【技术实现步骤摘要】
一种基于双电池配置的高寒城市电动公交车辆运营管理方法
[0001]本专利技术涉及高寒城市电动公交车辆运营管理方法。本专利技术属于城市公共交通管理领域。
技术介绍
[0002]电动公交车具有噪音小、驾驶操纵简单、能耗低等优点，能够提高乘客乘坐的舒适性、降低驾驶人负荷与企业运营成本。目前我国在大力推进城市公交车辆的电动化。电动公交车的充电费用支出是公交企业运行成本的重要组成部分，但是其运行能耗受环境温度影响很大。以高寒城市为例(如哈尔滨、长春)，冬季严寒漫长，电动公交车在低温环境下的能耗率显著增加；而在其他季节环境温度较高，电动公交车的能耗率随之下降。在最寒冷的冬季与气温较舒适的春秋季节，电动公交车的能耗率差异可以达到约50％。
[0003]公交企业为了避免冬季由于电池电量不足导致的服务中断，往往考虑冬季每天的最大耗电量为电动公交车配备大容量电池。这种电池配置方法虽然可以满足冬季的线路正常运行，但是在其他季节，当电动公交车携带沉重的大容量电池运行时，将导致每公里耗电量以及碳排放的增加，而且每日运营结束后电池还存在较多的电量剩余，造成资源的浪费。
技术实现思路
[0004]本专利技术的目的是为了解决现有公交企业为了避免冬季由于电池电量不足导致的服务中断，往往考虑冬季每天的最大耗电量为电动公交车配备大容量电池，但是在其他季节，当电动公交车携带沉重的大容量电池运行时，将导致每公里耗电量以及碳排放的增加，而且每日运营结束后电池还存在较多的电量剩余，造成资源的浪费的问题，而提出一种基于双电池配置的高寒城市电
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于双电池配置的高寒城市电动公交车辆运营管理方法，其特征在于：所述方法具体过程为：步骤一、采集高寒城市的电动公交线路基础运行数据；所述高寒城市为全年最高温度与最低温度差大于等于60度，且冬季最低气温小于等于零下25度；步骤二、定义决策变量；步骤三、计算全生命周期长度；步骤四、计算电动公交车行程能耗；步骤五、基于步骤三和四，建立电动公交线路运营管理综合优化模型；步骤六、求解步骤五中建立的电动公交线路运营管理综合优化模型；步骤七、输出步骤六中求解得到的模型的最优解与最优目标函数值。2.根据权利要求1所述的一种基于双电池配置的高寒城市电动公交车辆运营管理方法，其特征在于：所述步骤一中采集高寒城市的电动公交线路基础运行数据；具体过程为：步骤一一、调查高寒城市公交线路运营季节划分方案；公交企业将每年划分为两个运营季节，即冬季运营季节和夏季运营季节；分别获取冬季和夏季的起止时间；步骤一二、获取夏季公交线路的发车时刻表，将全天需要运营的I
sum
个班次按照发车时刻由早到晚进行编号，令i和j表示夏季每天运营的班次，i,j＝1,2,...,I
sum
；i≠j；获取冬季公交线路的发车时刻表，将全天需要运营的I
win
个班次按照发车时刻由早到晚进行编号，令m和n表示冬季每天运营的班次m,n＝1,2,...,I
win
；m≠n；步骤一三、获取夏季公交运营期间的历史最高平均温度T
max
，单位为℃；获取冬季公交运营期间的历史最低平均温度T
min
，单位为℃。3.根据权利要求2所述的一种基于双电池配置的高寒城市电动公交车辆运营管理方法，其特征在于：所述步骤二中定义决策变量；具体过程为：步骤二一、定义线路上配备的U辆电动公交车，用u(u＝1,2,...,U)表示车辆编号；步骤二二、定义夏季与冬季电动公交车使用的电池的容量分别为B
sum
、B
win
，单位均为kWh；步骤二三、定义0
‑
1变量如果班次i和j是电动公交车u夏季时每天执行的两个相邻班次，等于1，否则等于0；定义0
‑
1变量如果班次m和n是电动公交车u冬季时每天执行的两个相邻班次，等于1，否则等于0。4.根据权利要求3所述的一种基于双电池配置的高寒城市电动公交车辆运营管理方法，其特征在于：所述步骤三中计算全生命周期长度；具体过程为：采用D表达全生命周期长度；D等于夏季小容量电池的使用寿命D
sum
、冬季大容量电池的使用寿命D
win
和电动公交车辆不含电池的使用寿命D
bus
的最小公倍数，D、D
sum
、D
win
、D
bus
的单位为年；计算方法如式(1)所示；
D＝LCM{D
sum
,D
win
,D
bus
}
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)式中：LCM{
·
}为取最小公倍数的函数；D年内，夏季小容量电池需要购买λ1次，冬季大容量电池需要购买λ2次；记第α次购买的夏季小容量电池的编号为α(q1)，B
win
，q1＝1,2,...,U，记第β次购买的冬季大容量电池的编号为β(q2)，β＝1,2,..,λ2，q2＝U+1,U+2,...,2U；λ1＝D/D
sum
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)λ2＝D/D
win
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)电池α(q1)在投入使用的第R1天，电池健康程度衰减到80％；电池β(q2)在投入使用的第R2天，电池健康程度衰减到80％；D
sum
、D
win
的计算方法如式(4)、式(5)所示：D
sum
＝R1/365
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)D
win
＝R2/365
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)的计算方法如式(6)、式(7)所示：的计算方法如式(6)、式(7)所示：式中：为电池α(q1)投入使用第r1天的衰减容量，r1＝1,2,...,R1‑
1，单位为kWh；为电池β(q2)投入使用第r2天的衰减容量，r2＝1,2,...,R2‑
1，单位为kWh；夏季时，电池β(q2)储存于场站，电池α(q1)安装在电动公交车u(u＝q1)上用于日常运营；此时，记α(q1)＝1，β(q2)＝0；冬季时，电池α(q1)储存于场站，电池β(q2)安装在电动公交车u(u＝q2‑
U)上用于日常运营；此时，记α(q1)＝0，β(q2)＝1；的计算方法如式(8)、式(9)所示：的计算方法如式(8)、式(9)所示：式中：为电池α(q1)投入使用第r1天的总耗电量，即公交车u的总耗电量，单位为kWh；为电池β(q2)投入使用第r2天的总耗电量，即公交车u的总耗电量，单位为kWh；
为电池α(q1)投入使用第r1天的平均剩余电量与充放电循环中相对于平均剩余电量的偏离值，单位为％；为电池β(q2)投入使用第r2天的平均剩余电量与充放电循环中相对于平均剩余电量的偏离值，单位为％；为电池α(q1)投入使用第r1天的平均温度，单位为K；为电池β(q2)投入使用第r2天的平均温度，单位为K；为电池α(q1)、β(q2)储存在场站时的温度，单位为K；为电池α(q1)、β(q2)储存在场站时的电池荷电状态，单位为％；d
sum
为一年中处于夏季运营季节的天数，单位为天；d
win
为一年中处于冬季运营季节的天数，单位为天。5.根据权利要求4所述的一种基于双电池配置的高寒城市电动公交车辆运营管理方法，其特征在于：所述步骤四中计算电动公交车行程能耗；具体过程为：夏季班次i的行程能耗W
i
、冬季班次m的行程能耗W
m
的计算方法如式(10)、式(11)所示：的计算方法如式(10)、式(11)所示：式中：L
i
、L
m
分别为班次i、m的行驶里程，单位为km；M
i
、M
m
分别为班次i、m的总质量，单位为kg；G
i
、G
m
为分别班次i、m的行程时间，单位为h；夏季班次i的行程能耗W
i
和冬季班次m的行程能耗W
m
的单位为kWh；M
i
、M
m
的计算方法如式(12)、式(13)所示：的计算方法如式(12)、式(13)所示：式中：M
bus
为不包括电池的公交车的质量，单位为kg；分别为夏季小容量电池、冬季大容量电池的质量，单位为kg；μ
i
、μ
m
分别为班次i、m的平均乘客数，单位为人；M
pas
为乘客平均质量，单位为kg；的计算方法如式(14)、式(15)所示：的计算方法如式(14)、式(15)所示：式中：η为电池能量密度，单位为Wh/kg；μ
i
、μ
m
的计算方法如式(16)、式(17)所示：的计算方法如式(16)、式(17)所示：式中：分别为公交车执行班次i、m时，车辆在站点o(o＝1,2,...,O
‑
1)与站点o+1之间的载客数，单位为人；l
o
为站点o与站点o+1之间的距离，单位为km。
6.根据权利要求5所述的一种基于双电池配置的高寒城市电动公交车辆运营管理方法，其特征在于：所述步骤五中基于步骤三和四，建立电动公交线路运营管理综合优化模型；具体过程为：步骤五一、构建目标函数；以D年内的运营成本Z1和碳排放量Z2最小作为模型的优化目标；所述运营成本Z1单位为元，碳排放量Z2单位为kg；步骤五二、构建约束条件。7.根据权利要求6所述的一种基于双电池配置的高寒城市电动公交车辆运营管理方法，其特征在于：所述所述步骤五一中构建目标函数；具体过程为：以D年内的运营成本Z1和碳排放量Z2最小作为模型的优化目标；步骤五一一、计算运营成本Z1；表达式为：Z1包括除电池外的车辆购置成本C1、电池购置成本C2、充电成本C3以及电池退役回收利用的残值C4；计算方法如式(18)所示：minZ1＝C1+C2+C3‑
C4ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(18)其中除电池外的车辆购置成本C1、电池购置成本C2、充电成本C3、电池退役回收利用的残值C4的单位为元；步骤五一一一、利用式(19)计算C1；表达式为：C1＝c
k
·
U
·
(D/D
bus
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(19)式中：c
k
为一辆电动公交车(不包括电池)的购置成本，单位为元；步骤五一一二、利用式(20)计算C2；表达式为：C2＝c
b
·
U
·
(B
sum
·
(D/D
sum
)+B
win
·
(D/D
win
))
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(20)式中：c
b
为每kWh的电池的购置成本，单位为元/kWh；步骤五一一三、利用式(21)计算C3；表达式为：式中：ε(ε＝1,2,...,D)为全生命周期长度内每年的编号；c
p
为每kWh的电量的价格，单位为元/kWh；步骤五一一四、利用式(22)计算C4；表达式为：式中：c
lad
为电池回收利用的单位残值，单位为元/kWh；步骤五一二、计算碳排放量Z2；具体过程为：Z2包括车辆运营需要的电能的发电...
【专利技术属性】
技术研发人员：别一鸣，从远，季金华，王琳虹，李振宁，陈雨薇，季毓婷，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：
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