[发明专利]电动汽车换电站动力电池的容量配置方法

权利要求书

1.一种电动汽车换电站动力电池的容量配置方法，其特征在于，具体步骤包括：

S1：换电站的物理结构包括：充电设施、待充电池库、换电设备、满充电池库和控制中心；换电站内的动力电池的运行由控制中心统一调控；将换电站内动力电池分为在四种状态，在换电站充电设施中充电的动力电池称为正在充电状态，C状态；在待充电池库中的动力电池称为待充电状态，W状态；在换电设备中有换电需求的电动汽车上的动力电池称为换电需求状态，need状态；在满充电池库中的动力电池称为满电状态，S状态；换电站内的动力电池随着时序的推移，在四种状态之间相互转换；

S2：设定换电站初期购买的动力电池总数为N_total，所述换电站提供换电服务的电动汽车数量为N_EV，则换电站内部具有的总动力电池数量N_b则为N_b＝N_total-N_EV；

S3：将一天的时间分为多个时段，对于t时段处于待充电状态的动力电池，在t+1时段，可能仍然处于待充电状态，即控制中心未在t+1时段安排所述处于待充电状态的动力电池充电；也可能在控制中心的安排下所述处于待充电状态的动力电池在t+1时段开始进入充电设施进行充电，t时段也有因具有换电需求而换下的待充动力电池，因此所述待充电状态的动力电池在时间推移特性下对应的状态表达式为其中，N_W(t)表示t时段处于待充电状态的动力电池数量；N_W(t+1)表示t+1时段处于待充电状态的动力电池数量；N_need(t)表示t时段处于换电需求而换下的待充动力电池数量；表示t时段从待充电池库开始进入充电设施充电的动力电池数量；

S4：对于t时段处于正充电状态的动力电池，在t+1时段，可能仍然处于正充电状态，即动力电池未在t+1时段内将电量充满；也可能在t+1时段内完成充电，在控制中心的安排下进入了满电电池库；t时段也有处于待充电状态的动力电池开始进入充电设施进行充电，因此正充电状态的动力电池在时间推移特性下对应的状态表达式为其中，N_C(t)表示t时段处于正充电状态的动力电池数量；N_C(t+1)表示t+1时段处于正充电状态的动力电池数量；表示t时段完成充电而进入满电电池库的动力电池数量；

S5：对于t时段处于满电状态的动力电池，在t+1时段，可能仍然处于满电状态，即控制中心未安排动力电池在t+1时段对进入站内有换电需求的电动汽车实现换电；也可能在t+1时段内在控制中心的安排下对进入站内的电动汽车实现换电；t时段也存在位于充电设施中完成充电的动力电池进入了满电电池库，因此满电状态的动力电池在时间推移特性下对应的状态表达式为其中，N_S(t)表示t时段处于满电状态的动力电池数量；N_S(t+1)表示t+1时段处于满电状态的动力电池数量；N_need(t)表示t时段进入站内有换电需求的电动汽车数量；

S6：换电站总综合成本包括动力电池的初始投资成本、运行维护成本、动力电池更换成本、寿命周期年限后的剩余价值收益、充电成本以及换电收益；所述换电站容量配置模型即换电站总综合成本的等年值最小化的目标函数表达式为：minC＝C_inv+C_m+C_ch-C_re+C_pro-C_huan；

其中，C_inv表示动力电池初始投资成本的等年值，数学表达式为C_inv＝p_PE_PN_total·κ；其中，p_P表示动力电池的单位容量成本，单位是万元/MWh；E_p表示动力电池的额定容量，单位是MWh；N_total表示换电站初期购买的动力电池总数；

κ表示资金等年值折算系数，其数学表达式为其中，r表示折现率；T_LCC表示换电站总运行年限，单位是年；

C_m表示动力电池的年运行维护成本，数学表达式为C_m＝p_mE_PN_total；其中，p_m表示动力电池的单位容量年运行维护成本，单位是万元/MWh；

C_ch表示换电站全寿命周期年限内动力电池更换成本的等年值，其数学表达式为

其中，N_Pch表示换电站全寿命周期年限内动力电池的总更换次数，和动力电池在电动汽车中的循环寿命与平均年循环寿命有关，其数学表达式为其中，T_SC表示动力电池的循环寿命，单位是年；

C_re表示换电站寿命周期年限后动力电池的剩余价值收益等年值，其数学表达式为

其中，p_PESC表示动力电池卖出时的单位容量成本，单位是万元/MWh；表示动力电池卖出时的剩余容量，单位是MWh；设定当动力电池不满足电动汽车用户需求需退役处理时，剩余容量为动力电池初始容量的80％，即

C_pro表示换电站动力电池年充电成本，其数学表达式为其中，e_t表示全天各时段电网电价，单位为万元/MWh；P_C(t)表示全天各时段动力电池的充电功率，其数学表达式为P_C(t)＝P_CN_Cing(t)；其中，N_Cing(t)表示t时段正在充电设施中充电的动力电池数，P_c为单个动力电池充电所需的功率；

C_huan表示换电站年换电收益，换电站对电动汽车用户采取按换电次数收费原则，即汽车用户每次换电池需要向换电站交付一定的费用，换电站年换电收益即为全年每天换电数量与换电单价乘积的累加和，可以列出具体的数学表达式为其中，e_h表示电动汽车单次换电单价，单位是万元；

当对换电站总综合成本的各项数学表达式分析完毕后，即可得到该数学优化问题的目标函数，为各成本项累加之和，目标函数的具体数学表达式为：

S7：所述换电站总综合成本的等年值最小化的目标函数的约束条件包括换电站内动力电池总数量限制与最大充电动力电池数量限制，换电站内动力电池总数量限制为N_z≤N_s(t)+N_C(t)+N_W(t)≤N_max，其中，N_z表示换电站内的充电桩数量；N_max表示换电站内所允许持有的最大动力电池数量；最大充电动力电池数量限制为0≤N_Cing(t)≤N_z；

S8：根据所述动力电池四个状态转移关系表达式，以及在所述约束条件下，计算换电站总综合成本的等年值最小化的目标函数，对换电站容量配置模型进行优化求解，得出换电站动力电池需配置的最优数量。