電動汽車能量調度方法及系統、電池架單元及換電站與流程
2024-03-08 21:32:15
本發明涉及電動汽車充/換電技術領域，具體涉及一種電動汽車能量調度方法及系統、電池架單元及換電站。
背景技術：
電動汽車的能源補給方式主要包括充電方式和換電方式，其中，換電方式指的是採用滿電的模塊化電池直接置換電動汽車內的缺電電池，相比於充電方式，這種能源補給方式可以實現電動汽車的快速補能。同時，換電方式主要是在換電站內配置一定數量的備用動力電池作為換電電池，這些動力電池還可以作為可中斷負荷參與電網需求側響應，實現削峰填谷。
目前，換電站主要採用集中式設計，即將動力電池按照集中布置的方式放置在換電站內，並對這些動力電池進行集中充電。這種集中式設計雖然簡化了換電站的充電策略，但是隨著電動汽車充電需求的增加，換電站內充電設備的容量和數量也會逐步增加，進而增加換電站的佔地面積和電力容量，不利於換電站的建設與發展，也不能滿足日益增加的電動汽車充電需求。
技術實現要素：
為了解決現有技術中的上述問題，即為了解決集中式設計的換電站充電設備的容量和數量不易擴展的技術問題，本發明提供了一種電動汽車能量調度方法及系統、電池架單元及換電站。
第一方面，本發明中一種電動汽車能量調度方法的技術方案是：
確定在預設區域內對待換電電動汽車進行電池更換的主換電站；
確定由所述主換電站分配到所述預設區域內能量調度區域的換電電池，並將所述換電電池配送至能量調度區域；其中，所述能量調度區域為所述預設區域內換電站所在的子區域，所述子區域包括一個或多個充電設施；
控制所述能量調度區域內處於閒置狀態的充電設施對所述換電電池進行充電，並將所述充電後的換電電池配送至所述主換電站。
進一步地，本發明提供的一個優選技術方案為：所述確定由主換電站分配到預設區域內能量調度區域的換電電池，具體包括：
獲取所述充電設施的狀態信息；其中，所述狀態信息包括充電設施的地址、可用充電時段和充電容量；
依據所述充電設施的狀態信息、所述換電電池所需的充電電量和所述能量調度區域的調度策略，確定分配到能量調度區域的換電電池。
進一步地，本發明提供的一個優選技術方案為：所述調度策略包括如下式所示的目標函數：
min(cs)＝min(cc+cr+cd-cb)
其中，所述cs、cc和cr分別為所述能量調度區域的綜合成本、充電成本、換電成本，所述cd為換電電池的配送成本，所述cb為所述能量調度區域內換電站參與電網需求側響應的收益。
進一步地，本發明提供的一個優選技術方案為：
所述預設區域包括一個或多個能量調度區域。
進一步地，本發明提供的一個優選技術方案為：
所述確定在預設區域內對待換電電動汽車進行電池更換的主換電站，具體包括：
獲取所述待換電電動汽車行駛至所述預設區域內換電站的行駛時間，並將與所述行駛時間的最小值對應的換電站設置為主換電站。
進一步地，本發明提供的一個優選技術方案為：控制所述能量調度區域的換電站向電網供電，以參與電網需求側響應，具體包括：
獲取所述電網所需的負荷電量、所述換電站的儲存電量和所述換電電池所需的充電電量；
依據所述負荷電量、儲存電量和充電電量，確定向所述電網供電的一個或多個供電換電站，並控制所述供電換電站內的動力電池向電網或供電換電站的負荷供電。
第二方面，本發明中一種電動汽車能量調度系統的技術方案是：
主換電站確定模塊，用於確定在預設區域內對待換電電動汽車進行電池更換的主換電站；
換電電池分配模塊，用於確定由所述主換電站分配到所述預設區域內能量調度區域的換電電池；其中，所述能量調度區域為所述預設區域內換電站所在的子區域，所述子區域包括一個或多個充電設施；
換電電池充電模塊，用於控制所述能量調度區域內處於閒置狀態的充電設施對所述換電電池進行充電；
換電電池配送設備，用於將所述換電電池分配模塊分配的換電電池配送至能量調度區域，並將充電後的換電電池配送至所述主換電站。
進一步地，本發明提供的一個優選技術方案為：所述主換電站確定模塊包括電動汽車行駛時間採集單元和主換電站設置單元；
所述電動汽車行駛時間採集單元，用於獲取所述待換電電動汽車行駛至所述換電站的行駛時間；
所述主換電站設置單元，用於將與所述行駛時間的最小值對應的換電站作為主換電站。
進一步地，本發明提供的一個優選技術方案為：所述換電電池分配模塊包括充電設施狀態信息採集單元和換電電池分配單元；
所述充電設施狀態信息採集單元，用於獲取所述充電設施的狀態信息；其中，所述狀態信息包括充電設施的地址、可用充電時段和充電容量；
所述換電電池分配單元，用於依據所述充電設施的狀態信息、所述換電電池所需的充電電量和所述能量調度區域的調度策略，確定分配到能量調度區域的換電電池。
進一步地，本發明提供的一個優選技術方案為：所述系統包括電網響應控制模塊，其用於控制所述能量調度區域的換電站向電網供電，以參與電網需求側響應；所述電網響應控制模塊包括電量採集單元和供電控制單元；
其中，所述電量採集單元，用於獲取所述電網所需的負荷電量、所述換電站的儲存電量和所述換電電池所需的充電電量；
所述供電控制單元，用於依據所述負荷電量、儲存電量和充電電量，確定向所述電網供電的一個或多個供電換電站，並控制所述供電換電站內的動力電池向電網或供電換電站的負荷供電。
優選的，本發明還提供了另一種電動汽車能量調度系統，基於計算機雲控制技術，實現了對電動汽車、換電站、充電設施的統籌調度，其技術方案是：所述系統包括：
雲平臺；
調度策略中心，其與所述雲平臺連接，用於向所述雲平臺提供電動汽車能量調度策略；
充電設施控制設備，其安裝在充電設施上並與所述雲平臺通信，用於向所述雲平臺發送狀態信息，及接收所述雲平臺下發的充電指令；所述充電設施控制設備依據該充電指令控制所述充電設施對換電電池進行充電；
配送設備，其與所述雲平臺通信，用於依據所述雲平臺下發的配送指令，將所述換電站中的換電電池配送至充電設施，和/或將充電後的換電電池配送至所述換電站。
進一步地，本發明提供的一個優選技術方案為：所述系統還包括車載電子設備；所述車載電子設備安裝在電動汽車上並與所述雲平臺通信，用於向所述雲平臺發送更換電池請求，及接收所述雲平臺下發的換電站信息。
進一步地，本發明提供的一個優選技術方案為：所述車載電子設備、充電設施控制設備和配送設備分別通過無線網絡與所述雲平臺進行通信。
進一步地，本發明提供的一個優選技術方案為：所述電動汽車能量調度策略，具體包括：
確定在預設區域內對待換電電動汽車進行電池更換的主換電站；
確定由所述主換電站分配到所述預設區域內能量調度區域的換電電池，並將所述換電電池配送至能量調度區域；其中，所述能量調度區域為所述預設區域內換電站所在的子區域，所述子區域包括一個或多個充電設施；
控制所述能量調度區域內處於閒置狀態的充電設施對所述換電電池進行充電，並將所述充電後的換電電池配送至所述主換電站。
優選的，本發明還提供了一種電池架單元，可以將充電設施輸出的充電電流轉換為待充電電池可用的電流，其技術方案是：
所述電池架單元包括電源轉換模塊和電池架；所述電池架單元，用於對充電設施的充電電流進行電源轉換，並將所述電源轉換後的充電電流傳輸至電池進行充電；
其中，所述電源轉換模塊，用於對所述充電設施的充電電流進行電源轉換；
所述電池架包括用於放置電池的支撐平臺，以及設置在所述支撐平臺上的第一接口和第二接口；所述第一接口與所述電源轉換模塊連接，用於接收所述電源轉換後的充電電流；所述第二接口與所述電池的電極端子連接，用於向所述電池傳輸所述充電電流。
進一步地，本發明提供的一個優選技術方案為：
所述電池架單元還包括監控模塊；所述監控模塊，用於監控所述電池的充電狀態。
進一步地，本發明提供的一個優選技術方案為：
所述電池架單元還包括通信模塊；所述通信模塊通過無線網絡與遠程控制平臺通信，用於接收所述遠程控制平臺下發的充電啟動指令，並向其發送電池的充電狀態信息。
優選的，本發明還提供了一種換電站，該換電站包括動力電池充電位和上述技術方案所述的電池架單元，實現了電池與充電設施的交互通信，其技術方案是：
所述動力電池充電位設置有供電電源接口；
所述電池架單元可以放置於動力電池充電位，所述電池架單元中所述的電源轉換模塊與供電電源接口插接連接，用於對所述電池架單元中的動力電池進行充電。
與現有技術相比，上述技術方案至少具有以下有益效果：
1、本發明提供的一種電動汽車能量調度方法，對分布式的能量調度區域進行統籌管理，可以充分利用預設區域內所有的充電設施，不僅提高了充電設施的利用率，也減輕了換電站的充/換電壓力，便於在城市等建築資源密集地區合理建設和規劃換電站，以滿足日益增加的電動汽車充/換電需求。
2、本發明提供的一種電動汽車能量調度系統，其主換電站確定模塊和換電電池分配模塊分別可以確定在預設區域內對待換電電動汽車進行換電的主換電站，及分配到能量調度區域的換電電池，換電電池充電模塊可以控制處於閒置狀態的充電設施對換電電池進行充電，實現了對換電電池的分布式充電，提高了對能量調度區域內閒置充電設施的利用率，進而減輕了換電站的充/換電壓力。
3、本發明提供的另一種電動汽車能量調度系統，基於計算機雲控制技術，並通過設置雲平臺、調度策略中心、車載電子設備、充電設施控制設備和配送設備，實現對電動汽車、換電站、充電設施的統籌調度。
4、本發明提供的一種電池架單元，其電源轉換模塊可以將充電設施輸出的充電電流轉換為待充電電池可用的電流，例如將交流電流轉換為直流電流；電池架可以作為電池架單元的輸出端，向電池輸出充電電流；監控模塊可以監測電池在充電過程中的充電狀態，防止發生過流、過壓和過熱等故障。
5、本發明提供的一種換電站，其包括上述技術方案所述的電池架單元，實現了電池與充電設施的交互通信，通過電池架單元對充電電流進行電源轉換，並監控電池的充電狀態，可以提高充電設施的充電效率。
方案1、一種電動汽車能量調度方法，其特徵在於，所述方法包括：
確定在預設區域內對待換電電動汽車進行電池更換的主換電站；
確定由所述主換電站分配到所述預設區域內能量調度區域的換電電池，並將所述換電電池配送至能量調度區域；其中，所述能量調度區域為所述預設區域內換電站所在的子區域，所述子區域包括一個或多個充電設施；
控制所述能量調度區域內處於閒置狀態的充電設施對所述換電電池進行充電，並將所述充電後的換電電池配送至所述主換電站。
方案2、根據方案1所述的電動汽車能量調度方法，其特徵在於，所述確定由主換電站分配到預設區域內能量調度區域的換電電池，具體包括：
獲取所述充電設施的狀態信息；其中，所述狀態信息包括充電設施的地址、可用充電時段和充電容量；
依據所述充電設施的狀態信息、所述換電電池所需的充電電量和所述能量調度區域的調度策略，確定分配到能量調度區域的換電電池。
方案3、根據方案2所述的電動汽車能量調度方法，其特徵在於，所述調度策略包括如下式所示的目標函數：
min(cs)＝min(cc+cr+cd-cb)
其中，所述cs、cc和cr分別為所述能量調度區域的綜合成本、充電成本、換電成本，所述cd為換電電池的配送成本，所述cb為所述能量調度區域內換電站參與電網需求側響應的收益。
方案4、根據方案1所述的電動汽車能量調度方法，其特徵在於，所述預設區域包括一個或多個能量調度區域。
方案5、根據方案1或4所述的電動汽車能量調度方法，其特徵在於，所述確定在預設區域內對待換電電動汽車進行電池更換的主換電站，具體包括：
獲取所述待換電電動汽車行駛至所述預設區域內換電站的行駛時間，並將與所述行駛時間的最小值對應的換電站設置為主換電站。
方案6、根據方案1-4任一項所述的電動汽車能量調度方法，其特徵在於，進一步地，所述方法還包括：控制所述能量調度區域的換電站向電網供電，以參與電網需求側響應，具體包括：
獲取所述電網所需的負荷電量、所述換電站的儲存電量和所述換電電池所需的充電電量；
依據所述負荷電量、儲存電量和充電電量，確定向所述電網供電的一個或多個供電換電站，並控制所述供電換電站內的動力電池向電網或供電換電站的負荷供電。
方案7、一種電動汽車能量調度系統，其特徵在於，所述系統包括：
主換電站確定模塊，用於確定在預設區域內對待換電電動汽車進行電池更換的主換電站；
換電電池分配模塊，用於確定由所述主換電站分配到所述預設區域內能量調度區域的換電電池；其中，所述能量調度區域為所述預設區域內換電站所在的子區域，所述子區域包括一個或多個充電設施；
換電電池充電模塊，用於控制所述能量調度區域內處於閒置狀態的充電設施對所述換電電池進行充電；
換電電池配送設備，用於將所述換電電池分配模塊分配的換電電池配送至能量調度區域，並將充電後的換電電池配送至所述主換電站。
方案8、根據方案7所述的電動汽車能量調度系統，其特徵在於，所述主換電站確定模塊包括電動汽車行駛時間採集單元和主換電站設置單元；
所述電動汽車行駛時間採集單元，用於獲取所述待換電電動汽車行駛至所述換電站的行駛時間；
所述主換電站設置單元，用於將與所述行駛時間的最小值對應的換電站作為主換電站。
方案9、根據方案7所述的電動汽車能量調度系統，其特徵在於，所述換電電池分配模塊包括充電設施狀態信息採集單元和換電電池分配單元；
所述充電設施狀態信息採集單元，用於獲取所述充電設施的狀態信息；其中，所述狀態信息包括充電設施的地址、可用充電時段和充電容量；
所述換電電池分配單元，用於依據所述充電設施的狀態信息、所述換電電池所需的充電電量和所述能量調度區域的調度策略，確定分配到能量調度區域的換電電池。
方案10、根據方案7-9任一項所述的電動汽車能量調度系統，其特徵在於，進一步地，所述系統包括電網響應控制模塊，其用於控制所述能量調度區域的換電站向電網供電，以參與電網需求側響應；所述電網響應控制模塊包括電量採集單元和供電控制單元；
其中，所述電量採集單元，用於獲取所述電網所需的負荷電量、所述換電站的儲存電量和所述換電電池所需的充電電量；
所述供電控制單元，用於依據所述負荷電量、儲存電量和充電電量，確定向所述電網供電的一個或多個供電換電站，並控制所述供電換電站內的動力電池向電網或供電換電站的負荷供電。
方案11、一種電動汽車能量調度系統，其特徵在於，所述系統包括：
雲平臺；
調度策略中心，其與所述雲平臺連接，用於向所述雲平臺提供電動汽車能量調度策略；
充電設施控制設備，其安裝在充電設施上並與所述雲平臺通信，用於向所述雲平臺發送狀態信息，及接收所述雲平臺下發的充電指令；所述充電設施控制設備依據該充電指令控制所述充電設施對換電電池進行充電；
配送設備，其與所述雲平臺通信，用於依據所述雲平臺下發的配送指令，將所述換電站中的換電電池配送至充電設施，和/或將充電後的換電電池配送至所述換電站。
方案12、根據方案11所述的電動汽車能量調度系統，其特徵在於，所述系統還包括車載電子設備；所述車載電子設備安裝在電動汽車上並與所述雲平臺通信，用於向所述雲平臺發送更換電池請求，及接收所述雲平臺下發的換電站信息。
方案13、根據方案11或12所述的電動汽車能量調度系統，其特徵在於，所述車載電子設備、充電設施控制設備和配送設備分別通過無線網絡與所述雲平臺進行通信。
方案14、根據方案11所述的電動汽車能量調度系統，其特徵在於，所述電動汽車能量調度策略，具體包括：
確定在預設區域內對待換電電動汽車進行電池更換的主換電站；
確定由所述主換電站分配到所述預設區域內能量調度區域的換電電池，並將所述換電電池配送至能量調度區域；其中，所述能量調度區域為所述預設區域內換電站所在的子區域，所述子區域包括一個或多個充電設施；
控制所述能量調度區域內處於閒置狀態的充電設施對所述換電電池進行充電，並將所述充電後的換電電池配送至所述主換電站。
方案15、一種電池架單元，其特徵在於，所述電池架單元包括電源轉換模塊和電池架；所述電池架單元，用於對充電設施的充電電流進行電源轉換，並將所述電源轉換後的充電電流傳輸至電池進行充電；
其中，所述電源轉換模塊，用於對所述充電設施的充電電流進行電源轉換；
所述電池架包括用於放置電池的支撐平臺，以及設置在所述支撐平臺上的第一接口和第二接口；所述第一接口與所述電源轉換模塊連接，用於接收所述電源轉換後的充電電流；所述第二接口與所述電池的電極端子連接，用於向所述電池傳輸所述充電電流。
方案16、根據方案15所述的電池架單元，其特徵在於，進一步地，所述電池架單元還包括監控模塊；所述監控模塊，用於監控所述電池的充電狀態。
方案17、根據方案15或16所述的電池架單元，其特徵在於，進一步地，所述電池架單元還包括通信模塊；所述通信模塊通過無線網絡與遠程控制平臺通信，用於接收所述遠程控制平臺下發的充電啟動指令，並向其發送電池的充電狀態信息。
方案18、一種換電站，包括動力電池充電位，其特徵在於，所述換電站還包括根據方案18-17任一項所述的電池架單元；
所述動力電池充電位設置有供電電源接口；
所述電池架單元可以放置於動力電池充電位，所述電池架單元中所述的電源轉換模塊與供電電源接口插接連接，用於對所述電池架單元中的動力電池進行充電。
附圖說明
圖1是本發明實施例中一種電動汽車能量調度方法的實施流程圖；
圖2是本發明實施例中能量調度區域示意圖；
圖3是本發明實施例中一種充電設施對換電電池充電的示意圖；
圖4是本發明實施例中另一種充電設施對換電電池充電的示意圖；
圖5是本發明實施例中另一種電動汽車能量調度方法的實施流程圖；
圖6是本發明實施例中一種電動汽車能量調度系統示意圖；
圖7是本發明實施例中一種區域電能調度方法的實施流程圖；
圖8是本發明實施例中另一種電動汽車能量調度系統示意圖；
其中，11：主換電站確定模塊；12：換電電池分配模塊；13：換電電池充電模塊；14：換電電池配送設備；21：雲平臺；22：換電站；23：充電設施；24：電動汽車；25：能量調度區域；26：電池架單元；31：雲平臺；32：調度策略中心；33：充電設施控制設備；34：配送設備。
具體實施方式
下面參照附圖來描述本發明的優選實施方式。本領域技術人員應當理解的是，這些實施方式僅僅用於解釋本發明的技術原理，並非旨在限制本發明的保護範圍。
隨著電動汽車充電需求的增加，除了換電站內充電設施數量逐步增加，換電站以外的區域，如安裝在居民小區或公共區域等區域的充電設施數量也大量增加。但是，這些區域的充電設施的充電利用率比較低，如安裝在居民小區的充電設施由於居民的起居習慣特點白天多處於閒置狀態，而安裝在公共區域的充電設施由於充電費用較高也多處於閒置狀態。考慮到換電型電動汽車的模塊化電池兼具集中式充電和單獨充電的特點，本發明提供了一種電動汽車能量調度方法，通過上述充電利用率較低的充電設施向換電型電動汽車替換下來的換電電池充電，作為換電站的輔助電源，可以減輕換電站的充電壓力，為了便於區分描述，電動汽車車載動力電池本文中用「動力電池」進行表述，從電動汽車上更換下來進行獨立充電的動力電池用「換電電池」進行表述。同時，本發明中還將需要進行電動汽車能量調度的區域劃分為多個能量調度區域，每個能量調度區域均可以包括一個換電站、一個或多個換電站以外區域的充電設施，通過對該區域內所有能量調度區域進行統籌管理和調度，實現分布式地電動汽車能量調度。
下面結合附圖，對本發明實施例提供的一種電動汽車能量調度方法進行具體說明。
圖1示例性示出了本發明實施例中一種電動汽車能量調度方法的實施流程，如圖所示，本實施例中可以按照下述步驟對換電型電動汽車進行能量調度，具體為：
步驟s101：確定在預設區域內對待換電電動汽車進行電池更換的主換電站。
本實施例中預設區域指的是需要進行電動汽車能量調度的區域，可以為一個城市或一個省等任意區域，同時，該預設區域可以包括一個或多個換電站，以及可以包括一個或多個換電站以外區域內的充電設施。其中，主換電站為預設區域內被指定為對電動汽車進行電池更換的換電站。
步驟s102：確定由主換電站分配到能量調度區域的換電電池。其中，確定分配到能量調度區域的換電電池可以包括確定各類型換電電池的數量，不同能量調度區域分配到的換電電池數量可以相同也可以不同。
本實施例中能量調度區域為預設區域內換電站所在的子區域。其中，預設區域可以包括一個能量調度區域也可以包括多個能量調度區域，且所有子區域組合在一起可以形成該預設區域，各子區域均可以包括一個或多個充電設施，這些充電設施可以為安裝在居民小區的充電設施也可以為安裝在公共區域的充電設施。
圖2示例性示出了本發明實施例中能量調度區域組成結構，如圖所示，本實施例中能量調度區域25可以包括一個換電站22和多個電動汽車充電區域，每個電動汽車充電區域可以包括至少1個充電設施23，且換電站21和充電設施23分別與雲平臺21通信。例如，本實施例中能量調度區域25可以包括一個換電站22、四個電動汽車充電區域，每個電動汽車充電區域可以包括3個充電設施23。本實施例中雲平臺21可以對換電站22、充電設施23和電動汽車24進行統一調度控制。
步驟s103：控制處於閒置狀態的充電設施對換電電池進行充電，並將充電後的換電電池配送至主換電站。本實施例中處於閒置狀態的充電設施指的是未對電動汽車等負荷充電的充電設施，在換電站電力容量不足的情況下，利用這些處於閒置狀態的充電設施作為換電站的輔助電源，向該換電站需要進行充電的換電電池充電，當所有換電電池充電完畢後再統一配送到該換電站，作為新的滿電換電電池，以供後續電動汽車換電。同時，也可以考慮實際的用戶需求或配送設備數量等因素，不採用統一配送方式，而是將充電後的換電電池逐個配送到主換電站，或將部分充電後的換電電池統一配送到主換電站。
圖3示例性示出了本發明實施例中充電設施對換電電池充電的實施流程，如圖所示，本實施例中包括n個用於對主換電站接收的換電電池充電的充電設施23，其中，這些充電設施23均為常規的充電設備。本實施例中換電站22和充電設施23可以採用3g/4g/5g等通信技術與雲平臺21進行信息交互，可以採用基於ieee802.11b標準的無線區域網技術(wirelessfidelity，wifi)與雲平臺21進行信息交互，可以採用tcp通信方式與雲平臺21進行信息交互，可以採用bt通信方式與雲平臺21進行信息交互，可以採用基於ieee802.15.4標準的低功耗區域網技術zigbee與雲平臺21進行信息交互。
其中，由前述步驟s101可知，預設區域可以包括多個能量調度區域，每個能量調度區域均可以包括多個充電設施，因此，本實施例中在換電站電力容量不足的情況下，不限於利用該換電站所在能量調度區域的充電設施對換電電池充電，也可以利用其他換電站所在能量調度區域的充電設施對換電電池充電，即可以通過對預設區域內所有能量調度區域進行統籌管理和調度，實現分布式地電動汽車能量調度。
本實施例提供的一種電動汽車能量調度方法，對分布式的能量調度區域進行統籌管理，可以充分利用預設區域內所有的充電設施，不僅提高了充電設施的利用率，也減輕了換電站的充/換電壓力，便於在城市等建築資源密集地區合理建設和規劃換電站。
進一步地，針對步驟s101中確定在預設區域內對待換電電動汽車進行換電的主換電站的方法，本發明提供了一個優選實施例，具體包括：本實施例中可以依據待換電電動汽車在缺電的情況下運行至預設區內各換電站所需時間最短為原則，將與最短時間對應的換電站作為主換電站，即獲取待換電電動汽車行駛至各換電站的行駛時間，並將與行駛時間的最小值對應的換電站設置為主換電站。
本實施中採用行駛時間最短原則確定主換電站，不僅提高了待換電電動汽車的充電可靠性，還節省了電能資源。
進一步地，針對步驟s102中確定分配到能量調度區域的各換電電池的方法，本發明也提供了一個優選實施例，具體包括：
(1)獲取預設區域內充電設施的狀態信息。本實施例中狀態信息可以包括充電設施的地址、可用充電時段和充電容量，其中，地址信息可以用於確認充電設施與主換電站的距離，便於計算配送換電電池所需的成本；可用充電時段信息可以用於確認充電設施是否處於閒置狀態；充電容量信息可以用於確認充電設施可以向換電電池充電的最大電量。
(2)依據充電設施的狀態信息、換電電池所需的充電電量和能量調度區域的調度策略，確定分配到能量調度區域的換電電池。
本實施例中換電電池所需的充電電量可以包括換電站已接收的待換電電動汽車所需的充電電量，也可以包括未來一段時間內換電站可能接收的待換電電動汽車所需的充電電量。其中，本實施例可以採用常規的用戶行為分析方法預測未來一段時間內換電站可能接收的待換電電動汽車所需的充電電量。
本實施例中不同能量調度區域的調度策略為相互獨立的調度策略，各調度策略均以其綜合成本最低為目標，可以在依據充電設施的狀態信息和待換電電動汽車所需的充電電量確定分配到能量調度區域的多種換電電池組合後，分別計算對這些換電電池組合充電的綜合成本，比較各組綜合成本，將綜合成本最小值對應的換電電池組配送到該能量調度區域，其中，換電電池組可以包括一個或多個換電電池。同時，在比較各組綜合成本時，還可以採用靈敏度分析法對各換電電池的組合策略進行最優分析。
優選的，本實施例中能量調度區域的調度策略的目標函數可以如下式(1)所示，具體為：
min(cs)＝min(cc+cr+cd-cb)(1)
其中，cs、cc和cr分別為能量調度區域的綜合成本、充電成本、換電成本，cd為換電電池的配送成本，cb為能量調度區域內換電站參與電網需求側響應的收益。本實施例中能量調度區域的充電成本可以包括能量調度區域已接收的換電電池的充電成本，也可以包括未來一段時間內能量調度區域可能接收的換電電池的充電成本；換電成本可以包括能量調度區域已接收的待換電電動汽車的換電成本，也可以包括未來一段時間內能量調度區域可能接收的待換電電動汽車的換電成本；配送成本包括將缺電換電電池由主換電站配送至充電設施充電的成本，以及將充電後的換電電池由充電設施配送至主換電站的成本；換電站參與電網需求側響應的收益指的是換電站作為可中斷負荷在接收到負荷調度指令後，暫停對電動汽車進行充/換電，而轉向電網需求側供電所得到的收益，其中，換電站也可以根據電網需求側響應激勵的實際情況主動暫停對電動汽車進行充/換電，並向電網需求側供電。
優選的，本發明實施例還提供了一種控制能量調度區域的換電站參與電網需求側響應的技術方案，下面對本實施例中控制能量調度區域的換電站參與電網需求側響應的方法進行說明，具體包括：
1、獲取電網所需的負荷電量、換電站的儲存電量和換電電池所需的充電電量。其中，換電站的儲存電量可以包括換電站內動力電池儲存的電量。
2、依據上述負荷電量、儲存電量和充電電量，確定向電網供電的一個或多個供電換電站，並控制供電換電站內的動力電池向電網或供電換電站的負荷供電。由前述步驟s101可知，預設區域內可以包括多個能量調度區域，每個能量調度區域包括一個換電站，本實施例中可以綜合考慮預設區域內所有或部分換電站的儲存電量，依據電網實際需求的負荷電量，在上述換電站中確定參與電網需求側響應的一個或多個換電站，進而控制換電站內的動力電池暫停向換電電池充電，並調整為放電工作模式，向電網需求側的負荷供電。同時，可以在動力電池的放電時間達到預設時間時停止向電網需求側的負荷供電，並恢復向換電電池充電。本實施例中供電換電站作為可切斷負荷參與電網需求側響應時，供電換電站內的動力電池還可以向該供電換電站內的負荷供電，保證供電換電站可以正常運行。同時，也可以在動力電池的放電時間達到預設時間時停止向該供電換電站內的負荷供電。
本實施例中可以對多個能量調度區域的換電站進行調度，控制這些換電站參與電網需求側響應，同時兼顧換電電池所需的充電電量，在不影響電動汽車用戶更換電池的情況下，柔性控制換電站參與電網需求側響應。
本實施例中能量調度區域的調度策略以綜合成本最低為目標，能夠確定分配到能量調度區域的換電電池的最優組合策略，該綜合成本包含了充電成本、換電成本、配送成本和參與電網需求側響應的收益。
優選的，本實施例還提供了另一個電動汽車能量調度方法實施方案，下面結合附圖對其進行具體說明。
圖5示例性示出了本發明實施例中另一種電動汽車能量調度方法的實施流程，如圖所示，本實施例中可以按照下述步驟進行電動汽車能量管理，具體為：
步驟s201：電動汽車用戶向電力系統雲平臺發送更換電池請求。
步驟s202：電力系統雲平臺依據該用戶行駛至換電站的行駛時間，確定對該用戶進行電池更換的主換電站，即採用就近原則，並將主換電站的地址信息發送給該用戶。
步驟s203：電力系統雲平臺判斷主換電站的儲存容量是否充足：若充足則執行步驟s204，若不充足則執行步驟s209。
步驟s204：電力系統雲平臺向主換電站下發充電指令，對該用戶替換下來的換電電池進行充電。
步驟s205：電力系統雲平臺實時監測電網的負荷需求，判斷電網側是否發生負荷供電不足：若發生供電不足則執行步驟s206，若未發生供電不足則執行步驟s208。
步驟s206：當電力系統雲平臺監測到電網發生負荷供電不足後控制主換電站暫停對換電電池進行充電，並控制主換電站向電網供電。
步驟s207：當電力系統雲平臺監測到電網負荷供電需求的需求電量已達到期望值或控制主換電站向電網供電的供電時間達到預設時間後，控制主換電站暫停向電網供電，繼續對換電電池進行充電。
步驟s208：當電力系統雲平臺監測到電網負荷未發生供電不足後，繼續控制主換電站對換電電池進行充電。
步驟209：電力系統雲平臺依據充電設施的狀態信息、用戶的換電需求和能量調度區域的調度策略，確定換電電池的最優分配策略，並按照該最優分配策略將換電電池配送到相應的充電設施。
步驟s210：電力系統雲平臺監測到換電電池充滿電後，將換電電池配送到主換電站。
本實施例中電力系統雲平臺對電動汽車、換電站和充電設施進行統一調度，提高了電動汽車的充/換電效率。
上述實施例中雖然將各個步驟按照上述先後次序的方式進行了描述，但是本領域技術人員可以理解，為了實現本實施例的效果，不同的步驟之間不必按照這樣的次序執行，其可以同時(並行)執行或以顛倒的次序執行，這些簡單的變化都在本發明的保護範圍之內。
基於與方法實施例相同的技術構思，本發明實施例還提供一種電動汽車能量調度系統。下面結合附圖對該電動汽車能量調度系統進行具體說明。
圖6示例性示出了本發明實施例中一種電動汽車能量調度系統的拓撲結構，如圖所示，本實施例中電動汽車能量調度系統可以包括主換電站確定模塊11、換電電池分配模塊12、換電電池充電模塊13和換電電池配送設備14。其中，主換電站確定模塊11用於確定在預設區域內對待換電電動汽車進行電池更換的主換電站；換電電池分配模塊12用於確定由主換電站分配到能量調度區域的換電電池，並將換電電池配送至能量調度區域；換電電池充電模塊13用於控制處於閒置狀態的充電設施對換電電池進行充電；換電電池配送設備14用於將充電後的換電電池配送至主換電站。
本實施例中主換電站確定模塊11和換電電池分配模塊12分別可以確定在預設區域內對待換電電動汽車進行電池更換的主換電站，及分配到能量調度區域的換電電池，換電電池充電模塊13可以控制處於閒置狀態的充電設施對換電電池進行充電，實現了對換電電池的分布式充電，提高了對能量調度區域內閒置充電設施的利用率，進而減輕了換電站的充/換電壓力。
進一步地，本實施例中主換電站確定模塊11還可以包括電動汽車行駛時間採集單元和主換電站設置單元，其中，電動汽車行駛時間採集單元用於獲取待換電電動汽車行駛至換電站的行駛時間，主換電站設置單元用於將與行駛時間的最小值對應的換電站作為主換電站。
進一步地，本實施例中換電電池分配模塊12還可以包括充電設施狀態信息採集單元和換電電池分配單元，其中，充電設施狀態信息採集單元用於獲取充電設施的狀態信息；換電電池分配單元用於依據充電設施的狀態信息、換電電池所需的充電電量和能量調度區域的調度策略，確定分配到能量調度區域的換電電池。
優選的，本實施例中電動汽車能量調度系統還可以包括用於制定能量調度區域的調度策略的調度策略制定模塊，其包括如公式(3)所示的調度目標模型。
優選的，本實施例中電動汽車能量調度系統還可以包括用於控制能量調度區域內換電站向電網供電的電網響應控制模塊，以控制換電站參與電網需求側響應。其中，電網響應控制模塊包括電量採集單元和供電控制單元，電量採集單元，用於獲取電網所需的負荷電量、換電站的儲存電量和換電電池所需的充電電量；供電控制單元，用於依據上述負荷電量、儲存電量和充電電量，確定向電網供電的一個或多個供電換電站，並控制供電換電站內的換電電池向電網或供電換電站的負荷供電。
上述電動汽車能量調度系統實施例可以用於執行上述電動汽車能量調度方法實施例，其技術原理、所解決的技術問題及產生的技術效果相似，所屬技術領域的技術人員可以清楚地了解到，為描述的方便和簡潔，上述描述的電動汽車能量調度的具體工作過程及有關說明，可以參考前述電動汽車能量調度方法實施例中的對應過程，在此不再贅述。
本領域技術人員可以理解，上述電動汽車能量調度系統還包括一些其他公知結構，例如處理器、控制器、存儲器等，其中，存儲器包括但不限於隨機存儲器、快閃記憶體、只讀存儲器、可編程只讀存儲器、易失性存儲器、非易失性存儲器、串行存儲器、並行存儲器或寄存器等，處理器包括但不限於cpld/fpga、dsp、arm處理器、mips處理器等，為了不必要地模糊本公開的實施例，這些公知的結構未在圖6中示出。
應該理解，圖6中的各個模塊的數量僅僅是示意性的。根據實際需要，各模塊可以具有任意的數量。
本領域技術人員可以理解，可以對實施例中的設備中的模塊進行自適應性地改變並且把它們設置在與該實施例不同的一個或多個設備中。可以把實施例中的模塊或單元或組件組合成一個模塊或單元或組件，以及此外可以把它們分成多個子模塊或子單元或子組件。除了這樣的特徵和/或過程或者單元中的至少一些是相互排斥之外，可以採用任何組合對本說明書(包括伴隨的權利要求、摘要和附圖)中公開的所有特徵以及如此公開的任何方法或者設備的所有過程或單元進行組合。除非另外明確陳述，本說明書(包括伴隨的權利要求、摘要和附圖)中公開的每個特徵可以由提供相同、等同或相似目的的替代特徵來代替。
基於上述電動汽車能量調度方法實施例和電動汽車能量調度系統實施例，本發明實施例還提供了一種區域電能調度方法，該方法首先以大區域內的換電站為核心，將該大區域劃分為多個網格區域，這些網格區域相互獨立且組合在一起可以形成整個大區域，其中，大區域指的是至少包含兩個換電站的區域，例如可以是包含兩個換電站的城市。然後監測每個網格區域對電動汽車充/換電的電能需求，以及每個網格區域內換電站和充電設施存儲的電能，對所有網格區域進行統籌調度，使得在一個網格區域內換電站存儲的電能不能滿足電動汽車充/換電需求的情況下，分配換電電池到具有可用充電設施的網格區域內，採用這些可用充電設施進行充電，其中，本實施例中可用充電設施可以是處於閒置狀態的充電設施。
下面結合附圖，對本發明實施例中一種區域電能調度方法進行具體說明。
圖7示例性示出了本發明實施例中一種區域電能調度方法的實施流程，如圖所示，本實施例可以按照下述步驟進行區域電能調度，具體包括：
步驟s301：採集預設區域內所有換電站和充電設施的位置信息，並按照上述位置信息將預設區域劃分為多個網格區域，其中，網格區域與換電站的數量相同，每個網格區域包括一個換電站、一個或多個充電設施。
步驟s302：採集各網格區域內充電設施的狀態信息；其中，狀態信息可以包括充電設施的地址、充電時段和充電容量。
步驟s303：依據待換電電動汽車行駛至換電站的行駛時間，確定用於對待換電電動汽車進行換電的主換電站。本實施例中可以將與行駛時間的最小值對應的換電站設置為主換電站。
步驟s304：依據換電電池所需的充電電量和主換電站的儲存電量，判斷是否控制主換電站對換電電池進行充電。
若儲存電量滿足充電需求，則控制主換電站對換電電池進行充電；若儲存電量不滿足充電需求，則依據各網格區域的調度策略和充電設施的狀態信息，將換電電池分配到處於閒置狀態且儲存電量滿足充電換電電池所需的充電電量的充電設施進行充電。
步驟s305：監測分配到充電設施的換電電池的充電狀態，當換電電池均充滿電後向配送設備發送配送指令，配送設備依據配送指令將換電電池配送至主換電站。
優選的，本實施例中網格區域的調度策略可以採用如公式(3)所示的目標函數。
優選的，本發明還提供了另一種電動汽車能量調度系統，基於計算機雲控制技術，實現了對電動汽車、換電站、充電設施的統籌調度，下面結合附圖對本實施例提供的電動汽車能量調度系統進行具體說明。
圖8示例性示出了本發明實施例中另一種電動汽車能量調度系統，如圖所示，本實施例中電動汽車能量調度系統可以包括雲平臺31、調度策略中心32、充電設施控制設備33和配送設備34。
其中，調度策略中心32與雲平臺31連接，用於向雲平臺31提供電動汽車能量調度策略。雲平臺31和調度策略中心32可以為兩個獨立的伺服器，也可以整體設計於一個伺服器系統中。本實施例中調度策略中心32可以按照上述技術方案提供的電動汽車能量調度方法制定電動汽車能量調度策略，具體地，可以包括：
(1)確定在預設區域內對待換電電動汽車進行電池更換的主換電站。
(2)確定由主換電站分配到預設區域內能量調度區域的換電電池，並將換電電池配送至能量調度區域。
(3)控制能量調度區域內處於閒置狀態的充電設施對換電電池進行充電，並將充電後的換電電池配送至主換電站。
上述電動汽車能量調度策略實施例可以用於執行上述電動汽車能量調度方法實施例，其技術原理、所解決的技術問題及產生的技術效果相似，所屬技術領域的技術人員可以清楚地了解到，為描述的方便和簡潔，上述描述的電動汽車能量調度策略的具體工作過程及有關說明，可以參考前述電動汽車能量調度方法實施例中的對應過程，在此不再贅述。
進一步地，本實施例提供的一個優選技術方案中，該電動汽車能量調度系統還可以包括車載電子設備。本實施例中車載電子設備可以安裝在電動汽車上並與雲平臺通信，用於向雲平臺31發送更換電池請求，及接收雲平臺31下發的換電站信息。本實施例中通過設置車載電子設備，可以便於電動汽車用戶與雲平臺31進行通信，獲取可用的換電站信息，提高充電效率。同時，本實施例中車載電子設備、充電設施控制設備33和配送設備34分別可以通過無線網絡與雲平臺31進行通信，如3g網絡，採用無線通信方式利於雲平臺31對充電設施控制設備33、配送設備34和車載電子設備進行遠程控制。
優選的，本發明實施例還提供了一種電池架單元，該電池架單元可以將充電設施輸出的充電電流轉換為待充電電池可用的充電電流。本實施例中該待充電電池可以為電動汽車的換電電池，下面對該電池架單元進行具體說明。
本實施例中電池架單元可以包括電源轉換模塊和電池架。
其中，電源轉換模塊，可以用於對充電設施的充電電流進行電源轉換。本實施例中電源轉換模塊可以採用ac/dc轉換模塊，即將充電設施輸出的交流充電電流轉換為直流充電電流，也可以採用dc/dc轉換模塊對充電設施輸出的直流充電電源進行電源轉換，如進行電壓等級轉換或功率轉換。
圖3示例性示出了本實施例中一種電池架單元的結構，如圖所示，本實施例中電池架單元26可以與一個充電設施23連接，同時，還可以通過3g/4g通信技術與雲平臺21進行信息交互。其中，換電站22也可以通過3g/4g通信技術與雲平臺21進行信息交互。
本實施例中電池架單元26內電源轉換模塊為ac/dc儲能變流器，可以將充電設施23輸出的交流充電電流轉換為直流充電電流。如圖3所示，本實施例中可以包括n個充電設施23及電池架單元can-c1～can-cn，電池架單元can-c1～can-cn內的ac/dc儲能變流器1#～n#分別與n個充電設施23連接，可以對各充電設施23輸出的充電電流p1～p2進行電源轉換。
圖4示例性示出了本實施例中另一種電池架單元的結構，如圖所示，本實施例中電池架單元26可以與一個充電設施23連接，同時，還可以通過3g/4g通信技術與雲平臺21進行信息交互。其中，換電站22也可以通過3g/4g通信技術與雲平臺21進行信息交互。
本實施例中電池架單元26內電源轉換模塊為dc/dc儲能變流器，可以對充電設施23輸出的直流充電電流進行電源轉換，如可以將充電設施23輸出的直流充電電流降低為較低電壓等級的直流充電電流。如圖4所示，本實施例中本實施例中可以包括n個充電設施23及電池架單元can-c1～can-cn，電池架單元can-c1～can-cn內的dc/dc儲能變流器1#～n#分別與n個充電設施23連接，可以對各充電設施23輸出的充電電流p1～p2進行電源轉換。
電池架包括用於放置電池的支撐平臺，以及設置在支撐平臺上的第一接口和第二接口。第一接口可以與電源轉換模塊連接，用於接收電源轉換後的充電電流；第二接口可以與電池的電極端子連接，用於向電池傳輸電源轉換後的充電電流。
進一步地，本實施例提供的一個優選技術方案中，該電池架單元還可以包括用於監控電池的充電狀態的監控模塊，本實施例中監控模塊可以採用電池能量管理系統bms，通過監控電池的充電狀態可以防止過流、過壓、過熱等的故障發生，同時還可以監控電池的荷電狀態。
圖3和圖4分別示例性示出了本實施例中電池架單元內的監控模塊，如圖所示，本實施例中可以包括n個電池架單元can-c1～can-cn，每個電池架單元均包括一個用於監控換電電池充電狀態的電池能量管理系統bms，該電池能量管理系統bms可以將各電池架單元內換電電池的荷電狀態soc1～socn通過3g/4g通信技術發送至雲平臺21。
進一步地，本實施例提供的一個優選技術方案中，該電池架單元還可以包括通信模塊，通信模塊通過無線網絡與遠程控制平臺通信，用於接收遠程控制平臺下發的充電啟動指令，並向其發送電池的充電狀態信息。本實施例中通信模塊接收到充電啟動指令後，電池架單元與充電設施形成電氣連接，對充電設施的充電電流進行電源轉換，並將電源轉換後的充電電流傳輸至電池進行充電。
優選的，本發明實施例還提了一種換電站，該換電站包括動力電池充電位和上述技術方案所述的電池架單元，實現了電池與充電設施的交互通信，下面對本實施例提供的一種換電站進行說明，具體是：動力電池充電位設置有供電電源接口，電池架單元可以放置於動力電池充電位，電池架單元中的電源轉換模塊與供電電源接口插接連接，用於對電池架單元中的動力電池進行充電。
本實施例中換電站通過電池架單元對充電電流進行電源轉換，電池架單元可以將換電站內充電設施輸出的充電電流轉換為換電電池可用的充電電流，如可以將交流充電電流轉換為直流充電電流，也可以對充電電流的幅值進行降低或提升。同時電池架單元還可以監控電池的充電狀態，並將充電狀態信息發送至遠程控制平臺，遠程控制平臺依據接收的充電狀態信息監測電池狀態，防止發生過流、過壓、過熱等故障。本實施例中在換電站內設置電池架單元不僅可以提高充電設施的充電效率，還可以簡化換電站的充電控制策略，提高換電站的工作穩定性。
此外，本領域的技術人員能夠理解，儘管在此所述的一些實施例包括其它實施例中所包括的某些特徵而不是其它特徵，但是不同實施例的特徵的組合意味著處於本發明的範圍之內並且形成不同的實施例。例如，在下面的權利要求書中，所要求保護的實施例的任意之一都可以以任意的組合方式來使用。
本發明的各個部件實施例可以以硬體實現，或者以在一個或者多個處理器上運行的軟體模塊實現，或者以它們的組合實現。本領域的技術人員應當理解，可以在實踐中使用微處理器或者數位訊號處理器(dsp)來實現根據本發明實施例的伺服器、客戶端中的一些或者全部部件的一些或者全部功能。本發明還可以實現為用於執行這裡所描述的方法的一部分或者全部的設備或者裝置程序(例如，pc程序和pc程序產品)。這樣的實現本發明的程序可以存儲在pc可讀介質上，或者可以具有一個或者多個信號的形式。這樣的信號可以從網際網路網站上下載得到，或者在載體信號上提供，或者以任何其他形式提供。
應該注意的是上述實施例對本發明進行說明而不是對本發明進行限制，並且本領域技術人員在不脫離所附權利要求的範圍的情況下可設計出替換實施例。在權利要求中，不應將位於括號之間的任何參考符號構造成對權利要求的限制。單詞「包含」不排除存在未列在權利要求中的元件或步驟。位於元件之前的單詞「一」或「一個」不排除存在多個這樣的元件。本發明可以藉助於包括有若干不同元件的硬體以及藉助於適當編程的pc來實現。在列舉了若干裝置的單元權利要求中，這些裝置中的若干個可以是通過同一個硬體項來具體體現。單詞第一、第二、以及第三等的使用不表示任何順序。可將這些單詞解釋為名稱。
至此，已經結合附圖所示的優選實施方式描述了本發明的技術方案，但是，本領域技術人員容易理解的是，本發明的保護範圍顯然不局限於這些具體實施方式。在不偏離本發明的原理的前提下，本領域技術人員可以對相關技術特徵作出等同的更改或替換，這些更改或替換之後的技術方案都將落入本發明的保護範圍之內。