[发明专利]一种基于电池容量衰退与工作负荷倒序匹配的纯电动公交车运行路线规划方法

说明书

技术领域

本发明属于过程系统工程领域，特别涉及一种基于电池容量衰减与工作负荷倒序匹配的纯电动公交车运行路线规划方法。

背景技术

作为汽车产业发展的重要方向之一，新能源汽车获得广泛的认同和关注，并在交通运输系统中得到逐步推广，特别是纯电动汽车已逐渐补充到以传统化石燃料汽车为主导的公共交通系统中。以锂离子电池为动力源的纯电动公交车，因其行驶过程平稳、噪声低、无污染等突出优点，是新能源汽车的重点发展方向之一，已成为城市公共交通系统的重要组成部分。

纯电动汽车以动力电池储存的电能驱动电机运转，带动汽车运行，具有结构简单灵活、无污染物排放的特点。动力电池是纯电动汽车的核心部件之一，也是纯电动汽车的主要成本要素之一。目前。动力电池还存在比容量小、电池容量衰退快、使用寿命短、造价昂贵等问题，其使用寿命往往远小于电动汽车的整车寿命，导致纯电动公交汽车购置、电池更新和运行的成本较高。城市中运行的纯电动公交车主要在市区内固定的路线上运行，路程较短，能源补给方便。因此，在现有的电池技术条件下，确定合理的车辆运行调度和路线规划，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，可有效地降低纯电动公交车的运营成本，这对于纯电动公交车的推广应用具有重要意义。

纯电动公交车运行调度模式主要可分为单线调度模式和区域调度模式两类。目前，电动公交车的运行调度主要采用单线调度模式，即仅针对一条固定线路上的车辆进行优化管理，各条公交线路之间相互独立。而区域调度模式则是针对多条线路和一个或多个车场进行一体化调度，运行的车辆可被安排在不同的线路上交叉运行。然而，针对电动公交车区域调度方案设计，目前主要通过调度车辆的发车频率，编制运行时刻表，优化所需的车辆数目。而往往忽视了动力电池容量衰退特性、纯电动公交车运行特性以及运行线路的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。为了高效利用现有纯电动公交车资源，考虑动力电池容量衰退特性和运行线路路况特性，充分延长纯电动公交车动力电池的使用寿命，降低因动力电池失效的电池更新费用，需建立考虑动力电池容量衰退特性的纯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行成本的基于电池容量衰退与工作负荷倒序匹配的纯电动公交车运行路线规划方法。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

1)首先，设该纯电动公交车运行的线路和时刻表固定，每辆纯电动公交车配备的动力电池规格和容量相同，纯电动公交车每天从车场出发到返回车场的行驶里程小于车辆的最大行驶里程；

2)划分纯电动公交车运行线路的调度阶段；

3)计算所有运行线路所对应的纯电动公交车电池的工作负荷；

4)计算纯电动公交车动力电池的容量随充放电循环次数变化的容量衰减量；

5)根据各阶段纯电动公交车电池的初始和终止状态，依次计算各阶段不同调度状态下纯电动公交车电池的总容量衰退变化量；

6)确定纯电动公交车的路线调度方案。

所述2)根据纯电动公交车的整车使用年限，定义电动公交车调度的最小时间单位为一个阶段，将公交车运行线路的调度阶段划分为N个阶段。

所述3)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。

所述4)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。

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。

所述5)按如下步骤进行计算：

5-1)根据第一个阶段初始状态所有纯电动公交车电池的初始容量，计算所有公交车中电池的替换周期集合T¹；

5-2)将所有纯电动公交车按照其电池的替换周期降序排列，构成纯电动公交车序列；