城市电动汽车公共充电网络服务能力评价方法及评价系统与流程

本发明涉及电动汽车领域，更具体涉及一种城市电动汽车公共充电网络服务能力评价方法及评价系统。

背景技术：
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随着电动汽车及其充换电技术、设备、运营管理系统的快速发展和相关政策、法律、标准、规范体系的逐步健全完善，我国电动汽车充换电基础设施的规模化建设进程将不断加快，电动汽车充换电服务网络的建设也必须与电动汽车的发展同步并进，否则将不能满足全部电动汽车充电需求服务。充换电基础设施的发展将呈现明显的基于商业化服务能力提升为导向的发展趋势。

城市电动汽车公共充电网络服务能力评价用来测算城市内电动汽车公共充电服务的能力程度，是公共充电基础设施建设规划、技术改造、流程优化、运营能力提升的辅助工具，科学的评估城市内公共充换电网络服务能力，对于指导充换电站的经济建设、合理布局，以及提高充换电站的服务水平具有重要指导意义。传统的服务能力评价大多从技术性、经济性、社会性及实用性等角度进行，针对电动汽车充电网络服务能力评价尚缺乏较好的评价模型和技术支持。

技术实现要素：
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本发明的目的是提供一种城市电动汽车公共充电网络服务能力评价方法及评价系统，对电动汽车充换电服务网络的建设规划、快慢充设施的配置规划，有较好的参考借鉴作用。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种城市电动汽车公共充电网络服务能力评价方法，包括：

根据公共充电设施指标数据，计算充电设施配置能力；

根据电动汽车用户行为数据和所述公共充电设施指标数据，得到每小时充电车次占全天充电总车次的比例；

根据所述电动汽车指标数据和每小时充电车次占全天充电总车次的比例，得到电动汽车每小时充电需求；

根据城市指标数据和所述公共充电设施指标数据，得到城市的公共充电设施平均覆盖半径；

根据城市的公共充电设施平均覆盖半径数据，得到服务距离评价指标；

根据市民出行规律和供需平衡规则，计算城市电动汽车公共充电网络的服务能力。

所述方法还包括获取指标数据；所述指标数据包括电动汽车指标数据、公共充电设施指标数据、城市指标数据和电动汽车用户行为数据。

所述电动汽车指标数据包括电动汽车数量、续航里程、平均续航里程、平均剩余里程和日均充电次数；

所述公共充电设施指标数据包括充电设施数量、平均充电时长和充电桩完好率；

所述城市指标数据包括城市面积和充电点数量；

所述电动汽车用户行为数据为电动汽车用户开始充电的时刻在一天之内的概率分布。

所述充电设施配置能力的确定过程为：

根据不同的充电方式分别获取不同的充电桩数量；

根据下式计算电动汽车平均充电时长C_t：

$C_t=\frac{1}{{\mathrm{\Σn}}_i}{\Σ}_{i=1}^n\frac{T_i}{L_i}(L_i-V_d)n_i;$

其中，n为电动汽车品牌的数量，T_i为i品牌电动汽车的电量充满时长；L_i为i品牌电动汽车的续航里程；n_i为i品牌电动汽车数量，V_d为平均剩余里程；

根据上式分别计算慢充模式的平均充电时长C_At和快充模式下的平均充电时长C_Dt；

通过下式计算充电设施配置能力，即充电桩设施每小时最大充电次数C，

$C=\mathrm{\α}\×(\frac{C_{An}}{C_{At}}+\frac{C_{Dn}}{C_{Dt}})$

其中，C_An表示慢充充电桩数量，C_Dn表示快充充电桩数量，α表示充电桩完好率。

所述每小时充电车次占全天充电车次的比例的确定过程包括：

根据电动汽车用户充电行为数据，得出电动汽车用户开始充电的时刻在一天之内的概率分布β(t)，按照小时划分区间t＝1,2,…24；则

根据充电设施使用频次数据，得出一天内快、慢充设施使用次数之比为ρ；

根据下式计算每小时使用快充设施充电的车次占全天充电车次的比例

根据下式计算每小时使用慢充设施充电的车次占全天充电车次的比例

根据下式计算每小时充电车次占全天充电车次的比例:

所述动汽车每小时充电需求的确定过程包括：

获取城市可使用公共充电设施的电动汽车数量；

根据所述电动汽车的品牌和参数，计算电动汽车平均续航里程；

根据电动汽车用户充电行为数据，得出电动汽车充电前平均剩余里程；

根据电动汽车用户充电行为数据，获取城市的汽车日平均行驶里程；

通过下式计算电动汽车日均充电次数V_t：

$V_t=\frac{V_k}{V_m-V_d}$

其中，V_k为日均行驶里程，V_m为平均续航里程，V_d为平均剩余里程；

通过下式计算电动汽车每时段充电次数需求V：

其中，表示每小时充电车次占全天充电车次的比例；V_n表示电动汽车数量；V_t表示电动汽车日均充电次数。

所述城市的公共充电设施平均覆盖半径通过下式确定：

$r=\sqrt{\frac{2S}{m\×3\sqrt{3}}}$

其中，r为公共充电设施平均覆盖半径,S为城市面积，m为充电点数量。

所述服务距离评价指标的确定过程包括：

根据电动汽车用户充电行为数据，得出剩余里程标准差σ；

由于电动汽车充电前剩余里程遵循正态分布，平均剩余里程为V_d，则剩余里程正态分布$d\left(r\right)=\frac{1}{\mathrm{\σ}\sqrt{2\mathrm{\π}}}\exp (-\frac{{(r-\mathrm{\μ})}^2}{2{\mathrm{\σ}}^2}),$r≥0；

所述服务距离评价指标根据下式确定：

$f\left(r\right)={\∫}_r^{\mathrm{\∞}}d\left(r\right)$

其中，f(r)为服务距离评价指标。

所述城市电动汽车公共充电网络的服务能力的确定过程包括：

确定城市电动汽车公共充电网络在某时段的服务能力E(t)；

根据所述服务能力E(t)确定平均服务能力E；

所述服务能力E(t)通过下式确定：

$E\left(t\right)=f\left(r\right)\×\frac{C}{V\left(t\right)}$

所述平均服务能力E为

一种城市电动汽车公共充电网络服务能力评价系统，包括：

充电设施配置模型，根据公共充电设施指标数据，计算充电设施配置能力；

用户充电行为模型，根据电动汽车用户行为数据和所述公共充电设施指标数据，得到每小时充电车次占全天充电总车次的比例；

电动汽车充电需求模型，根据所述电动汽车指标数据和每小时充电车次占全天充电总车次的比例，得到电动汽车每小时充电需求；

充电服务距离模型，根据城市指标数据和所述公共充电设施指标数据，得到城市的公共充电设施平均覆盖半径；

服务距离评价模型，根据城市的公共充电设施平均覆盖半径数据，得到服务距离评价指标；

充电网络服务能力计算模型，根据市民出行规律和供需平衡规则，计算城市电动汽车公共充电网络的服务能力。

所述系统还包括获取指标数据的指标数据模块；所述指标数据模块包括 电动汽车指标数据模块、公共充电设施指标数据模块、城市指标数据模块和电动汽车用户行为数据模块。

和最接近的现有技术比，本发明提供技术方案具有以下优异效果

1、本发明的技术方案计算电动汽车公共充电设施对城市电动汽车用户提供充电服务的满足程度；

2、本发明的技术方案通过对电动汽车用户驾驶行为、充电行为及充电网络布局特征进行分析，基于现有充换电服务网络实际现状和电动汽车未来发展需求下，充分利用服务供需平衡原则，实现了结合电动汽车充电需求、充电设施配置能力、充电网络服务半径等多种因素的电动汽车充电网络运营服务能力评估方法；

3、本发明的技术方案可广泛用于电动汽车充换电服务网络的建设规划、快慢充设施的配置规划、设施技术改造、流程优化、运营服务能力提升等方面；

4、本发明的技术方案对于指导充换电站的经济建设、合理布局，以及提高充换电站的服务水平具有重要指导意义。

附图说明

图1为本发明技术方案的评价模型图；

图2为本发明技术方案的的评价指标图。

具体实施方式

下面结合实施例对发明作进一步的详细说明。

实施例1：

本例的发明提供一种城市电动汽车公共充电网络服务能力评价方法及 评价系统，得出城市电动汽车公共充电设施向电动汽车用户提供服务的满足程度，用一无量纲数值表示。所述方法包括：

根据公共充电设施指标数据，计算充电设施配置能力；

根据电动汽车用户行为数据和所述公共充电设施指标数据，得到每小时充电车次占全天充电总车次的比例；

根据所述电动汽车指标数据和每小时充电车次占全天充电总车次的比例，得到电动汽车每小时充电需求；

根据城市指标数据和所述公共充电设施指标数据，得到城市的公共充电设施平均覆盖半径；

根据城市的公共充电设施平均覆盖半径数据，得到服务距离评价指标；

根据市民出行规律和供需平衡规则，计算城市电动汽车公共充电网络的服务能力。

所述方法还包括获取指标数据；所述指标数据包括如图2所示，电动汽车指标数据、公共充电设施指标数据、城市指标数据和电动汽车用户行为数据。

1)电动汽车指标数据包括：

(1)电动汽车数量：某城市可在公共充电设施充电的电动汽车保有量；

(2)续航里程：电动汽车在充满电后可以行使的最大里程数；

(3)平均续航里程：某城市主流电动汽车品牌的平均续航里程；

(4)平均剩余里程：电动汽车充电前的剩余电量所能支撑的平均里程数；

(5)日均充电次数：每辆电动汽车每日的平均充电次数；

2)公共充电设施指标数据包括：

(1)充电设施数量：某城市的充电桩建设数量，包括离散充电桩、集中充电站或充电塔的充电机和充电桩，按充电方式可分为慢充交流充电桩和快充直流充电机。

(2)平均充电时长：电动汽车平均每次充电所需要的时长，根据充电方式不同，又分为慢充平均充电时长和快充平均充电时长；

(3)充电桩完好率：能够正常开展充电工作的充电桩数量占所有充电桩数量的比例；

3)城市指标数据包括：

(1)城市面积：某一城市建设公共充电设施区域的土地面积；

(2)充电点数量：一个充电站或一批距离相近的充电桩集中点的总数。

4)电动汽车用户行为数据，指电动汽车用户开始充电的时刻在一天之内的概率分布。

所述充电设施配置能力的确定过程为：

(1)根据充电方式不同，将充电桩分为交流慢充充电桩和直流快充充电桩，并分别获取充电桩数量；

(2)计算电动汽车平均充电时长C_t，

$C_t=\frac{1}{{\mathrm{\Σn}}_i}{\Σ}_{i=1}^n\frac{T_i}{L_i}\left(L_i-V_d\right)n_i;$

其中，n为电动汽车品牌的数量，T_i为i品牌电动汽车的电量充满时长；L_i为i品牌电动汽车的续航里程；n_i为i品牌电动汽车数量，V_d为平均剩余里程；

(3)分别计算计算慢充模式的平均充电时长C_At和快充模式下的平均充电时长C_Dt；

(4)计算充电设施配置能力，即充电桩设施每小时最大充电次数C，其中，C_An表示慢充充电桩数量，C_Dn表示快充充电桩数量，α表示充电桩完好率。

所述每小时充电车次占全天充电车次的比例的确定过程包括：

(1)根据电动汽车用户充电行为调研数据，得出电动汽车用户开始充电的时刻在一天之内的概率分布β(t)，按照小时划分区间t＝1,2,…24；则${\Σ}_{t=1}^{24}\mathrm{\β}\left(t\right)=1.$

(2)根据充电设施使用频次调研数据，得出一天内快、慢充设施使用次数之比为ρ。

(3)计算每小时使用快充设施充电的车次占全天充电车次的比例

(4)计算每小时使用慢充设施充电的车次占全天充电车次的比例

(5)计算每小时充电车次占全天充电车次的比例

所述动汽车每小时充电需求的确定过程包括：

(1)获取城市可使用公共充电设施的电动汽车数量，包括私家车、企业用车、出租汽车和城市物流配送车辆等；

(2)根据电动汽车品牌和参数，计算电动汽车平均续航里程；

(3)根据电动汽车用户充电行为调研数据，得出电动汽车充电前平均剩余里程；

(4)根据电动汽车用户充电行为调研数据，获取城市的汽车日平均行驶里程；

(5)计算电动汽车日均充电次数V_t，其中，V_k为日均行驶里程，V_m为平均续航里程，V_d为平均剩余里程；

(6)计算电动汽车每时段充电次数需求V，其中，表示每小时充电车次占全天充电车次的比例；V_n表示电动汽车数量；V_t表示电动汽车日均充电次数。

使用中心地理论，得到公共充电设施平均覆盖半径r,

其中S为城市面积，m为充电点数量。

所述服务距离评价指标的确定过程包括：

(1)根据电动汽车用户充电行为调研数据，得出剩余里程标准差σ；

(2)电动汽车充电前剩余里程遵循正态分布，平均剩余里程为V_d，剩余里程正态分布$d\left(r\right)=\frac{1}{\mathrm{\σ}\sqrt{2\mathrm{\π}}}\exp (-\frac{{(r-\mathrm{\μ})}^2}{2{\mathrm{\σ}}^2}),$r≥0；

(3)服务距离评价指标指的是需要充电的车辆处于两个充电设施之间的位置时，能够到达充电设施的概率值，其中f(r)为服务距离评价指标。

所述城市电动汽车公共充电网络的服务能力的确定过程包括：

(1)城市电动汽车公共充电网络在某时段的服务能力E(t)计算公式为：

$E\left(t\right)=f\left(r\right)\×\frac{C}{V\left(t\right)},$

该公式表示，电动汽车充电服务能力除了与充电桩数量外，还与电动汽车和充电点之间的距离也紧密相关。

(2)平均服务能力所述系统包括如图1所示：

充电设施配置模型，根据公共充电设施指标数据，计算充电设施配置能力；

用户充电行为模型，根据电动汽车用户行为数据和所述公共充电设施指标数据，得到每小时充电车次占全天充电总车次的比例；

电动汽车充电需求模型，根据所述电动汽车指标数据和每小时充电车次占全天充电总车次的比例，得到电动汽车每小时充电需求；

充电服务距离模型，根据城市指标数据和所述公共充电设施指标数据，得到城市的公共充电设施平均覆盖半径；

服务距离评价模型，根据城市的公共充电设施平均覆盖半径数据，得到服务距离评价指标；

充电网络服务能力计算模型，根据市民出行规律和供需平衡规则，计算城市电动汽车公共充电网络的服务能力。

所述系统还包括获取指标数据的指标数据模块；所述指标数据模块包括电动汽车指标数据模块、公共充电设施指标数据模块、城市指标数据模块和电动汽车用户行为数据模块。

所述充电装配置能力模型、电动汽车充电需求模型、用户充电行为模型、充电服务距离模型、服务距离评价模型，接受指标数据的输入，同时互相之间具有输入和输出的关系，最终输出数据到充电网络服务能力计算模型，得到城市电动汽车公共充电网络的服务能力数值。

本发明的技术方案分别对城市内公共快充设施和慢充设施的服务能力进行评价，作为充电网络总体服务能力评价的输入。基于市民出行规律，以供需平衡为原则，对城市公共充电服务网络各时段的充电服务进行动态评价以及综合评价。基于最不利原则，以用户需要充电时恰处于两个充电设施之间的位置且能够到达充电设施的概率作为服务距离评价指数。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，所属领域的普通技术人员尽管参照上述实施例应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。