[发明专利]一种能够延长动力电池使用寿命的纯电动公交车动态线路规划方法

权利要求书

1.一种能够延长动力电池使用寿命的纯电动公交车动态线路规划方法，其特征在于：

1)首先，设运行的纯电动公交车数目固定，公交路线和运行时刻表固定；

2)计算所有纯电动公交车运行线路所对应的动力电池工作负荷；

3)计算动力电池容量随充放电循环次数变化的容量衰减量；

4)根据公交车运行时刻表，在整车使用年限内划分纯电动公交车运行线路的调度阶段；

5)构建二部图调度模型，依次计算各阶段不同调度状态下动力电池容量衰退的总变化量，所述动力电池容量衰减变化量定义为公交车在不调度的情况下行驶后的电池容量衰减量与按照动态调度方案行驶后电池容量衰减量的差值：

5-1)依次构造各阶段的二部图模型；

定义公交车集合为I，所有线路的集合为J,且公交车的数目应大于等于公交路线的数目，即|I|≥|J|，将第n-1个阶段的状态作为初始状态，根据电池的容量衰退曲线，获得第n个阶段电动公交车i在路线j上行驶时，动力电池容量衰减的变化量构成了一个以集合I和J为顶点集，以i到j的箭头为有向边，以电池容量衰减的变化量为权重的加权有向二部图，其中有向边的确定需要检验纯电动公交车i更换到路线j上行驶时是否满足续航里程约束和充电时间约束，当且仅当两个约束同时满足时，确定一条i到j的有向边，否则边不存在，依次类推到第N阶段，完成各阶段二部图模型的构造；

5-2)枚举纯电动公交车的所有可能调度状态；

根据5-1)构建的二部图模型，图中的每条有向边都代表一种调度方式，将二部图中的有向边定义为状态集合S，则该集合中的每一个子集都是一种可能的调度状态，设阶段n所构造的二部图模型中包含的有向边个数为k,则该阶段构建的状态集合为Sⁿ，可能的调度状态数总量M_n＝2^k，并将其中的任一个调度状态记为其中的第一个调度状态，表示不调度状态；

5-3)计算所有可能的调度状态下对应的动力电池容量衰退的总变化量：

在给定阶段n和给定调度状态的情况下，依次计算所有纯电动公交车从阶段n-1的状态到达阶段n的状态,的过程中，动力电池容量衰退的变化量，并将其加和得到该调度状态转化情况下动力电池容量衰退的总变化量计算中，若某个动力电池的容量已经衰退到其额定容量的80％，则需要更换新的动力电池，后续以新电池的初始容量进行计算；

6)通过动态规划算法，确定全阶段电动公交车路线调度方案。

2.根据权利要求1所述的能够延长动力电池使用寿命的纯电动公交车动态线路规划方法，其特征在于：所述2)在已知纯电动公交车行驶速度v(t)的情况下，通过下式计算动力电池的工作负荷：

P_B(t)＝v(t)(F_r+F_a+ma)/η

其中，P_B(t)表示电池功率；v(t)表示纯电动公交车的速度；F_r为滚动阻力；F_a为空气动力阻力；m为纯电动公交车的质量；a为纯电动公交车的加速度；η为纯电动公交车的机械效率。

3.根据权利要求1所述的能够延长动力电池使用寿命的纯电动公交车动态线路规划方法，其特征在于：所述3)在已知电池工作负荷P_B(t)的情况下，通过电池容量衰退模型获得电池的容量衰退百分数随放电电流、电池温度、循环次数、放电深度和电池容量等参数的变化特性。

4.根据权利要求3所述的能够延长动力电池使用寿命的纯电动公交车动态线路规划方法，其特征在于：所述的电池容量衰退模型采用半经验寿命模型或机理模型。

5.根据权利要求1所述的能够延长动力电池使用寿命的纯电动公交车动态线路规划方法，其特征在于：所述4)划分纯电动公交车运行线路的调度阶段是根据纯电动公交车整车寿命、车次安排和时刻表，定义电动公交车调度的最小时间单位为一个阶段，在纯电动公交车的整车寿命周期内，将纯电动公交车运行的调度阶段划分为N个阶段。

6.根据权利要求1所述的能够延长动力电池使用寿命的纯电动公交车动态线路规划方法，其特征在于：所述6)在已知各阶段内公交车路线调度方案的基础上，全阶段内最优的公交车路线调度方案的优选和调度周期的确定通过以下步骤进行：

6-1)构造纯电动公交车路线调度的状态-阶段图

根据4)中划分的调度阶段和5-2)中确定的各阶段的调度状态，构造纯电动公交车路线调度的阶段-状态图，图中显示，纯电动公交车的调度过程共包含N个阶段，共有个状态，所有状态的集合为各阶段状态集合的并集，相邻阶段状态之间的转化关系可表示为所有电动公交车中动力电池容量衰退的总变化量计算过程如5-3)；

6-2)确定最优的电动公交车动态行驶线路调度周期和调度方案

该最优的电动公交车动态行驶线路的获得采用动态规划算法，即从最后第N阶段开始，由阶段N向初始阶段1的方向逐阶段递推，寻找各阶段到第N阶段的最优路径，即权重加和最大的路径，当递推到初始阶段1时，即得到电动车运营全阶段的最优路径，根据最优路径在各阶段的初始和终止状态，确定所有公交车的最优调度周期和调度方案，其中，若某个阶段选择的路径的结束状态是S₁，则表示该阶段内公交车无需调度；反之，则表明该阶段内所有的公交车需要按照所选路径对应的调度方案进行调度。