电动公交车参数配置方法和装置与流程

本发明涉及电动汽车领域，具体而言，涉及一种电动公交车参数配置方法和装置。

背景技术：

近年来，随着环境的恶化，电动汽车的推广和使用受到了世界各国政府和消费者的青睐，电动公交车作为公共交通最主要工具之一也受到了很大程度的重视。然而电动公交车的运行与传统公交车会有很大的不同，传统公交车的运营仅考虑公交车的运营调度时间，而电动汽车的运营还需要考虑电动汽车的充电调度，因此在公交车线路设计的时候还需要考虑电动汽车车载动力电池的容量大小、充电机的数量和充电机的功率。现有技术中仅考虑的电动公交车的充电机功率，而没有考虑到电动公交车的调度需求，也没有考虑最佳的动力电池和充电机数量配置。

针对上述现有技术中针对电动公交车运营没有考虑到电动公交车电池容量大小和充电机的数量而导致不能得到最佳的动力电池和充电机数量的配置的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

技术实现要素：

本发明实施例提供了一种电动公交车参数配置方法和装置，以至少解决现有技术中针对电动公交车运营没有考虑到电动公交车电池容量大小和充电机的数量而导致不能得到最佳的动力电池和充电机数量的配置的技术问题。

根据本发明实施例的一个方面，提供了一种电动公交车参数配置方法，包括：获取多组电动公交车参数，电动公交车参数包括电动公交车的初始化电池容量和充电机的初始化充电功率；根据电动公交车在各个调度运行时刻的电池剩余电量构建电池剩余电量矩阵，以及根据充电机在各个调度运行时刻的充电状态构建充电机充电状态矩阵；计算电池剩余电量矩阵的秩，以得到每组电动公交车参数的最小车辆配置数量，以及计算充电机充电状态矩阵的秩，以得到每组电动公交车参数的最小充电机配置数量；根据预构建的消耗模型，将每组电动公交车参数的最小车辆配置数量和每组电动公交车参数的最小充电机配置数量输入消耗模型，选择消耗模型输出为最小时对应的电动公交车参数，作为最优电动公交车参数。

根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种电动公交车参数配置装置，包括：获取模块，用于获取多组电动公交车参数，电动公交车参数包括电动公交车的初始化电池容量和充电机的初始化充电功率；构建模块，用于根据电动公交车在各个调度运行时刻的电池剩余电量构建电池剩余电量矩阵，以及根据充电机在各个调度运行时刻的充电状态构建充电机充电状态矩阵；计算模块，用于计算电池剩余电量矩阵的秩，以得到每组电动公交车参数的最小车辆配置数量，以及计算充电机充电状态矩阵的秩，以得到每组电动公交车参数的最小充电机配置数量；选择模块，用于根据预构建的消耗模型，将每组电动公交车参数的最小车辆配置数量和每组电动公交车参数的最小充电机配置数量输入消耗模型，选择消耗模型输出为最小时对应的电动公交车参数，作为最优电动公交车参数。

在本发明实施例中，通过获取多组电动公交车参数，电动公交车参数包括电动公交车的初始化电池容量和充电机的初始化充电功率；根据电动公交车在各个调度运行时刻的电池剩余电量构建电池剩余电量矩阵，以及根据充电机在各个调度运行时刻的充电状态构建充电机充电状态矩阵；计算电池剩余电量矩阵的秩，以得到每组电动公交车参数的最小车辆配置数量，以及计算充电机充电状态矩阵的秩，以得到每组电动公交车参数的最小充电机配置数量；根据预构建的消耗模型，将每组电动公交车参数的最小车辆配置数量和每组电动公交车参数的最小充电机配置数量输入消耗模型，选择消耗模型输出为最小时对应的电动公交车参数，作为最优电动公交车参数，本发明能够解决现有燃油公交车改为电动公交车后，电动公交车车辆参数和充电机参数的最佳配置问题，并且能够给出最佳的运营调度和充电调度方案，进而解决了现有技术中针对电动公交车运营没有考虑到电动公交车电池容量大小和充电机的数量而导致不能得到最佳的动力电池和充电机数量的配置的技术问题。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明实施例的一种电动公交车参数配置方法的流程图；以及

图2是根据本发明实施例的一种电动公交车参数配置装置的结构图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

实施例1

根据本发明实施例，提供了一种电动公交车参数配置方法的方法实施例，需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

图1是根据本发明实施例的电动公交车参数配置方法，如图1所示，该方法包括如下步骤：

步骤S102，获取多组电动公交车参数，电动公交车参数包括电动公交车的初始化电池容量和充电机的初始化充电功率。

步骤S104，根据电动公交车在各个调度运行时刻的电池剩余电量构建电池剩余电量矩阵，以及根据充电机在各个调度运行时刻的充电状态构建充电机充电状态矩阵。

步骤S106，计算电池剩余电量矩阵的秩，以得到每组电动公交车参数的最小车辆配置数量，以及计算充电机充电状态矩阵的秩，以得到每组电动公交车参数的最小充电机配置数量。

步骤S108，根据预构建的消耗模型，将每组电动公交车参数的最小车辆配置数量和每组电动公交车参数的最小充电机配置数量输入消耗模型，选择消耗模型输出为最小时对应的电动公交车参数，作为最优电动公交车参数。

在本发明实施例中，通过获取多组电动公交车参数，电动公交车参数包括电动公交车的初始化电池容量和充电机的初始化充电功率；根据电动公交车在各个调度运行时刻的电池剩余电量构建电池剩余电量矩阵，以及根据充电机在各个调度运行时刻的充电状态构建充电机充电状态矩阵；计算电池剩余电量矩阵的秩，以得到每组电动公交车参数的最小车辆配置数量，以及计算充电机充电状态矩阵的秩，以得到每组电动公交车参数的最小充电机配置数量；根据预构建的消耗模型，将每组电动公交车参数的最小车辆配置数量和每组电动公交车参数的最小充电机配置数量输入消耗模型，选择消耗模型输出为最小时对应的电动公交车参数，作为最优电动公交车参数，本发明能够解决现有燃油公交车改为电动公交车后，电动公交车车辆参数和充电机参数的最佳配置问题，并且能够给出最佳的运营调度和充电调度方案，进而解决了现有技术中针对电动公交车运营没有考虑到电动公交车电池容量大小和充电机的数量而导致不能得到最佳的动力电池和充电机数量的配置的技术问题。

在一种可选的实施例中，消耗模型为：P_bs＝b_n×p₁+c_n×p_c×p₂+b_n×b_b×p₃；其中，P_bs表示消耗输出，p_c表示充电机的初始化充电功率，b_b表示电动公交车的初始化电池容量，b_n表示电动公交车的初始化电池容量为b_b时的最小车辆配置数量，c_n表示充电机的初始化充电功率为p_c时的最小充电机配置数量，p₁表示电动公交车价格，p₂表示充电机价格，p₃表示电池价格。

在一种可选的实施例中，电池剩余电量矩阵包括电动公交车的电池从初始化电池容量消耗至电池剩余电量小于预设最小剩余电量的电量变化过程，以及从电池剩余电量小于预设最小剩余电量充电至预设最大剩余电量的电量变化过程。

在一种可选的实施例中，电动公交车的电池从初始化电池容量消耗至电池剩余电量小于预设最小剩余电量的电量变化过程，如下式所示：

其中，B_bn表示电动公交车的电池从初始化电池容量消耗至电池剩余电量小于预设最小剩余电量的电量变化矩阵，L表示电动公交车的路线里程，S表示电动公交车行驶一百公里的耗电量，i表示第i+1个调度运行时刻，n表示电动车能够行驶的路线最大循环次数，且满足以及其中，b_bn表示电动车行驶到第n个路线循环时的电池剩余电量，b_bn+1表示电动车行驶到第n+1个路线循环时的电池剩余电量，b_bmin表示预设最小剩余电量。

在一种可选的实施例中，从电池剩余电量小于预设最小剩余电量充电至预设最大剩余电量的电量变化过程如下式所示：

其中，B_bc表示电动公交车的电池从电池剩余电量小于预设最小剩余电量充电至预设最大剩余电量的电量变化矩阵，△T_n+j表示从Tn开始到Tn+j的时间间隔，Tn表示电动车行驶到第n个路线循环的时刻，j表示从Tn开始的第j个调度运行时刻，j＝1，2，…，m；m表示从Tn开始的第m个调度运行时刻，且在第m个调度运行时刻，动力电动车的电池电量达到预设最大剩余电量。

在一种可选的实施例中，本发明通过改变电动公交车车载动力电池容量和充电机功率，建立电动公交车剩余电量状态矩阵和充电机的状态矩阵，并通过求秩的方法求解在某一动力电池容量和充电机功率时最佳的电动汽车配置数量和最佳的充电机配置数量；然后通过最优化方法，以电动公交场站投资最小为目标，得到最佳的电动公交车动力电池容量和充电机功率配置参数。

具体的，可以首先获取并定义一些参数数据，包括电动公交车的路线里程L、电动公交车行驶一百公里的耗电量电动公交车路线里程S、公交车调度高峰和低谷时间段、高峰和低谷期发车间隔、电动公交车的价格p1、充电机的单位价格p2、电动公交车的动力电池的单位价格p3、最大充电机功率Pc_max和最小充电功率Pc_min、车载动力电池最大容量Bb_max和最小容量Bb_min，并且初始化充电机的充电功率p_c和电动公交车的动力电池容量b_b，其中存在多组初始化充电机的充电功率p_c和电动公交车的动力电池容量b_b，并且每一组需要满足下式(1)的约束：

然后按照电动公交车的发车时间间隔，可以制定电动公交车调度运行时刻向量Tt，如下式(2)所示：

T_t＝[T ₁T₂…T_i…T_h-1 T_h] (2)

式(2)中，T1，T2，Ti分别表示电动公交车的发车时刻，可以有h个发车时刻，h由发车时间和发车间隔决定。

按照调度运行时刻向量Tt、线路里程L、电动公交车的耗电特性，模拟电动公交车行驶过程和充电过程的剩余里程，得到每一组初始化充电功率和电池容量下的电动公交车剩余电量矩阵Rm以及充电机充电状态矩阵Cs。

其中，电动公交车剩余电量矩阵Rm的计算步骤为：

步骤S202，按照电动公交车调度时刻向量、路线里程和电动汽车的耗电特性，计算电动公交车的电量衰减过程，直到剩余电量不能满足下一次行驶需求。按照调度时刻向量，剩余电量的变化过程如式(3)所示。

式(3)中，B_bn表示电动公交车的电池从初始化电池容量消耗至电池剩余电量小于预设最小剩余电量的电量变化矩阵，L表示电动公交车的路线里程，S表示电动公交车行驶一百公里的耗电量，i表示第i+1个调度运行时刻，n表示电动车能够行驶的路线最大循环次数，且满足以及其中，b_bn表示电动车行驶到第n个路线循环时的电池剩余电量，b_bn+1表示电动车行驶到第n+1个路线循环时的电池剩余电量，b_bmin表示预设最小剩余电量。

步骤S204，按照调度时刻向量、充电功率和b_bn计算动力电池充电过程中，在各时刻的剩余电量值，如表达式(4)所示：

式(4)中，B_bc表示电动公交车的电池从电池剩余电量小于预设最小剩余电量充电至预设最大剩余电量的电量变化矩阵，△T_n+j表示从Tn开始到Tn+j的时间间隔，Tn表示电动车行驶到第n个路线循环的时刻，j表示从Tn开始的第j个调度运行时刻，j＝1，2，…，m；m表示从Tn开始的第m个调度运行时刻，且在第m个调度运行时刻，动力电动车的电池电量达到预设最大剩余电量，b_bmax表示动力电池的预设最大剩余电量。

可选的，用b_cm表示从Tn开始的第m个调度运行时刻的电池剩余电量，用b_cm-1表示从Tn开始的第m-1个调度运行时刻的电池剩余电量，则满足以及

步骤S206，根据上述的电量变化矩阵和，可以构建电动公交车的原始电池剩余电量矩阵R_m0，如表达式(5)所示。

可以删除R_m0中多余的行形成电池剩余电量矩阵Rm，可以采用的删除原则为：排列在上的行中包含了排列在下的行中的所有元素，并且对应列的非零元素完全相同，则删除排列在下的行，比如式(5)中，第一行中包含了第七行的所有元素，则删除第七行。

在构建充电机充电状态矩阵Cs时，可以将上式(5)取反，即将上述电动公交车的原始电池剩余电量矩阵R_m0的数据乘以-1，也就是将放电过程的数据全部改成正，将充电过程数据全部改为负，并按照Rm的形成方法，删除对应行，即形成充电机状态矩阵Cs。

根据电动公交车剩余电量矩阵Rm以及充电机充电状态矩阵Cs计算得到每一组初始化充电功率和动力电池容量下的最小车辆配置数量bn和最小充电机配置数量cn，其计算方法如下式(6)所示：

式中，rank()表示求矩阵的秩。

可选的，在计算每一组初始化充电功率和动力电池容量的最小车辆配置数量bn和最小充电机配置数量cn时，可以采用粒子群算法、模拟退火算法、广义逆算法等多种方法。

之后可以计算公交系统中的消耗P_bs，可以通过预构建的消耗模型来进行计算，消耗模型如下式(7)所示：

P_bs＝b_n·p₁+c_n·p_c·p₂+b_n·b_b·p₃ (7)

根据上式(7)，可以计算出每一组初始化充电功率和电池容量的消耗，然后选择消耗最小的初始化充电功率和电池容量，作为最优选充电功率和最优电池容量，消耗最小的初始化充电功率和电池容量对应的最小车辆配置数量和最小充电机配置数量也就是最优车辆配置数量和最优充电机配置数量。

可选的，本发明中电动公交车数量、电池的容量、充电机的功率和充电机的数量可以均为变量，也可以将部分设置为确定值。

可选的，本发明适用于多条电动公交系统线路共用一个充电站时的车辆参数和充电机参数的配置。

实施例2

根据本发明实施例，提供了一种电动公交车参数配置装置的产品实施例，图2是根据本发明实施例的电动公交车参数配置装置，如图2所示，该装置包括获取模块、构建模块、计算模块和选择模块。

其中，获取模块，用于获取多组电动公交车参数，电动公交车参数包括电动公交车的初始化电池容量和充电机的初始化充电功率；构建模块，用于根据电动公交车在各个调度运行时刻的电池剩余电量构建电池剩余电量矩阵，以及根据充电机在各个调度运行时刻的充电状态构建充电机充电状态矩阵；计算模块，用于计算电池剩余电量矩阵的秩，以得到每组电动公交车参数的最小车辆配置数量，以及计算充电机充电状态矩阵的秩，以得到每组电动公交车参数的最小充电机配置数量；选择模块，用于根据预构建的消耗模型，将每组电动公交车参数的最小车辆配置数量和每组电动公交车参数的最小充电机配置数量输入消耗模型，选择消耗模型输出为最小时对应的电动公交车参数，作为最优电动公交车参数。

在本发明实施例中，通过获取多组电动公交车参数，电动公交车参数包括电动公交车的初始化电池容量和充电机的初始化充电功率；根据电动公交车在各个调度运行时刻的电池剩余电量构建电池剩余电量矩阵，以及根据充电机在各个调度运行时刻的充电状态构建充电机充电状态矩阵；计算电池剩余电量矩阵的秩，以得到每组电动公交车参数的最小车辆配置数量，以及计算充电机充电状态矩阵的秩，以得到每组电动公交车参数的最小充电机配置数量；根据预构建的消耗模型，将每组电动公交车参数的最小车辆配置数量和每组电动公交车参数的最小充电机配置数量输入消耗模型，选择消耗模型输出为最小时对应的电动公交车参数，作为最优电动公交车参数，本发明能够解决现有燃油公交车改为电动公交车后，电动公交车车辆参数和充电机参数的最佳配置问题，并且能够给出最佳的运营调度和充电调度方案，进而解决了现有技术中针对电动公交车运营没有考虑到电动公交车电池容量大小和充电机的数量而导致不能得到最佳的动力电池和充电机数量的配置的技术问题。

在一种可选的实施例中，消耗模型为：P_bs＝b_n×p₁+c_n×p_c×p₂+b_n×b_b×p₃；其中，P_bs表示消耗输出，p_c表示充电机的初始化充电功率，b_b表示电动公交车的初始化电池容量，b_n表示电动公交车的初始化电池容量为b_b时的最小车辆配置数量，c_n表示充电机的初始化充电功率为p_c时的最小充电机配置数量，p₁表示电动公交车价格，p₂表示充电机价格，p₃表示电池价格。

在一种可选的实施例中，电池剩余电量矩阵包括电动公交车的电池从初始化电池容量消耗至电池剩余电量小于预设最小剩余电量的电量变化过程，以及从电池剩余电量小于预设最小剩余电量充电至预设最大剩余电量的电量变化过程。

在一种可选的实施例中，电动公交车的电池从初始化电池容量消耗至电池剩余电量小于预设最小剩余电量的电量变化过程，如下式所示：

其中，B_bn表示电动公交车的电池从初始化电池容量消耗至电池剩余电量小于预设最小剩余电量的电量变化矩阵，L表示电动公交车的路线里程，S表示电动公交车行驶一百公里的耗电量，i表示第i+1个调度运行时刻，n表示电动车能够行驶的路线最大循环次数，且满足以及其中，b_bn表示电动车行驶到第n个路线循环时的电池剩余电量，b_bn+1表示电动车行驶到第n+1个路线循环时的电池剩余电量，b_bmin表示预设最小剩余电量。

在一种可选的实施例中，从电池剩余电量小于预设最小剩余电量充电至预设最大剩余电量的电量变化过程如下式所示：

其中，B_bc表示电动公交车的电池从电池剩余电量小于预设最小剩余电量充电至预设最大剩余电量的电量变化矩阵，△T_n+j表示从Tn开始到Tn+j的时间间隔，Tn表示电动车行驶到第n个路线循环的时刻，j表示从Tn开始的第j个调度运行时刻，j＝1，2，…，m；m表示从Tn开始的第m个调度运行时刻，且在第m个调度运行时刻，动力电动车的电池电量达到预设最大剩余电量。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。