本發(fā)明涉及新能源充電設(shè)備相關(guān)，特別涉及一種空中移動(dòng)充電設(shè)備的智能變軌控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、隨著電動(dòng)汽車(chē)的普及，對(duì)充電設(shè)施的需求日益增長(zhǎng)。傳統(tǒng)的充電系統(tǒng)通常固定不動(dòng)，無(wú)法根據(jù)實(shí)際需求調(diào)整位置或數(shù)量。隨著新能源汽車(chē)的發(fā)展，新能源汽車(chē)的比例越來(lái)越高，對(duì)于充電樁的需求越來(lái)越旺盛。但是燃油車(chē)的保有量還是占據(jù)大多數(shù)。為了解決這些問(wèn)題，就需要用到空中移動(dòng)充電設(shè)備，顧名思義，空中移動(dòng)充電，即充電設(shè)備可在空中移動(dòng)，這就需要用到吊軌，使充電包沿著吊軌在空中移動(dòng)，為新能源電動(dòng)車(chē)充電。

2、目前的充電樁，基本上一個(gè)車(chē)位配備一個(gè)充電樁，但是經(jīng)常發(fā)生新能源車(chē)位被燃油車(chē)占用的現(xiàn)象，導(dǎo)致充電樁成了一種擺設(shè)，使用率不高，而且設(shè)備在長(zhǎng)時(shí)間投入使用時(shí)，容易存在故障或隱患，會(huì)出現(xiàn)突發(fā)故障導(dǎo)致的系統(tǒng)停機(jī)維修。

3、因此，提出一種空中移動(dòng)充電設(shè)備的智能變軌控制系統(tǒng)來(lái)解決上述問(wèn)題很有必要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、(一)解決的技術(shù)問(wèn)題

2、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種空中移動(dòng)充電設(shè)備的智能變軌控制系統(tǒng)，解決了現(xiàn)有的充電設(shè)備一個(gè)車(chē)位配備一個(gè)充電樁，使用率不高，以及設(shè)備在長(zhǎng)時(shí)間投入使用容易存在故障或隱患，會(huì)出現(xiàn)突發(fā)故障導(dǎo)致的系統(tǒng)停機(jī)維修的問(wèn)題。

3、(二)技術(shù)方案

4、為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：

5、一種空中移動(dòng)充電設(shè)備的智能變軌控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)包括：

6、主軌道，用于支撐和引導(dǎo)充電包移動(dòng)，具有與充電包相匹配的接口，允許充電包沿軌道移動(dòng)到等待區(qū)或充電位置；

7、多個(gè)充電包，每個(gè)充電包是一個(gè)獨(dú)立的可移動(dòng)充電單元，配備有充電接口和狀態(tài)信息控制單元，狀態(tài)信息控制單元用于統(tǒng)計(jì)充電包的電量、溫度、電壓、充放電狀態(tài)及其位置信息，并將信息發(fā)送至數(shù)據(jù)處理中心，充電包能夠自行驅(qū)動(dòng)，沿著主軌道移動(dòng)到指定的充電位置或從充電位置返回；

8、變軌機(jī)構(gòu)，安裝在充電包外側(cè)，包括智能控制單元和軌道切換模塊，智能控制單元用于調(diào)動(dòng)充電包，軌道切換模塊用于控制充電包從等待區(qū)到主軌道的轉(zhuǎn)移，以及完成充電后從主軌道返回等待區(qū)的過(guò)程；

9、數(shù)據(jù)處理中心，與每個(gè)充電包的狀態(tài)信息控制單元通信連接，負(fù)責(zé)收集充電包的狀態(tài)信息并根據(jù)預(yù)設(shè)算法進(jìn)行調(diào)度決策，負(fù)責(zé)收集所有充電包的狀態(tài)信息，并處理數(shù)據(jù)，做出調(diào)度決策，并與變軌機(jī)構(gòu)的智能控制單元進(jìn)行通信，以實(shí)現(xiàn)高效的充電包調(diào)度；

10、等待區(qū)，安裝在充電包外側(cè)，用于為充電包提供充電服務(wù)；

11、故障預(yù)警系統(tǒng)，用于檢測(cè)充電包的狀態(tài)，并及時(shí)作出命令，確保設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行、降低維護(hù)成本及預(yù)防意外故障；

12、能量管理模塊：充電包中的儲(chǔ)能電池在電網(wǎng)負(fù)荷低時(shí)儲(chǔ)存能量，在高峰時(shí)段釋放能量，平衡電網(wǎng)負(fù)載，提高能源利用效率。

13、可選的，充電包的頂部設(shè)有副軌道，副軌道上設(shè)有驅(qū)動(dòng)裝置和自動(dòng)鎖定機(jī)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)裝置用于帶動(dòng)副軌道在主軌道上移動(dòng)，自動(dòng)鎖定機(jī)構(gòu)用于使副軌道連接或脫離主軌道，充電包的底部設(shè)有頂升機(jī)構(gòu)，用于支撐充電包的落下及將充電包從地面托起，使副軌道與主軌道連接。

14、可選的，所述數(shù)據(jù)處理中心包括中央處理器、內(nèi)存、硬盤(pán)存儲(chǔ)器，中央處理器負(fù)責(zé)執(zhí)行深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)算法和處理任務(wù)，內(nèi)存用于存儲(chǔ)運(yùn)行中的程序和當(dāng)前數(shù)據(jù)，保證數(shù)據(jù)處理中心能夠快速讀取和寫(xiě)入數(shù)據(jù)，硬盤(pán)存儲(chǔ)器用于長(zhǎng)期存儲(chǔ)系統(tǒng)數(shù)據(jù)、日志信息和歷史記錄。

15、可選的，所述深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)算法采用q學(xué)習(xí)方式，數(shù)學(xué)模型如下：

16、

17、其中：q(s,a)是在狀態(tài)s下采取動(dòng)作a的狀態(tài)-動(dòng)作值，p(s′,r∣s,a)是在狀態(tài)s下采取動(dòng)作a后轉(zhuǎn)移到狀態(tài)s′并獲得獎(jiǎng)勵(lì)r的概率，r是即時(shí)獎(jiǎng)勵(lì)，γ是折扣因子，用于權(quán)衡即時(shí)獎(jiǎng)勵(lì)和未來(lái)獎(jiǎng)勵(lì)的重要性，maxa′q(s′,a′)是在新?tīng)顟B(tài)s′下所有可能動(dòng)作的最大q值，q值(即狀態(tài)-動(dòng)作值函數(shù))，用于評(píng)估在特定狀態(tài)下采取某個(gè)動(dòng)作的價(jià)值，q值表示智能體在給定狀態(tài)下采取特定動(dòng)作后，一直到最終狀態(tài)所能得到的總獎(jiǎng)勵(lì)的期望值；

18、對(duì)于任意狀態(tài)s和任意動(dòng)作a，其q值等于在所有可能的后繼狀態(tài)s′和獎(jiǎng)勵(lì)r上的期望，這個(gè)期望是由狀態(tài)轉(zhuǎn)移概率p(s′,r∣s,a)加權(quán)的，加權(quán)的組成部分是即時(shí)獎(jiǎng)勵(lì)r和折扣后的未來(lái)獎(jiǎng)勵(lì)(由γmaxa′q(s′,a′)給出)，這反映了長(zhǎng)期收益的考量，計(jì)算q值是理解和應(yīng)用強(qiáng)化學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)，它提供了一種系統(tǒng)的方法來(lái)評(píng)價(jià)在復(fù)雜環(huán)境中采取行動(dòng)的長(zhǎng)期后果。

19、可選的，所述故障預(yù)警系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集模塊、故障檢測(cè)與診斷模塊、預(yù)測(cè)性維護(hù)模塊、安全保護(hù)機(jī)制。

20、可選的，所述數(shù)據(jù)采集模塊通過(guò)傳感器和監(jiān)測(cè)設(shè)備實(shí)時(shí)收集電流、電壓、溫度、功耗數(shù)據(jù)，將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，并構(gòu)建一個(gè)全面的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)，所述故障檢測(cè)與診斷模塊利用決策樹(shù)算法對(duì)收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，以識(shí)別出可能的故障模式或異常狀態(tài)，建立故障診斷知識(shí)庫(kù)，提高故障診斷的準(zhǔn)確性和效率，所述預(yù)測(cè)性維護(hù)模塊用于對(duì)設(shè)備的使用情況和維護(hù)歷史進(jìn)行分析，評(píng)估設(shè)備的磨損程度和剩余壽命，從而確定維護(hù)策略和時(shí)間點(diǎn)，應(yīng)用回歸分析方法來(lái)預(yù)測(cè)設(shè)備的故障發(fā)展趨勢(shì)，提前制定維護(hù)計(jì)劃，結(jié)合預(yù)測(cè)結(jié)果和維護(hù)策略，實(shí)現(xiàn)維護(hù)資源的優(yōu)化配置，降低維護(hù)成本，延長(zhǎng)設(shè)備壽命，所述安全保護(hù)機(jī)制用于向充電包發(fā)出斷開(kāi)指令以及斷開(kāi)故障電路、并發(fā)出警報(bào)，故障包括電池過(guò)放、過(guò)充和溫度異常，通過(guò)傳感器數(shù)據(jù)和故障檢測(cè)算法來(lái)識(shí)別，一旦檢測(cè)到故障，安全保護(hù)機(jī)制會(huì)立即啟動(dòng)，采取措施保障儲(chǔ)能設(shè)施的安全運(yùn)行。

21、可選的，所述能量管理模塊包括數(shù)據(jù)采集與監(jiān)測(cè)元件、數(shù)據(jù)分析與優(yōu)化元件、能源調(diào)度與控制元件、綜合能源管理策略元件。

22、可選的，所述數(shù)據(jù)采集與監(jiān)測(cè)元件包括傳感器、儀表設(shè)備、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，所述儀表設(shè)備用于采集電池充放電狀態(tài)、溫度、電壓、電流數(shù)據(jù)，需要實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)儲(chǔ)能設(shè)施中能源的產(chǎn)生、儲(chǔ)存和消耗情況，采集到的數(shù)據(jù)需要通過(guò)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行匯總和預(yù)處理，確保數(shù)據(jù)的完整性和準(zhǔn)確性，為后續(xù)的分析和決策提供可靠的基礎(chǔ)；

23、所述數(shù)據(jù)分析與優(yōu)化元件包括數(shù)據(jù)處理單元和優(yōu)化決策模塊，所述數(shù)據(jù)處理單元是能量管理模塊的核心部分，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)處理單元對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行算法處理和分析，來(lái)了解能源系統(tǒng)的實(shí)時(shí)工作狀態(tài)和性能表現(xiàn)，并找出潛在問(wèn)題，所述優(yōu)化決策模塊基于數(shù)據(jù)分析的結(jié)果，提供調(diào)整充放電策略和優(yōu)化能源利用效率的建議；例如，在混合儲(chǔ)能系統(tǒng)中，該模塊可以決定如何最優(yōu)地分配功率，以實(shí)現(xiàn)鋰離子電池和超級(jí)電容器的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)；

24、所述能源調(diào)度與控制元件包括能源調(diào)度算法模塊和控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)，所述能源調(diào)度算法模塊進(jìn)行能源調(diào)度和控制，包括需求預(yù)測(cè)、電價(jià)情況和電網(wǎng)負(fù)荷因素的綜合考慮，以合理安排儲(chǔ)能設(shè)施的充放電操作，所述控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)用于經(jīng)過(guò)調(diào)度算法計(jì)算得出的控制指令需要通過(guò)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)施，包括雙向dc/dc變換器硬件設(shè)備，它們能夠精確地控制儲(chǔ)能設(shè)備和負(fù)載之間的能量流動(dòng)；

25、所述綜合能源管理策略元件包括等效消耗最小策略模塊和狀態(tài)機(jī)控制策略模塊，所述等效消耗最小策略模塊通過(guò)最小化系統(tǒng)等效消耗來(lái)優(yōu)化能源使用，通過(guò)simulink模型進(jìn)行模擬和驗(yàn)證，以確保其在實(shí)際應(yīng)用中的有效性和可靠性，所述狀態(tài)機(jī)控制策略模塊根據(jù)預(yù)設(shè)的規(guī)則自動(dòng)調(diào)整能量分配，這種策略適用于具有多個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)的系統(tǒng)。

26、(三)有益效果

27、本發(fā)明提供了一種空中移動(dòng)充電設(shè)備的智能變軌控制系統(tǒng)，具備以下有益效果：

28、1、本發(fā)明，采用調(diào)度決策算法，根據(jù)充電包狀態(tài)，并自動(dòng)調(diào)整軌道，以最短的時(shí)間為最多的車(chē)輛提供服務(wù)，通過(guò)高效的充電設(shè)備切換和軌道共享，顯著提升了充電效率和設(shè)備利用率，同時(shí)降低了設(shè)備的空閑時(shí)間和充電等待時(shí)間，解決了現(xiàn)有的充電樁使用率不高的問(wèn)題，還可減少設(shè)備投資和空間占用，具有廣泛的應(yīng)用前景。

29、2、本發(fā)明，通過(guò)設(shè)置故障預(yù)警系統(tǒng)，通過(guò)持續(xù)監(jiān)測(cè)設(shè)備的各項(xiàng)指標(biāo)，預(yù)測(cè)性維護(hù)可以幫助識(shí)別和糾正可能導(dǎo)致設(shè)備早期故障的問(wèn)題，系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析能夠根據(jù)設(shè)備的使用情況和維護(hù)歷史，評(píng)估其磨損程度和剩余壽命，使維護(hù)工作更加有針對(duì)性，避免不必要的干預(yù)，從而延長(zhǎng)設(shè)備的整體使用壽命；通過(guò)提前預(yù)警和故障預(yù)測(cè)，可以減少因突發(fā)故障導(dǎo)致的系統(tǒng)停機(jī)維修時(shí)間，從而提高設(shè)備的工作效率。

30、3、本發(fā)明，通過(guò)設(shè)置能量管理模塊實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)儲(chǔ)能設(shè)施中能源的產(chǎn)生、儲(chǔ)存和消耗情況，為后續(xù)的分析和優(yōu)化提供了基礎(chǔ)，通過(guò)對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行深入分析，能夠找出潛在的問(wèn)題并提出優(yōu)化建議，合理安排儲(chǔ)能設(shè)施的充放電操作，以實(shí)現(xiàn)能源的高效利用和節(jié)約，在電網(wǎng)高峰負(fù)荷時(shí)段，能量管理模塊可以控制儲(chǔ)能設(shè)施釋放能量，幫助減輕電網(wǎng)的壓力，而在低谷時(shí)段，則儲(chǔ)存多余的能量，從而平衡電網(wǎng)的負(fù)載。