一种公交场站有序自动充电方法及场站系统与流程

1.本发明涉及一种公交场站有序自动充电方法及场站系统，属于智能交通领域，尤其涉及自动驾驶公交车充电。


背景技术：

2.电动公共汽车作为我国战略新兴产业，大力发展电动公共汽车是保障国家能源安全和实现低碳经济转型的重要途径。随着电动公共汽车数量的增多，公交场站内停车和充电成为一个难题。依靠人力进行停车管理和充电站即将被科技化的无人场站所取代，高度自动化的无人场站节省了大量时间和人力物资消耗，大大提高了效率。当前公交场站给电动公共汽车充电通常是人工把车辆泊入充电车位，人工把车辆和充电设施连接上，或者使用机械臂记性插电实现自动充电，但是机械臂成本较高且要求精度较高，目前技术难度较大。无论是人工或者机械臂将充电设施和充电车辆连接，电动公共汽车的充电都是随机的充电模式，当大规模电动汽车随机接入电网将对电力系统的规划和运行产生重大影响，并且造成公交场站内充电车位的占用和浪费，使得充电车位的利用率低。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种公交场站有序自动充电方法及场站系统，用以解决电动公共汽车随机充电造成充电车位利用率低进一步导致充电效率低的问题。
4.为实现上述目的，本发明的方案包括：
5.本发明的一种公交场站有序自动充电方法，包括如下步骤：
6.1)获取公交场站内待充电自动驾驶车辆的剩余电量，由剩余电量确定车辆的充电时长；
7.2)以0作为不同车辆的充电起始时间，以不同车辆的充电时长作为对应车辆的充电结束时间，以对应车辆的充电起始时间和充电结束时间作为该车辆的充电区间；
8.3)将所述充电区间按照区间时长由长到短的顺序排列形成最大兼容集合，当有充电车位空闲时，按照最大兼容集合中充电区间的顺序唤醒充电区间对应的车辆，并设定空闲充电车位为目的地，待充电车辆初始化完成后自动驾驶到对应的充电车位充电。
9.本发明提供的一种公交场站有序自动充电方法，在自动驾驶车辆每天运营结束后，车辆开回公交场站，公交场站在每天固定的时间段开始给车辆充电。在充电之前先获取车辆的剩余电量，根据车辆的剩余电量确定该车辆所需的充电时长。在确定车辆的充电时长后，将0作为车辆的充电起始时间，以车辆的充电时长所对应的数值作为充电结束时间，则车辆的充电起始时间和充电结束时间构成车辆的充电区间，将充电区间按照区间时长由长到短的顺序进行排列形成最大兼容集合，即以充电结束时间从大到小的顺序对应排列充电区间形成最大兼容集合。
10.当公交场站开始充电时，按照最大兼容集合中充电区间的顺序对应唤醒充电区间对应的车辆，车辆按照最大兼容集合中充电区间的顺序进行上电进入充电准备状态，上电
后每辆车辆对应一个充电车位，在车辆准备结束后，车辆根据充电车位的位置自动泊入对应充电车位。
11.本发明将车辆按照一定顺序进行排序，保证每辆车在充电结束后一定有后续的车辆进行充电，保证公交场站开始充电直到公交场站内所有车辆满充期间充电车位一直在使用，从而使得电网负荷曲线方差较小，有效利用低谷电价。
12.进一步地，当公交场站进入充电时间前，根据公交场站的充电车位数量，提前设定时间唤醒充电车位数量的待充电车辆；所述设定时间等于车辆唤醒后初始化的时间加上车辆自动驾驶到达对应充电车位的时间。
13.公交场站内充电车位数量(n个)是固定的，因此在公交场站开始充电前，根据公交场站中充电车位的数量(n个)提前设定时间唤醒对应数量(n个)的车辆，也就是提前设定时间唤醒最大兼容集合中前n个充电区间对应的车辆。提前设定时间是因为车辆在唤醒后需要进行加载地图等充电准备工作，同时车辆自动泊入充电车位也需要一定的时间，提前设定时间唤醒车辆，在车辆做好充电准备工作后泊入充电车位时，刚好进入公交场站的充电时间，避免了电量和时间的浪费。
14.进一步地，在车辆满充前设定时间唤醒所述最大兼容集合中下一充电区间对应的待充电车辆。
15.在现有技术中，自动驾驶车辆启动后还需要等待车辆加载地图等初始化操作后才能根据设定的目的地进行自动驾驶，当电动公共汽车在充电过程中需要等待每辆车的充电准备过程时，会导致严重的时间浪费，从而导致充电车位充电效率更低。
16.因此本发明中在车辆即将满充的前设定时间唤醒最大兼容集合中下一个在该充电车位充电的车辆，该设定时间保证车辆能在该段时间做完所有的充电准备动作且包括能够泊入对应充电车位所需要的时间，在上一辆车辆满充时，紧接着有下一辆车进行充电。避免了中间的充电准备时间以及泊车时间，大大提高了充电车位的充电效率。
17.进一步地，当车辆到达对应的充电车位时，车辆与该充电车位的充电弓通信，充电弓根据车辆发出的充电信号开始给车辆充电。
18.车辆还与充电车位的充电弓通信连接，车辆到达相应的充电车位后，自动驾驶车辆会将充电指令发送给充电弓，充电弓获取到车辆的充电指令后，将充电弓下降以实现对车辆的充电。以此保证在车辆停好之后对车辆进行充电，防止车辆并未停放正确，但充电弓已经下降开始充电，因充电弓功率较大从而造成危险的情况发生。
19.进一步地，在车辆满充前设定时间唤醒所述最大兼容集合中下一充电区间对应的待充电车辆时，锁定对应的充电车位，阻止将该充电车位设置为其他待充电车辆的目的地。
20.在待充电车辆被唤醒时就对应锁定了该车辆的充电车位，防止一次唤醒多个车辆时，不同车辆对应的充电车位却相同的问题。
21.本发明还提供一种场站系统，包括云控平台，所述云控平台通信连接自动驾驶车辆和充电车位的充电弓；
22.1)云控平台获取公交场站内待充电自动驾驶车辆的剩余电量，由剩余电量确定车辆的充电时长；
23.2)云控平台以0作为不同车辆的充电起始时间，以不同车辆的充电时长作为对应车辆的充电结束时间，以对应车辆的充电起始时间和充电结束时间作为该车辆的充电区
间；
24.3)云控平台将所述充电区间按照区间时长由长到短的顺序排列形成最大兼容集合，当有充电车位空闲时，云控平台按照最大兼容集合中充电区间的顺序唤醒充电区间对应的车辆，并设定空闲充电车位为目的地，待充电车辆初始化完成后自动驾驶到对应的充电车位充电。
25.本发明提供的一种场站系统，在自动驾驶车辆每天运营结束后，车辆开回公交场站，公交场站在每天固定的时间段开始给车辆充电。在充电之前云控平台先获取车辆的剩余电量，根据车辆的剩余电量确定该车辆所需的充电时长。在确定车辆的充电时长后，云控平台将0作为车辆的充电起始时间，以车辆的充电时长所对应的数值作为充电结束时间，则车辆的充电起始时间和充电结束时间构成车辆的充电区间，将充电区间按照区间时长由长到短的顺序进行排列形成最大兼容集合，即以充电结束时间从大到小的顺序对应排列充电区间形成最大兼容集合。
26.当公交场站开始充电时，云控平台按照最大兼容集合中充电区间的顺序对应唤醒充电区间对应的车辆，车辆按照最大兼容集合中充电区间的顺序进行上电进入充电准备状态，上电后每辆车辆对应一个充电车位，在车辆准备结束后，车辆根据充电车位的位置自动泊入对应充电车位。
27.进一步地，当公交场站进入充电时间前，云控平台根据公交场站的充电车位数量，提前设定时间唤醒充电车位数量的待充电车辆；所述设定时间等于车辆唤醒后初始化的时间加上车辆自动驾驶到达对应充电车位的时间。
28.公交场站内充电车位数量(n个)是固定的，因此在公交场站开始充电前，云控平台根据公交场站中充电车位的数量(n个)提前设定时间唤醒对应数量(n个)的车辆，也就是提前设定时间唤醒最大兼容集合中前n个充电区间对应的车辆。提前设定时间是因为车辆在唤醒后需要进行加载地图等充电准备工作，同时车辆自动泊入充电车位也需要一定的时间，提前设定时间唤醒车辆，在车辆做好充电准备工作后泊入充电车位时，刚好进入公交场站的充电时间，避免了电量和时间的浪费。
29.进一步地，在车辆满充前设定时间唤醒所述最大兼容集合中下一充电区间对应的待充电车辆。
30.在现有技术中，自动驾驶车辆启动后还需要等待车辆加载地图等初始化操作后才能根据设定的目的地进行自动驾驶，当电动公共汽车在充电过程中需要等待每辆车的充电准备过程时，会导致严重的时间浪费，从而导致充电车位充电效率更低。
31.因此本发明中在车辆即将满充的前设定时间，云控平台就会唤醒最大兼容集合中下一个在该充电车位充电的车辆，该设定时间保证车辆能在该段时间做完所有的充电准备动作且包括能够泊入对应充电车位所需要的时间，在上一辆车辆满充时，紧接着有下一辆车进行充电。避免了中间的充电准备时间以及泊车时间，大大提高了充电车位的充电效率。
32.进一步地，当车辆到达对应的充电车位时，车辆与该充电车位的充电弓通信，充电弓根据车辆发出的充电信号开始给车辆充电。
33.车辆还与充电车位的充电弓通信连接，车辆到达相应的充电车位后，自动驾驶车辆会将充电指令发送给充电弓，充电弓获取到车辆的充电指令后，将充电弓下降以实现对车辆的充电。以此保证在车辆停好之后对车辆进行充电，防止车辆并未停放正确，但充电弓
已经下降开始充电，因充电弓功率较大从而造成危险的情况发生。
34.进一步地，在车辆满充前设定时间唤醒所述最大兼容集合中下一充电区间对应的待充电车辆时，锁定对应的充电车位，阻止将该充电车位设置为其他待充电车辆的目的地。
35.在待充电车辆被唤醒时就对应锁定了该车辆的充电车位，防止一次唤醒多个车辆时，不同车辆对应的充电车位却相同的问题。
附图说明
36.图1是本发明公交场站有序自动充电系统示意图；
37.图2是本发明公交场站有序自动充电具体执行流程图。
具体实施方式
38.下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
39.系统实施例：
40.现有技术中电动公交车充电都是随机将车辆泊入充电车位，有的车辆充电时间需求较长，有的车辆充电时间需求较短，没有根据车辆充电需求时间的不同进行安排。原本可以在同一时间段内自动泊入差不多相同充电需求时间的车辆，充满之后车辆自动泊出，再在差不多相同的时间后进行泊入其他车辆进行充电。但现有技术中不同车辆的充电排序是随机的，就会很容易造成同一时间段内多个充电需求时间短的车辆不断泊入和泊出，从而导致充电车位的利用率不高。在每一辆车进行充电前都需要进行加载地图等准备工作，在同一时间段内若差不多相同的充电时间的车辆进行充电，则只需要等待较短的时间进行车辆充电的准备工作，但若在同一时间段内多辆时间不同的车辆进行充电，则需要等待每一辆车的充电准备时间，从而造成了严重了时间浪费，导致充电车位的利用率不高更进一步导致车辆充电的效率不高。
41.基于此，本发明提出了一种场站系统，该系统如图1所示，该系统包括云控平台。系统利用高精定位技术、无线通讯技术、传感器和can通讯技术将车辆的状态信息，包括车辆电量、车辆位置、车辆整车状态、车辆速度和车辆动力系统的工作情况整合为整车数据上报给云控平台。云控平台对整车数据进行清洗、转换和存储，根据存储的数据信息对车辆进行分析，按照电量、车辆位置、停车位位置和设定的运营计划等多维度信息，对车辆的充电计划进行安排，生成车辆的充电调度计划。生成车辆的充电调度计划后，将唤醒对应的车辆进行上电启动，该车辆启动后自动泊入对应的车辆进行下电，下电后开始充电。
42.对车辆进行充电的每个充电车位设置有一个充电弓，本发明的充电弓采用的是自助开发的新型充电接口受电弓，使用导电关节和弹簧分布式载流极板技术，充电弓的载流能力可达到1000a，比双枪国际协议提升150％，充电弓利用传感器技术采集充电过程中的电压、电流、温度、绝缘值、电池温度等关键指标信息，将这些信息生成充电弓状态信息利用无线通讯4g/5g将充电弓状态信息实时传回云控平台。
43.云控平台接收到充电弓状态信息后与车辆整车数据结合进行实时数据分析，对充电车辆进行预控制，协调充电车辆和充电弓完成快速充电。
44.在协调充电车辆和充电弓进行充电时，当自动驾驶公交车到达相应的充电弓所对应的车位时，云控单元获取到自动驾驶公交车车辆到达相应的充电车位后，自动驾驶车辆
会将充电指令发送给充电弓，充电弓获取到自动驾驶公交车车辆的充电指令后，将充电弓下降以实现对车辆的充电。同时在车辆被唤醒时，该车辆对应的充电弓会锁定自身充电状态，防止其他车辆到该充电弓进行充电。
45.具体的，在公交场站有序自动充电系统中进行公交场站自动充电排序时采用如下方法，即本发明提供的一种公交场站有序自动充电方法：
46.1)获取车辆充电时长。
47.在自动驾驶公交车全天运营结束后，自动驾驶公交车开回公交场站后进行下电，云控平台获取自动驾驶公交车的当前电量，根据自动驾驶公交车当前电量的有效值确定当前车辆满充所需要的充电时长。
48.2)根据充电时长确定充电集合。
49.在确定车辆满充所需要的充电时长后，将充电时长生成该车辆充电区间，即该车辆的充电起始时间为0，该车辆的充电结束时间为所需充电时长对应的数值。例，某辆车充电共需40min，则该车辆的充电区间为[0，40]。
[0050]
确定车辆的充电区间后，将该公交场站的所有车辆的充电区间生成充电集合，即：
[0051]
s＝{a1、a2、a3、
…an
}
[0052]
其中，s表示车辆的充电集合，a1、a2、a3…an
表示单辆车的充电区间。每个ai都有一个充电起始时间si和充电结束时间fi，其中si＝0《fi。
[0053]
3)根据充电集合生成充电调度计划。
[0054]
在获得车辆的充电集合后根据贪心算法生成充电调度计划。具体为，将充电集合中的充电区间以充电时长从长到短的顺序进行排序得到最大兼容区间，即以充电结束时间f从大到小的顺序进行排列得到最大兼容区间。最大兼容区间内充电区间由大到小排列后，每个充电区间对应一台车辆，因此也就随之确定了车辆的前后充电顺序，按照该充电顺序对车辆进行充电即为本发明的充电调度计划。
[0055]
在实际操作中，不同线路的公交车对应不同的公交场站，并且本发明中的充电弓功率很大，对于公交车辆一到两个小时即可达到满充，因此单辆车的充电时长单位为分钟，当充电时长以分钟来计算时，每辆车的充电时长在很小的几率下才会相同。
[0056]
例如，当该公交场站共有10个充电车位，20辆自动驾驶公交车辆，20辆自动驾驶公交车辆中充电时长最长的车辆的充电区间为a3，a3即为最大兼容集合中的第一个集合。然后在剩余的充电区间中寻找仅次于a3的充电区间a6，a6即为最大兼容集合中的第二个集合，以此类推将20辆自动驾驶公交车辆的充电区间按顺序排列。在开始充电时由于共有10个充电车位，因此先将最大兼容集合中前10辆车自动泊入充电车位进行充电，剩余10辆车在前10辆车中任意一辆车满充后按照顺序泊入满充车辆对应的充电车位进行充电。
[0057]
本发明除了采用贪心算法生成充电调度计划外，还利用充电并行控制策略对公交场站内车辆充电进行控制和安排。利用该充电并行控制策略是指在车辆上电启动和自动泊车时两项任务同时进行，以减少车辆充电等待时间。利用该充电并行策略进行充电的并行任务分为两种情况：一种是车辆自动充电首次启动时，车辆根据充电弓的数量n，自动远程唤醒上电启动n辆待充电车辆；另一种是充电弓全部占用时，车辆充电完成后开始泊车，同时下一辆待充电车辆会上电启动进行泊车前等待状态。
[0058]
本发明结合充电并行控制策略和贪心算法进行公交场站自动充电排序的具体执
行流程图如图2所示，图2中共有6个停车位，2个充电车位，在根据贪心算法确定车辆的充电调度计划后，首先根据2个充电车位对应唤醒2个自动驾驶车辆进行充电，如001号车辆和002号车辆为最先唤醒的两个自动驾驶车辆，001号车辆对应的充电车位为007,002号对应的充电车位为008,001号车辆和002号车辆唤醒上电后自动对应泊入007号和008号充电车位。当任一充电车位的车辆实现满充前5分钟，对应唤醒下一个需要在该充电车位进行充电的车辆，当该车辆实现满充时，则对应泊回原停车位。如，007号充电车位对应的001号车辆最先实现满充，紧接着下一趟在007号充电车位充电的车辆为005号车辆，在001号车辆满充前5分钟唤醒005号车辆，007号车辆满充后自动泊回001号停车位，紧接着005号车辆自动泊入007号充电车位进行充电，直到公交场站内的所有车辆完成充电。
[0059]
方法实施例：
[0060]
本发明还提供一种公交场站有序自动充电方法，该方法同系统实施例中介绍的公交场站有序自动充电方法一致，由于该方法在系统实施例中已阐述清楚，此处不再赘述。

技术特征：
1.一种公交场站有序自动充电方法，其特征在于，包括如下步骤：1)获取公交场站内待充电自动驾驶车辆的剩余电量，由剩余电量确定车辆的充电时长；2)以0作为不同车辆的充电起始时间，以不同车辆的充电时长作为对应车辆的充电结束时间，以对应车辆的充电起始时间和充电结束时间作为该车辆的充电区间；3)将所述充电区间按照区间时长由长到短的顺序排列形成最大兼容集合，当有充电车位空闲时，按照最大兼容集合中充电区间的顺序唤醒充电区间对应的车辆，并设定空闲充电车位为目的地，待充电车辆初始化完成后自动驾驶到对应的充电车位充电。2.根据权利要求1所述的公交场站有序自动充电方法，其特征在于，当公交场站进入充电时间前，根据公交场站的充电车位数量，提前设定时间唤醒充电车位数量的待充电车辆；所述设定时间等于车辆唤醒后初始化的时间加上车辆自动驾驶到达对应充电车位的时间。3.根据权利要求1所述的公交场站有序自动充电方法，其特征在于，在车辆满充前设定时间唤醒所述最大兼容集合中下一充电区间对应的待充电车辆。4.根据权利要求3所述的公交场站有序自动充电方法，其特征在于，当车辆到达对应的充电车位时，车辆与所述充电车位的充电弓通信，充电弓根据车辆发出的充电信号开始给车辆充电。5.根据权利要求4所述的公交场站有序自动充电方法，其特征在于，在车辆满充前设定时间唤醒所述最大兼容集合中下一充电区间对应的待充电车辆时，锁定对应的充电车位，阻止将所述充电车位设置为其他待充电车辆的目的地。6.一种场站系统，其特征在于，包括云控平台，所述云控平台通信连接自动驾驶车辆和充电车位的充电弓；1)云控平台获取公交场站内待充电自动驾驶车辆的剩余电量，由剩余电量确定车辆的充电时长；2)云控平台以0作为不同车辆的充电起始时间，以不同车辆的充电时长作为对应车辆的充电结束时间，以对应车辆的充电起始时间和充电结束时间作为该车辆的充电区间；3)云控平台将所述充电区间按照区间时长由长到短的顺序排列形成最大兼容集合，当有充电车位空闲时，云控平台按照最大兼容集合中充电区间的顺序唤醒充电区间对应的车辆，并设定空闲充电车位为目的地，待充电车辆初始化完成后自动驾驶到对应的充电车位充电。7.根据权利要求6所述的场站系统，其特征在于，当公交场站进入充电时间前，云控平台根据公交场站的充电车位数量，提前设定时间唤醒充电车位数量的待充电车辆；所述设定时间等于车辆唤醒后初始化的时间加上车辆自动驾驶到达对应充电车位的时间。8.根据权利要求7所述的场站系统，其特征在于，在车辆满充前设定时间唤醒所述最大兼容集合中下一充电区间对应的待充电车辆。9.根据权利要求8所述的场站系统，其特征在于，当车辆到达对应的充电车位时，车辆与所述充电车位的充电弓通信，充电弓根据车辆发出的充电信号开始给车辆充电。10.根据权利要求9所述的场站系统，其特征在于，在车辆满充前设定时间唤醒所述最大兼容集合中下一充电区间对应的待充电车辆时，锁定对应的充电车位，阻止将所述充电车位设置为其他待充电车辆的目的地。

技术总结
本发明涉及一种公交场站有序自动充电方法及场站系统，包括如下步骤：1)获取公交场站内待充电自动驾驶车辆的剩余电量，由剩余电量确定车辆的充电时长；2)以0作为不同车辆的充电起始时间，以不同车辆的充电时长作为对应车辆的充电结束时间，以对应车辆的充电起始时间和充电结束时间作为该车辆的充电区间；3)将所述充电区间按照区间时长由长到短的顺序排列形成最大兼容集合，当有充电车位空闲时，按照最大兼容集合中充电区间的顺序唤醒充电区间对应的车辆，并设定空闲充电车位为目的地，待充电车辆初始化完成后自动驾驶到对应的充电车位充电。车位充电。车位充电。


技术研发人员：李俊刚 王国强 聂红朋 胡大满 文高丽
受保护的技术使用者：宇通客车股份有限公司
技术研发日：2021.12.30
技术公布日：2023/7/13