Load Scheduling for Pulse Charging to Flatten Aggregate Power Demand
作者: Yu Liu
分类: eess.SY
发布日期: 2026-03-31
备注: 10 pages, 14 figures, 19 references
💡 一句话要点
提出脉冲充电负载调度方法，削峰填谷，平滑聚合功率需求
🎯 匹配领域: 支柱八：物理动画 (Physics-based Animation)
关键词: 脉冲充电 负载调度 功率需求 锂离子电池 电网稳定性
📋 核心要点
- 脉冲充电虽能加速充电并延缓电池衰减，但其电流间歇性对充电器和电源稳定性构成挑战。
- 论文核心思想是利用脉冲充电的空闲时间，协调多个负载充电，从而平滑总电流需求。
- 实验结果表明，与随机充电相比，所提方法能有效降低多负载同时充电的总电流波动和幅度。
📝 摘要（中文）
本文提出了一种针对锂离子电池脉冲充电的负载协调方法，旨在通过周期性地暂停充电电流来提高充电速度并延缓电池容量衰减。由于脉冲充电会引入电流间歇性，可能对充电器的电气稳定性和能源供应造成挑战。为了解决这个问题，本文提出了一种多负载同时充电的协调方法，利用脉冲电流的关闭时间间隔来为其他负载充电。通过合理地分组和协调充电负载，可以减轻充电电流的波动和幅度。为了优化调度所有充电负载，建立了数学模型来找到最佳的负载调度方案。论文考虑了两种场景，并提出了相应的数学模型。一种场景是所有负载都使用相同频率的脉冲充电，另一种场景是考虑使用不同频率的脉冲充电。此外，还开发了一种考虑功率限制的充电过程调度程序。所提出的方法已应用于两个应用场景并进行了定量评估。与随机充电相比，经过适当调度后，多个负载同时充电的总电流的波动和幅度都得到了缓解。使用该方法，可以利用脉冲充电的优点，同时减轻稳定性问题。
🔬 方法详解
问题定义：论文旨在解决脉冲充电引入的电流间歇性问题，该问题会导致充电器和电源的电气稳定性问题。现有方法，如随机充电，无法有效利用脉冲充电的空闲时间，导致总电流波动较大，对电网造成冲击。
核心思路：核心思路是利用脉冲充电的off-time intervals，将多个充电负载进行分组和协调调度，使得一个负载的充电间隙可以被其他负载利用，从而平滑聚合功率需求，降低总电流的波动和幅度。这样既能发挥脉冲充电的优势，又能减轻对电网的冲击。
技术框架：整体框架包括：1) 建立脉冲充电的数学模型，描述电流的间歇性特征；2) 设计负载分组和调度算法，考虑不同频率的脉冲充电场景；3) 建立优化模型，寻找最佳的调度方案，目标是最小化总电流的波动和幅度；4) 开发考虑功率限制的充电过程调度程序。
关键创新：关键创新在于提出了基于脉冲充电间隙的负载协调调度方法，将多个负载的充电过程进行优化组合，从而实现对聚合功率需求的平滑。与传统的随机充电方法相比，该方法能够显著降低电流波动，提高电网稳定性。
关键设计：论文考虑了两种场景：相同频率的脉冲充电和不同频率的脉冲充电。针对每种场景，都建立了相应的数学模型，并设计了优化算法。优化目标是最小化总电流的均方差或峰值电流。此外，还考虑了功率限制，确保调度方案的可行性。具体的参数设置和算法细节在论文中进行了详细描述。
🖼️ 关键图片
📊 实验亮点
论文通过实验验证了所提出方法的有效性。与随机充电相比，经过适当调度后，多个负载同时充电的总电流的波动和幅度都得到了显著缓解。具体的性能数据在论文中进行了详细展示，表明该方法能够有效降低电流波动，提高电网稳定性。实验结果定量地证明了所提出方法的优越性。
🎯 应用场景
该研究成果可应用于电动汽车充电站、储能系统等领域，通过优化充电调度，降低对电网的冲击，提高电网的稳定性和效率。此外，该方法还可以应用于其他具有间歇性负载的场景，例如太阳能发电、风力发电等，实现能源的优化利用和稳定供应。未来，该研究可以进一步扩展到考虑用户需求和电价因素的智能充电调度系统。
📄 摘要（原文）
Pulse charging can be used to boost up charging speed for lithium-ion batteries and delay battery capacity fading by periodically pausing the current during charging. However, this technique introduces intermittence for current and may thus challenge the electric stability of charger as well as its energy supply source. To deal with this challenge, a coordination method for multiple loads simultaneously being charged has been proposed in this paper. The method exploits the off-time intervals of pulse current to charge other loads. By properly grouping and coordinating the charging loads, the fluctuation and amplitude of the charging current can be mitigated. To optimally schedule all charging loads, mathematical models are formulated to help find out the best scheduling scheme for the loads. Two scenarios have been considered as well as two mathematical models have been proposed and elucidated in the paper. In one scenario all loads are charged using PCs with the same frequency, while in the other scenario PCs with various frequencies are considered. In addition, a procedure of scheduling the charging process considering power limit is developed. The proposed method has been applied to and quantitatively evaluated in two application scenarios. Compared to randomly charging, both fluctuation and amplitude of the total current for multiple loads simultaneously being charged have been mitigated after properly scheduled. Using the proposed method, the merits of pulse charging for batteries can be utilized while the stability issue can be alleviated.