电动车充电站电能管理方法

技术领域

本发明涉及一种停车场电能管理方法，特别是涉及一种用于电动车的电动车充电站电能管理方法。

背景技术

随着电动车的需求量日益增长，为了因应大量电动车的充电需求对电网所带来的冲击，电动车充电站的电能管理以及价格策略是亟待解决的问题。在电动车充电站引进用户群代表(Aggregator)商业模式，可使电动车充电站不仅只是单纯作为电动车充电使用(也就是说，Grid-to-vehicle，简称G2V)，还可以通过V2G(Vehicle-to-grid)模式来引导电动车将电能销售给电网，然而，如何建立电动车充放电策略使得电能销售的利润极大化并满足电动车用户的充电需求是各界业者与学者致力研究的课题。

现有技术如，「An Optimal Charging/Discharging Strategy for SmartElectrical Car Parks」此篇论文所提出的方法是根据电动车的当前的荷电状态、电价、期望的荷电状态，及电网需求来建立电动车充放电策略，然而上述方法仍有改良的地方。

发明内容

本发明的目的在于提供一种同时考虑停放于充电站中的所有电动车与设置于充电站的电能存储装置的电能需求，以提供更完善的充放电策略的电动车充电站电能管理方法。

本发明的电动车充电站电能管理方法，适用于管理停放于充电站的所有电动车的充放电状态，每一电动车对应于电动车信息，每一电动车信息包含所对应的电动车的入场时间、离场时间、入场时的入场电池荷电状态、期望的离场电池荷电状态、最小电池荷电状态，与最大电池荷电状态，该充电站设置有电能存储装置，该电动车充电站电能管理方法通过处理单元来实施并包含以下步骤：

(A)根据停放于该充电站内每一台电动车所对应的电动车信息、介于停放于该充电站的所有电动车中的最早入场的电动车所对应的最早入场时间与停放于该充电站的所有电动车中的最晚离场的电动车所对应的最晚离场时间之间的电价信息、相关于该电能存储装置的电能信息，及相关于该充电站的最大供给电功率，该电能信息包含该电能存储装置于前一时间点t-1的荷电状态、最小荷电状态与最大荷电状态，利用线性规划获得每一电动车在当前时间点t的充电电功率或放电电功率。

本发明的电动车充电站电能管理方法，在步骤(A)中，该处理单元还利用该线性规划进一步获得该电能存储装置在该当前时间点t的充电电功率或放电电功率。

本发明的电动车充电站电能管理方法，每一电动车信息包含所对应的电动车的最大的充电电功率与最大的放电电功率，在该步骤(A)中，该线性规划的目标函数及该目标函数所满足的多个限制条件，可被表示为：

限制条件1：

限制条件2：

限制条件3：

限制条件4：若

限制条件5：

限制条件6：

限制条件7：

限制条件8：

其中，t

本发明的电动车充电站电能管理方法，每一电动车信息包含电池劣化成本，在步骤(A)中，第i台电动车在该当前时间点t的该意愿程度

本发明的电动车充电站电能管理方法，该充电站还设置有太阳能模块，在步骤(A)中，该处理单元不仅根据停放于该充电站内每一台电动车所对应的电动车信息、介于最早入场时间与最晚离场时间之间的电价信息、相关于该电能存储装置的电能信息，及相关于该充电站的该最大供给电功率，还根据该太阳能模块在该当前时间点t所产生的太阳能电功率，利用该线性规划获得每一电动车在该当前时间点t的该充电电功率或该放电电功率。

本发明的电动车充电站电能管理方法，每一电动车信息包含所对应的电动车的最大的充电电功率与最大的放电电功率，在该步骤(A)中，该线性规划的目标函数及该目标函数所满足的多个限制条件，可被表示为：

限制条件1：

限制条件2：

限制条件3：

限制条件4：若

限制条件5：

限制条件6：

限制条件7：

限制条件8：

其中，t

本发明的电动车充电站电能管理方法，在步骤(A)前，还包含以下步骤：

(B)对于停放于该充电站内的每一台电动车，根据该电动车所对应的电动车信息，获得该电动车的优先权重；

其中，步骤(A)包含以下子步骤，

(A-1)该电价信息包含多笔分别对应不同优先权重的电价数据，及对应于该电能存储装置电价数据，该处理单元根据停放于该充电站内每一台电动车所对应的优先权重，获得每一台电动车所对应的电价数据，及

(A-2)该处理单元根据停放于该充电站内每一台电动车所对应的电动车信息、介于该最早入场时间与该最晚离场时间之间的每一台电动车所对应的电价数据、该电能信息、对应于该电能存储装置且介于该最早入场时间与该最晚离场时间之间的该电价数据，及该充电站的该最大供给电功率，利用该线性规划获得每一电动车在该当前时间点t的该充电电功率或该放电电功率。

本发明的电动车充电站电能管理方法，每一电动车信息包含所对应的电动车的最大的充电电功率与最大的放电电功率，在该步骤(A-2)中，该线性规划的目标函数及该目标函数所满足的多个限制条件，可被表示为：

限制条件1：

限制条件2：

限制条件3：

限制条件4：若

限制条件5：

限制条件6：

限制条件7：

限制条件8：

其中，t

本发明的电动车充电站电能管理方法，在步骤(B)中，每一台电动车的优先权重是根据所对应的电动车的该入场电池荷电状态、该离场电池荷电状态、该入场时间与该离场时间而获得。

本发明的电动车充电站电能管理方法，步骤(B)包含以下子步骤：

(B-1)该处理单元根据第i台电动车的该入场电池荷电状态

(B-2)该处理单元根据每一台电动车的优先数值获得每一台电动车的优先排序；

(B-3)该处理单元根据每一台电动车的优先排序获得每一台电动车的优先权重。

本发明的有益效果在于：通过该处理单元同时考虑该电能存储装置于前一时间点t-1的荷电状态、该最小荷电状态与该最大荷电状态，及该充电站的最大供给电功率来进行线性规划，可使所规划出的充放电策略不仅符合电动车用户的需求，也使该电能存储装置可自电网买电以存储电能，或提供电能给电网以卖电，更进一步符合充电站业者的需求。

附图说明

本发明的其他的特征及功效，将于参照图式的实施方式中清楚地呈现，其中：

图1是一方块图，说明实施本发明电动车充电站电能管理方法的一第一实施例的一运算装置；

图2是一流程图，说明本发明电动车充电站电能管理方法的该第一实施例；

图3是一流程图，说明本发明电动车充电站电能管理方法的一第二实施例

图4是一流程图，说明本发明电动车充电站电能管理方法的一第三实施例；

图5是一示意图，说明对应于一第一优先权重的电价数据；

图6是一示意图，说明对应于一第二优先权重的电价数据；

图7是一示意图，说明对应于一第三优先权重的电价数据；及

图8是一流程图，说明如何获得一电动车的一优先权重。

具体实施方式

在本发明被详细描述前，应当注意在以下的说明内容中，类似的组件是以相同的编号来表示。

参阅图1与图2，本发明电动车充电站电能管理方法的一第一实施例适用于管理停放于一充电站的所有电动车(图未示)的充放电状态，并通过一运算装置1来实施。该充电站设置有一用于存储电能并与该运算装置1电连接的电能存储装置(图未示)，与一用于产生电能并与该运算装置1电连接的太阳能模块(图未示)。

该运算装置1包含一输入单元11、一连接至一通讯网络的通讯单元12，及一电连接该输入单元11与该通讯单元12的处理单元13。在本实施例中，该运算装置1例如为一计算机、一服务器或一智能型手机等。

每一电动车对应于一电动车信息，每一电动车信息包含所对应的电动车的一入场时间、一离场时间、入场时的一入场电池荷电状态、一期望的离场电池荷电状态、一最小电池荷电状态、一最大电池荷电状态、一最大的充电电功率、一最大的放电电功率，与一电池劣化成本。

值得一提的是，该电动车信息中的该入场时间、该离场时间、该入场电池荷电状态、该离场电池荷电状态、该最小电池荷电状态、该最大电池荷电状态、该最大的充电电功率、该最大的放电电功率，与该电池劣化成本可由所对应的电动车的用户利用该运算装置1的输入单元11进行输入操作而产生，该入场电池荷电状态也可通过安装于该充电站，并与该运算装置1电连接的一电量检测器(图未示)测量该电动车的电池的荷电状态后传送至该运算装置1而获得。在其他实施方式中，该电动车信息也可通过所对应的电动车的用户利用其所持有的使用端(图未示)进行输入操作而产生后，该使用端将所产生的该电动车信息经由该通讯网络传送至该运算装置1，然并不以此为限。

该电能存储装置例如为一储能系统(Energy Storage System，简称ESS)。该电能存储装置对应于一电能信息，该电能信息包含该电能存储装置于前一时间点t-1的荷电状态、一最小荷电状态与一最大荷电状态。该太阳能模块例如包含一太阳电池模板，及一用于测量该太阳电池模板所产生的太阳能电功率的检测计。用户群代表可将该电能存储装置所存储的电能与该太阳能模块所产生的电能供应给该电网，也可提供给该充电站自行使用。

值得一提的是，该电能信息中的该最小荷电状态与该最大荷电状态是由一管理者利用该运算装置1的输入单元11进行输入操作而产生，该电能信息中的前一时间点t-1的荷电状态可通过该电量检测器(图未示)测量该电能存储装置的荷电状态后传送至该运算装置1而获得。该太阳能模块的检测计在测量到该太阳电池模板所产生的太阳能电功率后，即会将所测量到的太阳能电功率传送至该运算装置1。

参阅图1与图2，本发明电动车充电站电能管理方法的一第一实施例包含以下步骤。

在步骤201中，该运算装置1的处理单元13获得停放于该充电站内每一台电动车所对应的电动车信息、介于一停放于该充电站的所有电动车中的一最早入场的电动车所对应的一最早入场时间与停放于该充电站的所有电动车中的一最晚离场的电动车所对应的一最晚离场时间之间的电价信息、相关于该电能存储装置的电能信息、该太阳能模块在一当前时间点t所产生的一太阳能电功率，及相关于该充电站的一最大供给电功率。其中，该电价信息是由一电力公司所提供。

在步骤202中，该运算装置1的处理单元13根据每一台电动车所对应的电动车信息、该电价信息、该电能信息、该充电站的该最大供给电功率，及在该当前时间点t所产生该太阳能电功率，利用一线性规划，获得每一电动车在该当前时间点t的一充电电功率或一放电电功率，及该电能存储装置在该当前时间点t的一充电电功率或一放电电功率。其中，该线性规划的一目标函数可被表示成下列公式(1)，且该目标函数所满足的所述限制条件如下列限制条件1～限制条件8。

其中，

限制条件1：

限制条件2：

限制条件3：

限制条件4：若

限制条件5：

限制条件6：

限制条件7：

限制条件8：

其中，t

值得特别说明的是，当

此外，

又，值得一提的是，限制条件8的限制式是由以下公式(3)配合限制条件2而推导出。

参阅图1与图3，本发明电动车充电站电能管理方法的一第二实施例大致上是与该第一实施例相同，相同的地方不再赘言，其中不同的地方在于：该充电站并无设置与该运算装置1电连接的太阳能模块。因而，在步骤301中，该运算装置1的处理单元13无须获得该太阳能模块在该当前时间点t所产生的该太阳能电功率。此外，在步骤302中，该运算装置1的处理单元13无须根据在该当前时间点t所产生该太阳能电功率来获得每一电动车在该当前时间点t的该充电电功率或该放电电功率，及该电能存储装置在该当前时间点t的该充电电功率或该放电电功率。所以在该第二实施例中所采用的一目标函数中的Cost(t)不会考虑在该当前时间点t所产生该太阳能电功率，该第二实施例中的Cost(t)被表示为以下公式(4)。

其中，

参阅图1与图4，本发明电动车充电站电能管理方法的一第三实施例大致上是与该第二实施例相同，相同的地方不再赘言，其中不同的地方在于：该运算装置1的处理单元13更进一步考虑了每一台电动车充电的优先权重，而该电价信息包含多笔分别对应不同优先权重的电价数据，及一笔对应于该电能存储装置的电价数据。因而，在步骤401中，该运算装置1的处理单元13所获得的该电价信息包含多笔分别对应不同优先权重的电价数据，及一笔对应于该电能存储装置的电价数据。此外，该第三实施例还包含了一优先权重计算步骤，而在获得每一电动车在该当前时间点t的该充电电功率或该放电电功率，及该电能存储装置在该当前时间点t的该充电电功率或该放电电功率时，该运算装置1的处理单元13还根据每一台电动车所对应的优先权重所对应的电价数据来获得。

值得特别说明的是，该电价信息是通过将由该电力公司所提供的电价数据进行调整而获得，在本实施例中，对应于该电能存储装置的该电价数据为该电力公司所提供的原始电价数据，而对应不同优先权重的电价数据是通过调整该电力公司所提供的原始电价数据而获得，图5示例出对应于一第一优先权重的电价数据，图6示例出对应于一第二优先权重的电价数据，图7示例出对应于一第三优先权重的电价数据。比较不同优先权重所对应的电价数据可知，对应于该第一优先权重的电价数据在一第一期间C1、一第二期间C2与一第三期间C3的初期的价格最低，而在该第一期间C1、该第二期间C2与该第三期间C3的中期的价格相对于初期的价格较高，且在该第一期间C1、该第二期间C2与该第三期间C3的末期的价格最高；对应于该第二优先权重的电价数据在该第一期间C1、该第二期间C2与该第三期间C3的中期的价格最低，而在该第一期间C1、该第二期间C2与该第三期间C3的初期与末期的价格相对于中期的价格较高；对应于该第三优先权重的电价数据在该第一期间C1、该第二期间C2与该第三期间C3的初期的价格最高，而在该第一期间C1、该第二期间C2与该第三期间C3的中期的价格相对于初期的价格较低，且在该第一期间C1、该第二期间C2与该第三期间C3的末期的价格最低。

该优先权重计算步骤如步骤402所示，在步骤402中，对于停放于该充电站内的每一台电动车，该运算装置1的处理单元13根据该电动车所对应的电动车信息，获得该电动车的一优先权重。

值得一提的是，参阅图1与图8，步骤402包含以下子步骤。

在子步骤801中，该处理单元13根据第i台电动车所对应的电动车信息中的该入场电池荷电状态

在子步骤802中，该处理单元13根据每一台电动车的优先数值获得每一台电动车的优先排序。其中若优先数值越大，则优先排序越优先。

在子步骤803中，该处理单元13根据每一台电动车的优先排序获得每一台电动车的优先权重。在本实施例中，该处理单元13是将对应有优先顺位为3的倍数+1的顺位的电动车(如，第1、4、7…等顺位的电动车)的优先权重设为1，并将对应有优先顺位为3的倍数+2的顺位的电动车(如，第2、5、8等顺位的电动车)的优先权重设为2，且将对应有优先顺位为3的倍数的顺位的电动车(如，第3、6、9等顺位的电动车)的优先权重设为3。

接着，继续参阅图1与图4，在步骤403中，该运算装置1的处理单元13根据停放于该充电站内每一台电动车所对应的优先权重，获得每一台电动车所对应的电价数据。

最后，在步骤404中，该运算装置1的处理单元13根据停放于该充电站内每一台电动车所对应的电动车信息、介于该最早入场时间与该最晚离场时间之间的每一台电动车所对应的电价数据、该电能信息、对应于该电能存储装置且介于该最早入场时间与该最晚离场时间之间的该电价数据，及该充电站的该最大供给电功率，利用该线性规划获得每一电动车在该当前时间点t的该充电电功率或该放电电功率，及该电能存储装置在该当前时间点t的该充电电功率或该放电电功率。其中，在该第三实施例中所采用的一目标函数中的Cost(t)大致上于该第二实施例中所采用的目标函数中的Cost(t)相同，其差别在于，不同优先权重的电动车，所对应的电价数据也不同，该第三实施例中的目标函数中的Cost(t)可被表示成下列公式(6)，且该目标函数所满足的所述限制条件如与第一及第二实施例的限制条件1～限制条件8相同。

其中，

由于不同优先权重的电动车所对应的电价数据也不同，在进行线性规划时，为了使

综上所述，本发明电动车充电站电能管理方法，通过该处理单元13同时考虑该电能存储装置于前一时间点t-1的荷电状态、该最小荷电状态与该最大荷电状态，及该充电站的最大供给电功率来进行线性规划，可使所规划出的充放电策略不仅符合电动车用户的需求，也使该电能存储装置可自电网买电以存储电能，或提供电能给电网以卖电，更进一步符合充电站业者的需求，且所规划出的

以上所述者，仅为本发明的实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，即凡依本发明权利要求书及说明书内容所作的简单的等效变化与修饰，皆仍属本发明的范围。