2023年11月30日发(作者：标致车价格大概多少钱)
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技术交流
换电模式下的电动汽车预约换电引导策略
广东工业大学 周万阳 陈均泳
电动汽车以其高能效、零排放、低噪声等优势，成为各国实现
节能减排的有效手段之一，规模化电动汽车的应用是未来社会发展
的趋势。在国务院新闻办公室举行的2020年上半年工业通信业发展
情况新闻发布会上，工信部表示将大力推进充换电基础设施建设，
鼓励企业研发换电模式车型。然而，规模化电动汽车无序的充电行
为可能会造成“峰上加峰”的现象，加大电网峰谷差，影响电网运
行的安全性、经济性，使充电设施维护成本加大。因此，合理引导
电动汽车用户的充电行为，对改善各方运行状况十分重要。
目前，已有许多学者对电动汽车的充电调度问题进行研究。
戴依诺、戴忠提出建立电动汽车快速预约充电模型，并采用迪杰斯
特拉算法进行求解，解决了以往预约充电系统存在的不能预测用户
到某个充电站的最短时间的问题。黄晶、杨健维,王湘,何正友提出
的有序充电策略考虑了用户出行距离、时间及充电站设备利用均衡
率，实现对车辆的有序充电引导。李爱军、娄莉提出了一种长期利
润最大化的充电调度策略，建立以电动汽车排队时长最小化和充
电站长期利润最大化为目标的充电模型，并提出一种新的充电站
调度算法进行求解。,, and 提出一种基
于发布/订阅机制的有效通信框架能够将充电站的必要信息传播到
电动汽车,通过仿真分析了该通信框架的优势，
并基于此提出了预约服务以便电动汽车进行最
佳充电站的选择。
然而，以上研究电动汽车都采用整车充电
而未考虑更加便捷的换电模式，目前业内对换
电模式下的电动汽车充电调度问题的研究尚未成
熟，主要研究方向集中在换电站设施位置选择、
运营模式和对电网的影响等方面，而对电动汽车
选择最佳换电站的研究甚少。曹一家、刘易珠、
阙凌燕、卢敏、李勇、黄小庆、辛建波考虑电
网运行、大规模电动汽车用户充换电需求等约
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当充电桩使用率不高于设定的阈值时，采用普通充电方式；否
则采用快充。当有一充电桩的电池充好电后，此时该充电桩状态为空
闲，可用电池堆数量加1，若有待充电电池，则进入到该充电桩充电。
2 通信框架
电动汽车的预约换电调度可以分为集中式和分布式两种。在集中
式调度是由全局控制器(Global Controller,GC)执行换电管理，即随机分
布的电动汽车由全局控制器统一进行换电调度。不同于集中式调度依
靠点到点的同步交互，本文基于发布/订阅机制的通信模型实现换电
站与电动汽车的通信交互，在该模型下的通信流程如图2所示。
图2 发布/订阅通信框架
3 预约换电引导策略
基于电动汽车的预约换电通信模型，电动汽车与换电站之间实
现信息交互，进而利用双方的状态信息，通过合理的算法转化为车
辆调度所需信息，本文考虑用户对换电等待时间的偏好，车辆根据
最短的等待时间做出最佳的换电站选择。
3.1 电池可用时间预测
换电站根据电池充电状态估算每个充电桩的可用充电时间。充
电过程为多个充电桩的并行充电，分别定义两种类型的队列。正在
充电的电池队列定义为
N
cd
，待充电池队列定义为。换电站电池可
N
用时间预测算法如算法1所示。
当换电站的可用电池数量不为零时，车辆到达换电站后可以立
即进行电池更换，因此电池可用时间ATB定义为网络当前时间
T
cur
，
可用电池对应的
T
cur
逐个添加到电池可用时间列表。而有电
ATBLIST
池正在充电时，ATB根据算法1得出。电池从当前能量状态到最大
电量的充电时间为
，其中为充电效率，和
β
分别为电池的最大电量和当前电量。因此，对于正在充电的电
池，电池充电完成时间即ATB为
，并将其添加到
电池可用时间列表。
ATBLIST
ATBLISTN
按照升序排列，当
d d
=0，返回。当 >0时，
ATBLISTN
N
d
按照最短充电时间优先(Shortest Charging Time First,SCTF)的顺序
进入到充电桩，对于
N
d
中的等待充电的电池，其未来完成充电的
j
时间表达式为：
(1)
并替换列表首位即最早的时间点。对中的电池
ATBLISTATBLIST
循环此操作，直至所有电池充电完成时间计算完毕，返回。
ATBLIST
3.2 电动汽车等待时间预测
电动汽车通过订阅各个换电站的信息，获取每个换电站的位置
和列表以及所有电动汽车的预约情况，需要说明的是，预约情况经
过处理不涉及用户隐私。同时需要获取车辆自身的位置和行驶速度
vDijkstraD
，使用算法计算电动汽车行驶到换电站的距离。则电动
汽车到达换电站的时间
T
arr
表达式为：
(2)
对于某一换电站，已预约而未达到换电站的电动汽车队列定义
为
N
rf
，列表首位表示的最早的电池可用时间定义为，则
ATBLISTT
对应的电动汽车等待时间
T
w
可由算法2进行估算。
算法2遵循先到先服务(First Come First Serve，FCFS)的策略对
N
r
队列进行排序，它们的预约过程将通过该次序被调度。使用算法1所
返回的得到对应换电站的电池可用时间，在此基础上计算电
ATBLIST
动汽车在该换电站的等待时间。为了动态地更新，需要计算
ATBLIST
预约的电动汽车电池充电完成时间，并替换首位。在对
ATBLISTN
r
队
列循环操作时，先将升序排序，使得
ATBLISTN
r
中每辆电动汽车的达
到时间能够与最早的电池可用时间比较以用于下一步计算。
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（1）如果，意味着车辆到达换电站时需要等待电池充电
T
arrf
完成，此时电池充电完成时间和电动汽车等待时间由式(3)(4)所示。 (3) (4) （2）如果 T arr f ≥ T ，意味着车辆到达换电站时已经有完成充电的 可用电池，此时电池充电完成时间由式(5)所示。 (5) 其中，为进行电池更换所耗的时间。而此时电动汽车等待时 T s 间 T w = 0。 3.3 最优换电站选择 电动汽车通过算法2获取到达每个换电站的等待时间，在能够到达 的所有换电站中，选择等待时间最少的换电站。函数()表示换电站 Txx 与对应的等待时间的映射关系，则最优换电站选择可由式(6)表示。 (6) 式中：为当前时刻电动汽车能够行驶的最大距离，()为 DDx max 换电站与对应的和电动汽车之间的距离的映射关系。 x 4 算例分析 4.1 仿真参数设置 本文采用,, and 文中基于ONE仿真 器构建用于电动汽车充电的整个系统模型，场景为使用赫尔辛基 市中心区地图模型，仿真区域范围为4500m×3400m，仿真时间为 21600s。为满足要求，假设换电站的电池和所有电动汽车采用相同 规格的电池，即特斯拉Model S所配备的电池，其参数为电池容量 90kWh以及续航里程557km。电动汽车节点在网络中的移动速度为 3～12m/s，初始电池SOC满足正态分布，并设定当电动汽车的电 荷状态SOC<30%时开始选择换电站，且预约换电时间满足泊松分 ? ? 142 布。整个模拟中设置5座换电站，每座换电站配备8个充电特斯拉 V3超级充电桩，充电功率高达250kW。同时为了简化仿真，假设 RSU全覆盖，并且电动汽车与换电站的信息交互没有时延。 4.2 仿真结果及分析 根据上述设置的基础参数，本文对所提出的换电模式下的预约 换电引导策略在不同情况下进行仿真，并与其他充电调度策略进行 对比，计算分析结果如下。 预约换电是指本文所提电动汽车采用换电模式并在预约换电引 导策略下进行有序的换电站选择；非预约换电则直接采用换电模式进 行无序的换电站选择；预约充电是指电动汽车采用整车直充模式，采 用电动汽车充电调度策略。为了分析本文所述策略的优势，仿真从两 个重要的性能指标入手，即平均等待时间和充/换电站利用率。 由图3可知，当车辆数量在800以内时不同策略下电动汽车的平 均等待时间波动不大，这是由于车辆数量较少，并未造成长时间的 拥塞。随着车辆数量的增加，在预约换电和预约充电的策略下，电动 汽车的平均等待时间稳步增加；而在非预约换电策略下，平均等待时 间的增幅有些许波动，这是因为电动汽车进行无序的换电站选择造成 的。在不考虑成本的情况下，可以得出在预约换电的策略下，电动汽 车的平均等待时间比非预约换电减少17.4%，比预约充电减少37.4%。 前者是因为在预约换电引导作用下，车辆拥塞减缓，从而减少电动 汽车的等待时间；后者则是因为在换电模式下，电动汽车更换电池 比所消耗的时间整车直充少，而且换电站的备用电池极大地提高换 电站的负载能力，从而减缓车辆拥塞。因此，本文所述的预约换电引 导策略在减缓车辆拥塞和减少电动汽车等待时间上具有一定的优势。 图3 不同策略下的电动汽车平均等待时间对比 图4(a)为非预约换电下电动汽车到达各个换电站的电动汽车数量 图，其中电动 汽车总数量一定，横坐标为选取的3个车辆密度不同的时 间段（60min），时长相等，代表着高、中、低3个不同的拥塞程度，以 计算每个时间段的车辆累计数量。可观 察到电动汽车负荷分布不均匀， 较多的集中在换电站2、5，在车辆密度 高时可能造成在某些负荷较高的 换电站，电动汽车需要排队等待换电，而其他换 电站有闲置的现象， 从而使电动汽车的平均等待时间增大，严重影响 换电站的运行效率。 换电模式下的预约换电引导策略将充电设备闲置的部分换电站进 ELECTRONICS WORLD ? 技术交流 素促进电动汽车技术的快速研发和突破性发展，使其成 为下一代绿色低碳汽车发展的重要方向。然而电动汽车 的大规模引入可能对电网产生明显影响，同时用户对续 驶里程存在焦虑、充换电站基础设施利用不均等问题 亟待改善。本文在掌握一定理论的基础上提出一种换 电模式下电动汽车预约换电引导策略，利用发布/订阅 机制的通信框架实现电动汽车和换电站的信息交互， 利用电动汽车提前预约来对电动汽车进行换电引导， (a) (b) 图4 非预约换电和预约换电下各个换电站电动汽车数量对比 这对缓解里程焦虑、环节拥塞、缩短车辆充电等待时 间和平衡换电站利用率等问题具有一定的实际意义。 本文虽然提出并验证一种换电模式下电动汽车预约换电引导策 略的可行性，但受限于时间、个人能力以及资源等因素，该方向还 有许多问题需要深入研究，例如整合电力网络、考虑用户偏好以及 运营商的效益问题。未来的工作将在这几个方面展开研究。 行充分利用，考虑了换电站负荷的均衡性，对电动汽车进行有序引 导，结果如图4(b)所示，可以看出不同时间段各个换电站的电动汽 车负荷分布较均匀，保证均衡性会使某些车辆在路程上的消耗时间 较长，但是可以为其避免车辆拥塞，减少等待时间。 综上，针对某区域内规模化的电动汽车在换电模式下采取的预 约换电引导策略，在减少用户等待时间的同时，能有效减缓车辆拥 塞、提高换电站利用率。由于换电站设施等限制，电动汽车总量增 加到一定量时会影响控制效果。 作者简介： 周万阳（1995—），男，广东汕尾人，硕士研究生，现就读于 广东工业大学大学，研究方向：电动汽车充电规划、智能电网。 陈均泳（1994—），男，广东汕头人，硕士研究生，现就读于 5 结论与展望 日趋严重的环境污染、政府支持、行业转移和消费者需求等因 广东工业大学大学，研究方向：智能交通、智慧交通。 （上接第139页） 炼板的面积，单板上放置了24个SRAM老炼测试座，每6个老炼测试座 共用一组电源和数字通道。动态老炼时，SRAM器件电源和地管脚接上 电源和地，地址、数据和控制管脚接上数字通道，原理图如图4所示。 动态老炼过程中，在输入管脚上施加激励信号，查阅该SRAM器 h）进行老炼。 件手册可知该器件最高工作频率为50Mhz，对该SRAM器件进行动态（3）老炼后测试：老炼完成后，在规定的96h内对SRAM器件 老炼采用器件最高工作频率50Mhz，这样存储器在老炼中电应力引起进行包括全部25℃时的功能测试和参数测试，验证SRAM器件性能 的温度升高能够很充分，通过电应力就可以最大化的激发存储器的是否合格。 内部缺陷。激励信号由测试图形发生单元可以产生全“0”/全“1” 算法、棋盘算法和齐步算法施加给SRAM器件输入管脚，对存储器 的功能进行验证。激励信号可以同时给所有器件进行写操作，但读 操作的时候由于每6个器件使用相同的数字通道，因此每次读操作只 能读出4个器件的存储数据信息，通过切换芯片选择信号CE可以分时 读出所有器件的存储数据信息。当存储器的数据输出与期望数据一 致时，存储器的功能正常，当存储器的数据输出与期望数据不一致 时，错误信息出现，通过人机交互界面可以实时展现出来。 老炼试验步骤： 根据GJB548B-2005老炼试验方法的规定，对该SRAM器件的老 炼主要按以下三个步骤进行： （1）老炼前测试：在施加老炼试验条件前对SRAM器件进行 老炼前测试，测试包括全部25℃时的功能测试和参数测试，保证老 炼前SRAM器件性能合格。 （2）老炼：把SRAM器件装上老炼板并插入老练试验箱中， 施加规定的老炼条件（温度125℃和工作电压3.3V）并调试稳定， 按照规定的老炼时间（160 3 结语 可靠性筛选试验中，动态老炼是一种行之有效的方法，能快 速激发器件内部潜在缺陷，剔除早起失效产品。本文基于提高存储 器的使用可靠性开展了对存储器动态老炼试验方法的研究，并以 SRAM器件为例，从存储器动态老炼方法、老炼设备选择、老炼板 设计、老炼实施方面实现了对该SRAM的动态老炼， 该方法具有一定的适用性，对开展其它类型存储器的动态老炼 试验具有指导作用。 作者简介：罗俊杰，男，高级工程师，现就职于航天科工防御技 术研究试验中心，主要从事集成电路测试技术及可靠性方面的研究。 ? ? 143
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