电动汽车充电站智能管理系统

张笑钧 黄栋 王德君 盛永世

摘要：电动汽车充电时间过长、寻桩难、排队长、充电桩被长时间占用等问题制约着电动汽车的发展，提高充电桩利用率是解决这些问题的重要途径。该系统创新性的解决了在现有充电站的基础上提高充电桩的利用率。可活动式充电位在现有充电站充电位基础上，进一步解决了充电桩利用率低下这一问题。通过精确地电脑计算控制及充电状态分析、停车位调控、汽车移位充电完成提醒于一体。实现无需人工控制或单人控制的“充电站智能管理”。如此一来，在保证车辆充满电的前提下，快速将车移动至带取车区，从而保证了充电桩的可使用性，进而大大提高了充电桩利用率从而解决充电难这一问题。

关键词：电动汽车；充电站；充电难；利用率；新概念；自動化控制；智能管理

引言

随着人们的环境保护意识的不断提高以及对自然资源的重视，新能源汽车正在以前所未有的速度发展。其中，电动汽车作为新能源汽车的典型代表发展势头尤为迅猛。但是，电动汽车充电问题制约了电动汽车的发展。在现有技术水平下，可以量产的动力电池能量密度较低，充电时间较长，无法满足人们的日常使用需要。况且，就国内现状而言，充电站、充电桩过少，充电桩被长期占用更加剧了对电动汽车的排斥情绪。

不论是纯电动汽车还是插电式混合动力汽车，只要是依靠充电桩来补充能源就面临着一桩难求的尴尬局面。究其原因便是充电桩被长期占用。众所周知，电动汽车充电时间较传统汽车慢的不是“一星半点”。现时，一辆燃油汽车50-60升容量的油箱，加满燃油需时1分钟面向左右，连付费整个过程大约在3分钟之内。相比之下，电动车的充电时间与燃油车辆加油相差最起码5倍，而且这是在最优化充电模式之下的结果。花费15分钟对车辆进行充电，意味着驾驶者最少需要等待13分钟时间，对于大部分人而言，这已经超出了他们的耐性，所以在充电时车主普遍不在车上。由此而来充电桩被长时间占用这一问题也就十分普遍了。

另一方面，在于大规模电动汽车充电将带来新一轮的负荷增长，尤其是电动汽车在高峰期充电将进一步加剧电网负荷峰谷差，可能导致配电网线路过载、电压跌落、配电网损耗增加、配电变压器过载等一系列问题电网唯一能满足电动车充电需求是在晚上用电低谷的时间，利用晚间较少用电量需求，电动车可以在此时充电，并享受较日间低的充电成本，也同时提高了发电机组的使用效率。但是夜间充电占用充电桩这一问题便更为突出。即使电动汽车慢充（充电桩）需要5小时左右，漫漫长夜充电桩却被一直“霸占”这便造成了充电资源的浪费！

本文旨在研究电动汽车充电站（特别是配备多个充电桩和充电监控系统的充电站）利用自动化控制系统使无人看管的充电汽车在充电完成后及时腾让出充电桩以方便后车充电。从而实现充电桩的高利用率，解决充电难这一问题。

1 充电站智能管理系统意义

本文所提及的智能管理方法面向电动汽车充电站。就目前电动汽车动力电池技术而言，高能量密度、充放电迅速、长循环寿命的“理想”电池目前还处在实验室研发阶段，未来一段时间内量产动力电池将不会产生较大的性能方面提升。所以现有的充电站模式还是主要充电模式。在这一条件下，对现有充电站加装“智能管理系统”可以有效提高充电站充电桩的利用率，方便电动汽车的日常使用。

2 智能管理控制策略、实现方法及设计

2.1整体布局

具有高兼容性是该系统的主要特点之一，其兼容性体现在既可以在现有充电站的基础上加装该系统进行改造，也可以新建与之配套的充电站。

该系统是以工业AGV为主要执行系统的无人控制自动化充电系统。系统由三大部分构成，分别是软件控制系统、执行系统、充电系统。其中充电系统为现有充电桩不做详细解释，软件执行系统基于51单片机进行开发，具有如下功能：检测站内各充电桩状态，当检测到充电完成的指令后安排执行系统对已完成充电的车辆进行定位寻找。执行系统完成连接后，将车辆沿设定路线移动至充电完成区进行暂时停放。电脑确认车辆完成移位后系统会向车主发送提示消息提醒前来取车，同时对停放进行计时，采用超时停车收取一定停车费或其他方式来提高充电站流转率从而进一步提高充电桩利用率。以上是软件控制系统功能。

执行系统由两部分构成，一是基于工业AGV的主移动系统，用来对车辆进行移动牵引。另是活动式停车平板，用作对充电车辆的承载以及移动。

2.2实现方法

本系统实现方法主要依靠执行系统实现。执行系统分两部分，分别为工业AGV牵引以及活动式平板停车装置。

2.2.AGV牵引装置

采用工业AGV做为牵引移动装置，AGV是（Automated Guided Vehicle）的缩写，意即“自动导引运输车”，是指装备有电磁或光学等自动导引装置，它能够沿规定的导引路径行驶，具有安全保护以及各种移载功能的运输车。具有如下特点：

（1）自动化程度高；

由计算机，电控设备，激光反射板等控制。

当车间某一环节需要辅料时，由工作人员向计算机终端输入相关信息，计算机终端再将信息发送到中央控制室，由专业的技术人员向计算机发出指令，在电控设备的合作下，这一指令最终被AGV接受并执行——将车辆送至相应停车区。

（2）充电自动化；

当AGV小车的电量即将耗尽时，它会向系统发出请求指令，请求充电（一般技术人员会事先设置好一个值），在系统允许后自动到充电的地方“排队”充电。

另外，AGV小车的电池寿命很长（10年以上），并且每充电15分钟可工作4h左右。

（3）美观，提高观赏度，从而提高充电站的形象。

（4）方便，减少占地面积；生产车间的AGV小车可以在各个区域穿梭往复。

导引方式选择：由于充电站内环境相对复杂，对AGV的工作影响较大。且需要对成本进行合理化控制。基于以上原因，选择电磁导引方式。电磁导引是较为传统的导引方式之一，仍被许多系统采用，它是在AGV的行驶路径上埋设金属线，并在金属线加载导引频率，通过对导引频率的识别来实现AGV的导引。其主要优点是引线隐蔽，不易污染和破损，导引原理简单而可靠，便于控制和通讯，对声光无干扰，制造成本较低。适合于充电站环境布置。

2.2.2活动平板停车装置

采用活动平板式停车装置主要原因是车辆移动时间至占据很少一部分，基本处于静止状态。且工业AGV系统较为复杂，且成本过高，基于综合考虑采用牵引、停车分离的设计从而达到效率利益最大化。

活动平板是停车装置主要功能是在等待充电区、充电区以及充电完成区对车辆进行承载。在车辆在各区域见移动时也可作为移动装置。活动平板式停车装置具有简单控制装置方便车辆上下进行高度变化，且具有站内识别标识，可对装置上车辆进行标记以便进行充电完成提醒。可被AGV进行牵引输送至指定位置。

3结论

该电动汽车充电站智能管理系统作为提升充电站内充电桩使用效率具有很要的可行性。在现有电池技术以及充电技术无法再短期内得到很大提升的前提下，可以大幅度提高充电站使用效率。且该系统对既往充电站有良好的兼容性。在不改变既有充电桩布局的情况下便可进行加装。对于新建充电站可以对其进行优化布局，以便其达到效率最大化。

参考文献：

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[2] 徐智威，胡泽春，宋永华，张洪财，陈晓爽. 基于动态分时电价的电动汽车充电站有序充电策略.中国电机工程学报，2014

[3] 葛少云，冯亮，刘洪，王龙. 考虑用户便捷性的电动汽车充电站规划.电工电能新技术.2014