CN208247995U - 基于路线规划的电动汽车充电控制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种基于路线规划的电动汽车充电控制装置，包括设置在充电桩上的充电桩监控模块以及设置在电动汽车上的电动汽车模块，电动汽车充电时，将待充电电动汽车的整车参数、电池组参数输入至中央控制台中；监控充电桩以及停车位状态，并将充电桩、停车位的位置、状态信息传送至电动汽车模块；计算电动汽车剩余续驶里程数；根据待剩余续驶里程数以及充电桩位置、状态信息对充电桩进行筛选，得到候选充电桩，对最终候选充电桩进行路径规划；本实用新型对电动汽车充电桩进行实时监控，避免充电车位被占用等问题，保证充电桩一直处于“可用状态”；基于路线规划向驾驶员提供一条能够及时对电动汽车进行充电的道路。

Description

基于路线规划的电动汽车充电控制装置

技术领域

本实用新型属于电动汽车领域，涉及一种基于路线规划的电动汽车充电控制装置。

背景技术

随着全球能源危机的不断加深，石油资源的日趋枯竭以及大气污染、全球气温上升的危害加剧，而电动汽车作为新一代的交通工具，其在节能减排、减少人类对传统化石能源的依赖方面，相较传统汽车具备不可比拟的优势。因此，在此种环境形势下世界各国纷纷出台相应政策，推动电动汽车的发展与应用。

目前，电动汽车处于示范推广期，但由于电动汽车中各种类别的蓄电池，普遍存在价格高、寿命短、外形尺寸和重量大、充电时间长等严重缺点，使得电动汽车往往出现电池电量耗尽而又没有达到目的地或充电地点以致不能继续行驶的问题，即电池续驶里程还不能最大限度地满足驾驶者的需求；同时，由于现阶段电动汽车充电设备(如电动汽车充电站、充电桩等等)并未广泛普及，这同样阻碍了电动汽车的推广与使用。

同时，现阶段电动汽车充电常常面临这样一个问题：电动汽车充电车位被占用，而现有的装置并未对此类问题提出有效的解决方法。

如专利号为201510680905.2的专利中介绍了一种电动汽车的续驶里程显示方法、装置和系统，获取电动汽车的最大续驶里程参数并且确定影响电动汽车行驶里程的因素，计算得出电动汽车的剩余续驶里程参数并显示电动汽车影响里程因素的参数和剩余续驶里程参数。只进行了剩余续驶里程的计算，但是并没有继续提出相应的方法措施来解决剩余续驶里程不够时产生的问题。

发明内容

本实用新型提供了一种基于路线规划的电动汽车充电控制装置。本实用新型有以下目的：1.对电动汽车充电桩进行实时监控，避免充电车位被占用等问题的发生，保证充电桩一直处于“可用状态”；2.本实用新型的另一重要目的为，提供一种基于路线规划的电动汽车充电控制装置及方法，在电量即将耗尽之时，基于路线规划向驾驶员提供一条能够及时对电动汽车进行充电的道路，以合理解决由于电池电量即将耗尽以致剩余续驶里程无法使电动汽车到达目的地这类问题，最终达到延长电动汽车的续驶里程的目的。

本实用新型是采用如下技术方案实现的：

本实用新型提供了一种基于路线规划的电动汽车充电控制装置，其特征在于，包括充电桩监控模块与电动汽车模块，电动汽车模块设于待充电电动汽车上；

充电桩监控模块包括车位检测装置以及电量检测装置，其中，车位检测装置包括一个无线通信模块，一个红外扫描仪、一个语音播报器、四个压力传感器、两个带有升降装置的障碍块、一个计时器以及一个控制电路，红外扫描仪与语音播报器集成在一个集成盒中并且安装在充电桩面向停车位的表面上，一个障碍块及其升降装置设在停车位左边界线中部的一个位于地下的孔洞中、另一个一个障碍块设在停车位右边界线中部的一个位于地下的孔洞中，两个障碍块对称布置且孔洞上方均设有自动隔板，自动隔板由一个小型电机带动水平移动以打开或关闭容纳障碍块的孔洞，四个压力传感器分别设在停车位四个角，设置在停车位远离充电桩的两个角的两个压力传感器为前部压力传感器，设置在停车位靠近充电桩的两个角的两个压力传感器为后部压力传感器，计时器与其中一个后部压力传感器连接，无线通信模块可与电动汽车中央控制台中的无线通信模块无线通信连接也可以接入互联网的车辆类型信息数据库，压力传感器、红外扫描仪、语音播报器、无线通信模块、小型电机以及障碍块的升降机构均与控制电路连接，电量检测装置设置在充电桩上，电量检测装置与充电桩的控制电路连接，充电桩的控制电路中储存有该充电桩的位置信息。

电动汽车模块包括续驶里程统计系统、车载导航仪、中央控制台以及小型显示器，续驶里程统计系统包括与待充电电动车蓄电池连接的电量显示装置以及待充电电动汽车自身的速度传感器；小型显示器包括一显示屏和一语音播报器，电量显示装置、速度传感器、显示屏和语音播报器均与待充电电动汽车的中央控制台连接。

与现有技术相比本实用新型的有益效果是：

1.本实用新型设有充电桩监控模块，能够实时监控充电桩的工作状态，不仅能够保证充电桩一直处于“可用状态”，解决了充电车位被占用的问题，且通过无线通信装置将充电桩位置信息以及是否可用的信息传送至电动汽车模块，便于路线规划系统规划一条正确可行的充电道路；

2.本实用新型将充电桩监控模块与电动汽车模块通过无线通信装置连接，实现了充电桩与电动汽车之间的信息互通，提高了路线规划的可行性与实用性；

3.本实用新型在充电桩监控模块中设有红外扫描仪以及障碍快，能够判断所停车的类型，并在车辆还未停入停车位时阻止传统车停入，能有效避免充电桩车位被占用的社会现象，这是其余控制装置所不能达到的效果，能使数量不足的充电桩能够得到有效的利用，避免资源浪费；

4.本实用新型采用BFCM算法与iWM算法相结合的模糊控制算法构建模糊模型，计算电动汽车的剩余续驶里程，比现有的计算方法更准确可靠，并且对此时的剩余续驶里程进行了一个初步的判断，即判断此时的剩余续驶里程是否能使电动汽车安全到达目的地，能够帮助驾驶员准确判断此时的电动汽车的行驶状况，不仅便利且省心，此为一创新点；

5.本实用新型提出了一种路线规划识别系统，在剩余续驶里程即将不足以到达目的地点之后，为驾驶员进行了相应的路线规划，得出一条便捷快速的、含有电动汽车充电站或充电桩的路线，以便电动汽车能够在剩余续驶里程内进行充电，解决了电动汽车续驶里程不足的问题；

6.路线规划系统对充电桩进行了三次删选，去除了不可用的充电桩以及剩余续驶里程无法到达的充电桩，为最终的路径规划奠定了良好的基础，提高了路径规划的效率、准确度以及实用性；

7.路线规划系统除了得到最终候选充电桩的路径之外，并且标注出了每个最终候选充电桩上正在进行充电的电动汽车的充电电量，可供驾驶员根据实际情况的需要进行进一步的筛选，实现了人机交互，使得路线规划更加的人性化、科学化，避免了机器处理带来的弊端。

附图说明

下面结合附图对本实用新型作进一步的说明：

图1为本实用新型所述的基于路线规划的电动汽车充电控制装置的结构示意图；

图2为本实用新型所述的基于路线规划的电动汽车充电控制装置的充电桩监控模块的结构示意图；

图3为本实用新型所述的基于路线规划的电动汽车充电控制方法的流程图；

图4初次候选充电桩示意图

图5最终候选充电桩示意图

图中：1、充电桩，2、集成盒，3、后部压力传感器，4、停车位，5、障碍块，6、前部压力传感器，7、隔板，8、计时器，9、红外扫描仪，10、语音播报器。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作详细的描述：

一种基于路线规划的电动汽车充电控制装置，其特征在于，包括充电桩监控模块与电动汽车模块，充电桩监控模块用于综合判断充电桩的可用状态并进行相应的警告；电动汽车模块设于待充电电动汽车上，用于计算待充电电动汽车剩余续驶里程并对进行相应的路线规划。装置结构示意图如图1所示。

充电桩监控模块包括车位检测装置以及电量检测装置，且车位检测装置、电量检测装置皆与中央控制台通过无线通信相连进行信息传递，其中，车位检测装置包括红外扫描仪9、语音播报器10、四个压力传感器、两个带有升降装置的障碍块5、计时器8以及隔板7，红外扫描仪9、语音播报器10集成在一个集成盒2中并且安装在充电桩1面向停车位4的表面上，红外扫描仪9用于判断停放的汽车类型，语音播报器10用于提示已完成充电的电动汽车、占用车位的传统车及时离开，压力传感器用于检测是否有汽车停放在充电停车位处，一个障碍块5及其升降装置设在停车位4左边界线中部的一个位于地下的孔洞中、另一个一个障碍块5设在停车位4右边界线中部的一个位于地下的孔洞中，两个障碍块5对称布置且孔洞上方均设有自动隔板7，自动隔板7由一个小型电机带动水平移动以打开或关闭容纳障碍块5的孔洞，四个压力传感器分别设在停车位4四个角，设置在停车位4远离充电桩1的两个角的两个压力传感器为前部压力传感器6，设置在停车位4靠近充电桩1的两个角的两个压力传感器为后部压力传感器3，计时器8与其中一个后部压力传感器3连接，无线通信模块可与电动汽车中央控制台中的无线通信模块无线通信连接也可以接入互联网的车辆类型信息数据库，压力传感器、红外扫描仪9、语音播报器10、无线通信模块、小型电机以及障碍块5的升降机构均与控制电路连接，电量检测装置设置在充电桩上，用于检测此时汽车的充电状态。电量检测装置与充电桩的控制电路连接，充电桩的控制电路中储存有该充电桩的位置信息。

充电桩监控模块结构如图2所示。

电动汽车模块包括续驶里程统计系统、车载导航仪、中央控制台以及小型显示器，续驶里程统计系统包括与待充电电动车蓄电池连接的电量显示装置以及待充电电动汽车自身的速度传感器；小型显示器包括一显示屏和一语音播报器，电量显示装置、速度传感器、显示屏和语音播报器均与待充电电动汽车的中央控制台连接。

基于路线规划的电动汽车充电控制方法，其特征在于，具体步骤如下：

装置流程如图3所示。

步骤(一)将待充电电动汽车的整车参数、电池组参数输入至中央控制台中；

步骤(二)充电桩监控模块监控充电桩以及停车位状态，并将充电桩、停车位的位置、状态信息传送至电动汽车模块；

步骤(三)续驶里程统计系统获取待充电电动汽车已行驶工况的速度信息；建立典型标准工况特征参数与能耗之间的模糊模型；中央控制台将充电电动汽车已行驶工况的速度信息代入到典型标准工况特征参数与能耗之间的模糊模型中计算待充电电动汽车剩余续驶里程数，；

步骤(四)中央控制台根据待充电电动汽车剩余续驶里程数以及充电桩位置、状态信息对充电桩进行三次筛选，得到最终候选充电桩，车载导航仪对最终候选充电桩进行路径规划；

其中，

步骤(二)具体过程为：

当前部压力传感器6检测到压力逐渐增大并且压力方向为从停车位外部指向停车位内部，即为汽车开始进行停车动作时，触发红外扫描仪9，红外扫描仪9对正在停车的汽车车牌进行扫描，将扫描到的车牌号通过无线通信模块接入互联网的车辆类型信息数据库以确定进行停车动作汽车的类型：

若确定进行停车动作的汽车类型为电动汽车，则语音播报器10播报“所停车为电动汽车，请充电”，当四个压力传感器检测到所受压力不再增大时即为完成停车动作，当汽车刚完成停车动作时压力传感器触发计时器8启动计时，计时器8检测车辆停放时间t₁，此外设时间阈值t₀，一般t₀＝10～30s；若t₁＞t₀时充电桩监控模块中的电量检测装置未检测到充电桩有相应的充电动作，则触发报警，语音播报器10播放语音警告“禁止占用充电停车位”；

若电动汽车在时间t₀内进行充电操作，电量检测装置实时检测正在进行充电的电动汽车蓄电池的电量s₁，当s₁＝100％时或这车主主动停止了充电桩的充电工作时，语音播报器10播放语音提示“已完成充电的车辆及时离开”，计时器8启动计时，计时器8开始检测完成充电后车辆停放时间t₂，若t₂＞t₀时汽车仍停放在停车位处，则触发报警，语音播报器10语音警告“禁止占用充电停车位”；

当汽车完成停车动作后，若前部压力传感器6以及后部压力传感器3均没有检测到压力变化，说明停车位处于“被使用”状态，则充电桩使用状态值a＝0；若前部压力传感器6以及后部压力传感器3检测到压力值归零，即汽车已经驶出停车位，则充电桩使用状态值a＝1；

同时，充电桩监控模块通过无线通信装置将a、s₁的数值发送至电动汽车模块；

b、若确定进行停车动作的汽车类型为传统汽车，控制电路控制自动隔板7打开、控制障碍块5的升降机构带动障碍块5上升，同时语音播报器10进行语音警示，阻止传统汽车停入停车位。

步骤(三)具体过程为：

首先，获取典型标准工况每个片段的特征参数信息：在MATLAB中建立纯电动汽车整车能耗模型，输入工况为10个典型标准工况，每个典型标准工况取1200s，依次将每一个典型标准工况等分为12组片段，运行每个典型标准工况，每个典型标准工况片段取四个特征参数：平均速度匀速比例P、减速比例R、总能耗E，可得到120组数据；

其次建立典型标准工况特征参数与能耗之间的模糊模型：

构建一个由N组L维向量x_j组成的数据集X，每个L维向量x_j包括每个片段的四个特征参数，其中，N＝120，L＝4，X＝(x₁,x₂,…,x_j)j＝1,2,…,N

采用加入信任度的模糊C聚类算法即BFCM算法提取数据集X的信任度，通过BFCM算法对采集到的标准工况数据进行处理，在聚类过程中提取样本数据的信任度，能够为得到良好模糊规则库提供保证。

令，u_ij为模糊隶属度即x_j属于i类的程度，c为聚类类别数，bel_j为数据在聚类过程中的信任度即x_j的信任度，v_i为第i类聚类中心i＝1,2,…,c，d_ij＝d(v_i,x_j)为数据x_j和聚类中心v_i的距离，m为柔性系数，控制着类别间的分享程度，一般m取2.0较为理想，故取m＝2.0。

进行初始化：特征参数有四个，故类别数为4，设定聚类类别数c＝4，迭代终止值ε、最大迭代次数b_max可根据具体精度要求进行确定；

初始化模糊隶属度u_ij，使其满足u_ij∈(0,1)

更新信任度bel_j：

令

更新聚类中心v_i；

式中，表示更新后的聚类中心。

根据更新后的聚类中心更新模糊隶属度u_ij：

(d_ij)²＝(x_j-v_i ^(b))^TA(x_j-v_i ^(b))

式中，表示更新后的模糊隶属度,A为单位对称矩阵，当k＝i时d_kj＝d_ij

如果迭代终止，得到信任度bel_j。否则，令重新更新信任度bel_j。

利用iWM方法提取模糊规则，根据模糊规则库建立特征参数与能耗之间的模糊模型：

首先，构建一个拥有N对n输入单输出的样本T，T＝{(x^′(p)；y^(p))},p＝1,2,…,N，将每个典型标准工况片段的平均速度匀速比例P、减速比例R作为一组样本输入，将每个典型标准工况片段的总能耗E作为该组的样本输出。

其中，n＝3，表示第p组输入数据，y^(p)∈R表示第p组的输出，分别代表第p组的平均速度匀速比例P、以及减速比例R。

将输入变量的区间划分为d_q个模糊子集，其中，q为模糊规则数，将输出变量的值域划分为d₀个模糊子集，设A与B分别表示输入变量x′^(p)与输出变量y^(p)的模糊集。

采用高斯函数作为隶属度函数计算隶属度值：

其中,μ_A(x^′(p))和μ_B(y^(p))分别表示第p组样本数据输入值与输出值的隶属度函数值，b、σ的值可根据需要确定。

计算每一组样本数据计算隶属度相乘的权值w^(p)：

创建完备的模糊规则库，具体描述形式为：

在建立了上面的模糊规则后,采用乘积运算、加权平均反模糊化可得到下面的模糊模型y(x)，并将通过BFCM算法得到的样本信任度bel_j作为模糊规则的信任度代入到模糊模型中：

其中,是第q条规则在模糊隶属度函数μ_B(y)＝1时所对应的点。

建立完特征参数与能耗之间的模糊模型之后，续驶里程统计系统中的速度传感器获取待充电电动汽车行驶过程中已行驶工况的速度信息，将已行驶工况按时间平均分为多个片段，并得到每一个片段的特征参数：平均速度匀速比例P′和减速比例N′，特征参数由中央控制台根据速度传感器传来的电动汽车速度以及加速度信息得到，将平均速度匀速比例P′和减速比例N′输入到模糊模型中即可得到每一个片段的能耗E′；

中央控制台通过以下计算过程进一步计算电动汽车剩余续驶里程：

E_cost＝∑E′

E_rest＝E_total-E_cost

S_rest＝lE_rest

式中，E′为待充电电动汽车已行驶工况各个片段的能耗；E_cost为待充电电动汽车的总能耗；E_total为待充电电动汽车的总能量，由待充电电动汽车参数得到；E_rest为待充电电动汽车的剩余能量；S_cost为待充电电动汽车已经行驶的里程，由待充电电动汽车里程表得到；l为单位能耗行驶的里程；S_rest为剩余续驶里程；

根据得出的电动汽车剩余续驶里程数，中央控制台将电动汽车剩余续驶里程数S_rest与剩余行驶距离S_need进行大小比较，若S_rest-S_need＞S_y，则小型显示器显示电动汽车剩余续驶里程数并且语音提示“能够成功到达目标地点”；若S_rest-S_need≤S_y，则启动路线规划系统，并语音提示“剩余续驶里程不足”；

其中，S_y为里程阈值，一般取S_y＝1～2km。

步骤(四)具体过程为：

通过待充电电动汽车内的无线通信模块与充电桩的无线通讯模块连接获取各充电桩的位置信息，保留以待充电电动汽车当前所在位置为圆心、以待充电电动汽车剩余续驶里程S_rest为半径的范围内的所有充电桩作为初次候选充电桩，如图4所示，并保留初次候选充电桩的位置信息；

然后用车载导航仪规划出待充电电动汽车当前所在位置到各候选充电桩的最佳行驶路径，保留最佳行驶路径历程小于待充电电动汽车剩余续驶里程S_rest的候选充电桩作为二次候选充电桩，并保留二次候选充电桩的位置信息；

最后读取二次候选充电桩的使用状态值a，将a＝0的二次候选充电桩剔除，保留a＝1的二次候选充电桩作为最终候选充电桩，最后，将车载导航仪规划出的每个最终候选充电桩的最佳行驶路径显示在小型显示器的显示屏上，并在每个最终候选充电桩旁边标注对应的正在进行充电的电动汽车蓄电池的电量s₁，如图5所示。所标注的s₁可供驾驶员根据实际情况的需要进行进一步的筛选，例如，有a、b两个最终候选充电桩：充电桩a距离待充电电动汽车当前所在位置2km且s_1a＝100％，充电桩b距离待充电电动汽车当前所在位置1km且s_1b＝45％，此时驾驶员可根据到达每个充电桩所需的时间大致确定自己所需的等待的时间，结合自身的实际情况确定选择充电桩的选取。

Claims (1)

1.基于路线规划的电动汽车充电控制装置，其特征在于，包括充电桩监控模块与电动汽车模块，电动汽车模块设于待充电电动汽车上；

充电桩监控模块包括车位检测装置以及电量检测装置，其中，车位检测装置包括一个无线通信模块，一个红外扫描仪(9)、一个语音播报器(10)、四个压力传感器、两个带有升降装置的障碍块(5)、一个计时器(8)以及一个控制电路，红外扫描仪(9)与语音播报器(10)集成在一个集成盒(2)中并且安装在充电桩(1)面向停车位(4)的表面上，一个障碍块(5)及其升降装置设在停车位(4)左边界线中部的一个位于地下的孔洞中、另一个一个障碍块(5)设在停车位(4)右边界线中部的一个位于地下的孔洞中，两个障碍块(5)对称布置且孔洞上方均设有自动隔板(7)，自动隔板(7)由一个小型电机带动水平移动以打开或关闭容纳障碍块(5)的孔洞，四个压力传感器分别设在停车位(4)四个角，设置在停车位(4)远离充电桩(1)的两个角的两个压力传感器为前部压力传感器(6)，设置在停车位(4)靠近充电桩(1)的两个角的两个压力传感器为后部压力传感器(3)，计时器(8)与其中一个后部压力传感器(3)连接，无线通信模块可与电动汽车中央控制台中的无线通信模块无线通信连接也可以接入互联网的车辆类型信息数据库，压力传感器、红外扫描仪(9)、语音播报器(10)、无线通信模块、小型电机以及障碍块(5)的升降机构均与控制电路连接，电量检测装置设置在充电桩上，电量检测装置与充电桩的控制电路连接，充电桩的控制电路中储存有该充电桩的位置信息；

电动汽车模块包括续驶里程统计系统、车载导航仪、中央控制台以及小型显示器，续驶里程统计系统包括与待充电电动车蓄电池连接的电量显示装置以及待充电电动汽车自身的速度传感器；小型显示器包括一显示屏和一语音播报器，电量显示装置、速度传感器、显示屏和语音播报器均与待充电电动汽车的中央控制台连接。