[發明專利]一種基于電池容量衰退與工作負荷倒序匹配的純電動公交車運行路線規劃方法

有效

• 申請號: 201710366645.0
• 申請日: 2017-05-23
• 公開（公告）號: CN107367285B
• 公開（公告）日: 2020-04-10
• 發明（設計）人: 劉永忠;康麗霞;黃賢坤
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G01C21/34
• 分類號: G01C21/34
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 張震國

技術領域

本發明屬于過程系統工程領域，特別涉及一種基于電池容量衰減與工作負荷倒序匹配的純電動公交車運行路線規劃方法。

背景技術

作為汽車產業發展的重要方向之一，新能源汽車獲得廣泛的認同和關注，并在交通運輸系統中得到逐步推廣，特別是純電動汽車已逐漸補充到以傳統化石燃料汽車為主導的公共交通系統中。以鋰離子電池為動力源的純電動公交車，因其行駛過程平穩、噪聲低、無污染等突出優點，是新能源汽車的重點發展方向之一，已成為城市公共交通系統的重要組成部分。

純電動汽車以動力電池儲存的電能驅動電機運轉，帶動汽車運行，具有結構簡單靈活、無污染物排放的特點。動力電池是純電動汽車的核心部件之一，也是純電動汽車的主要成本要素之一。目前。動力電池還存在比容量小、電池容量衰退快、使用壽命短、造價昂貴等問題，其使用壽命往往遠小于電動汽車的整車壽命，導致純電動公交汽車購置、電池更新和運行的成本較高。城市中運行的純電動公交車主要在市區內固定的路線上運行，路程較短，能源補給方便。因此，在現有的電池技術條件下，確定合理的車輛運行調度和路線規劃，延長電池的使用壽命，在整車生命周期中減少電池更新次數，可有效地降低純電動公交車的運營成本，這對于純電動公交車的推廣應用具有重要意義。

純電動公交車運行調度模式主要可分為單線調度模式和區域調度模式兩類。目前，電動公交車的運行調度主要采用單線調度模式，即僅針對一條固定線路上的車輛進行優化管理，各條公交線路之間相互獨立。而區域調度模式則是針對多條線路和一個或多個車場進行一體化調度，運行的車輛可被安排在不同的線路上交叉運行。然而，針對電動公交車區域調度方案設計，目前主要通過調度車輛的發車頻率，編制運行時刻表，優化所需的車輛數目。而往往忽視了動力電池容量衰退特性、純電動公交車運行特性以及運行線路的路況特性三者之間的相互影響，也未考慮到電池容量衰退特性對純電動公交車運營經濟性的影響。為了高效利用現有純電動公交車資源，考慮動力電池容量衰退特性和運行線路路況特性，充分延長純電動公交車動力電池的使用壽命，降低因動力電池失效的電池更新費用，需建立考慮動力電池容量衰退特性的純電動公交車調度方法。

發明內容

本發明的目的在于提供一種在純電動公交車的整車使用年限內，最大限度地延長動力電池的使用壽命，降低電池更新費用，降低純電動公交車的新增投資和運行成本的基于電池容量衰退與工作負荷倒序匹配的純電動公交車運行路線規劃方法。

為達到上述目的，本發明采用的技術方案是：

1)首先，設該純電動公交車運行的線路和時刻表固定，每輛純電動公交車配備的動力電池規格和容量相同，純電動公交車每天從車場出發到返回車場的行駛里程小于車輛的最大行駛里程；

2)劃分純電動公交車運行線路的調度階段；

3)計算所有運行線路所對應的純電動公交車電池的工作負荷；

4)計算純電動公交車動力電池的容量隨充放電循環次數變化的容量衰減量；

5)根據各階段純電動公交車電池的初始和終止狀態，依次計算各階段不同調度狀態下純電動公交車電池的總容量衰退變化量；

6)確定純電動公交車的路線調度方案。

所述2)根據純電動公交車的整車使用年限，定義電動公交車調度的最小時間單位為一個階段，將公交車運行線路的調度階段劃分為N個階段。

所述3)在已知純電動公交車行駛速度v(t)的情況下，通過下式計算動力電池的工作負荷：

P_B(t)＝v(t)(F_r+F_a+ma)/η

其中，P_B表示電池功率；v表示純電動公交車的速度；F_r為滾動阻力；F_a為空氣動力阻力；m為純電動公交車的質量；a為純電動公交車的加速度；η為純電動公交車的機械效率。

所述4)在已知電池工作負荷P_B(t)的情況下，通過電池容量衰退模型獲得電池的容量衰退百分數隨放電電流、電池溫度、循環次數、放電深度和電池容量等參數的變化特性。

所述的電池容量衰退模型采用半經驗壽命模型或機理模型。

所述5)按如下步驟進行計算：

5-1)根據第一個階段初始狀態所有純電動公交車電池的初始容量，計算所有公交車中電池的替換周期集合T¹；

5-2)將所有純電動公交車按照其電池的替換周期降序排列，構成純電動公交車序列；