聞韜
【摘 ?要】科技在不斷的發(fā)展,社會在不斷的進(jìn)步,電動汽車充電導(dǎo)航便于用戶合理選擇充電站,降低用戶自身的時間成本和經(jīng)濟(jì)成本,緩解配電網(wǎng)端的負(fù)荷壓力。本文在電網(wǎng)分時電價的基礎(chǔ)上,考慮電動汽車充電路徑的選擇和車主的駕駛行為密切相關(guān),通過對電動汽車的負(fù)荷設(shè)備分類建模,根據(jù)不同設(shè)備類型的重要程度及用戶的電動汽車實際工況和地形因素,利用遺傳算法分析最佳出行路徑,提出了以時間成本與經(jīng)濟(jì)成本之和最優(yōu)為目標(biāo),引導(dǎo)用戶駕駛行為的充電導(dǎo)航策略。最后,在20km*10km含三個充電站的區(qū)域內(nèi),通過三種不同充電導(dǎo)航策略仿真結(jié)果對比,驗證了所提導(dǎo)航策略的可行性和有效性。
【關(guān)鍵詞】充電導(dǎo)航;時間成本;經(jīng)濟(jì)成本;分時電價;駕駛行為
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(jī)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。后臺通過內(nèi)置在汽車中已經(jīng)連接CANBUS總線的車載數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集相關(guān)數(shù)據(jù),并發(fā)回給服務(wù)器端,服務(wù)器端就可從遠(yuǎn)端實時監(jiān)控汽車的電力狀態(tài)。后臺還可通過基于Hadoop的智能云服務(wù)器對用戶充電狀態(tài)進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析,然后給出用戶合理的行駛建議,并為電動汽車大規(guī)模推廣奠定智能服務(wù)的基礎(chǔ)。
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(hù)、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(jī)等組成,無論是硬件還是軟件,均具有較高的可擴(kuò)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(jī)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(jì)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(jì)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(jì)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(jìn)行分析處理。監(jiān)控平臺通過上位機(jī)軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行解包、顯示、監(jiān)控、儲存、分析、挖掘,后臺運營者監(jiān)控每臺汽車的電量信息、位置信息,也為下一步進(jìn)行合理規(guī)劃充電樁和指導(dǎo)電動汽車生產(chǎn)廠家進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)提供支持。
2.3電動汽車行程經(jīng)濟(jì)成本
以往的電動汽車行程經(jīng)濟(jì)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(jì)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(jī),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(hù)單元主要包括漏電保護(hù)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(jìn)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(jìn)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(hù)。手機(jī)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(jìn)行處理,最后在手機(jī)軟件內(nèi)進(jìn)行地圖、路線規(guī)劃、POI檢索、軌跡追蹤等功能展示。采用高德地圖API的優(yōu)勢:高德地圖能夠比較輕松的實現(xiàn)智能搜索,導(dǎo)航準(zhǔn)確,并且不僅能檢索高德母庫數(shù)據(jù),還能檢索自有位置數(shù)據(jù),由于充電樁數(shù)據(jù)不一定已經(jīng)收錄在高德地圖中,因此可以充分利用高德云圖,將充電樁數(shù)據(jù)放置在高德云圖中,輕松托管海量位置數(shù)據(jù)。通過高德地圖SDK、定位SDK、街景SDK、云圖SDK,幫助車主輕松定位導(dǎo)航到合適的充電樁。手機(jī)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(jìn)行信息交換。
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(jìn)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(jìn)一步研究的主要內(nèi)容。
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(作者單位:國網(wǎng)鎮(zhèn)江供電公司)