智能充换电服务网络调度技术研究

刘辉勇，袁 攀，魏 众，胡 勇

（许继电源有限公司，许昌461000）

0 前 言

目前我国的电动汽车技术取得了快速的发展，但电动汽车还没有得到大规模的推广使用，其主要制约瓶颈是电车电源充电时间长，电池成本高等.一般情况下，电动汽车电能补给主要有整车充电与换电池两种模式，其中换电池方式可以大幅减少电动汽车的电能补给时间，对电池的充放电进行优化控制以有效提高电池的使用寿命.另外，当电动汽车电池使用寿命终止后，通过检测筛选并按一定规则进行分组，可以继续作为储能电池，进行梯次利用，构建储能电站.换电模式势必造成电池随汽车在各电池更换站之间的频繁流动，而这种流动因汽车流量受各种复杂因素的影响而呈现出不均衡的特性.

为了维持和确保各站具有与其服务需求相适应的电池储量，就必须对于电池的分布进行平衡，如何合理的进行电池调配的决策和实施，尤其是相关的电池分布信息的实时采集和车辆调度的实施，对于系统的正常运转至关重要，这个问题也是目前的一个研究热点.本文在实际应用研究的基础上，对电动汽车智能充电服务网络的一体化调度和管理系统进行了深入的分析.

1 服务网络一体化调度系统架构

电动汽车充换电服务网络一体化调度是将电池作为服务资源从全局角度统一规划和调配，以物流费用和充电费用最小为目的，在考虑各约束条件的情况下得到集中型充电站的最优调度配送策略.系统的整体架构设计如图1所示.

图1 系统的整体架构设计图

在本系统中涉及比较复杂的调度执行任务，因此需要为调度人员提供一种简便高效的监测工具，以及直观的操作方式，因此，可以利用GIS等可视化技术来解决这一问题，提高其工作效率.通过可视化界面，调度人员可以直观地监测集中充电负荷执行情况以及与全网络汽车动力服务的关联特性等，还可以实时地采取局部更改调度指令.在可视化管理层，系统可以借助GIS等技术对配送车辆实现图形化的全景动态监测技术，有利于资源的合理调度和分配.

2 服务网络一体化调度功能设计

该服务网络一体化调度的具体内容包括：①为不同规模和不同功能的充换电站建立数学模型，定义和量化各站对电池的消耗和充电能力；②构建集中充电站、电池更换站以及电池配送站之间的物流调配体系和架构；结合各站的电池消耗量化指标，以及各站充电能力指标，组织全局空电池的调度以最优化利用各站的充电能力；③组织全局充电后满充电池的调度以最优的方式满足各站的电池消耗需求；④建立调度的配送申请、配送计划、配送工单管理以及配送执行的流程体系；⑤确定各种确保系统正常运行的约束条件，设计电池物流调配的自动优化辅助决策算法等.

一体化调度技术的核心就是要完整地解决电池充电调度、电池调度以及车辆调度三者之间的一体化调度问题，以达到全系统统一协调运转的目标.

2.1 电池调度

在电池配送体系上，综合型换电站基本自给自足，不具备向下辐射的配送能力；配送站有大小不同规模，实现两级配送.例如在近郊建立大型配送站，作为电池集散和中转地，在市区社区建立小型配送站实现简单换电功能.集中充电站主要与大型配送站进行交互，大型配送站再向小型配送站辐射.当然，也不排除特殊情况下，集中充电站直接与小型配送站交互的可能.系统电池调配关系如图2所示.

图2 电池调配类型示意图

本系统中，电池的调配策略包括一级调配和二级调配两部分，其中一级电池调配由省电动汽车服务公司直接管理，根据全省电池分布状况和各地电池总的需求情况，协调安排全省的电池集中充电计划以及一级电池调配方案.例如，大型配送站向集中充电站配送电池，一般为待充电池；大型配送站向集中充电站跨市区配送电池，一般为待充电池；小型配送站向集中充电站配送电池，一般为待充电池，一般为解决临时需求和问题.

二级电池调配主要由市电动汽车服务公司进行管理，根据全市电池分布状况和各地电池总的需求情况，协调安排全市的二级电池调配方案及综合型电池更换站的充电运行计划，市与市之间的临时调配由省电动汽车服务公司进行管理.例如，同地市的综合型电池更换站与大型配送站之间配送电池，一般为解决临时需求和问题；小型配送站向所属大型配送站配送电池，一般为待充电池；同地市的小型配送站之间配送电池，一般为解决临时需求和问题；不同地市的小型配送站之间配送电池，一般为解决临时需求和问题.

2.2 物流车辆调度

在本系统中，物流车辆调度同样包括一级调度和二级调度，其物流车辆调配关系图与图2相似.其中，一级物流车辆调配由省电动汽车服务公司直接管理，根据全省物流车辆分布情况和电池调配方案制定物流车辆一级调配方案，并协调市与市之间的物流车辆调度.例如，大型配送站向集中充电站行驶的物流车辆，一般装有待充电池；集中充电站向大型配送站行驶的物流车辆，一般装有满充电池.

二级物流车辆调配主要由市电动汽车服务公司进行管理，根据全市物流车辆分布状况和二级电池调配方案，协调安排全市的二级物流车辆调配方案，市与市之间的临时调配由省电动汽车服务公司进行管理.例如，同地市的综合型电池更换站与大型配送站之间行驶的物流车辆；不同地市的大型配送站之间行驶的物流车辆，由省电动汽车服务公司下达调配指令.

2.3 电池充电调度

电池集中充电调度要解决大规模集中电池具体在哪些集中充电站哪些时段以多少功率进行充电，一方面为满足电动汽车运营服务，一方面通过系统统一调度达到有序充电、削峰填谷的目的.而这一调度需要第二种调度，电池配送调度的支持，需要在集中充电调度指定的地点和时间具有足够的电池资源来执行充电操作.因此，配送调度要根据集中充电调度对配送进行规划和调度.而配送调度的执行，又需要配送车辆运力的支撑，依托于配送车辆调度.

由这三种调度问题构成的一体化调度不仅需要自动化的优化决策支持，而且在其具体执行过程仍然需要全面的监测与管理.在管理人员下达一体化调度决策后，工作人员在具体执行过程中，可能会遇到诸多不确定性因素的影响，因此系统中的实时监测功能就显得尤为重要.

3 系统层次划分与网络部署

本系统采用三层架构模式进行设计，整个业务应用划分为表示层、业务逻辑层和数据访问层，以保证系统的可靠性和易维护性.本系统的层次划分图和网络部署图分别如图3和图4所示.

图3 系统层次设计图

同时，本系统为基于B／S模式的业务应用系统，系统的核心代码都部署在服务器上，所在一定程度上可以保证系统的安全性.而且在对系统的主程序进行维护或者升级时，只需要对服务器端进行更新就即可.

根据对系统访问要求的分析，可以得出系统的网络部署图，系统用户可以通过Internet访问本系统，如下.

图4 系统网络部署图

4 小 结

虽然目前我国的电动汽车有较快的发展，但是其电池充电管理技术仍然是一个尚未解决的难题，本文主要对一种新型的智能充电服务网络的一体化调度管理技术进行了研究，并在系统中增加了可视化管理层，以方便管理人员对电池和车辆资源的实时调度.

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