張連軍

奇瑞汽車股份有限公司鄂爾多斯分公司 內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市 017000

1 引言

在新能源汽車行業(yè)不斷發(fā)展背景下，我國充電站的數(shù)量也在持續(xù)增加，如何讓電動(dòng)汽車車主能夠更加方便、更加便捷的找到近處充電站是需要重點(diǎn)面臨的問題，從當(dāng)今充電導(dǎo)航系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀分析，其主要包括美國定位導(dǎo)航系統(tǒng)、歐洲伽利略導(dǎo)航系統(tǒng)、中國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)等，當(dāng)今市面上的定位導(dǎo)航系統(tǒng)都是基于這些技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)和整合的，例如GPSONE的露天礦車輛監(jiān)控定位系統(tǒng)和車載衛(wèi)星定位系統(tǒng)等。但是這些電動(dòng)汽車充電導(dǎo)航都存在一個(gè)弊端，因此本文提出一種基于GPS電動(dòng)汽車充智能充電導(dǎo)航系統(tǒng)，通過GPRS模塊接收到充電位置，并顯示在電子地圖中，規(guī)劃行車路徑，從而保障智能充電導(dǎo)航的實(shí)時(shí)性。

2 基于GPS智能充電導(dǎo)航系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)的硬件部分主要包括中央處理器、GPS模塊、GPRS模塊、顯示模塊、存儲(chǔ)模塊等結(jié)構(gòu)構(gòu)成。其中，GPRS模塊主要是負(fù)責(zé)接收充電站的位置信息，這樣即可實(shí)現(xiàn)充電站和電動(dòng)汽車自檢的位置信息交換。GPS板塊主要是用作于實(shí)時(shí)定位電動(dòng)汽車坐標(biāo)位置，中央處理器對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)信息內(nèi)容進(jìn)行規(guī)劃和導(dǎo)航，并在相關(guān)信息在顯示模塊上的電子地圖當(dāng)中，從而明確充電站的具體位置，通過語音導(dǎo)航的形式幫助車主駕駛。存儲(chǔ)板塊主要是存儲(chǔ)電子地圖信息的功能。

3 智能充電導(dǎo)航系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

3.1 合理選擇中央處理器

為了能夠提高整個(gè)智能充電系統(tǒng)的處理效率和實(shí)時(shí)性，需要具備高速數(shù)字信號(hào)處理能力，并且能夠及時(shí)對(duì)GPRS所傳遞的信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，這樣才能夠快速進(jìn)行充電站定位、路徑規(guī)劃以及導(dǎo)航功能。基于此，筆者建議采用主流嵌入式ARM9處理器。之所以選擇該芯片，主要是因?yàn)樵撔酒趯?shí)際應(yīng)用中更加廣泛，調(diào)教性能更好、低功耗，性價(jià)比非常高，具有全性能的MMU，支持多種車載系統(tǒng)，包括Windows CE，Linux，PalmOS等，一般主流的嵌入式操作系統(tǒng)都支持。同時(shí)也支持?jǐn)?shù)據(jù)Cache和指令Cache，在指令發(fā)送和數(shù)據(jù)處理上有著較強(qiáng)的能力。

3.2 GPRS模塊

GPRS模塊需要選擇信息接收、傳輸性能強(qiáng)的硬件，需要改模塊具備車載監(jiān)控、車載導(dǎo)航、手持定位設(shè)備等，這樣才能夠保障設(shè)備應(yīng)用的廣泛性。在實(shí)際應(yīng)用過程中，RM9芯片與GPS通過TXD1和RXD1來傳輸充電站的定位信息和控制信息，并設(shè)置外接天線ANT，從而實(shí)現(xiàn)信息捕獲、傳遞功能。在GPRS無線系統(tǒng)設(shè)置當(dāng)中，可以選擇PTM100模塊，該模塊的體積小、容易集成、性較比高，并且具備三頻的通信功能，包括：GSM900/1800/1900MHZ，實(shí)用性非常廣，其電源電壓為3.3-5.5V，并且可以外接SIM卡槽，可以插入電話卡。在實(shí)際應(yīng)用過程中，EMERGOFF輸入腳能夠?yàn)镻TM100提供一個(gè)周期信號(hào)，周期長(zhǎng)度通常在的3.2秒以內(nèi)；IGT輸入腳能夠?yàn)镻TM100提供啟動(dòng)信號(hào)。

3.3 存儲(chǔ)電路設(shè)計(jì)

存儲(chǔ)電路主要是對(duì)電子地圖和電動(dòng)汽車信息進(jìn)行存儲(chǔ)，包括城市道路骨架、電動(dòng)汽車匹配路段、車牌號(hào)、車型等內(nèi)容。該模塊的電路為3.3V穩(wěn)壓電源供電，當(dāng)由存儲(chǔ)信息傳輸過程中，需要通過LED指示燈亮暗觀察，并且電路右側(cè)是FLASH卡槽，用于放置FLASH卡。

3.4 顯示器電路設(shè)計(jì)

顯示器筆者不建議采用LCD屏幕，這是由于液晶屏的可視角度差，也就是在一定角度下，液晶屏的顯示亮度會(huì)變暗，因此筆者推薦采用LED彩屏，這樣就會(huì)存在可視角度問題。顯示器能夠顯示GPS定位所需電子地圖，并且能夠?qū)⑺阉鞯降某潆娬拘畔⒊尸F(xiàn)在顯示屏當(dāng)中，從而實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航功能。

4 智能充電導(dǎo)航系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

4.1 制作電子地圖

電子地圖設(shè)計(jì)需要保障其全面性和實(shí)時(shí)性，提高軟件系統(tǒng)優(yōu)化工作，從而提高系統(tǒng)應(yīng)用效率。通過掃描所在城市的紙質(zhì)地圖，從而獲得初始的地圖文件。通過Map Info軟件對(duì)所獲得的初始地圖文件進(jìn)行校對(duì)、匹配、編輯。根據(jù)地物類別來劃分圖層，每個(gè)圖層都是由4個(gè)文件組成，包括Tab文件、ID文件、Dat文件、Map文件。之后選擇背景、道路、水系、建筑、標(biāo)注、行政規(guī)劃等圖層Tab文件，通過組件Map X中Geoset Manager程序?qū)⒌貓D生成文件轉(zhuǎn)化成gst文件。對(duì)各個(gè)圖層的次序、縮放級(jí)別屬性進(jìn)行設(shè)置。將數(shù)據(jù)文件加入到導(dǎo)航系統(tǒng)當(dāng)中，之后即可顯示在顯示屏上。

4.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

如果整個(gè)智能充電導(dǎo)航系統(tǒng)準(zhǔn)備完畢，即可進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接，通過GPS模塊實(shí)時(shí)定位城市數(shù)據(jù)和電動(dòng)汽車數(shù)據(jù)，并在電子地圖當(dāng)中進(jìn)行智能判斷，從中決策出更近、更佳的路段，并在此路段顯示出電動(dòng)汽車所在位置，并經(jīng)過路徑規(guī)劃快速到達(dá)到充電站。同時(shí)，本文提出的GPS智能充電導(dǎo)航是一種雙向信息傳遞的模式，也就是電動(dòng)汽車會(huì)將位置信息發(fā)送到充電站，充電站會(huì)把站內(nèi)信息傳輸?shù)诫妱?dòng)汽車中，也就是車主可以看到就近充電站是否有閑余的充電孔，從而合理選擇是否選擇就近路線，這樣即可避免出現(xiàn)充電等待的情況，快速尋找具有充電口位的充電站。

5 算例仿真

5.1 仿真條件設(shè)定

為了能夠檢驗(yàn)所提出的GPS智能充電導(dǎo)航的電網(wǎng)安全性，本文主要采用了 PSS/E 仿真軟件對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行仿真計(jì)算。根據(jù)整個(gè)系統(tǒng)的參數(shù)和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，計(jì)算不同情況下電網(wǎng)負(fù)荷和節(jié)點(diǎn)電壓變化。我們所應(yīng)用電動(dòng)汽車母線總有功負(fù)荷為3715.0kW，總無功負(fù)荷為2300.0kvar，設(shè)置其與當(dāng)?shù)刎?fù)荷曲線的日負(fù)荷最高峰。通過分析配電網(wǎng)在高峰符合，每戶居民平均的電功率為4kW，假設(shè)配網(wǎng)中的居民戶數(shù)為929戶，如果在每臺(tái)電動(dòng)汽車每天需要充一次電，以每戶擁有一輛電動(dòng)汽車來算，并分析電動(dòng)汽車滲透率在25%、50%、75%、100%的情形。評(píng)判流程如下：

第一，在初始狀態(tài)下，一輛電動(dòng)汽車根據(jù)智能充電導(dǎo)航定位標(biāo)準(zhǔn)，至少可以達(dá)到一個(gè)充電站，并且能夠在到達(dá)之后的立刻充電。

第二，電動(dòng)汽車快速充電功率設(shè)定為電動(dòng)汽車的最大功率，PC=90kW。

第三，居民日負(fù)荷曲線采用用電最高值，我們所提出的數(shù)據(jù)為上午11點(diǎn)、下午18點(diǎn)到達(dá)用電高峰期。

第四，由于在實(shí)際應(yīng)用過程中，存在著電動(dòng)汽車地理位置不確定，為了保障仿真結(jié)果更加合理，本文采用了蒙特卡洛發(fā)年模擬了公路結(jié)構(gòu)和電動(dòng)汽車行車條件，并設(shè)置為15min隨機(jī)變化一次路況，每臺(tái)電動(dòng)汽車出示位置都要隨機(jī)排列，但是充電站的位置是固定，在該模型中進(jìn)行一萬次重復(fù)模擬并得出不同情形下電動(dòng)汽車充電負(fù)荷時(shí)間與節(jié)點(diǎn)分布。

根據(jù)模擬實(shí)驗(yàn)表明，由于本文提出的電動(dòng)汽車智能充電導(dǎo)航能夠顯示出每個(gè)充電站的充電車輛數(shù)量，因此車主可以選擇較近且充電車輛較少的充電站，能夠滿足每個(gè)電動(dòng)汽車到站即充的情況，但是也偶爾存在等一輛車的情況（就近原則情況下），主要在高峰期，可以接受。

5.2 負(fù)荷需求

在負(fù)荷需求評(píng)判過程中，但是在模型試驗(yàn)當(dāng)中，電動(dòng)汽車快充充電高峰和居民用電高峰相重疊，這會(huì)大大提高電網(wǎng)的負(fù)載壓力，導(dǎo)致電網(wǎng)存在嚴(yán)重的安全隱患。在電動(dòng)汽車滲透率達(dá)到25%時(shí)，負(fù)荷需求峰值會(huì)由3715kW提升到了4653kW，滲透率也增加到了25.2%；在滲透率到達(dá)50%時(shí)，負(fù)荷需求峰值提升到了5770kW，滲透率增加到了55.3%，滲透率越高需求峰值和滲透率多會(huì)有所增加。這就需要加強(qiáng)電壓分布。為了能夠展示不同策略下電動(dòng)汽車快充對(duì)配網(wǎng)電壓全面影響。通過調(diào)查顯示，在電動(dòng)汽車在無順序充電過程中，電動(dòng)汽車充電會(huì)造成額外負(fù)荷需求會(huì)導(dǎo)致配網(wǎng)電壓在日符合晚高峰時(shí)出現(xiàn)較大的電壓降，特別是在配網(wǎng)微端節(jié)點(diǎn)來說，影響較大。這就需要根據(jù)日常充電站電能損耗，合理增加電網(wǎng)荷載，并加大居民高峰期合理用電宣傳。從而提高保障用電的合理性。

6 結(jié)語

綜上所述，隨著我國新能源汽車行業(yè)不斷發(fā)展，電動(dòng)汽車已經(jīng)成為了當(dāng)今新能源汽車行業(yè)發(fā)展主流，并且充電站數(shù)量也有所增加。針對(duì)電動(dòng)汽車充電導(dǎo)航系統(tǒng)問題來說，本文重點(diǎn)提出了一種基于GPS系統(tǒng)的職能充電導(dǎo)航設(shè)計(jì)方案，通過雙向的信息傳遞，保障職能充電導(dǎo)航的適應(yīng)性，讓車主能夠盡快找到合理的充電站，從而推動(dòng)我國新能源汽車行業(yè)發(fā)展。