[發明專利]一種平均等待時間可控的電動汽車換電站選址優化方法

有效

• 申請號: 202210974374.8
• 申請日: 2022-08-15
• 公開（公告）號: CN115438840B
• 公開（公告）日: 2023-05-12
• 發明（設計）人: 李想;張博文;于海濤;鐘園;肖冉東
• 申請（專利權）人: 北京化工大學;北京市智慧交通發展中心（北京市機動車調控管理事務中心）
• 主分類號: G06Q10/04
• 分類號: G06Q10/04;G06Q10/0631;G06Q50/06
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 金怡

本發明涉及一種平均等待時間可控的電動汽車換電站選址優化方法，其方法包括：步驟S1：基于電動汽車駕駛員更換電池的行為偏好，以換電站可服務范圍和建設預算為約束，最大化駕駛員電池更換需求為目標，構建服務能力差異化背景下的換電站選址優化模型；步驟S2：基于駕駛員電池更換需求及換電站電池更換用時，利用排隊論方法將換電站選址優化模型擴充為換電站選址優化模型；步驟S3：采用變量替換與等價轉化重構換電站選址優化模型，使其能夠被精確算法求解。本發明公開的方法考慮了駕駛員電池更換需求的隨機性，構建了基于排隊論與設施選址規劃理論的數學優化模型，同時滿足駕駛員的需求偏好和等待時間閾值約束，具有實用性強、服務效率高的優點。

技術領域

本發明涉及交通運營管理領域，具體涉及一種平均等待時間可控的電動汽車換電站?選址優化方法。

背景技術

目前純電動汽車的能量補充模式有充電和換電兩種。在充電模式下，電動汽車需要?停放在充電設施附近，待電池的電量達到滿意狀態后才能離開，補能等待時長平均需要2小時以上；而在換電模式下，電動汽車的電池允許與車身分離，只需在換電站內更換一塊已充滿的電池即可離開，補能等待時長平均不超過10分鐘。可見，換電模式下的?電動汽車能夠大幅縮短補能等待時間，提高駕駛員的用車效率。

2021年，我國換電汽車銷量約16萬輛，同比增長162％，預計到2025年換電汽車?銷量將達192萬輛，屆時保有量將突破400萬輛。與此同時，換電汽車的電池更換需求量已呈現出快速增長的趨勢。據報道，換電汽車駕駛員在換電站內排隊等待時間遠大于?電池更換時間的現象已經十分普遍，部分換電站的排隊等待時間甚至超過了1小時。電?池更換服務能力將成為制約換電模式發展的瓶頸。

提升電池更換能力的途徑有兩種：一種是通過縮短電池更換時長和擴增站內電池儲?量的方式更新原有換電服務網絡的能力；另一種是通過新建換電站的方式擴充城市換電?服務網絡的整體能力。過去幾年，盡管換電服務提供企業不斷提升換電站的電池更換速度，將電池更換的平均時長從10分鐘縮短至5分鐘，部分企業甚至能做到3分鐘，但駕駛員在換電站排隊等待時間過長的現象依然經常發生。2021年，我國換電站的保有量?僅為1400座左右，更新原有換電服務網絡所提升的服務能力已無法適應當前換電汽車?的迅猛增長。因此，利用新建換電站的方式擴充城市換電服務網絡的整體能力將成為突?破上述瓶頸的關鍵。

換電站的建設有其特殊性與復雜性，如換電站的建設位置周圍需要配套高壓輸電網?絡等，通常需要在政府主管部門和專家學者的討論下劃定一些符合建設條件的備選位置。?如何在眾多備選位置中挑選最合適的建設位置成為新建換電站時首要解決的問題。現有研究通常基于覆蓋選址理論模型(Covering?Location?Problem)展開，即在所建換電站能?夠覆蓋所有駕駛員電池更換需求的約束下，構建最小化換電站建設成本的選址模型，或者將換電站建設預算作為模型約束，構建以最大化電池更換需求覆蓋量為目標的選址模型，最后通過設計某種啟發式算法(如遺傳算法、模擬退火算法、鄰域搜索算法)對上?述問題模型進行求解，得到問題的最優解或滿意解。

盡管現有研究能夠解決某種特定問題背景下的換電站選址問題，但仍存在以下不足：?(1)只考慮了駕駛員的電池更換需求是否能夠被換電站的輻射范圍覆蓋，沒有考慮駕駛員到達換電站后的排隊等待時間問題，造成駕駛員到達換電站后排隊等待時間過長的現象時有發生；(2)當駕駛員同時被多個換電站覆蓋時，為了得到目標函數全局最優?解，部分駕駛員會被安排至較遠的換電站更換電池，破壞了駕駛員之間的公平性。目前，還沒有研究能夠在綜合考慮上述兩點的基礎上提供解決辦法。

發明內容

為了解決上述技術問題，本發明提供一種平均等待時間可控的電動汽車換電站選址?優化方法。

本發明技術解決方案為：一種平均等待時間可控的電動汽車換電站選址優化方法，?包括：

步驟S1：基于電動汽車駕駛員更換電池的行為偏好，以換電站可服務范圍和建設預?算為約束，最大化駕駛員電池更換需求為目標，構建服務能力差異化背景下的換電站選址優化模型；