张连军

奇瑞汽车股份有限公司鄂尔多斯分公司 内蒙古自治区鄂尔多斯市 017000

1 引言

在新能源汽车行业不断发展背景下，我国充电站的数量也在持续增加，如何让电动汽车车主能够更加方便、更加便捷的找到近处充电站是需要重点面临的问题，从当今充电导航系统发展现状分析，其主要包括美国定位导航系统、欧洲伽利略导航系统、中国北斗卫星导航系统等，当今市面上的定位导航系统都是基于这些技术进行改进和整合的，例如GPSONE的露天矿车辆监控定位系统和车载卫星定位系统等。但是这些电动汽车充电导航都存在一个弊端，因此本文提出一种基于GPS电动汽车充智能充电导航系统，通过GPRS模块接收到充电位置，并显示在电子地图中，规划行车路径，从而保障智能充电导航的实时性。

2 基于GPS智能充电导航系统框架设计

该系统的硬件部分主要包括中央处理器、GPS模块、GPRS模块、显示模块、存储模块等结构构成。其中，GPRS模块主要是负责接收充电站的位置信息，这样即可实现充电站和电动汽车自检的位置信息交换。GPS板块主要是用作于实时定位电动汽车坐标位置，中央处理器对相关数据信息内容进行规划和导航，并在相关信息在显示模块上的电子地图当中，从而明确充电站的具体位置，通过语音导航的形式帮助车主驾驶。存储板块主要是存储电子地图信息的功能。

3 智能充电导航系统的硬件设计

3.1 合理选择中央处理器

为了能够提高整个智能充电系统的处理效率和实时性，需要具备高速数字信号处理能力，并且能够及时对GPRS所传递的信号进行数据处理，这样才能够快速进行充电站定位、路径规划以及导航功能。基于此，笔者建议采用主流嵌入式ARM9处理器。之所以选择该芯片，主要是因为该芯片在实际应用中更加广泛，调教性能更好、低功耗，性价比非常高，具有全性能的MMU，支持多种车载系统，包括Windows CE，Linux，PalmOS等，一般主流的嵌入式操作系统都支持。同时也支持数据Cache和指令Cache，在指令发送和数据处理上有着较强的能力。

3.2 GPRS模块

GPRS模块需要选择信息接收、传输性能强的硬件，需要改模块具备车载监控、车载导航、手持定位设备等，这样才能够保障设备应用的广泛性。在实际应用过程中，RM9芯片与GPS通过TXD1和RXD1来传输充电站的定位信息和控制信息，并设置外接天线ANT，从而实现信息捕获、传递功能。在GPRS无线系统设置当中，可以选择PTM100模块，该模块的体积小、容易集成、性较比高，并且具备三频的通信功能，包括：GSM900/1800/1900MHZ，实用性非常广，其电源电压为3.3-5.5V，并且可以外接SIM卡槽，可以插入电话卡。在实际应用过程中，EMERGOFF输入脚能够为PTM100提供一个周期信号，周期长度通常在的3.2秒以内；IGT输入脚能够为PTM100提供启动信号。

3.3 存储电路设计

存储电路主要是对电子地图和电动汽车信息进行存储，包括城市道路骨架、电动汽车匹配路段、车牌号、车型等内容。该模块的电路为3.3V稳压电源供电，当由存储信息传输过程中，需要通过LED指示灯亮暗观察，并且电路右侧是FLASH卡槽，用于放置FLASH卡。

3.4 显示器电路设计

显示器笔者不建议采用LCD屏幕，这是由于液晶屏的可视角度差，也就是在一定角度下，液晶屏的显示亮度会变暗，因此笔者推荐采用LED彩屏，这样就会存在可视角度问题。显示器能够显示GPS定位所需电子地图，并且能够将搜索到的充电站信息呈现在显示屏当中，从而实现导航功能。

4 智能充电导航系统软件设计

4.1 制作电子地图

电子地图设计需要保障其全面性和实时性，提高软件系统优化工作，从而提高系统应用效率。通过扫描所在城市的纸质地图，从而获得初始的地图文件。通过Map Info软件对所获得的初始地图文件进行校对、匹配、编辑。根据地物类别来划分图层，每个图层都是由4个文件组成，包括Tab文件、ID文件、Dat文件、Map文件。之后选择背景、道路、水系、建筑、标注、行政规划等图层Tab文件，通过组件Map X中Geoset Manager程序将地图生成文件转化成gst文件。对各个图层的次序、缩放级别属性进行设置。将数据文件加入到导航系统当中，之后即可显示在显示屏上。

4.2 系统软件设计

如果整个智能充电导航系统准备完毕，即可进行网络连接，通过GPS模块实时定位城市数据和电动汽车数据，并在电子地图当中进行智能判断，从中决策出更近、更佳的路段，并在此路段显示出电动汽车所在位置，并经过路径规划快速到达到充电站。同时，本文提出的GPS智能充电导航是一种双向信息传递的模式，也就是电动汽车会将位置信息发送到充电站，充电站会把站内信息传输到电动汽车中，也就是车主可以看到就近充电站是否有闲余的充电孔，从而合理选择是否选择就近路线，这样即可避免出现充电等待的情况，快速寻找具有充电口位的充电站。

5 算例仿真

5.1 仿真条件设定

为了能够检验所提出的GPS智能充电导航的电网安全性，本文主要采用了 PSS/E 仿真软件对整个系统进行仿真计算。根据整个系统的参数和拓扑结构，计算不同情况下电网负荷和节点电压变化。我们所应用电动汽车母线总有功负荷为3715.0kW，总无功负荷为2300.0kvar，设置其与当地负荷曲线的日负荷最高峰。通过分析配电网在高峰符合，每户居民平均的电功率为4kW，假设配网中的居民户数为929户，如果在每台电动汽车每天需要充一次电，以每户拥有一辆电动汽车来算，并分析电动汽车渗透率在25%、50%、75%、100%的情形。评判流程如下：

第一，在初始状态下，一辆电动汽车根据智能充电导航定位标准，至少可以达到一个充电站，并且能够在到达之后的立刻充电。

第二，电动汽车快速充电功率设定为电动汽车的最大功率，PC=90kW。

第三，居民日负荷曲线采用用电最高值，我们所提出的数据为上午11点、下午18点到达用电高峰期。

第四，由于在实际应用过程中，存在着电动汽车地理位置不确定，为了保障仿真结果更加合理，本文采用了蒙特卡洛发年模拟了公路结构和电动汽车行车条件，并设置为15min随机变化一次路况，每台电动汽车出示位置都要随机排列，但是充电站的位置是固定，在该模型中进行一万次重复模拟并得出不同情形下电动汽车充电负荷时间与节点分布。

根据模拟实验表明，由于本文提出的电动汽车智能充电导航能够显示出每个充电站的充电车辆数量，因此车主可以选择较近且充电车辆较少的充电站，能够满足每个电动汽车到站即充的情况，但是也偶尔存在等一辆车的情况（就近原则情况下），主要在高峰期，可以接受。

5.2 负荷需求

在负荷需求评判过程中，但是在模型试验当中，电动汽车快充充电高峰和居民用电高峰相重叠，这会大大提高电网的负载压力，导致电网存在严重的安全隐患。在电动汽车渗透率达到25%时，负荷需求峰值会由3715kW提升到了4653kW，渗透率也增加到了25.2%；在渗透率到达50%时，负荷需求峰值提升到了5770kW，渗透率增加到了55.3%，渗透率越高需求峰值和渗透率多会有所增加。这就需要加强电压分布。为了能够展示不同策略下电动汽车快充对配网电压全面影响。通过调查显示，在电动汽车在无顺序充电过程中，电动汽车充电会造成额外负荷需求会导致配网电压在日符合晚高峰时出现较大的电压降，特别是在配网微端节点来说，影响较大。这就需要根据日常充电站电能损耗，合理增加电网荷载，并加大居民高峰期合理用电宣传。从而提高保障用电的合理性。

6 结语

综上所述，随着我国新能源汽车行业不断发展，电动汽车已经成为了当今新能源汽车行业发展主流，并且充电站数量也有所增加。针对电动汽车充电导航系统问题来说，本文重点提出了一种基于GPS系统的职能充电导航设计方案，通过双向的信息传递，保障职能充电导航的适应性，让车主能够尽快找到合理的充电站，从而推动我国新能源汽车行业发展。