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智能电动车范文1
关键词：手势控制；图像处理；电动车导航；无线传输
中图分类号：TP242.6 文献标识码：A 文章编号：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
手势是人类最富有表现力的交互方法和最有力的沟通手段之一。在人类的交流当中，手势是经常使用的手段，也是人机交互领域研究的热点。基于手势控制的智能电动车，使用普通摄像头采集人手视频，经过对图像序列的处理，识别使用者的指令意图，并通过无线方式，控制小车的行动。本文提出一种利用图像采集的方法来远程控制小车，该设计能够通过摄像头来采集手势，以此控制智能小车。
二、设计原理
本设计方案以具有摄像头的PC为核心完成图像采集和处理，采集到手势后，将其识别并转化为小车控制指令，通过无线通信模块发送到小车端的单片机上，由单片机完成对智能小车的行进控制。基本结构图如图1所示。
图1.系统结构框图
（一）手势识别原理
本文定义了六种手势完成小车的控制，如图2所示的六种手势。通过识别手指的个数，完成手势的识别。
图2.手势种类图
手指检测的目的是从分割出的人手轮廓中提取出手指，并可实现手指统计的功能。手指提取的方法是通过图像形态学的腐蚀-膨胀的方法。形态学的图像处理方法是将形态，如骨架、边界等，作为工具从图像中提取有用处的图像分量的方法。它能完成图像的预处理或后处理，如过滤、细化和修剪等。一般来说，形态学的方法所处理的对象是二值图像，其基本的方法是进行像素值[0，1]的逻辑运算，与、或和非（求补），以及它们互相组合形成的其他逻辑运算。膨胀和腐蚀是形态学处理的基础，许多形态学算法都是以这两种运算为基础。
膨胀的目的是使图像变大，其数学上的定义为集合运算。A和B是两个集合，A被B膨胀定义为：
其中代表空集，B为结构元素。A被B膨胀后，A中所有的像素点都会以B为卷积模板，进行与操作。
腐蚀的数学定义与膨胀类似：
B对A进行腐蚀同样会用结构元素B与A中的做与操作，腐蚀处理的结果是使原来的二值图像减小一圈。在手指提取的过程中，首先使用腐蚀操作，将手指都去除掉，然后使用膨胀操作使剩余的手掌部分还原成原来的大小。接着用原始的图像减去还原出的手掌图像，就得到的所有的手指图像。最后使用联通量分析，手指可以被编号，并计算出其数量。同时，手掌的图像还可用于手心位置的确定。
（二）小车通信
手势识别之后，需要将识别出的手势指令发送给小车，实现控制功能。为了使通信过程简化，系统使用了两个无线透明传输模块，将模块与计算机端及小车端的串口连接，通过串口通信程序，即可实现透明传输功能。
（三）小车控制过程
小车的控制部分需要实现二个目标：第一，串口的接受与发送。第二，通过接受的信号控制小车前进、后退、左转和右转的基本运动。以AT89S52单片机为基础，通过不同手势输入转换成信号控制小车运动。
三、系统设计
系统设计分为硬件与软件设计两部分，在硬件设计部分，由于选用了透明串口无线传输模块。因此，只需如图4所示在PC端及小车端使用串口与该模块相连，通过发送串口指令，就可以完成通信。而在软件部分，PC端需实现手势的识别与串口指令的发送，在小车端需完成串口指令的接收及小车运动的控制。PC端的软件在VC2008下编写完成，使用了opcnCV图像处理开源库。采集到手势图像后，将手指轮廓的个数提出，转化为小车的控制指令后通过串口发出，用来控制小车的运动。在小车端软件在Keil环境下用C语言完成，下载到AT89S52单片机后，完成串口指令的接收及小车控制功能。使用了普通PWM波控制小车电机的旋转，完成其运动的控制。
四、结束语
本文实现了一种基于手势识别的小车控制方法，在PC端采集人手图像，通过图像处理算法将其手指轮廓识别，并转为为串口指令发送至小车端用于控制小车的运动。本方案使用了无线控制，采用了模块化设计，只需稍加修改就可以移植到各个领域上，而不仅仅局限于小车控制，具有较好的移植性。
参考文献：
[1]秦志强.C51单片机应用与C语言程序设计[M].电子工业出版社,2007
[2](美)布拉德斯基,(美)克勒.学习openCV[M].清华出版社,2009
[3]崔屹.图象处理与分析:数学形态学方法及应用[M].科学出版社,2002
智能电动车范文2
【关键词】 RFID射频识别 MSP430F149微控制器 蓝牙 App 继电器
随着人们生活水平的提高和安全意识的加强，对安全的要求也就越来越高。自古以来，锁都是人们财产安全乃至生命安全的一种重要保障，人们对它要求甚高，既要安全可靠的防盗，又要使用方便，这也是制锁者长期以来研制的主题。伴随着我国经济的飞速发展，电动车的保有量不断增加；城市中也经常出现“电驴一族”。据统计，截至2012年8月底，全国电动车保有量达到2.19亿辆。但由此也带来了一系列的问题，如偷电瓶、乃至整车不翼而飞。为了解决这一问题，国内外也一直在研究各种防盗装置。但目前防盗装置主要依靠各种机械式锁具实现，一旦锁具被破坏，自动车依然可以被移走或盗走。因此，本项目研制车、锁一体的数字化防盗锁，利用密码读码技术来识别相匹配的密码钥匙，且一辆车只有唯一的一把钥匙，不能复制；加以手机开锁辅助配合，在有效避免忘记携带钥匙的尴尬，增强了防盗锁的安全性。两者配合之下，更加相得益彰。
一、设计思路及基本框架
1.1设计思路
本项目研制的车、锁一体的数字化防盗锁，主要由安装在电动车上的读码防盗系统、防盗钥匙芯片、继电器以及其他模块组成，程序控制装置包括智能芯片、通信接口和电路控制装置。当控制信号通过通信接口传递到程序控制装置时控制装置对信号进行分析并发出控制指令时，继电器断开，模拟控制全车电路的通断及命令后轴的抱闸开启使得车辆可以正常使用；当安装在钥匙中的芯片与安装在钥匙孔中的识别线圈分离时，系统自动切断全车电路并锁止电动机轴，起到防盗的作用。
此外，在完成基础部分的基础上，增加了手机控制开锁的功能。设计手机软件app，通过手机蓝牙与芯片之间的通信，实现手机对密码锁的控制。
二、研究方法
2.1基于RFID射频识别模块的设计
基于RFID射频识别模块的设计指利用RFID射频技术进行开锁的过程。以MSP430F149芯片为核心，通过读取RFID模块中的数据，判断钥匙扣的正确性，并根据其正确性对继电器和指示报警电路进行相应的控制。
其中，RC522 RFID模块的使用方法如下：MCU通过对读卡器芯片内寄存器的读写来控制读卡器芯片，读卡器芯片搜到MCU发来的命令后，按照非接触式射频卡协议格式，通过天线及其匹配电路向附近发出一组固定频率的调制信号（13.56MHZ）进行寻卡，若此范围内有卡片存在，卡片内部的LC谐振电路（谐振频率与读卡器发送的电磁波频率相同）在电磁波的激励下，产生共振，在卡片内部电压泵的作用下不断为其另一端的电容充电，获得能量，当该电压达到2V时，即可作为电源为卡片的其他电路提供工作电压。如图1所示为RFID的使用过程。
2.2基于手机蓝牙控制模块的设计
基于Andriod手机以及蓝牙模块的设计是指利用手机App进行软件开锁的过程。以MSP430F149芯片为核心，用人们随身携带的手机上的App与手机连接，连接后输入密码，蓝牙串口模块接收到密码并将数据发送给MSP430F149芯片，如果密码正确，继电器断开，实现远程开锁；否则，继电器失电闭合，车身会发出尖锐的报警声。
三、电路原理图设计
如图2所示为系统硬件部分原理图及PCB设计。
四、结束语
随着社会的发展，应用于电动车上锁具的种类也有很多，不论是链条式锁具、机械式密码锁、RFID刷卡式密码锁还是手机控制的密码锁，都存在一定的缺陷，只有多种技术融会贯通，才能相得益彰。
参 考 文 献
[1] 康华光.电子技术基础7（第四版）[ M ].北京：高等教育出版社，1998
智能电动车范文3
关键词：单片机；智能；玩具电动车
智能玩具对儿童智力开发有很好的作用，因此受到了广大家长的喜爱。中国作为世界上玩具第一生产大国，电子智能玩具具有很好的市场前景。单片机作为智能玩具电动车的控制核心，可以提高玩具的智能化水平。
一、技术介绍
单片微型计算机（Single Clip Microcomputer）简称单片机。将中央处理器、只读存储器、定时/计数器、输入输出接口电路等拥有不同功能的部件集成在一个芯片上，便可构成一个完整的微型计算机。现如今，更新型、更高能的单片机相继出现，并可以实现不同操作要求。单片机具有运算速度快、存储容量大、运算能力强等优势，类型有通用型和专用型，被广泛应用于工业、农业、国防军事、科研、教育以及日常生活的各个领域，成为其智能化工具，推动了各行业技术改造，有利于产品不断创新。
智能玩具电动车控制系统属于一个综合系统，包含了计算机控制技术、传感技术、机械工程和人工智能等多方面的技术。控制方式有单片机控制方式、光学传感器控制方式、语音控制方式等。其功能包括对外界环境感知、动态决策和规划、行为控制和执行等。
二、智能玩具电动车的工作原理
智能玩具电动车以单片机为核心控制芯片，单片机、循迹、电机驱动、电源以及传感器避障等部件作为硬件电路。智能玩具电动车设计多采用后驱动方式，两个后轮分别各由一个电机控制，前轮是一个万向轮，用来保持平衡。当调整驱动轮转速、转动方向时，就能够控制玩具电动车的转向。玩具电动车底盘两侧分别安装两个红外传感器，当电动车其中一侧的传感器检测到黑线时，此侧电机受到单片机控制芯片控制停止供电，并且电动车向此侧修正。玩具电动车通过前端三个红外传感器探测前方是否有障碍物，单片机将检测到的信息进行分析和判断，从而自动规避障碍物。将二极管和语音播报功能加入到智能玩具电动车设计中，就可以将电动车的行驶状态等信息以语音、发光的形式表现出来，实现玩具电动车的智能化控制。
三、智能玩具电动车的系统设计
1.硬件系统设计
（1）单片机部分设计。智能玩具电动车采用单片机作为主要控制器。单片机由于具有处理效率高、抗干扰能力强、使用温度范围广、体积小、功率低、控制功能强、外部总线丰富等优点，被广泛应用于智能电子产品当中。现在市场上单片机种类丰富、功能各异，因此，要根据产品的实际系统情况，选择适合的单片机型号。智能玩具电动车多采用STC89C51单片机，这款单片机适合多控制的复杂电子产品使用。
（2）循迹部分设计。循迹部分包含4个红外传感器，主要安装在智能玩具电动车的底盘。当红外传感器感应到前方物体时，输出的电压根据不同的物体发出相应的改变，并经过LM32比较采集高低电平，进行信号检测，单片机获得相关的路面信息，改变控制命令，使电动车作出合适动作，实现循迹功能。
（3）传感器避障部分。传感器避障有两种技术：一种是超声波避障，在一定范围内，超声波会进行多次反射，传感器之间容易相互干扰，导致对障碍物方向判断失误；另一种是红外线避障，与超声波避障相比，传感器之间不会相互干扰，遇到近距离的障碍物反应速度灵敏，不会发生误判情况。因此，红外线避障和超声波避障相比，智能玩具电动车传感器避障设计多选择后者。传感器避障设置在智能玩具电动车前后两端，共6个红外传感器，工作原理与循迹相同，采用反射式接收。
（4）电机部分。在电动车两个后轮旁分别安置一个直流电机，并使用同一个控制端。控制端有4个通道逻辑驱动电路，通过单片机的I/O输入改变控制端的电平，可以控制电动车向前、后、左、右四个方向行驶，避开障碍物。
（5）电源部分。电源是整个智能电子玩具电动车设计的重要部分。电源为电动车正常使用提供电能，一般采用电池串联供电的方式，有利于保持电压的稳定性。智能玩具电动车系统各个部分所需要的电压各不相同，单片机、寻迹、传感器避障部分所需要电压为5V，电机部分所需电压为12V，语音播报部分所需电压为3.3V。
（6）语音播报部分。语音播报部分的功能是将智能玩具电动车正在发生的状态通过语音提示的形式展现出来。采用一种永久记忆型语音录放电路，主要由定时器、内部时钟、前置放大器、解码器和收发器等组成，录音时长60秒，可重复录放数十万次。将语音录制完成储存于芯片中，当电动车发生不同的动作时，就可以播报出相应的语音信息。
2.软件系统设计
软件系统主要是通过程序编写对检测信息进行分析和处理，并作出相应的指令，控制和改变玩具电动车的行为。各个模块上，控制流程分别为电机流程、避障流程、循迹流程。
综上所述，具有高科技含量的智能化玩具是我国玩具产业的重要发展项目。单片机作为智能化核心控制器，对玩具产业的技术改造以及提高玩具智能化水平有很大推动作用。
参考文献：
[1]董胡，马振中. 基于单片机的智能玩具小车设计[J]. 微型电脑应用，2014（9）：14-16.
智能电动车范文4
电动车锂电池十大品牌 1.宁德时代CATL 宁德时代这家成立于2011年的全球领先锂离子电池制造公司，是专注于研发生产和销售新能源汽车动力电池系统、储能系统的全球领先绿色能源解决方案提供商，经过十多年的发展，这个拥有强大研发团队的企业已经拥有年项目总量超过40兆瓦时。
2.比亚迪BYD 比亚迪这家成立于1995年的分别在香港和深圳上市的知名新能源汽车品牌，旗下业务覆盖了电子、汽车、新能源和轨道交通等多个领域，并拥有国际领先的汽车电池技术和完整的电池产业链。
3.LG化学 LG化学这家立足于石油化学领域，成立于1947年集研发制造信息电子材料、电池和石化基础原料于一体的韩国化学领域代表性企业，1995年进入中国市场，1999年开发出锂离子电池以来，每年都保持着30%以上的销售增长业绩。
4.中航锂电 中航锂电是隶属于中国航空工业集团，集研发生产和销售储能电池、电池管理系统、锂离子动力电池集相关集成产品、材料的高科技企业，旗下推出的三元和磷酸铁锂两大体系产品不仅通过国内的质量体系认证，还获得CE、UL、TUV等国际认证。
5.国轩高科 国轩高科是一家成立于2006年并于2015年成功上市的电池材料工艺供应服务商，是由新能源汽车动力电池、储能、输配电设备等业务板块共同组成的民族企业，先后研发生产出的磷酸铁锂、三元材料电芯、动力电池组、电池管理系统等产品均通过了国家质量认证。
6.亿纬EVE 亿纬这家成立于2001年，以研发生产和销售锂离子电池、电源系统、电子烟、锂原电池等产品为核心业务的智慧互联能源解决方案提供商，旗下产品覆盖了智能交通、智能安防、储能、新能源汽车、智能电网等多个领域。
7.孚能科技Farasis 孚能科技孚能科技这个成立于2009年，专注于研发生产和销售锰酸锂汽车动力电池和相关产品的新能源技术及产品开发公司，旗下研发的项目覆盖了隔膜纸、电解液、电池材料、电池设计生产等多个领域。
8.Panasonic松下 松下这个成立于1918年，专注于生产和销售家电、数码视听电子、办公产品等多个系列产品的综合性电子技术企业集团，而这个在全球享誉广泛盛誉的电子厂商，旗下产品覆盖了各类电器产品及附件。
9.瑞浦能源REPT 瑞浦能源是一家成立于2017年，以方形铝壳三元锂电池、铁锂电池的VDA和MEB的标准尺寸为主导产品的电池制造企业，是集研发生产、销售服务动力、储能锂离子电池、锂电池系统应用于一体的新能源及智慧电力储能系统优质解决方案提供商。
智能电动车范文5
关键词：自由轮 制动性能 安装要求
随着社会科技日新月异，追求高要求、高质量的人普遍存在，现在很多电动童车的新品种、新款式层出不穷，一时成为当今儿童的最爱。如果在设计、制造和生产过程中出现一点点失误，可能会造成儿童使用伤害。为此，国家标准GB6675-2003《国家玩具安全技术规范》第A.4.20条（制动装置）的规定：“a）按A.5.16.1（自由轮装置原则）测试判定为自由轮的机械或电动乘骑玩具应：①有一个制动装置；②按A.5.16.2（非玩具自行车制动性能测试）测试时，玩具移动距离不应大于5cm；③质量大于等于30kg的乘骑车，应有制动锁定装置（停止制动）。b） 电动童车在不倾侧的情况下，放松开关，动力电源应自动断开。使用制动装置时电源应自动切断”。否则，电动童车就会存在很大的安全隐患，直接影响儿童安全健康。
目前，由于有不少玩具设计及制造商缺乏相关标准知识和理解，在我几年的检验实践中发现不少电动童车普遍存在制动装置的问题。现有关电动童车的自由轮及制动装置性能测试方法、安装适用要求和危害分析等方面做进一步探讨。
一、自由轮和非自由轮的确定
1、在实际检测中，判断电动童车是否是自由轮，简单可行的方法是将童车置于一个10度的斜台上加载50kg，观察其是否加速下滑。如果童车加速下滑，就为自由轮；如果童车不下滑、减速下滑或匀速下滑，则为非自由轮。如果用这种方法不能确定，就按A.5.16.1（自由轮划分原则）来测试。
二、制动装置性能测试
从实际工作检测中，比较常见的制动性能一般有两种：一，机械制动（见图2-1）：即增大制胶与车轮的摩擦力及车轮与电机之间的传动比；二，电磁制动（见图2-2）：利用锁定马达（即通电后线圈产生磁力，吸住电机转子而制动），即属于非自由轮。
电动童车制动装置性能测试方法：将电动童车放置在铺有P60氧化铝纸的（10﹢0.50）度的斜面上，按表A.2施加适当的负载，使玩具纵轴平行于斜面板。在正常操作时制动力的方向施加50N±2N的力；如果制动装置由制动把手操作的，在制动把手的操作方向施加50N±2N的力，产生制动效果；如果制动装置由脚踏板操作的，在脚踏板的操作方向施加50N±2N的力，产生制动效果。检查玩具在制动装置制动后移动的距离是否大于5cm。如果有多个制动装置，应分别进行测试。
三、不适用安装制动装置及说明
国家标准GB6675-2003第A.4.20条“制动装置”明确规定，本要求不适用下列玩具：
①用手或脚对驱动轮提供动力或轮直接驱动的玩具。例如，前轮上有脚蹬的三轮车，通过用脚来直接驱动前轮转动从而带动三轮车行走，而非通过链条和链轮传动机动来驱动；因为儿童的脚可以自由支撑地面来帮助制动，危险性非常小。
②未负载时最大速度小于1m/s、座高小于300mm、脚是自由的电动童车。如：儿童电动三轮车，由于速度低、座位低、脚可以自由支撑地面帮助刹车的，安全可靠。
③自由轮儿童玩具自行车。这种儿童玩具自行车鞍座高度一般小于435mm，鞍座较低，重量轻，惯性小，方便用脚自由支撑地面来达到制动。
四、适用安装制动装置及说明
现在电动童车种类多，款式多样化，很多厂家对安装制动装置时无从下手。为了方便童车企业能生产出符合标准要求的产品，更重要是能生产出安全合格的产品；针对相关标准理解与实施，做详细概括及说明：
①如果是自由轮的电动童车，且侧面的活动受限制的，类似这种。如：电
动四轮童车（如图4-1）；因这种童车座位周围两边是围起来的，脚部活动受到限制，当遇到障碍物或下坡情况时，由于儿童的脚难于加于制动，就存在很大的危险及安全问题。
②如果是自由轮的电动童车，且侧面的活动未受限制的，其座位高度又大于
300mm的，类似这种：如电动三轮童车（如图4-2）或是四轮的。因为座位两边的活动未受到限制，脚是自由的，从表面上看儿童是可以用脚着地加以制动而停止，但在实际使用及玩耍时，如果座位高度超过300mm的话，绝大部分儿童的脚是不能及时着地制动停止的，会随时有危险情况的发生。
③如果是自由轮的电动童车，侧面的活动未受限制且座位高度小于300mm但未负载时最大速度大于1m/s的电动童车，类似这种：如电动三轮童车（如图4-2）或是四轮的。因为座位两边的活动未受到限制，脚是自由的加以着地制动而停止；但是，如果速度过快，惯性也随之增大，若遇到突况发生，稳定性方面也经受考验，在这种情况下绝大部分儿童的控制力和反应能力会受到干扰而迟钝，且儿童用脚着地制动力度变小，从而出现不必要的伤害。在设计和制造生产时，建议把速度控制在小于1m/s范围比较合适，才符合玩具安全要求。
五、危害分析
从实际检测的情况分析，市场上的电动童车往往具有一定的速度或座位高度，或者不容易通过儿童的脚来加以制动，当遇到障碍物时，如果不能有效制动及断电停车，就存在危险。因此，对于自由轮的电动童车，必须要一个有效的制动装置，如果电动童车的质量大于30 kg，则应设有制动锁定装置。对于电动童车，不管是否自由轮，在不倾侧的情况下放松开关或者使用制动装置时，动力电源应自动切断。
未实施强制性3C以前，很多自由轮电动童车都没有设置制动装置（也叫刹车装置），而仅靠放松加速开关来达到停车的目的，当速度过快时因无法制动停车而发生危险情况，因此必须按要求安装制动装置。对于质量大于或等于30kg的电动童车，必须加装制动锁定装置，此装置类似于汽车的手刹，其作用在于停车后制动，以防斜面停车时由于惯性过快而导致加速下滑，避免出现危险。
放松加速开关或使用制动装置时动力电源自动断开可以避免误触发，安全性能增加。对于同时具有制动装置和启动加速开关的电动童车，当制动装置动作时，启动加速开关置于何种状态，动力电源都应自动断开。但应该注意的是，如果断电装置不能产生有效的制动，不当作制动装置。另外，由于有些电动童车设计时安装自动保护装置，当车倾侧时会自动切断动力电源，起到安全保护作用。
总之，童车的质量不能忽视，要把好产品质量关，确保儿童玩的开心，监护人买的放心，如何确保电动童车的制动安全性能，是广大电动童车生产企业必须考虑的问题，希望本文对相关企业在设计和生产阶段起到一定帮助。
参考文献：
[1]GB6675-2003《国家玩具安全技术规范》
智能电动车范文6
关键词：智能充电 节能减排
中图分类号： TE08 文献标识码： A
充电站运营收益分析
1 充电站智能充电目标与输入信息
一般电动汽车充电站的结构如图1所示。一台配电变压器下接有常规负荷和电动汽车充电负荷。对于配有专供配电变压器的电动汽车充电站，可以认为该台配电变压器下接入的常规负荷为零。
图1 电动汽车充电站示意图
作为电动汽车充电服务的提供商，电动汽车充电站一方面从电网买电，另一方面其通过售电的方式为电动汽车用户提供充电服务，从中赚取充电价格与购电成本之间的差价实现充电站的盈利。
每当有新的电动汽车客户接入充电站第号充电机时，充电控制系统可通过客户电动汽车上的电池管理系统获取电动汽车电池容量，以及电池当前充电水平（State of Charge），即为电动汽车当前电池电量与该电动汽车电池总容量的比例。为了制定电动汽车智能充电策略，客户需要告知充电站内充电控制系统该电动汽车预期的停留时间以及客户离开时期望的电动汽车电池充电水平。在这基础上，以满足客户需求以及充电站变压器不过载为前提，通过智能充电控制，实现充电站经济效益的最大化。
2 实现经济效益最大化的充电站运营控制方法
控制策略
设充电站的充电机数量为，充电机的充电功率为，假设充电过程采用恒功率充电。事实上，电动汽车动力电池一般采用“先恒流，后恒压”的方式进行充电。在恒流充电过程中，电池电压基本不变，而恒压充电过程时间相较恒流充电过程很短，可忽略。因此，将电动汽车视为恒功率负载具有合理性。配电变压器的额定容量为，充电负荷功率因数平均为。
根据该变压器的历史常规负荷（除电动汽车负荷以外的其它负荷）数据，可预测当日96点常规负荷曲线。那么电动汽车可用于充电的容量即为变压器的剩余容量，用表示。在[0,1]之间取值，表示在一天中第个时间段内()变压器容量中允许充电站对电动汽车进行充电的可用容量比例，时间间隔为15分钟。对于配有专供配电变压器的电动汽车充电站，。
充电站当日的电价信息主要包括电网电价信息和电动汽车用户充电电价信息，分别用（元/千瓦时）和（元/千瓦时）表示。
根据当前时间与充电站内所有车辆的预期停留时间设定值，确定从当前时刻起的所有车辆停留时间的最大值，得到充电协调控制的时间段数（系统每15分钟改变一次充电状态），，表示小于的最大整数。
根据得到的充电协调控制时间段数，构造充电站状态矩阵，其中，表示从当前时刻算起第个时间段上充电机的停车状态：，为有车；，为无车。若第个停车位上没有停放待充电的电动汽车，则，，。
每隔15分钟，充电站内电动汽车充电控制系统根据充电站内电动汽车停车状况，用户需求以及电网负载与电价信息，调用智能充电优化程序，计算确定每台充电机在未来个时间段内充电和停机状态，从而实现电动汽车充电站运营效益最大化。
数学优化模型
以充电站的运营经济效益最大化为目标，目标函数如下：
（10-1）
其中，和均为从当前时刻算起的第个时间段的价格。表示充电站内电动汽车充电机开停决策矩阵，表示第个充电机以当前时刻为起始点的第个时间段的控制决策，，表示该充电机开启，，表示该充电机关闭。
约束条件：
（1）配电变压器容量约束
（10-2）
其中,为充电负荷的功率因数。
（2）充电需求约束（在个时间段内，被充电的电动汽车的电池充电水平应当至少达到充电开始时所需求的最终充电水平，同时在充满的情况下应该停止充电）。
（10-3）
上述优化模型为线性整数规划模型。本文使用CPLEX优化工具包进行求解，具有较高的计算效率。
异常处理
在解决客户的实际需求时可能会遇到这样的问题，客户的需求急切，在短时间内需要充电站为之提供大量的电能（比如较大的，，较小的）。此时由于充电设备硬件约束（充电功率P不可能很大），以及变压器容量约束，充电站不能满足客户的需求，即出现不能满足电动汽车用户离开时电池充电水平(SOC）至少达到的情况。在优化问题求解时表现出优化无解。
为解决此问题，当用户输入之后，求解优化控制策略，若无解，提示用户此时系统不能满足客户充电需求，并将该用户递减2%，再次求解，直到有解为止。优化系统告知顾客最终调整后的，若客户满意，即按照调整后的执行优化控制。若客户不满意，只能放弃这位客户。若降到时，上述问题仍无解，则此时充电站不能满足客户的任何充电需求，也只能放弃这位客户。
根据上述模型进行计算，进而得到的充电机开停决策矩阵C，实现电动汽车充电站的智能充电控制。系统每经过15分钟更新系统状态，发出新的一轮控制命令。如果在本次15分钟的时间间隔内没有新车进入充电站，则按照原先计算好的控制策略每隔15分钟改变充电机的状态，如果有新车进入，则在新车进入后按照上述步骤重新计算，但在本次15钟时间段内，保持原有车辆的充电状态不变。在下一个时间段开始时，根据新计算得到的控制策略，改变充电站内充电机的状态。
3 算例分析
参数设置
以某一小区充电站为例，配电变压器下带有常规负荷和电动汽车充电负荷。配电变压器的容量为800kVA。根据我国2010年4月通过的《电动汽车传导式接口》，采用常规充电模式对该充电站内电动汽车进行充电，充电功率为7kW，充电负荷功率因数为0.9。该充电站拥有充电桩80个。常规居民负荷标幺曲线如图3所示（负荷占配变容量的百分比为0.5）。电网电价采用国内工业用电分时电价的形式，而充电电价则按照统一的单价制定，具体充电站电价参数设置如表1。
假设该充电站每日为100辆私家电动汽车提供充电服务，分析居民用户的一般使用电动汽车习惯，设计电动汽车的充电数据如表2所示。其中表示取值服从均值为,标准差为的正态分布。表示取与之间的较大值。表示取值服从到的均匀分布。
图3 常规居民负荷标幺曲线
表1 充电站电价参数设置
时间段 电网电价（元/千瓦时） 充电电价（元/千瓦时）
谷时段 0:00-8:00 0.365 1
峰时段 8:00-12:00 0.869
17:00-21:00
平时段 12:00-17:00 0.687
21:00-24:00
表2 电动汽车的充电数据设定
充电次数/天 起始充电时间分布 各时段充电概率 预计充电时间 起始充电容量分布 电动汽车电池容量（千瓦时） 客户要求离开时充电水平
1 0.2 32 0.8或0.9(分别为0.5的概率)
0.8 到次日早上结束 32 24点之前开始充电设置为0.95，否则设置为0.9
为了验证智能充电的控制效果，先计算无序充电情况下充电站运营情况和变压器负载情况，并将运算结果与智能充电情形作比较。
在无序充电情形下，只要充电站有空余车位，即可为新进入的电动汽车提供持续充电服务，直到用户离开为止，若在此之前电动汽车电池已经充满，也应停止充电。在无序充电情形下，充电站可能因为大量电动汽车的接入，导致配电变压器过载，也可能因为用户的需求急迫（在短时间内要求SOC达到较高的要求），出现电动汽车即便一直在充电，但在离开时动力电池也不能充满的情形。
基于蒙特卡洛模拟的仿真分析方法
基于蒙特卡罗仿真方法，根据表2的数据，随机产生多个电动汽车充电日需求数据，并对电动汽车的充电过程进行智能充电控制和无序充电两种情形的计算。每一次仿真具体的计算流程如图4所示。
图4 对一组抽样数据的仿真计算流程
仿真结果
通过蒙特卡罗方法模拟100辆车在一天内的充电需求，并在智能充电和无序充电两种模式下，计算充电站的日收益、充电站车辆日丢失率、日平均车辆降低需求所占的比例、平均计算时间以及出现的最大和最小负荷标幺值。通过模拟计算充电站在智能充电和无序充电两种情形下的平均收益，得到如图5所示的平均收益曲线。
图5 两种充电策略下的平均收益曲线
从平均收益曲线可以看出，在蒙特卡洛计算次数大于400天后，平均收益基本保持不变。因此将仿真次数设定为400次。仿真在CPU为Intel Core i3，4G内存的计算机上完成。
表3 智能与无序充电仿真结果
充电控制方法 智能充电 无序充电
充电站平均收益 元/天 640.08 193.83
充电站最高收益 元/天 725.52 228.02
充电站最低收益 元/天 541.15 154.90
充电站车辆日平均丢失率（%） 2.22 1.67
充电站车辆日最高丢失率（%） 12 11
充电站车辆日最低丢失率（%） 0 0
充电站日平均车辆降低需求所占的比率（%） 8.01
平均计算时间（秒/次） 1.1922 0.00015
最大负荷标幺值 0.999 0.972
最小负荷标幺值 0.306 0.306
叠加常规负荷和电动汽车充电负荷得到在智能充电和无序充电两种情形下的期望日负荷标幺曲线和常规负荷标幺曲线如图6所示。
图6 智能和无序充电两种情形下期望负荷曲线
本文根据充电站实时运行状态，结合电动汽车用户的实际充电行为，充分考虑进入充电站电动汽车的不同荷电状态，停留时间，以及不同客户需求，以充电站运行经济效益最大化为目标，建立了充电站电动汽车充电数学模型，实现了充电站内电动汽车的协调充电控制。通过仿真分析，得到以下结论：
1）采用所提出的有序充电控制方法，在保证客户需求以及变压器运行不过载的基础上，可显著提高充电站的收益。
2）所提出的控制策略具有很高的计算效率，适合大规模充电站的电动汽车有序充电实时控制计算。
