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专利号: 2013103096552
申请人: 浙江工业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2023-08-24
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.电动汽车动力电池集群可用容量的预测方法,其具体过程包括如下步骤:

1)定义EV动力电池的“V2G可用容量”概念:是指EV动力电池参与V2G服务时,可向电网提供的允许充、放电容量;该概念用以表征EV动力电池作为储能元件进行电网动态功率平衡能力,因此,又可分为“V2G放电可用容量”和“V2G充电可用容量”两个指标;

2)推导EV动力电池集群单位时段的电池容量变化量;根据电池充放电相关理论和文献,采用式(1)表征考虑电池自放电和充放电过程,得到前后两时间段SOC的关系:SOC(t+Δt)=SOC(t)(1-σ(t)Δt)+Ibat(t)·Δt·η(t)/Cbat (1)式中:Ibat(t)表示t时刻充放电电流,大于零表示充电,小于零则为放电;σ为自放电率,每小时自放电率取0.01%;Δt表示前后两时间间隔;Cbat为蓄电池的总容量,Ah;η(t)为充放电效率;

3)为了简化容量预测模型,将行驶中的EV汽车视为额定功率输出,那么在EV电池有效充放电范围[SOCmin,SOCmax]内,可简化视作恒电流充、放电;选择最小的计时单位为Δt,由式(1)可得式(2):SOC[(n+1)Δt]=SOC(nΔt)(1-σΔt)+IbatΔtη(nΔt)/Cbat n=1,2,… (2)式(2)等式两边同左乘Cbat,可得式(3)所示电池剩余容量表示式:C[(n+1)Δt]=CbatSOC[(n+1)Δt]=C(nΔt)(1-σΔt)+IbatΔtη(nΔt) (3)当Δt足够小时,σΔt与1相比,σΔt忽略不计,即1-σΔt=1;当视作对电池进行恒流充、放电时,每经过一个Δt,前后两时间段电池剩余容量的变化量为IbatΔtη(nΔt)为定值;假设nΔt时刻集群中处于充、放电状态的电池数量为N(nΔt),则(n+1)Δt时刻该集群电池容量的变化量如式(4)所示:

4)确定EV动力电池集群参与V2G服务的管理模式,统计其配置参数、工作特性关键因素;将其一天工作时间分为4段:时段ΔT1:早上上班开车时段,离家至到达公司,电池处于放电状态;

时段ΔT2:早上到达公司至下午离开公司时段,停放公司车库,可参与V2G服务,接受V2G服务中心的充、放电调度,保证ΔT3时段正常行车需求容量;

时段ΔT3:下午下班开车时段,离开公司至到家,电池处于放电状态;

时段ΔT4:下午到家至早上离开时段,停放住家小区车库,电池可参与V2G服务,接受V2G服务中心的充、放电调度,保证下一个ΔT1时段初始时刻电池最大容量;

5)分析EV电池集群概率可用容量的关键影响因素,包括集群中参与V2G服务的汽车数量、集群汽车早上离家时间分布、路上所花时间分布、下午离开公司时间分布、晚上开始充电时间分布;

6)参考有关调研、统计的数据和规律,对步骤5)中EV电池集群可用容量预测的各关键影响因素做出合理设置,运用概率分析法的相关理论,如蒙特卡洛法,构建各影响因素的概率分布模型;

7)确定步骤5)中各影响因素间的关联,基于步骤6)所构建各概率分布模型,运用概率分析法的相关理论如概率累积分布函数、期望值理论,和分析工具如crystal ball软件,求取行车时段电池集群的容量变化量概率分布特性;

以早上ΔT1时段为例,基于步骤6)中确定集群汽车离家时间的概率分布以及中途耗时的概率分布,通过crystal ball软件求得集群汽车到达公司时间的概率分布,从而得到集群汽车离家时间概率分布函数F1(nΔt)和到达公司时间的概率累积分布函数F2(nΔt);

因此,nΔt时刻处于行车状态的EV数量可概率表示为:

N(nΔt)=Nl(nΔt)-Na(nΔt)=NsF1(nΔt)-NsF2(nΔt) (5)式中:Nl(nΔt)和Na(nΔt)分别为nΔt时刻已经离家的车数量和已经到达公司的车数量;Ns为集群汽车的数量总和;

将式(5)代入式(4),可求得早上ΔT1时段(n+1)Δt时刻集群容量的变化量为:同理,下午ΔT3时段(n+1)Δt时刻集群容量的变化量为:

式中:F3(nΔt)为nΔt时刻集群汽车离开公司时间的概率分布函数;F4(nΔt)为nΔt时刻集群汽车到家时间的概率累积函数;

8)对应步骤4)中定义的4个时段,仅时段ΔT2和时段ΔT4可参与V2G服务,接受V2G服务中心的充、放电调度,可确定集群电池的剩余容量;

a.时段ΔT2内,nΔt时刻的集群电池剩余容量为:

其中,N1为时段ΔT1内单位时间Δt的总个数;ΔCs2[i2Δt]为ΔT2时段内i2Δt时刻集群容量受调度控制的变化量;

b.时段ΔT4内,nΔt时刻的集群电池剩余容量为:

其中,N2、N3分别为时段ΔT2、ΔT3内单位时间Δt的总个数;该ΔCs4[i4Δt]为ΔT4时段内i4Δt时刻集群容量受调度控制的变化量;

9)由步骤8)所得剩余容量及步骤1)中关于“V2G可用容量”概念的定义,可确定ΔT2时段和ΔT4时段内集群电池的V2G可用容量实时概率预测值;

a.时段ΔT2内,V2G放电可用容量和V2G充电可用容量分别表征为:Ca2_d[nΔt]=Cr2[nΔt]-NsCbatSOC min (10)Ca2_c[nΔt]=NsCbatSOC max-Cr2[nΔt] (11)b.时段ΔT4内,V2G放电可用容量和V2G充电可用容量分别表征为:Ca4_d[nΔt]=Cr4[nΔt]-NsCbatSOC min (12)Ca4_c[nΔt]=NsCbatSOC max-Cr4[nΔt] (13)。