探究電動汽車智能充電導航

張連軍

奇瑞汽車股份有限公司鄂爾多斯分公司 內蒙古自治區鄂爾多斯市 017000

1 引言

在新能源汽車行業不斷發展背景下，我國充電站的數量也在持續增加，如何讓電動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面臨的問題，從當今充電導航系統發展現狀分析，其主要包括美國定位導航系統、歐洲伽利略導航系統、中國北斗衛星導航系統等，當今市面上的定位導航系統都是基于這些技術進行改進和整合的，例如GPSONE的露天礦車輛監控定位系統和車載衛星定位系統等。但是這些電動汽車充電導航都存在一個弊端，因此本文提出一種基于GPS電動汽車充智能充電導航系統，通過GPRS模塊接收到充電位置，并顯示在電子地圖中，規劃行車路徑，從而保障智能充電導航的實時性。

2 基于GPS智能充電導航系統框架設計

該系統的硬件部分主要包括中央處理器、GPS模塊、GPRS模塊、顯示模塊、存儲模塊等結構構成。其中，GPRS模塊主要是負責接收充電站的位置信息，這樣即可實現充電站和電動汽車自檢的位置信息交換。GPS板塊主要是用作于實時定位電動汽車坐標位置，中央處理器對相關數據信息內容進行規劃和導航，并在相關信息在顯示模塊上的電子地圖當中，從而明確充電站的具體位置，通過語音導航的形式幫助車主駕駛。存儲板塊主要是存儲電子地圖信息的功能。

3 智能充電導航系統的硬件設計

3.1 合理選擇中央處理器

為了能夠提高整個智能充電系統的處理效率和實時性，需要具備高速數字信號處理能力，并且能夠及時對GPRS所傳遞的信號進行數據處理，這樣才能夠快速進行充電站定位、路徑規劃以及導航功能。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，主要是因為該芯片在實際應用中更加廣泛，調教性能更好、低功耗，性價比非常高，具有全性能的MMU，支持多種車載系統，包括Windows CE，Linux，PalmOS等，一般主流的嵌入式操作系統都支持。同時也支持數據Cache和指令Cache，在指令發送和數據處理上有著較強的能力。

3.2 GPRS模塊

GPRS模塊需要選擇信息接收、傳輸性能強的硬件，需要改模塊具備車載監控、車載導航、手持定位設備等，這樣才能夠保障設備應用的廣泛性。在實際應用過程中，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，并設置外接天線ANT，從而實現信息捕獲、傳遞功能。在GPRS無線系統設置當中，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。在實際應用過程中，EMERGOFF輸入腳能夠為PTM100提供一個周期信號，周期長度通常在的3.2秒以內；IGT輸入腳能夠為PTM100提供啟動信號。

3.3 存儲電路設計

存儲電路主要是對電子地圖和電動汽車信息進行存儲，包括城市道路骨架、電動汽車匹配路段、車牌號、車型等內容。該模塊的電路為3.3V穩壓電源供電，當由存儲信息傳輸過程中，需要通過LED指示燈亮暗觀察，并且電路右側是FLASH卡槽，用于放置FLASH卡。

3.4 顯示器電路設計

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變暗，因此筆者推薦采用LED彩屏，這樣就會存在可視角度問題。顯示器能夠顯示GPS定位所需電子地圖，并且能夠將搜索到的充電站信息呈現在顯示屏當中，從而實現導航功能。

4 智能充電導航系統軟件設計

4.1 制作電子地圖

電子地圖設計需要保障其全面性和實時性，提高軟件系統優化工作，從而提高系統應用效率。通過掃描所在城市的紙質地圖，從而獲得初始的地圖文件。通過Map Info軟件對所獲得的初始地圖文件進行校對、匹配、編輯。根據地物類別來劃分圖層，每個圖層都是由4個文件組成，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、標注、行政規劃等圖層Tab文件，通過組件Map X中Geoset Manager程序將地圖生成文件轉化成gst文件。對各個圖層的次序、縮放級別屬性進行設置。將數據文件加入到導航系統當中，之后即可顯示在顯示屏上。

4.2 系統軟件設計

如果整個智能充電導航系統準備完畢，即可進行網絡連接，通過GPS模塊實時定位城市數據和電動汽車數據，并在電子地圖當中進行智能判斷，從中決策出更近、更佳的路段，并在此路段顯示出電動汽車所在位置，并經過路徑規劃快速到達到充電站。同時，本文提出的GPS智能充電導航是一種雙向信息傳遞的模式，也就是電動汽車會將位置信息發送到充電站，充電站會把站內信息傳輸到電動汽車中，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 仿真條件設定

為了能夠檢驗所提出的GPS智能充電導航的電網安全性，本文主要采用了 PSS/E 仿真軟件對整個系統進行仿真計算。根據整個系統的參數和拓撲結構，計算不同情況下電網負荷和節點電壓變化。我們所應用電動汽車母線總有功負荷為3715.0kW，總無功負荷為2300.0kvar，設置其與當地負荷曲線的日負荷最高峰。通過分析配電網在高峰符合，每戶居民平均的電功率為4kW，假設配網中的居民戶數為929戶，如果在每臺電動汽車每天需要充一次電，以每戶擁有一輛電動汽車來算，并分析電動汽車滲透率在25%、50%、75%、100%的情形。評判流程如下：

第一，在初始狀態下，一輛電動汽車根據智能充電導航定位標準，至少可以達到一個充電站，并且能夠在到達之后的立刻充電。

第二，電動汽車快速充電功率設定為電動汽車的最大功率，PC=90kW。

第三，居民日負荷曲線采用用電最高值，我們所提出的數據為上午11點、下午18點到達用電高峰期。

第四，由于在實際應用過程中，存在著電動汽車地理位置不確定，為了保障仿真結果更加合理，本文采用了蒙特卡洛發年模擬了公路結構和電動汽車行車條件，并設置為15min隨機變化一次路況，每臺電動汽車出示位置都要隨機排列，但是充電站的位置是固定，在該模型中進行一萬次重復模擬并得出不同情形下電動汽車充電負荷時間與節點分布。

根據模擬實驗表明，由于本文提出的電動汽車智能充電導航能夠顯示出每個充電站的充電車輛數量，因此車主可以選擇較近且充電車輛較少的充電站，能夠滿足每個電動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 負荷需求

在負荷需求評判過程中，但是在模型試驗當中，電動汽車快充充電高峰和居民用電高峰相重疊，這會大大提高電網的負載壓力，導致電網存在嚴重的安全隱患。在電動汽車滲透率達到25%時，負荷需求峰值會由3715kW提升到了4653kW，滲透率也增加到了25.2%；在滲透率到達50%時，負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有所增加。這就需要加強電壓分布。為了能夠展示不同策略下電動汽車快充對配網電壓全面影響。通過調查顯示，在電動汽車在無順序充電過程中，電動汽車充電會造成額外負荷需求會導致配網電壓在日符合晚高峰時出現較大的電壓降，特別是在配網微端節點來說，影響較大。這就需要根據日常充電站電能損耗，合理增加電網荷載，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 結語

綜上所述，隨著我國新能源汽車行業不斷發展，電動汽車已經成為了當今新能源汽車行業發展主流，并且充電站數量也有所增加。針對電動汽車充電導航系統問題來說，本文重點提出了一種基于GPS系統的職能充電導航設計方案，通過雙向的信息傳遞，保障職能充電導航的適應性，讓車主能夠盡快找到合理的充電站，從而推動我國新能源汽車行業發展。