CN116638983A - 电动化车辆车队充电控制系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本公开提供了“电动化车辆车队充电控制系统和方法”。一种车队充电方法和系统包括多个充电器和控制器，所述控制器被编程为预测在预定时间间隔内的车队车辆的充电需求并生成针对所述预定时间间隔的充电策略，所述充电策略包括响应于以下各项而从至少公用电网和车队车辆的存储电荷容量超过相关联阈值的子集选择针对所述多个充电器的多个电源中的至少一者：所述预定时间间隔期间所述公用电网的预测功率因数；满足所述车队车辆的所述预测充电需求；以及使满足所述预测充电需求的总能量费用最小化。

Description

电动化车辆车队充电控制系统和方法
技术领域
本申请总体上涉及一种用于考虑对无功功率和相关联的功率因数的影响以及各种其他考虑因素来控制从各种电源对电动化车辆(EV)车队进行充电的系统和方法。
背景技术
包括插电式混合动力电动车辆(PHEV)和电池电动车辆(BEV)的电动化车辆包括可以从外部电源充电的车载电池。为PHEV或BEV充电所需的时间通常比为常规内燃发动机(ICE)车辆加燃料的时间长得多。另外，当前可用于对PHEV和BEV进行再充电的公共基础设施少于用于为ICE车辆加燃料的公共基础设施。此类限制通常会抑制用户广泛采用PHEV和BEV，并且特别是对于管理车辆车队的充电物流和费用的商业用户。
发明内容
当连接电容性电池负载可能会影响与来自电网的充电相关联的功率因数和/或相关电荷时，用于管理来自电网或替代电源的EV车队的充电的系统和方法选择从非电网源进行充电。因为电池主要是电容性负载，所以连接电池以从电网充电可能会改变无功功率和相关联的功率因数。所述方法涉及监测电网的无功功率，并且仅当无功功率低于预定阈值时，或者替代地如果功率因数在单位预定范围内，则对车辆电池进行充电。本公开将车队车辆识别为双向电力传输的源。因此，如果由于功率因数的考虑因素，连接到电网或微电网的效率较低，则来自车队中的车辆中的一个的电池可以用于对车队内的另一个电池进行充电。虽然这耗费了第一电池的一部分能量，但是它可以用于增加第二电池的电量，使得两个电池都高于预定阈值。当禁止从电网或微电网充电直到对应于对电网能量的较低需求的预期时间或者基于无功功率或功率因数减少或消除任何附加费更合适时，这可能是有用的。
在一个配置中，一种车队充电系统包括多个充电器和控制器，所述控制器被编程为响应于电网的预测功率因数低于预定阈值而控制所述多个充电器使用来自所述电网的电力来对相关联的连接的电动化车辆进行充电，并且以其他方式使用来自电源而不是所述电网的电力来对所述相关联的连接的电动化车辆进行充电。所述控制器还可被编程为在所述预测功率因数不小于所述预定阈值时控制所述多个充电器中的第一充电器使用来自所述多个充电器中连接到第二电动化车辆的第二充电器的电力来对连接的第一电动化车辆进行充电。可以基于与所述电网相关联的功率因数附加费来调整所述预定阈值。所述控制器还可被编程为基于所述电网的所述预测功率因数来控制所述多个充电器中的第一充电器从连接的第一电动化车辆向所述电网供电。所述控制器还可被编程为基于预测车队充电需求低于第一相关联阈值并且估计车队总体荷电状态高于第二相关联阈值而从所述连接的第一电动化车辆向所述电网供电。所述控制器还可被编程为在所述功率因数不小于所述预定阈值时控制所述多个充电器使用由固定静止电池供应的电力来对相关联的连接的电动化车辆进行充电。所述控制器还可被编程为控制所述多个充电器中的第一充电器从连接的第一电动化车辆传输电力以对所述固定静止电池进行充电。
在各种配置中，所述车队充电系统可包括控制器，该控制器被编程为基于来自所述电网的电力的价格和预测车队需求来对固定静止电池进行充电。所述控制器还可被编程为基于来自所述电网的电力的价格、所述连接的电动化车辆中的每一者的电池寿命、所述连接的电动化车辆中的每一者的电池容量和预测车队需求来控制所述多个充电器对相关联的连接的电动化车辆进行充电或从所述相关联的连接的电动化车辆传输电力。
一种方法可包括由控制器，预测在包括多个充电器的充电设施处的车队车辆的充电时间间隔期间的能量需求，以及在所述充电时间间隔期间的电网的预测功率因数在单位预定范围内时，控制所述多个充电器使用来自所述电网的电力来对连接的车队车辆进行充电，并且在所述充电时间间隔期间的所述电网的所述预测功率因数不在所述单位预定范围内时，控制所述多个充电器使用来自替代电源的电力来对所述连接的车队车辆进行充电。使用来自替代电源的电力可包括控制所述多个充电器对所述连接的车队车辆的第一子集进行放电以对所述连接的车队车辆的第二子集进行充电。替代地或组合地，使用来自替代电源的电力可包括控制所述多个充电器对所述充电设施的固定静止电池进行放电以对所述连接的车队车辆进行充电。控制器可以基于任何相关联的公用事业功率因数附加费来调整功率因数的单位预定范围以最小化连接的车队车辆的充电费用。该方法可包括通过确定被指定接收电力的所述车队车辆的第一子集、被指定提供电力的所述车队车辆的第二子集以及被指定为既不接收也不提供电力的所述车队车辆的第三子集来预测所述能量需求。
在其他配置中，一种车队充电系统包括多个充电器和控制器，所述控制器被编程为预测在预定时间间隔内的车队车辆的充电需求并生成针对所述预定时间间隔的充电策略，所述充电策略包括响应于以下各项而从至少公用电网和车队车辆的存储电荷容量超过相关联阈值的子集选择针对所述多个充电器的多个电源中的至少一者：所述预定时间间隔期间所述公用电网的预测功率因数；满足车队车辆的预测充电需求；以及使满足所述预测充电需求的总能量费用最小化。该充电策略可包括在预测功率因数超过对应阈值时使用从车队车辆的第二子集提供的电力对车队车辆的第一子集进行充电。除了一个或多个连接的车队车辆之外，多个电源还可以包括固定静止电池。该充电策略可以包括使用来自固定静止电池的电力对车队车辆中的至少一些进行充电。车队充电系统还可以包括光伏电源。该充电策略可以包括使用来自伏打电源的电力来对车队车辆中的至少一些进行充电。控制器还可被编程为使用从车队车辆的第二子集提供的电力对车队车辆的第一子集进行充电使得存储在第一子集和第二子集中的每个车辆中的能量的量至少为完成调度路线所需的能量的量。
附图说明
图1描绘了具有智能管理系统的车辆车队的代表性电动化车辆的可能配置。
图2是EV车队智能管理系统的框图。
图3是示出EV车队智能管理系统的用以在车队车辆与能源之间提供优化调度、充电安排和能量交互的操作的框图。
图4是示出用于EV车队的智能管理的系统或方法的操作的图示。
具体实施方式
本文描述了本公开的实施例。然而，应理解，所公开的实施例仅仅是示例并且其他实施例可以呈现各种和替代形式。附图不一定按比例绘制；一些特征可被放大或最小化以示出特定部件的细节。因此，本文公开的具体结构细节和功能细节并不解释为限制性，而仅解释为用于教导本领域技术人员以各种方式采用本发明的代表性基础。如本领域普通技术人员将理解，参考附图中的任一者示出和描述的各种特征可与一个或多个其他附图中示出的特征组合以产生未明确地示出或描述的实施例。示出的特征的组合提供用于典型应用的代表性实施例。然而，对于特定的应用或实施方式，可能期望与本公开的教导一致的对特征的各种组合和修正。
常规的车辆车队配备有汽油车辆，其中燃料价格不像电力那样每天或每周可预测地波动，并且加燃料相对于EV的再充电是快速的。现有的EV车队仅被视为能量消耗装置，并且通常不提供车队与电网或其他电源之间的双向电力传输。因此，当前的车队管理系统仅基于需求来提供车队调度，并且无法从双向电力传输能力中识别到针对车队所有者的潜在利润或减少的费用。车辆车队中的大量EV和相关联的总体EV电池存储容量可以在各个时间提供比外部可再生能源(诸如太阳能和风能)更多的能量可用性。
本发明人已经认识到EV电池是双向电源，并且提供了一种监控管理和控制系统，所述监控管理和控制系统链接车队的外部电力网络和EV(作为智能能量提供者/消耗装置)并优化整个系统的能量目标，同时满足车队的充电要求。在客户侧，减少的费用和潜在利润实现通过以下方式嵌入在车队调度中：通过EV与电池单元、可再生能源和微电网的电力交互和/或与EV的内部交互一起来利用非高峰时段并平衡无功功率，从而减少或消除功率因数费用。在电网侧，根据本公开的车队管理为电网提供了更多的绿色和可持续的能源利用以及更多的灵活性和弹性。在紧急情况下经由闲置的车队车辆向房屋提供电力是该系统的另一个创新特征。
世界正在迅速从内燃发动机(ICE)车辆过渡到EV，预计EV的销售将呈指数增长。美国和欧洲的一些司法管辖区已宣布未来禁止销售新的ICE车辆和设备。在此过渡期间，车队所有者需要监测和控制EV的总拥有费用，以保持与ICE车队的竞争并保持盈利。影响所有权决策的重要因素包括初始价格、能量价格(与加燃料的ICE车辆的不易变的价格波动相比，充电率由于可变的电力电价并且针对因单位而异的功率因数的商业设施功率因数附加费而为可变的)、维护(电池劣化与充电行为(包括充电率和阈值)相关)以及车队可以接收以补偿这些费用中的一些的其他激励。另一方面，每个EV可对电网施加的负载是典型HVAC系统的负载的两倍，这不仅可能影响电网稳定性，而且可能对电网施加配备电力网络基础设施和增加容量的挑战。
根据本公开的实施例可以通过提供一种考虑相对较长的充电时间、用于充电的电源的可变价格、有限数量的充电器、对功率因数的影响以及充电行为对电池寿命的影响的用于EV车队的电源选择和充电安排的系统和方法来减少与EV车队的所有权相关联的总费用以及电网基础设施要求来提供各种优点。将每个EV视为电力消耗装置/供应装置，EV车队可以用于通过在非高峰时段期间消耗(充电)、在高峰需求期间向电网反向供应电力以及基于功率因数和价格考虑因素从电网或从替代电源适时地充电来稳定电网。
根据本公开的各种实施例的智能车队管理系统可以在例如停电、自然灾害、电力线停电和家庭电路故障期间利用EV车队向电网或微电网供应应急电力以向家庭或关键资源供电。与常规的车队管理系统不同，EV被认为是具有双向电力传输能力的模块化电力存储元件。这种能力使EV能够向车队中的其他EV、家庭和微电网提供电力，以向电网运营商出售能量和/或提供用于紧急目的的能量。EV车队还可以提供浪涌能力以使电网能够使需求曲线变平。这些优点可以使车队运营商相信EV是车队车辆的经济选择。车队运营商可以提供足够的充电基础设施以确保满足车队运输需求。车队运营商可以构建充电设施以管理众多车队车辆的充电。例如，车队运营商可以在相对于中央再充电设施的预定区域内操作车辆。另外，车队车辆可以在预定时间窗口内以可预测的时间表操作(例如，递送车辆从上午9:00操作到下午5:00)。当车队车辆在使用中时，充电设施可能未被充分利用，这提供了利用基于云的监控控制器来优化去往/来自多个源/消耗装置的双向能量传输的车队利用率以满足服务请求并减少对电网的影响的机会。
图1描绘了在该示例中实施为BEV 112的代表性电动化车辆(EV)的可能配置。BEV112是EV车队中的多个车队车辆中的一个，其能量管理由基于优化的监控控制器控制，所述基于优化的监控控制器提供电网与智能充电器之间的智能交互。在一种配置中，基于云的监控控制提供最佳能量安排以满足能量要求，同时也满足车队需求要求。BEV 112可包括机械地联接到变速器或齿轮箱116的电机114。电机114可能能够作为马达和发电机来操作。齿轮箱116可包括差速器，所述差速器被配置为调整驱动轴120的转速，所述驱动轴120机械地联接到车辆112的驱动轮122。驱动轴120可被称为驱动桥。电机114还可充当发电机，并且可通过回收原本通常在摩擦制动系统中作为热量损失的能量来提供燃料经济性益处。
电池组或牵引电池124存储可由电机114使用以进行推进的能量。牵引电池124还可以用作电源以基于如本公开中所描述的从监控充电控制器接收的信号对其他车队车辆充电，向电网或微电网提供电力，或者对车辆车队充电库站的固定静止电池充电。
牵引电池124可提供高压直流(DC)输出。接触器模块142可以包括一个或多个接触器，所述一个或多个接触器被配置为在断开时将牵引电池124与高压总线152隔离并且在闭合时将牵引电池124连接到高压总线152。高压总线152可以包括用于在高压总线152上载运电流的电力和返回导体。接触器模块142可以与牵引电池124集成在一起。一个或多个电力电子模块126可以电联接到高压总线152。电力电子模块126还电联接到电机114，并且提供在牵引电池124与电机114之间双向传输能量的能力。例如，牵引电池124可提供DC电压，而电机114可利用三相交流电(AC)操作来起作用。电力电子模块126可将DC电压转换为三相AC电流来操作电机114。在再生模式中，电力电子模块126可将来自充当发电机的电机114的三相AC电流转换为与牵引电池124兼容的DC电压。
除了提供用于推进的能量之外，牵引电池124还可为其他车辆电气系统提供能量。车辆112可以包括DC/DC转换器模块128，所述DC/DC转换器模块128将来自高压总线152的高压DC输出转换为与低压负载156兼容的低压总线154的低压DC水平。DC/DC转换器模块128的输出端可电联接到辅助电池130(例如，12V电池)以用于对辅助电池130充电。低压负载156可以经由低压总线154电联接到辅助电池130。一个或多个高压电气负载146可以联接到高压总线152。高压电气负载146可以具有在适当时操作和控制高压电气负载146的相关联的控制器。高压电气负载146的示例可以是风扇、电加热元件和/或空调压缩机。
电动化车辆112可被配置为从外部电源136对牵引电池124充电/再充电。外部电源136可以是与电气插座的连接。外部电源136可电联接到充电站或电动车辆供电装备(EVSE)138。外部电源136可以是如由电力公用事业公司提供的配电网络或电网，或者是替代电源，例如诸如光伏(太阳能)系统、风力发电系统、固定/静止电池或其他连接的车队车辆的电池。EVSE 138可以提供电路和控件以管理在电源136与车辆112之间的能量双向传输。外部电源136可向EVSE 138提供DC或AC电力。EVSE 138可具有用于联接到车辆112的充电端口134的充电连接器140。充电端口134可以是被配置为将电力从EVSE 138传输到车辆112的任何类型的端口。充电端口134可电联接到车载电力转换模块132。车载电力转换模块132可以调节从EVSE138供应的电力，以向牵引电池124和高压总线152提供适当的电压水平和电流水平。车载电力转换模块132可以与EVSE 138交互以协调到车辆112的电力输送。EVSE连接器140可以具有与充电端口134的对应凹槽配合的插脚。替代地，被描述为电气地联接或连接的各种部件可使用无线感应联接来传输电力。
车辆112内的电子模块可经由一个或多个车辆网络进行通信。车辆网络可包括用于通信的多个信道。车辆网络的一个信道可以是串行总线，诸如控制器局域网(CAN)。车辆网络的信道中的一个可以包括由电气和电子工程师协会(IEEE)802系列标准限定的以太网。车辆网络的附加的信道可以包括模块之间的离散连接并且可以包括来自辅助电池130的电力信号。可通过车辆网络的不同信道传输不同的信号。例如，视频信号可通过高速信道(例如，以太网)传输，而控制信号可通过CAN或离散信号传输。车辆网络可包括有助于在模块之间传输信号和数据的任何硬件和软件部件。车辆网络未在图1中示出，但是可暗示车辆网络可连接到车辆112中所存在的任何电子模块。可存在车辆系统控制器(VSC)148来协调各种部件的操作。注意，本文描述的操作和过程可以在一个或多个控制器中实现。可被描述为由特定控制器实现的特征的实施方式不一定限于由该特定控制器进行的实施方式。功能可分布在经由车辆网络通信的多个控制器之间。
车辆112可以包括被配置为管理牵引电池124的充电和/或放电的车载充电控制器(OBCC)180。OBCC 180可以与其他电子模块通信以管理充电操作。例如，OBCC 180可以与和牵引电池124和/或电力转换模块132相关联的控制器通信。另外，OBCC 180可以包括用于与EVSE 138通信的接口。例如，EVSE 138可以包括用于与车辆通信的通信接口182。通信接口182可以是无线接口(例如，蓝牙、WiFi)，或者可以是经由EVSE连接器140和充电端口134的有线接口。
牵引电池124可以通过各种操作参数来表征。牵引电池124的电荷容量可以指示牵引电池124可以存储的能量的量。牵引电池124的荷电状态(SOC)可以表示存储在牵引电池124中的当前能量的量。SOC可以表示为可以存储在牵引电池124中的最大能量的量的百分比。牵引电池124还可以具有对应的充电和放电功率极限，所述充电和放电功率极限限定在给定时间可以供应给牵引电池124或由牵引电池124供应的功率量。OBCC 180可以实施算法以估计和/或测量牵引电池124的操作参数。
图2是EV车队智能管理系统200的框图，其包括基于集中式优化的控制器202，所述基于集中式优化的控制器管理一个或多个EV车队库站204以提供所请求的服务206并控制与相关联的电网/微电网208以及车队EV 240之间以及电力存储单元246的电力交互，以实现最佳充电安排和调度。控制器202与车队充电站242和EV 240通信以优化230总体选择的服务、货币和能量利用率目标。服务目标可以包括常规车队要求，诸如路线选择和调度，而本文更详细地描述了要考虑的主要货币和能量目标。如本文中大体描述的，所请求的服务包括指定EV 240的目的地或路线270。在一些情况下，EV 240可以利用相对于车队充电站242远程定位的一个或多个充电站272，并且可以由第三方拥有和/或操作。控制器202可以在确定如本文所述的调度、路线选择和能量交互时考虑与在第三方充电站处充电相关联的附加费用或能量费用。
电网/微电网208可以包括经由配电线路250提供与车队库站204的能量交互的各种电力发电机和消耗装置。例如，电力发电机和消耗装置可以包括商业设施/工厂252、太阳能(PV)场254、建筑物256、传统的化石燃料发电厂258、能量存储设施260、风电场262和住宅264。
车队EV 240可以用作可以与其他EV、电池存储单元246和电网/微电网208交互的双向能量单元(能量供应装置/消耗装置)子系统。每个EV 240具有控制单元，所述控制单元与基于云的控制器通信以安排应何时从其他车队EV和外部资源(诸如能量存储单元246和电网/微电网208)接收能量/向其传输能量以及接收/传输多少。EV制造商或车队控制器202可以提供车队EV的充电数据和车队调度历史(通过车队驾驶数据)，并且可以利用对车辆的直接访问来改变相关联的充电时间表。车队所有者可以控制能量要求和这些要求的时间线。例如，代表性车队可能需要至少一半的车队EV 240始终具有大于70％的SOC。该要求可以根据日历时间表、每日时间表和/或安排的服务请求而不同。
控制器202使用车队历史数据210来预测车队需求220和相关联的最小所需能量和准备就绪的EV 224的数量，以及基于如本文所述的各种考虑因素针对服务请求对车辆进行的潜在调度或分配。车队历史数据210可以包括需求、交通数据、车队车辆特性，诸如容量、最大里程、电池健康状态(SOH)、当前荷电状态(SOC)等。控制器202还可以使用存储库站数据/信息212，其可以包括可持续能量可用性(诸如来自光伏(PV)源248、风源等)、固定/静止电池存储单元246容量、车队充电站242数据(诸如最大充电率、可用性、位置、连接器兼容性等)。控制器202还可以使用电网历史数据、预测功率因数和公用事业费率信息214(其还可包括费率表和与连接负载以及连接负载的相关联的功率因数相关联的附加费)来执行相关联的电网/微电网需求分析226。基于可用信息，控制器202可以最大化非高峰和低费率能量时段的使用来对车队BEV 240以及固定/静止能量单元246进行充电。类似地，控制器202可以预测、估计或以其他方式确定连接的充电负载对电网/微电网功率因数的影响，所述充电负载本质上主要是电容性的，并且如果功率因数低于指定阈值和/或在单位预定范围之外，则可能会被公用事业运营商收取附加费。来自较高SOC EV240或固定/静止电池246的存储能量可以用于在高峰时段期间或当被收取功率因数附加费时对较低SOC EV进行充电，以减少来自电网/微电网运营商的相关联的能量费用。如前所述，系统200将BEV 240视为双向电源，所述双向电源可用于在高峰时段期间在需要时对其他车队BEV进行充电，或者例如将电力供应回电网/微电网208。
车队管理控制器202可以包括被配置为与外部网络或云(例如，互联网)通信的外部通信接口。外部通信接口可以是被配置为访问外部网络的以太网(有线和/或无线)接口。控制器202可以经由外部网络与车队库站204、所请求的服务206和/或公用电网/微电网208通信。公用电网/微电网运营商可以经由外部网络228传输电价信息。电价信息可以包括电的费率表以及取决于特定实施方式针对过度需求或连接功率因数在预定范围之外和/或低于对应阈值的负载的任何相关联的附加费。
电力公用事业可以根据市场状况以不同的价格供应电力。例如，当电力需求高时，电力公用事业可能以相对较高的价格提供电力以抑制使用。而且，当电力需求高时，电力公用事业可能付费以从车队充电系统204接收电力。车队充电系统204可以被配置为经由连接的充电站242和电力线从能量存储装置246和EV 240传输电力。当电力需求低时(例如，深夜)，公用事业可能以相对较低的价格提供电力。在一些情况下，电力公用事业可能向用户付费以使用电力，使得电网发电源可以保持在线。当电网上存在过量供应而剩余能量存储容量很小时，可能会发生此类状况。
控制器202使用电池模型对车队EV 240执行电池寿命健康分析222，以预测由于不同类型的充电行为而引起的劣化速率，从而通过避免对电池健康/寿命具有更大影响的充电行为(诸如不必要的经由快速DC充电器的充电、不必要地消耗到最小允许SOC或不必要地充电到最大允许SOC)来使电池寿命最大化以满足车队需求要求并满足所请求的服务206。较低的电池劣化速率减少了车队车辆240的总体维护并延长了电池寿命。
作为双向电源，每个EV 240可以向电网/微电网208注入电力，特别是在车辆未被使用并且具有足够的SOC来满足任何调度路线/分配的高峰时段期间。控制器202可以管理总体车队工作负荷以将额外存储的电力出售给电网。另外，车队可以与其电力供应者协商合同，以利用非高峰时段对车队EV 240进行充电并在高峰需求时段期间将一些能量返回到电网作为交换来接收一些激励。控制器202还可以向一个或多个车队充电器242提供指令以基于可用性来从本地可持续能源248获得能量(诸如太阳能)，从而满足其电力要求中的至少一些。
越来越多数量的EV将继续在电网上施加越来越大的可变负载，而现有的电网基础设施似乎还没做好适应的准备，使得将需要大量投资来实现电网基础设施的现代化。替代地或组合地，根据本公开的智能车队管理系统可以用于提供EV的策略性双向电力传输，以帮助稳定电网并使能量需求曲线变平。本公开中的智能车队管理系统可以由车队和电网使用来达成双赢合约，使得车队利用非高峰时段来对其车辆进行充电并避免在高峰时段期间充电和/或在电力需求高时向电网返回一些电力。车队还可以使用电池容量在停电期间提供电力。车队控制器可以优化电力交互以在车队需求、电网承诺和紧急情况之间对电力供应/消耗进行仲裁和优先级排序。
图3是示出了EV车队智能管理系统300的用以在车队车辆与能源之间提供优化调度、充电安排和能量交互的操作的框图。参考图2和图3，控制器202的优化算法230可以控制系统的各种资源以根据特定情况对竞争目标进行优先级排序或实现竞争目标。在第一示例中，控制器202可以基于最小化能量费用来控制资源，包括调度车辆和安排充电，使得考虑到对电池健康/寿命和SOC的影响，从盈余或闲置的EV和/或从车队库站350的固定/静止电池存储装置执行任何所需的充电。
假设两个服务请求R1 330和R2(未示出)被安排在几小时内完成，并且R1和R2分别需要20％和30％的SOC，以便对应的EV基于距车队库站350的距离进行服务。两个BEV(诸如V1 310和V2 320)可用于响应即将到来的服务请求。然而，V2具有充满电(100％)的牵引电池322，而V1具有仅剩余10％的SOC的牵引电池312。还假设服务请求将在白天时段以来自电网/微电网208的峰值能量定价以及可由车队运营商指定的例如10％的最小储备SOC完成。系统控制器202可以将R1分配给V1，并且需要在调度时间前将V1的充电安排到30％(20％+10％储备)以满足服务请求。
控制器202通过基于选择满足指定目标的选项的控制器资源利用率来提供优化或仲裁。在第一选项中，控制器202可以安排用快速充电器340对V1充电，这可能需要5-10分钟来将V1 SOC增加到30％，但是如果重复使用，则这将更加昂贵并且可能不利地影响电池健康并减少电池寿命(并且因此增加了车队所有者的车队更换和维护需求)。该选项还可以基于距可用快速DC充电器340的距离以及相关联的能量和接入费用/花费而受到限制，特别是在充电器340由第三方拥有或操作的情况下。
作为另一个选项，控制器202可以考虑用1级或2级充电器将V1 310充电到30％，这比选项一花费更长的时间，但是更便宜并且对电池健康的影响更小。
控制器202的第三选项可以是在车队库站350处使用固定/静止电池存储单元246对V1 310充电(已经在非高峰时段以较低能量率充电)，或者从V2 320供应的能量对V1 310进行充电，使得来自V2的20％的能量被传输到V1，并且V2变为80％的SOC，而V1达到30％的SOC。这为V2提供了足够的SOC来完成服务请求R1。然后，在下一个非高峰或有利的功率因数时段期间，V2和/或固定/静止电池将从车队库站350处的现场可再生能源和/或从电网/微电网208充电。虽然此选项也可能比选项一花费更长的时间，但它将避免选项一或如选项二中所述在峰值定价期间从电网充电的较高价格和电池影响。取决于在针对服务请求调度之前可用的时间，能量也可以以更高的能量定价从V2传输到电网/微电网，以抵消随后在非高峰定价时间段期间从替代源和/或从电网/微电网对V2进行再充电的能量费用。
控制器202的优化控制策略230基于在调度之前剩余的时间来选择三个选项中的一个，以满足即将到来的服务请求和在下一个非高峰时段之前剩余的后续请求。如果选项三可行，则管理系统将其选择为最佳解决方案并安排/控制相关联的资源以减少能量费用和对电池健康/寿命的影响。
作为另一个示例，假设接收到服务请求330(R1)，并且两个车辆310(V1)和320(V2)可用于在所请求的时间范围内调度，其中V1比V2更接近服务请求目的地并且具有更低的SOC，V2距目的地更远但具有更高的SOC。因此，V1将需要使用附近的快速充电站340来充电到足够的SOC，从而以返回到车队库站350之后的必要储备完成请求。当V2距服务请求330(R1)所要求的目的地比V1更远时，V2可以满足所需的时间并且具有足够的SOC行驶到目的地并以所需储备(例如，10％)返回到车队库站350。
控制器202的优化算法230可以考虑将服务请求R1分配给V1的第一选项。如所描述的，这将需要V1使用附近的快速DC充电器340进行充电。虽然该选项可以比将V2分配给请求更快地完成服务请求R1，但是该选项在能量费用和对车辆电池的影响方面可能更昂贵。作为第二选项，控制器202可以将V1发送到车队库站350以进行充电并将R1分配给V2。控制器202可以基于与V2行驶到目的地的更远距离所消耗的额外能量相关联的能量费用与V1的快速充电的能量费用和对电池的影响之间的折衷来仲裁或确定选择哪个选项。
图4是示出用于EV车队的智能管理的系统或方法的操作的图示。图4的流程图400中描绘的各种特征或功能可以由一个或多个编程的控制器(通常由控制器202表示)来实施。在图1、图2和图4的图示中通常性表示由一个或多个处理器或控制器执行的控制逻辑、算法、功能、代码、软件、策略等。这些附图提供了可以使用一个或多个处理策略(诸如，事件驱动的、中断驱动的、多任务的、多线程的等)来实施的代表性控制策略、算法和/或逻辑。因而，示出的各种步骤或功能可以按示出的序列执行、并行地执行，或者在一些情况下被省略。尽管没有总是明确示出，但是本领域普通技术人员将认识到，根据所使用的特定处理策略，可重复执行示出的步骤或功能中的一者或多者。类似地，处理次序不一定是实现本文所述的特征和优点所必需的，而是为了易于说明和描述而提供的。控制逻辑可以主要以由基于微处理器的控制器执行的软件实现。当然，根据特定应用，控制逻辑可在一个或多个控制器中以软件、硬件或软件与硬件的组合来实施。当以软件实现时，控制逻辑可提供于一个或多个非暂时性计算机可读存储装置或介质中，所述非暂时性计算机可读存储装置或介质存储有表示由计算机执行以控制如所述的智能车队管理系统的各种资源的代码或指令的数据。计算机可读存储装置或介质可包括利用固态、电、磁性和/或光学存储装置来保存可执行指令和相关联的信息、操作变量等的若干已知物理装置中的一个或多个。一个或多个控制器可以经由直接连接或有线或无线网络从本地或远程数据库中检索信息。
如410处所表示，处理EV车队历史数据。例如，历史数据可以包括基于历史服务请求、交通信息、包括里程的车辆信息、开始服务日期、平均电池SOC等的车队需求、距离、路线等。如420处所表示，处理电池健康状态(SOH)数据。如430处所表示的，使用来自车队需求分析和电池寿命健康分析的结果基于满足预测/安排的服务请求的车队EV的所需数量来确定车队车辆在充电时间间隔期间的预测能量需求。如440处所表示的，针对如先前所述从电网/微电网以及一个或多个替代能源充电来确定能源可用性和相关联的定价。包括任何适用的附加费的电网历史数据和费率/定价用于确定相关联的预测电网/微电网需求和预测电网功率因数(PF)，如450处所表示。然后，基于优化策略，控制器控制一个或多个车队车辆的调度、充电安排、能源选择和电池SOC要求，如460处所表示。
在一个或多个实施例中，控制器202被编程为响应于电网的预测功率因数低于预定阈值而控制EV充电器242使用来自所述电网208的电力来对相关联的连接的电动化车辆240进行充电，并且以其他方式使用来自电源246、248而不是所述电网208的电力来对所述相关联的连接的电动化车辆240进行充电。如先前所述，替代电源可以包括车队库站204处的固定/静止电池或电池阵列246、一个或多个其他EV 240或被配置为绕过电网配电系统的可再生能源诸如风能、太阳能等。在其他实施例中，控制器202的优化算法230导致在所述充电时间间隔期间的电网208的预测功率因数在单位预定范围内时，控制所述多个充电器242使用来自所述电网208的电力来对连接的车队车辆240进行充电，并且在所述充电时间间隔期间的所述电网208的所述预测功率因数不在所述单位预定范围内时，控制所述多个充电器242使用来自替代电源246、248的电力来对所述连接的车队车辆240进行充电。
本文所公开的过程、方法或算法可能够递送到处理装置、控制器或计算机/由处理装置、控制器或计算机实施，所述处理装置、控制器或计算机可包括任何现有的可编程电子控制单元或专用电子控制单元。类似地，所述过程、方法或算法可以存储为可由控制器或计算机以许多形式执行的数据和指令，所述所述数据和指令包括但不限于永久地存储在例如ROM装置的不可写存储介质上的信息和可改动地存储在例如磁性、固态和/或光学介质的可写存储介质上的信息。所述过程、方法或算法也可以软件可执行对象来实施。替代地，可以使用合适的硬件部件或者硬件、软件和固件部件的组合全部或部分地实施所述过程、方法或算法，所述硬件部件诸如专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、状态机、控制器或其他硬件部件或装置。
虽然上文描述了代表性实施例，但这些实施例并不意图描述由权利要求涵盖的所有可能形式。说明书中使用的词语是描述性词语而非限制词语，并且应当理解，可在不背离本公开的精神和范围的情况下做出各种改变。如前所描述的，各种配置或实施例的特征可被组合以形成可能未被明确描述或说明的其他配置或实施例。尽管各种实施例就一个或多个期望的特性而言可能已经被描述为提供优点或优于其他实施例或现有技术实施方式，但本领域普通技术人员应认识到，可折衷一个或多个特征或特性来实现期望的整体系统属性，这取决于具体应用和实施方式。这些属性可以包括但不限于强度、耐久性、生命期、可销售性、外观、包装、大小、可维护性、重量、可制造性、易组装性等。因此，就一个或多个特性而言被描述为不如其他实施例或现有技术实施方式期望的实施例未必处在本公开的范围外，并且对于特定应用来说可能是期望的。
根据本发明，提供了一种车队充电系统，其具有：多个充电器；和控制器，所述控制器被编程为响应于电网的预测功率因数低于预定阈值而控制所述多个充电器使用来自所述电网的电力来对相关联的连接的电动化车辆进行充电，并且以其他方式使用来自电源而不是所述电网的电力来对所述相关联的连接的电动化车辆进行充电。
根据一个实施例，所述控制器还被编程为在所述预测功率因数不小于所述预定阈值时控制所述多个充电器中的第一充电器使用来自所述多个充电器中连接到第二电动化车辆的第二充电器的电力来对连接的第一电动化车辆进行充电。
根据一个实施例，基于与所述电网相关联的功率因数附加费来调整所述预定阈值。
根据一个实施例，所述控制器还被编程为基于所述电网的所述预测功率因数来控制所述多个充电器中的第一充电器从连接的第一电动化车辆向所述电网供电。
根据一个实施例，所述控制器还被编程为基于预测车队充电需求低于第一相关联阈值并且估计车队总体荷电状态高于第二相关联阈值而从所述连接的第一电动化车辆向所述电网供电。
根据一个实施例，所述控制器还被编程为在所述功率因数不小于所述预定阈值时控制所述多个充电器使用由固定静止电池供应的电力来对相关联的连接的电动化车辆进行充电。
根据一个实施例，所述控制器还被编程为控制所述多个充电器中的第一充电器从连接的第一电动化车辆传输电力以对所述固定静止电池进行充电。
根据一个实施例，所述控制器还被编程为基于来自所述电网的电力的价格和预测车队需求来对所述固定静止电池进行充电。
根据一个实施例，所述控制器还被编程为基于来自所述电网的电力的价格、所述连接的电动化车辆中的每一者的电池寿命、所述连接的电动化车辆中的每一者的电池容量和预测车队需求来控制所述多个充电器对相关联的连接的电动化车辆进行充电或从所述相关联的连接的电动化车辆传输电力。
根据本发明，一种方法包括：由控制器，预测在包括多个充电器的充电设施处的车队车辆的充电时间间隔期间的能量需求；以及在所述充电时间间隔期间的电网的预测功率因数在单位预定范围内时，控制所述多个充电器使用来自所述电网的电力来对连接的车队车辆进行充电，并且在所述充电时间间隔期间的所述电网的所述预测功率因数不在所述单位预定范围内时，控制所述多个充电器使用来自替代电源的电力来对所述连接的车队车辆进行充电。
在本发明的一个方面，使用来自替代电源的电力包括控制所述多个充电器对所述连接的车队车辆的第一子集进行放电以对所述连接的车队车辆的第二子集进行充电。
在本发明的一个方面，使用来自替代电源的电力包括控制所述多个充电器对所述充电设施的固定静止电池进行放电以对所述连接的车队车辆进行充电。
在本发明的一个方面，确定所述单位预定范围以使所述连接的车队车辆的充电费用最小化。
在本发明的一个方面，确定所述单位预定范围以使所述连接的车队车辆的充电费用最小化。
在本发明的一个方面，预测所述能量需求包括确定被指定接收电力的所述车队车辆的第一子集、被指定提供电力的所述车队车辆的第二子集以及被指定为既不接收也不提供电力的所述车队车辆的第三子集。
根据本发明，提供了一种车队充电系统，其具有多个充电器；和控制器，所述控制器被编程为预测在预定时间间隔内的车队车辆的充电需求并生成针对所述预定时间间隔的充电策略，所述充电策略包括响应于以下各项而从至少公用电网和车队车辆的存储电荷容量超过相关联阈值的子集选择针对所述多个充电器的多个电源中的至少一者：所述预定时间间隔期间所述公用电网的预测功率因数；满足车队车辆的预测充电需求；以及使满足所述预测充电需求的总能量费用最小化。
根据一个实施例，充电策略包括在预测功率因数超过对应阈值时使用从车队车辆的第二子集提供的电力对车队车辆的第一子集进行充电。
根据一个实施例，所述多个电源包括固定静止电池，并且其中所述充电策略包括使用来自所述固定静止电池的电力对所述车队车辆中的至少一些进行充电。
根据一个实施例，所述多个电源包括光伏电源，并且其中所述充电策略包括使用来自所述光伏电源的电力对所述车队车辆中的至少一些进行充电。
根据一个实施例，控制器还被编程为使用从车队车辆的第二子集提供的电力对车队车辆的第一子集进行充电使得存储在第一子集和第二子集中的每个车辆中的能量的量至少为完成调度路线所需的能量的量。

Claims (15)

1.一种车队充电系统，其包括：
多个充电器；和
控制器，所述控制器被编程为响应于电网的预测功率因数低于预定阈值而控制所述多个充电器使用来自所述电网的电力来对相关联的连接的电动化车辆进行充电，并且以其他方式使用来自电源而不是所述电网的电力来对所述相关联的连接的电动化车辆进行充电。
2.如权利要求1所述的车队充电系统，其中所述控制器还被编程为在所述预测功率因数不小于所述预定阈值时控制所述多个充电器中的第一充电器使用来自所述多个充电器中连接到第二电动化车辆的第二充电器的电力来对连接的第一电动化车辆进行充电。
3.如权利要求1所述的车队充电系统，其中基于与所述电网相关联的功率因数附加费来调整所述预定阈值。
4.如权利要求1所述的车队充电系统，其中所述控制器还被编程为基于所述电网的所述预测功率因数来控制所述多个充电器中的第一充电器从连接的第一电动化车辆向所述电网供电。
5.如权利要求4所述的车队充电系统，其中所述控制器还被编程为基于预测车队充电需求低于第一相关联阈值并且估计车队总体荷电状态高于第二相关联阈值而从所述连接的第一电动化车辆向所述电网供电。
6.如权利要求1所述的车队充电系统，其中所述控制器还被编程为在所述功率因数不小于所述预定阈值时控制所述多个充电器使用由固定静止电池供应的电力来对相关联的连接的电动化车辆进行充电。
7.如权利要求6所述的车队充电系统，其中所述控制器还被编程为控制所述多个充电器中的第一充电器从连接的第一电动化车辆传输电力以对所述固定静止电池进行充电。
8.如权利要求6所述的车队充电系统，其中所述控制器还被编程为基于来自所述电网的电力的价格和预测车队需求来对所述固定静止电池进行充电。
9.如权利要求1所述的车队充电系统，其中所述控制器还被编程为基于来自所述电网的电力的价格、所述连接的电动化车辆中的每一者的电池寿命、所述连接的电动化车辆中的每一者的电池容量和预测车队需求来控制所述多个充电器对相关联的连接的电动化车辆进行充电或从所述相关联的连接的电动化车辆传输电力。
10.一种方法，其包括：
由控制器，
预测在包括多个充电器的充电设施处的车队车辆的充电时间间隔期间的能量需求；以及
在所述充电时间间隔期间的电网的预测功率因数在单位预定范围内时，控制所述多个充电器使用来自所述电网的电力来对连接的车队车辆进行充电，并且在所述充电时间间隔期间的所述电网的所述预测功率因数不在所述单位预定范围内时，控制所述多个充电器使用来自替代电源的电力来对所述连接的车队车辆进行充电。
11.如权利要求10所述的方法，其中使用来自替代电源的电力包括控制所述多个充电器对所述连接的车队车辆的第一子集进行放电以对所述连接的车队车辆的第二子集进行充电。
12.如权利要求10所述的方法，其中使用来自替代电源的电力包括控制所述多个充电器对所述充电设施的固定静止电池进行放电以对所述连接的车队车辆进行充电。
13.如权利要求12所述的方法，其中确定所述单位预定范围以使所述连接的车队车辆的充电费用最小化。
14.如权利要求10所述的方法，其中确定所述单位预定范围以使所述连接的车队车辆的充电费用最小化。
15.如权利要求10所述的方法，其中预测所述能量需求包括确定被指定接收电力的所述车队车辆的第一子集、被指定提供电力的所述车队车辆的第二子集以及被指定为既不接收也不提供电力的所述车队车辆的第三子集。
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