CN113255250B - 电池动力船舶的电池容量精确设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电池动力船舶的电池容量精确设计方法，包括步骤：1）锂电池动力船航行的航线调研；2）锂电池动力船舶方案设计；3）锂电池动力船舶不同航速下的电池输出功率计算；4）电池组配置优化：建立锂电池容量多目标优化模型，采用差分进化算法求解计算，得到帕累托最优解，输出电池容量配置方案。本发明通过精细化的设计，实现经济高效的电池容量配置。

Description

电池动力船舶的电池容量精确设计方法

技术领域

本发明涉及纯电池电动船储能装置技术领域，具体地指一种电池动力船舶的电池容量精确设计方法。

背景技术

我国作为世界能源消费大国，能源转型势在必行，我国将建立以可再生能源为中心的能源体系，大工业电价或者实体经济获得电力和使用电力的成本会进一步降低。水运方面，为实现水运的绿色可持续发展，使用纯电池电力推进可以享受各种优惠政策，纯电池电力推进系统的研发与推广应用被给以政策和资金上的鼓励。船用电池方面，用于船舶的磷酸铁锂电池，单体能量密度已由过去的100Wh/kg提升到170Wh/kg以上，系统能量密度大幅提升，使得电池重量也得以减轻，而磷酸铁锂电芯价格也大幅下降。发展以纯电池动力为代表的新能源船舶实现船舶动力的产业化升级面临前所未有的机遇。但相对于传统的机械推进船舶，因锂电池价格仍然相对较高，导致锂电池动力船舶的初始采购成本相对还是太高，因此对电池容量的精确计算就显得非常关键，可以有效控制动力系统的采购成本。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，而提出一种电池动力船舶的电池容量精确设计方法，通过航线调研、船舶方案设计、不同航速锂电池输出功率计算和电池组配置优化，提高电池动力船舶的锂电池容量的精确性，提高锂电池动力船舶的经济性和适装性。

为实现上述目的，本发明所设计的电池动力船舶的电池容量精确设计方法，其特殊之处在于，所述方法包括如下步骤：

1）锂电池动力船航行的航线调研：采集拟建造的锂电池动力船将航行的航线信息、该航线执行同等运输任务的船舶信息；

2）锂电池动力船舶方案设计：形成锂电池动力船设计方案，得到锂电池动力船的主尺寸、总布置方案、静水情况下不同推进轴功率的船舶航速以及不同航速情况下航道对船舶静水航速的影响；

3）锂电池动力船舶不同航速下的电池输出功率计算：采集锂电池动力船动力设备 的功率数据，得到各个工况i下的锂电池动力船舶日用负荷值P ⁱ _load ，以此计算船舶静水航速V ₁下的电池输出总功率

、电池最小能量需求

；

4）电池组配置优化：采集锂电池产品型号、性能参数和尺寸重量信息，建立锂电池容量多目标优化模型，采用差分进化算法求解计算，得到帕累托最优解，输出电池容量配置方案。

优选地，步骤1）中所述航线信息包括航线距离、航道深度、水流速度和受潮水影响值；所述船舶信息包括船舶主尺度、动力系统配置、船舶布局、装载量、重载静水设计航速、轻载静水设计航速和单次航程的航行时间。

优选地，步骤2）中船舶航速对应的推进轴功率通过计算流体力学方法进行船舶阻 力校核，并根据经验估算的推进功率进行第三方校核，第三方校核方法为比较主尺度和载 重量相同的新设计船和已使用船在同样航行速度下所需的推进功率，若

，则校 核通过，否则不通过，

为根据经验估算的静水航速V ₁时的推进功率，

为设计方案 中静水航速V ₁时的推进功率。

优选地，所述步骤2）的设计方案中不同航速情况下航道对船舶静水航速的影响包括航道水深影响值、航道宽度不够充裕造成的额外阻力影响值。

优选地，所述根据经验估算的静水航速V ₁时的推进功率

的计算公式为：

式中，

为静水最大航速V _max时的推进功率，k为经验系数。

优选地，步骤3）中各个工况i下的锂电池动力船舶日用负荷值P ⁱ _load 的计算公式为：

P ⁱ _load =P ^crit,i _load + k ₁ P ^int,i _load + k ₂ P ^short,i _load

式中，P ⁱ _load 为第i种工况下的日用负载平均功率，P ^crit,i _load 为第i种工况下的持续性负载总功率，P ^int,i _load 为第i种工况下的间歇性负载总功率，P ^short,i _load 为第i种工况下的短时负载总功率，k ₁、k ₂分别为间歇性负载、短时负载的同时使用系数。

优选地，步骤3）中船舶静水航速V ₁下的电池输出总功率

的计算公式为：

式中，

为电池输出总功率，

为设计方案中静水航速V ₁时的推进功率，

为当推进电机输出轴功率为

时的运行效率，

为推进变频器输出功率为

时的运行效率，η _acnet为低压交流主配电网的传输效率，η ⁱ _dcac为第i种工况下的逆 变器运行效率，

为船舶静水航速为V ₁时的电池输出变流器效率。

优选地，电池最小能量需求

的计算公式为：

式中，

为电动船以航速V ₁航行全程时的电池最小容量总需求，E ^navig _battery 为电 动船以航速V ₁航行时的推进耗能，E ^tingb _battery 为电池动力船两次充电间的中途停泊耗能，DoD _battery 为电池放电深度，

为以航速V ₁航行的时间，P ^tingb _load 为电池动力船停泊时期的电 池输出功率，T _tingb 为停泊的时间。

优选地，所述差分进化算法求解的计算步骤包括：

41）确定通常航行的航速、最大停泊时间，分别设为V ₁、T _tingb ，计算得到电池输出功 率

、电池最小能量需求

；

42）定义电池组串联电池数量变量X ₁和并联电池数量变量X ₂，对这两个变量进行实数编码；

43）设置种群规模，根据约束条件产生初始种群：

其中，各目标函数为：

重量： W _battery =(1+k _w)X ₁ X ₂ W ^battery _unit

体积： V _battery =(1+k _v)X ₁ X ₂ V ^battery _unit

成本： C _battery =(1+k _C)X ₁ X ₂ C ^battery _unit

式中，k _w 、k _v 、k _c 分别为电池单体变成电池组后结构重量、结构体积和结构费用的增加系数，W ^battery _unit 、V ^battery _unit 、C ^battery _unit 分别为电池单体的重量、体积和价格；

约束条件包括：

能量约束：

功率约束：

重量约束：W ^battery _unit ≤W ^battery _perimit

体积约束：V ^battery _unit ≤V ^battery _perimit

单体电池数量约束：X ₁ X ₂≤N ^battery _perimit

电压等级约束：V ^total _max ≥X ₁ V ^battery _unit ≥V ^total _min

式中，M ^battery _unit 为电池放电倍率，E ^battery _unit 为单个电池单体所存储的电能，W ^battery _perimit 、V ^battery _perimit 、N ^battery _perimi 分别为电池组重量、体积和数量的上限，实际配置中不允许超过这一上限，V ^total _max 、V ^total _min 分别表示端口电压约束的上限值和下限值；

44）根据当代种群中每个个体的值计算电池组成本、重量和体积目标函数值，并以此为基础对当代种群进行非支配排序和拥挤度距离计算；

45）进行变异、交叉、选择差分进化操作；设置变异因子、交叉因子值；

46）将父代个体与子代个体进行判断和更新操作，优选更优个体；迭代次数加1，返回至44），直到迭代次数达到设置的最大值为止，输出求解结果。

优选地，所述步骤4）中，在多目标互不冲突的情况下，将多目标优化模型转为根据线性规划方法或者智能优化算法进行单目标求解。

本发明提出的电池动力船舶的电池容量精确设计方法，先通过航线调研，了解航线的水文、气象、航道等情况，选择适合的锂电池动力船舶船型、动力配置方案、航行方案等；然后针对该航线的调研情况以及锂电池电动船的任务需求，开展船舶方案设计，得到船舶在静水条件下的各种性能数据，并与目前该航线上已有的传统机械推进船舶的相关性能数据进行校核；其次对锂电池动力船舶的动力系统配置设备进行收集与性能分析，并对电池组运行方案进行分析，计算出各设备不同功率输出时的效率，进而得到不同航速下的锂电池输出功率；最后，进行电池单体优选与电池组拓扑结构优化设计，在保证船舶运行能量需求情况下，实现电池容量的最小化。

本发明的有益效果为：

（1）本发明通过航线调研、船舶方案设计、不同航速锂电池输出功率计算和电池组配置优化，提高电池动力船舶的锂电池容量的精确性，提高锂电池动力船舶的经济性和适装性。

（2）本发明以通过精细化的设计，实现经济高效的电池容量配置。

附图说明

图1为本发明方法的流程示意图。

图2为本发明实施例的算例用航线示意图。

图3为本发明实施例的算例中差分进化算法的结果示意图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。此外，下面所描述的本申请各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1所示，本发明提出的电池动力船舶的电池容量精确设计方法，包括如下步骤：

步骤一：锂电池动力船航行的航线调研。

收集拟建造的锂电池动力船将主要航行的航线信息、该航线执行同等或类似运输任务的船舶信息。其中，航线信息包括航线距离、航道深度、水流速度、是否受潮水影响等；船舶信息包括船舶主尺度、动力系统配置、船舶布局、装载量、重载静水设计航速、轻载静水设计航速、单次航程的航行时间等。

步骤二：锂电池动力船舶方案设计。

根据步骤一中调研获得的信息，委托有资质、设计经验丰富的船舶设计院进行锂电池动力船方案设计，形成锂电池动力船设计方案，得到锂电池动力船的主尺度、总布置方案、静水情况下不同推进轴功率的船舶航行速度以及不同航速情况下航道对船舶静水航速的影响。设计方案中的航速及其对应推进功率需要通过计算流体力学（CFD）方法进行船舶阻力校核，并有必要结合现有传统机械推进船的相关航速数据计算得到的推进功率经验值进行第三方的校核。

不同航速情况下航道对船舶静水航速的影响主要表现为航道水深、航道宽度不够充裕造成的额外阻力，会使船舶无法在设计推进功率时达到设计的航行速度。

现有传统机械推进船的相关航速数据计算推进功率的经验计算公式为：

（1）

式中，

为根据经验公司估算的静水航速V ₁时的推进功率，

为静水最大航速V _max时的推进功率，k为经验系数。一般情况下，V _max为该船的设计航速，而

为设计航速对 应的推进功率。

校核方法为比较主尺度和载重量相同的新设计船和已使用船在同样航行速度下 所需的推进功率，若

，则此船舶设计方案具有一定的技术优势，否则，该设计方 案并无技术优势，在船型、螺旋桨等方面还有优化空间。

步骤三：锂电池动力船舶不同航速下的电池输出功率计算

信息收集：采集锂电池动力船动力设备的功率数据，向锂电池动力船动力设备的各个供应单位索取电池输出变流器、逆变器、推进变频器、推进电机等的功率与效率曲线数据；参考现有该航线上的传统机械推进动力船舶的日用电负荷使用情况，结合锂电池动力船的特殊情况，协助船舶设计院制定锂电池动力船的负荷统计表，得到各个工况i下的锂电池动力船舶日用负荷数据。

各个工况i下的锂电池动力船舶日用负荷数据，在已有负荷统计表基础上，主要依据船舶设计中的三类负荷计算法进行不同工况日用负荷值计算。具体计算公式为：

P ⁱ _load =P ^crit,i _load + k ₁ P ^int,i _load + k ₂ P ^short,i _load （2）

式中，P ⁱ _load 为第i种工况下的日用负载平均功率，P ^crit,i _load 为第i种工况下的持续性负载总功率，P ^int,i _load 为第i种工况下的间歇性负载总功率，P ^short,i _load 为第i种工况下的短时负载总功率，k ₁、k ₂分别为间歇性负载、短时负载的同时使用系数。

电池需求容量的输出功率计算：在以上信息收集数据支撑下，计算得到不同工况下的锂电池动力船电池输出功率。以电池的输出功率计算结果为基础，结合电池充电计划，计算电池最小容量需求。

船舶静水航速为V ₁、推进电机输出轴功率输出为

时的电池输出功率计算公 式为：

（3）

式中，

为电池输出总功率，

为当推进电机输出轴功率为

时的运行效 率，

为推进变频器输出功率为

时的运行效率，η _acnet为低压交流主配电网 的传输效率，η ⁱ _dcac为第i种工况下的逆变器运行效率，

为船舶静水航速为V ₁时的电池 输出变流器效率。

、η ⁱ _dcac不仅与该功率的需求功率有关，还与投入的电力电子设备的数量有 关。在电池容量精确设计时的原则是在保证满足船舶设计、建造和检验相关规范要求情况 下，尽量减少同时投入的同型电力电子设备数量。

通过上式计算该航线同类型船舶最小允许航速V _min到最大允许航速V _max间的各典 型航速下的电池输出功率

。

在此基础上，航速V ₁航行时，电池最小容量需求计算公式为：

（4）

式中，

为电动船以航速V ₁航行全程时的电池最小容量总需求，E ^navig _battery 为电 动船以航速V ₁航行时的推进耗能，E ^tingb _battery 为电池动力船两次充电间的中途停泊耗能，DoD _battery 为电池放电深度。

为以航速V ₁航行的时间，P ^tingb _load 为电池动力船停泊时期的电 池输出功率，T _tingb 为停泊的时间。

通过上式计算该航线同类型船舶最小允许航速V _min到最大允许航速V _max间的各典 型航速下的电池最小能量需求

。

步骤四：电池组配置优化。

数据收集：收集可用的锂电池产品型号、性能参数、尺寸重量等信息，以及锂电池成组后的尺寸重量变化。

锂电池容量多目标优化模型建立：在保证电池容量满足航行要求的前提下，构建考虑电池储能系统体积、重量、费用等的多目标优化模型，优选出合适的容量配置方案。

计算方法：采用差分进化算法进行电池储能系统多目标优化配置模型求解计算，得到一组帕累托最优解，最终由决策者选择具体的配置方案。

差分进化算法求解计算步骤包括：

1）确定通常航行的航速、最大停泊时间，假设分别为V ₁、T _tingb ，计算得到电池输出 功率

、电池最小能量需求

。

2）定义电池组串联电池数量变量X ₁和并联电池数量变量X ₂，对这两个变量进行实数编码。

3）设置种群规模，根据约束条件产生初始种群。

其中，各目标函数为：

重量： W _battery =(1+k _w)X ₁ X ₂ W ^battery _unit （5）

体积： V _battery =(1+k _v)X ₁ X ₂ V ^battery _unit （6）

成本： C _battery =(1+k _C)X ₁ X ₂ C ^battery _unit （7）

式中，k _w 、k _v 、k _c 分别为电池单体变成电池组后结构重量、结构体积和结构费用的增加系数，W ^battery _unit 、V ^battery _unit 、C ^battery _unit 分别为电池单体的重量、体积和价格；

约束条件包括：

能量约束：

（8）

功率约束：

（9）

重量约束：W ^battery _unit ≤W ^battery _perimit （10）

体积约束：V ^battery _unit ≤V ^battery _perimit （11）

单体电池数量约束：X ₁ X ₂≤N ^battery _perimit （12）

电压等级约束：V ^total _max ≥X ₁ V ^battery _unit ≥V ^total _min （13）

式中，M ^battery _unit 为电池放电倍率，E ^battery _unit 为单个电池单体所存储的电能，W ^battery _perimit 、V ^battery _perimit 、N ^battery _perimi 分别为电池组重量、体积和数量的上限，实际配置中不允许超过这一上限，V ^total _max 、V ^total _min 分别表示端口电压约束的上限值和下限值。

4）根据当代种群中每个个体的值计算电池组成本、重量和体积目标函数值，并以此为基础对当代种群进行非支配排序和拥挤度距离计算。

5）进行变异、交叉、选择等差分进化操作；设置变异因子、交叉因子值；

6）将父代个体与子代个体进行判断和更新操作，优选更优个体；迭代次数加1，返回至4），直到迭代次数达到设置的最大值为止，输出求解结果。

对于需要考虑多种优化目标，且多个目标之间存在相互冲突的情况，可采用差分进化算法进行电池储能系统多目标优化配置模型求解计算，得到一组帕累托最优解，最终由决策者选择具体的配置方案；若多个目标并不相互冲突则可转换化为单目标求解，采用线性规划方法或者智能优化算法。

算例分析：

假设某个航行于码头A与码头B间的内河纯电池动力船航线，该航线距离D_AB=200km，，可分为3个航段AD、CD和BC，距离分别为D_AD=80km、D_CD=70km、D_BC=50km。码头A到码头B运输硝石、砂子等，从码头B到码头A运输钢材、煤炭等，即可认为该船在两地航行的时候每个航次均为满载航行，且都是由经验丰富的老船长驾驶，能够在航段BC段顺潮航行（BC间的潮水平均速度为3m/s）。

该地区目前正在运营的同类型船满载的最大航速为7.5kn，单轴功率为120kW，双轴双桨。经船舶设计院设计后得到某个长度为55m的散货船在不同航速下的轴功率，以及通过式（1）计算出来的经验轴功率值如下表所示：

表1

由表1可知，设计院的设计方案在推进效率方面具有一定优势，可以以其作为纯电池动力船锂电池容量的计算依据。

经调研，目前柴油机械推进船在AD、CD和BC三个航段的通常航行速度为7km/h、10km/h和13km/h，去除浅水效应阻力影响（静水航速为8km/h时，浅水效应影响约为0.95km/h）、潮水顺流影响后的船舶静水航速为7.95km/h、10km/h和10km/h。计算电池容量时AD段静水航速按8km/h近似。

由此可计算得到各个航段的航行时间和轴功率分别为：

表2 AB航线上各航段航行时间、航速等信息

纯电池动力船中能量由电池组到螺旋桨需要经过DC/DC变流器、直流配电板、推进变频器、推进电机、减速齿轮箱、输出轴等；能量由电池组到日用负载需要经过DC/DC变流器、直流配电板、逆变器、交流配电网。

表3 某纯电池动力船动力系统配置参数

表3中，变流器一般为2组并网运行，因此表2中的所有设备在AB航线上正常航行时的负荷率都超过了15%，在容量计算时可参考其额定功率的效率进行计算。

纯电池动力内河散货船的主要负载包括舵机、各类泵、风机、舱室空调、通讯导航设备、日常生活电器设备、电池BMS、照明设备、锚机等，其中通讯导航设备、电池BMS、照明设备等可归为连续负载，同时使用系数一般取0.85；舵机、风机等可归为间歇性负载，同时使用系数一般为0.3；日用电器设备、锚机等为极少使用设备，使用系数需要根据实际调研情况进行调整，此处同时使用系数取值0.1。

因此，在得到船舶设计院梳理的负荷计算表之后，将式（2）带入，则可计算得到在计算电池容量时日用负载平均功率。本船为12kW。

以表2各航段轴功率和航行时间，日用负载功率平均值，表3各动力系统效率的基础上，可计算得到AB航线单程所需的电池能量为：

E _AB =E _AD +E _BC =603.9+707.0+388.9=1700kWh

考虑80%放电深度，则所需电池最小容量为2125kWh，单个电池组的最小容量为531.25kWh。

若电池类型为磷酸铁锂电池，单体容量为90Ah，电压为3.2V。

为便于说明算例方案，假设电池组的串联电压增加不会对系统成本、体积和结构重量造成影响，这样锂电池组的串并联优化方案就由多目标优化问题转为了单目标优化问题。

令串联电池数量为X ₁、并联电池数量为X ₂，式(4)-(6)中的结构重量系数、结构体积系数和结构费用系数kw、kv、k _C均为0。采用差分进化算法进行优化求解步骤为：

1）对串联电池数量为X ₁、并联电池数量为X ₂进行实整数编码，生成初始种群；

2）设置种群规模为10、种群进化代数为100，变异因子为1.2、交叉因子为0.8；

3）设计优化目标为最小化单个电池组容量，约束条件包括能量约束、功率约束、电压等级约束、串联电池数量约束和并联电池数量约束；

端口电压约束： V ^total _max ≥X ₁ V ^battery _unit≥ V ^total _min

串联电池数量约束： N ^series _min ≤X ₁≤N ^series _max

并联电池数量约束： N ^parallel _min ≤X ₂≤N ^parallel _max

能量约束：

功率约束：

结果如图3所示，最终计算得到单个电池组的配置为11并168串，电池电量为532kWh。

最后需要说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本专利技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本专利进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本专利的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本专利技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本专利的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种电池动力船舶的电池容量精确设计方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：

1）锂电池动力船航行的航线调研：采集拟建造的锂电池动力船将航行的航线信息、该航线执行同等运输任务的船舶信息；

2）锂电池动力船舶方案设计：形成锂电池动力船设计方案，得到锂电池动力船的主尺寸、总布置方案、静水情况下不同推进功率的船舶航速以及不同航速情况下航道对船舶静水航速的影响；

3）锂电池动力船舶不同航速下的电池输出功率计算：采集锂电池动力船动力设备的功 率数据，得到第i种工况下的锂电池动力船舶日用负荷值P ⁱ _load ，以此计算船舶静水航速V ₁下 的电池输出总功率

、电池最小能量需求

；

4）电池组配置优化：采集锂电池产品型号、性能参数和尺寸重量信息，建立锂电池容量多目标优化模型，采用差分进化算法求解计算，得到帕累托最优解，输出电池容量配置方案。

2.根据权利要求1所述的电池动力船舶的电池容量精确设计方法，其特征在于：步骤1）中所述航线信息包括航线距离、航道深度、水流速度和受潮水影响值；所述船舶信息包括船舶主尺度、动力系统配置、船舶布局、装载量、重载静水设计航速、轻载静水设计航速和单次航程的航行时间。

3.根据权利要求1所述的电池动力船舶的电池容量精确设计方法，其特征在于：步骤2） 中船舶航速对应的推进功率通过计算流体力学方法进行船舶阻力校核，并根据经验估算的 推进功率进行第三方校核，第三方校核方法为比较主尺度和载重量相同的新设计船和已使 用船在同样航行速度下所需的推进功率，若

，则校核通过，否则不通过，

为 根据经验估算的静水航速V ₁时的推进功率，

为设计方案中静水航速V ₁时的推进功率。

4.根据权利要求1所述的电池动力船舶的电池容量精确设计方法，其特征在于：所述步骤2）的设计方案中不同航速情况下航道对船舶静水航速的影响包括航道水深影响值、航道宽度不够充裕造成的额外阻力影响值。

5.根据权利要求3所述的电池动力船舶的电池容量精确设计方法，其特征在于：所述根 据经验估算的静水航速V ₁时的推进功率

的计算公式为：

式中，

为静水最大航速V _max时的推进功率，k为经验系数。

6.根据权利要求1所述的电池动力船舶的电池容量精确设计方法，其特征在于：步骤3）中第i种工况下的锂电池动力船舶日用负荷值P ⁱ _load 的计算公式为：

P ⁱ _load =P ^crit,i _load + k ₁ P ^int,i _load + k ₂ P ^short,i _load

式中，P ⁱ _load 为第i种工况下的日用负载平均功率，P ^crit,i _load 为第i种工况下的持续性负载总功率，P ^int,i _load 为第i种工况下的间歇性负载总功率，P ^short,i _load 为第i种工况下的短时负载总功率，k ₁、k ₂分别为间歇性负载、短时负载的同时使用系数。

7.根据权利要求1所述的电池动力船舶的电池容量精确设计方法，其特征在于：步骤3） 中船舶静水航速V ₁下的电池输出总功率

的计算公式为：

式中，

为电池输出总功率，

为设计方案中静水航速V ₁时的推进功率，

为当推进电机输出轴功率为

时的运行效率，

为推进变频器输出功率为

时的运行效率，η _acnet为低压交流主配电网的传输效率，η ⁱ _dcac为第i种工况下的逆变器运行 效率，

为船舶静水航速为V ₁时的电池输出变流器效率。

8.根据权利要求1所述的电池动力船舶的电池容量精确设计方法，其特征在于：电池最 小能量需求

的计算公式为：

式中，

为电动船以航速V ₁航行全程时的电池最小容量总需求，E ^navig _battery 为电动船 以航速V ₁航行时的推进耗能，E ^tingb _battery 为电池动力船两次充电间的中途停泊耗能，DoD _battery 为电池放电深度，Ｔ _v1为以航速V ₁航行的时间，P ^tingb _load 为电池动力船停泊时期的 电池输出功率，T _tingb 为停泊的时间。

9.根据权利要求1所述的电池动力船舶的电池容量精确设计方法，其特征在于：所述差分进化算法求解的计算步骤包括：

41）确定通常航行的航速、最大停泊时间，分别设为V ₁、T _tingb ，计算得到电池输出功率

、电池最小能量需求

；

42）定义电池组串联电池数量变量X ₁和并联电池数量变量X ₂，对这两个变量进行实数编码；

43）设置种群规模，根据约束条件产生初始种群：

其中，各目标函数为：

重量： W _battery =(1+k _w)X ₁ X ₂ W ^battery _unit

体积： V _battery =(1+k _v)X ₁ X ₂ V ^battery _unit

成本： C _battery =(1+k _C)X ₁ X ₂ C ^battery _unit

式中，k _w 、k _v 、k _c 分别为电池单体变成电池组后结构重量、结构体积和结构费用的增加系数，W ^battery _unit 、V ^battery _unit 、C ^battery _unit 分别为电池单体的重量、体积和价格；

约束条件包括：

能量约束：

功率约束：

重量约束：W ^battery _unit ≤W ^battery _perimit

体积约束：V ^battery _unit ≤V ^battery _perimit

单体电池数量约束：X ₁ X ₂≤N ^battery _perimit

电压等级约束：V ^total _max ≥X ₁ V ^battery _unit ≥V ^total _min

式中，

为电池放电倍率，E ^battery _unit 为单个电池单体所存储的电能，W ^battery _perimit 、V ^battery _perimit 、N ^battery _perimi 分别为电池组重量、体积和数量的上限，实际配置中不允许超过这 一上限，V ^total _max 、V ^total _min 分别表示端口电压约束的上限值和下限值；

44）根据当代种群中每个个体的值计算电池组成本、重量和体积目标函数值，并以此为基础对当代种群进行非支配排序和拥挤度距离计算；

45）进行变异、交叉、选择差分进化操作；设置变异因子、交叉因子值；

46）将父代个体与子代个体进行判断和更新操作，优选更优个体；迭代次数加1，返回至44），直到迭代次数达到设置的最大值为止，输出求解结果。

10.根据权利要求9所述的电池动力船舶的电池容量精确设计方法，其特征在于：所述步骤4）中，在多目标互不冲突的情况下，将多目标优化模型转为根据线性规划方法或者智能优化算法进行单目标求解。

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