行。此外，在本发明的流程图中所呈现和描述的实施例以示例的方式被提供，目的在于提供对技术更全面的理解。所公开的方法不限于本文所呈现的操作和逻辑流程。可选择的实施例是可预期的，其中各种操作的顺序被改变以及其中被描述为较大操作的一部分的子操作被独立地执行。
此外，虽然在功能性模块的背景下描述了本发明，但应当理解的是，除非另有相反说明，所述的功能和/或特征中的一个或多个可以被集成在单个物理装置和/或软件模块中，或者一个或多个功能和/或特征可以在单独的物理装置或软件模块中被实现。还可以理解的是，有关每个模块的实际实现的详细讨论对于理解本发明是不必要的。更确切地说，考虑到在本文中公开的装置中各种功能模块的属性、功能和内部关系的情况下，在工程师的常规技术内将会了解该模块的实际实现。因此，本领域技术人员运用普通技术就能够在无需过度试验的情况下实现在权利要求书中所阐明的本发明。还可以理解的是，所公开的特定概念仅仅是说明性的，并不意在限制本发明的范围，本发明的范围由所附权利要求书及其等同方案的全部范围来决定。
所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，“计算机可读介质”可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。
计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。
应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。
在本说明书的上述描述中，参考术语“一个实施方式/实施例”、“另一实施方式/实施例”或“某些实施方式/实施例”等的描述意指结合实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施方式，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明并不限于上述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (8)

1.一种电动汽车负载均衡动态无线充电方法，其特征在于，包括以下步骤：
确定电动汽车充电模型；
确定电源过剩的限制；
确定充电系统的约束；
确定考虑电池充电特性的负载平衡动态无线充电策略；其中，所述负载平衡动态无线充电策略，包括电动汽车充电设施的部署和车速的控制，用于最小化总行程时间、耗电成本、车道使用惩罚以及电力需求平衡的总成本；
所述电源过剩的限制的表述如下：
由于充电段中途进入和退出的限制，定义了一个连续变量ru,m表示车辆u在第m段上的剩余电量，其公式如下：
式中，τu,m表示车辆u在第m段上的充电功率；wm为二元变量，wm＝1表示第m段为无线充电段，否则wm＝0；xu,m为二元变量，xu,m＝1表示车辆u选择第m段，否则，xu,m＝0；su,m(v)表示车辆u在第m段消耗的电池功率；SOCmax为最大充电状态。
2.根据权利要求1所述的一种电动汽车负载均衡动态无线充电方法，其特征在于，所述电动汽车充电模型具体为：
(1-1)电动汽车锂电池的放电模型描述如下：
将电动汽车的质量、速度、加速度、道路坡度引入电动汽车的能耗中建立电池放电模型；
该模型以相反的方式构建，计算给定速度曲线的能耗，模型的公式如下：
s.t.Fr＝frmEVgcos(α) (2)
Fg＝mEVgsin(α) (3)
式中，su,m(v)表示车辆u在第m段消耗的电动汽车电池功率；vu,m表示车辆u在第m段的平均行驶速度；Fr表示滚动阻力，fr为滚动阻力系数，mEV为车辆质量；g是重力常数，α是道路坡度；Fg表示源自道路坡度的力；表示加速力；Jw为车轮惯量；Jm为电机惯量；r为轮胎半径；ig是变速箱比；au,m表示车辆u在第m段的加速度，l为每路段的距离；Ppt loss表示车辆动力总成损失；
(1-2)电动汽车的无线充电系统用于将能量从交流电压源传输到负载，其包括两个部分：发射部分和接收部分；发射部分安装于地底，接收部分安装在电动汽车上；电动汽车锂电池的充电模型可描述如下：
τu,m(v)＝Vm(t)·i2 (6)
α＝sin(x) (8)
x＝Ttransfer (9)
式中，τu,m(v)表示车辆u在m段的充电功率，Vm表示在m段的电池充电电压，i2(t)为充电电流；R2为接收线圈的内阻，α为接收线圈获得磁通量的百分比，L为螺线管长度，i1为发射线圈的电流，Ttransfer为磁通量传递时间，Dcoil为接收线圈与发射线圈的圆心距离，v为车辆的瞬时速度。
3.根据权利要求1所述的一种电动汽车负载均衡动态无线充电方法，其特征在于，所述充电系统的约束具体包括：
(3-1)电力安全约束
电池电量水平pu,m应该在电池容量水平的下限(Socmin)和电池容量水平的上限(Socmax)之间的范围内：
式中，pu,0，均表示车辆u的初始电量；pu,m-1和pu,m分别表示车辆u在m-1段和m段的电量，τu,m-1表示车辆u在m-1段的充电功率，xu,m-1为二元变量，xu,m-1＝1表示车辆u选择在m-1段充电，否则，xu,m-1＝0；
(3-2)车辆约束
为了避免车辆碰撞和功率波动，为每个段m上的车辆设置了唯一的时空约束：
式中，tu，0，均表示车辆u的出发时间；tu，m-1，tu，m分别表示车辆u到达m-1段和m段的时间，l为每个路段的长度，vu，m-1表示车辆u在m-1段的平均速度；
(3-3)变量域
以下约束与变量域相关：
式中，xu，m为二元变量，当车辆u选择在路段m充电时xu，m＝1，否则xu，m＝0；vmax，vmin分别表示车辆允许的最大、最小速度；vu,m表示车辆u在路段m的平均速度；au，m表示车辆u在路段m的加速度，amax，amin分别表示车辆允许的最大、最小加速度。
4.根据权利要求1所述的一种电动汽车负载均衡动态无线充电方法，其特征在于，所述负载平衡动态无线充电策略的目标函数如下：
式中，为电动车的集合，/> 为离散路段的集合，/>F1表示总行程时间，vu,m表示车辆u在第m段的平均行驶速度，l为每路段的距离；F2表示耗电成本，τu，m表示车辆u在第m段上的充电功率，wm为二元变量，wm＝1表示第m段为无线充电段，否则wm＝0，xu，m为二元变量，xu，m＝1表示车辆u选择第m段，否则，xu，m＝0，ru,m表示车辆u在第m段上的剩余电量；F3表示车道使用惩罚，Cm为路段m的车道使用惩罚系数；F4表示电力需求平衡，旨在平衡电动汽车的电力需求。
5.根据权利要求1所述的一种电动汽车负载均衡动态无线充电方法，其特征在于，还包括引入假设条件的步骤：
假设1：电动汽车的加速度在每个充电路段中是一致的；
假设2：所有车辆拥有相同的电池特性；
假设3：道路标高和温度一致，不考虑坡度和温度变化对充电率的影响；
假设4：每个充电路段一次只能为一辆车充电。
6.一种电动汽车负载均衡动态无线充电系统，其特征在于，包括：
模型设计模块，用于确定电动汽车充电模型；
能源限制模块，用于确定电源过剩的限制；
充电约束模块，用于确定充电系统的约束；
策略设计模块，用于确定考虑电池充电特性的负载平衡动态无线充电策略；其中，所述负载平衡动态无线充电策略，包括电动汽车充电设施的部署和车速的控制，用于最小化总行程时间、耗电成本、车道使用惩罚以及电力需求平衡的总成本；
所述电源过剩的限制的表述如下：
由于充电段中途进入和退出的限制，定义了一个连续变量ru，m表示车辆u在第m段上的剩余电量，其公式如下：
式中，τu，m表示车辆u在第m段上的充电功率；wm为二元变量，wm＝1表示第m段为无线充电段，否则wm＝0；xu，m为二元变量，xu，m＝1表示车辆u选择第m段，否则，xu，m＝0；su,m(v)表示车辆u在第m段消耗的电池功率；SOCmax为最大充电状态。
7.一种电动汽车负载均衡动态无线充电装置，其特征在于，包括：
至少一个处理器；
至少一个存储器，用于存储至少一个程序；
当所述至少一个程序被所述至少一个处理器执行，使得所述至少一个处理器实现权利要求1-5任一项所述方法。
8.一种计算机可读存储介质，其中存储有处理器可执行的程序，其特征在于，所述处理器可执行的程序在由处理器执行时用于执行如权利要求1-5任一项所述方法。
CN202210047802.2A 2022-01-17 2022-01-17 电动汽车负载均衡动态无线充电方法、系统、装置及介质 Active CN114435157B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210047802.2A CN114435157B (zh) 2022-01-17 2022-01-17 电动汽车负载均衡动态无线充电方法、系统、装置及介质

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210047802.2A CN114435157B (zh) 2022-01-17 2022-01-17 电动汽车负载均衡动态无线充电方法、系统、装置及介质

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114435157A CN114435157A (zh) 2022-05-06
CN114435157B true CN114435157B (zh) 2023-08-22

Family

ID=81367948

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210047802.2A Active CN114435157B (zh) 2022-01-17 2022-01-17 电动汽车负载均衡动态无线充电方法、系统、装置及介质

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114435157B (zh)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104753150A (zh) * 2015-03-24 2015-07-01 华南理工大学 一种电动汽车行进式无线充电装置及其控制方法
CN104901400A (zh) * 2015-04-30 2015-09-09 凯思特徐州传动科技有限公司 一种无轨道定位装置的电动汽车路面动态高效感应充电系统
CN108510128A (zh) * 2018-04-11 2018-09-07 华南理工大学广州学院 一种区域电动汽车充电负荷时空分布预测方法
CN109606148A (zh) * 2019-01-11 2019-04-12 华南理工大学 一种立式储能式无线充电道路系统与方法
CN112060944A (zh) * 2020-08-31 2020-12-11 华南理工大学 动态无线充电路段优化配置方法、系统、装置及存储介质

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9511674B2 (en) * 2014-04-18 2016-12-06 Qualcomm Incorporated Base distribution network for dynamic wireless charging

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104753150A (zh) * 2015-03-24 2015-07-01 华南理工大学 一种电动汽车行进式无线充电装置及其控制方法
CN104901400A (zh) * 2015-04-30 2015-09-09 凯思特徐州传动科技有限公司 一种无轨道定位装置的电动汽车路面动态高效感应充电系统
CN108510128A (zh) * 2018-04-11 2018-09-07 华南理工大学广州学院 一种区域电动汽车充电负荷时空分布预测方法
CN109606148A (zh) * 2019-01-11 2019-04-12 华南理工大学 一种立式储能式无线充电道路系统与方法
CN112060944A (zh) * 2020-08-31 2020-12-11 华南理工大学 动态无线充电路段优化配置方法、系统、装置及存储介质

Also Published As

Publication number Publication date
CN114435157A (zh) 2022-05-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Xie et al. Model predictive energy management for plug-in hybrid electric vehicles considering optimal battery depth of discharge
Song et al. Pontryagin’s minimum principle-based real-time energy management strategy for fuel cell hybrid electric vehicle considering both fuel economy and power source durability
Song et al. Component sizing optimization of plug-in hybrid electric vehicles with the hybrid energy storage system
US8406948B2 (en) Plug-in hybrid electric vehicle and method of control for providing distance to empty and equivalent trip fuel economy information
Yuan et al. Energy and environmental impact of battery electric vehicle range in China
Fernández et al. A new approach to battery powered electric vehicles: A hydrogen fuel-cell-based range extender system
CN104859660B (zh) 利用过去能量消耗中的变量预测电动车辆能量消耗
CN107696896A (zh) 电动汽车续驶里程估算方法
Ruan et al. The application of hybrid energy storage system with electrified continuously variable transmission in battery electric vehicle
CN100572136C (zh) 铁道车辆的驱动装置
CN102881955A (zh) 确定目标充电状态以给车辆中的电池充电的系统和方法
Millo et al. Design and development of an hybrid light commercial vehicle
Ferdowsi Plug-in hybrid vehicles-a vision for the future
CN104105627A (zh) 混合动力车辆的管理系统、混合动力车辆的控制装置以及混合动力车辆的控制方法
Yang et al. Self-adaptive equivalent consumption minimization strategy for hybrid electric vehicles
Maamria et al. On the use of Dynamic Programming in eco-driving cycle computation for electric vehicles
Marano et al. Comparative study of different control strategies for plug-in hybrid electric vehicles
GB2561409A (en) Methods and systems for managing range of a vehicle
Soldo et al. Analysis of optimal battery state-of-charge trajectory patterns for blended mode of a parallel plug-in hybrid electric vehicle and a wide range of driving conditions
CN114435157B (zh) 电动汽车负载均衡动态无线充电方法、系统、装置及介质
Babu et al. Improved parallel mild hybrids for urban roads
Besselink et al. Evaluating the TU/e Lupo EL BEV performance
CN113688541B (zh) 城市轨道交通储能式车辆的牵引供电仿真系统及仿真方法
Ghandriz et al. Sensitivity analysis of optimal energy management in plug-in hybrid heavy vehicles
Shams-Zahraei et al. A study on plug-in hybrid electic vehicles

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant