【摘 要】本文提出了基于状态的充换电站与电动汽车信息互联模型，电动汽车根据自身所在的不同状态与充换电站进行不同模式的信息互联，另外还提供了信息互联规则和查询充换电站的算法。在这种信息互联的模型下，车主在需要充换电服务时可以主动获取实时信息及时找到合适的充换电站，减轻了消费者对电动汽车长途行驶能力的顾虑，为今后充换电站的建设以及电动汽车和充换电站的通信协议标准制定提供了一种参考思路。
【关键词】充换电站；电动汽车；状态触发
充换电站和电动汽车之间的信息孤立不利于长途行驶的电动汽车快速准确地找到合适的充换电站补充电能。而且，随着今后电动汽车的逐渐普及，广泛电动汽车的充换电需求和有限的充换电服务能力之间的矛盾会显现。在充换电站密度低的地方或者长途出行的高峰期，这个问题会更加突出。因此需要运用相关技术实现充换电站和电动汽车的信息互联。
电动汽车城际互联示范工程是国内首创的换电式电动汽车跨省（市）运行实施项目，该工程实现了对电动汽车运行状态的实时监控，但是对于电动汽车主动获取信息的需求支持不足。在这种情况下，不利于车主在需要充换电服务时主动获取信息及时找到合适的充换电站，不利于减轻消费者对电动汽车长途行驶能力的顾虑，影响电动汽车的发展。
本文介绍了一种基于状态的充换电站与电动汽车信息互联模型，在该模型中，电动汽车按照不同的状态选择与充换电站的连接模式，例如行驶过程中电池电量到了需要充电的状态，或者在充换电站进行充电的状态等等，充换电站信息中心收到连接请求后，响应连接，根据不同情况反馈相关信息或者提供相关服务等。
1 基于状态的充换电站与电动汽车信息互联模型
图1 基于状态的充换电站与电动汽车信息互联模型结构图
1.1 充换电站与电动汽车信息互联模型结构
在本模型中，电动汽车分为四种状态：需电态、充电态、换电态、游离态。需电态是指电动汽车需要充换电服务的状态。充电态是指电动汽车在连接充电桩进行充电过程的状态。换电态是指电动汽车在换电过程中的状态。游离态是指电动汽车具有足够电量，暂不需要充换电服务的状态。
基于状态的充换电站与电动汽车信息互联模型结构如图1所示。因充换电站数量繁多，部分充换电站会有变化和调整，而且充换电站处于电力内网，不适合众多的需求态电动汽车通过无线网络直接与之互联。因此，在外部设立查询服务器，实现需求态电动汽车与充换电站间接互联。
需电态电动汽车以无线的方式通过Internet与查询服务器相连，发出信息获取请求。查询服务器通过正反向物理隔离装置与电力内网相连，获取各充换电站的基本信息和工作状态信息，并将这些信息经过整理筛选发给对应请求的需电态电动汽车。充电态电动汽车通过总线与充电桩相连，充换电站通过充电桩监控电动汽车充电的整个过程。换电态电动汽车也是通过总线与换电装置相连，交互合作完成换电过程。游离态电动汽车通常不与充换电站信息互联，自主监控电池情况，以减少通信开销，减轻服务器压力；出现状况时，切换至需电态再通过查询服务器与充换电站进行信息交换。
充换电站与电动汽车信息互联模型中的充换电站对象包含的信息有：唯一身份标识代码、名称、地理坐标、负载容量、充电桩规格、充电桩数量、充电桩是否空闲、换电工位支持的汽车电池型号、该型号剩余可用电池数量等信息。如图3所示：
图2 充换电站模型
1.3 电动汽车对象建模
充换电站与电动汽车信息互联模型中的电动汽车对象包含的信息有：唯一身份标识代码、车牌号、地理坐标、地理坐标的获得时刻、车辆型号、电池型号、电池容量、剩余电量、电池状态是否正常、预计剩余可行驶路程、是否在高速公路上、目标地理坐标等。如图4所示：
图3 电动汽车模型
2 充换电站与电动汽车信息互联规则与算法
2.1 信息互联规则
需电态电动汽车与充换电站的互联通过查询服务器间接实现，互联流程如图5所示：
图4 需电态电动汽车与充换电站的互联流程图
电动汽车向查询服务器发出查询请求时，就将地理坐标或路段信息和电池型号发给查询服务器，查询服务器根据这个地理信息去搜索相近范围的充换电站，然后按电池型号和相近坐标的充换电站进行匹配，最后将相近充换电站的地理坐标、电池库存情况、充电桩空闲情况等信息反馈给电动汽车，单次查询就完成了。
2.2 查询服务器端的充换电站查询筛选方法
服务器端的充换电站查询可以支持筛选某个地理位置点附近和某条线路段附近R公里远的充换电站的功能。R的数值可以按需要设定，比如可以设为15公里；这里的地理位置坐标采用的是垂直坐标系或者近似垂直坐标系，比如GPS坐标。
为了提高充换电站的查找速度，充换电站应事先按照纵坐标或横坐标进行排序，这里假设按照横坐标进行排序，排序算法可以采用时间复杂度为O（nlogn），如果n=10^5，那么nlogn=5*10^5；只需要占用很少的计算资源即可完成。 按地理位置点筛选的情况，假设要搜索坐标为（x0，y0）附近R公里范围的充换电站，算法如下：
第一步：在充换电站信息表中查询横坐标在[x0-R，x0+R]范围内的充换电站，将查询结果汇总成新的表，这里称表1。算法复杂度为O（n），n为充换电站信息表中的充换电站数量。
第三步：如果表2中充换电站数量过多，说明R的取值过大，这时只需要在表2中选取直线距离最小的k个，发送给电动汽车即可。如果表2中充换电站数量过少，说明R的取值过小，或者本身充换电站比较少。
还有一种特殊的情况，就是电动汽车在高速公路上行驶，这时候只能通过高速路口下高速，或者考虑在高速公路服务区的充换电站进行充换电，这时候前面的算法就不适用了，可以直接查询该高速公路下一个充换电站的情况，然后再做相应计划。
2.3 电动汽车选择充换电站的思路
电动汽车选择合适的充换电站，需要结合电子地图完成。将查询到的充换电站标在电子地图上，比较各种路线方案，就可以找出最优方案进行充换电。
在路上行驶的电动汽车的充换电情况大概可以有4种：
第一种情况，能在电池续航路程范围内找到有同规格汽车电池的充换电站，这时可以直接换电池一步到位。
第二种情况，在电池续航路程范围内找到的充换电站中，没有同规格的电池可以换，但是在超出路程范围不是非常远的地方的充换电站有同规格的电池可以换，那么可以先在充电桩上充一部分，然后到下一个充换电站换电池，这样可以让等待的时间最短。
第三种情况，在电池续航路程范围内找到的充换电站中，没有同规格的电池可以换，而且在下一个续航路程范围内也没有充换电站有同规格的电池可以换，就只能用充电桩充电的方式补充电能，此时等待时间最长。
第四种情况，在电池续航路程范围内找不到充换电站，此时需要考虑联系救援或者考虑市电接入充电。
3 应用场景模拟
起始里程数 路段名称 结束里程数
4 结论
本文提出了基于状态的充换电站与电动汽车信息互联模型，电动汽车根据自身所在的不同状态与充换电站进行不同模式的信息互联，另外还提供了信息互联规则和查询充换电站的算法。在这种信息互联的模型下，车主在需要充换电服务时可以主动获取信息及时找到合适的充换电站，减轻了消费者对电动汽车长途行驶能力的顾虑，为今后充换电站的建设以及电动汽车和充换电站的通信协议标准制定提供了一种参考思路。
参考文献：
[2]GB /T 14549 - 93，电能质量公用电网谐波[S]
[3]陈新琪，李鹏，胡文堂.等.电动汽车充电站对电网谐波的影响分析[J].中国电力，2008（9）.
