聞韜

國網(wǎng)鎮(zhèn)江供電公司 江蘇 鎮(zhèn)江 212000

引言

目前，隨著城市的發(fā)展，傳統(tǒng)能源不斷枯竭，汽車尾氣產(chǎn)生的環(huán)境污染越來越嚴(yán)重，有必要發(fā)展節(jié)能環(huán)保的新能源汽車來逐步取代使用汽油作為燃料的傳統(tǒng)汽車。而電動汽車使用可再生的電能，并且環(huán)保高效，值得推廣。從用戶方來說，用戶希望實時了解充電樁的位置信息、電價信息、導(dǎo)航信息，后臺管理者也需要了解各用戶和充電樁的信息，并根據(jù)大數(shù)據(jù)分析結(jié)果制定電價策略，引導(dǎo)用戶有序充電。如何解決這一問題已經(jīng)成為了目前的重要研究課題。因此在本項目中，設(shè)計了基于互聯(lián)網(wǎng)+智能充電引導(dǎo)系統(tǒng)，用戶可以通過手機實現(xiàn)充電裝置狀態(tài)查詢、定位導(dǎo)航、充電預(yù)約及智能充電與充電裝置鎖定等功能。

1 智能充電管理系統(tǒng)組成

本次構(gòu)成主要包括移動客戶端APP、云服務(wù)器以及智能充電樁，其中，移動客戶端APP是重要的用戶參與用電管理的接口，通過APP軟件，查詢充電樁狀態(tài)和位置，并予以充電預(yù)約和定位導(dǎo)航；云服務(wù)器用于電動汽車對數(shù)據(jù)的挖掘、維護、加工、存貯、搜集以及發(fā)布等等，主要由平臺軟件、外圍設(shè)備、存儲設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備以及計算機等組成，無論是硬件還是軟件，均具有較高的可擴展性與可靠性。在智能充電樁中，內(nèi)置Wi-Fi通信模塊，并通過光纖網(wǎng)、2G、3G、4G網(wǎng)傳送信息于云服務(wù)器，用戶可利用平板電腦、智能手機等終端設(shè)備，利用碼分多址和無線分組業(yè)務(wù)，實現(xiàn)云服務(wù)器的通信。

2 引導(dǎo)電動汽車用戶駕駛行為的充電導(dǎo)航策略

2.1 充電導(dǎo)航路徑規(guī)劃

電動汽車的充電導(dǎo)航路徑規(guī)劃主要從用戶的角度出發(fā)，假設(shè)用戶從出發(fā)點S到達(dá)目的地O，其考慮的充電方案主要有兩種。首先，為了盡快抵達(dá)目的地而選擇總的行程時間最短的充電方案。其次，不在乎行程時間的長短，只關(guān)心本次出行總的行程經(jīng)濟成本的充電方案。因此將目標(biāo)函數(shù)定義為：min{α·T+β·Cactual}其中，α、β僅取0值或1值。α=0，β=1表示總的行程經(jīng)濟成本最低的充電導(dǎo)航方案；α=1，β=0表示總的行程時間最短的充電導(dǎo)航方案。T為電動汽車總的行程時間，Cactual為電動汽車行程經(jīng)濟成本。

2.2 車載智能數(shù)據(jù)系統(tǒng)設(shè)計

車載智能系統(tǒng)主要獲取用戶的車輛定位信息，這時需要GPS模塊獲得車輛定位信息，還包括速度、方向、經(jīng)緯度等信息，然后通過異步串行通信方式傳給主控制模塊。車輛的電池管理系統(tǒng)通過汽車的CANBUS總線把電池信息傳送給主控制模塊。同時，這些信息通過Modbus協(xié)議封裝在主控制器存儲器中（SD卡）。當(dāng)主控制器收到服務(wù)器獲取車輛信息的指令時，主控制器將已經(jīng)封裝成Modbus報文的GPS信息和電池信息通過4G移動網(wǎng)絡(luò)傳送給數(shù)據(jù)分析中心，也就是新能源汽車的監(jiān)控平臺進行分析處理。

2.3 電動汽車行程經(jīng)濟成本

以往的電動汽車行程經(jīng)濟成本通常定義為行程花費或僅僅為充電費用的形式?？紤]到在忽略電價變化影響的情況下，電動汽車與充電站距離越短就意味著需充電電量越少，行程花費越低，但是該情形下在抵達(dá)目的地時最終剩余電量也更少，并不能很好的反映電動汽車用戶對總的行程經(jīng)濟成本最低的要求。

2.4 智能充電樁

（1）MCU單元作為控制核心的MCU，本系統(tǒng)主要選擇高性價比、低能耗的CORTEX-MO芯片，利用串行、串口外圍設(shè)備接口總線以及Wi-Fi通信模塊，以I2C總線實現(xiàn)Flash儲存單元通信，以485總線實現(xiàn)數(shù)據(jù)電表通信，利用接觸器連接驅(qū)動電機，控制充電電能的通斷。（2）電源轉(zhuǎn)換模塊該模塊可以將交流電轉(zhuǎn)化為直流電，并設(shè)置不同需求的電壓等級，為其他電路提供電源供能。（3）Wi-Fi通信模塊運用Wi-Fi通信模塊實現(xiàn)充電裝置電能、功率、電流、遠(yuǎn)程控制信息等數(shù)據(jù)上報。（4）保護單元主要包括漏電保護器、防雷器，避免電壓侵入導(dǎo)致設(shè)備破壞，還避免因漏電故障導(dǎo)致的人身觸電。

2.5 車主方充電管理導(dǎo)航系統(tǒng)APP設(shè)計

該系統(tǒng)采用三層架構(gòu)進行設(shè)計，分為視圖層、業(yè)務(wù)邏輯層和業(yè)務(wù)實體層。①視圖層，與用戶交互的界面，響應(yīng)用戶的請求，調(diào)用業(yè)務(wù)邏輯層的接口進行邏輯處理，根據(jù)結(jié)果以不同的形式展現(xiàn)給用戶。視圖層包含查詢界面、控制界面、狀態(tài)顯示、支付結(jié)算、地圖顯示。②業(yè)務(wù)邏輯層，業(yè)務(wù)邏輯層主要完成對視圖層所有功能的業(yè)務(wù)邏輯支撐，主要包括狀態(tài)顯示功能、查詢功能、控制功能、支付功能、地圖功能。③業(yè)務(wù)實體層，包含了各個業(yè)務(wù)實體，對網(wǎng)關(guān)服務(wù)器的數(shù)據(jù)請求、數(shù)據(jù)解析；對平臺服務(wù)器的數(shù)據(jù)請求、數(shù)據(jù)解析；數(shù)據(jù)庫維護。手機的導(dǎo)航部分采用高德地圖API作為平臺的地理信息系統(tǒng)的處理支撐平臺，基本原理是通過在智能硬件設(shè)備上獲取定位數(shù)據(jù)，傳給服務(wù)端進行處理，最后在手機軟件內(nèi)進行地圖、路線規(guī)劃、POI檢索、軌跡追蹤等功能展示。手機客戶端軟件依據(jù)用戶需求，選用業(yè)務(wù)邏輯層相應(yīng)的模塊，業(yè)務(wù)邏輯層負(fù)責(zé)業(yè)務(wù)流程的組織，并調(diào)用業(yè)務(wù)實體層的模塊，通過網(wǎng)關(guān)服務(wù)器接口（或平臺服務(wù)器接口）同網(wǎng)關(guān)服務(wù)器（或平臺服務(wù)器）進行信息交換。

3 結(jié)語

（1）考慮用戶實際行駛工況和地形因素的導(dǎo)航策略更加合理。（2）根據(jù)用戶實際行駛工況進行的駕駛行為引導(dǎo)能有效避免車輛因電量不足而導(dǎo)致的中途拋錨的意外情況發(fā)生，同時能夠規(guī)劃出對用戶更加有利的充電路徑。（3）相對于以往的充電導(dǎo)航策略，本文不僅考慮了充電時間和充電花費，同時考慮了電動汽車最終抵達(dá)目的地時剩余電量對用戶成本的影響，使得路徑選擇更符合車主利益。然而，本方法并未考慮到實際的交通擁堵、天氣變化等因素給電動汽車車主出行路徑帶來的影響。在未來的工作中，全面的考慮電動汽車車主實際出行環(huán)境，同時提供基于位置服務(wù)的交通導(dǎo)航和充電導(dǎo)航以滿足不同車主的需求將是進一步研究的主要內(nèi)容。