CN114475290B - 一种高速公路上的电动汽车能量交换方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种高速公路上的电动汽车能量交换方法，结合高速公路及车流特点，在能量交换场所考虑多种能量交换方式和成本效益以满足电动汽车用户多样化需求；考虑电池交换站内电池交换模式的能量交换方式，降低总成本同时降低特殊时间段电动汽车能量交换对电网的不利影响；考虑电动汽车多点电池交换方式，通过在不同电池交换站交换电池逐步提高电动汽车电池荷电状态和改善各电池交换站的电池储备情况，确保电池交换站能够为电动汽车提供持续电力补充服务。

Description

一种高速公路上的电动汽车能量交换方法

技术领域

本发明涉及电动汽车技术领域，具体涉及一种高速公路上的电动汽车能量交换方法。

背景技术

根据国际能源署(IEA)发布的《2019全球电动汽车展望》数据，2010年到2019年间全球电动汽车储备数量持续且大幅度上升，其中2019年中国电动汽车数量已超过300万量，继续保持全球现有数量第一和增长量第一的位置，并进一步拉开与第二名的距离。这种趋势表明电动汽车将成为我国未来主要交通工具。

电动汽车相对于传统燃油汽车，电力补充时间长、充电桩等基础设施利用率低，这些因素对电动汽车用户驾驶需求造成了不利影响。电动汽车在高速公路上行驶时，其用户不得不对电动汽车电池续航电力、充电时长进行考虑，不利于电动汽车用户驾驶体验。因此，研究高速公路上电动汽车能量交换方法对于电动汽车发展有重要意义。

近年来电动汽车数量急剧增加，不同场景下能量交换特点和不同用户电动汽车充电需求呈现多样化复杂化。高速公路上电动汽车补充电力要求快速高效，然而电动汽车电池快速充电对电池损耗极大。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种高速公路上的电动汽车能量交换方法，旨在解决上述的问题。

为实现上述目的，本发明提出的一种高速公路上的电动汽车能量交换方法，包括以下步骤：

根据电动汽车电池损耗成本模型，评估电动汽车电池损耗；

判断电动汽车电池能量是否超过电动汽车预设电量数据；若是，则对电池损耗成本模型进行校正；若否，则分别获取预设等待时间与实际等待时间；

当预设等待时间小于或等于实际等待时间时，则指引电动汽车进入目标电池交换站，通过电池交换模式，交换到高荷电状态值的电池补充能量，之后再对电池损耗成本模型进行校正；当预设等待时间大于实际等待时间时，则分别获取剩余可消耗电量与预计行程消耗电量；

当剩余可消耗电量小于或等于预计行程消耗电量时，则根据电网电价选择充电模式，所述充电模式包括V2V模式和V2G模式中至少一种，之后对电池损耗成本模型进行校正；

当剩余可消耗电量大于预计行程消耗电量时，则判断电动汽车是否进行电动汽车电池能量补充；若是，则根据电网电价选择充电模式；若否，则对电池损耗成本模型进行校正。

优选地，所述根据电动汽车电池损耗成本模型，评估电动汽车电池损耗的步骤包括：

判断是否已建立电池损耗成本模型；

若是，则根据电动汽车电池损耗成本模型，评估电动汽车电池损耗；若否，则先建立电动汽车电池损耗成本模型后，评估电动汽车电池损耗。

优选地，所述建立电池损耗成本模型的步骤包括：

获取电动汽车出厂数据、电池出厂数据以及电动汽车电池实时状态数据；

判断电动汽车出厂数据和电池出厂数据是否包含环境参数；

若是，则读取环境参数并进行数据筛选，然后根据筛选的数据建立电池损耗成本模型；

若否，则根据电动汽车出厂数据、电池出厂数据以及电动汽车电池实时状态数据建立电池损耗成本模型；

其中，所述电池损耗成本模型的公式为：

式中：C_BDC(t)表示在t时段内的电池损耗成本；P(t)表示t时段内的电动汽车电池充、放电功率；SOC(t₀)表示电动汽车电池在t时段内的初始荷电状态值；α₁、α₂、β₁和β₂表示模型参数；f(|P(t)|,SOC(t₀),φ(t))表示关于电池充放电功率、电池初始荷电状态值和环境的校正函数；P_dis,max表示能量交换过程中，电动汽车电池的最大放电功率；P_ch,max表示能量交换过程中，电动汽车电池的最大充电功率；v(t)表示电动汽车在t时刻的行驶速度；P_vmax表示电动汽车最大行驶速度所造成的电动汽车电池功率输出；f’(μ_temperature,μ_humidity,μ_pressure,μ_others)表示关于电动汽车电池受周边温度、湿度、大气压和其他环境条件影响的评估函数；

在电池损耗成本模型初次建立时，校正函数设置为零，电池损耗成本模型建立之后电池损耗成本在电动汽车电池能量管理***进行更新。

优选地，所述对电池损耗成本模型进行校正包括以下步骤：

在电动汽车能量交换过程中，以间隔时间为单位记录电池损耗情况信息、能量交换信息以及电池周边环境数据，其中，所述能量交换信息包括充电功率、电池初始荷电状态值和充电功率在相邻时间的浮动值，所述电池周边环境数据包括温度、空气湿度和大气压值；

根据记录数据以及电池损耗成本模型的公式对电池损耗成本模型的参数进行拟合；

根据拟合的相关参数对电动汽车电池损耗成本模型中参数进行校正。

优选地，所述电池交换模式包括以下步骤：

收集高速公路上各电池交换站信息与需要进行能量交换的电动汽车信息，其中，所述电池交换站信息包括站内电池数量、各电池核电状态以及各电池交换站位置，所述需要进行能量交换的电动汽车信息包括电动汽车数量、电动汽车到目的地的距离以及电动汽车电池实时荷电状态值；

根据高速公路上各电池交换站信息与需要进行能量交换电动汽车信息将各电动汽车分配到各电池交换站进行电池交换，并对电动汽车驾驶方案进行优化；

根据前往各电池交换站交换电池的电动汽车数量以及电动汽车电池的荷电状态值对电池交换站站内电池的能量交换方案进行优化；

判断目标电池交换站内电池是否能达到用户对电动汽车电池的荷电状态值的期望值；若是，则电动汽车按照原有方案前往目标电池交换站更换电池；若否，则计算电动汽车前往多个电池交换站交换电池的总成本以及电动汽车前往目标电池交换站交换电池的总成本；

当电动汽车前往多个电池交换站交换电池的总成本大于电动汽车前往目标电池交换站交换电池的总成本时，则电动汽车按照原有方案前往目标电池交换站更换电池；

当电动汽车前往多个电池交换站交换电池的总成本小于或等于电动汽车前往目标电池交换站交换电池的总成本时，则判断电动汽车是否前往多个电池交换站进行交换电池；若是，则制定电动汽车前往多个电池交换站内的行驶方案以及对这些电池交换站内电池能量交换方案进行优化，并将降低的成本进行收益分配；若否，则电动汽车按照原有方案前往目标电池交换站更换电池。

优选地，所述V2G模式包括以下步骤：

收集高速公路上各充电桩信息和电动汽车信息，其中，所述充电桩信息包括充电桩状态、充放电参数以及预测电力价格，所述电动汽车信息包括行驶速度、实时位置以及电池剩余荷电状态值；

根据各充电桩信息和电动汽车信息优化电动汽车所分配的目标充电桩、充电方案以及行驶路径；

当电动汽车达到目标充电桩后，根据优化后的充电方案开始充电，并判断充电后的电动汽车电池荷电状态值是否达到期望值；若是，则结束V2G流程；若否，则获取实时电力价格和预测电力价格；

当实时电力价格大于预测电力价格并导致现实方案与原优化方案的成本、时间或者荷电状态值相差值超出第一预设值时，则重新根据各充电桩信息和电动汽车信息优化电动汽车所分配的目标充电桩、充电方案以及行驶路径；

当实时电力价格小于或等于预测电力价格时，则判断电动汽车联网时间是否有变；若是，则重新根据各充电桩信息和电动汽车信息优化电动汽车所分配的目标充电桩、充电方案以及行驶路径；若否，则在电动汽车电池剩余可消耗电量足以支撑电动汽车前往多个充电桩的前提下，分别计算电动汽车前往目标充电桩充电的总成本以及前往多个充电桩充电的总成本；

当电动汽车前往目标充电桩充电的总成本小于或者等于前往多个充电桩充电的总成本时，则按照原有充电桩充电方案进行充/放电；

当电动汽车前往目标充电桩充电的总成本大于前往多个充电桩充电的总成本时，则判断电动汽车是否接受前往多个充电桩充电；若是，则进行收益分配，并重新根据各充电桩信息和电动汽车信息优化电动汽车所分配的目标充电桩、充电方案以及行驶路径，此时，对电动汽车在每个充电桩充电时的预期荷电状态值进行下调；若否，则按照原有充电桩充电方案进行充/放电。

优选地，所述V2V模式包括以下步骤：

收集电动汽车信息和V2V能量交换场所信息，其中，所述电动汽车信息包括实时位置、电池实时荷电状态值、电池期望荷电状态值以及目的地位置，所述V2V能量交换场所信息包括场所电力价格以及场所位置；

根据电动汽车信息和V2V能量交换场所信息，优化V2V的充电方案以及确定目标V2V能量交换场所；

当电动汽车根据目标V2V能量交换场所信息达到位置后，根据优化后的充电方案开始充电，并判断充电后的电动汽车电池荷电状态值是否达到期望值，若是，则结束V2V流程；若否，则获取实时电力价格与实时充电时间；

当实时电力价格小于或者等于预测电力价格并且实时充电时间小于或者等于预测充电时间时，则按照原有充电方案进行充/放电；

当实时电力价格大于预测电力价格或者实时充电时间大于预测充电时间并导致用户成本/收益或者充电时间与原计划超出第二预设值时，则获取充电车辆数量与放电车辆数量；

当充电车辆数量与放电车辆数量不都为单辆车辆时，则重新根据电动汽车信息和V2V能量交换场所信息，优化V2V的充电方案以及目标V2V能量交换场所；

当充电车辆数量与放电车辆数量都为单辆车辆时，则判断电动汽车充电时间是否充足；若是，则重新收集电动汽车信息和V2V能量交换场所信息；若否，则进入电池交换模式。

优选地，所述收益分配包括以下步骤：

判断电动汽车是否参与了电力市场辅助服务或者其他电网有偿调度；

若是，则对电动汽车因参与了电力市场辅助服务或者其他电网有偿调度而产生对电网有利影响进行量化，然后获取电动汽车信息，用于判断电动汽车是否为临时用车；

若否，则直接获取电动汽车信息；

当电动汽车为临时用车时，则先根据电动汽车临时用车行为对整个***或者电网的影响，更新电动汽车对电网的贡献，然后根据电动汽车贡献进行收益分配；当电动汽车不是临时用车时，则直接根据电动汽车贡献进行收益分配。

本发明的技术方案中，结合高速公路及车流特点，在能量交换场所考虑多种能量交换方式，高成本效益满足电动汽车用户多样化需求；考虑电池交换站内电池交换模式的能量交换方式，降低总成本同时降低特殊时间段电动汽车能量交换对电网的不利影响；考虑电动汽车多点电池交换方式，通过电动汽车在不同电池交换站交换电池逐步提高电动汽车电池荷电状态和改善各电池交换站的电池储备情况，确保电动汽车能量交换能够持续进行。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明一种高速公路上的电动汽车能量交换方法的流程图。

图2为本发明一种高速公路上的电动汽车能量交换方法中根据电动汽车电池损耗成本模型，评估电动汽车电池损耗的流程图。

图3为本发明一种高速公路上的电动汽车能量交换方法中建立电池损耗成本模型的流程图。

图4为本发明一种高速公路上的电动汽车能量交换方法中对电池损耗成本模型进行校正的流程图。

图5为本发明一种高速公路上的电动汽车能量交换方法中电池交换模式的流程图。

图6为本发明一种高速公路上的电动汽车能量交换方法中V2G模式的流程图。

图7为本发明一种高速公路上的电动汽车能量交换方法中V2V模式的流程图。

图8为本发明一种高速公路上的电动汽车能量交换方法中收益分配的流程图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

请参照图1，一种高速公路上的电动汽车能量交换方法，包括以下步骤：

S1：根据电动汽车电池损耗成本模型，评估电动汽车电池损耗；

S2：判断电动汽车电池能量是否超过电动汽车预设电量数据；若是，则进入S8；若否，则进入S3；

S3：分别获取预设等待时间与实际等待时间；

S4：当预设等待时间小于或等于实际等待时间时，则指引电动汽车进入目标电池交换站，通过电池交换模式，交换到高荷电状态值的电池补充能量，之后再对电池损耗成本模型进行校正；当预设等待时间大于实际等待时间时，则分别获取剩余可消耗电量与预计行程消耗电量；

S5：当剩余可消耗电量小于或等于预计行程消耗电量时，则根据电网电价选择充电模式，所述充电模式包括V2V模式和V2G模式中至少一种，之后进入S8；

S6：当剩余可消耗电量大于预计行程消耗电量时，则判断电动汽车是否进行电动汽车电池能量补充；若是，则执行S7，根据电网电价选择充电模式；若否，则执行S8，对电池损耗成本模型进行校正。

在本实施例中，至少有三种能量交换模式，即电池交换模式、V2V模式以及V2G模式；其中，电池交换模式是电动汽车前往电池交换站进行电池交换；V2V模式是电动汽车前往V2V能量交换场所，通过其它车辆对目标电动汽车进行充电；V2G模式是电动汽车前往V2G能量交换场所，通过充电桩对目标电动汽车进行充电。

预设等待时间是通过电动汽车用户向电动汽车输入的一个等待时间，例如，用户需要在1个小时之内完成电动汽车的充电，那么用户将在预设等待时间内输入1小时；实际等待时间是根据电动汽车与充电站目前状态计算出用户进行充电的实际时间，其包括等待前车的时间，以及自己充电的时间；当预设等待时间小于实际等待时间时，即用户没有足够的等待时间，则指引电动汽车进入目标电池交换站，通过电池交换模式，交换到高荷电状态值的电池补充能量，由于电池交换模式的充电方式速度最快，能够满足电动汽车用户快速充电的需求。

剩余可消耗电量是指电动汽车目前状态下，还有多少可供消耗的电量，预计行程消耗电量是指电动汽车行驶到目的地还需要消耗的电量，当剩余可消耗电量小于预计行程消耗电量时，即电动汽车目前的电量无法支持电动汽车行驶至目的地，也就是说，电动汽车行驶至目的地时，中途至少需要进行一次充电；当剩余可消耗电量小于或等于预计行程消耗电量时，即电动汽车目前的电量可以支持电动汽车行驶至目的地，因此电动汽车在行驶途中不一定需要进行充电。

根据电网电价选择充电模式，充电模式包括V2V模式和V2G模式中至少一种；这里主要考虑充电的经济性，当V2G模式的充电成本高于V2V模式的充电成本时，采用V2V模式的经济性高于采用V2G模式，此时选择V2V模式；当V2G模式的充电成本低于V2V模式的充电成本时，采用V2G模式的经济性高于采用V2V模式，此时选择V2G模式；当V2G模式的充电成本等于V2V模式的充电成本时，采用V2V模式的经济性等于采用V2G模式，此时可以根据电动汽车用户的意愿选择V2G模式和V2V模式中的任意一种模式；由于V2G模式相对于V2V模式更加的方便，因此会建议电动汽车用户优先考虑V2G模式，并且，在电动汽车没有反馈的前提下，默认电动汽车选择 V2G模式。

请参照图2，所述根据电动汽车电池损耗成本模型，评估电动汽车电池损耗的步骤包括：

S11：判断是否已建立电池损耗成本模型；

若是，则进入S13；若否，则先进入S12，后进入S13；

S12：建立电动汽车电池损耗成本模型；

S13：根据电动汽车电池损耗成本模型，评估电动汽车电池损耗。

请参照图3，所述建立电池损耗成本模型的步骤包括：

S121：获取电动汽车出厂数据、电池出厂数据以及电动汽车电池实时状态数据；

S122：判断电动汽车出厂数据和电池出厂数据是否包含环境参数；若是则进入S123；若否则进入S124；

S123：读取环境参数并进行数据筛选，然后根据筛选的数据建立电池损耗成本模型；

S124：根据电动汽车出厂数据、电池出厂数据以及电动汽车电池实时状态数据建立电池损耗成本模型；

其中，所述电池损耗成本模型的公式为：

式中：C_BDC(t)表示在t时段内的电池损耗成本；P(t)表示t时段内的电动汽车电池充、放电功率；SOC(t₀)表示电动汽车电池在t时段内的初始荷电状态值；α₁、α₂、β₁和β₂表示模型参数；f(|P(t)|,SOC(t₀),φ(t))表示关于电池充放电功率、电池初始荷电状态值和环境的校正函数；P_dis,max表示能量交换过程中，电动汽车电池的最大放电功率；P_ch,max表示能量交换过程中，电动汽车电池的最大充电功率；v(t)表示电动汽车在t时刻的行驶速度；P_vmax表示电动汽车最大行驶速度所造成的电动汽车电池功率输出；f’(μ_temperature,μ_humidity,μ_pressure,μ_others)表示关于电动汽车电池受周边温度、湿度、大气压和其他环境条件影响的评估函数；

S125：在电池损耗成本模型初次建立时，校正函数设置为零，电池损耗成本模型建立之后电池损耗成本在电动汽车电池能量管理***进行更新。

在本实施例中，电池损耗成本模型考虑环境参数的影响，如周边空气温度、湿度和气压等，并单独以函数形式表现在模型中如上述公式所示，在整个成本模型参数更新阶段也将对该函数中参数进行更新。

请参照图4，所述对电池损耗成本模型进行校正包括以下步骤：

S81：在电动汽车能量交换过程中，以间隔时间为单位记录电池损耗情况信息、能量交换信息以及电池周边环境数据，其中，所述能量交换信息包括充电功率、电池初始荷电状态值和充电功率在相邻时间的浮动值，所述电池周边环境数据包括温度、空气湿度和大气压值；

S82：根据记录数据以及电池损耗成本模型的公式对电池损耗成本模型的参数进行拟合；

S83：根据拟合的相关参数对电动汽车电池损耗成本模型中参数进行校正。

请参照图5，所述电池交换模式包括以下步骤：

S21：收集高速公路上各电池交换站信息与需要进行能量交换的电动汽车信息，其中，所述电池交换站信息包括站内电池数量、各电池核电状态以及各电池交换站位置，所述需要进行能量交换的电动汽车信息包括电动汽车数量、电动汽车到目的地的距离以及电动汽车电池实时荷电状态值；

S22：根据高速公路上各电池交换站信息与需要进行能量交换电动汽车信息将各电动汽车分配到各电池交换站进行电池交换，并对电动汽车驾驶方案进行优化；

S23：根据前往各电池交换站交换电池的电动汽车数量以及电动汽车电池的荷电状态值对电池交换站站内电池的能量交换方案进行优化；

S24：判断目标电池交换站内电池是否能达到用户对电动汽车电池的荷电状态值的期望值；若是，则进入S29；若否，则进入S25；

S25：计算电动汽车前往多个电池交换站交换电池的总成本以及电动汽车前往目标电池交换站交换电池的总成本；

S26：当电动汽车前往多个电池交换站交换电池的总成本大于电动汽车前往目标电池交换站交换电池的总成本时，则电动汽车按照原有方案前往目标电池交换站更换电池；

S27：当电动汽车前往多个电池交换站交换电池的总成本小于或等于电动汽车前往目标电池交换站交换电池的总成本时，则判断电动汽车是否前往多个电池交换站进行交换电池；若是，则执行S28；若否，则执行S29；

S28：制定电动汽车前往多个电池交换站内的行驶方案以及对这些电池交换站内电池能量交换方案进行优化，并将降低的成本进行收益分配；

S29：电动汽车按照原有方案前往目标电池交换站更换电池。

在本实施例中，电动汽车目的地距离是指电动汽车此次出行所需要到达的目的地，对电动汽车驾驶方案进行优化其最终目的是为了使电动汽车能够最终低成本行驶到目的地，并根据电动汽车电池实时荷电状态值，以及各电池交换站信息，分配电动汽车前往电池交换站进行电池交换。

当目标电池交换站内电池不能达到用户对电动汽车电池的荷电状态值的期望值，并且电动汽车前往多个电池交换站交换电池的总成本小于电动汽车前往目标电池交换站交换电池的总成本时，电动汽车可以选择前往多个电池交换站进行电池交换；例如，某电动汽车实时位置为A，目的地为D，依次途径电池交换站B与电池交换站C，电动汽车电池实时荷电状态值无法支持电动汽车前往目的地D，电动汽车分配至电池交换站B进行电池交换，但是电池交换站B内电池不能达到用户对电动汽车电池的荷电状态值的期望值，或者电池交换站B内不能低成本达到用户对电动汽车电池的荷电状态值的期望值，也就是说，电池交换站B内的电池不能支持电动汽车到达目的地D，但是能支持电池车前往电池交换站C，或者电池交换站B内的电池不能低成本支持电动汽车到达目的地D，但是能够低成本支持电动汽车到达电池交换站C；这里需要说明的是，该电池的电量一定不是满荷电状态值的电池，如果满荷电状态值的电池都无法支持电动汽车到达目的地D的话，那么之前电动汽车必须依次分配至电池交换站B内与电池交换站C内进行电池交换，但是之前仅仅是电动汽车分配至电池交换站B进行电池交换，说明在电池交换站B内交换到满荷电状态值的电池是能够支持电动汽车到达目的地D的；此时，电动汽车可以选择依次前往电池交换站B与电池交换站C内进行能量交换，也可以选择前往电池交换站B内等待满荷电状态值的电池或者能够支持电动汽车前往目的地D荷电状态值的电池。

其中，当电动汽车前往多个电池交换站进行交换电池时，电动汽车通过在高速路上多个电池交换站交换电池逐步补充能量，交换到比自身电池荷电状态值更高的电池，达到补充电动汽车电池能量满足用户驾驶需求的目的，其公式如下所示：

式中，SOC_n表示在第n次交换电池后的电池荷电状态值；SOC₀表示电动汽车驶入高速公路的初始电池荷电状态值；ΔSOC_n表示电动汽车在第n次交换电池中补充到的能量；ΔSOC_driving-n表示电动汽车在前往第n次电池交换场所消耗的电池能量；N_now表示电动汽车在高速公路上已经交换电池的次数。

在电池交换过程中，高荷电状态值EV可通过在电池交换站中交换到荷电状态值更低电池并在其他电池交换站交换到SOC值更高电池的方式改善高速公路上各电池交换站的电池分布，改善各电池交换站低成本运营需求，此时将上述公式更新为如下所示的公式：

式中，SOC_max表示电动汽车电池的最大荷电状态值；SOC_min表示电动汽车电池的最小荷电状态值。

在电池交换模式中，电池交换站根据下一时间段和未来时间段前来交换电池EV数量，对站内电池充能量交换方案进行优化，其中能量交换方式考虑电池-电网、电池-电池，其中电池-电池的能量交换双方均可以是单个电池也可以是多个电池，更具体的说，电池-电池的能量交换包括，单电池-单电池、单电池-多电池、多电池-单电池和多电池-多电池，这四种模式。

请参照图6，所述V2G模式包括以下步骤：

S31：收集高速公路上各充电桩信息和电动汽车信息，其中，所述充电桩信息包括充电桩状态、充放电参数以及预测电力价格，所述电动汽车信息包括行驶速度、实时位置以及电池剩余荷电状态值；

S32：根据各充电桩信息和电动汽车信息优化电动汽车所分配的目标充电桩、充电方案以及行驶路径；

S33：当电动汽车达到目标充电桩后，根据优化后的充电方案开始充电，并判断充电后的电动汽车电池荷电状态值是否达到期望值；若是，则执行 S312；若否，则执行34；

S34：获取实时电力价格和预测电力价格；

S35：当实时电力价格大于预测电力价格并导致现实方案与原优化方案的成本、时间或者荷电状态值相差值超出第一预设值时，则重新根据各充电桩信息和电动汽车信息优化电动汽车所分配的目标充电桩、充电方案以及行驶路径；

S36：当实时电力价格小于或等于预测电力价格时，则判断电动汽车联网时间是否有变；若是，则返回S32；若否，则进入S37；

S37：在电动汽车电池剩余可消耗电量足以支撑电动汽车前往多个充电桩的前提下，分别计算电动汽车前往目标充电桩充电的总成本以及前往多个充电桩充电的总成本；

S38：当电动汽车前往目标充电桩充电的总成本小于或者等于前往多个充电桩充电的总成本时，则按照原有充电桩充电方案进行充/放电，之后执行 S312；

S39：当电动汽车前往目标充电桩充电的总成本大于前往多个充电桩充电的总成本时，则判断电动汽车是否接受前往多个充电桩充电；若是，则执行 S310后返回S32；若否，则进入S311；

S310：进行收益分配；

S311：按照原有充电桩充电方案进行充/放电，然后执行S312；

S312：结束V2G流程。

在本实施例中，根据用户需求和各充电桩状态，调度电动汽车前往各充电桩进行V2G能量交换，并根据用户意愿，考虑电动汽车在驶向目的地途中不同充电桩各补充一部分电池能量的方式，提高各充电桩和电动汽车高成本效益补充电池能量。

请参照图7，所述V2V模式包括以下步骤：

S41：收集电动汽车信息和V2V能量交换场所信息，其中，所述电动汽车信息包括实时位置、电池实时荷电状态值、电池期望荷电状态值以及目的地位置，所述V2V能量交换场所信息包括场所电力价格以及场所位置；

S42：根据电动汽车信息和V2V能量交换场所信息，优化V2V的充电方案以及确定目标V2V能量交换场所；

S43：当电动汽车根据目标V2V能量交换场所信息达到位置后，根据优化后的充电方案开始充电，并判断充电后的电动汽车电池荷电状态值是否达到期望值，若是，则执行S410，结束V2V流程；若否，则执行S44；

S44：获取实时电力价格与实时充电时间；

S45：当实时电力价格小于或者等于预测电力价格并且实时充电时间小于或者等于预测充电时间时，则按照原有充电方案进行充/放电；

S46：当实时电力价格大于预测电力价格或者实时充电时间大于预测充电时间并导致用户成本/收益或者充电时间与原计划超出第二预设值时，则获取充电车辆数量与放电车辆数量；

S47：当充电车辆数量与放电车辆数量不都为单辆车辆时，则重新根据电动汽车信息和V2V能量交换场所信息，优化V2V的充电方案以及目标V2V 能量交换场所；

S48：当充电车辆数量与放电车辆数量都为单辆车辆时，则判断电动汽车充电时间是否充足；若是，则返回S41；若否，则进入S49，电池交换模式。

在本实施例中，能量交换双方均可以是单辆电动汽车或者多辆电动汽车，同时在V2V能量交换进行时，如发生突发情况，则根据用户意愿调整各单辆电动汽车-单辆电动汽车的V2V功率，和新增单辆电动汽车-单辆电动汽车的方式满足用户的经济需求和驾驶需求。

请参照图8，所述收益分配包括以下步骤：

S51：判断电动汽车是否参与了电力市场辅助服务或者其他电网有偿调度；若是，则先执行S52后执行S53；若否，则直接执行S53；

S52：对电动汽车因参与了电力市场辅助服务或者其他电网有偿调度而产生对电网有利影响进行量化；

S53：获取电动汽车信息，用于判断电动汽车是否为临时用车；

S54：当电动汽车为临时用车时，则先根据电动汽车临时用车行为对整个***或者电网的影响，更新电动汽车对电网的贡献，然后根据电动汽车贡献进行收益分配；当电动汽车不是临时用车时，则直接根据电动汽车贡献进行收益分配。

在本实施例中，不同电动汽车对电网的贡献以电动汽车参与辅助服务或者其他有偿调度行为而降低***或者所在电网运行成本来衡量，同时如果电动汽车用户因为突发情况用车而对电网运行造成的影响将会对已有电动汽车贡献进行更新，电动汽车最终的收益也根据其贡献大小采用薪酬理论中公平理论进行分配，分配方案的计算公式如下所示：

式中，f(Con_n,Con’_n)表示电动汽车个体n的付出函数，该函数关于用户对电网的贡献以及对电网造成的损害；N_C表示参与电力市场辅助服务和其他电网有偿调节的电动汽车数量；R_n表示电动汽车个体n的实际收益；R_grid表示因为EV参与电力市场辅助服务和其他电网有偿调节而减少的总运行成本。

如果电动汽车如果需要临时用车，那么原本的能量交换方案肯定要修改，如短时间提高充电功率。这个修改如果对电网(包括其他电动汽车用户)产生了成本增加，那么需要对这个临时用车用户进行了惩罚，如提高电价或者直接收取一个惩罚费用。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种高速公路上的电动汽车能量交换方法，其特征在于，包括以下步骤：

根据电动汽车电池损耗成本模型，评估电动汽车电池损耗，建立电池损耗成本模型的步骤包括：

获取电动汽车出厂数据、电池出厂数据以及电动汽车电池实时状态数据；

判断电动汽车出厂数据和电池出厂数据是否包含环境参数；

若是，则读取环境参数并进行数据筛选，然后根据筛选的数据建立电池损耗成本模型；

若否，则根据电动汽车出厂数据、电池出厂数据以及电动汽车电池实时状态数据建立电池损耗成本模型；

其中，所述电池损耗成本模型的公式为：

式中：C_BDC(t)表示在t时段内的电池损耗成本；P(t)表示t时段内的电动汽车电池充、放电功率；SOC(t₀)表示电动汽车电池在t时段内的初始荷电状态值；α₁、α₂、β₁和β₂表示模型参数；f(|P(t)|,SOC(t₀),φ(t))表示关于电池充放电功率、电池初始荷电状态值和环境的校正函数；P_dis,max表示能量交换过程中，电动汽车电池的最大放电功率；P_ch,max表示能量交换过程中，电动汽车电池的最大充电功率；v(t)表示电动汽车在t时刻的行驶速度；P_vmax表示电动汽车最大行驶速度所造成的电动汽车电池功率输出；f’(μ_temperature,μ_humidity,μ_pressure,μ_others)表示关于电动汽车电池受周边温度、湿度、大气压和其他环境条件影响的评估函数；

在电池损耗成本模型初次建立时，校正函数设置为零，电池损耗成本模型建立之后电池损耗成本在电动汽车电池能量管理***进行更新；

判断电动汽车电池能量是否超过电动汽车预设电量数据；若是，则对电池损耗成本模型进行校正；若否，则分别获取预设等待时间与实际等待时间；

当预设等待时间小于或等于实际等待时间时，则指引电动汽车进入目标电池交换站，通过电池交换模式，交换到高荷电状态值的电池补充能量，之后再对电池损耗成本模型进行校正；当预设等待时间大于实际等待时间时，则分别获取剩余可消耗电量与预计行程消耗电量；

当剩余可消耗电量小于或等于预计行程消耗电量时，则根据电网电价选择充电模式，所述充电模式包括V2V模式和V2G模式中至少一种，之后对电池损耗成本模型进行校正；

当剩余可消耗电量大于预计行程消耗电量时，则判断电动汽车是否进行电动汽车电池能量补充；若是，则根据电网电价选择充电模式；若否，则对电池损耗成本模型进行校正。

2.如权利要求1所述的一种高速公路上的电动汽车能量交换方法，其特征在于，所述根据电动汽车电池损耗成本模型，评估电动汽车电池损耗的步骤包括：

判断是否已建立电池损耗成本模型；

若是，则根据电动汽车电池损耗成本模型，评估电动汽车电池损耗；若否，则先建立电动汽车电池损耗成本模型后，评估电动汽车电池损耗。

3.如权利要求1所述的一种高速公路上的电动汽车能量交换方法，其特征在于，所述对电池损耗成本模型进行校正包括以下步骤：

在电动汽车能量交换过程中，以间隔时间为单位记录电池损耗情况信息、能量交换信息以及电池周边环境数据，其中，所述能量交换信息包括充电功率、电池初始荷电状态值和充电功率在相邻时间的浮动值，所述电池周边环境数据包括温度、空气湿度和大气压值；

根据记录数据以及电池损耗成本模型的公式对电池损耗成本模型的参数进行拟合；

根据拟合的相关参数对电动汽车电池损耗成本模型中参数进行校正。

4.如权利要求1所述的一种高速公路上的电动汽车能量交换方法，其特征在于，所述电池交换模式包括以下步骤：

收集高速公路上各电池交换站信息与需要进行能量交换的电动汽车信息，其中，所述电池交换站信息包括站内电池数量、各电池荷电状态以及各电池交换站位置，所述需要进行能量交换的电动汽车信息包括电动汽车数量、电动汽车到目的地的距离以及电动汽车电池实时荷电状态值；

根据高速公路上各电池交换站信息与需要进行能量交换电动汽车信息将各电动汽车分配到各电池交换站进行电池交换，并对电动汽车驾驶方案进行优化；

根据前往各电池交换站交换电池的电动汽车数量以及电动汽车电池的荷电状态值对电池交换站站内电池的能量交换方案进行优化；

判断目标电池交换站内电池是否能达到用户对电动汽车电池的荷电状态值的期望值；若是，则电动汽车按照原有方案前往目标电池交换站更换电池；若否，则计算电动汽车前往多个电池交换站交换电池的总成本以及电动汽车前往目标电池交换站交换电池的总成本；

当电动汽车前往多个电池交换站交换电池的总成本大于电动汽车前往目标电池交换站交换电池的总成本时，则电动汽车按照原有方案前往目标电池交换站更换电池；

当电动汽车前往多个电池交换站交换电池的总成本小于或等于电动汽车前往目标电池交换站交换电池的总成本时，则判断电动汽车是否前往多个电池交换站进行交换电池；若是，则制定电动汽车前往多个电池交换站内的行驶方案以及对这些电池交换站内电池能量交换方案进行优化，并将降低的成本进行收益分配；若否，则电动汽车按照原有方案前往目标电池交换站更换电池。

5.如权利要求1所述的一种高速公路上的电动汽车能量交换方法，其特征在于，所述V2G模式包括以下步骤：

收集高速公路上各充电桩信息和电动汽车信息，其中，所述充电桩信息包括充电桩状态、充放电参数以及预测电力价格，所述电动汽车信息包括行驶速度、实时位置以及电池剩余荷电状态值；

根据各充电桩信息和电动汽车信息优化电动汽车所分配的目标充电桩、充电方案以及行驶路径；

当电动汽车达到目标充电桩后，根据优化后的充电方案开始充电，并判断充电后的电动汽车电池荷电状态值是否达到期望值；若是，则结束V2G流程；若否，则获取实时电力价格和预测电力价格；

当实时电力价格大于预测电力价格并导致现实方案与原优化方案的成本、时间或者荷电状态值相差值超出第一预设值时，则重新根据各充电桩信息和电动汽车信息优化电动汽车所分配的目标充电桩、充电方案以及行驶路径；

当实时电力价格小于或等于预测电力价格时，则判断电动汽车联网时间是否有变；若是，则重新根据各充电桩信息和电动汽车信息优化电动汽车所分配的目标充电桩、充电方案以及行驶路径；若否，则在电动汽车电池剩余可消耗电量足以支撑电动汽车前往多个充电桩的前提下，分别计算电动汽车前往目标充电桩充电的总成本以及前往多个充电桩充电的总成本；

当电动汽车前往目标充电桩充电的总成本小于或者等于前往多个充电桩充电的总成本时，则按照原有充电桩充电方案进行充/放电；

当电动汽车前往目标充电桩充电的总成本大于前往多个充电桩充电的总成本时，则判断电动汽车是否接受前往多个充电桩充电；若是，则进行收益分配，并重新根据各充电桩信息和电动汽车信息优化电动汽车所分配的目标充电桩、充电方案以及行驶路径，此时，对电动汽车在每个充电桩充电时的预期荷电状态值进行下调；若否，则按照原有充电桩充电方案进行充/放电。

6.如权利要求1所述的一种高速公路上的电动汽车能量交换方法，其特征在于，所述V2V模式包括以下步骤：

收集电动汽车信息和V2V能量交换场所信息，其中，所述电动汽车信息包括实时位置、电池实时荷电状态值、电池期望荷电状态值以及目的地位置，所述V2V能量交换场所信息包括场所电力价格以及场所位置；

根据电动汽车信息和V2V能量交换场所信息，优化V2V的充电方案以及确定目标V2V能量交换场所；

当电动汽车根据目标V2V能量交换场所信息达到位置后，根据优化后的充电方案开始充电，并判断充电后的电动汽车电池荷电状态值是否达到期望值，若是，则结束V2V流程；若否，则获取实时电力价格与实时充电时间；

当实时电力价格小于或者等于预测电力价格并且实时充电时间小于或者等于预测充电时间时，则按照原有充电方案进行充/放电；

当实时电力价格大于预测电力价格或者实时充电时间大于预测充电时间并导致用户成本/收益或者充电时间与原计划超出第二预设值时，则获取充电车辆数量与放电车辆数量；

当充电车辆数量与放电车辆数量不都为单辆车辆时，则重新根据电动汽车信息和V2V能量交换场所信息，优化V2V的充电方案以及目标V2V能量交换场所；

当充电车辆数量与放电车辆数量都为单辆车辆时，则判断电动汽车充电时间是否充足；若是，则重新收集电动汽车信息和V2V能量交换场所信息；若否，则进入电池交换模式。

7.如权利要求4或5所述的一种高速公路上的电动汽车能量交换方法，其特征在于，所述收益分配包括以下步骤：

判断电动汽车是否参与了电力市场辅助服务或者其他电网有偿调度；

若是，则对电动汽车因参与了电力市场辅助服务或者其他电网有偿调度而产生对电网有利影响进行量化，然后获取电动汽车信息，用于判断电动汽车是否为临时用车；

若否，则直接获取电动汽车信息；

当电动汽车为临时用车时，则先根据电动汽车临时用车行为对整个***或者电网的影响，更新电动汽车对电网的贡献，然后根据电动汽车贡献进行收益分配；当电动汽车不是临时用车时，则直接根据电动汽车贡献进行收益分配。

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