一种用于新能源汽车的充电管理系统的制作方法

本发明涉及充电管理，具体为用于新能源汽车的充电管理系统。

背景技术：

1、随着环保意识的不断加强，以及能源结构调整的迫切需求，新能源汽车已成为现代交通的重要组成部分，并在全球范围内得到广泛应用，随着环保意识的日益增强以及能源消耗和排放的问题越来越严重，新能源汽车以其节能、环保的特性，已经成为了未来可持续发展的一大趋势，新能源汽车的普及不仅有助于减少碳排放，改善空气质量，还能推动能源结构的优化和产业升级。

2、然而，传统的充电方式往往缺乏智能规划，车主往往需要根据个人经验或查询充电设施的信息进行充电，不仅效率低下，而且容易导致充电设施利用率不均，甚至引发电网负荷过大的问题，特别是在充电高峰时段，电网的负荷压力巨大，对电网的稳定运行构成了严重威胁，此外，新能源汽车充电设施的建设与分布也存在着不均衡的问题，不仅影响了新能源汽车的普及速度，也制约了充电设施的高效利用。

3、因此，如何构建开发一种能够智能规划充电时间、优化充电资源配置的新能源汽车充电管理系统，成为了当前新能源汽车充电管理技术发展的重要方向，然而，目前市场上的用于新能源汽车的充电管理系统大多只能满足上述特点中的部分需求，缺乏智能规划与优化能力，因此，开发一种能够综合实现上述特点的用于新能源汽车的充电管理系统，对于解决新能源汽车充电难的问题，推动新能源汽车行业的快速发展，实现绿色出行、低碳生活具有重要意义。

技术实现思路

1、本发明的目的就是为了弥补现有技术的不足，提供了用于新能源汽车的充电管理系统，它能够通过大数据分析模块采用线性回归模型对未来一段时间内的充电需求进行预测，帮助系统提前进行充电资源的优化配置，包括充电桩的布局、充电功率的分配，从而提高了充电设施的利用率，减少了资源的浪费。还能够对历史充电数据进行分析，提取有价值的信息，用于优化充电管理系统的运行策略，进一步提升系统的性能。

2、本发明为解决上述技术问题，提供如下技术方案：一种充电管理系统，其特征在于，该系统包括以下组成部分：

3、车辆状态监测模块：负责实时监测新能源汽车的各类状态信息，包括电池电量、充电接口状态和车辆行驶里程，通过与车辆的通讯接口相连，能够实时获取车辆的最新状态数据，为充电规划提供必要的车辆信息，通过准确掌握车辆状态，系统能够更精确地判断何时进行充电，以及充电的优先级和充电量；

4、用户习惯分析模块：用于分析用户的充电习惯、出行模式以及个性化需求，通过对用户的充电历史数据、行驶路线和充电偏好进行分析，系统能够建立用户的充电行为模型，帮助系统更准确地预测用户的未来充电需求，从而为用户提供更加个性化的充电服务；

5、电网负荷监测模块：负责实时监测电网的负荷情况，包括负荷峰值和负荷波动，通过收集电网的实时数据，系统能够了解当前电网的负载状况，从而避免在高峰时段进行充电，减轻电网的负荷压力；

6、充电规划模块：根据车辆状态监测模块、用户习惯分析模块和电网负荷监测模块提供的信息，智能规划新能源汽车的充电时间和充电量，通过综合考虑车辆状态、用户需求和电网负荷情况，制定出最优的充电方案，实现错峰充电，既为用户节省费用，又平衡电网负载；

7、大数据分析模块：利用线性回归模型对未来一段时间内的充电需求进行预测，通过对历史充电数据、用户行为数据和电网负荷数据进行深度挖掘和分析，提取出有价值的信息和规律，为充电规划提供数据支持。

8、进一步地，所述车辆状态监测模块通过在新能源汽车上部署各种类型的传感器，用来测量和记录车辆的多种状态信息，包括但不限于电池状态（如电量、电压和温度）、行驶里程和剩余电量，收集到的原始数据会经过车辆状态监控模块的处理和分析，包括数据的清洗、格式化、校准以及进一步的统计分析，通过准确掌握车辆状态，系统能够更精确地判断何时进行充电，以及充电的优先级和充电量。

9、更进一步地，所述用户习惯分析模块运用基于k-means聚类算法的用户行为分析算法，通过初始化簇中心、分配数据点到簇、更新簇中心以及迭代优化步骤，将用户的充电行为数据划分为不同的簇，每个簇代表一种典型的用户充电习惯模式，通过将数据划分为k个簇，使得每个数据点与其所属簇的中心点（均值）的距离之和最小，随机选择k个数据点作为初始簇中心，记为{，，...，}（其中i=1，2，...，k），对于每个数据点（其中j=1，2，...，n），计算它与每个簇中心μᵢ的距离d(，)，对于每个簇，重新计算簇中心为簇内所有数据点的均值，其计算公式为：，重复上述步骤，直到簇中心不再发生显著变化或达到预设的最大迭代次数，该模块通过识别和分析这些模式，为后续的充电规划提供决策支持，以实现更个性化和高效的充电服务。

10、更进一步地，所述电网负荷监测模块通过电网监测设备或接口，实时采集电网的负荷数据和历史负荷数据，用于分析负荷变化的趋势和规律，将采集到的原始数据进行数据清洗和预处理，以确保数据的准确性和可靠性，经过预处理的数据将用于进行负荷分析，通过对比历史数据和实时数据，可以识别出负荷的变化趋势和异常状况，基于历史负荷数据和实时负荷数据，利用合适的预测模型进行负荷预测，预测结果将用于充电规划模块，以指导新能源汽车的充电时间选择，避免在电网负荷高峰时段进行充电。

11、更进一步地，所述电网负荷监测模块采用支持向量机模型进行电力负荷预测，该支持向量机模型通过解决优化问题且满足约束条件来找到最优的超平面，其中：是权重向量，是偏置项，是输入特征向量，即历史负荷数据和相关因素，是对应的目标变量，即未来负荷值，是训练样本的数量，采用该算法精确地预测未来的电力负荷变化，以指导新能源汽车的充电时间选择，避免在电网负荷高峰时段进行充电。

12、更进一步地，所述充电规划模块具体步骤：

13、（1）充电需求分析：根据车辆状态监测模块提供的信息，判断车辆当前是否需要充电以及充电的优先级，结合用户习惯分析模块的结果，预测用户未来可能的充电时间和地点；

14、（2）电网符合评估：根据电网负荷监测模块提供的数据，评估当前电网的负荷情况，包括负荷峰值出现的时段和负荷波动的规律，分析电网的可用容量和负荷承受能力，确定适合充电的时间窗口；

15、（3）充电方案规划：结合用户的充电需求和电网的负荷情况，进行充电时间的智能规划，优先选择电网负荷较低的时段进行充电，避免在负荷高峰时段充电，以实现错峰充电，同时进行充电资源的优化配置，包括充电桩的布局调整和充电功率的分配。

16、更进一步地，所述充电规划模块采用状态转移方程算法进行充电规划，通过确定充电状态空间，包括车辆状态、用户充电需求和电网负荷情况多个维度，将每个维度划分为若干状态，根据历史数据和实时信息，为每个状态赋予初始值或初始条件，定义状态转移方程，根据当前状态和前一状态的信息，计算从当前状态转移到下一状态的最优充电决策，所述状态转移方程形式为：，其中表示从状态i到状态j的最优充电策略值，表示从状态k转移到状态j的充电成本或效益，通过迭代计算，逐步求解出从起始状态到目标状态的最优充电规划路径，将计算得到的最优充电规划路径通过用户交互模块展示给用户，并允许用户进行个性化设置和调整，通过采用状态转移方程算法，该模块能够智能地根据车辆状态、用户习惯以及电网负荷情况，规划出最优的充电时间和充电方式，实现错峰充电，节省用户费用并平衡电网负载。

17、更进一步地，所述大数据分析模块具体步骤：

18、（1）数据分析和预处理：从各个相关数据源收集数据，这些数据包括新能源汽车的充电记录、用户的使用习惯、电网的负荷情况、天气信息和交通状况，将收集到的原始数据进行数据清洗、转换和标准化的预处理操作；

19、（2）数据分析与建模：利用线性回归模型对数据进行深入分析，包括用户充电行为的模式识别、电网负荷的预测模型构建和充电需求的时空分布分析，通过这些分析，可以提取出有价值的信息和洞察，为充电规划提供决策支持；

20、（3）充电需求预测：基于历史数据和当前趋势，大数据分析模块可以构建预测模型，对未来一段时间内的充电需求进行预测，包括充电量的预测、充电时间的预测以及充电桩使用率的预测；

21、（4）结果输出与反馈：将分析结果输出给充电规划模块，同时，它还可以将分析结果以可视化的形式展示给用户或管理人员，帮助他们更好地理解数据和趋势。

22、更进一步地，所述大数据分析模块采用线性回归模型预测新能源汽车的充电需求并优化充电资源配置，该算法通过收集并分析历史充电数据、用户行为和电网负荷，建立线性回归模型，并自动估计模型参数，其算法公式为：，其中，y是因变量，代表预测的充电需求或相关指标，是自变量，代表影响充电需求的各种因素，如历史充电数据、用户行为、电网负荷和天气条件，是模型的参数，需要通过训练数据来估计，在训练过程中，算法会尝试找到一组参数β，使得模型预测的值与实际观测值之间的差异最小，通过该算法，能够准确预测未来的充电需求，为充电规划提供数据支持，实现错峰充电、节省用户费用并平衡电网负载。

23、更进一步地，所述该系统还包括该系统还包括用户交互模块，使用户可以方便地与系统进行交互，获取所需的充电服务信息，同时也能够向系统反馈使用体验和需求，帮助系统不断优化和完善。

24、与现有技术相比，该用于新能源汽车的充电管理系统具备如下有益效果：

25、一、本发明通过大数据分析模块采用线性回归模型对未来一段时间内的充电需求进行预测，帮助系统提前进行充电资源的优化配置，包括充电桩的布局、充电功率的分配，从而提高了充电设施的利用率，减少了资源的浪费。还能够对历史充电数据进行分析，提取有价值的信息，用于优化充电管理系统的运行策略，进一步提升系统的性能。

26、二、本发明通过充电规划模块采用动态规划算法结合车辆状态、用户习惯以及电网负荷情况，进行智能的充电时间规划，不仅考虑了车辆自身的需求，还结合了用户的充电习惯以及电网的实时负荷情况，从而实现了错峰充电，节省了用户的充电费用，有助于平衡电网的负载，提高电网的运行效率，同时还能够根据实时信息动态调整充电计划，使得充电过程更加灵活和高效。

27、本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。