CN114897199A - 兼容储能充电桩的电动运载工具电量路径规划方法 - Google Patents

兼容储能充电桩的电动运载工具电量路径规划方法 Download PDF

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CN114897199A CN202210525147.7A CN202210525147A CN114897199A CN 114897199 A CN114897199 A CN 114897199A CN 202210525147 A CN202210525147 A CN 202210525147A CN 114897199 A CN114897199 A CN 114897199A
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Abstract

本发明公开了兼容储能充电桩的电动运载工具电量路径规划方法，包括以下步骤：1)全网充电桩向调度系统平台提交本桩状态信息，电动汽车出发前向调度系统平台申请预约；2)寻找从出发地到目的地的最短路径；3)调度系统平台判断电动汽车在该路径沿途一个或多个充电桩的预约分配电量是否满足行驶至目的地的续航要求；4)满足则生成全程预约方案；5)不满足则排除最短路径，在余下路径找最短路径从步骤3)循环执行直到遍历完所有路径。本发明方法能实现电动运载工具全程电量路径规划，利用到达时间匹配实现储能充电桩与电网直供充电桩的融合使用，同时通过调度系统平台对运载工具进行充电调度，实现全网充电桩资源特别是储能桩电量的充分运用。

Description

兼容储能充电桩的电动运载工具电量路径规划方法
技术领域
本发明属于电动运载工具电量路径规划方法领域，特别涉及兼容储能充电桩的电动运载工具电量路径规划方法。
背景技术
目前，基于新能源的电动运载工具比如电动车、电动船、无人机得到了广泛的应用，现有技术关于电动运载工具电量的充电路径规划方法比较多，但是基本上仅适用于电网直供充电桩或充电站，且现有的电动运载工具的充电路径规划，大多都是根据检测当前电动运载工具动力电池的剩余电量寻找下一个可充电的充电站供用户自行选择，对于远途必须多次充电才能到达目的地时，尚未见合理有效的全程电量路径规划方法。储能式充电桩具有慢蓄快放的优点，但由于储能式充电桩或充电站的储能是有限的，空闲时段不等同有足够储能的有效充电时段，目前尚无有效的预约方法。进一步的，对于包含储能式充电桩或充电站的路网，如何实现全网储能充电桩与电网充电桩的融合使用，乃至实现全网充电桩资源特别是储能桩储能电量的充分运用，服务更多的电动运载工具，也是目前尚未解决的难题。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明提供了兼容储能充电桩的电动运载工具电量路径规划方法，利用到达时间匹配及能量时分化实现储能充电桩与电网充电桩的融合使用，同时通过调度系统平台对运载工具进行充电调度，实现全网充电桩资源特别是储能充电桩储能电量的充分运用。本发明另一目的是提供一种储能充电桩的电量预约方法，实现了对储能充电桩电量的多用户预约。
本发明采用以下技术方案解决上述技术问题：
兼容储能充电桩的电动运载工具电量路径规划方法，储能充电桩供电来源为新能源发电或向电网购电的互补式储能，包括以下步骤：
1)、全网所有的充电桩分别向调度系统平台提交本桩状态信息，电动汽车用户出发前通过网络连接向所述调度系统平台提出从出发地O到目的地D的电量申请预约，所述电量申请预约包括以下信息：电动汽车车型、汽车负载质量、出发时刻、出发地O、目的地D及出发时刻电动汽车动力电池的剩余电量；
2)、所述调度系统平台在现有地图上寻找从出发地O到目的地D的最短路径lz，z＝1；
3)所述调度系统平台根据各充电桩提交的本桩状态信息，以及电动汽车用户提交的电量预约申请，判断当所述电动汽车选择在所述最短路径lz沿途一个或多个充电桩分别预约充电，在各预约充电桩的预约分配电量是否满足所述电动汽车从出发地O行驶至目的地D的续航要求；若“是”则执行步骤4)，若“否”则转去执行步骤5)；
4)所述调度系统平台为所述电动汽车生成全程预约方案，所述全程预约方案包括为所述电动汽车指派所述最短路径lz上各预约充电桩及对应的预约分配电量，且返回预约成功的信息给所述电动汽车用户，结束本次预约；当所述电动汽车从出发地O出发后，所述调度系统平台按所述全程预约方案引导所述电动汽车出行及充电；
5)、所述调度系统平台排除所述最短路径lz，z＝z+1，从出发地O到目的地D的剩余路径中再寻找新的最短路径lz，如果找到新的最短路径lz则循环执行步骤3)至5)，如果找不到新的最短路径lz则返回预约失败的信息给所述电动汽车用户。
所述步骤3)中，所述电动汽车选择在所述最短路径lz沿途一个或多个充电桩分别预约充电，选择方法如下：设最短路径lz沿途分布有n个充电桩，则所述电动汽车可选择充电的充电桩组合有
Figure BDA0003644110490000021
种，从中选择任意一种充电桩组合或预约使用充电桩数量最少的充电桩组合进行预约充电。
所述步骤3)中，判断当所述电动汽车在所述最短路径lz沿途一个或多个充电桩分别预约充电，在各预约充电桩的预约分配电量是否满足所述电动汽车从出发地O行驶至目的地D的续航要求，具体判断方法如下：
设所述电动汽车在最短路径lz沿途依序预约充电的充电桩组合为(jx1，jx2，…jxk)T，依序判断其中的每个充电桩jw，对应的预约分配电量是否满足不等式组2-1-1，如果都满足则所述最短路径lz满足所述电动汽车从出发地O行驶至目的地D的续航要求；否则所述最短路径lz不满足所述电动汽车从出发地O行驶至目的地D的续航要求；
Figure BDA0003644110490000022
不等式组2-1-1中，REi(tw)为预估电动汽车在到达充电桩jw时刻tw的剩余电量，TPw表示电动汽车在充电桩jw的预约分配电量，ECw，w+1表示预估电动汽车从当前充电桩jw到下一个充电桩jw+1的耗能，如果充电桩jw为最短路径lz最后一个充电桩，则ECw，w+1表示预估电动汽车从当前充电桩jw到目的地D的能耗；bat_capstr为电动汽车出发时刻t0动力电池的初始剩余电量；
Figure BDA0003644110490000023
表示电动汽车在充电桩组合(jx1，jx2，…jxk)T中的所有预约充电桩的预约分配电量总和；EC0，n+1表示预估电动汽车从出发地O沿最短路径lz到达目的地D的全程能耗。
所述电动汽车到达充电桩jw时刻tw，按下式6-1预估：
tw＝t0+在先预约充电时长的总和+在先排队等待充电时长的总和+t0，w 6-1
式6-1中，t0表示所述电动汽车出发时刻；t0，w表示预估所述电动汽车从出发地O沿最短路径lz到达充电桩jw的行驶时长；在先预约充电时长的总和指的是预估所述电动汽车从出发地O沿最短路径lz到达充电桩jw时，已经在沿途其他充电桩预约充电的预约充电时长累计值；在先排队等待充电时长的总和指的是预估所述电动汽车从出发地O沿最短路径lz到达充电桩jw时，已经在沿途其他充电桩预约充电的排队等待充电时长累计值。
所述电动汽车在到达充电桩jw时刻tw的剩余电量REi(tw)，按下式7-1的预估：
REi(tw)＝bat_capstr+在先预约分配电量总和-EC0，w 7-1
式7-1中，bat_capstr为所述电动汽车出发时的初始剩余电量；在先预约分配电量总和是指截止所述电动汽车从出发地O沿最短路径lz到达充电桩jw时刻tw，已经在沿途其他充电桩预约的预约分配电量累计值；EC0，w表示预估所述电动汽车从出发地O沿最短路径lz行驶到充电桩jw的能耗。
所述电动汽车在充电桩jw的预约分配电量TPw，当充电桩jw为储能式充电桩时，预约分配电量TPw的预估方法具体步骤如下：
(10-1-1)、设所述电动汽车为电动汽车i，首先预设电动汽车i到达充电桩jw的时刻tw之后的排队等待时限σ，σ为自定义时长值；
(10-1-2)、根据充电桩jw的预约服务列表，查在tw至tw+σ之间充电桩jw的空闲时间段类型，如果查到的空闲时间段类型都为储能时段，则充电桩jw不能让电动汽车i预约充电，即预约分配电量TPw＝0；如果查到的空闲时间段类型是可分配电量空闲时段则转去执行步骤(10-1-3)；
(10-1-3)、查充电桩jw预约服务列表，如果在tw至tw+σ之间充电桩jw的空闲时间段为
Figure BDA0003644110490000031
表示在
Figure BDA0003644110490000032
之后尚无任何车预约充电，即
Figure BDA0003644110490000033
为可分配电量空闲时段且为无限长；如果在tw至tw+σ之间充电桩jw的空闲时间段不是无限长则转去执行步骤(10-1-4)；设有前车i1已经在
Figure BDA0003644110490000034
时间段预约充电，其中t1、
Figure BDA0003644110490000035
分别对应为前车i1的预约开始充电时刻和预约充电结束时刻，E(t1)、
Figure BDA0003644110490000036
一一对应为预估在t1、
Figure BDA0003644110490000037
时刻充电桩jw的剩余电量，前车i1的预约分配电量为
Figure BDA0003644110490000041
电动汽车i在充电桩jw的预约开始充电时刻
Figure BDA0003644110490000042
按下式10-1估算：
Figure BDA0003644110490000043
充电桩jw在
Figure BDA0003644110490000044
内的可分配电量
Figure BDA0003644110490000045
按以下方程组10-2估算：
Figure BDA0003644110490000046
方程组10-2的约束条件如下：
Figure BDA0003644110490000047
电动汽车i在充电桩jw的
Figure BDA0003644110490000048
内的预约分配电量TPw按式10-3估算：
Figure BDA0003644110490000049
电动汽车i在充电桩jw的预约充电时长
Figure BDA00036441104900000410
按式10-4估算：
Figure BDA00036441104900000411
充电桩jw对应预约开始充电时刻
Figure BDA00036441104900000412
的剩余电量为
Figure BDA00036441104900000413
充电桩jw对应预约充电结束时刻
Figure BDA00036441104900000414
的剩余电量为
Figure BDA00036441104900000415
步骤(10-1-3)以上各式的变量统一定义如下：
Figure BDA00036441104900000416
为电动汽车i在充电桩jw的预约开始充电时刻；tw为预估电动汽车i到达充电桩jw的时刻；
Figure BDA00036441104900000417
为充电桩jw在
Figure BDA00036441104900000418
内的可分配电量；
Figure BDA00036441104900000419
为对应前车i1的预约充电结束时刻
Figure BDA00036441104900000420
充电桩jw的剩余电量；p蓄(t)为预测对应t时刻充电桩jw的储能功率，通过现有技术预测方法获得；
Figure BDA00036441104900000421
为充电桩jw的恒定输出功率；E额为充电桩jw储能电池的额定电量；t额为在
Figure BDA00036441104900000422
内充电桩jw储能达到额定电量E额的时刻；bat_capi为电动汽车i动力电池的额定电量，REi(tw)为预估电动汽车i在到达充电桩jw时刻tw的剩余电量；TPw为电动汽车i在充电桩jw的
Figure BDA00036441104900000423
内的预约分配电量；
Figure BDA00036441104900000424
为电动汽车i在充电桩jw的预约充电时长；
(10-1-4)、如果在tw至tw+σ之间充电桩jw的空闲时间段为可分配电量空闲时段且为有限长，设前车i1已经在
Figure BDA0003644110490000051
时间段在充电桩jw预约充电，预约分配电量为
Figure BDA0003644110490000052
Figure BDA0003644110490000053
有前车i2已经在
Figure BDA0003644110490000054
时间段在充电桩jw预约充电，预约分配电量为
Figure BDA0003644110490000055
Figure BDA0003644110490000056
其中t1、
Figure BDA0003644110490000057
分别对应为前车i1的预约开始充电时刻和预约充电结束时刻，t2、
Figure BDA0003644110490000058
分别为前车i2的预约开始充电时刻和预约充电结束时刻；
Figure BDA00036441104900000523
E(t1)、
Figure BDA00036441104900000524
、E(t2)、
Figure BDA00036441104900000525
一一对应为预估在t1、
Figure BDA0003644110490000059
t2、
Figure BDA00036441104900000510
时刻充电桩jw的剩余电量；
Figure BDA00036441104900000511
为所述的可分配电量空闲时段，充电桩jw在可分配电量空闲时段
Figure BDA00036441104900000512
允许电动汽车i插队预约充电的前提条件，是不能影响已经预约在该时间段
Figure BDA00036441104900000513
后充电的其他前车的预约分配电量和预约充电起止时刻，即首先须保证前车i2在预约充电时段
Figure BDA00036441104900000514
的预约分配电量TP2不变，也即须满足下式10-5：
Figure BDA00036441104900000515
式10-5的约束条件：
Figure BDA00036441104900000516
由式10-5及其约束条件可推算得充电桩jw允许电动汽车i插队预约充电时电动汽车i的最晚充电结束时刻
Figure BDA00036441104900000517
则充电桩jw在该可分配电量空闲时段
Figure BDA00036441104900000518
的可分配电量
Figure BDA00036441104900000519
按如下方程组10-6预估：
Figure BDA00036441104900000520
上式10-5和式10-6中，电动汽车i在充电桩jw的预约开始充电时刻
Figure BDA00036441104900000521
按下式10-7估算：
Figure BDA00036441104900000522
根据式10-6所得
Figure BDA0003644110490000061
电动汽车i在充电桩jw的
Figure BDA0003644110490000062
内的预约分配电量TPw按下式10-8估算：
Figure BDA0003644110490000063
由式10-8所得TPw，电动汽车i在充电桩jw的预约充电时长
Figure BDA0003644110490000064
按下式10-9估算：
Figure BDA0003644110490000065
如果还有其他前车比电动汽车i先在充电桩jw预约充电，但是预约充电的时间在前车i2预约充电时段
Figure BDA0003644110490000066
之后，则充电桩jw在可分配电量空闲时段
Figure BDA0003644110490000067
允许电动汽车i插队预约充电的前提条件，除了须保证前车i2在预约充电时段
Figure BDA0003644110490000068
的预约分配电量TP2不变，还要保证所有所述的其他前车的预约起止时间和预约分配电量不变，具体方法如下：
设还有其他前车i4比电动汽车i先预约在
Figure BDA0003644110490000069
时间段充电，预约分配电量为TP4，其中
Figure BDA00036441104900000610
则TPw还要满足以下公式10-10：
Figure BDA00036441104900000611
如果TPw不满足式10-10，则减少TPw，相应的
Figure BDA00036441104900000612
按式10-9推算也减少，直到满足式10-10；
如果前车i4的预约充电时段
Figure BDA00036441104900000613
之后依次还有其他前车i5、i6......均比电动汽车i先在充电桩jw预约充电，则分别比照前车i4的方法处理；直到TPw能保证所有所述的其他前车的预约起止时间和预约分配电量不变；如果TPw减少到预设的阀值，但均不能保证所有所述的其他前车的预约起止时间和预约分配电量不变，则充电桩jw不允许电动汽车i在空闲时间段
Figure BDA00036441104900000614
插队预约充电，即令预约分配电量TPw＝0；
如果最终所得的TPw≠0，则充电桩jw对应预约开始充电时刻
Figure BDA00036441104900000615
的剩余电量为
Figure BDA00036441104900000616
充电桩jw对应预约充电结束时刻
Figure BDA00036441104900000617
的剩余电量为
Figure BDA00036441104900000618
步骤(10-1-4)以上各式的变量统一定义如下：TP2为前车i2在预约充电时段
Figure BDA00036441104900000619
的预约分配电量；
Figure BDA0003644110490000071
为对应前车i1的预约充电结束时刻
Figure BDA0003644110490000072
充电桩jw的剩余电量；p蓄(t)为预测对应t时刻充电桩jw的储能功率，通过现有技术预测方法获得；
Figure BDA0003644110490000073
为充电桩jw的恒定输出功率；
Figure BDA0003644110490000074
为电动汽车i在充电桩jw的预约开始充电时刻；tw为预估电动汽车i到达充电桩jw的时刻；E额为充电桩jw储能电池的额定电量；
Figure BDA0003644110490000075
为充电桩jw允许电动汽车i插队预约充电时电动汽车i的最晚充电结束时刻；
Figure BDA0003644110490000076
为预估充电桩jw在
Figure BDA0003644110490000077
内的可分配电量；t额为预估在
Figure BDA0003644110490000078
内充电桩jw储能达到额定电量E额的时刻；bat_capi为电动汽车i动力电池的额定电量，REi(tw)为预估电动汽车i在到达充电桩jw时刻tw的剩余电量；TPw为电动汽车i在充电桩jw的
Figure BDA0003644110490000079
内的预约分配电量；
Figure BDA00036441104900000710
为电动汽车i在充电桩jw的预约充电时长；TP4为前车i4在
Figure BDA00036441104900000711
时间段的预约分配电量。
还包括步骤(10-1-5)：每经过一个Δt时间，调度系统平台根据重新更新的充电桩jw的预约服务列表，从步骤(10-1-2)开始执行至步骤(10-1-4)，重新预估预约分配电量TPw。
所述电动汽车在充电桩jw的预约分配电量TPw，当充电桩jw为电网直供充电桩时，预约分配电量TPw的预估方法具体步骤如下：
(10-2-1)、设所述电动汽车为电动汽车i，首先设置电动汽车i到达充电桩jw的时刻tw之后的排队等待时限σ，σ为自定义时长值；
(10-2-2)、根据充电桩jw的预约服务列表查找电动汽车i到达充电桩jw的时刻tw至tw+σ之间是否有空闲时间段；如果没有空闲时间段，则预估充电桩jw能提供给电动汽车i的可分配电量Qw(i)＝0；电动汽车i在充电桩jw的预约分配电量TPw＝0；如果有空闲时间段则转去执行步骤(10-2-3)；
(10-2-3)、如果空闲时间段为无限长，记为
Figure BDA00036441104900000712
其中
Figure BDA00036441104900000713
对应为前车i1的预约充电结束时刻且
Figure BDA00036441104900000714
之后无其他前车预约充电；则电动汽车i在充电桩jw的预约分配电量TPw按式10-11估算：
TPw＝bat_capi-REi(tw) 10-11
式10-11中，bat_capi为电动汽车i动力电池的额定电量，REi(tw)为预估电动汽车i在到达充电桩jw时刻tw的剩余电量；
电动汽车i在充电桩jw的预约开始充电时刻
Figure BDA00036441104900000715
其中tw为预估电动汽车i在到达充电桩jw时刻；
由式10-11所得的TPw，预约充电时长
Figure BDA0003644110490000081
其中
Figure BDA0003644110490000082
为充电桩jw的恒定输出功率；
(10-2-4)、如果空闲时间段是有限长，即设前车i1已经在
Figure BDA0003644110490000083
时间段在充电桩jw预约充电；有前车i2已经在
Figure BDA0003644110490000084
时间段在充电桩jw预约充电；其中t1、
Figure BDA0003644110490000085
分别对应为前车i1的预约开始充电时刻和预约充电结束时刻，t2、
Figure BDA0003644110490000086
分别为前车i2的预约开始充电时刻和预约充电结束时刻；
Figure BDA0003644110490000087
则按以下式10-12估算电动汽车i在充电桩jw的预约分配电量TPw：
Figure BDA0003644110490000088
式10-12中，bat_capi为电动汽车i动力电池的额定电量，REi(tw)为预估电动汽车i在到达充电桩jw时刻tw的剩余电量；
Figure BDA0003644110490000089
为充电桩jw的恒定输出功率；
Figure BDA00036441104900000810
为电动汽车i在充电桩jw的预约开始充电时刻，
Figure BDA00036441104900000811
电动汽车i在充电桩jw的预约充电时长
Figure BDA00036441104900000812
所述电动汽车在到达充电桩jw时刻tw，用tw-θ或tw+θ代替，其中θ为自定义时长值。
所述的兼容储能充电桩的电动运载工具电量路径规划方法，还包括调整前车的方法如下：
设在电动汽车i预约前已有前车各自预约充电且分别生成各自的全程预约方案；当电动汽车i按所述的兼容储能充电桩的电动运载工具电量路径规划方法进行预约充电，当所选择的从出发地O到目的地D的路径集合L＝{l1，…，la}中的最短路径lz不满足全程续航要求时，则调整前车的全程预约方案，包括取消或减少前车在一个或多个共用桩的预约分配电量，再分别对电动汽车i的最短路径lz、前车原全程预约方案的路径进行判断是否各自满足电动汽车i、前车的全程续航要求，若都满足则调度系统平台为所述电动汽车i生成全程预约方案，为所述前车生成新的全程预约方案，调整成功；若有任一车不满足全程续航要求，则无法调整前车，恢复前车的原全程预约方案。
储能充电桩的电量预约方法，包括以下步骤：
(1)、储能充电桩建立并存储本桩的预约服务列表，预约服务列表的字段内容包括电动汽车用户名、电动汽车牌号、车型、预约开始充电时刻及对应于此时刻的充电桩剩余电量、预约充电结束时刻及对应于此时刻的充电桩剩余电量、预约分配电量、预约充电时长、空闲时间段的类型及对应的可分配电量；
(2)储能充电桩在不影响前车在本桩已经预约充电的时间段和预约分配电量的条件下，公布本桩每一段空闲时间段的类型及对应的可分配电量；
(3)电动汽车车载终端通过无线网络连接储能充电桩，获取步骤(2)公布的空闲时间段的类型及对应的可分配电量，电动汽车用户根据需要选择适合的空闲时间段通过电动汽车车载终端向储能充电桩进行预约充电；
(4)所述电动汽车预约后，储能充电桩根据步骤(3)的预约结果更新本桩的预约服务列表。
所述步骤(2)储能充电桩公布本桩每一段空闲时间段的类型及对应的可分配电量，具体方法如下：
空闲时间段分为储能充电桩jw的储能时段和可分配电量空闲时段两种类型；查找储能充电桩jw预约服务列表，设有空闲时间段
Figure BDA0003644110490000091
前后均已经有车预约充电，如有前车i1已经在
Figure BDA0003644110490000092
时间段预约充电，预约分配电量为
Figure BDA0003644110490000093
有前车i2已经在
Figure BDA0003644110490000094
时间段预约充电，预约分配电量为
Figure BDA0003644110490000095
其中t1、
Figure BDA0003644110490000096
分别对应为前车i1的预约开始充电时刻和预约充电结束时刻，t2、
Figure BDA0003644110490000097
分别为对应前车i2的预约开始充电时刻和预约充电结束时刻；
Figure BDA0003644110490000098
一一对应为预估在t1、
Figure BDA0003644110490000099
t2、
Figure BDA00036441104900000910
时刻储能充电桩jw的剩余电量；
(A)、空闲时间段
Figure BDA00036441104900000911
的类型公布方法如下：
当满足下式9-1时，公布
Figure BDA00036441104900000912
为储能充电桩jw的储能时段；
Figure BDA00036441104900000913
式9-1中，E额为储能充电桩jw储能电池的额定电量；p蓄(t)为预测t时刻储能充电桩jw的储能功率，由现有技术方法预测获得；
储能充电桩jw的储能时段只能用于本桩储能，即对应的可分配电量为0；
(B)、储能充电桩jw的可分配电量空闲时段的公布方法如下：
在储能充电桩jw的所有空闲时间段中，排除步骤(A)公布的储能充电桩jw的储能时段后，余下即为储能充电桩jw的可分配电量空闲时段；
对可分配电量空闲时段按一固定时长ρ进行时点的划分，ρ为自定义的常量，设空闲时间段
Figure BDA0003644110490000101
为可分配电量空闲时段，可划分为
Figure BDA0003644110490000102
Figure BDA0003644110490000103
若干个时点，又设电动汽车在可分配电量空闲时段的预约开始充电时刻为
Figure BDA0003644110490000104
时点；则储能充电桩jw的可分配电量空闲时段须满足下式9-2：
Figure BDA0003644110490000105
式9-2的约束条件：
Figure BDA0003644110490000106
式9-2及其约束条件中，p蓄(t)为预测t时刻储能充电桩jw的储能功率，由现有技术方法预测获得；
Figure BDA0003644110490000107
为储能充电桩jw的恒定输出功率，E额为储能充电桩jw储能电池的额定电量；
Figure BDA0003644110490000108
为电动汽车最晚充电结束时间；
由式9-2及其约束条件可求得电动汽车最晚充电结束时间
Figure BDA0003644110490000109
Figure BDA00036441104900001010
为储能充电桩jw储能时段；
储能充电桩jw在可分配电量空闲时间段
Figure BDA00036441104900001011
内
Figure BDA00036441104900001012
时点的对应可分配电量Qw(t)按以下方程组9-3估算：
Figure BDA00036441104900001013
方程组9-3中，
Figure BDA00036441104900001014
t额表示如果储能充电桩jw储能达到额定电量的时刻，其余变量的定义同式9-2及其约束条件；
在储能充电桩jw的预约服务列表中公布该可分配电量空闲时段
Figure BDA00036441104900001015
内
Figure BDA00036441104900001016
时点的对应可分配电量Qw(t)；其余时点比照
Figure BDA00036441104900001017
时点公布。
在所述空闲时间段
Figure BDA0003644110490000111
的类型公布方法中，还包括：每经过一个Δt时间，调度系统平台重新预估式9-1中充电桩jw的综合储能电量
Figure BDA0003644110490000112
并按式9-1重新估算和公布，更新充电桩jw的预约服务列表。
在所述储能充电桩jw的可分配电量空闲时段的公布方法中，还包括：每经过一个Δt时间，调度系统平台分别重新预估式9-2中充电桩jw的综合储能电量
Figure BDA0003644110490000113
和
Figure BDA0003644110490000114
并分别按式9-2及其约束条件、式9-3重新估算和公布，更新充电桩jw的预约服务列表。
本发明的有益效果：
1、实现运载工具全程电量路径规划，规划出来的最短可行路符合能量消耗节约的要求，也符合用户需求和低碳社会需求。
2、在储能充电桩储能预测的基础上对储能充电桩的多用户充电行为和储能充电桩的放电行为在时间维度上实现了统一运算，实现了对储能充电桩电量的多用户预约。
3、利用到达时间匹配及能量时分化实现储能充电桩与电网充电桩的融合使用，提高了充电桩网络的完整性，奠定了快充网的基础。
4、通过调度系统平台对运载工具进行充电调度，将原来由用户基于桩位的自行指定无序预约提升为由调度平台基于全网用户能量需求和充电桩资源进行统一规划和分配，并对用户进行指令性调度，实现了资源利用最大化，满足更多运载工具的行驶需求。
附图说明
图1是本发明实施例5按方法九公布储能充电桩的空闲时间段为储能充电桩的储能时段的示意图，图中，竖轴E表示储能充电桩的剩余电量，横轴t表示时间；t1、
Figure BDA0003644110490000115
分别对应为前车i1的预约开始充电时刻和预约充电结束时刻，t2、
Figure BDA0003644110490000116
分别为对应前车i2的预约开始充电时刻和预约充电结束时刻；TP2为前车i2已经在
Figure BDA0003644110490000117
时间段预约充电的预约分配电量；E额为储能充电桩储能电池的额定电量；E(t1)、
Figure BDA0003644110490000118
E(t2)一一对应为在t1、
Figure BDA0003644110490000119
t2时刻储能充电桩jw的剩余电量。
图2是本发明实施例2按方法十当充电桩jw在有限长的可分配电量空闲时段
Figure BDA00036441104900001110
允许电动汽车i插队预约充电的示意图；图中，竖轴E表示储能充电桩的剩余电量，横轴t表示时间，t1、
Figure BDA00036441104900001111
分别对应为前车i1的预约开始充电时刻和预约充电结束时刻，t2、
Figure BDA00036441104900001112
分别为前车i2的预约开始充电时刻和预约充电结束时刻，tw为预估电动汽车i到达充电桩jw的时刻，
Figure BDA0003644110490000121
为充电桩jw允许电动汽车i插队预约充电时电动汽车i的最晚充电结束时，t4、
Figure BDA0003644110490000122
分别对应前车i4的预约开始充电时刻和预约充电结束时刻，E额为储能充电桩储能电池的额定电量。
具体实施方式
以下结合具体实施例和附图，对本发明的技术方案作详细描述，但不构成对本发明权利要求保护范围的限制。
在说明具体实施例之前，将本发明具体实施例涉及的方法一至方法十统一说明如下。
方法一、获取分段路径距离的方法：
调度系统平台根据所接收到的充电桩的位置坐标，获得路径lz沿途分布的所有充电桩，假设有n个充电桩，所述n个充电桩从出发地O沿路径lz的有向序列矩阵表示为(j1，j2，…jn)T。用(j0，j1，...，jn，jn+1)T表示路径lz以出发地O、沿途分布的n个充电桩、目的地D作为分段点的分段点有向序列矩阵，其中j0对应为出发地O，jn+1对应为目的地D。
调度系统平台分别从现有地图中获取(j0，j1，...，jn，jn+1)T两两相邻分段点之间的路径距离，得到分段路径距离用有向序列矩阵(dist0，1，dist1，2，…distn-1，n，distn，n+1)T表示，其中dist0，1表示从出发地O到第一个充电桩j1的路径距离，dist1，2表示从第一个充电桩j1到第二个充电桩j2的路径距离，以此类推，distn，n+1表示从第n个充电桩jn到目的地D的路径距离。
方法二、预估电动汽车i的分段路径行驶时间的方法：
根据式2-1预估电动汽车i的分段路径行驶时间tw-1，w：
Figure BDA0003644110490000123
式2-1中，distw-1，w表示用方法一所得的从分段点jw-1到分段点jw的路径距离，
Figure BDA0003644110490000124
表示电动汽车i从分段点jw-1到分段点jw的平均速度，
Figure BDA0003644110490000125
可以是从交通历史大数据中提取在历史统计时间段内电动汽车i历次通过distw-1，w的速度的平均值，或者是从交通历史大数据中提取在历史统计时间段内通过distw-1，w的所有车辆的平均速度，历史统计时间段的值为自定义。
电动汽车i的分段路径行驶时间tw-1，w也可以是从现有的GIS地图上直接获得。
方法三、预估电动汽车i的分段路径耗能的方法，可任选以下两种方法之一：
方法1、按以下公式3-1预估电动汽车i的分段路径耗能：
Figure BDA0003644110490000131
式3-1中，ECw-1，w表示预估电动汽车i从分段点jw-1到分段点jw的耗能，分段点jw-1和分段点jw由方法一获得，distw-1，w定义同式2-1，Aver为电动汽车i的单位里程耗电量。
其中单位里程耗电量Aver按公式3-2计算：
Figure BDA0003644110490000132
式3-2中，m车为电动汽车i的车身质量，m负为电动汽车i的车载质量，若电动汽车i的车型为非首次向调度系统平台预约的车型，则
Figure BDA0003644110490000133
为调度系统平台从交通历史大数据中提取电动汽车i的历史比能耗系数；若为首次预约的车型，按公式3-3计算比能耗系数
Figure BDA0003644110490000134
Figure BDA0003644110490000135
式3-3中，Smax为厂家提供电动汽车i的车型的最大续航里程数，bat_capi为电动汽车i动力电池的额定电量，m车定义同式3-2。
方法2：按以下公式3-4预估电动汽车i的分段路径耗能ECw-1，w：
Figure BDA0003644110490000136
式3-4中，ECw-1，w定义同式3-1，distw-1，w定义同式2-1，kWh为电动汽车i的百公里耗电量，百公里耗电量可以从出厂参数取得或者是从交通历史大数据中获取。
方法四、按以下公式4-1预估电动汽车i在充电桩jw的充电时长
Figure BDA0003644110490000137
Figure BDA0003644110490000138
式4-1中，
Figure BDA0003644110490000139
表示充电桩jw的恒定输出功率，TPw为采用方法十预估得到的电动汽车i在充电桩jw的预约分配电量。
方法五、按以下公式5-1预估电动汽车i在充电桩jw的排队等待充电时长
Figure BDA00036441104900001310
Figure BDA00036441104900001311
式5-1中，
Figure BDA00036441104900001312
为采用方法十预估得到的预约开始充电时刻，tw为采用方法六预估得到的电动汽车i到达充电桩jw的时刻。
方法六、按以下公式6-1预估电动汽车i到达充电桩jw的时刻tw：
tw＝t0+在先预约充电时长的总和+在先排队等待充电时长的总和
Figure BDA0003644110490000141
式6-1中，t0表示电动汽车i出发时刻，t0，w表示电动汽车i从出发地O沿路径lz到达充电桩jw的行驶时长，t0，w为采用方法二预估从出发地O沿路径lz到充电桩jw的各分段路径行驶时间再进行累计而得；在先预约充电时长的总和指的是电动汽车i从出发地O沿路径lz到达充电桩jw时，已经在沿途其他充电桩预约充电的充电时长总和，沿途其他充电桩的充电时长分别采用方法四而得；在先排队等待充电时长的总和指的是电动汽车i从出发地O沿路径lz到达充电桩jw时，已经在沿途其他充电桩预约充电的排队等待充电时长总和，沿途其他充电桩的排队等待充电时长分别采用方法五而得。
方法七、按以下公式7-1预估电动汽车i在到达充电桩jw时刻tw的剩余电量REi(tw)：
REi(tw)＝bat_capstr+在先预约分配电量总和
Figure BDA0003644110490000142
式7-1中，bat_capstr为电动汽车i的初始剩余电量；在先预约分配电量总和是指电动汽车i从出发地O沿路径lz到达充电桩jw时已经在沿途其他充电桩预约分配的电量总和，沿途其他充电桩的预约分配电量分别采用方法十预估；EC0，w表示从电动汽车i从出发地O沿路径lz到达充电桩jw的能耗，EC0，w为采用方法三预估电动汽车i的分段路径耗能再进行累计而得。
方法八、预估充电桩jw的综合储能电量E(t2-t1)：
本发明的充电桩，如果是储能式充电桩，则储能式充电桩供电电量来源为新月能源发电，包括太阳能发电、风能发电的一种或多种，也可以包括向电网购电的互补式储能。
充电桩jw的综合储能电量E(t2-t1)用下式8-1表示：
Figure BDA0003644110490000143
式8-1的约束条件：E(t2-t1)≤E额；其中E额为充电桩jw储能电池的额定电量；t1为储能开始时刻；t2为储能结束时刻；p蓄(t)为预测t时刻储能充电桩jw的储能功率；若储能式充电桩供电电量来源是太阳能发电，则p蓄(t)为预测t时刻太阳能发电的输出功率，由现有技术方法预测获得；若储能式充电桩供电电量来源是风能发电，则p蓄(t)为预测t时刻风能发电的输出功率，由现有技术方法预测获得；若储能式充电桩供电电量来源是向电网购电的互补式储能，则p蓄(t)为电网的恒定输出功率；若储能式充电桩供电电量来源是太阳能发电、风能发电或向电网购电的互补式储能中多种供电来源的联合发电，则p蓄(t)为联合发电的输出功率。
由于太阳能或风力发电与天气、光照等因素密切相关，为了提高预估准确性，每经过一个Δt时间，调度系统平台重新预估充电桩jw的综合储能电量E(t2-t1)。
方法九：公布储能充电桩jw的空闲时间段的类型及对应的可分配电量的方法，步骤如下：
(9.1)、储能充电桩jw建立并存储预约服务列表，预约服务列表的字段内容包括电动汽车用户名、电动汽车牌号、车型、预约开始充电时刻及对应于此时刻的充电桩剩余电量、预约充电结束时刻及对应于此时刻的充电桩剩余电量、预约分配电量、充电时长、空闲时间段的类型及对应的可分配电量；
(9.2)空闲时间段分为储能充电桩jw的储能时段和可分配电量空闲时段两种类型，分别按步骤(9.3)或步骤(9.4)公布空闲时间段的类型及对应的可分配电量。
所述储能充电桩jw的储能时段是指：为了不能影响该储能时段后已经预约充电的其他车的充电量和预约充电起止时刻，空闲时间段不能安排电动汽车充电仅作为本桩储能时段，所述储能充电桩jw的储能时段包括储能起始时间和储能结束时间；
所述可分配电量空闲时段是储能充电桩jw在预约服务列表中所有空闲时间段排除储能时段后的余下空闲时段，包括可分配电量空闲时段的电动汽车充电起始时间和充电结束时间；
(9.3)储能充电桩jw的储能时段的公布方法如下：
查找储能充电桩jw预约服务列表的空闲时间段，如图1所示，若空闲时间段
Figure BDA0003644110490000151
前后均已经有车预约充电，如有前车i1已经在
Figure BDA0003644110490000152
时间段预约充电，预约分配电量为TP1；有前车i2已经在
Figure BDA0003644110490000153
时间段预约充电，预约分配电量为TP2；其中t1、
Figure BDA0003644110490000154
分别对应为前车i1的预约开始充电时刻和预约充电结束时刻，t2、
Figure BDA0003644110490000155
分别为对应前车i2的预约开始充电时刻和预约充电结束时刻；
Figure BDA0003644110490000156
一一对应为预估在t1、
Figure BDA0003644110490000157
t2、
Figure BDA0003644110490000158
时刻储能充电桩jw的剩余电量。当满足下面公式9-1时，公布
Figure BDA0003644110490000159
为储能充电桩jw的储能时段，该储能时段不能安排任何车辆预约充电或充电，此时，
Figure BDA00036441104900001510
为储能充电桩jw的储能起始时间，t2为储能充电桩jw的储能结束时间。
Figure BDA00036441104900001511
式9-1中，E额为储能充电桩jw储能电池的额定电量；p蓄(t)为预测t时刻储能充电桩jw的储能功率，如方法八由现有技术方法预测获得；
每经过一个Δt时间，调度系统平台重新预估式9-1中充电桩jw的综合储能电量
Figure BDA0003644110490000161
并按式9-1重新估算和公布，更新充电桩jw的预约服务列表。
(9.4)储能充电桩jw的可分配电量空闲时段的公布方法，步骤如下：
首先，查找储能充电桩jw预约服务列表全部的空闲时间段，排除步骤(9.3)所公布的储能时段后，其余空闲时间段即为可分配电量空闲时段。
其次，对可分配电量空闲时段按一固定时长ρ进行时点的划分，ρ为自定义的常量，如有可分配电量空闲时段为9:00--10:15，ρ自定义30分钟，则该时段可划分为9:00、9:30、10:00、10:15四个时点，分别公布每个时点电动汽车的最晚充电结束时间及可分配电量。公布方法如下：
设可分配电量空闲时段为
Figure BDA0003644110490000162
可划分为
Figure BDA0003644110490000163
Figure BDA0003644110490000164
若干个时点。又设电动汽车在可分配电量空闲时段的预约开始充电时刻为
Figure BDA0003644110490000165
时点，若可分配电量空闲时间段
Figure BDA0003644110490000166
前后均已经有车预约充电，如有前车i1已经在
Figure BDA0003644110490000167
时间段预约充电，预约分配电量为
Figure BDA0003644110490000168
Figure BDA0003644110490000169
有其它前车i2已经在
Figure BDA00036441104900001610
时间段预约充电，预约分配电量为
Figure BDA00036441104900001611
Figure BDA00036441104900001612
其中t1、
Figure BDA00036441104900001613
分别对应为前车i1的预约开始充电时刻和预约充电结束时刻，t2、
Figure BDA00036441104900001614
分别为对应其它前车i2的预约开始充电时刻和预约充电结束时刻；
Figure BDA00036441104900001615
Figure BDA00036441104900001616
一一对应为预估在t1、
Figure BDA00036441104900001617
t2、
Figure BDA00036441104900001618
时刻储能充电桩jw的剩余电量。则储能充电桩jw公布的可分配电量空闲时段须满足下式9-2：
Figure BDA00036441104900001619
式9-2的约束条件：
Figure BDA00036441104900001620
式9-2及其约束条件中，p蓄(t)为预测t时刻储能充电桩jw的储能功率，如方法八由现有技术方法预测获得；
Figure BDA0003644110490000171
为储能充电桩jw的恒定输出功率，E额为储能充电桩jw储能电池的额定电量。
由式9-2及其约束条件可求得电动汽车最晚充电结束时间
Figure BDA0003644110490000172
Figure BDA0003644110490000173
为储能充电桩jw储能时段。
储能充电桩jw在可分配电量空闲时间段
Figure BDA0003644110490000174
内
Figure BDA0003644110490000175
时点的对应可分配电量Qw(t)按以下方程组9-3估算：
Figure BDA0003644110490000176
方程组9-3中，
Figure BDA0003644110490000177
t额表示如果储能充电桩jw储能达到额定电量的时刻，其余变量的定义同式9-2及其约束条件。
在储能充电桩jw的预约服务列表中公布该可分配电量空闲时段
Figure BDA0003644110490000178
内
Figure BDA0003644110490000179
时点的对应可分配电量Qw(t)。其余时点比照
Figure BDA00036441104900001710
时点公布方法公布。
每经过一个Δt时间，调度系统平台分别重新预估式9-2中充电桩jw的综合储能电量
Figure BDA00036441104900001711
和
Figure BDA00036441104900001712
并按式9-2及其约束条件、式9-3重新估算和公布，更新充电桩jw的预约服务列表。
方法十、分别预估充电桩jw能提供给电动汽车i的可分配电量Qw(i)、电动汽车i在充电桩jw的预约开始充电时刻
Figure BDA00036441104900001713
电动汽车i在充电桩jw的预约充电时长
Figure BDA00036441104900001714
和电动汽车i在充电桩jw的预约分配电量TPw：
预估方法1、当充电桩jw为储能式充电桩时，预估方法具体步骤如下：
(10-1-1)、首先设置电动汽车i到达充电桩jw的时刻tw之后的排队等待时限σ，σ为自定义时长值；
(10-1-2)、查充电桩jw的预约服务列表在tw至tw+σ之间充电桩jw的空闲时间段，根据方法九公布的空闲时间段类型，如果查到的空闲时间段类型都为储能时段，则充电桩jw能提供给电动汽车i的可分配电量Qw(i)＝0，充电桩jw不能让电动汽车i预约充电，即预约分配电量即TPw＝0；如果查到的空闲时间段类型是可分配电量空闲时段则转去执行步骤(10-1-3)；
(10-1-3)、查找充电桩jw预约服务列表中的可分配电量空闲时段，设该可分配电量空闲时段前有前车i1已经在
Figure BDA0003644110490000181
时间段预约充电，其中t1、
Figure BDA0003644110490000182
分别对应为前车i1的预约开始充电时刻和预约充电结束时刻，E(t1)、
Figure BDA0003644110490000183
一一对应为在t1、
Figure BDA0003644110490000184
时刻充电桩jw的剩余电量，前车i1的预约分配电量为
Figure BDA0003644110490000185
在
Figure BDA0003644110490000186
之后尚无任何车预约充电，即该可分配电量空闲时段为无限长，记为
Figure BDA0003644110490000187
如果不是无限长则转去执行步骤(10-1-4)。
电动汽车i在充电桩jw的预约开始充电时刻
Figure BDA0003644110490000188
按下式10-1估算：
Figure BDA0003644110490000189
充电桩jw在可分配电量空闲时段
Figure BDA00036441104900001810
内的可分配电量
Figure BDA00036441104900001811
按以下方程组10-2估算：
Figure BDA00036441104900001812
方程组10-2的约束条件如下：
Figure BDA00036441104900001813
电动汽车i在充电桩jw的时段
Figure BDA00036441104900001814
内的预约分配电量TPw按式10-3估算：
Figure BDA00036441104900001815
电动汽车i在充电桩jw的预约充电时长
Figure BDA00036441104900001816
按式10-4估算：
Figure BDA00036441104900001817
充电桩jw对应预约开始充电时刻
Figure BDA00036441104900001818
的剩余电量为
Figure BDA00036441104900001819
充电桩jw对应预约充电结束时刻
Figure BDA00036441104900001820
的剩余电量为
Figure BDA00036441104900001821
步骤(10-1-3)以上各式的变量统一定义如下：
Figure BDA00036441104900001822
为电动汽车i在充电桩jw的预约开始充电时刻；tw为预估电动汽车i到达充电桩jw的时刻；
Figure BDA00036441104900001823
为预估充电桩jw在
Figure BDA00036441104900001824
内的可分配电量；
Figure BDA0003644110490000191
为预估对应前车i1的预约充电结束时刻
Figure BDA0003644110490000192
充电桩jw的剩余电量；p蓄(t)为预测对应t时刻充电桩jw的储能功率，如方法八通过现有技术预测方法获得；
Figure BDA0003644110490000193
表示如方法八预测充电桩jw在时间段
Figure BDA0003644110490000194
的综合储能电量；
Figure BDA0003644110490000195
为充电桩jw的恒定输出功率；E额为充电桩jw储能电池的额定电量；t额为在
Figure BDA0003644110490000196
内充电桩jw储能达到额定电量E额的时刻；bat_capi为电动汽车i动力电池的额定电量，REi(tw)为预估电动汽车i在到达充电桩jw时刻tw的剩余电量；TPw为电动汽车i在充电桩jw的
Figure BDA0003644110490000197
内的预约分配电量；
Figure BDA0003644110490000198
为电动汽车i在充电桩jw的预约充电时长。
(10-1-4)、如图2所示，设有前车i1已经在
Figure BDA0003644110490000199
时间段在充电桩jw预约充电，预约分配电量为TP1；有前车i2已经在
Figure BDA00036441104900001910
时间段在充电桩jw预约充电，预约分配电量为TP2；其中t1、
Figure BDA00036441104900001911
分别对应为前车i1的预约开始充电时刻和预约充电结束时刻，t2、
Figure BDA00036441104900001912
分别对应为前车i2的预约开始充电时刻和预约充电结束时刻；
Figure BDA00036441104900001913
一对应为预估在t1、
Figure BDA00036441104900001914
t2、
Figure BDA00036441104900001915
时刻充电桩jw的剩余电量，均由查充电桩jw预约服务列表获得。充电桩jw在可分配电量空闲时段
Figure BDA00036441104900001916
允许电动汽车i插队预约充电的前提条件，是不能影响已经预约在该时间段
Figure BDA00036441104900001917
后充电的其他前车的预约分配电量和预约充电起止时刻；比照方法九，即充电桩jw在预约充电时段
Figure BDA00036441104900001918
的充放电首先须满足下式10-5：
Figure BDA00036441104900001919
式10-5的约束条件：
Figure BDA00036441104900001920
由式10-5及其约束条件可推算出，当充电桩jw允许电动汽车i在该可分配电量空闲时段
Figure BDA00036441104900001921
插队预约充电时，电动汽车i的最晚充电结束时刻
Figure BDA00036441104900001922
则充电桩jw在该可分配电量空闲时段
Figure BDA00036441104900001923
的可分配电量
Figure BDA00036441104900001924
按如下方程组10-6预估：
Figure BDA0003644110490000201
上式10-5和式10-6中，电动汽车i在充电桩jw的预约开始充电时刻
Figure BDA0003644110490000202
按下式10-7估算：
Figure BDA0003644110490000203
根据式10-6所得
Figure BDA0003644110490000204
电动汽车i在充电桩jw的
Figure BDA0003644110490000205
内的预约分配电量TPw按下式10-8估算：
Figure BDA0003644110490000206
由式10-8所得TPw，电动汽车i在充电桩jw的预约充电时长
Figure BDA0003644110490000207
按下式10-9估算：
Figure BDA0003644110490000208
如果还有其他前车比电动汽车i先在充电桩jw预约充电，但是预约充电的时间在前车i2预约充电时段
Figure BDA0003644110490000209
之后，则充电桩jw允许电动汽车i在该可分配电量空闲时段
Figure BDA00036441104900002010
插队预约充电的条件除了要保证前车i2在预约充电时段
Figure BDA00036441104900002011
的预约分配电量TP2不变，还要保证所有所述的其他前车的预约起止时间和预约分配电量不变，具体方法如下：
设还有其他前车i4比电动汽车i先预约在
Figure BDA00036441104900002012
时间段充电，t4、
Figure BDA00036441104900002013
分别对应前车i4的预约开始充电时刻和预约充电结束时刻，预约分配电量为TP4，其中
Figure BDA00036441104900002014
则TPw还要满足以下公式10-10：
Figure BDA00036441104900002015
如果TPw不满足式10-10，则减少TPw，相应的
Figure BDA00036441104900002016
按式10-9推算也减少但
Figure BDA00036441104900002017
保持不变，直到满足式10-10；
如果前车i4的预约充电时段
Figure BDA00036441104900002018
之后依次还有其他前车i5、i6......均比电动汽车i先在充电桩jw预约充电，则分别比照前车i4的方法处理。直到TPw能保证所有所述的其他前车i2、i4、i5、i6......的预约分配电量不变。如果TPw减少到预设的阀值，但均不能保证所有所述的其他前车的预约分配电量不变，则充电桩jw不允许电动汽车i在空闲时间段
Figure BDA0003644110490000211
插队预约充电，即令预约分配电量TPw＝0。
如果最终所得的TPw≠0，则充电桩jw对应预约开始充电时刻
Figure BDA0003644110490000212
的剩余电量为
Figure BDA0003644110490000213
充电桩jw对应预约充电结束时刻
Figure BDA0003644110490000214
的剩余电量为
Figure BDA0003644110490000215
步骤(10-1-4)以上各式的变量统一定义如下：TP2为前车i2在预约充电时段
Figure BDA0003644110490000216
的预约分配电量；
Figure BDA0003644110490000217
为对应前车i1的预约充电结束时刻
Figure BDA0003644110490000218
充电桩jw的剩余电量；p蓄(t)为预测对应t时刻充电桩jw的储能功率，通过现有技术预测方法获得；
Figure BDA0003644110490000219
为充电桩jw的恒定输出功率；
Figure BDA00036441104900002110
为电动汽车i在充电桩jw的预约开始充电时刻；tw为预估电动汽车i到达充电桩jw的时刻；E额为充电桩jw储能电池的额定电量；
Figure BDA00036441104900002111
为充电桩jw允许电动汽车i插队预约充电时电动汽车i的最晚充电结束时刻；
Figure BDA00036441104900002112
为预估充电桩jw在
Figure BDA00036441104900002113
内的可分配电量；t额为预估在
Figure BDA00036441104900002114
内充电桩jw储能达到额定电量E额的时刻；bat_capi为电动汽车i动力电池的额定电量，REi(tw)为预估电动汽车i在到达充电桩jw时刻tw的剩余电量；TPw为电动汽车i在充电桩jw的
Figure BDA00036441104900002115
内的预约分配电量；
Figure BDA00036441104900002116
为电动汽车i在充电桩jw的预约充电时长；TP4为前车i4在
Figure BDA00036441104900002117
时间段的预约分配电量。
(10-1-5)、每经过一个Δt时间，调度系统平台根据充电桩jw重新更新的预约服务列表，从步骤(10-1-2)开始执行至步骤(10-1-4)，重新预估预约分配电量TPw。
预估方法2、当充电桩jw为电网直供充电桩时，具体预估方法如下：
(10-2-1)、首先设置电动汽车i到达充电桩jw的时刻tw之后的排队等待时限σ，σ为自定义时长值；预估方法2以下各变量的定义同预估方法1。
(10-2-2)、根据充电桩jw的预约服务列表查找电动汽车i到达充电桩jw的时刻tw至tw+σ之间是否有空闲时间段；如果没有空闲时间段，则预估充电桩jw能提供给电动汽车i的可分配电量Qw(i)＝0；电动汽车i在充电桩jw的预约分配电量TPw＝0。如果有空闲时间段则转去执行步骤(10-2-3)。
(10-2-3)、如果空闲时间段同步骤(10-1-3)的无限长，记为
Figure BDA0003644110490000221
其中
Figure BDA0003644110490000222
对应为前车i1的预约充电结束时刻且
Figure BDA0003644110490000223
之后无其他前车预约充电。预估充电桩jw能提供给电动汽车i的可分配电量Qw(i)无限大。
则电动汽车i在充电桩jw的预约分配电量TPw按式10-11估算：
TPw＝bat_capi-REi(tw) 10-11
式10-11中，bat_capi为电动汽车i动力电池的额定电量，REi(tw)为预估电动汽车i在到达充电桩jw时刻tw的剩余电量；
电动汽车i在充电桩jw的预约开始充电时刻
Figure BDA0003644110490000224
预约充电时长
Figure BDA0003644110490000225
(10-2-4)、如果空闲时间段是有限长
Figure BDA0003644110490000226
即有前车i1已经在
Figure BDA0003644110490000227
时间段在充电桩jw预约充电，预约分配电量为TP1；有前车i2已经在
Figure BDA0003644110490000228
时间段在充电桩jw预约充电，预约分配电量为TP2；其中t1、
Figure BDA0003644110490000229
分别对应为前车i1的预约开始充电时刻和预约充电结束时刻，t2、
Figure BDA00036441104900002210
分别为前车i2的预约开始充电时刻和预约充电结束时刻；
Figure BDA00036441104900002211
电网直供充电桩的空闲时间段都是电动汽车可充电的时间段，故充电桩jw能提供给电动汽车i的可分配电量Qw(i)用充电桩jw的可充电时间段
Figure BDA00036441104900002212
代替。
则按以下式10-12估算电动汽车i在充电桩jw的预约分配电量TPw：
Figure BDA00036441104900002213
式10-12中，bat_capi为电动汽车i动力电池的额定电量，REi(tw)为预估电动汽车i在到达充电桩jw时刻tw的剩余电量；
Figure BDA00036441104900002214
为充电桩jw的恒定输出功率；
Figure BDA00036441104900002215
为电动汽车i在充电桩jw的预约开始充电时刻。
电动汽车i在充电桩jw的预约充电时长
Figure BDA00036441104900002216
对于电网直供充电桩，其预约服务列表可以不予考虑充电桩jw对应各时刻的剩余电量。
通过此方法利用到达时间匹配及能量时分化实现储能充电桩与电网直供充电桩的融合使用，提高了充电桩网络的完整性，奠定了快充网的基础。
实施例1
本实施例全路网的充电桩的类型包括现有的储能充电桩，也可以包括由电网直接提供给电动运载工具充电的现有电网直供充电桩。储能充电桩的供电来源可以是新能源发电或向电网购电的互补式储能中的一种或多种，新能源发电包括太阳能发电、风能发电。电动运载工具通过储能充电桩进行直流充电简称快充；储能充电桩内部有自动切换工作模式的控制模块，当有电动运载工具连接充电桩进行充电时，控制模块控制切换为充电桩放电工作模式；当无电动运载工具连接充电时，控制模块控制自动切换为充电桩储能工作模式。
兼容储能充电桩的电动运载工具电量路径规划方法，本实施例电动运载工具为电动汽车，包括以下步骤：
1)、全网所有的充电桩分别通过无线通信网络或有线通信网络与所述调度系统平台连接，并向所述调度系统平台提交本桩状态信息，包括：本充电桩位置、本桩类型、本充电桩储能电池的额定电量E额、若为储能充电桩则提交本充电桩实时储能电量、本充电桩实时占用状态。电动汽车用户出发前，通过无线通信网络或有线通信网络连接调度系统平台，向所述调度系统平台提出从出发地O到目的地D的电量申请预约，所述电量申请预约包括以下信息：电动汽车车型、出发时刻t0、出发地O、目的地D及出发时刻电动汽车动力电池的初始剩余电量bat_capstr、电动汽车i动力电池的额定电量bat_capi。
2)、所述调度系统平台在现有地图如GIS上寻找从出发地O到目的地D的最短路径lz，z＝1；
3)所述调度系统平台根据各充电桩提交的本桩状态信息，以及电动汽车用户提交的电量预约申请，判断当所述电动汽车选择在所述最短路径lz沿途一个或多个充电桩分别预约充电，在各预约充电桩的预约分配电量是否满足所述电动汽车从出发地O行驶至目的地D的续航要求；若“是”则执行步骤4)，若“否”则转去执行步骤5)；
4)所述调度系统平台为所述电动汽车生成全程预约方案，所述全程预约方案包括为所述电动汽车指派所述最短路径lz上各预约充电桩及对应的预约分配电量、预约充电起止时刻，且返回预约成功的信息给所述电动汽车用户，结束本次预约；当所述电动汽车从出发地O出发后，所述调度系统平台按所述全程预约方案引导所述电动汽车出行及充电；
5)、所述调度系统平台排除所述最短路径lz，z＝z+1，从出发地O到目的地D的剩余路径中再寻找新的最短路径lz，如果找到所述新的最短路径lz则循环执行步骤3)至5)，如果找不到新的最短路径lz则返回预约失败的信息给所述电动汽车用户。
作为实施例1的一种变化，步骤3)如果该路径沿途各预约充电桩的预约分配电量无法满足所述电动汽车从出发地O行驶至目的地D的续航要求，则派移动充电车前往该路径补充电动汽车的预约分配电量，直到满足所述电动汽车从出发地O行驶至目的地D的续航要求。
寻找最短路径的方法除了从电子地图获取，还可以采用dijkstra算法等多种传统算法进行推算。现在的电子导航地图也在考虑路况之后提供最快到达路径，也可最为最短路径的替代用本发明进行验算。
按本实施例方法规划出来的最短路径符合能量消耗节约的要求，也符合用户需求和低碳社会需求。
实施例2
本实施例全路网的充电桩同实施例1。
兼容储能充电桩的电动运载工具电量路径规划方法，本实施例电动运载工具为电动汽车，包括以下步骤：
1)、路网所有的充电桩分别通过无线通信网络或有线通信网络与调度系统平台连接，电动汽车客户端通过无线通信网络或有线通信网络与调度系统平台连接；
路网所有的充电桩分别向调度系统平台提交本桩状态信息，包括：本充电桩位置、本桩类型、本充电桩储能电池的额定电量E额、本充电桩实时占用状态、若为储能充电桩则提交本充电桩实时储能电量。电动汽车i出发前，电动汽车i的电动汽车客户端向调度系统平台提出预约申请，所述预约申请包括以下信息：电动汽车用户名、电动汽车牌号、车型、出发时刻t0、出发地O、目的地D及出发时刻电动汽车动力电池的初始剩余电量bat_capstr、电动汽车i动力电池的额定电量bat_capi；调度系统平台分别为每个充电桩建立并存储预约服务列表，预约服务列表的字段内容包括电动汽车用户名、电动汽车牌号、车型、预约开始充电时刻及对应的充电桩剩余电量、预约充电结束时刻及对应的充电桩剩余电量、预约分配电量、充电时长、空闲时间段类型及对应的可分配电量；
2)、寻找最短路径lz：由所述调度系统平台通过现有地图如GIS获得从出发地O到目的地D的路径集合L＝{l1，…，la}中的最短路径lz，z＝1，
Figure BDA0003644110490000241
3)、由以上方法一得路径lz沿途分布的充电桩有向序列矩阵(j1，j2，…jn)T，则电动汽车i可选择充电的充电桩组合有
Figure BDA0003644110490000242
种，从中选择任意一种充电桩组合，假设为(jx1，jx2，…jxk)T，电动汽车i在(jx1，jx2，…jxk)T中每一个充电桩均预约充电。
4)、对所选的充电桩组合(jx1，jx2，…jxk)T，用(jx0，jx1，jx2，…jxk，jxk+1)T表示路径lz的分段点有向序列矩阵，其中jx0对应为出发地O，jxk+1对应为目的地D，其余一一对应为(jx1，jx2，…jxk)T中的充电桩。
假设电动汽车i从出发地O沿路径lz依序到达(jx0，jx1，jx2，…jxk，jxk+1)T中各分段点，分别按以上方法三预估电动汽车i分段路径耗能；依序对(jx0，jx1，jx2，…jxk，jxk+1)T中每一个充电桩jw，
Figure BDA0003644110490000258
，分别按以上方法六预估电动汽车i到达充电桩jw的时刻tw，分别按以上方法七预估电动汽车i在到达充电桩jw时刻tw的剩余电量REi(tw)；分别按以上方法十预估电动汽车i在充电桩jw的预约分配电量TPw、电动汽车i在充电桩jw的充电时长
Figure BDA0003644110490000251
电动汽车i在充电桩jw的预约开始充电时刻
Figure BDA0003644110490000252
及对应的充电桩剩余电量
Figure BDA0003644110490000253
预约充电结束时刻
Figure BDA0003644110490000254
及对应的充电桩剩余电量
Figure BDA0003644110490000255
5)、若充电桩组合(jx1，jx2，…jxk)T中的每一个充电桩jw，按步骤4)所得的电动汽车i从当前分段点到下一个分段点的耗能ECw，w+1、电动汽车i到达充电桩jw的时刻tw、电动汽车i在到达充电桩jw时刻tw的剩余电量REi(tw)、电动汽车i在充电桩jw的预约分配电量TPw均满足以下不等式组2-1-1，则该充电桩组合(jx1，jx2，…jxk)T能使该最短路径lz满足电动汽车i的全程续航要求，否则转去执行步骤6)。
Figure BDA0003644110490000256
不等式组2-1-1中，bat_capstr为电动汽车i出发时刻t0动力电池的初始剩余电量；
Figure BDA0003644110490000257
表示电动汽车i在充电桩组合(jx1，jx2，…jxk)T中的所有预约充电桩的预约分配电量总和；EC0，n+1表示电动汽车i从出发地O沿最短路径lz到达目的地D的全程能耗，为采用以上方法三预估电动汽车i的分段路径耗能后累计而得。
当最短路径lz满足全程续航要求则生成全程预约方案，结束本次预约；全程预约方案包括指派最短路径lz沿途分布的充电桩组合(jx1，jx2，…jxk)T为电动汽车i依序预约充电，一一对应预约分配电量为(TPx1，TPx2，…TPxk)T，以及各预约充电桩的预约充电起止时刻。并根据所述全程预约方案和步骤4)所得更新(jx1，jx2，…jxk)T中的每一个充电桩jw的预约服务列表。当所述电动汽车从出发地O出发后，所述调度系统平台按所述全程预约方案引导所述电动汽车出行及充电。
6)若充电桩组合(jx1，jx2，…jxk)T不能使路径lz满足电动汽车i的全程续航要求，则从步骤3)的
Figure BDA0003644110490000261
种电动汽车i可选择充电的充电桩组合中排除充电桩组合(jx1，jx2，…jxk)T，如果步骤3)的
Figure BDA0003644110490000262
种电动汽车i可选择充电的充电桩组合均已经排除完，则说明路径lz不满足全程续航要求，转去执行步骤7)；否则从
Figure BDA0003644110490000263
种电动汽车i可选择充电的充电桩组合排除充电桩组合(jx1，jx2，…jxk)T后剩余的组合中选择另一种组合，转去步骤4)循环执行至步骤6)。
7)从步骤2)的路径集合L＝{l1，…，la}排除路径lz，如果路径集合L＝{l1，…，la}中的路径已经被排除至为空集合，则返回客户预约失败信息，结束预约；如果路径集合L的路径还未被排除至为空集合，则z＝z+1，从剩余的路径集合L找新的最短路径lz，转去步骤3)开始循环执行至步骤6)。
作为本实施例的另一种变换，考虑到路况及汽车用户驾驶情况等实际因素的影响可能使电动汽车i提前或延迟到达预约充电桩jw，为了不影响预约，预估电动汽车i到达充电桩jw的时刻tw可以用tw-θ或tw+θ代替，其中θ为自定义时长值。其余方法和步骤不变。
作为本实施例的另一种变换，若
Figure BDA0003644110490000264
种电动汽车i可选择充电的充电桩组合中有N种组合均能使路径lz满足电动汽车i的全程续航要求，则选择其中预约充电次数最少即预约充电桩最少的组合生成全程预约方案。其余方法和步骤不变。
作为本实施例的另一种变换，考虑司机驾驶疲劳度，途中充电即为休息停歇点，可采取等分为若干个时点选择充电桩，在步骤(3)的
Figure BDA0003644110490000265
种组合选择其中包含所述必选预约充电的充电桩的组合代替，其余方法和步骤不变。
作为本实施例的另一种变换，考虑到物流电动汽车有指定作业点，所述指定作业点有充电桩则作为物流电动汽车必选预约充电的充电桩，则步骤(2)中只能选择包含所述必选预约充电的充电桩的路径，在步骤(3)的
Figure BDA0003644110490000266
种组合只能选择其中包含所述必选预约充电的充电桩的组合代替，其余方法和步骤不变。
作为本实施例的另一种变换，每经过一个Δt时间，调度系统平台按方法九重新公布充电桩组合(jx1，jx2，…jxk)T中每一个储能充电桩jw的空闲时间段类型及对应的可分配电量，更新每一个储能充电桩jw的预约服务列表；按方法十重新预估每一个储能充电桩jw的预约分配电量TPw，按方法六重新预估电动汽车i到达充电桩jw的时刻tw，然后从步骤4)开始循环执行至步骤6)，重新规划电动汽车电量路径。
作为本实施例的另一种变换，如果是包含多个充电桩的充电站，只需设充电站中的各充电桩之间的距离为极小值比如1米，同样适用上述实施例2的方法进行充电路径规划，就能实现电动汽车i在一个充电站中预约不同充电桩充电。
现有技术中，有些直流充电桩与供电电源的连接结构为：风力发电机产生的交流电通过整流后转化为直流传入共用直流母线，光伏发电产生的直流电通过变压器传入共用直流母线，或者还包括市电通过整流后转化为直流传入共用直流母线，充电桩的储能电池产生的直流电经过变压器传入共用直流母线，共用直流母线连接电动汽车。当充电桩的储能电池电量不足时，光伏发电、风力发电或市电可以同时为该储能电池和电动汽车充电，此时电动汽车为慢充，相当于电网直供充电桩；当充电桩的储能电池电量足够时，通过充电桩的储能电池为电动汽车充电，此时电动汽车为快充，相当于储能式充电桩。同样适用本实施例方法。
实施例3
本实施例全路网的充电桩同实施例1。
兼容储能充电桩的电动运载工具电量路径规划方法，本实施例电动运载工具为电动汽车，还包括调整前车的方法，步骤如下：
1、设在电动汽车i预约前已有前车按实施例2的方法各自预约充电路径，分别生成各自的全程预约方案。本实施例所述前车指的是：与电动汽车i至少有一个共同预约充电的充电桩简称共用桩，包括当电动汽车i预计到达共用桩时，已预约但尚未出发的车；还包括预约后已出发但当电动汽车i预计到达共用桩时，尚未行驶到该共用桩的车。
2、电动汽车i按实施例2的方法进行预约，从实施例2步骤1)开始执行，步骤2)选择的是从出发地O到目的地D的路径集合L＝{l1，…，la}中的最短路径lz，当执行至步骤6)得出结论为最短路径lz不满足全程续航要求时，则按执行以下步骤3调整前车；
3、按实施例2步骤3)在最短路径lz电动汽车i可选择充电的充电桩组合有
Figure BDA0003644110490000271
Figure BDA0003644110490000272
种，从中选择任意一种充电桩组合进行预约充电，假设为(jx1，jx2，…jxk)T，当执行到步骤5)电动汽车i在充电桩jw预约电量但无法满足式2-1-1时，即电动汽车i在充电桩jw预约电量但不能行驶至下一个分段点jw+1，jw和jw+1均为(jx0，jx1，jx2，…jxk，jxk+1)T中的分段点；则对前车进行全程预约方案的调整。可以是对任意一个共用桩或者多个共用桩调整前车的全程预约方案。调整方法包含但并不限于以下几种：
调整方法1)、取消前车在一个或多个共用桩的预约分配电量，取消的预约分配电量重新合并计入各自对应充电桩的剩余电量中，再按实施例2的步骤3)至6)的方法，分别对电动汽车i的最短路径lz、前车原全程预约方案的路径进行判断是否各自满足电动汽车i、前车的续航要求，若满足则调度系统平台为所述电动汽车i生成全程预约方案，为所述前车生成新的全程预约方案，调整成功；若不满足电动汽车i或前车续航要求，则无法调整前车，恢复前车的原全程预约方案。
调整方法2)、减少前车在一个或多个共用桩的预约分配电量，前车减少的预约分配电量总和大于等于电动汽车i在充电桩jw预约电量后行驶至下一个分段点jw+1预计还缺少的电量ΔTPi，ΔTPi按下式3-1-1估算：
ΔTPi＝ECw，w+1-REi(tw)-TPw 3-1-1
其中：ECw，w+1表示电动汽车i从当前充电桩jw到下一个分段点的耗能、tw为预估电动汽车i到达充电桩jw的时刻、REi(tw)为预估电动汽车i在到达充电桩jw时刻tw的剩余电量、TPw为电动汽车i在充电桩jw的预约分配电量。
各共用桩减少的预约分配电量重新合并计入各自的剩余电量中，再按实施例2的步骤3)至6)的方法，分别对电动汽车i的最短路径lz、前车原全程预约方案的路径进行判断是否各自满足电动汽车i、前车的续航要求，若均满足则调度系统平台为所述电动汽车i生成全程预约方案，为所述前车生成新的全程预约方案，调整成功；若不满足电动汽车i或前车续航要求，则无法调整前车，恢复前车的原全程预约方案。
通过调度系统平台对运载工具进行充电调度，将原来由用户基于桩位的自行指定无序预约提升为由调度平台基于全网用户能量需求和充电桩资源进行统一规划和分配，并对用户进行指令性调度，实现了资源利用最大化，满足更多运载工具的行驶需求。
实施例4
本实施例全路网的充电桩同实施例1。
兼容储能充电桩的电动运载工具电量路径规划方法，本实施例电动运载工具为电动汽车，还包括校正的方法如下：
电动汽车按实施例2或3的兼容储能充电桩的电动汽车电量路径规划方法生成全程预约方案。
由于电动汽车的全程预约方案为提前预约，为了避免在出发时或出发后实际的车辆参数或充电桩参数与预约时产生较大的变化而影响电动汽车按全程预约方案顺利出行充电，分别采用以下几种校正方法对电动汽车的全程预约方案进行校正：
校正方法1：如果电动汽车在出发前，确定参数包括出发时刻、车载质量m负和电动汽车动力电池的初始剩余电量与申请预约时提交的信息有变化，则按确定参数重新向调度系统平台提交，调度系统平台根据确定参数采用实施例2或实施例3的电量路径规划方法重新生成全程预约方案，当所述电动汽车从出发地O出发后，所述调度系统平台按所述新的全程预约方案引导所述电动汽车出行及充电。如果按实施例2或实施例3的电量路径规划方法无法生成新的全程预约方案，则预约失败。
校正方法2：电动汽车出发后，当行驶一段时间或距离后，电动汽车根据行驶的实际参数包括电动汽车动力电池的剩余电量、行驶里程的变化，计算出平均行驶速度和平均能耗和汽车负载，向调度系统平台再次提交，调度系统平台根据实际参数采用实施例2或实施例3的电量路径规划方法重新生成全程预约方案引导电动汽车出行和充电。实际参数可以是通过电动汽车自身检测获得并通过无线网络或司机电话或车载终端语音方式提报给调度系统平台，也可以是司机根据经验值估算后提报给调度系统平台。
校正方法3：每当调度系统平台为一辆电动汽车生成全程预约方案，或者是电动汽车按全程预约方案实施充电行动后，调度系统平台将更新对应预约充电桩的服务列表内容。
校正方法4：
已知在电动汽车的全程预约方案中包括预估到达充电桩jw的时刻为tw、预估电动汽车在充电桩jw的预约分配电量TPw、电动汽车在充电桩jw的充电时长
Figure BDA0003644110490000291
电动汽车在充电桩jw的预约开始充电时刻
Figure BDA0003644110490000292
及对应的充电桩剩余电量
Figure BDA0003644110490000293
预约充电结束时刻
Figure BDA0003644110490000294
及对应的充电桩剩余电量
Figure BDA0003644110490000295
电动汽车上路后，行驶途中，车上的地图软件实时提供当前位置Pa、当前时间ta、与最近的预约充电桩jw的距离Daw、从Pa到jw的行驶时间taw；
电动汽车定时判断若发生|(ta+taw)-tw|＞θ，其中θ为自定义时长值，则电动汽车用户向调度系统平台申请修改在充电桩jw的预约，调度系统平台查询充电桩jw的预约服务列表，若在(ta+taw)时刻之后存在空闲时间段≥充电时长
Figure BDA0003644110490000296
且该空闲时间段对应的可分配电量≥预约分配电量TPw，则将该空闲时间段分配给电动汽车，修改预估到达充电桩jw的时刻及预约开始充电时刻均为(ta+taw)，在充电桩jw的预约充电时长和预约分配电量不变，更新电动汽车的全程预约方案；同时取消电动汽车在充电桩jw的原预约，再更新充电桩jw的预约服务列表。
如果在(ta+taw)时刻之后不存在空闲时间段≥充电时长
Figure BDA0003644110490000301
且该空闲时间段对应的可分配电量≥预约分配电量TPw，那么调度系统平台通知用户无法修改在充电桩jw的预约，电动汽车应当就当前的时间和位置向调度系统平台申请按按实施例2或3的兼容储能充电桩的电动汽车电量路径规划方法重新规划新的电量路径。
实施例5
储能充电桩的电量预约方法，步骤如下：
(1)、储能充电桩建立并存储本桩的预约服务列表，预约服务列表的字段内容包括电动汽车用户名、电动汽车牌号、车型、预约开始充电时刻及对应于此时刻的充电桩剩余电量、预约充电结束时刻及对应于此时刻的充电桩剩余电量、预约分配电量、充电时长、空闲时间段类型及对应的可分配电量；
(2)储能充电桩在不影响前车在本桩已经预约充电的时间段和预约分配电量的条件下，储能充电桩按以上方法九公布本桩每一段空闲时间段的类型及对应的可分配电量；
(3)电动汽车车载终端通过无线网络连接储能充电桩，获取步骤(2)公布的空闲时间段类型及对应的可分配电量，电动汽车用户根据需要选择适合的空闲时间段通过电动汽车车载终端向储能充电桩进行预约充电。
(4)所述电动汽车预约后，储能充电桩根据步骤(3)的预约结果更新本桩的预约服务列表。
作为本实施例的另一种变换，本储能充电桩在不影响本桩预约服务列表的前提下，通过无线或有线连接调度系统平台，与全网其他储能充电桩一样，按实施例2或3或4的电量路经规划方法参与调度系统平台的统筹管理。反之，实施例2或3或4的全网储能充电桩在不影响各自的预约服务列表前提下，均可按实施例5的上述储能充电桩电量预约方法为电动汽车提供电量预约。
通过此方法在储能充电桩储电预测的基础上对储能充电桩的多用户充电行为和储能电桩的放电行为在时间维度上实现了统一运算，实现了对储能充电桩电量的多用户预约。
本发明的实施例1至实施例5的方法，不仅适用于电动汽车，同样也适用于电动飞行器或电动船，在考虑适航区域和气象条件修正后进行预约及电量路径规划。

Claims (14)

1.兼容储能充电桩的电动运载工具电量路径规划方法，储能充电桩供电来源为新能源发电或向电网购电的互补式储能，其特征在于：包括以下步骤：
1)、全网所有的充电桩分别向调度系统平台提交本桩状态信息，电动汽车用户出发前通过网络连接向所述调度系统平台提出从出发地O到目的地D的电量申请预约，所述电量申请预约包括以下信息：电动汽车车型、汽车负载质量、出发时刻、出发地O、目的地D及出发时刻电动汽车动力电池的剩余电量；
2)、所述调度系统平台在现有地图上寻找从出发地O到目的地D的最短路径lz，z＝1；
3)所述调度系统平台根据各充电桩提交的本桩状态信息，以及电动汽车用户提交的电量预约申请，判断当所述电动汽车选择在所述最短路径lz沿途一个或多个充电桩分别预约充电，在各预约充电桩的预约分配电量是否满足所述电动汽车从出发地O行驶至目的地D的续航要求；若“是”则执行步骤4)，若“否”则转去执行步骤5)；
4)所述调度系统平台为所述电动汽车生成全程预约方案，所述全程预约方案包括为所述电动汽车指派所述最短路径lz上各预约充电桩及对应的预约分配电量，且返回预约成功的信息给所述电动汽车用户，结束本次预约；当所述电动汽车从出发地O出发后，所述调度系统平台按所述全程预约方案引导所述电动汽车出行及充电；
5)、所述调度系统平台排除所述最短路径lz，z＝z+1，从出发地O到目的地D的剩余路径中再寻找新的最短路径lz，如果找到新的最短路径lz则循环执行步骤3)至5)，如果找不到新的最短路径lz则返回预约失败的信息给所述电动汽车用户。
2.如权利要求1所述的兼容储能充电桩的电动运载工具电量路径规划方法，其特征在于，所述步骤3)中，所述电动汽车选择在所述最短路径lz沿途一个或多个充电桩分别预约充电，选择方法如下：设最短路径lz沿途分布有n个充电桩，则所述电动汽车可选择充电的充电桩组合有
Figure FDA0003644110480000011
种，从中选择任意一种充电桩组合或预约使用充电桩数量最少的充电桩组合进行预约充电。
3.如权利要求1所述的兼容储能充电桩的电动运载工具电量路径规划方法，其特征在于，所述步骤3)中，判断当所述电动汽车在所述最短路径lz沿途一个或多个充电桩分别预约充电，在各预约充电桩的预约分配电量是否满足所述电动汽车从出发地O行驶至目的地D的续航要求，具体判断方法如下：
设所述电动汽车在最短路径lz沿途依序预约充电的充电桩组合为(jx1,jx2,…jxk)T，依序判断其中的每个充电桩jw，对应的预约分配电量是否满足不等式组2-1-1，如果都满足则所述最短路径lz满足所述电动汽车从出发地O行驶至目的地D的续航要求；否则所述最短路径lz不满足所述电动汽车从出发地O行驶至目的地D的续航要求；
Figure FDA0003644110480000021
不等式组2-1-1中，REi(tw)为预估电动汽车在到达充电桩jw时刻tw的剩余电量，TPw表示电动汽车在充电桩jw的预约分配电量，ECw,w+1表示预估电动汽车从当前充电桩jw到下一个充电桩jw+1的耗能，如果充电桩jw为最短路径lz最后一个充电桩，则ECw,w+1表示预估电动汽车从当前充电桩jw到目的地D的能耗；bat_capstr为电动汽车出发时刻t0动力电池的初始剩余电量；
Figure FDA0003644110480000022
表示电动汽车在充电桩组合(jx1,jx2,…jxk)T中的所有预约充电桩的预约分配电量总和；EC0,n+1表示预估电动汽车从出发地O沿最短路径lz到达目的地D的全程能耗。
4.如权利要求3所述的兼容储能充电桩的电动运载工具电量路径规划方法，其特征在于，所述电动汽车到达充电桩jw时刻tw，按下式6-1预估：
tw＝t0+在先预约充电时长的总和+在先排队等待充电时长的总和+t0,w 6-1
式6-1中，t0表示所述电动汽车出发时刻；t0,w表示预估所述电动汽车从出发地O沿最短路径lz到达充电桩jw的行驶时长；在先预约充电时长的总和指的是预估所述电动汽车从出发地O沿最短路径lz到达充电桩jw时，已经在沿途其他充电桩预约充电的预约充电时长累计值；在先排队等待充电时长的总和指的是预估所述电动汽车从出发地O沿最短路径lz到达充电桩jw时，已经在沿途其他充电桩预约充电的排队等待充电时长累计值。
5.如权利要求3所述的兼容储能充电桩的电动运载工具电量路径规划方法，其特征在于，所述电动汽车在到达充电桩jw时刻tw的剩余电量REi(tw)，按下式7-1的预估：
REi(tw)＝bat_capstr+在先预约分配电量总和-EC0,w 7-1
式7-1中，bat_capstr为所述电动汽车出发时的初始剩余电量；在先预约分配电量总和是指截止所述电动汽车从出发地O沿最短路径lz到达充电桩jw时刻tw，已经在沿途其他充电桩预约的预约分配电量累计值；EC0,w表示预估所述电动汽车从出发地O沿最短路径lz行驶到充电桩jw的能耗。
6.如权利要求3所述的兼容储能充电桩的电动运载工具电量路径规划方法，其特征在于，所述电动汽车在充电桩jw的预约分配电量TPw，当充电桩jw为储能式充电桩时，预约分配电量TPw的预估方法具体步骤如下：
(10-1-1)、设所述电动汽车为电动汽车i，首先预设电动汽车i到达充电桩jw的时刻tw之后的排队等待时限σ，σ为自定义时长值；
(10-1-2)、根据充电桩jw的预约服务列表，查在tw至tw+σ之间充电桩jw的空闲时间段类型，如果查到的空闲时间段类型都为储能时段，则充电桩jw不能让电动汽车i预约充电，即预约分配电量TPw＝0；如果查到的空闲时间段类型是可分配电量空闲时段则转去执行步骤(10-1-3)；
(10-1-3)、查充电桩jw预约服务列表，如果在tw至tw+σ之间充电桩jw的空闲时间段为
Figure FDA0003644110480000031
表示在
Figure FDA0003644110480000032
之后尚无任何车预约充电，即
Figure FDA0003644110480000033
为可分配电量空闲时段且为无限长；如果在tw至tw+σ之间充电桩jw的空闲时间段不是无限长则转去执行步骤(10-1-4)；设有前车i1已经在
Figure FDA0003644110480000034
时间段预约充电，其中t1、
Figure FDA0003644110480000035
分别对应为前车i1的预约开始充电时刻和预约充电结束时刻，E(t1)、
Figure FDA0003644110480000036
一一对应为预估在t1、
Figure FDA0003644110480000037
时刻充电桩jw的剩余电量，前车i1的预约分配电量为
Figure FDA0003644110480000038
电动汽车i在充电桩jw的预约开始充电时刻
Figure FDA0003644110480000039
按下式10-1估算：
Figure FDA00036441104800000310
充电桩jw在
Figure FDA00036441104800000311
内的可分配电量
Figure FDA00036441104800000312
按以下方程组10-2估算：
Figure FDA00036441104800000313
方程组10-2的约束条件如下：
Figure FDA00036441104800000314
电动汽车i在充电桩jw的
Figure FDA00036441104800000315
内的预约分配电量TPw按式10-3估算：
Figure FDA00036441104800000316
电动汽车i在充电桩jw的预约充电时长
Figure FDA00036441104800000317
按式10-4估算：
Figure FDA00036441104800000318
充电桩jw对应预约开始充电时刻
Figure FDA0003644110480000041
的剩余电量为
Figure FDA0003644110480000042
充电桩jw对应预约充电结束时刻
Figure FDA0003644110480000043
的剩余电量为
Figure FDA0003644110480000044
步骤(10-1-3)以上各式的变量统一定义如下：
Figure FDA0003644110480000045
为电动汽车i在充电桩jw的预约开始充电时刻；tw为预估电动汽车i到达充电桩jw的时刻；
Figure FDA0003644110480000046
为充电桩jw在
Figure FDA0003644110480000047
内的可分配电量；
Figure FDA0003644110480000048
为对应前车i1的预约充电结束时刻
Figure FDA0003644110480000049
充电桩jw的剩余电量；p蓄(t)为预测对应t时刻充电桩jw的储能功率，通过现有技术预测方法获得；
Figure FDA00036441104800000410
为充电桩jw的恒定输出功率；E额为充电桩jw储能电池的额定电量；t额为在
Figure FDA00036441104800000411
内充电桩jw储能达到额定电量E额的时刻；bat_capi为电动汽车i动力电池的额定电量，REi(tw)为预估电动汽车i在到达充电桩jw时刻tw的剩余电量；TPw为电动汽车i在充电桩jw的
Figure FDA00036441104800000412
内的预约分配电量；
Figure FDA00036441104800000413
为电动汽车i在充电桩jw的预约充电时长；
(10-1-4)、如果在tw至tw+σ之间充电桩jw的空闲时间段为可分配电量空闲时段且为有限长，设前车i1已经在
Figure FDA00036441104800000414
时间段在充电桩jw预约充电，预约分配电量为
Figure FDA00036441104800000415
Figure FDA00036441104800000416
有前车i2已经在
Figure FDA00036441104800000417
时间段在充电桩jw预约充电，预约分配电量为
Figure FDA00036441104800000418
Figure FDA00036441104800000419
其中t1、
Figure FDA00036441104800000420
分别对应为前车i1的预约开始充电时刻和预约充电结束时刻，t2、
Figure FDA00036441104800000421
分别为前车i2的预约开始充电时刻和预约充电结束时刻；
Figure FDA00036441104800000422
E(t1)、
Figure FDA00036441104800000423
E(t2)、
Figure FDA00036441104800000424
一一对应为预估在t1、
Figure FDA00036441104800000425
t2、
Figure FDA00036441104800000426
时刻充电桩jw的剩余电量；
Figure FDA00036441104800000427
为所述的可分配电量空闲时段，充电桩jw在可分配电量空闲时段
Figure FDA00036441104800000428
允许电动汽车i插队预约充电的前提条件，是不能影响已经预约在该时间段
Figure FDA00036441104800000429
后充电的其他前车的预约分配电量和预约充电起止时刻，即首先须保证前车i2在预约充电时段
Figure FDA00036441104800000430
的预约分配电量TP2不变，也即须满足下式10-5：
Figure FDA00036441104800000431
式10-5的约束条件：
Figure FDA0003644110480000051
由式10-5及其约束条件可推算得充电桩jw允许电动汽车i插队预约充电时电动汽车i的最晚充电结束时刻
Figure FDA0003644110480000052
则充电桩jw在该可分配电量空闲时段
Figure FDA0003644110480000053
的可分配电量
Figure FDA0003644110480000054
按如下方程组10-6预估：
Figure FDA0003644110480000055
上式10-5和式10-6中，电动汽车i在充电桩jw的预约开始充电时刻
Figure FDA0003644110480000056
按下式10-7估算：
Figure FDA0003644110480000057
根据式10-6所得
Figure FDA0003644110480000058
电动汽车i在充电桩jw的
Figure FDA0003644110480000059
内的预约分配电量TPw按下式10-8估算：
Figure FDA00036441104800000510
由式10-8所得TPw，电动汽车i在充电桩jw的预约充电时长
Figure FDA00036441104800000511
按下式10-9估算：
Figure FDA00036441104800000512
如果还有其他前车比电动汽车i先在充电桩jw预约充电，但是预约充电的时间在前车i2预约充电时段
Figure FDA00036441104800000513
之后，则充电桩jw在可分配电量空闲时段
Figure FDA00036441104800000514
允许电动汽车i插队预约充电的前提条件，除了须保证前车i2在预约充电时段
Figure FDA00036441104800000515
的预约分配电量TP2不变，还要保证所有所述的其他前车的预约起止时间和预约分配电量不变，具体方法如下：
设还有其他前车i4比电动汽车i先预约在
Figure FDA00036441104800000516
时间段充电，预约分配电量为TP4，其中
Figure FDA0003644110480000061
则TPw还要满足以下公式10-10：
Figure FDA0003644110480000062
如果TPw不满足式10-10，则减少TPw，相应的
Figure FDA0003644110480000063
按式10-9推算也减少，直到满足式10-10；
如果前车i4的预约充电时段
Figure FDA0003644110480000064
之后依次还有其他前车i5、i6……均比电动汽车i先在充电桩jw预约充电，则分别比照前车i4的方法处理；直到TPw能保证所有所述的其他前车的预约起止时间和预约分配电量不变；如果TPw减少到预设的阀值，但均不能保证所有所述的其他前车的预约起止时间和预约分配电量不变，则充电桩jw不允许电动汽车i在空闲时间段
Figure FDA0003644110480000065
插队预约充电，即令预约分配电量TPw＝0；
如果最终所得的TPw≠0，则充电桩jw对应预约开始充电时刻
Figure FDA0003644110480000066
的剩余电量为
Figure FDA0003644110480000067
充电桩jw对应预约充电结束时刻
Figure FDA0003644110480000068
的剩余电量为
Figure FDA0003644110480000069
步骤(10-1-4)以上各式的变量统一定义如下：TP2为前车i2在预约充电时段
Figure FDA00036441104800000610
的预约分配电量；
Figure FDA00036441104800000611
为对应前车i1的预约充电结束时刻
Figure FDA00036441104800000612
充电桩jw的剩余电量；p蓄(t)为预测对应t时刻充电桩jw的储能功率，通过现有技术预测方法获得；
Figure FDA00036441104800000613
为充电桩jw的恒定输出功率；
Figure FDA00036441104800000614
为电动汽车i在充电桩jw的预约开始充电时刻；tw为预估电动汽车i到达充电桩jw的时刻；E额为充电桩jw储能电池的额定电量；
Figure FDA00036441104800000615
为充电桩jw允许电动汽车i插队预约充电时电动汽车i的最晚充电结束时刻；
Figure FDA00036441104800000616
为预估充电桩jw在
Figure FDA00036441104800000617
内的可分配电量；t额为预估在
Figure FDA00036441104800000618
内充电桩jw储能达到额定电量E额的时刻；bat_capi为电动汽车i动力电池的额定电量，REi(tw)为预估电动汽车i在到达充电桩jw时刻tw的剩余电量；TPw为电动汽车i在充电桩jw的
Figure FDA00036441104800000619
内的预约分配电量；
Figure FDA00036441104800000620
为电动汽车i在充电桩jw的预约充电时长；TP4为前车i4在
Figure FDA00036441104800000621
时间段的预约分配电量。
7.如权利要求6所述的兼容储能充电桩的电动运载工具电量路径规划方法，其特征在于，还包括步骤(10-1-5)：每经过一个Δt时间，调度系统平台根据重新更新的充电桩jw的预约服务列表，从步骤(10-1-2)开始执行至步骤(10-1-4)，重新预估预约分配电量TPw。
8.如权利要求3所述的兼容储能充电桩的电动运载工具电量路径规划方法，其特征在于，所述电动汽车在充电桩jw的预约分配电量TPw，当充电桩jw为电网直供充电桩时，预约分配电量TPw的预估方法具体步骤如下：
(10-2-1)、设所述电动汽车为电动汽车i，首先设置电动汽车i到达充电桩jw的时刻tw之后的排队等待时限σ，σ为自定义时长值；
(10-2-2)、根据充电桩jw的预约服务列表查找电动汽车i到达充电桩jw的时刻tw至tw+σ之间是否有空闲时间段；如果没有空闲时间段，则预估充电桩jw能提供给电动汽车i的可分配电量Qw(i)＝0；电动汽车i在充电桩jw的预约分配电量TPw＝0；如果有空闲时间段则转去执行步骤(10-2-3)；
(10-2-3)、如果空闲时间段为无限长，记为
Figure FDA0003644110480000071
其中
Figure FDA0003644110480000072
对应为前车i1的预约充电结束时刻且
Figure FDA0003644110480000073
之后无其他前车预约充电；则电动汽车i在充电桩jw的预约分配电量TPw按式10-11估算：
TPw＝bat_capi-REi(tw) 10-11
式10-11中，bat_capi为电动汽车i动力电池的额定电量，REi(tw)为预估电动汽车i在到达充电桩jw时刻tw的剩余电量；
电动汽车i在充电桩jw的预约开始充电时刻
Figure FDA0003644110480000074
其中tw为预估电动汽车i在到达充电桩jw时刻；
由式10-11所得的TPw，预约充电时长
Figure FDA0003644110480000075
其中
Figure FDA0003644110480000076
为充电桩jw的恒定输出功率；
(10-2-4)、如果空闲时间段是有限长，即设前车i1已经在
Figure FDA0003644110480000077
时间段在充电桩jw预约充电；有前车i2已经在
Figure FDA0003644110480000078
时间段在充电桩jw预约充电；其中t1、
Figure FDA0003644110480000079
分别对应为前车i1的预约开始充电时刻和预约充电结束时刻，t2、
Figure FDA00036441104800000710
分别为前车i2的预约开始充电时刻和预约充电结束时刻；
Figure FDA00036441104800000711
则按以下式10-12估算电动汽车i在充电桩jw的预约分配电量TPw：
Figure FDA00036441104800000712
式10-12中，bat_capi为电动汽车i动力电池的额定电量，REi(tw)为预估电动汽车i在到达充电桩jw时刻tw的剩余电量；
Figure FDA0003644110480000081
为充电桩jw的恒定输出功率；
Figure FDA0003644110480000082
为电动汽车i在充电桩jw的预约开始充电时刻，
Figure FDA0003644110480000083
电动汽车i在充电桩jw的预约充电时长
Figure FDA0003644110480000084
9.如权利要求6或8所述的兼容储能充电桩的电动运载工具电量路径规划方法，其特征在于，所述电动汽车在到达充电桩jw时刻tw，用tw-θ或tw+θ代替，其中θ为自定义时长值。
10.如权利要求1至8之一所述的兼容储能充电桩的电动运载工具电量路径规划方法，其特征在于，还包括调整前车的方法如下：
设在电动汽车i预约前已有前车各自预约充电且分别生成各自的全程预约方案；当电动汽车i按所述的兼容储能充电桩的电动运载工具电量路径规划方法进行预约充电，当所选择的从出发地O到目的地D的路径集合L＝{l1,…,la}中的最短路径lz不满足全程续航要求时，则调整前车的全程预约方案，包括取消或减少前车在一个或多个共用桩的预约分配电量，再分别对电动汽车i的最短路径lz、前车原全程预约方案的路径进行判断是否各自满足电动汽车i、前车的全程续航要求，若都满足则调度系统平台为所述电动汽车i生成全程预约方案，为所述前车生成新的全程预约方案，调整成功；若有任一车不满足全程续航要求，则无法调整前车，恢复前车的原全程预约方案。
11.储能充电桩的电量预约方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)、储能充电桩建立并存储本桩的预约服务列表，预约服务列表的字段内容包括电动汽车用户名、电动汽车牌号、车型、预约开始充电时刻及对应于此时刻的充电桩剩余电量、预约充电结束时刻及对应于此时刻的充电桩剩余电量、预约分配电量、预约充电时长、空闲时间段的类型及对应的可分配电量；
(2)储能充电桩在不影响前车在本桩已经预约充电的时间段和预约分配电量的条件下，公布本桩每一段空闲时间段的类型及对应的可分配电量；
(3)电动汽车车载终端通过无线网络连接储能充电桩，获取步骤(2)公布的空闲时间段的类型及对应的可分配电量，电动汽车用户根据需要选择适合的空闲时间段通过电动汽车车载终端向储能充电桩进行预约充电；
(4)所述电动汽车预约后，储能充电桩根据步骤(3)的预约结果更新本桩的预约服务列表。
12.如权利要求11所述的储能充电桩的电量预约方法，其特征在于，所述步骤(2)储能充电桩公布本桩每一段空闲时间段的类型及对应的可分配电量，具体方法如下：
空闲时间段分为储能充电桩jw的储能时段和可分配电量空闲时段两种类型；查找储能充电桩jw预约服务列表，设有空闲时间段
Figure FDA0003644110480000091
前后均已经有车预约充电，如有前车i1已经在
Figure FDA0003644110480000092
时间段预约充电，预约分配电量为
Figure FDA0003644110480000093
有前车i2已经在
Figure FDA0003644110480000094
时间段预约充电，预约分配电量为
Figure FDA0003644110480000095
其中t1、
Figure FDA0003644110480000096
分别对应为前车i1的预约开始充电时刻和预约充电结束时刻，t2、
Figure FDA0003644110480000097
分别为对应前车i2的预约开始充电时刻和预约充电结束时刻；
Figure FDA0003644110480000098
一一对应为预估在t1、
Figure FDA0003644110480000099
t2、
Figure FDA00036441104800000910
时刻储能充电桩jw的剩余电量；
(A)、空闲时间段
Figure FDA00036441104800000911
的类型公布方法如下：
当满足下式9-1时，公布
Figure FDA00036441104800000912
为储能充电桩jw的储能时段；
Figure FDA00036441104800000913
式9-1中，E额为储能充电桩jw储能电池的额定电量；p蓄(t)为预测t时刻储能充电桩jw的储能功率，由现有技术方法预测获得；
储能充电桩jw的储能时段只能用于本桩储能，即对应的可分配电量为0；
(B)、储能充电桩jw的可分配电量空闲时段的公布方法如下：
在储能充电桩jw的所有空闲时间段中，排除步骤(A)公布的储能充电桩jw的储能时段后，余下即为储能充电桩jw的可分配电量空闲时段；
对可分配电量空闲时段按一固定时长ρ进行时点的划分，ρ为自定义的常量，设空闲时间段
Figure FDA00036441104800000914
为可分配电量空闲时段，可划分为
Figure FDA00036441104800000915
Figure FDA00036441104800000916
若干个时点，又设电动汽车在可分配电量空闲时段的预约开始充电时刻为
Figure FDA00036441104800000917
时点；则储能充电桩jw的可分配电量空闲时段须满足下式9-2：
Figure FDA00036441104800000918
式9-2的约束条件：
Figure FDA0003644110480000101
式9-2及其约束条件中，p蓄(t)为预测t时刻储能充电桩jw的储能功率，由现有技术方法预测获得；
Figure FDA0003644110480000102
为储能充电桩jw的恒定输出功率，E额为储能充电桩jw储能电池的额定电量；
Figure FDA0003644110480000103
为电动汽车最晚充电结束时间；
由式9-2及其约束条件可求得电动汽车最晚充电结束时间
Figure FDA0003644110480000104
为储能充电桩jw储能时段；
储能充电桩jw在可分配电量空闲时间段
Figure FDA0003644110480000105
内
Figure FDA0003644110480000106
时点的对应可分配电量Qw(t)按以下方程组9-3估算：
Figure FDA0003644110480000107
方程组9-3中，k＝0,1,2,3....,
Figure FDA00036441104800001013
t额表示如果储能充电桩jw储能达到额定电量的时刻，其余变量的定义同式9-2及其约束条件；
在储能充电桩jw的预约服务列表中公布该可分配电量空闲时段
Figure FDA0003644110480000108
内
Figure FDA0003644110480000109
时点的对应可分配电量Qw(t)；其余时点比照
Figure FDA00036441104800001010
时点公布。
13.如权利要求12所述的储能充电桩的电量预约方法，其特征在于，在所述空闲时间段
Figure FDA00036441104800001011
的类型公布方法中，还包括：每经过一个Δt时间，调度系统平台重新预估式9-1中充电桩jw的综合储能电量
Figure FDA00036441104800001012
并按式9-1重新估算和公布，更新充电桩jw的预约服务列表。
14.如权利要求12所述的储能充电桩的电量预约方法，其特征在于，在所述储能充电桩jw的可分配电量空闲时段的公布方法中，还包括：每经过一个Δt时间，调度系统平台分别重新预估式9-2中充电桩jw的综合储能电量
Figure FDA0003644110480000111
和
Figure FDA0003644110480000112
并分别按式9-2及其约束条件、式9-3重新估算和公布，更新充电桩jw的预约服务列表。
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