CN104993535A - 电动公交车充换电站电池储存及集中充电优化方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电动公交车充换电站电池储存及集中充电优化方法，在制定优化目标的基础上制定优化原则；构建电动公交车充换电站参数设计模型；基于换电站为单条线路服务,并且车辆只运行一圈就换电充电的前提下，给出了在不同条件下车辆数、备用电池数、换电工位数及充电功率的计算方法；最终给出电动公交车充换电站运作模式。采用本发明的方法，解决了既有方法存在的问题。

Description

电动公交车充换电站电池储存及集中充电优化方法

技术领域

本发明属于电动公交车充换电站电池技术领域，具体涉及一种用于电动公交车充换电站电池存储及集中充电优化方法。

背景技术

电动汽车具有低噪声、几乎零排放、综合利用能源等突出的优点，是当今解决能源、环保等问题的重要途径。电动汽车动力电池的性能在很大程度上决定了电动汽车的性能，与动力电池相关的技术是电动汽车研究的一个重要课题。

通过调研分析，电动公交车充换电站在电池存储及集中充电方面存在以下问题：

(1)设计冗余度过大。充换电站有关备用电池数量、配电容量、更换装备及更换通道数量等核心参数设计值和实际使用数量之间存在设计冗余度过大的问题,这主要是因为有关充换电站相关设计经验少，可用于设计改进的运行数据较少。为保证换电站能满足车辆的运行需要，往往设计过程基于车辆和锂电池的的极限参数设计，对公交车运行参数及运行模式对充换电站核心参数的影响模式理解不深入，比如电池充电时间基本按照电池100％放电的充电时间设计、充换电站配电功率简单的按运行充电机的最大输出功率计算、不同车辆运行模式对车辆更换频率的影响未考虑等。

(2)车辆充电管理策略简单。目前实际运行的公交车充换电站一般釆用车辆回站即换电，换电后立即充电管理策略。并未考虑公交车运行特点、电池充电安全性以及换电站负荷特性,造成充换电站备用电池储备量较大，集中充电风险高、负荷波动大等问题。实际上在充换电站内进行以降低集中充电危险性和改善负荷特性为目标的充电控制策略是可行的，因为公交车存在高峰和平峰的运行规律，而备用电池的数量、充电时间和功率是可在一定范围内进行调节，进而可在很大程度上改善充换电站的负荷特性和充电安全可靠性。

目前对电动车充换电站来说，最主要的目标是在电动汽车电池管理上进行优化。

发明内容

本发明要解决的是现有技术存在的上述缺陷，其目的是：降低电池存储及集中充电的设计冗余，优化形成简单高效的车辆充电管理策略。

为解决上述的技术问题，本发明电动公交车充换电站电池储存及集中充电优化方法所采用的技术方案是：

一种电动公交车充换电站电池储存及集中充电优化方法，包括：制定优化目标的基础上制定优化原则，以及在基于换电站为单条线路服务,并且车辆只运行一圈就换电充电的前提下，确定不同条件下车辆数、备用电池数、换电工位数及充电功率；该优化原则包括，充换电站备用电池设计时，选取早高峰及上下午平峰时间段，作为备用电池需求量最大的时间段；所述备用电池的计算满足车辆回站后换电时间和排队等待换电时间小于车辆回站允许时间的前提下库存量最小的原则。

与背景技术相比，本发明所具有的效果是：

1、保证了充换电站运行的安全可靠性。

2、合理构建了电动汽车充电电池安全库存。

3、拟定了电动汽车充换电站最佳充电方案。

附图说明

图1是公交车营运时间与运行时间关系图；

图2是充换电站参数设计模型示意图；

图3是充换电站运作模式示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

电动车锂电池具有一定的燃爆特性,因此考虑储存量的时候,不能单一考虑满足电动汽车运行过程中换电的需要，还需要考虑充电模式(即换即充、集中充电、分批充电)、电网负荷、运行成本以及电动车锂电池本身的危险特性。这样的复杂情况,给电动车充换电站的电池储存管理增加了较大的难度。本发明针对电动车充换电站,在汽车电池管理上进行优化，进而可达到以下目标：

(1)保证充换电站运行的安全可靠性

电动汽车充电电池瞬时储量过大或电池集中充电电网负荷过大，都会造成充换电站风险过高，然而任何环节发生问题一旦造成安全生产事故都会给企业和社会带来较大的负面影响，因此确保充换电站运行的安全可靠性，也是保证社会的安全性,这是电动汽车充换电站管理的首要目标。

(2)合理构建电动汽车充电电池安全库存

零库存是一种理想的状态，但是对于电动汽车充换电站电池的储存必须以确保公交电动汽车正常营运为前提，即公交车无论是在运行峰时还是平时回站，电池储存能满足换电的需要，因此，就电动汽车充换电站而言，约束零库存存在的量和车辆运行关系达不到这种理想状态。合理构建电池安全库存既降低充换电站事故风险和库存成本控制,又能满足车辆运行的要求,这才是充换电站的理想状态。

(3)拟定电动汽车充换电站最佳充电方案

目前充换电站的即换即充模式未考虑充电风险、运行成本、电网负荷等因素，而最佳充电方案应综合考虑这些影响因素，能降低充电时大功率电流对充换电站的风险、削弱集中充电给电网造成的负荷以及减少充电运行成本。

技术方案：

1优化原则

(1)充换电站备用电池设计时要考虑最严峻的情况,也就是要选取一天中高峰时间最长的那一段及与它相邻的平峰时间段。从图1所示为公交车营运时间与运行时间关系图可知，现在普遍城市的早高峰时间更长，所以选取早高峰及上下午平峰作为备用电池需求量最大的时间段。

(2)备用电池的计算满足车辆回站后换电时间和排队等待换电时间小于车辆回站允许时间的前提下库存量最小的原则。

2基本设计模型

本优化方法是在现有充换电站和假设公交车调度***不受充换电站控制作为前提的，充换电站电池安全库存优化时主要考虑的关键参数包括：公交车辆数N_c、备用电池组数N_b、换电工位数N_g、集中充电工位数N_j、充电桩数N_z和配电功率P_p等六个关键参数。而这些关键参数又和车辆运行时间T_y、高峰持续时间T_h、车辆单次充电运行周期T_a、高峰发车间隔t_hi、平峰发车间隔t_ci、换电时间t_g、电池集中充电时间t_jc、充电桩充电时间t_zc、电池组平均充电功率P_ave等参数密切相关。

由于目前电动公交车受自身续航里程的局限性影响，并且电动公交车充换电站在各个城市均属于试点状态，数量较少且规模也较小，为了保证电动公交车的正常运行，电动公交车单圈运行回站即换电的模式较为普遍，图2为基本的充换电站参数设计模型示意图。

充换电站参数设计模型中基本原则：

(1)充换电站设计时要考虑最严峻的情况,也就是要选取一天中高峰时间最长时间段及与它相邻的平峰时间段；

(2)更换工位数的计算原则要满足车一进站就换电池的要求；

(3)模型中的计算方法是基于换电站为单条线路服务,并且车辆只运行一圈就换电充电。

3.在不同条件下的充换电站核心参数计算公式如下所示:

(1)车辆数计算方法

当T_a>T_h，即车辆单次充电运行周期大于高峰持续时间条件下的车辆数为：

$N_c=\frac{T_h+t_g}{t_{hr}}+\frac{(T_a-T_h)}{t_{or}}$

当T_a<T_h，即车辆单次充电运行周期小于高峰持续时间条件下的车辆数为：

$N_c=\frac{T_a+t_g}{t_{hr}}$

(2)备用电池计算方法

当T_jc>T_h即集中充电时间大于高峰时间条件下的备用电池组数为：

$N_b=\frac{T_h}{t_{hr}}+\frac{(T_{jc}-T_h+t_g)}{t_{cr}}$

当T_jc<T_h即集中充电时间小于高峰时间条件下的备用电池组数为：

$N_b=\frac{T_{jc}+t_g}{t_{hr}}$

(3)更换工位数计算方法

(4)充电功率计算方法

当T_jc>T_h即集中充电时间大于高峰时间条件下的备用电池为：

$P=P_{ave}\&times;(\frac{T_h}{t_{hr}}+\frac{(T_{jc}-T_h+t_g\&rsqb;}{t_{cr}})$

当T_jc<T_h即集中充电时间小于高峰时间条件下的备用电池为：

$P=P_{ave}\&times;\left(\frac{T_{jc}+t_g}{t_{hr}}\right).$

再结合附图3对本发明优化后充换电站运作模式作进一步详细说明。

1、车辆进站判断是否需要更换电池：

(1)若不需要充换电池，车辆进入停车场，最终出站；

(2)若需要充换电池，则等待充换电。

2、判断车辆停留时间是否大于充电桩充电时间：

(1)停留时间大于充电桩时间，则判断充电桩是否有空位，若有则给车辆充电；否则车辆进入换电区换电。

(2)停留时间小于充电桩充电时间，车辆进入换电区换电。

3、进入换电区的车辆完成电池更换。

4、对更换的电动汽车的电池组进行诊断，分为换点后电池组的诊断和被更换电池组的诊断两部分。

(1)检查换点后的电池组，若存在故障，则重新更换电池后，重复检查故障，直至故障排除后备用。

(2)检查被更换电池组，若存在故障，则送入维护车间维护，经过反复检测，直至故障排除后，充电备用；否则给被更换的电池组集中充电备用。

Claims (6)

1.一种电动公交车充换电站电池储存及集中充电优化方法，其特征在于，包括：制定优化目标的基础上制定优化原则，以及在基于换电站为单条线路服务,并且车辆只运行一圈就换电充电的前提下，确定不同条件下车辆数、备用电池数、换电工位数及充电功率；

该优化原则包括，充换电站备用电池设计时，选取早高峰及上下午平峰时间段，作为备用电池需求量最大的时间段；所述备用电池的计算满足车辆回站后换电时间和排队等待换电时间小于车辆回站允许时间的前提下库存量最小的原则。

2.如权利要求1中所述的电动公交车充换电站电池储存及集中充电优化方法，其特征在于，还包括构建电动公交车充换电站参数设计模型的原则，包括：

(1)充换电站设计时要考虑最严峻的情况,也就是要选取一天中高峰时间最长时间段及与它相邻的平峰时间段；

(2)更换工位数的计算原则要满足车一进站就换电池的要求；

(3)模型中的计算方法是基于换电站为单条线路服务,并且车辆只运行一圈就换电充电。

3.如权利要求2中所述的电动公交车充换电站电池储存及集中充电优化方法，其特征在于：不同条件下的充换电站车辆数、备用电池数、换电工位数及充电功率等参数的计算方法如下所示：

(1)车辆数计算方法

当T_a>T_h，即车辆单次充电运行周期大于高峰持续时间条件下的车辆数为：

$N_c=\frac{T_h+t_g}{t_{hr}}+\frac{(T_a-T_h)}{t_{cr}}$

当T_a<T_h，即车辆单次充电运行周期小于高峰持续时间条件下的车辆数为：

$N_c=\frac{T_a+t_g}{t_{hr}}$

(2)备用电池计算方法

当T_jc>T_h即集中充电时间大于高峰时间条件下的备用电池组数为：

$N_b=\frac{T_h}{t_{hr}}+\frac{(T_{jc}-T_h+t_g)}{t_{cr}}$

当T_jc<T_h即集中充电时间小于高峰时间条件下的备用电池组数为：

$N_b=\frac{T_{jc}+t_g}{t_{hr}}$

(3)更换工位数计算方法

(4)充电功率计算方法

当T_jc>T_h即集中充电时间大于高峰时间条件下的备用电池充电功率P为：

$P=P_{ave}\&times;(\frac{T_h}{t_{hr}}+\frac{(T_{jc}-T_h+t_g)}{t_{cr}})$

当T_jc<T_h即集中充电时间小于高峰时间条件下的备用电池充电功率P为：

$P=P_{ave}\&times;\left(\frac{T_{jc}+t_g}{t_{hr}}\right);$

其中，N_c为公交车辆数、N_b为备用电池组数、N_g为换电工位数、N_j为集中充电工位数、T_y为车辆运行时间、T_h为高峰持续时间、T_a为车辆单次充电运行周期、t_hr为高峰发车间隔、t_cr为平峰发车间隔、t_g为换电时间、T_jc为电池集中充电时间、P_ave为电池组平均充电功率。

4.如权利要求1中所述的电动公交车充换电站电池储存及集中充电优化方法，其特征在于，还包括：

车辆进站判断是否需要更换电池：

(1)若不需要充换电池，车辆进入停车场，最终出站；

(2)若需要充换电池，则等待充换电。

5.如权利要求4中所述的电动公交车充换电站电池储存及集中充电优化方法，其特征在于，还包括：

判断车辆停留时间是否大于充电桩充电时间：

(1)停留时间大于充电桩时间，则判断充电桩是否有空位，若有则给车辆充电；否则车辆进入换电区换电；

(2)停留时间小于充电桩充电时间，车辆进入换电区换电。

6.如权利要求1中所述的电动公交车充换电站电池储存及集中充电优化方法，其特征在于，还包括：

对更换的电动汽车的电池组进行诊断，分为换点后电池组的诊断和被更换电池组的诊断两部分；

(1)检查换点后的电池组，若存在故障，则重新更换电池后，重复检查故障，直至故障排除后备用；

(2)检查被更换电池组，若存在故障，则送入维护车间维护，经过反复检测，直至故障排除后，充电备用；否则给被更换的电池组集中充电备用。