[發(fā)明專利]電動(dòng)車輛系統(tǒng)的大規(guī)模充電

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201380047532.4
• 申請(qǐng)日: 2013-07-23
• 公開（公告）號(hào): CN104981958B
• 公開（公告）日: 2018-01-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: L·童;S·陳
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 康奈爾大學(xué)
• 主分類號(hào): H02J7/00
• 分類號(hào): H02J7/00;G06Q10/06;G06Q50/06
• 代理公司: 北京萬(wàn)慧達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司11111
• 代理人: 張金芝,代峰

優(yōu)先權(quán)聲明

本發(fā)明要求2012年7月23日提交的序列號(hào)為61/674,488的美國(guó)專利申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)。

政府資金資助

本發(fā)明得到美國(guó)國(guó)家自然科學(xué)基金的資助，資助授權(quán)號(hào)為CCF-1018115及CNS-1135844。美國(guó)政府對(duì)本發(fā)明享有一定的權(quán)利。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明主要涉及電動(dòng)車輛領(lǐng)域，更具體地，涉及一種同時(shí)對(duì)多輛電動(dòng)車輛充電的系統(tǒng)和方法。大規(guī)模充電設(shè)施包括智能能源管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)使用硬件-軟件架構(gòu)來(lái)管理利用多種能量供應(yīng)源為多輛電動(dòng)車輛同時(shí)充電的行為。

背景技術(shù)

交通系統(tǒng)的電力化是向清潔和可持續(xù)發(fā)展社會(huì)邁進(jìn)的一個(gè)關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)力。向基于電動(dòng)車輛的交通運(yùn)輸系統(tǒng)過(guò)渡的核心是建立大規(guī)模的充電基礎(chǔ)設(shè)施，即在公共停車設(shè)施、工作場(chǎng)所和公寓大樓等設(shè)立的電池充電系統(tǒng)，在上述這些地方，大量的電動(dòng)車輛同時(shí)進(jìn)行充電。對(duì)于不能夠選擇在家充電的人口密集的城區(qū)而言，大規(guī)模的充電基礎(chǔ)設(shè)施是很有吸引力的。

電動(dòng)車輛充電帶來(lái)了超出傳統(tǒng)加油站商品交付操作的重大挑戰(zhàn)，因?yàn)殡娏桓兜乃蟹矫姹仨氝m應(yīng)聯(lián)網(wǎng)的電力網(wǎng)的要求。電動(dòng)車輛產(chǎn)業(yè)有多個(gè)利益相關(guān)方，包括政府及其管理者、車輛制造商、公用事業(yè)單位、基礎(chǔ)設(shè)施技術(shù)提供商和城市規(guī)劃者。近年來(lái)，這些利益相關(guān)方一直在為即將到來(lái)的巨大的電動(dòng)車輛市場(chǎng)積極推動(dòng)實(shí)用的解決方案，目前的一個(gè)熱點(diǎn)是建造隨處可及的公共充電基礎(chǔ)設(shè)施。

政府管理者之前總是支持和刺激對(duì)在能源和環(huán)境領(lǐng)域具有潛力的新興事業(yè)進(jìn)行投資，將其作為其長(zhǎng)期策略，但目前也特別關(guān)注電動(dòng)車輛事業(yè)和電動(dòng)車輛充電基礎(chǔ)設(shè)施。加利福尼亞州、華盛頓州、俄勒岡州和弗羅里達(dá)州等，以及其他一些州，正在建造上百個(gè)電動(dòng)車輛公共充電站。

車輛制造商們和基礎(chǔ)設(shè)施技術(shù)提供商們一直對(duì)電動(dòng)車輛產(chǎn)業(yè)將帶來(lái)的巨大現(xiàn)金流充滿了希冀，他們正在與另一個(gè)不可缺少的驅(qū)動(dòng)力(公共事業(yè)單位)一起采取行動(dòng)。IBM、本田汽車和太平洋煤氣電力公司最近啟動(dòng)了一個(gè)試驗(yàn)性的合作項(xiàng)目，以證明對(duì)每個(gè)電動(dòng)車輛電池進(jìn)行充電調(diào)度優(yōu)化從而持續(xù)滿足用戶和電力網(wǎng)的需求的能力。

私募股權(quán)投資公司和風(fēng)險(xiǎn)投資家也在沖進(jìn)這個(gè)領(lǐng)域，雄心勃勃地試圖使整個(gè)世界脫離化石燃料車輛。私募股權(quán)投資公司和風(fēng)險(xiǎn)投資家的參與帶來(lái)了電動(dòng)車輛充電產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)業(yè)潮，這也再次顯示了這個(gè)市場(chǎng)的巨大潛力。

快速充電和無(wú)線充電設(shè)備等新技術(shù)正在涌現(xiàn)。其他許多新技術(shù)也在催生類似的商業(yè)機(jī)會(huì)，對(duì)于電動(dòng)車輛公共充電的未來(lái)而言，一種合適且可持續(xù)盈利的商業(yè)模式是至關(guān)重要的，該商業(yè)模式包括但不限于在電動(dòng)車輛公共充電基礎(chǔ)設(shè)施中采用劃算的管理、計(jì)量和收費(fèi)策略，以將電動(dòng)車輛并入到互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的巨大圖景中。

使用電動(dòng)車輛的一個(gè)好處是其環(huán)境效益。然而，電動(dòng)車輛充電站通常連接到電力網(wǎng)，這通常意味著它們的電力來(lái)自化石燃料電站。為了充分利用電動(dòng)車輛的優(yōu)勢(shì)，諸如太陽(yáng)能和風(fēng)力發(fā)電等清潔可再生能源應(yīng)當(dāng)參與為電動(dòng)車輛充電的行動(dòng)。這需要克服一些集成間歇性可再生能源的技術(shù)難題，以滿足電動(dòng)車輛客戶的需求。

關(guān)于電動(dòng)車輛充電調(diào)度的問(wèn)題，目前人們已提出大量的模型和優(yōu)化技術(shù)。其中提出的一種技術(shù)包括離線分散式協(xié)議，使電動(dòng)車輛車主與充電設(shè)施協(xié)商日前的家用電動(dòng)車輛充電價(jià)格和充電時(shí)間，使充電負(fù)荷填補(bǔ)夜間需求低谷。提出的另一種技術(shù)將家用電動(dòng)車輛的充電調(diào)度問(wèn)題轉(zhuǎn)化為一個(gè)最優(yōu)能流(Optimal Power Flow,OPF)問(wèn)題，然后利用OPF的求解結(jié)構(gòu)進(jìn)行充電調(diào)度。另一種技術(shù)則考慮了(具有固定的能量供應(yīng)源的)公共停車場(chǎng)的電動(dòng)車輛充電問(wèn)題，采用了一種探索式的優(yōu)化方法。另外，已經(jīng)研究了將可再生能源用于電動(dòng)車輛充電并考慮儲(chǔ)備的需求；但是，沒有考慮價(jià)格機(jī)制。其他一些技術(shù)則考慮了對(duì)電動(dòng)車輛的充電管理，以及潛在考量可再生能源擴(kuò)張所需的其他調(diào)整服務(wù)。另外一種技術(shù)則考慮了將停車設(shè)施用作能源交換站以用于車輛到電網(wǎng)(Vehicle-to-Grid,V2G)的應(yīng)用的想法， 這種技術(shù)展示了將電動(dòng)車輛作為能源儲(chǔ)備以用于管理需求方的優(yōu)勢(shì)。還有一種技術(shù)則提出一種分散算法，以協(xié)調(diào)非合作博弈框架下的電動(dòng)車輛自治充電行為，該算法收斂于接近實(shí)現(xiàn)理想解決方案(安排電動(dòng)車輛充電負(fù)荷去填補(bǔ)夜間用電低谷)的納什均衡(Nash equilibrium)。