基于预约的换电系统设计和调度研究

摘要

电动汽车作为一种新兴的交通工具，能有效的解决能源短缺和环境污染问题，正受到全世界各国的高度重视。如何保持电动汽车持续稳定供电已经成为研究的重点。目前，研究人员主要将目光集中于电池更换为电动汽车提供能源，其研究主要集中于换电站的选址定容和相关政策、标准的制定。然而在实际的换电情境中，一方面由于车主难以确定换电站具有的备用电池数量以及正在排队换电的其他车辆数目，会发生前往换电而无电可换的情况，增加车主的时间成本和能耗;另一方面，车主在换电时在价格、时间和距离等方面有具体需求，但换电站未必能在各方面都使其满意。本文的研究目标为解决以上两个问题，即在提高车主换电成功率的同时满足车主的具体需求。本文的研究主要包含以下几个部分:
　　1.提出了基于预约的分区管理式就近换电机制。为解决车主在未知换电站备用电池数量和型号、且电动汽车电池剩余能量有限的情况下换电成功率低的问题，以预约系统作为第三方代理，提出分区管理式就近指派算法，为车主指派具有备用电池、在剩余电量行驶范围内、距离车主最近的换电站。预约系统将在指派的换电站内为车主预留备用电池，同时为车主提供前往换电站的最短路径导航。对比常见的无预约、无导航机制，以杭州城区作为仿真场景，验证了该指派机制可以有效的提高换电成功率。
　　2.提出了基于预约的批量调度式满意度最大化换电机制，解决了在车主具有不同换电需求的情况下，如何同时提高车主换电成功率和满意度的问题。基于对道路网络、换电站属性、电动车以及车主满意度的数学建模，构造了以车主总体满意度最大化为目标的优化问题。此外，还进一步考虑了车主临时取消换电的场景，建立了基于原机制的动态扩展模型。这两个模型都是混合整数线性规划模型。同样以杭州城区作为仿真场景，对比最近距离和最短时间两种调度机制，验证了批量调度式满意度最大化预约换电机制可以同时提高换电成功率和满意度。
　　3.设计了基于预约的车主满意度最大化换电系统。为满足车主在实际换电过程的不同需求，设计了综合考虑实时路况信息、换电站电池信息、车主实际需求的预约换电系统。系统的目标是为车主指派满足其需求的换电站，同时为车主提供路径导航。通过对车主需求的分析，详细设计了系统的各个功能模块、换电场景、换电流程和系统人机交互界面。

目录

声明

致谢

摘要

图目录

表目录

1 绪论

1．1 课题的研究背景和意义

1．2 国内外的研究现状

1．2．1 换电模式

1．2．2 换电网络及其规划

1．2．3 充换电定价研究

1．2．4 充换电计费模式

1．2．5 电价研究

1．2．6 电池研究

1．3 本文的研究内容及章节安排

2 基于预约的分区管理式就近换电机制

2．1 引言

2．2 系统模型

2．2．1 道路拓扑

2．2．2 换电站

2．2．3 电动车

2．3 调度方案

2．4 仿真结果与讨论

2．4．1 参数设置

2．4．2 对比机制

2．4．3 仿真性能对比

2．5 本章小结

3 基于预约的批量调度式满意度最大化换电机制

3．1 引言

3．2 车主换电需求

3．3 系统模型

3．3．1 道路拓扑

3．3．2 换电站

3．3．3 电动车

3．4 调度方案

3．5 满意度最大化问题及求解

3．5．1 满意度

3．5．2 满意度最大化问题

3．5．3 调度方案的复杂度

3．6 动态扩展

3．7 仿真性能

3．7．1 参数设置

3．7．2 对比机制

3．7．3 性能比较与讨论

3．7．4 换电站预留电池时间的影响讨论

3．8 案例分析

3．9 本章小结

4 基于预约的车主满意度最大化换电系统设计

4．1 引言

4．2 系统需求分析

4．3 系统功能和模块设计

4．3．1 系统功能

4．3．2 系统模块

4．3．3 系统技术可行性

4．4 系统场景设计

4．4．1 系统状态描述

4．4．2 系统场景

4．5 系统流程设计

4．6 系统人机交互界面设计

4．7 本章小结

5 总结与展望

5．1 工作总结

5．2 研究展望

参考文献

附录

作者在硕士期间发表的学术论文及参与科研项目