封闭场景下纯电动重卡换电站规模优化方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种封闭场景下纯电动重卡换电站规模优化方法及系统，该方法包括：S1、获取换电站参数，包括充电机的充电功率P

【技术实现步骤摘要】
封闭场景下纯电动重卡换电站规模优化方法及系统


[0001]本专利技术属于电动汽车换电站
，具体涉及一种封闭场景下纯电动重卡换电站规模优化方法及系统。

技术介绍

[0002]电动汽车已经成为解决环境污染以及能源可持续发展的重要途径。作为电动汽车的重要配套设施，电动汽车充电设施也逐渐成为了基础设施发展的重要方向。目前，主要的电动汽车充电设施充电模式包括慢速充电模式、快速充电模式和换电模式。
[0003]封闭场景主要包括港口、钢厂、煤矿等，具有作业区域固定、作业路线不固定的特征。该场景下，重卡常处于24小时连续作业状态，具有高频次、高负荷、对运输效率要求高等作业特征。使用纯电动换电重卡可实现能源的快速补给，能够满足对运输效率和作业强度的需求，且建设一座换电站即可覆盖整个封闭区域的服务需求。
[0004]综上所述，换电模式对于封闭场景下的纯电动重卡来说是一种极好的补能模式。随着重型卡车电动化发展以及各项有力支持，纯电动重卡换电站具有广阔的市场前景。
[0005]换电站规划和建设是实现换电模式的重要课题之一。换电站的建设中，需要解决的难题之一就是换电站规模的确定，其中包括备用电池数量、充电机个数、电池更换设备个数以及换电站配电总容量。换电站规模是换电站建设的重要依据。另外，纯电动重卡换电站的建设需要考虑纯电动重卡的实际使用情况，这对换电站规模的确定具有很大的影响。

技术实现思路

[0006]为了解决封闭场景下纯电动重卡换电站建设时规模确定的问题，本专利技术提供了一种封闭场景下纯电动重卡换电站规模优化方法及系统，在满足一定规模的纯电动重卡需求下，测算出纯电动重卡换电站最优的规模。
[0007]本专利技术提出的一种封闭场景下纯电动重卡换电站规模优化方法，包括以下步骤：
[0008]S1、获取换电站参数，包括充电机的充电功率P
e
和换电站更换车辆电池的换电时间t1；
[0009]S2、获取纯电动重卡的车辆参数，包括纯电动重卡的动力电池容量C
b
、纯电动重卡平均每公里消耗的电能q
i
、纯电动重卡的行驶速度v和纯电动重卡车队的车辆数m；
[0010]S3、依据换电站参数和纯电动重卡的车辆参数计算换电站的规模，包括电池更换设备个数r、电池数量n、充电机个数k和换电站配电总容量S；具体如下：
[0011]一块动力电池完全充满电所需要的时间t2为：
[0012][0013]纯电动重卡运行过程消耗的功率P
v
为：
[0014]P
v
＝q
i
*v
[0015]纯电动重卡使用一块充满电的动力电池的工作时间t3为：
[0016][0017]则电池更换设备个数r为：
[0018][0019]式中，[]表示取大于计算数值的最小整数值；
[0020]电池数量n为：
[0021][0022]充电机个数k为：
[0023]k＝n+r
[0024]换电站配电总容量S为：
[0025][0026]式中，K表示充电机的同时系数，由充电机的使用情况以及数量确定，S
e
表示除去充电机之外其它设备的总用电负荷容量，β表示供电变压器最佳负荷率，S
c
表示换电站内配备的充电机输入容量，由下式计算：
[0027][0028]式中，表示功率因素，η表示充电机的工作效率。
[0029]本专利技术提出的一种封闭场景下纯电动重卡换电站规模优化系统，包括换电站参数输入单元、车辆参数输入单元、纯电动重卡使用场景单元和换电站规模计算单元。
[0030]换电站参数输入单元用于换电站规划设计，包括换电电池的充电模式、充电机的充电功率和更换车辆电池的换电时间。进一步，换电电池的充电模式为充电机的设计模式，包括使用单向交流电进行充电的慢充模式和使用直流电进行充电的快充模式。充电机的充电功率为充电机的设计功率P
e
，根据充电模式的不同选择适宜的充电机充电功率。更换车辆电池的换电时间t1为：纯电动重卡进入换电站，换电站电池更换装置取下纯电动重卡需要更换的动力电池，并为纯电动重卡重新安装充满电量的动力电池，直到纯电动重卡离开换电站所使用的全部时间。
[0031]车辆参数输入单元为使用换电站进行补能的纯电动重卡的车辆参数，包括纯电动重卡的动力电池容量C
b
、纯电动重卡平均每公里消耗的电能q
i
、纯电动重卡的行驶速度v和纯电动重卡车队的车辆数m。
[0032]纯电动重卡使用场景单元为封闭场景下总系统控制子单元、车辆子单元和换电站子单元三个部分。进一步，总系统控制子单元接收来自车辆子单元和换电站子单元的信息，向需要充电的车辆输送换电指令。其中，车辆子单元信息包括：车辆的位置信息和车辆动力
电池剩余电量信息；换电站子单元信息包括：换电站内所有电池的充电状态信息和换电站的运行状态(是否正在进行换电)。车辆子单元实现封闭场景内的货物运输，并向总系统控制子单元提供车辆的位置信息和车辆动力电池剩余电量信息，接收换电指令后向换电站提供准备换电信息。换电站子单元实现车辆的换电和电池的充电，并向总系统控制子单元提供换电站内所有电池的充电状态信息，接收车辆换电信息后提前做好换电准备。通过总控制子单元的控制，使得车辆补能需求与换电站换电服务平衡，车辆通过指令系统无需进行排队。
[0033]换电站规模计算单元配置为依据换电站参数、车辆参数、纯电动重卡使用场景计算换电站的规模，包括备用电池数量、充电机个数、电池更换设备个数和换电站配电总容量。其中，一块动力电池完全充满电所需要的时间t2为：
[0034][0035]纯电动重卡运行过程消耗的功率P
v
为：
[0036]P
v
＝q
i
*v
[0037]纯电动重卡使用一块充满电的动力电池的工作时间t3为：
[0038][0039]则电池更换设备个数r的计算方法为：最小化电池更换设备个数且使纯电动重卡车队换电时不出现排队现象，电池更换设备个数为：
[0040][0041]式中，f(x)＝[x]为天花板函数，取大于公式右侧计算数值的最小整数值。
[0042]电池数量n的计算方式为：最小化换电站的电池数量且使纯电动重卡车队换电时不出现排队现象，即任一纯电动重卡需要进行换电时，都存在充满电的电池。存在一块动力电池完全充满电所需要的时间t2小于、等于和大于纯电动重卡使用一块充满电的动力电池的工作时间t3这三种情况。电池数量为：
[0043][0044]充电机个数k的计算方式为：依照上述确定的电池更换设备个数r和电池数量n，并使纯电动重卡实现正常换电功能，最小化充电机个数。充电机个数为：
[0045]k＝n+r
[0046]换电站配电总容量S的计算方式为：由换电站内配备的充电机输入容量S
c
(通过本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种封闭场景下纯电动重卡换电站规模优化方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：S1、获取换电站参数，包括充电机的充电功率P
e
和换电站更换车辆电池的换电时间t1；S2、获取纯电动重卡的车辆参数，包括纯电动重卡的动力电池容量C
b
、纯电动重卡平均每公里消耗的电能q
i
、纯电动重卡的行驶速度v和纯电动重卡车队的车辆数m；S3、依据换电站参数和纯电动重卡的车辆参数计算换电站的规模，包括电池更换设备个数r、电池数量n、充电机个数k和换电站配电总容量S；具体如下：一块动力电池完全充满电所需要的时间t2为：纯电动重卡运行过程消耗的功率P
v
为：P
v
＝q
i
*v纯电动重卡使用一块充满电的动力电池的工作时间t3为：则电池更换设备个数r为：式中，[]表示取大于计算数值的最小整数值；电池数量n为：充电机个数k为：k＝n+r换电站配电总容量S为：式中，K表示充电机的同时系数，由充电机的使用情况以及数量确定，S
e
表示除去充电机之外其它设备的总用电负荷容量，β表示供电变压器最佳负荷率，S
c
表示换电站内配备的充电机输入容量，由下式计算：式中，表示功率因素，η表示充电机的工作效率。2.根据权利要求1所述的封闭场景下纯电动重卡换电站规模优化方法，其特征在于，根据充电模式的不同选择适宜的充电机充电功率P
e
；其中充电模式包括使用单向交流电进行
充电的慢充模式和使用直流电进行充电的快充模式。3.根据权利要求1所述的封闭场景下纯电动重卡换电站规模优化方法，其特征在于，换电站更换车辆电池的换电时间t1为：纯电动重卡进入换电站，换电站电池更换装置取下纯电动重卡需要更换的动力电池，并为纯电动重卡重新安装充满电量的动力电池，直到纯电动重卡离开换电站所使用的全部时间。4.一种封闭场景下纯电动重卡换电站规模优化系统，其特征在于，该系统包括：换电站参数单元、车辆参数单元和换电站规模计算单元；换电站参数单元用于获取换电站参数，包括充电机的充电功率P
e
和换电站更换车辆电池的换电时间t1；车辆参数单元用于获取纯电动重卡的车辆参数，包括纯电动重卡的动力电池容量C
b
、纯电动重卡平均每公里消耗的电能q
i
、纯电动重卡的行驶速度v和纯...

【专利技术属性】
技术研发人员：李顺喜，王峙朝，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：