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智能電動車范文1
關鍵詞：手勢控制；圖像處理；電動車導航；無線傳輸
中圖分類號：TP242.6 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9599 (2011) 23-0000-01
Smart Electric Vehicles Design Based on Gesture Control
Zhang He,Zhong Yan,An Rui,Chen Haoyu,Li Yuang,Jiang Menyang,Yang Yang
(Xi'an Technological University,North Institute of Information Engineering,Beijing 100144,China)
Abstract:This paper designed and implemented gesture recognition based control system for electric vehicles,through different gestures to control the car's direction of travel.The system can automatically capture the user's gestures,and read into the system as a signal identification,the recognition result into commands to the vehicle through the wireless transmission module MCU,in order to achieve the car's gesture control.This system design is simple,low cost hardware,have some practical use.
Keywords:Gesture control;Image processing;Electric vehicle navigation;Wireless transmission
一、引言
手勢是人類最富有表現力的交互方法和最有力的溝通手段之一。在人類的交流當中，手勢是經常使用的手段，也是人機交互領域研究的熱點?；谑謩菘刂频?a href="http://www.www-68455.com/haowen/171779.html" target="_blank">智能電動車，使用普通攝像頭采集人手視頻，經過對圖像序列的處理，識別使用者的指令意圖，并通過無線方式，控制小車的行動。本文提出一種利用圖像采集的方法來遠程控制小車，該設計能夠通過攝像頭來采集手勢，以此控制智能小車。
二、設計原理
本設計方案以具有攝像頭的PC為核心完成圖像采集和處理，采集到手勢后，將其識別并轉化為小車控制指令，通過無線通信模塊發送到小車端的單片機上，由單片機完成對智能小車的行進控制?；窘Y構圖如圖1所示。
圖1.系統結構框圖
（一）手勢識別原理
本文定義了六種手勢完成小車的控制，如圖2所示的六種手勢。通過識別手指的個數，完成手勢的識別。
圖2.手勢種類圖
手指檢測的目的是從分割出的人手輪廓中提取出手指，并可實現手指統計的功能。手指提取的方法是通過圖像形態學的腐蝕-膨脹的方法。形態學的圖像處理方法是將形態，如骨架、邊界等，作為工具從圖像中提取有用處的圖像分量的方法。它能完成圖像的預處理或后處理，如過濾、細化和修剪等。一般來說，形態學的方法所處理的對象是二值圖像，其基本的方法是進行像素值[0，1]的邏輯運算，與、或和非（求補），以及它們互相組合形成的其他邏輯運算。膨脹和腐蝕是形態學處理的基礎，許多形態學算法都是以這兩種運算為基礎。
膨脹的目的是使圖像變大，其數學上的定義為集合運算。A和B是兩個集合，A被B膨脹定義為：
其中代表空集，B為結構元素。A被B膨脹后，A中所有的像素點都會以B為卷積模板，進行與操作。
腐蝕的數學定義與膨脹類似：
B對A進行腐蝕同樣會用結構元素B與A中的做與操作，腐蝕處理的結果是使原來的二值圖像減小一圈。在手指提取的過程中，首先使用腐蝕操作，將手指都去除掉，然后使用膨脹操作使剩余的手掌部分還原成原來的大小。接著用原始的圖像減去還原出的手掌圖像，就得到的所有的手指圖像。最后使用聯通量分析，手指可以被編號，并計算出其數量。同時，手掌的圖像還可用于手心位置的確定。
（二）小車通信
手勢識別之后，需要將識別出的手勢指令發送給小車，實現控制功能。為了使通信過程簡化，系統使用了兩個無線透明傳輸模塊，將模塊與計算機端及小車端的串口連接，通過串口通信程序，即可實現透明傳輸功能。
（三）小車控制過程
小車的控制部分需要實現二個目標：第一，串口的接受與發送。第二，通過接受的信號控制小車前進、后退、左轉和右轉的基本運動。以AT89S52單片機為基礎，通過不同手勢輸入轉換成信號控制小車運動。
三、系統設計
系統設計分為硬件與軟件設計兩部分，在硬件設計部分，由于選用了透明串口無線傳輸模塊。因此，只需如圖4所示在PC端及小車端使用串口與該模塊相連，通過發送串口指令，就可以完成通信。而在軟件部分，PC端需實現手勢的識別與串口指令的發送，在小車端需完成串口指令的接收及小車運動的控制。PC端的軟件在VC2008下編寫完成，使用了opcnCV圖像處理開源庫。采集到手勢圖像后，將手指輪廓的個數提出，轉化為小車的控制指令后通過串口發出，用來控制小車的運動。在小車端軟件在Keil環境下用C語言完成，下載到AT89S52單片機后，完成串口指令的接收及小車控制功能。使用了普通PWM波控制小車電機的旋轉，完成其運動的控制。
四、結束語
本文實現了一種基于手勢識別的小車控制方法，在PC端采集人手圖像，通過圖像處理算法將其手指輪廓識別，并轉為為串口指令發送至小車端用于控制小車的運動。本方案使用了無線控制，采用了模塊化設計，只需稍加修改就可以移植到各個領域上，而不僅僅局限于小車控制，具有較好的移植性。
參考文獻：
[1]秦志強.C51單片機應用與C語言程序設計[M].電子工業出版社,2007
[2](美)布拉德斯基,(美)克勒.學習openCV[M].清華出版社,2009
[3]崔屹.圖象處理與分析:數學形態學方法及應用[M].科學出版社,2002
智能電動車范文2
【關鍵詞】 RFID射頻識別 MSP430F149微控制器 藍牙 App 繼電器
隨著人們生活水平的提高和安全意識的加強，對安全的要求也就越來越高。自古以來，鎖都是人們財產安全乃至生命安全的一種重要保障，人們對它要求甚高，既要安全可靠的防盜，又要使用方便，這也是制鎖者長期以來研制的主題。伴隨著我國經濟的飛速發展，電動車的保有量不斷增加；城市中也經常出現“電驢一族”。據統計，截至2012年8月底，全國電動車保有量達到2.19億輛。但由此也帶來了一系列的問題，如偷電瓶、乃至整車不翼而飛。為了解決這一問題，國內外也一直在研究各種防盜裝置。但目前防盜裝置主要依靠各種機械式鎖具實現，一旦鎖具被破壞，自動車依然可以被移走或盜走。因此，本項目研制車、鎖一體的數字化防盜鎖，利用密碼讀碼技術來識別相匹配的密碼鑰匙，且一輛車只有唯一的一把鑰匙，不能復制；加以手機開鎖輔助配合，在有效避免忘記攜帶鑰匙的尷尬，增強了防盜鎖的安全性。兩者配合之下，更加相得益彰。
一、設計思路及基本框架
1.1設計思路
本項目研制的車、鎖一體的數字化防盜鎖，主要由安裝在電動車上的讀碼防盜系統、防盜鑰匙芯片、繼電器以及其他模塊組成，程序控制裝置包括智能芯片、通信接口和電路控制裝置。當控制信號通過通信接口傳遞到程序控制裝置時控制裝置對信號進行分析并發出控制指令時，繼電器斷開，模擬控制全車電路的通斷及命令后軸的抱閘開啟使得車輛可以正常使用；當安裝在鑰匙中的芯片與安裝在鑰匙孔中的識別線圈分離時，系統自動切斷全車電路并鎖止電動機軸，起到防盜的作用。
此外，在完成基礎部分的基礎上，增加了手機控制開鎖的功能。設計手機軟件app，通過手機藍牙與芯片之間的通信，實現手機對密碼鎖的控制。
二、研究方法
2.1基于RFID射頻識別模塊的設計
基于RFID射頻識別模塊的設計指利用RFID射頻技術進行開鎖的過程。以MSP430F149芯片為核心，通過讀取RFID模塊中的數據，判斷鑰匙扣的正確性，并根據其正確性對繼電器和指示報警電路進行相應的控制。
其中，RC522 RFID模塊的使用方法如下：MCU通過對讀卡器芯片內寄存器的讀寫來控制讀卡器芯片，讀卡器芯片搜到MCU發來的命令后，按照非接觸式射頻卡協議格式，通過天線及其匹配電路向附近發出一組固定頻率的調制信號（13.56MHZ）進行尋卡，若此范圍內有卡片存在，卡片內部的LC諧振電路（諧振頻率與讀卡器發送的電磁波頻率相同）在電磁波的激勵下，產生共振，在卡片內部電壓泵的作用下不斷為其另一端的電容充電，獲得能量，當該電壓達到2V時，即可作為電源為卡片的其他電路提供工作電壓。如圖1所示為RFID的使用過程。
2.2基于手機藍牙控制模塊的設計
基于Andriod手機以及藍牙模塊的設計是指利用手機App進行軟件開鎖的過程。以MSP430F149芯片為核心，用人們隨身攜帶的手機上的App與手機連接，連接后輸入密碼，藍牙串口模塊接收到密碼并將數據發送給MSP430F149芯片，如果密碼正確，繼電器斷開，實現遠程開鎖；否則，繼電器失電閉合，車身會發出尖銳的報警聲。
三、電路原理圖設計
如圖2所示為系統硬件部分原理圖及PCB設計。
四、結束語
隨著社會的發展，應用于電動車上鎖具的種類也有很多，不論是鏈條式鎖具、機械式密碼鎖、RFID刷卡式密碼鎖還是手機控制的密碼鎖，都存在一定的缺陷，只有多種技術融會貫通，才能相得益彰。
參 考 文 獻
[1] 康華光.電子技術基礎7（第四版）[ M ].北京：高等教育出版社，1998
智能電動車范文3
關鍵詞：單片機；智能；玩具電動車
智能玩具對兒童智力開發有很好的作用，因此受到了廣大家長的喜愛。中國作為世界上玩具第一生產大國，電子智能玩具具有很好的市場前景。單片機作為智能玩具電動車的控制核心，可以提高玩具的智能化水平。
一、技術介紹
單片微型計算機（Single Clip Microcomputer）簡稱單片機。將中央處理器、只讀存儲器、定時/計數器、輸入輸出接口電路等擁有不同功能的部件集成在一個芯片上，便可構成一個完整的微型計算機。現如今，更新型、更高能的單片機相繼出現，并可以實現不同操作要求。單片機具有運算速度快、存儲容量大、運算能力強等優勢，類型有通用型和專用型，被廣泛應用于工業、農業、國防軍事、科研、教育以及日常生活的各個領域，成為其智能化工具，推動了各行業技術改造，有利于產品不斷創新。
智能玩具電動車控制系統屬于一個綜合系統，包含了計算機控制技術、傳感技術、機械工程和人工智能等多方面的技術?？刂品绞接袉纹瑱C控制方式、光學傳感器控制方式、語音控制方式等。其功能包括對外界環境感知、動態決策和規劃、行為控制和執行等。
二、智能玩具電動車的工作原理
智能玩具電動車以單片機為核心控制芯片，單片機、循跡、電機驅動、電源以及傳感器避障等部件作為硬件電路。智能玩具電動車設計多采用后驅動方式，兩個后輪分別各由一個電機控制，前輪是一個萬向輪，用來保持平衡。當調整驅動輪轉速、轉動方向時，就能夠控制玩具電動車的轉向。玩具電動車底盤兩側分別安裝兩個紅外傳感器，當電動車其中一側的傳感器檢測到黑線時，此側電機受到單片機控制芯片控制停止供電，并且電動車向此側修正。玩具電動車通過前端三個紅外傳感器探測前方是否有障礙物，單片機將檢測到的信息進行分析和判斷，從而自動規避障礙物。將二極管和語音播報功能加入到智能玩具電動車設計中，就可以將電動車的行駛狀態等信息以語音、發光的形式表現出來，實現玩具電動車的智能化控制。
三、智能玩具電動車的系統設計
1.硬件系統設計
（1）單片機部分設計。智能玩具電動車采用單片機作為主要控制器。單片機由于具有處理效率高、抗干擾能力強、使用溫度范圍廣、體積小、功率低、控制功能強、外部總線豐富等優點，被廣泛應用于智能電子產品當中?，F在市場上單片機種類豐富、功能各異，因此，要根據產品的實際系統情況，選擇適合的單片機型號。智能玩具電動車多采用STC89C51單片機，這款單片機適合多控制的復雜電子產品使用。
（2）循跡部分設計。循跡部分包含4個紅外傳感器，主要安裝在智能玩具電動車的底盤。當紅外傳感器感應到前方物體時，輸出的電壓根據不同的物體發出相應的改變，并經過LM32比較采集高低電平，進行信號檢測，單片機獲得相關的路面信息，改變控制命令，使電動車作出合適動作，實現循跡功能。
（3）傳感器避障部分。傳感器避障有兩種技術：一種是超聲波避障，在一定范圍內，超聲波會進行多次反射，傳感器之間容易相互干擾，導致對障礙物方向判斷失誤；另一種是紅外線避障，與超聲波避障相比，傳感器之間不會相互干擾，遇到近距離的障礙物反應速度靈敏，不會發生誤判情況。因此，紅外線避障和超聲波避障相比，智能玩具電動車傳感器避障設計多選擇后者。傳感器避障設置在智能玩具電動車前后兩端，共6個紅外傳感器，工作原理與循跡相同，采用反射式接收。
（4）電機部分。在電動車兩個后輪旁分別安置一個直流電機，并使用同一個控制端?？刂贫擞?個通道邏輯驅動電路，通過單片機的I/O輸入改變控制端的電平，可以控制電動車向前、后、左、右四個方向行駛，避開障礙物。
（5）電源部分。電源是整個智能電子玩具電動車設計的重要部分。電源為電動車正常使用提供電能，一般采用電池串聯供電的方式，有利于保持電壓的穩定性。智能玩具電動車系統各個部分所需要的電壓各不相同，單片機、尋跡、傳感器避障部分所需要電壓為5V，電機部分所需電壓為12V，語音播報部分所需電壓為3.3V。
（6）語音播報部分。語音播報部分的功能是將智能玩具電動車正在發生的狀態通過語音提示的形式展現出來。采用一種永久記憶型語音錄放電路，主要由定時器、內部時鐘、前置放大器、解碼器和收發器等組成，錄音時長60秒，可重復錄放數十萬次。將語音錄制完成儲存于芯片中，當電動車發生不同的動作時，就可以播報出相應的語音信息。
2.軟件系統設計
軟件系統主要是通過程序編寫對檢測信息進行分析和處理，并作出相應的指令，控制和改變玩具電動車的行為。各個模塊上，控制流程分別為電機流程、避障流程、循跡流程。
綜上所述，具有高科技含量的智能化玩具是我國玩具產業的重要發展項目。單片機作為智能化核心控制器，對玩具產業的技術改造以及提高玩具智能化水平有很大推動作用。
參考文獻：
[1]董胡，馬振中. 基于單片機的智能玩具小車設計[J]. 微型電腦應用，2014（9）：14-16.
智能電動車范文4
電動車鋰電池十大品牌 1.寧德時代CATL 寧德時代這家成立于2011年的全球領先鋰離子電池制造公司，是專注于研發生產和銷售新能源汽車動力電池系統、儲能系統的全球領先綠色能源解決方案提供商，經過十多年的發展，這個擁有強大研發團隊的企業已經擁有年項目總量超過40兆瓦時。
2.比亞迪BYD 比亞迪這家成立于1995年的分別在香港和深圳上市的知名新能源汽車品牌，旗下業務覆蓋了電子、汽車、新能源和軌道交通等多個領域，并擁有國際領先的汽車電池技術和完整的電池產業鏈。
3.LG化學 LG化學這家立足于石油化學領域，成立于1947年集研發制造信息電子材料、電池和石化基礎原料于一體的韓國化學領域代表性企業，1995年進入中國市場，1999年開發出鋰離子電池以來，每年都保持著30%以上的銷售增長業績。
4.中航鋰電 中航鋰電是隸屬于中國航空工業集團，集研發生產和銷售儲能電池、電池管理系統、鋰離子動力電池集相關集成產品、材料的高科技企業，旗下推出的三元和磷酸鐵鋰兩大體系產品不僅通過國內的質量體系認證，還獲得CE、UL、TUV等國際認證。
5.國軒高科 國軒高科是一家成立于2006年并于2015年成功上市的電池材料工藝供應服務商，是由新能源汽車動力電池、儲能、輸配電設備等業務板塊共同組成的民族企業，先后研發生產出的磷酸鐵鋰、三元材料電芯、動力電池組、電池管理系統等產品均通過了國家質量認證。
6.億緯EVE 億緯這家成立于2001年，以研發生產和銷售鋰離子電池、電源系統、電子煙、鋰原電池等產品為核心業務的智慧互聯能源解決方案提供商，旗下產品覆蓋了智能交通、智能安防、儲能、新能源汽車、智能電網等多個領域。
7.孚能科技Farasis 孚能科技孚能科技這個成立于2009年，專注于研發生產和銷售錳酸鋰汽車動力電池和相關產品的新能源技術及產品開發公司，旗下研發的項目覆蓋了隔膜紙、電解液、電池材料、電池設計生產等多個領域。
8.Panasonic松下 松下這個成立于1918年，專注于生產和銷售家電、數碼視聽電子、辦公產品等多個系列產品的綜合性電子技術企業集團，而這個在全球享譽廣泛盛譽的電子廠商，旗下產品覆蓋了各類電器產品及附件。
9.瑞浦能源REPT 瑞浦能源是一家成立于2017年，以方形鋁殼三元鋰電池、鐵鋰電池的VDA和MEB的標準尺寸為主導產品的電池制造企業，是集研發生產、銷售服務動力、儲能鋰離子電池、鋰電池系統應用于一體的新能源及智慧電力儲能系統優質解決方案提供商。
智能電動車范文5
關鍵詞：自由輪 制動性能 安裝要求
隨著社會科技日新月異，追求高要求、高質量的人普遍存在，現在很多電動童車的新品種、新款式層出不窮，一時成為當今兒童的最愛。如果在設計、制造和生產過程中出現一點點失誤，可能會造成兒童使用傷害。為此，國家標準GB6675-2003《國家玩具安全技術規范》第A.4.20條（制動裝置）的規定：“a）按A.5.16.1（自由輪裝置原則）測試判定為自由輪的機械或電動乘騎玩具應：①有一個制動裝置；②按A.5.16.2（非玩具自行車制動性能測試）測試時，玩具移動距離不應大于5cm；③質量大于等于30kg的乘騎車，應有制動鎖定裝置（停止制動）。b） 電動童車在不傾側的情況下，放松開關，動力電源應自動斷開。使用制動裝置時電源應自動切斷”。否則，電動童車就會存在很大的安全隱患，直接影響兒童安全健康。
目前，由于有不少玩具設計及制造商缺乏相關標準知識和理解，在我幾年的檢驗實踐中發現不少電動童車普遍存在制動裝置的問題?，F有關電動童車的自由輪及制動裝置性能測試方法、安裝適用要求和危害分析等方面做進一步探討。
一、自由輪和非自由輪的確定
1、在實際檢測中，判斷電動童車是否是自由輪，簡單可行的方法是將童車置于一個10度的斜臺上加載50kg，觀察其是否加速下滑。如果童車加速下滑，就為自由輪；如果童車不下滑、減速下滑或勻速下滑，則為非自由輪。如果用這種方法不能確定，就按A.5.16.1（自由輪劃分原則）來測試。
二、制動裝置性能測試
從實際工作檢測中，比較常見的制動性能一般有兩種：一，機械制動（見圖2-1）：即增大制膠與車輪的摩擦力及車輪與電機之間的傳動比；二，電磁制動（見圖2-2）：利用鎖定馬達（即通電后線圈產生磁力，吸住電機轉子而制動），即屬于非自由輪。
電動童車制動裝置性能測試方法：將電動童車放置在鋪有P60氧化鋁紙的（10﹢0.50）度的斜面上，按表A.2施加適當的負載，使玩具縱軸平行于斜面板。在正常操作時制動力的方向施加50N±2N的力；如果制動裝置由制動把手操作的，在制動把手的操作方向施加50N±2N的力，產生制動效果；如果制動裝置由腳踏板操作的，在腳踏板的操作方向施加50N±2N的力，產生制動效果。檢查玩具在制動裝置制動后移動的距離是否大于5cm。如果有多個制動裝置，應分別進行測試。
三、不適用安裝制動裝置及說明
國家標準GB6675-2003第A.4.20條“制動裝置”明確規定，本要求不適用下列玩具：
①用手或腳對驅動輪提供動力或輪直接驅動的玩具。例如，前輪上有腳蹬的三輪車，通過用腳來直接驅動前輪轉動從而帶動三輪車行走，而非通過鏈條和鏈輪傳動機動來驅動；因為兒童的腳可以自由支撐地面來幫助制動，危險性非常小。
②未負載時最大速度小于1m/s、座高小于300mm、腳是自由的電動童車。如：兒童電動三輪車，由于速度低、座位低、腳可以自由支撐地面幫助剎車的，安全可靠。
③自由輪兒童玩具自行車。這種兒童玩具自行車鞍座高度一般小于435mm，鞍座較低，重量輕，慣性小，方便用腳自由支撐地面來達到制動。
四、適用安裝制動裝置及說明
現在電動童車種類多，款式多樣化，很多廠家對安裝制動裝置時無從下手。為了方便童車企業能生產出符合標準要求的產品，更重要是能生產出安全合格的產品；針對相關標準理解與實施，做詳細概括及說明：
①如果是自由輪的電動童車，且側面的活動受限制的，類似這種。如：電
動四輪童車（如圖4-1）；因這種童車座位周圍兩邊是圍起來的，腳部活動受到限制，當遇到障礙物或下坡情況時，由于兒童的腳難于加于制動，就存在很大的危險及安全問題。
②如果是自由輪的電動童車，且側面的活動未受限制的，其座位高度又大于
300mm的，類似這種：如電動三輪童車（如圖4-2）或是四輪的。因為座位兩邊的活動未受到限制，腳是自由的，從表面上看兒童是可以用腳著地加以制動而停止，但在實際使用及玩耍時，如果座位高度超過300mm的話，絕大部分兒童的腳是不能及時著地制動停止的，會隨時有危險情況的發生。
③如果是自由輪的電動童車，側面的活動未受限制且座位高度小于300mm但未負載時最大速度大于1m/s的電動童車，類似這種：如電動三輪童車（如圖4-2）或是四輪的。因為座位兩邊的活動未受到限制，腳是自由的加以著地制動而停止；但是，如果速度過快，慣性也隨之增大，若遇到突況發生，穩定性方面也經受考驗，在這種情況下絕大部分兒童的控制力和反應能力會受到干擾而遲鈍，且兒童用腳著地制動力度變小，從而出現不必要的傷害。在設計和制造生產時，建議把速度控制在小于1m/s范圍比較合適，才符合玩具安全要求。
五、危害分析
從實際檢測的情況分析，市場上的電動童車往往具有一定的速度或座位高度，或者不容易通過兒童的腳來加以制動，當遇到障礙物時，如果不能有效制動及斷電停車，就存在危險。因此，對于自由輪的電動童車，必須要一個有效的制動裝置，如果電動童車的質量大于30 kg，則應設有制動鎖定裝置。對于電動童車，不管是否自由輪，在不傾側的情況下放松開關或者使用制動裝置時，動力電源應自動切斷。
未實施強制性3C以前，很多自由輪電動童車都沒有設置制動裝置（也叫剎車裝置），而僅靠放松加速開關來達到停車的目的，當速度過快時因無法制動停車而發生危險情況，因此必須按要求安裝制動裝置。對于質量大于或等于30kg的電動童車，必須加裝制動鎖定裝置，此裝置類似于汽車的手剎，其作用在于停車后制動，以防斜面停車時由于慣性過快而導致加速下滑，避免出現危險。
放松加速開關或使用制動裝置時動力電源自動斷開可以避免誤觸發，安全性能增加。對于同時具有制動裝置和啟動加速開關的電動童車，當制動裝置動作時，啟動加速開關置于何種狀態，動力電源都應自動斷開。但應該注意的是，如果斷電裝置不能產生有效的制動，不當作制動裝置。另外，由于有些電動童車設計時安裝自動保護裝置，當車傾側時會自動切斷動力電源，起到安全保護作用。
總之，童車的質量不能忽視，要把好產品質量關，確保兒童玩的開心，監護人買的放心，如何確保電動童車的制動安全性能，是廣大電動童車生產企業必須考慮的問題，希望本文對相關企業在設計和生產階段起到一定幫助。
參考文獻：
[1]GB6675-2003《國家玩具安全技術規范》
智能電動車范文6
關鍵詞：智能充電 節能減排
中圖分類號： TE08 文獻標識碼： A
充電站運營收益分析
1 充電站智能充電目標與輸入信息
一般電動汽車充電站的結構如圖1所示。一臺配電變壓器下接有常規負荷和電動汽車充電負荷。對于配有專供配電變壓器的電動汽車充電站，可以認為該臺配電變壓器下接入的常規負荷為零。
圖1 電動汽車充電站示意圖
作為電動汽車充電服務的提供商，電動汽車充電站一方面從電網買電，另一方面其通過售電的方式為電動汽車用戶提供充電服務，從中賺取充電價格與購電成本之間的差價實現充電站的盈利。
每當有新的電動汽車客戶接入充電站第號充電機時，充電控制系統可通過客戶電動汽車上的電池管理系統獲取電動汽車電池容量，以及電池當前充電水平（State of Charge），即為電動汽車當前電池電量與該電動汽車電池總容量的比例。為了制定電動汽車智能充電策略，客戶需要告知充電站內充電控制系統該電動汽車預期的停留時間以及客戶離開時期望的電動汽車電池充電水平。在這基礎上，以滿足客戶需求以及充電站變壓器不過載為前提，通過智能充電控制，實現充電站經濟效益的最大化。
2 實現經濟效益最大化的充電站運營控制方法
控制策略
設充電站的充電機數量為，充電機的充電功率為，假設充電過程采用恒功率充電。事實上，電動汽車動力電池一般采用“先恒流，后恒壓”的方式進行充電。在恒流充電過程中，電池電壓基本不變，而恒壓充電過程時間相較恒流充電過程很短，可忽略。因此，將電動汽車視為恒功率負載具有合理性。配電變壓器的額定容量為，充電負荷功率因數平均為。
根據該變壓器的歷史常規負荷（除電動汽車負荷以外的其它負荷）數據，可預測當日96點常規負荷曲線。那么電動汽車可用于充電的容量即為變壓器的剩余容量，用表示。在[0,1]之間取值，表示在一天中第個時間段內()變壓器容量中允許充電站對電動汽車進行充電的可用容量比例，時間間隔為15分鐘。對于配有專供配電變壓器的電動汽車充電站，。
充電站當日的電價信息主要包括電網電價信息和電動汽車用戶充電電價信息，分別用（元/千瓦時）和（元/千瓦時）表示。
根據當前時間與充電站內所有車輛的預期停留時間設定值，確定從當前時刻起的所有車輛停留時間的最大值，得到充電協調控制的時間段數（系統每15分鐘改變一次充電狀態），，表示小于的最大整數。
根據得到的充電協調控制時間段數，構造充電站狀態矩陣，其中，表示從當前時刻算起第個時間段上充電機的停車狀態：，為有車；，為無車。若第個停車位上沒有停放待充電的電動汽車，則，，。
每隔15分鐘，充電站內電動汽車充電控制系統根據充電站內電動汽車停車狀況，用戶需求以及電網負載與電價信息，調用智能充電優化程序，計算確定每臺充電機在未來個時間段內充電和停機狀態，從而實現電動汽車充電站運營效益最大化。
數學優化模型
以充電站的運營經濟效益最大化為目標，目標函數如下：
（10-1）
其中，和均為從當前時刻算起的第個時間段的價格。表示充電站內電動汽車充電機開停決策矩陣，表示第個充電機以當前時刻為起始點的第個時間段的控制決策，，表示該充電機開啟，，表示該充電機關閉。
約束條件：
（1）配電變壓器容量約束
（10-2）
其中,為充電負荷的功率因數。
（2）充電需求約束（在個時間段內，被充電的電動汽車的電池充電水平應當至少達到充電開始時所需求的最終充電水平，同時在充滿的情況下應該停止充電）。
（10-3）
上述優化模型為線性整數規劃模型。本文使用CPLEX優化工具包進行求解，具有較高的計算效率。
異常處理
在解決客戶的實際需求時可能會遇到這樣的問題，客戶的需求急切，在短時間內需要充電站為之提供大量的電能（比如較大的，，較小的）。此時由于充電設備硬件約束（充電功率P不可能很大），以及變壓器容量約束，充電站不能滿足客戶的需求，即出現不能滿足電動汽車用戶離開時電池充電水平(SOC）至少達到的情況。在優化問題求解時表現出優化無解。
為解決此問題，當用戶輸入之后，求解優化控制策略，若無解，提示用戶此時系統不能滿足客戶充電需求，并將該用戶遞減2%，再次求解，直到有解為止。優化系統告知顧客最終調整后的，若客戶滿意，即按照調整后的執行優化控制。若客戶不滿意，只能放棄這位客戶。若降到時，上述問題仍無解，則此時充電站不能滿足客戶的任何充電需求，也只能放棄這位客戶。
根據上述模型進行計算，進而得到的充電機開停決策矩陣C，實現電動汽車充電站的智能充電控制。系統每經過15分鐘更新系統狀態，發出新的一輪控制命令。如果在本次15分鐘的時間間隔內沒有新車進入充電站，則按照原先計算好的控制策略每隔15分鐘改變充電機的狀態，如果有新車進入，則在新車進入后按照上述步驟重新計算，但在本次15鐘時間段內，保持原有車輛的充電狀態不變。在下一個時間段開始時，根據新計算得到的控制策略，改變充電站內充電機的狀態。
3 算例分析
參數設置
以某一小區充電站為例，配電變壓器下帶有常規負荷和電動汽車充電負荷。配電變壓器的容量為800kVA。根據我國2010年4月通過的《電動汽車傳導式接口》，采用常規充電模式對該充電站內電動汽車進行充電，充電功率為7kW，充電負荷功率因數為0.9。該充電站擁有充電樁80個。常規居民負荷標幺曲線如圖3所示（負荷占配變容量的百分比為0.5）。電網電價采用國內工業用電分時電價的形式，而充電電價則按照統一的單價制定，具體充電站電價參數設置如表1。
假設該充電站每日為100輛私家電動汽車提供充電服務，分析居民用戶的一般使用電動汽車習慣，設計電動汽車的充電數據如表2所示。其中表示取值服從均值為,標準差為的正態分布。表示取與之間的較大值。表示取值服從到的均勻分布。
圖3 常規居民負荷標幺曲線
表1 充電站電價參數設置
時間段 電網電價（元/千瓦時） 充電電價（元/千瓦時）
谷時段 0:00-8:00 0.365 1
峰時段 8:00-12:00 0.869
17:00-21:00
平時段 12:00-17:00 0.687
21:00-24:00
表2 電動汽車的充電數據設定
充電次數/天 起始充電時間分布 各時段充電概率 預計充電時間 起始充電容量分布 電動汽車電池容量（千瓦時） 客戶要求離開時充電水平
1 0.2 32 0.8或0.9(分別為0.5的概率)
0.8 到次日早上結束 32 24點之前開始充電設置為0.95，否則設置為0.9
為了驗證智能充電的控制效果，先計算無序充電情況下充電站運營情況和變壓器負載情況，并將運算結果與智能充電情形作比較。
在無序充電情形下，只要充電站有空余車位，即可為新進入的電動汽車提供持續充電服務，直到用戶離開為止，若在此之前電動汽車電池已經充滿，也應停止充電。在無序充電情形下，充電站可能因為大量電動汽車的接入，導致配電變壓器過載，也可能因為用戶的需求急迫（在短時間內要求SOC達到較高的要求），出現電動汽車即便一直在充電，但在離開時動力電池也不能充滿的情形。
基于蒙特卡洛模擬的仿真分析方法
基于蒙特卡羅仿真方法，根據表2的數據，隨機產生多個電動汽車充電日需求數據，并對電動汽車的充電過程進行智能充電控制和無序充電兩種情形的計算。每一次仿真具體的計算流程如圖4所示。
圖4 對一組抽樣數據的仿真計算流程
仿真結果
通過蒙特卡羅方法模擬100輛車在一天內的充電需求，并在智能充電和無序充電兩種模式下，計算充電站的日收益、充電站車輛日丟失率、日平均車輛降低需求所占的比例、平均計算時間以及出現的最大和最小負荷標幺值。通過模擬計算充電站在智能充電和無序充電兩種情形下的平均收益，得到如圖5所示的平均收益曲線。
圖5 兩種充電策略下的平均收益曲線
從平均收益曲線可以看出，在蒙特卡洛計算次數大于400天后，平均收益基本保持不變。因此將仿真次數設定為400次。仿真在CPU為Intel Core i3，4G內存的計算機上完成。
表3 智能與無序充電仿真結果
充電控制方法 智能充電 無序充電
充電站平均收益 元/天 640.08 193.83
充電站最高收益 元/天 725.52 228.02
充電站最低收益 元/天 541.15 154.90
充電站車輛日平均丟失率（%） 2.22 1.67
充電站車輛日最高丟失率（%） 12 11
充電站車輛日最低丟失率（%） 0 0
充電站日平均車輛降低需求所占的比率（%） 8.01
平均計算時間（秒/次） 1.1922 0.00015
最大負荷標幺值 0.999 0.972
最小負荷標幺值 0.306 0.306
疊加常規負荷和電動汽車充電負荷得到在智能充電和無序充電兩種情形下的期望日負荷標幺曲線和常規負荷標幺曲線如圖6所示。
圖6 智能和無序充電兩種情形下期望負荷曲線
本文根據充電站實時運行狀態，結合電動汽車用戶的實際充電行為，充分考慮進入充電站電動汽車的不同荷電狀態，停留時間，以及不同客戶需求，以充電站運行經濟效益最大化為目標，建立了充電站電動汽車充電數學模型，實現了充電站內電動汽車的協調充電控制。通過仿真分析，得到以下結論：
1）采用所提出的有序充電控制方法，在保證客戶需求以及變壓器運行不過載的基礎上，可顯著提高充電站的收益。
2）所提出的控制策略具有很高的計算效率，適合大規模充電站的電動汽車有序充電實時控制計算。
