用于确定换电站内的欠电电池的充电策略的方法和装置与流程

本发明涉及新能源汽车技术，特别涉及用于确定换电站内的欠电电池的充电策略的方法、实施该方法的控制装置、包含所述控制装置的换电站以及实施该方法的计算机存储介质。

背景技术：

纯电动汽车动力电池补充能量的模式一般包括充电模式和换电模式两大类。充电模式的缺点主要是充电时间长导致的用户体验不佳。换电模式的运行可以解决电动汽车续航里程短、充电难和成本高等一系列问题，因此是一种具有较好技术和市场前景的模式。

在换电模式下，充电营运商负责对动力电池的统一管理，用户通过向换电站营运商租赁动力电池来获得服务。为了确保换电需求，换电站通常需要预留一定数量的满电电池裕量。满电电池的来源通常来自原先的储备和重新充电的欠电电池两个方面。出于效率和成本的考虑，换电站每个时刻可用的满电电池的数量应尽可能与换电需求匹配。但是由于换电需求的不确定性和动态性，要实现这种匹配并非易事。此外，为了延长电池的使用寿命，对欠电电池应尽量采用慢充方式充电，这进一步增加了匹配的难度，特别是在换电站的运营规模很大时。

技术实现要素：

本发明的一个目的是提供一种用于确定换电站内的欠电电池的充电策略的方法，其有助于提高换电模式下所管理电池的使用效率和延长其总体寿命。

按照本发明一个方面的用于确定换电站内的欠电电池的充电策略的方法包含下列步骤：

获取待充电车辆到达换电站的预计时间，其中，所述待充电车辆为荷电状态低于设定阈值的车辆；

将待充电车辆按照其到达换电站的预计时间划分为多个充电需求组，其中，每个充电需求组对应于多个时间段中的其中一个；

对于每个充电需求组，确定所需的满电电池数量；以及

根据多个充电需求组所需的满电电池数量确定换电站的欠电电池的充电策略。

优选地，在上述方法中，根据待充电车辆与换电站的距离和预计行驶速度确定其到达换电站的预计时间。

优选地，在上述方法中，每个充电需求组的所需的满电电池数量的确定包括下列步骤：

获取该充电需求组内的待充电车辆的换电指数，其中，所述换电指数按照下式得到：

其中，γi,j为第i个充电需求组内第j个待充电车辆的换电指数，ci,j为第i个充电需求组内第j个待充电车辆已经发生过的在荷电状态低于设定阈值时换电的次数，ti,j为第i个充电需求组内第j个待充电车辆的总换电次数；以及

对该充电需求组内的待充电车辆的换电指数求和以得到该充电需求组的所需的满电电池数量。

优选地，在上述方法中，利用对欠电电池的充电速率来表示充电策略。

优选地，在上述方法中，充电策略的确定包括下列步骤：

确定多个充电需求组所需的满电电池数量的组合值；以及

根据组合值和换电站当前可用的满电电池的数量确定相匹配的充电速率。

优选地，在上述方法中，充电策略的确定包括下列步骤：

确定在当前充电速率下，在多个时间段结束时能够完成充电的电池的数量；

根据当前可用的满电电池数量和在多个时间段结束时能够完成充电的电池的数量确定多个时间段内可用的满电电池数量；以及

从多个充电速率中选择优化的充电速率，使得多个时间段内可用的满电电池数量与各个充电需求组所需的满电电池数量最为匹配。

本发明的另一个目的是提供一种控制装置，其有助于提高换电模式下所管理电池的使用效率和延长其总体寿命。

按照本发明另一个方面的控制装置包括：

第一模块，用于获取待充电车辆到达换电站的预计时间，其中，所述待充电车辆为荷电状态低于设定阈值的车辆；

第二模块，用于将待充电车辆按照其到达换电站的预计时间划分为多个充电需求组；

第三模块，用于对于每个充电需求组，确定所需的满电电池数量；以及

第四模块，用于根据多个充电需求组所需的满电电池数量确定换电站的欠电电池的充电策略。

模式下所管理电池的使用效率和延长其总体寿命。

按照本发明另一个方面的控制装置包含存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其中，执行所述程序以实现如上所述的方法。

本发明的还有一个目的是提供一种换电站，其有助于提高换电模式下所管理电池的使用效率和延长其总体寿命。

按照本发明另一个方面的换电站包括：

如上所述的控制装置；以及

充电装置，其配置为按照所述控制装置确定的充电速率对欠电电池进行充电。

本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如上所述的方法。

附图说明

本发明的上述和/或其它方面和优点将通过以下结合附图的各个方面的描述变得更加清晰和更容易理解，附图中相同或相似的单元采用相同的标号表示。附图包括：

图1为按照本发明一个实施例的用于确定换电站内的欠电电池的充电策略的方法的流程图。

图2为可应用于图1所示实施例的充电策略确定例程的流程图。

图3为示例性的图表，其示出采用图2所示充电策略确定例程获得的仿真结果。

图4为可应用于图1所示实施例的另一个充电策略确定例程的流程图。

图5为示例性的图表，其示出采用图4所示充电策略确定例程获得的仿真结果。

图6为按照本发明另一实施例的控制装置的示意框图。

图7为按照本发明还有一个实施例的控制装置的示意框图。

图8为按照本发明还有一个实施例的换电站的示意框图。

具体实施方式

下面参照其中图示了本发明示意性实施例的附图更为全面地说明本发明。但本发明可以按不同形式来实现，而不应解读为仅限于本文给出的各实施例。给出的上述各实施例旨在使本文的披露全面完整，以将本发明的保护范围更为全面地传达给本领域技术人员。

在本说明书中，诸如“包含”和“包括”之类的用语表示除了具有在说明书和权利要求书中有直接和明确表述的单元和步骤以外，本发明的技术方案也不排除具有未被直接或明确表述的其它单元和步骤的情形。

诸如“第一”和“第二”之类的用语并不表示单元在时间、空间、大小等方面的顺序而仅仅是作区分各单元之用。

“耦合”应当理解为包括在两个单元之间直接传送电能量或电信号的情形，或者经过一个或多个第三单元间接传送电能量或电信号的情形。

“满电电池”应当理解为荷电状态大于或等于一个较高水平的电池，例如荷电状态为100％或大于90％。

按照本发明的一个方面，通过将充电需求与待充电车辆(例如可以将荷电状态低于设定阈值soclow的车辆视为待充电车辆)到达换电站的预计时间和待充电车辆的换电历史数据相关联，可以准确、实时地预测每个时刻的充电需求，从而对换电站的欠电电池实施优化的充电策略。

优选地，将换电站服务区域内的待充电车辆按照其到达换电站的预计时间划分为多个充电需求组，并且确定多个充电需求组所需的满电电池数量，由此确定换电站的欠电电池的充电策略。

需要指出的是，这里所述的服务区域可以理解为这样的区域，在该区域之外的待充电车辆到当前换电站来更换电池的可能性可以忽略不计。在一个示例性实例中，可以以换电站的物理位置作为基点，通过将当前时刻的车辆以到达换电站的距离或以设定行驶速度(例如该服务区域内的车辆平均速度)到达换电站的预计时间作离散化处理，将服务区域内的待充电车辆划分为多个充电需求组。例如可以将距离或预计时间分类为三个区间或三个时间段，例如区间1为距离小于10公里或到达换电站所需时间小于10分钟，区间2为距离介于10公里至20公里之间或到达换电站所需时间介于10分钟至20分钟之间，区间3为距离介于20公里至30公里之间或到达换电站所需时间介于20分钟至30分钟之间，相应地，服务区域内的待充电车辆根据其距离或预计时间被归类到各自的充电需求组。

按照本发明的另一个方面，利用对欠电电池的充电速率来表示充电策略，即，利用充电速率的多个离散化值来表示不同的充电策略。示例性地，充电速率可以按照等级逐级增加的方式定义如下：

c_low：0.2c(低速充电速率)

c_normal：0.5c(普通充电速率)

c_fast：1c(快速充电速率)

c_super：1.5c(超快速充电速率)

其中1c为1小时内将电池从0％电量充至100％电量所对应的电流数值。

按照本发明的另一个方面，在确定充电需求时，对各个充电需求组所需的满电电池数量赋予不同的权重因子以得到所需的满电电池数量的组合值，并且通过考察组合值与当前可用的满电电池数量之间的匹配情况来确定相应的充电策略。优选地，可以采用多组不同的权重因子从而得到多个组合值。

按照本发明的另一个方面，可以通过考察多个充电需求组所需的满电电池数量与多个时间段内可用的满电电池数量之间的匹配情况来确定相应的充电策略。

图1为按照本发明一个实施例的用于确定换电站内的欠电电池的充电策略的方法的流程图。

如图1所示，在步骤110，诸如换电站管理系统之类的控制装置获取当前时刻换电站服务区域内的充电需求数据。这里所述的充电需求数据例如包括但不限于服务区域内车辆的荷电状态(soc)、车辆到达换电站的预计时间、车辆标识信息(例如车牌)或用户id(例如用户移动电话号码、注册名)等。

随后进入步骤120，控制装置将服务区域内当前时刻荷电状态低于设定阈值soclow的车辆加入待充电车辆队列q。

接着在步骤130，控制装置将队列q中的待充电车辆按照其到达换电站的预计时间划分为多个充电需求组。例如可以按照前述方式将待充电车辆分入三个充电需求组，其中，充电需求组1包含距离小于10公里或到达换电站所需时间小于10分钟的待充电车辆，充电需求组2包含距离介于10公里至20公里之间或到达换电站所需时间介于10分钟至20分钟之间的待充电车辆，充电需求组3包含距离介于20公里至30公里之间或到达换电站所需时间介于20分钟至30分钟之间的待充电车辆。

随后进入步骤140，控制装置确定每个充电需求组所需的满电电池数量。优选地，可以依照下述方式确定各组满电电池的数量。

首先获取一个充电需求组内的待充电车辆的换电指数，其中，换电指数按照下式得到：

其中，γi,j为第i个充电需求组内第j个待充电车辆的换电指数，ci,j为第i个充电需求组内第j个待充电车辆历史上在荷电状态低于前述设定阈值soclow时换电的次数，ti,j为第i个充电需求组内第j个待充电车辆的总换电次数。

随后，对该充电需求组内的待充电车辆的换电指数求和以得到该充电需求组的所需的满电电池数量hi，即：

其中，hi为第i个充电需求组所需的满电电池数量，γi,j为第i个充电需求组内第j个待充电车辆的换电指数，ni为第i个充电需求组内待充电车辆的数量。

接着，在步骤150进入充电策略确定充电策略确定例程例程，控制装置根据多个充电需求组所需的满电电池数量确定换电站的欠电电池的充电策略。以下将对此作进一步的描述。

图1所示的方法可以周期性地执行以动态确定对欠电电池的充电策略。

图2为可应用于图1所示实施例的充电策略确定例程的流程图。

如图2所示，在步骤210，获取换电站当前可用的满电电池数量p_full和当前的充电速率。

随后进入步骤220，确定多个充电需求组所需的满电电池数量的一个或多个组合值。以上述三个充电需求组为例，所需满电电池数量的组合值可以用下式表示：

si＝αih1+βih2+γih3(3)

其中，si为第i个组合值，h1、h2、h3分别表示充电需求组1、充电需求组2、充电需求组3所需的满电电池数量，αi、βi和γi为在计算第i个组合值时赋予充电需求组1-3的权重因子。

示例性地，可以采用下列三个组合值：

组合值s1：h1+0.8*h2+0.5*h3；

组合值s2：h1+h2+h3；

组合值s3：h1+1.5*h2+0.5*h3。

接着在步骤230，根据组合值以及换电站当前可用的满电电池的数量来确定相应的充电速率。示例性地，可以根据下述准则来确定充电策略：

准则1：如果h1+0.8*h2+0.5*h3≥p_full，则将充电速率设定为c_super。

准则2：如果h1+h2+h3≥p_full>h1+0.8*h2+0.5*h3，则将充电速率设定为c_fast。

准则3：当h1+1.5*h2+0.5*h3≥p_full>h1+h2+h3时，如果当前的充电速率为c_low，则将其变为c_normal，如果当前的充电速率为c_normal，则维持其不变。

准则4：如果p_full>h1+1.5*h2+0.5*h3，则维持当前的充电速率不变。

完成步骤230之后进入步骤240，控制装置向充电装置发送所确定的充电速率。

图3为示例性的图表，其示出采用图2所示充电策略确定例程获得的仿真结果，其中横轴表示一天内的时间，纵轴为满电电池的数量，示例性地，这里假设早晨5点钟时的起始满电电池数量为400。在图3中，高低位置不同的水平线段分别代表以不同充电速率对电池进行充电的时段。由图3可见，在白天，虽然换电需求一直保持在较高的水平，但是通过动态地交替采用普通充电速率、快速充电速率和超快速充电速率对欠电电池进行充电，在各个时刻都能够使可用的满电电池数量与换电需求较好地匹配。

图4为可应用于图1所示实施例的另一个充电策略确定例程的流程图。

如图4所示，在步骤401，控制装置获取换电站当前可用的满电电池数量p_full和当前的充电速率。

随后进入步骤402，控制装置确定在当前充电速率下，在多个时间段结束时能够完成充电的电池的数量。以上述示例为例，假设将预计时间分类为到达换电站所需时间小于10分钟、到达换电站所需时间介于10分钟至20分钟之间和到达换电站所需时间介于20分钟至30分钟之间这三个时间段，则控制装置将计算以当前充电速率对欠电电池充电时，在第一个时间段结束时能够完成充电的电池的数量(即从当前时刻起10分钟时才能使荷电状态达到较高水平的电池数量)和第二个时间段结束时能够完成充电的电池的数量(即从当前时刻起20分钟时才能使荷电状态达到较高水平的电池数量)。

接着进入步骤403，控制装置根据当前可用的满电电池数量和在多个时间段结束时能够完成充电的电池的数量确定多个时间段内可用的满电电池数量。仍然以上述示例为例，在小于10分钟的第一个时间段，可用的满电电池数量即为当前可用的满电电池数量。在介于10分钟至20分钟的第二个时间段，可用的满电电池数量基于下式确定：

p_full_10＝p_full+c_full_10-h1(4)

其中，p_full_10为在第二个时间段可用的满电电池数量，p_full为当前可用的满电电池数量，c_full_10为在第一个时间段结束时能够完成充电的电池的数量，h1为第一个充电需求组或第1个时间段所需的满电电池数量。

在介于20分钟至30分钟的第三个时间段，可用的满电电池数量基于下式确定：

p_full_20＝p_full+c_full_10+c_full_20-h1-h2(5)

其中，p_full_20为在第二个时间段可用的满电电池数量，p_full为当前可用的满电电池数量，c_full_10为在第一个时间段结束时能够完成充电的电池的数量,c_full_20为在第二个时间段结束时能够完成充电的电池的数量，h1为第1个充电需求组或第一个时间段所需的满电电池数量，h2为第2个充电需求组或第二个时间段所需的满电电池数量。

随后进入步骤404，控制装置判断下列条件是否同时成立：

条件1：h1<p_full；

条件2：h2<p_full_10；

条件3：h3<p_full_20；

如果条件1-条件3同时成立，则进入步骤405，否则进入步骤406。

在步骤405，控制装置判断当前的充电速率是否为最低的等级c_low，如果是，则进入步骤407，在该步骤中，控制装置确定当前充电速率维持不变；如果否，则进入步骤408，控制装置将当前充电速率下降一个等级。

在步骤407之后转入步骤409，控制装置向充电装置发送设定的充电速率。

在步骤408之后转入步骤410，控制装置按照与步骤402相同的方式，确定在改变后的充电速率下，在多个时间段内能够完成充电的电池的数量。

随后进入步骤411，控制装置按照与步骤403相同的方式，根据当前可用的满电电池数量和步骤410中确定的能够完成充电的电池的数量来确定多个时间段内可用的满电电池数量。

接着在步骤412，控制装置判断步骤411所确定的多个时间段内可用的满电电池数量是否同时满足在步骤404中所述的条件。如果满足，则返回步骤405，否则进入步骤413，在该步骤中，控制装置将充电速率增加一个等级并随后进入步骤409。

回到步骤404的另一个分支步骤406。在该步骤中，控制装置将当前充电速率提高一个等级。

随后进入步骤414，控制装置按照与步骤402相同的方式，确定在改变后的充电速率下，在多个时间段内能够完成充电的电池的数量。

随后进入步骤415，控制装置按照与步骤403相同的方式，根据当前可用的满电电池数量和步骤414中确定的能够完成充电的电池的数量来确定多个时间段内可用的满电电池数量。

接着在步骤416，控制装置判断步骤415所确定的多个时间段内可用的满电电池数量是否同时满足在步骤404中所述的条件。如果满足，则进入步骤409，否则，则返回步骤406。

图5为示例性的图表，其示出采用图4所示充电策略确定例程获得的仿真结果，其中横轴表示一天内的时间，纵轴为电池数量，示例性地，这里同样假设早晨5点钟时的起始满电电池数量为400。在图5中，高低位置不同的水平线段分别代表以不同充电速率对电池进行充电的时段。与图3相比，在使可用的满电电池数量与换电需求较好地匹配的情况下，图5中的普通充电速率时段明显增加。

可选地，在本发明的一些示例中，也可以为电动车设置初始充电速率。例如，可根据车辆的出行时间来设置充电速率。具体而言，可按照出行数据将一个自然日划分为三个时间段，以24小时计，0点到6点为第一时间段，6点到18点为第二时间段，18点到24点为第三时间段。在上述三个时间段中，第一时间段为出行频率爬升阶段，此时换电站的电池有较长时间来充电，因此可将第一时间段的充电速率设置为c_low。在第二时间段，车辆出行维持在高频率处，更换电池需求高，因此可将第二时间段的充电速率设置为c_normal。在第三时间段，车辆出行频率下降，更换电池需求降低，因此可将该时段的充电速率设置为c_low。在这些设置了初始充电速率的示例中，可采用上述确定换电站内的欠电电池的充电策略的方法来调整该初始充电速率。例如，采用如上结合图1与图2所描述的例子或采用如上结合图1与图4所描述的例子。

图6为按照本发明另一实施例的用于确定换电站内的欠电电池的充电策略的装置的示意框图。

图6所示的用于确定换电站内的欠电电池的充电策略的装置60包含第一模块610、第二模块620、第三模块630和第四模块640。在本实施例中，第一模块610用于获取待充电车辆到达换电站的预计时间，其中，所述待充电车辆为荷电状态低于设定阈值的车辆。第二模块620用于将待充电车辆按照其到达换电站的预计时间划分为多个充电需求组。第三模块630用于对于每个充电需求组，确定所需的满电电池数量。第四模块640用于根据多个充电需求组所需的满电电池数量确定换电站的欠电电池的充电策略。

需要指出的是，可以采用多种方式实施上述装置60。例如在其中一种实施方式中，第一、第二、第三和第四模块的每一个在相互独立的硬件装置上实现，而在另一种实施方式中，第一、第二、第三和第四模块中的至少两个在同一硬件装置上实现。

图7为按照本发明还有一个实施例的控制装置的示意框图。

图7所示的控制装置70包含存储器710、处理器720以及存储在存储器710上并可在处理器720上运行的计算机程序730，其中，执行计算机程序730可以实现上面借助图1-5所述的用于确定换电站内的欠电电池的充电策略的方法。

通常情况下，换电站具备与待充电车辆的通信能力以获取车辆的位置、速度等信息。因此优选地，上述控制装置60和70可配置为从换电站获取换电车辆的信息(例如驶往换电站的换电车辆的位置、速度等)，从而能够确定换电车辆到达换电站的时间。但是需要指出的是，控制装置获取换电车辆信息的上述方式并非是唯一的或必需的方式。在另一优选方式中，换电车辆可将其位置和速度之类的信息上传至云端，使得控制装置能够从云端下载所需要的换电车辆的信息。

图8为按照本发明还有一个实施例的换电站的示意框图。

如图8所示，换电站包括控制装置810和充电装置820。在本实施例中，控制装置810可以采用结合图7所述的控制装置来实现，充电装置820则被配置为按照控制装置810确定的充电速率对欠电电池进行充电。

按照本发明的另一方面，还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储计算机程序，该程序被处理器执行时可实现上面借助图1-5所述的用于确定换电站内的欠电电池的充电策略的方法。

提供本文中提出的实施例和示例，以便最好地说明按照本技术及其特定应用的实施例，并且由此使本领域的技术人员能够实施和使用本发明。但是，本领域的技术人员将会知道，仅为了便于说明和举例而提供以上描述和示例。所提出的描述不是意在涵盖本发明的各个方面或者将本发明局限于所公开的精确形式。

鉴于以上所述，本公开的范围通过以下权利要求书来确定。