[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

说明书

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。在综合考虑纯电动公交车运行特性、动力电池的容量衰退特性以及公交车线路路况特性以及三者之间相互影响的基础上，通过构造二部图模型获得各阶段纯电动公交车和路线可能的调度方案，通过计算不同调度状态下所有电池容量衰退的总变化量，采用动态规划的递归算法完成全过程调度周期和调度方案的优化。本发明获得的最优调度方案能够在现有动力电池技术水平下最大限度上延长电动公交车中动力电池的使用寿命，在整车寿命周期内最大限度减少动力电池更新次数，有效降低纯电动公交车的运营费用。

技术领域

本发明属于过程系统工程领域，特别涉及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。

背景技术

动力电池是纯电动公交车的核心部件，为车辆提供动力源。动力电池是电动公交车的主要成本要素之一，其使用寿命远小于纯电动公交车整车寿命。由于寿命短、成本高等问题在很大程度上限制了电动公交车的运营性能，其根源是动力电池的容量衰退。动力电池性能的下降不仅与电池自身的充放电电化学特性和环境温度等因素有关，而且还与动力电池的工作负荷和使用方式有关。对于纯电动公交车，动力电池的容量衰减与其工作负荷有直接关系，由于其行进路线相对固定，不同路线意味着不同的工作负荷，由此可以通过纯电动公交车的调度，动态规划行进路线，以延缓动力电池的容量衰减，延长电池的使用寿命，在整车生命周期中减少电池更新次数，有效降低电池更新的费用，从而有效降低纯电动公交车的运营成本。

目前，纯电动公交车的调度通常可以表示为一个具有续航时间约束或充电时间约束的车辆调度问题进行求解，该问题是一个整数规划问题。一般是在传统车辆调度模型的基础上，增加不同形式的续航时间约束或充电时间约束，然后运用启发式算法，如遗传算法、模拟退火算法、蚁群算法、混合免疫算法等方法进行求解，以获得使用车辆最少、空驶距离最短或碳排放最少的公交车路线调度方案。目前，针对纯电动公交车路线调度方案设计多集中在对调度规划模型求解算法的改进上，往往忽略了动力电池容量衰退特性、电动车运行特性以及工作路况特性三者之间的相互影响，也未考虑到电池容量衰退特性对纯电动公交车运营经济性的影响。因此，为了提高现有纯电动公交车的利用率，降低因动力电池容量衰减所引起的电池更新费用，需在考虑动力电池容量衰退特性的基础上，建立延长纯电动公交车动力电池的使用寿命的电动公交车调度方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在纯电动公交车的整车使用年限内，最大限度地延长动力电池的使用寿命，降低电池更新费用，降低纯电动公交车的新增投资和运营成本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。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

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)根据公交车运营时刻表，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；

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。

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表示电池功率；v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。