CN115239172A - 一种考虑动力电池寿命的电动公交车调度方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种考虑动力电池寿命的电动公交车调度方法，充分考虑满足线路上公交乘客需求，同时又能够有效地降低充电行为对公交车辆动力电池容量造成的永久性损失。与现有技术相比，本发明方法一是考虑了电动公交车辆的调度问题，符合未来交通的发展趋势；二是充分优化了电动公交车辆的运行行为与充电行为，极大程度上缓解了动力电池的容量损耗速率，从延长电动公交车的使用寿命的角度来降低城市常规公交系统的运行成本。

Description

一种考虑动力电池寿命的电动公交车调度方法
技术领域
本发明属于城市公共交通管理领域，具体涉及一种考虑动力电池寿命的电动公交车的调度方案优化方法。
背景技术
目前，根据国家相关政策要求，在未来，我国常规城市公交车辆将以电动车辆为主。与传统燃油车相比，电动公交车具有显著的环境友好性。但是，在电动公交车的应用中，有以下两大主要问题亟需解决：
1、传统燃油车的能源补给，即给车辆加油(从零到油箱加满)，可以在数分钟内结束；然而电动公交车的能源补给，即给车辆充电(从零到电池充满)，却需要在1-3个小时内完成。因此电动公交车在应用中，由于车辆的充电需求可能会造成车辆不可用从而导致运力不足的问题。
2、传统燃油车的报废年限在10年以上，然而电动公交车的动力电池受到剩余可用容量的约束，而动力电池的剩余可用容量受到充电-放电行为的影响，即任何一次充电行为都会对动力电池的容量造成永久性损失，“少量多次、低电流”的充电行为才能够减缓上述永久性容量损失。在电动公交的应用过中，如不合理调度车辆的充电行为，将会导致动力电池过度损耗，从而导致车辆提早报废。
发明内容
本发明的目的是针对未来交通发展趋势，提供一种考虑动力电池寿命的电动公交车调度方法。本发明的调度方法适用于城市公交车辆全部为电动车辆的情况，主要考虑满足以下两个方面的需求：一，能够合理调度公交车辆的充电行为与运行行为，规避线路上车辆由于充电而导致的线路运力不足；二是由于电动公交车辆动力电池的寿命与充电行为有关，本方法能够合理化充电行为，从而增加电动公交车辆的使用寿命。本发明的技术方案是：
本发明所述公交线路的运行模式为，首先公交车辆从公交枢纽站点1出发，沿着运行方向2依次途径所有中途站点4，到达终点站3之后等待一段时间然后折返，重新依次依次途径所有中途站点4，到达公交枢纽站点1后可根据需要在公交枢纽站点进行充电5。所述公交线路，其长度记为l，包含终点站3处的等待时间的双边运行时长记为Tl，服务于该线路的公交车辆总量为M，公交车编号为m，其中m∈{1,2,3,…,M}，每辆公交车的动力电池标称容量为Cm，其在t时刻的电量记为SOCm(t)，其中SOCm(t)采用百分比计数法，即当前电量为标称容量Cm百分比。
本发明所述充电行为对电动公交车辆动力电池的寿命的影响采用以下量化关系表示：
Figure BDA0003779670440000021
其中ξ表示单次充电行为导致电池容量的损耗值，与充电行为有关。SoCdev和SoCave为充电行为的表征指标，分别表示单次充电行为的电量方差与电量均值，其计算方法为：
Figure BDA0003779670440000022
Figure BDA0003779670440000023
其中SoC(Ah)表示电池电量(Ah)与电池百分比电量的映射关系，Ah_ini和Ah_fin分别表示充电行为前后的电池电量。由于动力电池容量损耗与动力电池的报废优质直接关系，因此采用动力电池容量损耗值表征充电行为导致的经济损失。
考虑动力电池寿命的电动公交车调度方法包括：
S1、在某一天开始时(记为t＝0)，此时车辆m的可用电量记为SOCm(t)，m∈{1,2,3,…,M}。同时参考路沿途公交需求的历史数据，计算未来时间段内的公交发车间隔与发车时间节点，记为t1,t2,t3,……。
S2、为t＝t1时刻指派公交车，t＝t1时刻开始执行任务的公交车辆将在t＝t1+Tl时刻返回公交枢纽站点1，此时可用车辆集合为Γ＝{1,2,3,…,M}计算集合Γ中每一辆公交车执行t＝t1时刻出发任务的成本，即计算车辆m返程后充电至满电所造成的经济损失。车辆m执行任务结束后的所剩电量(即车辆充电的初始电量)为SOCm(0)-2lγ，其中γ为单位里程的车辆耗电量；车辆m充电行为后电量为
Figure BDA0003779670440000024
即车辆m的动力电池容量上限。据此计算不同车辆在执行t＝t1时刻出发的任务时导致的动力电池容量损耗，选派经济成本最低的车辆执行t＝t1时刻的任务。
S3、根据步骤S2所述方法，将已派出的车辆从可用车辆集合Γ中移除，更新集合Γ。
S4、计算是否有在途车辆在下一时刻之前返回公交枢纽站点1，如果是，判断其剩余电量是否大于2lγ，如果是将已返回车辆加入集合Γ，如果否，则安排已返回车辆进行充电，更新集合Γ。计算是否有充电完成的车辆，如果是则将充电完成的车辆加入集合Γ，否则不更新集合Γ。
S5、指派下一时刻执行任务的公交车辆，计算可用车辆集合Γ内所有车辆执行任务的经济成本，从而选派经济成本最低的车辆执行该时刻的任务。
S6、执行S3-S5直到当天的派车任务全部完成。
附图2展示了本发明所述的考虑动力电池寿命的电动公交车调度方法。与现有技术相比，本发明的优点和效果为：
一，本发明考虑了电动公交车辆的调度问题，符合未来交通的发展趋势，也能够保证线路上的公交需求得到充分满足；
二，本发明充分优化了电动公交车辆的运行行为与充电行为，极大程度上缓解了动力电池的容量损耗速率，从延长电动公交车的使用寿命的角度来降低城市常规公交系统的运行成本。
附图说明
图1表示本发明所涉及的公交线路示意图。
图2表示本发明所涉及的考虑动力电池寿命的电动公交车调度方法流程图。
具体实施方式
下面将结合附图实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，以便本领域的技术人员能够更好地理解本发明。
本发明提出了一种考虑动力电池寿命的电动公交车调度方法，以图1所示的公交线路为例，该公交线路的公交车辆从公交枢纽站点1出发，沿着运行方向2依次途径所有中途站点4，到达终点站3之后等待一段时间然后折返，重新依次依次途径所有中途站点4，到达公交枢纽站点1后可根据需要在公交枢纽站点进行充电5。
上述公交线路的长度记为l，公交车辆从公交枢纽站点1到达终点站3之后等待一段时间然后折返，最后返回公交枢纽站点1的总时长记为Tl，服务于上述线路的公交车辆总量为M，公交车编号为m，其中m∈{1,2,3,…,M}，每辆公交车的动力电池标称容量为Cm，其在t时刻的电量记为SOCm(t)，其中SOCm(t)采用百分比计数法，即当前电量为标称容量Cm百分比。
本发明所述充电行为对动力电池的容量永久性损失采用以下量化关系表示：
Figure BDA0003779670440000041
其中ξ表示单次充电行为导致电池容量的损耗值，与充电行为有关。SoCdev和SoCave为充电行为的表征指标，分别表示单次充电行为的电量方差与电量均值，其计算方法为：
Figure BDA0003779670440000042
Figure BDA0003779670440000043
其中SoC(Ah)表示电池电量(Ah)与电池百分比电量的映射关系，Ah_ini和Ah_fin分别表示充电行为前后的电池电量。由于动力电池容量损耗与动力电池的报废优质直接关系，因此采用动力电池容量损耗值表征充电行为导致的经济损失。
对于上述公交线路上的公交车辆，按照图2所示的调度方法流程图进行一天内的运行行为调度与充电行为调度直到当天的派车任务全部完成。

Claims (1)

1.一种考虑动力电池寿命的电动公交车调度方法，定义电动公交车的运行模式为：首先电动公交车从公交枢纽站点(1)出发，沿着设定的线路和运行方向(2)依次途径所有中途站点(4)，到达终点站(3)之后间隔设定的时间然后折返，重新依次途径所有中途站点(4)，返回公交枢纽站点(1)后根据需要在公交枢纽站点进行充电(5)；将电动公交车从公交枢纽站点(1)出发到返回公交枢纽站点(1)的线路总长度记为l，同时设定包括终点站(3)处的等待时间在内的总运行时长为Tl，服务于该线路的电动公交车总数为M，电动公交车编号为m，其中m∈{1,2,3,…,M}，每辆电动公交车的动力电池标称容量为Cm，在t时刻的电量记为SOCm(t)，其中SOCm(t)采用百分比计数法，即当前电量为标称容量Cm百分比；
其特征在于，所述电动公交车调度方法包括：
S1、定义初始时刻为t＝0，在初始时刻车辆m的可用电量记为SOCm(t)，m∈{1,2,3,…,M}，同时根据收集的指定线路沿途公交需求的历史数据，指定未来时间段内的公交发车间隔与发车时间节点，记为t1,t2,t3,……；
S2、在t＝t1时刻指派公交车执行任务，t＝t1时刻开始执行任务的公交车辆将在t＝t1+Tl时刻返回公交枢纽站点(1)，此时可用车辆集合为Γ＝{1,2,3,…,M}，计算集合Γ中每一辆公交车执行t＝t1时刻出发任务的成本，即计算车辆m返程后充电至满电所造成的经济损失，具体为：车辆m执行任务结束后的所剩电量为SOCm(0)-2lγ，其中γ为单位里程的车辆耗电量；车辆m充电行为后电量为
Figure FDA0003779670430000011
据此计算不同车辆在执行t＝t1时刻出发的任务时导致的动力电池容量损耗，选派经济成本最低的车辆执行t＝t1时刻的任务；
S3、根据步骤S2所述方法，将已派出的车辆从可用车辆集合Γ中移除，更新集合Γ；
S4、计算是否有在途车辆在下一时刻之前返回公交枢纽站点(1)，如果是，判断其剩余电量是否大于2lγ，如果是将已返回车辆加入集合Γ，否则，则安排已返回车辆进行充电，更新集合Γ；计算是否有充电完成的车辆，如果是则将充电完成的车辆加入集合Γ，否则不更新集合Γ；
S5、指派下一时刻执行任务的公交车辆，采用S2的方法计算可用车辆集合Γ内所有车辆执行任务的经济成本，从而选派经济成本最低的车辆执行该时刻的任务；
S6、重复执行S3-S5直到当天的派车任务全部完成。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115983568A (zh) * 2022-12-16 2023-04-18 吉林大学 一种考虑电池健康状态差异的电动公交线路车辆调度方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115983568A (zh) * 2022-12-16 2023-04-18 吉林大学 一种考虑电池健康状态差异的电动公交线路车辆调度方法

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