Π Τ Υ Χ Ι Α Κ Η Ε Ρ ΓΑ Σ Ι Α

Transcript

1 Α Ρ Ι Σ Τ Ο Τ Ε Λ Ε Ι Ο Π Α Ν Ε Π Ι Σ Τ Η Μ Ι Ο Θ Ε Σ Σ Α Λ Ο Ν Ι Κ Η Σ ΣΧΟΛΗ ΘΕΤΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΤΜΗΜΑ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ Π Τ Υ Χ Ι Α Κ Η Ε Ρ ΓΑ Σ Ι Α EVLIB: ΜΙΑ ΒΙΒΛΙΟΘΗΚΗ ΓΙΑ ΤΗΝ ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΩΝ ΤΩΝ ΗΛΕΚΤΡΙΚΩΝ ΟΧΗΜΑΤΩΝ ΣΥΓΓΡΑΦΕΑΣ: ΚΑΡΑΠΟΣΤΟΛΑΚΗΣ ΣΩΤΗΡΙΟΣ ΕΠΙΒΛΕΠΩΝ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ: ΒΑΣΙΛΕΙΑΔΗΣ ΝΙΚΟΛΑΟΣ, ΑΝΑΠΛΗΡΩΤΉΣ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗ 2015

2 Ε Υ Χ Α Ρ Ι Σ Τ Ι Ε Σ Πριν την παρουσίαση των αποτελεσμάτων της παρούσας εργασίας, αισθάνομαι την υποχρέωση να ευχαριστήσω ορισμένους από τους ανθρώπους που γνώρισα, συνεργάστηκα μαζί τους και έπαιξαν πολύ σημαντικό ρόλο στην πραγματοποίησή της. Θα ήθελα να ευχαριστήσω τον κύριο Εμμανουήλ Ρήγα για την πολύτιμη προσφορά και καθοδήγησή του όλους αυτούς τους μήνες όπως και τον κύριο Νικόλαο Βασιλειάδη για την εξίσου πολύτιμη βοήθειά του. Επίσης τους γονείς μου και τα αδέρφια μου για την συνεχή στήριξη που μου παρείχαν. 24/6/2015 Καραποστολάκης Σωτήριος 2

3 Π Ε Ρ Ι Ε Χ Ο Μ Ε Ν Α Περίληψη...7 Abstract..8 1 Εισαγωγή Πρόλογος Ηλεκτρικά Οχήματα Ιστορική Αναδρομή Συστατικά Στοιχεία και Τρόπος Λειτουργίας Είδη Ηλεκτρικών Οχημάτων Φόρτιση Ηλεκτρικών Οχημάτων Χρόνος Φόρτισης και Αυτονομία Είδη Ανεφοδιασμού Τοποθεσίες Φόρτισης Σύγκριση Ηλεκτρικών-Συμβατικών Αυτοκινήτων Μπαταρίες Τρόπος Λειτουργίας Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας Smart Grid Ενσωμάτωση Ηλεκτρικών Οχημάτων στο Smart Grid Διαχείριση Συμφόρησης Σύνοψη της Σχετικής με τα Ηλεκτρικά Οχήματα Βιβλιογραφίας Ανάλυση EVLib EVLib Ανάλυση Κλάσεων Διαγράμματα UML Διάγραμμα Περίπτωσης Χρήσης Διάγραμμα Κλάσεων Διάγραμμα Ακολουθίας Παράδειγμα Λειτουργίας Βιβλιοθήκης Έλεγχος Λογισμικού και Ασφάλεια Έλεγχος λογισμικού με χρήση εργαλείων Έλεγχος λογισμικού με χρήση ελέγχων μονάδας

4 6 Επίλογος και Μελλοντική Εργασία Επίλογος Μελλοντική εργασία..77 Βιβλιογραφία...79 Web Sites

5 Λ Ι Σ ΤΑ Ε Ι ΚΟ Ν Ω Ν Εικόνα 1: Η δομή του ηλεκτρικού οχήματος...15 Εικόνα 2: Τρόπος λειτουργίας Smart Grid...25 Εικόνα 3: Τρόπος λειτουργίας τωρινού δικτύου ηλεκτροδότησης...26 Εικόνα 4: Διάγραμμα περίπτωσης χρήσης...51 Εικόνα 5: Διάγραμμα κλάσεων...54 Εικόνα 6: Διάγραμμα ακολουθίας...56 Εικόνα 7: Κομμάτι 1 από παράδειγμα βιβλιοθήκης...58 Εικόνα 8: Κομμάτι 2 από παράδειγμα βιβλιοθήκης...58 Εικόνα 9: Κομμάτι 3 από παράδειγμα βιβλιοθήκης...59 Εικόνα 10: Κομμάτι 4 από παράδειγμα βιβλιοθήκης...60 Εικόνα 11: Κομμάτι 5 από παράδειγμα βιβλιοθήκης...60 Εικόνα 12: Έξοδος εκτέλεσης παραδείγματος βιβλιοθήκης...61 Εικόνα 13: Αναφορά εκτέλεσης του εργαλείου CheckStyle...63 Εικόνα 14: Αναφορά εκτέλεσης του εργαλείου FindBugs...65 Εικόνα 15: Κομμάτι 1 από κλάση ChargingEventTest...68 Εικόνα 16: Κομμάτι 2 από κλάση ChargingEventTest...68 Εικόνα 17: Κομμάτι 3 από κλάση ChargingEventTest...69 Εικόνα 18: Κομμάτι 4 από κλάση ChargingEventTest...69 Εικόνα 19: Κομμάτι 1 από κλάση ChargerTest...70 Εικόνα 20: Κομμάτι 2 από κλάση ChargerTest...71 Εικόνα 21: Κομμάτι 1 από κλάση DisChargingEventTest...72 Εικόνα 22: Κομμάτι 2 από κλάση DisChargingEventTest...72 Εικόνα 23: Κομμάτι 3 από κλάση DisChargingEventTest...73 Εικόνα 24: Κομμάτι 4 από κλάση DisChargingEventTest...73 Εικόνα 25: Κομμάτι 1 από κλάση DisChargerTest...74 Εικόνα 26: Κομμάτι 2 από κλάση DisChargerTest...74 Εικόνα 27: Κομμάτι 3 από κλάση DisChargerTest

6 Λ Ι Σ ΤΑ Π Ι Ν Α Κ Ω Ν Πίνακας 1: Χαρακτηριστικά των ειδών των ηλεκτρικών οχημάτων...16 Πίνακας 2: Διαφορές ηλεκτρικών-συμβατικών οχημάτων...19 Πίνακας 3: Χαρακτηριστικά μπαταριών...22 Πίνακας 4: Σύγκριση τωρινού ηλεκτρικού δικτύου και έξυπνου δικτύου...26 Πίνακας 5: Πίνακας για τη χρονική αναπαράσταση των φορτίσεων που γίνονται στο σταθμό φόρτισης

7 Π Ε Ρ Ι Λ Η Ψ Η Στη συγκεκριμένη Πτυχιακή αναπτύχθηκε μία βιβλιοθήκη κλάσεων για την διαχείριση των ηλεκτρικών οχημάτων. Στόχος της είναι η διεκπεραίωση των βασικών λειτουργιών των ηλεκτρικών οχημάτων, όπως είναι η φόρτιση, αλλαγή μπαταρίας και η αποφόρτιση. Η βιβλιοθήκη είναι σχεδιασμένη να παρέχει τις λειτουργίες της σε επίπεδο σταθμού φόρτισης. Παρέχει τη δυνατότητα διαμόρφωσης του σταθμού φόρτισης με την ρύθμιση των διάφορων παραμέτρων του. Ο χρήστης μπορεί να προσθέσει όσους φορτιστές, από-φορτιστές, βοηθούς αλλαγής μπαταρίας επιθυμεί. Υποστηρίζεται η ταυτόχρονη λειτουργία των προαναφερθέντων λειτουργιών. Επίσης παρέχεται η δυνατότητα αναμονής με την ύπαρξη μίας λίστας, της οποίας η διαχείριση γίνεται είτε αυτόματα είτε από το χρήστη. Τέλος ειδική μνεία πρέπει να γίνει στην πληθώρα των επιλογών πηγών ενέργειας που παρέχονται από την βιβλιοθήκη. Το λογισμικό αναπτύχθηκε με χρήση της αντικειμενοστραφούς γλώσσας προγραμματισμού Java. Για την διαπίστωση της αποτελεσματικότητας του ελέγχθηκε μέσω κατάλληλων εργαλείων και μέσω ελέγχων ενοποίησης. 7

8 A B S T R A C T In this dissertation a class library for the management of the electric vehicles has been developed. The main goal of the library is the handling of the basic functions of the electric vehicles, such as the charging, the discharging and the battery exchange function. The library is designed to provide the functions in level of a charging station. It provides the ability to configure the charging station by adjusting various parameters. The user can add as many chargers, dischargers and battery exchange handlers he wishes. Supports the simultaneous operation of the aforementioned items. Furthermore, waiting queues are supported. The management of the queue is made either automatically by the library or by the user. Finally, special mention should be made of the abundance of energy resources options provided. The software has been developed using the object-oriented programming language Java. To ascertain the effectiveness of it, the software was tested by appropriate tools and through unit tests. 8

9 Κ Ε Φ Α Λ Α Ι Ο 1 9

10 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Τα ηλεκτρικά οχήματα αρχίζουν και αποκτούν όλο και περισσότερους θαυμαστές. Η άμεση επίδραση τους στο περιβάλλον μπορεί να χαρακτηριστεί απολύτως θετική λόγω των μηδενικών ριπών που εκπέμπουν. Στα πλεονεκτήματα των ηλεκτρικών οχημάτων έναντι των συμβατικών, συγκαταλέγονται η γρήγορη και αθόρυβη λειτουργία τους και η ελάχιστη απαιτούμενη συντήρηση. Η περιορισμένη αυτονομία, το υψηλό κόστος αγοράς και η μεγάλη αναμονή κατά τη φόρτιση ωστόσο, περιορίζουν ακόμη την εξάπλωση τους. Παρόλα αυτά το σύνολο των δυνατοτήτων που μπορούν να παρέχουν στο χρήστη είναι μεγάλο και συνεχώς εξελίσσεται. Λαμβάνοντας υπόψιν τα μειονεκτήματα των ηλεκτρικών οχημάτων και συγκεκριμένα τις δυσκολίες σχετικά με τις λειτουργίες ανεφοδιασμού των οχημάτων, το αντικείμενο της Πτυχιακής επικεντρώνεται στην ανάπτυξη μίας βιβλιοθήκης για τη διαχείριση των λειτουργιών των σύγχρονων ηλεκτρικών οχημάτων. Η φόρτιση των ηλεκτρικών οχημάτων είναι μια αρκετά περίπλοκη διαδικασία σε σχέση με τον ανεφοδιασμό των συμβατικών βενζινοκίνητων οχημάτων. Μπορεί να γίνει είτε γρήγορα (3-4 ώρες) είτε αργά (6-8 ώρες). Πέρα από τη φόρτιση ο ανεφοδιασμός σαν έννοια περικλείει τη δυνατότητα αλλαγής μπαταρίας με μία ήδη φορτισμένη, αλλά και την επιλογή της επαγωγικής φόρτισης. Οι λειτουργίες που μπορεί να υποστηρίξει κάθε ηλεκτρικό όχημα εξαρτώνται από το είδος που είναι. Τα ηλεκτρικά οχήματα διακρίνονται στις εξής κατηγορίες: τα οχήματα με μπαταρία, τα εκτεταμένης αυτονομίας ηλεκτρικά οχήματα, και τα οχήματα με κυψέλες καυσίμου. Ωστόσο όλα αποτελούνται από τις ίδιες βασικές μονάδες λειτουργίες, όπως είναι για παράδειγμα ο κινητήρας και οι μπαταρίες, ενώ απαιτούν την παροχή ενέργειας σε αυτά. Για την κίνηση των ηλεκτρικών οχημάτων απαιτείται ενέργεια. Η ενέργεια όμως που καταναλώνεται θα πρέπει να προέρχεται από ανανεώσιμες πηγές ενέργειας, έτσι ώστε η χρήση των ηλεκτρικών οχημάτων να έχει θετικό αντίκτυπο στο περιβάλλον. Στις μέρες μας ο τομέας των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας έχει μεγάλη εξέλιξη. Οι μορφές που περιλαμβάνει μεταξύ άλλων είναι η αιολική ενέργεια, η ηλιακή ενέργεια, η γεωθερμική ενέργεια, η υδροηλεκτρική ενέργεια και η κυματική ενέργεια. Παρόλο που το επίπεδο παροχής ενέργειας τους σε σχέση με την παγκόσμια κατανάλωση ενέργειας είναι χαμηλό, τα αποθέματα που διαθέτουν είναι τεράστια και παρέχουν σιγουριά σχετικά με τις μελλοντικές ενεργειακές ανάγκες των όλο και εξελισσόμενων έξυπνων δικτύων(smart grid). Με μία πρώτη ματιά στους όρους έξυπνο ηλεκτρικό δίκτυο και ηλεκτρικά οχήματα εύλογα συνάγεται το συμπέρασμα της σύνδεσης ανάμεσά τους. Η σύνδεσή τους μπορεί να επιτευχθεί με την παροχή ενέργειας των ηλεκτρικών οχημάτων στα έξυπνα δίκτυα(smart Grids). Έτσι θα υπάρχει μία αλληλεπίδραση και από τις 2 πλευρές. Μία από τις δυνατότητες που παρέχονται στη σχέση V2G(Vehicle-to-Grid) είναι εκείνη, σύμφωνα με την οποία τα οχήματα παρέχουν την περίσσια ενέργεια που συλλέγουν σε περιόδους που είναι σταθμευμένα στο δίκτυο για την καλύτερη ικανοποίηση των αναγκών κατά περιόδους ακμής. Φυσικά η πώληση της ενέργειας από τα οχήματα θα γίνεται σε τιμές αναλόγως τη ζήτηση που επικρατεί. Με αυτό τον τρόπο και σε συνδυασμό με προσαρμοσμένη πολιτική κοστολόγησης(g2v τεχνική) του εκάστοτε σταθμού φόρτισης, μπορεί να περιοριστεί η υπερφόρτωση του δικτύου αλλά και να επιτευχθεί η καλύτερη κατανομή των αυτοκινήτων στους σταθμούς φόρτισης αντίστοιχα. Η συμφόρηση σαν πρόβλημα μπορεί να επιφέρει ένα μεγάλο αριθμό προβλημάτων, όπως είναι η επιπλέον κατανάλωση ενέργειας αλλά και μεγάλες καθυστερήσεις κατά την αναμονή για μία φόρτιση. Συνεπώς η διαχείριση των ηλεκτρικών οχημάτων στα έξυπνα δίκτυα είναι ένας σημαντικός τομέας για την αποφυγή πολλών προβλημάτων όπως αυτά που προαναφέρθηκαν. Τελευταία δημοσιεύτηκε μία έρευνα που αναφέρει τις διάφορες τεχνικές Τεχνητής Νοημοσύνης που έχουν προταθεί κατά καιρούς σχετικά με την αποδοτική διαχείριση των ηλεκτρικών οχημάτων εντός έξυπνου δικτύου(smart Grid). Η έρευνα κατηγοριοποιεί τις τεχνικές σε 3 κατηγορίες. Τις τεχνικές που σχετίζονται με την αποδοτική πλοήγηση και βελτιστοποίηση του 10

11 αποθέματος των ηλεκτρικών οχημάτων. Τις τεχνικές που αφορούν το μετριασμό της συμφόρησης ενός δικτύου. Και τέλος τις τεχνικές για την ενσωμάτωση των ηλεκτρικών οχημάτων σε ένα έξυπνο δίκτυο(smart Grid). Όπως προαναφέραμε η αποφυγή της συμφόρησης είναι ένα μείζον θέμα. Μία λύση στο θέμα αυτό θα ήταν η πλοήγηση των ηλεκτρικών οχημάτων με σκοπό την αποφυγή συμφόρησης. Ενώ μία άλλη είναι η βέλτιστη σε απόσταση από τον επόμενο, τοποθέτηση των σταθμών φόρτισης. Η διαχείριση των λειτουργιών των ηλεκτρικών οχημάτων σε ένα σταθμό φόρτισης απαιτεί οργάνωση και θα πρέπει να αντιλαμβάνεται τις νέες τεχνολογίες(v2g). Στο πλαίσιο αυτό όπως προαναφέραμε η Πτυχιακή έχει σαν αντικείμενο την διαχείριση των λειτουργιών σε επίπεδο σταθμού φόρτισης αλλά και την υποστήριξη V2G τεχνολογιών με την ενσωμάτωση της αποφόρτισης. Κατά την σχεδίαση θεωρήθηκε σωστό να γίνει η ανάπτυξη κλάσεων για τις σημαντικότερες οντότητες. Για αυτό το λόγο δημιουργήθηκε κλάση για το σταθμό φόρτισης(chargingstation), για το φορτιστή και τον από-φορτιστή (Charger, DisCharger), για το ηλεκτρικό όχημα (ElectricVehicle), για τη μπαταρία (Battery), για τον οδηγό του οχήματος (Driver). Οι κλάσεις περιλαμβάνουν ένα σύνολο πρωτευόντων λειτουργιών, αλλά και πολλές άλλες δευτερεύουσες λειτουργίες για την όσο το δυνατόν καλύτερη εκπλήρωση των απαιτήσεων των χρηστών. Στις πρωτεύοντες λειτουργίες που παρέχει η βιβλιοθήκη πέρα από την αποφόρτιση είναι η φόρτιση ενός ηλεκτρικού οχήματος και η δυνατότητα αλλαγής μπαταρίας. Για την εκπόνηση κάθε μίας από τις τρεις λειτουργίες απαιτούνται 2 φάσεις. Η φάση της προ-επεξεργασίας και η φάση της εκτέλεσης. Κατά τη φάση της προ-επεξεργασίας γίνεται διεξοδικός έλεγχος για το αν το σύστημα είναι έτοιμο για την εκτέλεση της λειτουργίας που ζήτησε ο χρήστης. Εφόσον το όχημα έχει περάσει επιτυχώς τη φάση της προ-επεξεργασίας τότε μπορεί να γίνει η εκτέλεση. Κατά την εκτέλεση λαμβάνουν χώρα οι απαραίτητες ενέργειες για την πραγματοποίηση της λειτουργίας. Αρκετές λειτουργίες που εμπεριέχονται σε αυτές τις 2 φάσεις συγκαταλέγονται στις δευτερεύουσες λειτουργίες. Η λίστα για τις δευτερεύουσες λειτουργίες περιέχει μεταξύ άλλων την εισαγωγή στην ουρά αναμονής ενός γεγονότος, την επιλογή κάθε πότε θα γίνεται ανανέωση της αποθήκης ενεργειών μέσω από ένα πλήθος επιλογών, την ταξινόμηση των ειδών των ενεργειών, την εισαγωγή κάποιου φορτιστή ή απόφορτιστή, την επιλογή των πηγών ενεργειών, τη δυνατότητα επιλογής σχετικά με το αν η λίστα αναμονής θα γίνεται από το χρήστη ή αυτόματα από την βιβλιοθήκη και πολλές άλλες. Με το πέρας της ανάπτυξης και για την επιβεβαίωση της σωστής λειτουργίας των λειτουργιών, χρησιμοποιήθηκαν 2 εργαλεία για την σωστή σε όψη και λογική ανάπτυξη του κώδικα. Τέλος από πλευράς σωστής λειτουργίας του κώδικα, αναπτύχθηκαν για τις πιο απαραίτητες μεθόδους κάποιοι έλεγχοι ενοποίησης. Στο κεφάλαιο 1 γίνεται μία περιληπτική αναφορά σχετικά με το περιεχόμενο της Πτυχιακής εργασίας. Αντικείμενο του κεφαλαίου 2 είναι μία ανασκόπηση της βιβλιογραφίας γύρω από τα ηλεκτρικά οχήματα. Βασιζόμενοι στο περιεχόμενο αυτού του κεφαλαίου στο κεφάλαιο 3 πραγματοποιείται μία αναφορά σε μία πρόσφατα δημοσιευμένη έρευνα γύρω από τις τεχνικές Τεχνητής Νοημοσύνης για την καλύτερη διαχείριση των ηλεκτρικών οχημάτων που έχουν προταθεί κατά καιρούς. Σχετικά με το προγραμματιστικό κομμάτι ασχολείται το κεφάλαιο 4, στο οποίο λαμβάνει χώρα η ανάλυση της βιβλιοθήκης και η επεξήγηση των κυριότερων μεθόδων της κάθε κλάσης. Ο έλεγχος για την εύρεση λαθών και ελλείψεων όπως η διασφάλιση της σωστής λειτουργίας του λογισμικού έγινε με τη χρήση κατάλληλων εργαλείων. Το κεφάλαιο 5 ασχολείται με την αναφορά των συγκεκριμένων ελέγχων. Τέλος στο κεφάλαιο 6 γίνεται μία σύνοψη της Πτυχιακής και αναφέρονται θέματα για μελλοντική εργασία. 11

12 Κ Ε Φ Α Λ Α Ι Ο 2 12

13 ΠΡΟΛΟΓΟΣ 2.1 Ηλεκτρικά Αυτοκίνητα Το ηλεκτρικό αυτοκίνητο είναι ένα αυτοκινούμενο το οποίο προωθείται από ένα ή περισσότερους ηλεκτρικούς κινητήρες χρησιμοποιώντας ηλεκτρική ενέργεια που είναι αποθηκευμένη σε μπαταρίες ή σε κυψέλες καυσίμων. Η κίνηση του αυτοκινήτου γίνεται αποκλειστικά μέσω των ηλεκτρικών κινητήρων και στις δύο περιπτώσεις. Τα ηλεκτρικά αυτοκίνητα απαιτούν λιγότερη ποσότητα ενέργειας για την κίνηση τους. Οι ηλεκτροκινητήρες έχουν απόδοση που φτάνει στο 90% και χρησιμοποιούν ενέργεια από καθαρές-ανανεώσιμες πηγές. Έχουν μηδενικούς ρύπους και υπόσχονται να βελτιώσουν την ποιότητα της αστικής ζωής Ιστορική Αναδρομή Τα ηλεκτρικά αυτοκίνητα φαίνονται σαν μία καινούργια ανακάλυψη, ωστόσο η εμφάνισή τους χρονολογείται στις αρχές του δεκάτου ενάτου αιώνα. 1834: Ο Thomas Davenport έφτιαξε τον πρώτο ηλεκτρικό κινητήρα για εμπορική χρήση και δημιούργησε μία μινιατούρα ηλεκτρικού τρένου και ένα ηλεκτρικό μοτέρ. Απέτυχε διότι χρησιμοποίησε αναξιόπιστες μπαταρίες, ενώ το συνεχές ρεύμα δεν είχε εφευρεθεί ακόμη : Ο Γάλλος φυσικός Gaston Plante εφηύρε την πρώτη επαναφορτιζόμενη μπαταρία μολύβδουοξέως. 1891: Ο Αμερικανός William Morrison κατασκεύασε το πρώτο ηλεκτρικό όχημα το οποίο χρησιμοποιεί επαναφορτιζόμενες μπαταρίες και αναπτύσσει ταχύτητα έως 22 χιλιόμετρα την ώρα. 1897: Τα ηλεκτρικά αυτοκίνητα βρήκαν την πρώτη τους χρήση στην αγορά ως ταξί στη Νέα Υόρκη. Με το πέρασμα στον 20ο αιώνα τα ηλεκτρικά αυτοκίνητα είχαν εδραιωθεί τόσο στην Ευρώπη όσο και στην Αμερική. Παρόλο που ακόμη δεν είχε αναπτυχθεί η τεχνολογία των τρανζίστορ και οι μπαταρίες είχαν περιορισμένη διάρκεια, είχαν αρκετά πλεονεκτήματα σε σχέση με τα οχήματα εσωτερικής καύσης. Η αθόρυβη λειτουργία τους και η έλλειψη αλλαγών στις ταχύτητες ήταν ορισμένα από αυτά. 1916: Η εταιρία Woods Motor Vehicle of Chicago ανέπτυξε το πρώτο υβριδικό αυτοκίνητο που αποτελούνταν και από κινητήρα εσωτερικής καύσεως αλλά και από ηλεκτρικό κινητήρα. Η κρίση της δεκαετίας του 1970 έδειξε το πόσο εξαρτημένος ήταν ο πλανήτης από το πετρέλαιο και βοήθησε να αναθερμανθεί το ενδιαφέρον για τα ηλεκτρικά αυτοκίνητα. 1982: Το General Electric Research Lab δημιούργησε το πρώτο σύγχρονο υβριδικό αυτοκίνητο το οποίο ελεγχόταν από υπολογιστή. 1989: Η Audi δημιούργησε ένα υβριδικό αυτοκίνητο που ονομαζόταν Duo με μπαταρίες NiCad και είχε έναν κινητήρα 5 κυλίνδρων. Ωστόσο ποτέ δεν προωθήθηκε στην μαζική παραγωγή. Η αναγέννηση των ηλεκτρικών αυτοκινήτων ήρθε στα τέλη της δεκαετίας του ενενήντα με την άφιξη των υβριδικών αυτοκινήτων όπως το Toyota Prius και Honda Insight

14 1997: Το πρώτο Prius διατέθηκε στην αγορά στην Ιαπωνία. 1998: Η Nissan παρήγαγε 200 Altra EV στο διάστημα : Η Tesla-Motors διέθεσε το Tesla-Roadster με αυτονομία 320 χιλιομέτρων. 2010: Το Nissan Leaf ένα εξολοκλήρου ηλεκτρικό αυτοκίνητο ήταν διαθέσιμο στην αγορά. Ένας σύγχρονος ηλεκτρικός κινητήρας χρησιμοποιήθηκε στο μπροστινό άξονα. 2011: Το υβριδικό Chevy Volt άρχισε να πωλείται στην Αμερικάνικη αγορά παρέχοντας αυτονομία για χιλιόμετρα Συστατικά Στοιχεία και Τρόπος Λειτουργίας Τα πιο σημαντικά στοιχεία ενός ηλεκτρικού οχήματος είναι ο ηλεκτρικός κινητήρας, οι μπαταρίες/κυψέλες καυσίμου και ο ελεγκτής. 2 Παρακάτω ακολουθεί μία ανάλυση αυτών των μερών. Μπαταρίες: Τα περισσότερα πακέτα μπαταριών αποτελούνται από μικρότερους πυρήνες που ομαδοποιούνται σε ενότητες. Η θέση των μπαταριών συνήθως είναι στο κάτω μέρος του οχήματος. 2 Ορισμένα αυτοκίνητα έχουν κυψέλες καυσίμων αντί για μπαταρίες. Οι κυψέλες καυσίμου χρησιμοποιούν υδρογόνο και παράγουν την απαιτούμενη ηλεκτρική ενέργεια. Ηλεκτρικός Κινητήρας: Ο ηλεκτρικός κινητήρας με την ενέργεια που παίρνει από τις μπαταρίες ή τις κυψέλες καυσίμου είναι υπεύθυνος για την κίνηση. Ένα αυτοκίνητο μπορεί να έχει παραπάνω από έναν ηλεκτροκινητήρες. Ο κινητήρας αποτελείται από ένα πηνίο σφιχτά τυλιγμένου σύρματος το οποίο περιβάλλεται από ένα εξωτερικό περίβλημα μαγνητών. 10 Όταν το πηνίο τροφοδοτηθεί με ενέργεια δημιουργείται μαγνητικό πεδίο που οδηγεί στην περιστροφή του πηνίου. Το πηνίο είναι ενσωματωμένο πάνω σε έναν άξονα ο οποίος χρησιμοποιείται για την κίνηση. Πολλά οχήματα έχουν 4 ηλεκτρικούς κινητήρες, έναν για κάθε τροχό. Ελεγκτής: Ο ελεγκτής μεταφέρει την ενέργεια από την μπαταρία στον ηλεκτρικό κινητήρα, αφού έχει μετατρέψει τα 300V συνεχούς ρεύματος σε 240V εναλλασσόμενου ρεύματος. 2 Ποτενσιόμετρα παρεμβάλλονται μεταξύ του πεντάλ επιτάχυνσης και του ελεγκτή, ενημερώνοντας πόση δύναμη χρειάζεται το όχημα

15 Εικόνα 1: Η δομή του ηλεκτρικού οχήματος[1] Είδη Ηλεκτρικών Αυτοκινήτων Η συνεχής εξέλιξη των μπαταριών λιθίου και των κυψελών υδρογόνου έχει αυξήσει το ενδιαφέρον για τα ηλεκτρικά αυτοκίνητα. Οι μπαταρίες μπορούν να αποθηκεύουν περισσότερη χημική ενέργεια και μεγαλύτερη πυκνότητα ισχύς που απαιτούνται για την επιτάχυνση ενός οχήματος. Σύμφωνα με αυτές τις αλλαγές οι εταιρίες παραγωγής ηλεκτρικών αυτοκινήτων δημιούργησαν τέσσερα είδη αυτοκινούμενων που παρατίθενται παρακάτω : Ηλεκτρικά οχήματα με μπαταρία (Battery-electric vehicle) τα οποία διαθέτουν αυτονομία για χιλιόμετρα [1]. Ο ηλεκτρικός κινητήρας κατά τη φάση της επιτάχυνσης καταναλώνει την χημική ενέργεια που είναι αποθηκευμένη στις επαναφορτιζόμενες μπαταρίες. Όταν ο οδηγός επιβραδύνει ο κινητήρας λειτουργεί ως γεννήτρια παραγωγής ενέργειας η οποία αποθηκεύεται στις μπαταρίες. 3 Εξάγουν μηδενικές εκπομπές και υπόσχονται να είναι η πιο οικονομική λύση για τις μετακινήσεις εντός πόλης. Υβριδικά οχήματα με πρίζα (plug-in hybrid) που παρέχουν για χιλιόμετρα αυτονομία με τη χρήση μπαταρίας [1]. Συνδυάζουν δύο ειδών κινητήρες, έναν εσωτερικής καύσεως και έναν ηλεκτρικό κινητήρα. Ο ηλεκτρικός κινητήρας είναι αρμόδιος για την μετατροπή της χημικής ενέργειας που υπάρχει στις μπαταρίες σε κινητική, ενώ ο κινητήρας εσωτερικής καύσης για την συνέχιση κίνησης του οχήματος μετά την αποφόρτιση των μπαταριών. Τα υβριδικά αυτοκίνητα δε θα μας απασχολήσουν καθώς δε χρησιμοποιούν αποκλειστικά τον ηλεκτρικό κινητήρα για την κίνηση τους. Εκτεταμένης αυτονομίας ηλεκτρικά οχήματα (Extended-range vehicles) με μέγιστη αυτονομία 65 χιλιομέτρων, ικανά να ικανοποιήσουν τις καθημερινές ανάγκες τριών με τεσσάρων διαφορετικών κατοίκων μίας πόλης [1]. Περιέχουν ενσωματωμένες μπαταρίες, 15

16 έναν ηλεκτρικό κινητήρα και έναν κινητήρα εσωτερικής καύσεως. Ο κινητήρας εσωτερικής καύσεως ενεργοποιείται κατά την λειτουργία range-extender mode και λειτουργεί ως γεννήτρια για την φόρτιση των μπαταριών όταν έχουν εξαντληθεί. 4 Ηλεκτρικά αυτοκίνητα με κυψέλες καυσίμου (Fuel cell electric vehicles) τα οποία μπορούν να διανύσουν περισσότερα από 320 χιλιόμετρα σε κάθε ανεφοδιασμό υδρογόνου [1]. Περιλαμβάνουν μία κυψέλη υδρογόνου, μία μονάδα ελέγχου και έναν ηλεκτρικό κινητήρα. Οι κυψέλες-καυσίμου παράγουν ηλεκτρική ενέργεια χρησιμοποιώντας το οξυγόνο της ατμόσφαιρας και υδρογόνο, όταν ο οδηγός θελήσει να επιταχύνει. Κατά τη διάρκεια της επιβράδυνσης η κυψέλη καυσίμου λειτουργεί ως γεννήτρια για την φόρτιση των μπαταριών. 4 Θεωρείται αυτοκίνητο μηδενικών ριπών. Battery-electric vehicle Extended-range vehicle Fuel-cell-electric vehicle Μέγεθος Οχήματος Μικρό Μέτριο Οικογενειακό Χρόνος Γεμίσματος Ώρες Ώρες Λεπτά Αυτονομία(χιλιόμετρα) (Μπαταρία)/480+(Συνολική) Απόδοση Εξαιρετική Εξαιρετική Εξαιρετική Πηγή Ενέργειας Διάφορες/χωρίς πετρέλαιο Διάφορες/Πετρέλαιο μόνο στο range extender Διάφορες/Χωρίς πετρέλαιο Εκπομπές Οχήματος Μηδενικές Μηδενικές μέχρι και 55 χιλιόμετρα Μηδενικές Υποδομή Φόρτισης Διαθέσιμη στα σπίτια Διαθέσιμη στα σπίτια και σε σταθμούς Απαιτείται ανάπτυξη Πίνακας 1: Χαρακτηριστικά των ειδών ηλεκτρικών αυτοκινήτων[1]

17 2.1.4 Φόρτιση Ηλεκτρικών Αυτοκινήτων Μία από τις σημαντικότερες απαιτήσεις των ηλεκτρικών αυτοκινήτων είναι η ύπαρξη υποδομής φόρτισης. Το υπάρχον ηλεκτρικό δίκτυο είναι αρκετά ανεπτυγμένο οπότε υπάρχει η προσδοκία ότι δε θα απαιτηθεί μεγάλη βελτίωση του, ούτως ώστε να υποστηρίζεται και η φόρτιση των ηλεκτρικών αυτοκινήτων. Υπάρχουν πολλές παράμετροι που θα πρέπει να ληφθούν υπόψιν κατά την κατασκευή της υποδομής του δικτύου φόρτισης, όπως είναι η απόσταση ανάμεσα στους σταθμούς φόρτισης, η τοποθεσία κατασκευής των σταθμών, η ταχύτητα φόρτισης των οχημάτων, το κόστος των φορτιστών, το είδος φόρτισης των αυτοκίνητων και τέλος, η διασφάλιση των καταναλωτών για τον άμεσο δυνατό ανεφοδιασμό των οχημάτων τους [1] Χρόνος Φόρτισης και Αυτονομία Η διαδικασία φόρτισης σήμερα μπορεί να χαρακτηριστεί πολύ χρονοβόρα. Οι μπαταρίες που χρησιμοποιούνται έως τώρα είναι λιθίου-ιόντων. Η φόρτιση για ένα απόθεμα της τάξης των 150 χιλιομέτρων απαιτεί τουλάχιστον 6-8 ώρες στην Ευρώπη και ώρες στην Αμερική. Πολλές εταιρίες ενισχύουν την έρευνα τους για την πιο γρήγορη φόρτιση. Η Tesla-Motors ευελπιστεί να κατεβάσει το χρόνο στα 5-10 λεπτά. Κάτι τέτοιο θα υλοποιηθεί με την ανάπτυξη υπέρ-φορτιστών όπου θα μεταφέρουν 120KW ηλεκτρισμού. Υπάρχουν και άλλες τεχνολογίες για γρήγορη φόρτιση. Το ιαπωνικό πρότυπο Chademo καθιστά ικανή την 50KW φόρτιση. Ενώ το πρότυπο της SAE International, το οποίο έχει υιοθετηθεί και από μεγάλες εταιρίες αυτοκίνησης όπως η General-Motors φτάνει έως τα 100KW. 5 Το εύρος αυτονομίας των ηλεκτρικών αυτοκινήτων είναι περίπου χιλιόμετρα. Εξαρτάται από το μέγεθος των μπαταριών και το αυτοκίνητο στο οποίο αυτές είναι εγκατεστημένες, από τον τρόπο οδήγησης, την κατάσταση του δρόμου, και τις καιρικές συνθήκες. 6 Ένας παράγοντας αποδοτικότητας των ηλεκτρικών οχημάτων είναι Wh/(1.6*χιλιόμετρο), όπου η απόδοση του οχήματος είναι αντιστρόφως ανάλογη του συγκεκριμένου παράγοντα Είδη Ανεφοδιασμού Υπάρχουν 2 διαφορετικοί τρόποι ανεφοδιασμού οι οποίοι είναι οι εξής: Σταθμοί φόρτισης οχημάτων: Υπάρχουν 2 διαφορετικοί τρόποι φόρτισης οι οποίοι έχουν ως ειδοποιό διαφορά το χρόνο φόρτισης. Σταθμοί αργής φόρτισης: Είναι αυτού του είδους οι σταθμοί που υπάρχουν στην αγορά στις μέρες μας και αντικαθίστανται σταδιακά από σταθμούς γρήγορης φόρτισης. Η πρίζα που χρησιμοποιείται είναι μονοφασική 13 Amp και τραβάει έως 3 KW φορτίο. Μία πλήρη φόρτιση σύμφωνα με τα ευρωπαϊκά πρότυπα διαρκεί 6-8 ώρες. 7 Σταθμοί γρήγορης φόρτισης: Η επόμενη γενιά των ηλεκτρικών φορτιστών αποτελούνται από πρίζες όπου το φορτίο είναι στα 7KW και σε συνδυασμό με το γεγονός ότι είναι τριφασική το συνολικό φορτίο ανεβαίνει στα 22 KW. Ο χρόνος φόρτισης είναι περίπου στις 3-4 ώρες. 7 Υπάρχουν ορισμένοι παράγοντες από τους οποίους εξαρτάται η γρήγορη φόρτιση. Για την κατασκευή τους απαιτείται οι μπαταρίες να μπορούν να ανταπεξέλθουν στην γρήγορη φόρτιση. Θα πρέπει να προσεχτεί η θερμοκρασία του πυρήνα και οι διασυνδέσεις ανάμεσα στους πυρήνες. Ένα άλλο θέμα είναι ότι οι σταθμοί φόρτισης θα πρέπει να αντέχουν σε στιγμιαία υψηλά φορτία. Οι μπαταρίες οφείλουν να αποτελούνται από πιο ισχυρούς αγωγούς 17

18 ανάμεσα στους πυρήνες και εντός αυτών, ούτως ώστε να μπορούν να μεταφέρουν το υψηλό φορτίο. Τέλος απαραίτητη προϋπόθεση είναι η εγκαθίδρυση μίας αποτελεσματική και φιλικής προς το χρήστη συνεργασίας ανάμεσα στο δίκτυο και το όχημα. Το σύστημα φόρτισης οφείλει να ακολουθεί ένα διεθνές κοινό πρότυπο σχετικά με τις ένδειξη φόρτισης που αφορούν το χρονικό διάστημα, την ποσότητα που πωλήθηκε, αλλά και τον εξοπλισμό της φόρτισης [2]. Σταθμοί αλλαγής μπαταρίας: Η λειτουργία τους θα γίνεται με τη βοήθεια μίας σχισμής πάνω από την οποία θα πηγαίνουν τα αυτοκίνητα. Εκεί θα γίνεται η αντικατάσταση της μπαταρίας, ενώ η παλιά μπαταρία θα επαναφορτίζεται. Το πρόβλημα που δημιουργείται είναι ότι τα σημεία αλλαγής μπαταριών θα πρέπει να είναι εξοπλισμένα με κάθε είδους μπαταρία για κάθε είδος μεγέθους και κάθε τύπο οχήματος. Μεγάλη δυσκολία υπάρχει επίσης ως προς την ιδιοκτησία και την ασφάλεια των μπαταριών [2]. Επαγωγική Φόρτιση: Η επαγωγική φόρτιση είναι μία πρωτοποριακή ιδέα κατά την οποία ο ηλεκτρισμός μεταφέρεται χωρίς την επαφή αγώγιμων υλικών. Απαιτεί ένα πηνίο από τη μεριά του δικτύου και ένα πηνίο από τη μεριά του οχήματος. Η επαγωγική φόρτιση έχει πολλά πλεονεκτήματα. Μπορεί να πραγματοποιηθεί και με την παρεμβολή πολλών αντικειμένων. Ελαχιστοποιείται το σύνολο του εξοπλισμού για τη φόρτιση, αφού δεν χρειάζονται καλώδια. Ο πομπός και ο δέκτης μπορούν να προστατευτούν πιο εύκολα, έτσι μειώνονται οι φθορές από βανδαλισμούς και άσχημες καιρικές συνθήκες. Πέρα από τα πλεονεκτήματα υπάρχουν και μειονεκτήματα. Η επαγωγική φόρτιση είναι πιο ακριβή και ο ρυθμός μετάδοσης είναι μικρότερος. Τέλος μέχρι στιγμής δεν έχουν γίνει προσπάθειες για την εδραίωση της [2] Τοποθεσίες Φόρτισης Φόρτιση στο σπίτι/χώρο εργασίας: Οι δυνατότητες για την φόρτιση των ηλεκτρικών αυτοκινήτων εξαρτώνται κατά ένα πολύ μεγάλο ποσοστό από το είδος του σπιτιού που διαμένει ο χρήστης. Για παράδειγμα, η φόρτιση στο σπίτι για κάποιον που διαμένει σε μεζονέτα ή σε μονοκατοικία είναι πολύ πιο εύκολη να υλοποιηθεί από κάποιον που διαμένει σε ένα διαμέρισμα. Σύμφωνα με αυτή την ιδέα τα ηλεκτρικά αυτοκίνητα θα μπορούν να φορτίζονται φτάνοντας στον προορισμό τους και με την προϋπόθεση να υπάρχει χώρος πάρκινγκ με υποδομή για φόρτιση. Ωστόσο το γεγονός ότι ένας σταθμός φόρτισης απαιτεί περίπου 6500 ευρώ αποτρέπει προς το παρόν αυτή την ιδέα [2]. Φόρτιση κατά την στάθμευση στο δρόμο: Η συγκεκριμένη ιδέα περιλαμβάνει 2 προκλήσεις: Την καταμέτρηση των διαθέσιμων χώρων στάθμευσης και την εγκατάσταση του εξοπλισμού φόρτισης. Ο εξοπλισμός θα πρέπει να περιέχει μία πρίζα με ηλεκτρική προστασία, ένα αναγνώστη έξυπνης κάρτας και ένα σύστημα όπου θα επικοινωνεί με ένα κέντρο ελέγχου για την ταυτοποίηση της κάρτας. Έπειτα θα επιτρέπεται η παροχή της ηλεκτρικής ενέργειας. Παρόλα αυτά η υλοποίηση ενός τέτοιου συστήματος φόρτισης απαιτεί τεράστιο κόστος [2]

19 2.2 Σύγκριση Ηλεκτρικών-Συμβατικών Αυτοκινήτων Παρατηρώντας ένα ηλεκτρικό και ένα συμβατικό αυτοκίνητο βλέπουμε ότι είναι δύσκολο να τα ξεχωρίσουμε με ευκολία. Ωστόσο αντιλαμβανόμαστε ότι έχουν κάποιες σημαντικές διαφορές (Πίνακας 2). Τα αυτοκίνητα των ημερών μας είναι μηχανικά οδηγούμενα μέσω ενός κινητήρα εσωτερικής καύσης που τροφοδοτείται με καύσιμο τη βενζίνη, ενώ εξάγουν τις εκπομπές τους μέσω της εξάτμισης. Τα ηλεκτρικά οχήματα εμπεριέχουν έναν ηλεκτρικό κινητήρα που χρησιμοποιεί την ηλεκτρική ενέργεια, όμως δεν περιλαμβάνουν εξάτμιση. Μία άλλη σημαντική διαφορά είναι ο αριθμός των εξαρτημάτων. Τα βενζινοκίνητα οχήματα έχουν πολλά αφαιρούμενα εξαρτήματα, ενώ τα ηλεκτρικά οχήματα έχουν πολύ λιγότερα. Παρακάτω ακολουθεί μία ανάλυση σχετικά με τα θετικά και τα αρνητικά των ηλεκτρικών και των βενζινοκίνητων οχημάτων [5]. Συμβατικά Οχήματα Μηχανική Οδήγηση Κινητήρας Εσωτερικής Καύσης Πετρέλαιο Μηχανικά Ελεγχόμενο Αυτόνομη Λειτουργία Ηλεκτρικά Οχήματα Ηλεκτρική Οδήγηση Ηλεκτρικός Κινητήρας Ηλεκτρισμός-Υδρογόνο Ηλεκτρικά Ελεγχόμενο Ευφυές και Διασυνδεδεμένο Πίνακας 2: Διαφορές ηλεκτρικών-συμβατικών οχημάτων Ηλεκτρικά Οχήματα Πλεονεκτήματα 8 Αθόρυβα και γρήγορα: Τα ηλεκτρικά αυτοκίνητα δεν μεταδίδουν υπόκωφους ήχους που προέρχονται από τη μηχανή, τουναντίον η οδήγηση είναι ομαλή και ήσυχη. Επιπρόσθετα φημίζονται και για την υψηλή ροπή που διαθέτουν. Μηδενικές εξαγωγές καυσίμων: Αυτό μπορεί να χαρακτηριστεί ως το πιο σημαντικό πλεονέκτημα. Αν αναλογιστεί κάποιος το τεράστιο πλήθος αυτοκινήτων που κυκλοφορεί τότε η θετική επίδραση στο περιβάλλον είναι τεράστιας ωφέλειας. 9 Έτσι χαρακτηρίζονται ως τα πιο eco-friendly οχήματα στην αγορά. Ελάχιστη Συντήρηση: Τα ηλεκτρικά οχήματα παρέχουν σημαντική έκπτωση στη συντήρηση. Δεδομένου ότι είναι αποκλειστικά ηλεκτρικά δεν απαιτείται η λίπανση του κινητήρα τους με λάδι. Συνεπώς δεν χρειάζονται αλλαγές λαδιών. Επίσης δεν απαιτούνται όλες αυτές οι συχνές αλλαγές στα εξαρτήματά τους όπως στα βενζινοκίνητα οχήματα, λόγω του μικρού πλήθους των αφαιρούμενων μερών τους. Δεν απαιτείται βενζίνη: Εφόσον καταναλώνουν ηλεκτρική ενέργεια δεν χρειάζονται βενζίνη. Με αυτό τον τρόπο ο χρήστης γλιτώνει από τις συνεχείς αυξομειώσεις της τιμής της βενζίνης, ενώ συμβάλει στην μείωση του φαινομένου του θερμοκηπίου, λόγω των μηδενικών ρύπων που εξάγουν τα ηλεκτρικά οχήματα. 19

20 Μειονεκτήματα 8 Περιορισμένη αυτονομία: Οι μπαταρίες των ηλεκτρικών οχημάτων δεν αντέχουν για παραπάνω από 160 χιλιόμετρα. Αν και με αυτή την αυτονομία ικανοποιούνται οι καθημερινές ανάγκες των περισσότερων ανθρώπων, για κάποιον που η καθημερινότητά του απαιτεί μεγάλα ταξίδια δεν ισχύει κάτι τέτοιο. Μεγάλο κόστος αγοράς: Το κόστος αγοράς των ηλεκτρικών οχημάτων είναι συγκριτικά μεγαλύτερο με αυτό των συμβατικών οχημάτων. Επιπρόσθετα για την πιο εύκολη και άμεση χρήση του οχήματος συνιστάται η εγκατάσταση ενός σταθμού φόρτισης στο σπίτι. Κάτι τέτοιο όμως απαιτεί μεγάλο κόστος. Η αλλαγή μπαταριών επίσης μπορεί να επιφέρει μεγάλο χρηματικό κόστος. 9 Μεγάλη αναμονή στο γέμισμα: Εκτός από την σχεδόν καθημερινή φόρτιση που χρειάζονται, ο χρόνος φόρτισης τους σύμφωνα με τα Ευρωπαϊκά πρότυπα είναι 6-8 ώρες. Βενζινοκίνητα Οχήματα Πλεονεκτήματα 8 Μεγάλη αυτονομία: Τα περισσότερα οχήματα διαθέτουν αυτονομία που αρκεί για τουλάχιστον 550 χιλιόμετρα. Χαμηλό κόστος: Το κόστος των βενζινοκίνητων αυτοκινήτων παραμένει σχετικά χαμηλό, παρόλο τη συνεχή εξέλιξη και πτώση των τιμών των ηλεκτρικών οχημάτων. Αυτό συμβαίνει διότι η ανάπτυξη των ηλεκτρικών αυτοκινήτων απαιτεί κόστος στην έρευνα και ανάπτυξη, ενώ η τεχνολογία που εφαρμόζεται στα βενζινοκίνητα οχήματα υπάρχει εδώ και ένα αιώνα. Τα συμβατικά οχήματα μπορεί να αποτελούνται από πολύ περισσότερα μέρη όμως η αλλαγή κάθε αντίστοιχου μέρους του ηλεκτρικού οχήματος κοστίζει περισσότερο. Καλύτερη υποδομή: Τα βενζινοκίνητα οχήματα βρίσκονται στην αγορά πάνω από έναν αιώνα. Έτσι η αγορά προσαρμόστηκε πάνω στα αυτοκίνητα βενζίνης. Η μετατροπή της βενζίνης περιλαμβάνει την εξόρυξη του πετρελαίου, τη διύλιση και τη διάθεσή της στα σημεία πώλησης. Αυτό έχει σαν αποτέλεσμα η αγορά να γεμίσει από σημεία ανεφοδιασμού και σημεία επισκευής οχημάτων. Μεγαλύτερη Ισχύς: Τα βενζινοκίνητα οχήματα ούτως ώστε να είναι πιο οικονομικά στην κατανάλωση ενέργειας μικραίνουν τον κυβισμό της μηχανής. Με την προσθήκη ορισμένων νέων συστημάτων για την ελαχιστοποίηση του καυσίμου για την κίνηση τα αυτοκίνητα συνδυάζουν οικονομία και ιπποδύναμη. Μειονεκτήματα 8 Ατμοσφαιρική Μόλυνση: Αποτελεί το σημαντικότερο μειονέκτημα των βενζινοκίνητων οχημάτων. Η μόλυνση που προκαλούν είναι ένας από τους λόγους που οδήγησε στην άνοδο των ηλεκτρικών οχημάτων. Το διοξείδιο του άνθρακα που εξάγουν ενισχύει το φαινόμενο του θερμοκηπίου. Η μόλυνση του αέρος έχει άμεση επίδραση και στην υγεία των ανθρώπων apecsec.org 20

21 Έλλειψη πετρελαίου/αύξηση πολέμων: Η βενζίνη είναι προϊόν πετρελαίου. Η εναπομένουσα ποσότητα πετρελαίου στη Γη, σύμφωνα με πρόσφατες έρευνες έχει μειωθεί δραματικά, ωστόσο οι εξορύξεις του συνεχίζονται με αμείωτο ρυθμό. Πολλές χώρες με σημαντικά αποθέματα πετρελαίου έχουν γίνει θύματα πολέμου μεταξύ χωρών που θέλουν να εκμεταλλευτούν τον λεγόμενο μαύρο χρυσό. Υψηλό κόστος συντήρησης: Όπως έχουμε προαναφέρει το βενζινοκίνητο αυτοκίνητο αποτελείται, συγκριτικά με το ηλεκτρικό όχημα, από πολλά περισσότερα εξαρτήματα. Έτσι το αθροιστικό κόστος αλλαγών κάποιων λόγω ζημίας που προκύπτει είναι πολύ μεγαλύτερο. 2.3 Μπαταρίες Τα τελευταία 20 χρόνια έχουν γίνει τεράστια βήματα στην ανάπτυξη των μπαταριών. Τα περισσότερα ηλεκτρικά οχήματα είναι εξοπλισμένα με μπαταρίες ιόντων λιθίου. Άλλα είδη μπαταριών όπως μεταλλικού νικελίου υβριδίου και χλωριούχου νικελικού νατρίου βρίσκονται στην αγορά. Επιπρόσθετα είδη μπαταριών όπως λιθίου-αέρος, λιθίου-θείου, ψευδαργύρου αέρος, διπολικού μολύβδου οξέος υπόσχονται φθηνές λύσεις. Στον πίνακα 3 φαίνονται τα χαρακτηριστικά των μπαταριών που είναι υπό έρευνα [2] Τρόπος Λειτουργίας Η μπαταρία είναι μία συσκευή για την αποθήκευση χημικής ενέργειας και την μετατροπή της σε ηλεκτρική ενέργεια. Κάθε μπαταρία αποτελείται από έναν ή περισσότερους ηλεκτροχημικούς πυρήνες, όπου ο κάθε ένας έχει δύο ηλεκτρόδια. Το ένα ηλεκτρόδιο ονομάζεται αρνητικό ηλεκτρόδιο και είναι φορτισμένο με ηλεκτρόνια. Το άλλο ηλεκτρόδιο ονομάζεται θετικό ηλεκτρόδιο και δεν είναι φορτισμένο. 10 Όταν τα 2 ηλεκτρόδια συνδεθούν με ένα καλώδιο τότε δημιουργείται μία ροή ηλεκτρονίων από το αρνητικό ηλεκτρόδιο στο θετικό, που ονομάζεται ηλεκτρικό ρεύμα. Η τάση προκύπτει από τις απώλειες της ροής αυτής η οποία όσο λειτουργεί η μπαταρία συνεχώς μειώνεται. Τα ηλεκτρόνια δημιουργούνται από χημικές αντιδράσεις. Όταν ο αριθμός των ηλεκτρονίων και στα δύο ηλεκτρόδια είναι ίσος τότε έχει τελειώσει ο κύκλος ζωής της μπαταρίας. Οι μπαταρίες για να μην αντικαθίστανται συνεχώς οφείλουν να είναι επαναφορτιζόμενες. Οι μπαταρίες τέτοιου τύπου αντιστρέφουν τα ηλεκτρόδια ούτως ώστε να επανεκκινηθεί η μεταφορά των ηλεκτρονίων

22 Χημεία Πυρήνα Ενέργεια KW/tonne Ισχύς KW/tonne Αποδοτικότητα Φόρτισης/Αποφόρτισης Κύκλος Ζωής Μόλυβδου-οξύ % 1000 Ιόντα λιθίου Υβρίδιο μετάλλου νικελίου < % 3000 Θειϊκό νάτριο % 5200 Διπολικό μόλυβδου οξύ Φωσφορικά ιόντα λιθίου Λιθίου σουλφίδιο Ιόντα λιθίουτιτανίου Ψευδαργύρουαέρος Βρώμιοψευδαργύρου % % Σούπερ πυκνωτή % Πίνακας 3: Χαρακτηριστικά μπαταριών [2] 2.4 Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας Στις μέρες μας η κίνηση των περισσότερων αυτοκινήτων γίνεται χρησιμοποιώντας ως καύσιμο τη βενζίνη. Κάτι τέτοιο όμως οδηγεί σε 3 μεγάλα προβλήματα. Πρώτο και πιο σημαντικό είναι ότι τα αυτοκίνητα δημιουργούν ατμοσφαιρική ρύπανση και εκπομπές άνθρακα. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα να οξύνεται το φαινόμενο του θερμοκηπίου. Δεύτερον το πετρέλαιο δεν είναι ανανεώσιμη πηγή ενέργειας. Υπάρχει ένα συγκεκριμένο απόθεμα πετρελαίου, ενώ το κόστος για την αξιοποίησή του ανεβαίνει. Τέλος το υπόλοιπο πετρελαίου βρίσκεται σε ορισμένες γεωγραφικές περιοχές δημιουργώντας προβλήματα ασφάλειας για αυτές τις περιοχές. Όλα αυτά έχουν οδηγήσει στην αναγκαστική στροφή στη χρήση ανανεώσιμων πηγών ενέργειας [1]. εναλλακτικής ενέργειας είναι η Οι κύριες πηγές 13 ηλιακή, η αιολική, η γεωθερμική, η κυματική και η υδροηλεκτρική. Η χωρητικότητα που χρησιμοποιείται σαν μονάδα μέτρησης αντιπροσωπεύει το σύνολο της συλλογής ενέργειας του συγκεκριμένου είδους που έχει γίνει το έτος στο οποίο αναφέρεται. Παρακάτω γίνεται η ανάπτυξη αυτών των πηγών

23 Αιολική Ενέργεια: Ονομάζεται η ενέργεια που εξάγεται από τον αέρα και με τη χρήση τουρμπινώναέρα παράγεται ηλεκτρισμός. Οι τουρμπίνες αέρα μπορούν να εγκατασταθούν είτε εντός ξηράς, είτε εκτός ξηράς δηλαδή κατά μεσής της θάλασσας όπου η ένταση του αέρα είναι μεγαλύτερη. Η συνολική εγκατεστημένη χωρητικότητα είναι GW. Ηλιακή Ενέργεια: Είναι το ακτινοβόλο φως και η θερμότητα που οφείλεται στον ήλιο. Το 2013 η χωρητικότητα των φωτοβολταϊκών πάνελ εκτιμήθηκε στα 136,6 GW. Μπορεί να μετατραπεί σε πολλές άλλες μορφές ενέργειας όπως: Ηλεκτρική ενέργεια με τη χρησιμοποίηση φωτοβολταϊκών πάνελ. Τα πάνελ μετατρέπουν το φως σε ηλεκτρική ενέργεια. Τα τυπικά πάνελ έχουν αποδοτικότητα 10% περίπου, τα πιο εξειδικευμένα έχουν 20%. Θερμική ενέργεια. Η ηλιακή θερμική τεχνολογία χρησιμοποιεί την ενέργεια του ήλιου για την παραγωγή χαμηλού κόστους, φιλικής προς το περιβάλλον θερμικής ενέργειας για τη θέρμανση κτηρίων ή νερού. Ηλιακή βιομάζα. Χρησιμοποιώντας δέντρα, βακτήρια, άλγη, καλαμπόκι, σόγια ή άλλα έλαια δημιουργούνται ενεργειακά καύσιμα, χημικά ή δομικά υλικά. Γεωθερμική Ενέργεια: Είναι η θερμική ενέργεια που προέρχεται και είναι αποθηκευμένη στη Γη. Η γεωθερμική ενέργεια είναι μία ελκυστική πηγή ενέργειας διότι δεν επηρεάζεται από τις καιρικές συνθήκες. Οι σταθμοί αξιοποίησης της μπορούν να ενεργοποιούνται αναλόγως τη ζήτηση. Η ποσότητα που αξιοποιήθηκε το 2013 εκτιμάται στα 11.7 GW. Το χαρακτηριστικό στοιχείο της σε σχέση με την ηλιακή και την αιολική είναι ο υψηλός παράγοντας φορτίου. Αυτό σημαίνει ότι με ένα MW παράγεται περισσότερη ηλεκτρική ενέργεια από ότι με ένα MW αιολικής ή ηλιακής ενέργειας. 11 Υδροηλεκτρική Ενέργεια: Είναι η ενέργεια που προκύπτει μέσω της χρήσης της δύναμης της βαρύτητας τρεχούμενου νερού ή νερού που προέρχεται από πτώση. Αποτελεί την πιο ευέλικτη και αξιόπιστη πηγή ενέργειας. Είναι η πιο ευρέως χρησιμοποιούμενη ανανεώσιμη πηγή ενέργειας, αφού το 19% του παγκοσμίου ηλεκτρισμού προκύπτει χάρις αυτήν. Πιστεύεται ότι μόνο το ένα τρίτο της συνολικής χωρητικότητας αξιοποιείται. Σύμφωνα με το παγκόσμιο ενεργειακό συμβούλιο η συνολική εγκατεστημένη χωρητικότητα για την υδροηλεκτρική ενέργεια είναι 1.31 TW. Κυματική Ενέργεια: Η κυματική ενέργεια δημιουργείται από τον αέρα που φυσάει στη θάλασσα. Όσο πιο δυνατός είναι τόσο μεγαλύτερα κύματα δημιουργούνται. Ουσιαστικά έχουμε μεταφορά ενέργειας από τον αέρα στη θάλασσα. 12 Η ενέργεια που περιέχει ένα κύμα είναι ανάλογη του τετραγώνου του ύψους του κύματος. Το απόθεμα της κυματικής ενέργειας είναι τεράστιο αν αναλογιστούμε ότι η Γη καλύπτεται κατά 75% από νερό

24 2.5 Smart Grid Εδώ και δεκαετίες τα αυτοκίνητα και τα συστήματα παροχής ηλεκτρικού ρεύματος αναπτύσσονταν σαν δύο ξεχωριστές μονάδες. Με την είσοδο του ηλεκτρισμού στην αυτοκίνηση είναι επιτακτική η συνεργασία αυτών των δύο κλάδων έτσι ώστε να εκμεταλλευτούν στο έπακρο τα πλεονεκτήματα που υπόσχεται η ηλεκτροδότηση των αυτοκινήτων. Αυτό θα προκύψει με την αναβάθμιση των υπαρχόντων δικτύων στα λεγόμενα έξυπνα δίκτυα (smart grid). Τι είναι όμως ένα έξυπνο δίκτυο; Σύμφωνα με την έκθεση της Ευρωπαϊκής Επιτροπής είναι το δίκτυο που είναι: 1. Ευέλικτο διότι εκπληρώνει τις ανάγκες των πελατών και ανταποκρίνεται στις αλλαγές. 2. Προσβάσιμο γιατί παρέχει πρόσβαση σε όλους τους χρήστες του δικτύου, ειδικά σε ανανεώσιμες πηγές ενέργειας και τοπικές παραγωγές με καθόλου ή ελάχιστες εκπομπές άνθρακα. 3. Αξιόπιστο καθώς ενισχύει την ποιότητα και την ασφάλεια της παροχής. Συμβαδίζει με την ψηφιακή εποχή και έχει εξαιρετική αντοχή στους κινδύνους. 4. Οικονομικό αφού παρέχει καλύτερη οικονομική διαχείριση [3]. Σύμφωνα με το περιοδικό Wired, τα καλύτερα μυαλά στην έρευνα και στην ανάπτυξη στον τομέα του ηλεκτρισμού έχουν ένα πλάνο: Κάθε κόμβος στο ηλεκτρικό δίκτυο του μέλλοντος οφείλει να έχει τα χαρακτηριστικά που έχει ένα έξυπνο δίκτυο [6]. Στην Εικόνα 2 εμφανίζεται ο τρόπος που λειτουργεί ένα έξυπνο δίκτυο. Σε ένα έξυπνο δίκτυο η ενέργεια προέρχεται από πολλές πηγές για την ικανοποίηση των αναγκών των χρηστών, μειώνοντας τις επιπτώσεις στο περιβάλλον. Η ενέργεια δεν προέρχεται από τις συνηθισμένες τωρινές πηγές ενέργειας όπως είναι το πετρέλαιο, ο άνθρακας, φυσικό αέριο, αλλά από ανανεώσιμες πηγές, όπως η κυματική ενέργεια, η ηλιακή ενέργεια, και η αιολική, γεωθερμική. Το ηλεκτρικό ρεύμα θα συγκεντρώνεται όχι μόνο από μεγάλης κλίμακας πάρκα παραγωγής ενέργειας αλλά ακόμη και από κατοικημένα σπίτια. Υπάρχουν 4 τομείς που καθορίζουν ένα έξυπνο δίκτυο. 1. Το πλαίσιο Μεταφορά Ενέργειας/Αποθήκευση/Κατανάλωση. Σε αυτόν τον τομέα γίνεται όλη η επεξεργασία της ενέργειας μέχρι την κατανάλωση. Πολλά είναι τα τεχνολογικά επιτεύγματα όπως υπέρ-αγώγιμα υλικά, νέες τεχνολογίες μπαταριών. 2. Το πλαίσιο Αισθητήρες/Ενεργοποιητής. Ο τομέας αυτός χρησιμεύει για να τροφοδοτεί με ασφαλή και αξιόπιστη πληροφορία σε οποιοδήποτε σημείο του δικτύου απαιτούνται πληροφορίες από τον τομέα Λήψης Αποφάσεων. 3. Το πλαίσιο της επικοινωνίας, στο οποίο το πιο σύνηθες είναι η επικοινωνία ανάμεσα σε συσκευές για την υλοποίηση πολλών λειτουργιών. Βασική προϋπόθεση σε αυτό το πεδίο είναι να υπάρχει ασφάλεια και διαλειτουργικότητα ανάμεσα στα διάφορα συστήματα. 4. Το πλαίσιο της επικοινωνίας και της πληροφόρησης παρέχουν τροφοδότηση στο πλαίσιο της Έξυπνης Λήψης Αποφάσεων. Το πεδίο αυτό είναι εκεί που πηγάζει όλη η νοημοσύνη των έξυπνων δικτύων. Εμπεριέχει όλο το λογισμικό που υπάρχει στα συστήματα ελέγχου, στις έξυπνες ηλεκτρονικές συσκευές. Λαμβάνει την πληροφορία που χρειάζεται μέσω των 2 προηγούμενων πλαισίων και δίνει κατευθυντήριες οδηγίες που εκδηλώνονται μέσω του πρώτου πεδίου [3]. 24

25 Εικόνα 2: Τρόπος Λειτουργίας Smart Grid Ενσωμάτωση Ηλεκτρικών Οχημάτων στο Smart Grid Ανέκαθεν η σχέση του ηλεκτρικού δικτύου με τους χρήστες είναι μονόδρομη. Οι πελάτες ζητάνε το ρεύμα μέσω των πριζών που είναι εγκατεστημένες στα κτίρια και το δίκτυο οφείλει να τους ικανοποιήσει. Πολλές φορές όμως προκύπτει υπερφόρτωση και δημιουργείται πρόβλημα στην ηλεκτροδότηση. Στόχος είναι η σχέση ανάμεσα στο ηλεκτρικό δίκτυο και τα ηλεκτρικά αυτοκίνητα να είναι αμφίδρομη. Οι τεχνολογίες vehicle-to-grid και grid-to-vehicle είναι δυνατό να υλοποιήσουν αυτή την ιδέα. Σύμφωνα με αυτές είναι δυνατή η τροφοδότηση των ηλεκτρικών αυτοκινήτων από το δίκτυο αλλά και η ανατροφοδότηση του ηλεκτρικού δικτύου από τα οχήματα. Υπάρχουν πολλοί τρόποι όπου μπορεί να πραγματοποιηθεί αυτή η συνεργασία. Η ισορροπία του φόρτου δικτύου μπορεί να υλοποιηθεί με στρατηγικές εξισορρόπησης φόρτου. Τα αυτοκίνητα θα μπορούν να φορτίζουν τις πρωινές ώρες όπου η ζήτηση και οι τιμές είναι χαμηλές και να πωλούν την ενέργεια που δεν χρειάζονται κατά τις ώρες αιχμής [1]. Η ενσωμάτωση των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας είναι το καλύτερο που μπορεί να γίνει για το περιβάλλον. Τα ηλεκτρικά οχήματα μπορεί καταναλώνοντας ηλεκτρική ενέργεια να παράγουν μηδενικούς ρύπους, ωστόσο εάν η ενέργεια παράγεται με μη-φιλικούς προς το περιβάλλον τρόπους τότε μετριάζεται η θετική επίδραση που έχουν στο περιβάλλον. Η δυναμική τιμολόγηση βοηθάει στην καλύτερη κατανομή του φόρτου στο δίκτυο. Σύμφωνα με αυτή οι τιμές του ηλεκτρισμού θα είναι υψηλές κατά τις περιόδους υψηλής ζήτησης, ενώ θα είναι χαμηλές κατά τις περιόδους χαμηλής ζήτησης. 25

26 Εικόνα 3: Τρόπος λειτουργίας τωρινού δικτύου ηλεκτροδότησης Σημερινά Δίκτυα Απλά Μέτρα Σταθερή Τιμολόγηση Κεντρική Παραγωγή Μηδενικό Απόθεμα Μη-φιλικό στις ανανεώσιμες πηγές Ελάχιστη χρήση τεχνολογίας πληροφοριών Έξυπνα Δίκτυα Έξυπνα Μέτρα Δυναμική Τιμολόγηση Κατανεμημένη Παραγωγή Ενσωματωμένο Απόθεμα Φιλικότερο στην αιολική και ηλιακή ενέργεια Ψηφιακή δικτύωση και μεγάλης κλίμακας εξελιγμένο υπολογιστικό υπόβαθρο Πίνακας 4: Σύγκριση τωρινού ηλεκτρικού δικτύου και έξυπνου δικτύου [1] 26

27 2.6 Διαχείριση Συμφόρησης Η κυκλοφοριακή κίνηση μπορεί να παρομοιασθεί με τη συμφόρηση ενός δικτύου επικοινωνίας υπολογιστών. Η κίνηση έχει σαν αποτέλεσμα την καθυστέρηση άφιξης των χρηστών των αυτοκινήτων στον προορισμό. Έχει παρατηρηθεί ότι οι περισσότερες διαδρομές που κάνουν τα οχήματα είναι προς δημοφιλείς τοποθεσίες, αναζητώντας χώρο στάθμευσης κοντά στον προορισμό τους. Έτσι εντείνεται το πρόβλημα της κυκλοφοριακής κίνησης. Η κυκλοφοριακή συμφόρηση επηρεάζει και την φόρτιση των ηλεκτρικών οχημάτων. Λόγω του χρονοβόρου τρόπου φόρτισης των ηλεκτρικών οχημάτων πολλές φορές μπορεί να σημειωθεί υπερφόρτωση ενός σταθμού φόρτισης, αναγκάζοντας τους πελάτες να ψάξουν για κάποιο άλλο σταθμό [8]. Για την αντιμετώπιση εν μέρει αυτών των προβλημάτων προτάθηκαν 2 ιδέες που αναφέρονται παρακάτω. Η πρώτη ιδέα [15] είναι η καθοδήγηση των ηλεκτρικών οχημάτων μέσω ενός συστήματος που θα προβλέπει την συμφόρηση ενός σταθμού φόρτισης. Επιπρόσθετα θα είναι ικανό να προτείνει την πιο μικρή διαδρομή. Για την υλοποίηση απαιτείται ένα Intention Aware Routing System (IARS) που θα είναι υλοποιημένο σαν ένας agent. Ο agent θα επικοινωνεί μέσω άλλων agent σχετικά με τον προορισμό που θα ακολουθήσουν και πότε, ούτως ώστε να αποφευχθεί η συμφόρηση. Σχετικά με το χρόνο φόρτισης, θα υπολογίζεται ο αριθμός των σημείων φόρτισης μέχρι το τέλος της διαδρομής και το κάθε σημείο φόρτισης θα στέλνει μία αναφορά με τους μέσους χρόνους φόρτισης και αναμονής. Θα επιλέγεται η ελάχιστη ή η πιο βολική προς το χρήστη [7]. Η κεντρική ιδέα της δεύτερης πρότασης είναι οι σταθμοί φόρτισης να είναι τοποθετημένοι κατά μήκος των πιο κοινών προορισμών, ώστε να εξισορροπηθεί η υπερφόρτιση του δικτύου. Δεδομένου ότι το οδικό δίκτυο αναπαρίσταται σαν ένας γράφος με βάρη, η ενέργεια που θα απαιτείται για κάθε διαδρομή με επιστροφή θα είναι λιγότερη από την αυτονομία του ηλεκτρικού οχήματος [7]. 27

28 Κ Ε Φ Α Λ Α Ι Ο 3 28

29 ΣΥΝΟΨΗ ΤΗΣ ΣΧΕΤΙΚΗΣ ΜΕ ΤΑ ΗΛΕΚΤΡΙΚΑ ΟΧΗΜΑΤΑ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑΣ Στο σημείο αυτό θα γίνει μία εκτενής αναφορά σε μία πρόσφατα δημοσιευμένη επιστημονική έρευνα [7]. Αντικείμενο της είναι η παρουσίαση των τρόπων διαχείρισης και πλοήγησης των ηλεκτρικών οχημάτων σε ένα έξυπνο δίκτυο(smart grid), χρησιμοποιώντας τεχνολογίες τεχνητής νοημοσύνης. Η χρησιμοποίηση μη ανανεώσιμων πηγών ενέργειας για την μετακίνηση, έχει επιφέρει σοβαρές επιπτώσεις στο περιβάλλον. Ως εκ τούτου η φόρτιση των οχημάτων με τη χρήση καθαρών πηγών ενέργειας, φαντάζει μία αναγκαία λύση για την μείωση των εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα. Με την εξέλιξη των έξυπνων δικτύων και δεδομένου ότι τα περισσότερα ηλεκτρικά οχήματα είναι σταθμευμένα κατά τη διάρκεια της ημέρας και της νύχτας, δύναται η χρησιμοποίηση αυτών ως μέσα συλλογής ενέργειας. Όπως αναφέραμε και κατά την εισαγωγή, μία λύση είναι παροχή της περίσσιας ενέργειας στους σταθμούς φόρτισης από τα ηλεκτρικά οχήματα κατά τη διάρκεια αύξησης της ζήτησης για την κάλυψη των αναγκών την οποία έχουν συλλέξει κατά περιόδους ύφεσης της ζήτησης. Η συμφόρηση είναι ένας αρνητικός παράγοντας και για την εξισορρόπηση του φόρτου του δικτύου απαιτείται η χρήση πολλών τεχνικών Grid-to-Vehicle. Πέρα από τις τεχνικές που περιλαμβάνουν και τη συμμετοχή του δικτύου, από την μεριά των οχημάτων η βέλτιστη χρήση του αποθέματος και η επιλογή της βέλτιστης διαδρομής είναι 2 ιδέες για την αποδοτικότερη διαχείριση των ηλεκτρικών οχημάτων. Οι τομείς στους οποίους κατατάσσονται οι τεχνικές είναι οι εξής: 1. Αποδοτική ενεργειακή πλοήγηση και βελτιστοποίηση του αποθέματος ηλεκτρισμού των ηλεκτρικών οχημάτων. 2. Διαχείριση συμφόρησης δικτύου. 3. Ενσωμάτωση ηλεκτρικών οχημάτων στα έξυπνα δίκτυα(smart grids). Στον τομέα της αποδοτικής ενεργειακής πλοήγησης και βελτιστοποίησης του αποθέματος έχουν προταθεί αρκετά παραδείγματα αλγορίθμων. Όσον αναφορά τη βελτιστοποίηση της πλοήγησης οι αλγόριθμοι έχουν μία διαφορά, χωρίζονται σε αυτούς που περιλαμβάνουν γεγονότα επαναφόρτισης και σε αυτούς που δεν περιλαμβάνουν. Κινούμενοι σε αυτό το μήκος κύματος οι [9] και [10] έχουν προτείνει αλγορίθμους με στόχο τη βέλτιστη πλοήγηση με και χωρίς γεγονότα επαναφόρτισης. Και στις 2 περιπτώσεις υπάρχει ένα κοινό σημείο. Το δίκτυο αναπαρίσταται σαν ένας γράφος, με κόμβους τις τοποθεσίες. Οι ακμές έχουν σαν βάρη την ενέργεια που χρειάζεται για την διάνυση του διαστήματος ή την ποσότητα της ενέργειας που θα ανακτηθεί. Με τη χρήση του γράφου για την αναπαράσταση του δικτύου, το πρόβλημα της βέλτιστης διαδρομής μεταφέρεται στην εύρεση του συντομότερου μονοπατιού. Για την υλοποίηση κάτι τέτοιου ο Artmeier [9] αρχικά προσθέτει κάποιους περιορισμούς σχετικά με την χωρητικότητα της μπαταρίας. Η υλοποίηση που προτείνει ναι μεν περιέχει αρκετές παραλλαγές, ωστόσο η αποδοτικότητα είναι αρκετά χαμηλή(ο(n 3 )). Οι συγγραφείς του [13] κατάφεραν μέσω της υλοποίησης που προσφέρουν να πετύχουν υψηλότερη αποδοτικότητα. Αρχικά μέσω μίας προεργασίας η οποία έχει αποδοτικότητα (Ο(n*m)). Και έπειτα κατά την κύρια επεξεργασία ο αλγόριθμος καταλήγει στην χρησιμοποίηση του αλγορίθμου Dijkstra για τον υπολογισμό του μικρότερου μονοπατιού με πολυπλοκότητα Ο(n*logn + m). Συνεπώς η συνολική πολυπλοκότητα είναι (O(n*logn + m)). Μέχρι στιγμής οι παράμετροι του οχήματος που παίζουν ρόλο είναι αρκετά περιορισμένοι. Ο Sachenbach [14] πρότεινε μία υλοποίηση σύμφωνα με την οποία αυξάνει τον αριθμό των σημαντικών παραμέτρων του οχήματος που επηρεάζουν την απόδοση του αλγορίθμου πλησιάζοντας έτσι πιο πολύ την πραγματικότητα. Ο αλγόριθμος χρησιμοποιεί τον Α* αλγόριθμο καταλήγοντας σε ταχύτητα εκτέλεσης (Ο(n 2 )). Από τη σύγκριση των 2 καλύτερων παραλλαγών του Artmeier και του 29

30 Eisner, προκύπτει ότι ο αλγόριθμος του Eisner έχει ταχύτερη εκτέλεση, καλύτερη πολυπλοκότητα και μπορεί να διαχειριστεί μεγαλύτερους γράφους. Κατά τη σύγκριση των 2 καλύτερων παραλλαγών του Artmeier με την πρόταση του Sachenbach, προκύπτει ότι ο αλγόριθμος του δεύτερου είναι αρκετά γρήγορος ειδικά για μικρές αποστάσεις. Το συμπέρασμα που προκύπτει είναι ότι η φόρτιση κατά τη διάρκεια της διαδρομής είναι πολλές φορές απαραίτητη, ιδιαίτερα σε περιπτώσεις όπου η διαδρομή είναι μεγαλύτερη από την μέγιστη αυτονομία της μπαταρίας. Μέχρι στιγμής οι αλγόριθμοι που παρουσιάστηκαν είχαν σαν κοινό χαρακτηριστικό ότι δεν περιλάμβαναν επαναφορτίσεις. Ωστόσο πολλές φορές η επαναφόρτιση κατά την διαδρομή είναι αναγκαία. Λαμβάνοντας υπόψιν τα προηγούμενα οι Sweda και Klabjan σκέφτηκαν έναν αλγόριθμο όπου καμία ανάκτηση ενέργειας δεν πραγματοποιείται, αλλά οι ανεφοδιασμοί μπορούν να γίνουν σε ορισμένους κόμβους του γράφου. Αποδεικνύουν ότι σε έναν ακυκλικό γράφο υπάρχει ένα βέλτιστο μονοπάτι όπου μπορεί να πραγματοποιηθεί η φόρτιση σε κάθε κόμβο. Έπειτα με αναδρομή βρίσκεται το ποσό της ενέργειας που απαιτείται σε κάθε κόμβο. Εν αντίθεση με τους προηγούμενους όπου έχουν σαν στόχο τη βελτιστοποίηση της κατανάλωσης ενέργειας, ο Storand [10] προσπαθεί να περιορίσει και το χρόνο θέτοντας ένα όριο στο πλήθος των ανεφοδιασμών που μπορεί να υποστεί ένα όχημα κατά μήκος μίας διαδρομής και συσχετίζει τον αριθμό των επαναφορτίσεων με την απόσταση. Όπως προαναφέραμε ο ανεφοδιασμός πέρα από τη φόρτιση εμπεριέχει και τη δυνατότητα αλλαγής μπαταρίας. Οι Storand και Funke [11] στην πρόταση τους εισάγουν και τους σταθμούς αλλαγής μπαταρίας. Ο αλγόριθμος που προτείνουν έχει σαν στόχο την εύρεση όλων των δυνατών τοποθεσιών με την υπάρχουσα ενέργεια και τη διαθεσιμότητα των ηλεκτρικών σταθμών ή των σταθμών αλλαγής μπαταριών με πολυπλοκότητα (O(n*logn + m)). Η τάση που ακολουθείται στην τεχνολογία των μπαταριών είναι η χρήση χημικών μπαταριών σε συνδυασμό με υπέρ-πυκνωτές [12]. Οι υπέρ-πυκνωτές λειτουργούν σαν ένα είδος buffer στην κατασκευή της μπαταρίας. Μπορούν να φορτιστούν γρήγορα και πολλές φορές μειώνοντας το φόρτο στην μπαταρία. Συνεπώς η διαχείριση της φόρτισης και της αποφόρτισης της μπαταρίας, αλλά και της ροής της ενέργειας από τους πυκνωτές προς την μπαταρία πρέπει να βελτιστοποιηθεί για την αύξηση της ζωής της μπαταρίας. Βασιζόμενος σε αυτή την ανάγκη ο [12] ανέπτυξε έναν αλγόριθμο με δυναμικό προγραμματισμό. Εφαρμόζει τεχνικές μηχανικής μάθησης για την εύρεση της μελλοντικής ενεργειακής κατανάλωσης. Έπειτα χρησιμοποιεί αυτές τις προβλέψεις σε μία Μαρκοβιανή διαδικασία για να αποφασίσει την πολιτική της φόρτισης ή της αποφόρτισης. Η έρευνα για την διαχείριση των ηλεκτρικών οχημάτων μέχρι στιγμής επικεντρώνεται στην πλοήγηση του κάθε οχήματος ατομικά. Ωστόσο απαιτούνται αλγόριθμοι για την καθοδήγηση των ηλεκτρικών οχημάτων σε συλλογικό επίπεδο για την αποφυγή φαινομένων συμφόρησης. Στον τομέα της διαχείρισης της συμφόρησης το δίκτυο αναπαριστάται πάλι σαν ένας γράφος. Ο de Weerdt [15] στην πρόταση του περιέχει ένα σύστημα όπου αρχικά μπορεί να προβλέψει την συμφόρηση σε ένα δίκτυο μέσω της επικοινωνίας με του σταθμούς φόρτισης. Έπειτα προτείνει μία αποδοτική διαδρομή αλλά μόνο από πλευράς χρόνου. Οι Qin και Zang [16] προτείνουν ένα σύστημα σύμφωνα με το οποίο υπάρχει ένας γράφος για την αναπαράσταση του αυτοκινητόδρομου και σε κάθε έξοδο υπάρχει ένας σταθμός φόρτισης. Ανάλογα με τον προορισμό του αυτοκινήτου επιστρέφονται όλοι οι δυνατοί σταθμοί και οι μέσοι χρόνοι φόρτισης/αναμονής. Ο χρήστης επιλέγει αυτόν με το μικρότερο χρόνο. Ωστόσο το σύστημα δεν παρέχει τη δυνατότητα αλλαγής της διαδρομής κατά τη διάρκειά της. Πέρα από το χρόνο σαν κριτήριο για τη μείωση της συμφόρησης υπάρχουν και άλλα κριτήρια σύμφωνα με τα οποία μπορεί να γίνει η μείωση της. Ο Rigas [17] προτείνει προσαρμοσμένους μηχανισμούς τιμολόγησης για την αποφυγή της υπερφόρτωσης του δικτύου. Με βάση το πλάνο χρέωσης που διαθέτουν κινητοποιούνται να επισκεφτούν λιγότερο συμφωρισμένους σταθμούς. Η μείωση της συμφόρησης μπορεί να επιτευχθεί και μέσω της σωστής τοποθέτησης των σταθμών φόρτισης. Σχετικά με αυτό οι Storand και Funke [18] θέτουν σαν περιορισμό η απόσταση μεταξύ δύο κόμβων, συνυπολογίζοντας και την επιστροφή, να είναι μικρότερη από το απόθεμα του ηλεκτρικού οχήματος. Πάνω σε αυτό ο Lam [19] ανέπτυξε έναν αλγόριθμο, ο οποίος είναι γρηγορότερος κατά 30

31 5% από το βέλτιστο αλλά καθυστερεί σε υπολογιστικό χρόνο. Ωστόσο πρόσφατα ο Funke [20] παρουσίασε μία πρόταση όπου δεδομένου ενός ελάχιστου μονοπατιού μεταξύ 2 κόμβων υπάρχει δυνατότητα να ανακτηθεί η ενέργεια ώστε να συνεχιστεί η πορεία του οχήματος. Πέρα από τη βέλτιστη τοποθέτηση των σταθμών φόρτισης ο Bayram [21] περιλαμβάνει και το θέμα της ζήτησης σε ένα σταθμό. Πιο συγκεκριμένα στόχος της πρότασής του είναι η ελαχιστοποίηση της ηλεκτρικής ενέργειας που παραδίδεται από το σταθμό, ο αριθμός των οχημάτων που μπορούν να φορτιστούν σε κάθε σταθμό και ο αριθμός αυτών που παραμένουν αφόρτιστα. Στην έρευνα γίνεται μία εκτενή αναφορά στις τεχνικές Τεχνητής Νοημοσύνης που προτείνονται τόσο στις Grid-to-Vehicle τεχνολογίες, όσο και στις Vehicle-to-Grid τεχνολογίες. Στο κομμάτι Grid-to- Vehicle διακρίνονται τρεις κατηγορίες λύσεων: 1) Εξισορρόπηση φόρτου. 2) Τιμολόγηση φόρτου. 3) Καταστήματα ηλεκτρισμού. Για την εξισορρόπηση φόρτου στο [22] γίνεται μία αναφορά στα προβλήματα που μπορούν να προκληθούν από την ανεξέλεγκτη φόρτιση των υβριδικών οχημάτων. Για την σωστή διαχείρισή τους δημιουργείται ένα πρόγραμμα με χρήση δυναμικού προγραμματισμού για την φόρτιση του κάθε ηλεκτρικού οχήματος ώστε να ελαχιστοποιηθούν οι περίοδοι ακμής. Παρόμοιες τεχνικές έχουν δημιουργηθεί από την Ahn στο [23] και το [24]. Ο Halvgaard [25] με τη χρήση του δυναμικού προγραμματισμού και αυτός ανέπτυξε ένα αλγόριθμο ο οποίος δημιουργεί ένα πλάνο φόρτισης εξοικονομώντας περισσότερο από 60%. O Vandael [26] στην πρότασή του επιδιώκει την διανομή του φόρτου κατά μήκος των σταθμών μειώνοντας το φόρτο κατά 44%. Στο ίδιο μήκος κύματος ο Li [27] έχει σαν κανόνα τη χρήση μόνο τωρινών δεδομένων και όχι μελλοντικών καταστάσεων του συστήματος παροχής ενέργειας. Σε αντίθεση με τα προηγούμενα ο Bayram [28] θεωρεί ένα μεγάλο πλήθος σημείων φόρτισης με μία ποσότητα ενέργειας το κάθε ένα. Στόχος του είναι ο καλύτερος καταμερισμός της ενέργειας εξυπηρετώντας όσο το δυνατόν περισσότερα οχήματα. Η χρήση ανανεώσιμων πηγών ενέργειας είναι αναγκαία, για αυτό το λόγο ο [29] προσθέτει και τον παράγοντα των μη ελεγχόμενων πηγών ενέργειας όπως είναι η ηλιακή ή η αιολική ενέργεια στη δημιουργία δυναμικών αλγορίθμων για τη σχεδίαση της φόρτισης. Η συμφόρηση μπορεί να μετριαστεί όπως είπαμε και με μεθόδους κοστολόγησης. Οι Sundstrom και Binding [30] λαμβάνοντας υπόψιν ότι η ζήτηση είναι ανάλογη του χρόνου δημιούργησαν ένα αλγόριθμο κατά τον οποίο η κοστολόγηση της φόρτισης αλλάζει κατά τη διάρκεια της ημέρας. Οι περισσότεροι καταλήγουν στο συμπέρασμα ότι η κοστολόγηση θα πρέπει να γίνεται για κάθε κόμβο ξεχωριστά και όχι συνολικά για όλο το δίκτυο. Συγκεκριμένα ο Rigas στο [17] προτείνει συναρτήσεις κόστους που εξαρτώνται από τη ζήτηση που προκύπτει σε κάθε κόμβο. Μειώνοντας την τιμή σε κάποιους κόμβους ταυτόχρονα τα οχήματα κινητοποιούνται να φορτίσουν σε κάποιο άλλο σταθμό. Ο Byram στο [31] παρουσιάζει μία τεχνική αντίθετη με του Rigas [17]. Σύμφωνα με αυτή θέτει σταθερή τιμή σε ένα όριο αυτοκινήτων που φορτίζονται σε ένα σταθμό φόρτισης. Μόλις ξεπεραστεί αυτό το όριο ξεκινάει η τιμολόγηση του φόρτου. Τέλος τεχνικές όπως αυτές που παρουσιάζονται στα [32], [33], [34] και του Gan στο [35] ασχολούνται με το πως θα μειωθούν οι ρυθμοί φόρτισης και όχι με την τιμολόγηση των θέσεων φόρτισης. Σχετικά με τα καταστήματα ηλεκτρισμού οι Caramanis και Foster [36] στην πρότασή τους για την εξισορρόπηση του φόρτου του δικτύου ενσωματώνουν και τις ανανεώσιμες πηγές ενέργειας. Παρόμοιες τεχνικές παρουσιάζονται από τους [37], Gonzalez Vaya και Andersson [38], όπου έχουν σα στόχο τη μείωση του κόστους και την ικανοποίηση των ηλεκτρικών οχημάτων. Πέρα από τις τεχνικές που αναφέρονται σε συλλογικό επίπεδο οι [39], [40], στο [41] λαμβάνουν κάθε όχημα ξεχωριστό. Με τη χρήση κάποιων τεχνικών, το κάθε ένα είναι υπεύθυνο για την εύρεση μίας θέσης για φόρτιση. Ο στόχος του συγκεκριμένου αλγορίθμου είναι η ισορροπία του δικτύου. Τέλος ο Tushar στο [42] προσθέτει και το έξυπνο δίκτυο στο παιχνίδι. Το έξυπνο δίκτυο με στόχο την μεγιστοποίηση 31

32 του κέρδους του θέτει τιμές για μία ποσότητα ενέργειας διαθέσιμη για φόρτιση. Τα οχήματα αποφασίζουν για τη φόρτιση τους ούτως ώστε να υπάρχει ισορροπία και στη μπαταρία αλλά και στο κόστος. Οι Vehicle-to-Grid τεχνολογίες μπορούν να αποδειχτούν πολύ προσοδοφόρες για τους χρήστες των ηλεκτρικών οχημάτων. Η σημαντικότερη τεχνολογία από αυτές περιγράφει τη δυνατότητα αποθήκευσης της ηλεκτρικής ενέργειας από τα ηλεκτρικά οχήματα και παροχής στους σταθμούς φόρτισης σε περιόδους ύφεσης της ζήτησης για την καλύτερη ικανοποίηση των αναγκών σε περιόδους ακμής της ζήτησης. Το σημαντικότερο πλεονέκτημα σύμφωνα με τον [43] είναι ότι η διάθεση της αποθηκευμένης ενέργειας από τα ηλεκτρικά οχήματα κατά την περίοδο ακμής ελαχιστοποιεί την καύση βλαβερών υλικών για την παραγωγή ενέργειας. Πολλές τεχνικές Τεχνητής Νοημοσύνης έχουν σχεδιαστεί για την διαχείριση των V2G τεχνικών. Οι Galus και Andersson [44] όπως και στα καταστήματα ηλεκτρισμού εισάγουν την έννοια του συλλέκτη όπου θα διαχειρίζεται τόσο την φόρτιση όσο και την αποφόρτιση σε ένα σταθμό φόρτισης. Ο Wehinger στο [45] θέτει σαν στόχο την βελτιστοποίηση του κέρδους των ηλεκτρικών οχημάτων. Ο Couillet στο [46] μέσω της υλοποίησης που προσφέρει και της δυναμικής τιμολόγησης οδηγεί τα οχήματα να συναλλάσσονται με το δίκτυο μόνο σε συγκεκριμένους περιόδους για την αποφυγή υπερφόρτωσης του δικτύου. Ο Kamboj στο [47] προτείνει έναν αλγόριθμο κατά τον οποίο τα οχήματα οργανώνονται σε συμμαχίες στα διάφορα καταστήματα βγάζοντας κέρδος πουλώντας την ενέργειά τους. Επιπρόσθετα ο Ramos στο [48] επεκτείνει αυτή την σκέψη προτείνοντας έναν αλγόριθμο στον οποίο επιβραβεύονται οι μεγαλύτερες συμμαχίες και τα οχήματα με μεγάλη συνεισφορά στο δίκτυο. Με μία γρήγορη ματιά στις ιδέες που προτείνονται προκύπτον 2 βασικά θέματα. Το πρώτο είναι η αβεβαιότητα που υπάρχει σχετικά με το μη υπολογισμό των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας, με τους χρόνους άφιξης και αναχώρησης των οχημάτων, το φόρτο που πέφτει στο δίκτυο και στην αξιοπιστία της επικοινωνίας. Βέβαια αρκετές έρευνες ασχολήθηκαν με τη βελτίωση αυτής της παραμέτρου. Το δεύτερο είναι η συνεχής μεταβολή των παραμέτρων που σχετίζονται με τα ηλεκτρικά οχήματα. Κάτι τέτοιο απαιτεί ασφαλείς και καλύτερους προσεγγιστικούς στο πρόβλημα αλγορίθμους για την καλύτερη βελτιστοποίηση. Πέρα από τα προβλήματα που προκύπτουν υπάρχουν και ορισμένες βασικές απαιτήσεις που θα οφείλουν να πληρούν οι υλοποιήσεις. Θα πρέπει να υπάρχει διαλειτουργικότητα, δηλαδή τα ηλεκτρικά οχήματα οφείλουν να δουλεύουν απρόσκοπτα και αποτελεσματικά μαζί. Η ιδιωτικότητα είναι επίσης ένα μείζον θέμα. Για την αποτελεσματική διαχείριση των ηλεκτρικών αυτοκινήτων όπως είδαμε, έχουν προταθεί πολλοί αλγόριθμοι που βασίζονται στην επικοινωνία. Η οποία με τη σειρά της περιλαμβάνει την αποστολή και παραλαβή δεδομένων. Η δοκιμή των τεχνικών σε πραγματικό περιβάλλον. Κατά τις δοκιμές θα εξεταστεί εάν ο αλγόριθμος καλύπτει τις ανάγκες του προβλήματος, αλλά και τυχόν λάθη. Εν κατακλείδι συμπεραίνεται ότι απαιτείται συλλογική προσπάθεια από όλους τους τομείς, όπως και η χρήση των τεχνολογιών Τεχνητής Νοημοσύνης από όλων των ειδών χρήστες για την καλύτερη εξαγωγή συμπερασμάτων σχετικά με αυτά. 32

33 Κ Ε Φ Α Λ Α Ι Ο 4 33

34 ΑΝΑΛΥΣΗ EVLIB Στο συγκεκριμένο κεφάλαιο περιγράφεται ο τρόπος υλοποίησης του προγραμματιστικού μέρους της Πτυχιακής εργασίας. Αρχικά γίνεται μία σύνοψη της εφαρμογής. Έπειτα παρουσιάζεται η λεπτομερής ανάλυση των κλάσεων και των μεθόδων τους. 4.1 EVLib Η βιβλιοθήκη είναι υλοποιημένη στην αντικειμενοστραφή γλώσσα προγραμματισμού Java. Οι κύριες λειτουργίες που υποστηρίζονται είναι Πρώτη είναι η φόρτιση ενός οχήματος. Για την εκτέλεση ενός αντικειμένου φόρτισης απαιτείται πρώτα η φάση της προ-επεξεργασίας. Εφόσον το γεγονός( φόρτιση/απόφόρτιση/αλλαγή μπαταρίας) έχει περάσει τη διαδικασία προ-επεξεργασίας τότε μπορεί να κληθεί η ανάλογη συνάρτηση για την εκτέλεσή του. Η εκτέλεση της φόρτισης υλοποιείται μέσω μίας συνάρτησης που ανήκει στο φορτιστή στον οποίο έχει ανατεθεί η φόρτιση. 2. Δεύτερη λειτουργία είναι η αλλαγή μπαταρίας ενός οχήματος με μία φορτισμένη. Η υλοποίησή της γίνεται με τον ίδιο τρόπο μόνο που αντί για φορτιστές στη συγκεκριμένη περίπτωση έχουμε βοηθούς αλλαγής μπαταρίας. 3. Τρίτη λειτουργία είναι η αποφόρτιση που υλοποιείται ακριβώς με τον ίδιο τρόπο όπως η φόρτιση μόνο που για την υλοποίηση της υπάρχει άλλη κλάση. Πάλι για την εκτέλεση της αποφόρτισης απαιτείται πρώτα η φάση της προ-επεξεργασίας, και έπειτα η εκτέλεσή της. Όπως κατά την φόρτιση έτσι και εδώ η εκτέλεση λαμβάνει χώρα στον από-φορτιστή που έχει ανατεθεί το γεγονός από-φόρτισης. Η βιβλιοθήκη πέρα από τις κύριες λειτουργίες που περιγράψαμε περιέχει και άλλες δευτερεύουσες λειτουργίες όπως η ύπαρξη λίστας αναμονής για οχήματα για τα οποία δεν βρέθηκε κάποιος διαθέσιμος φορτιστής. Με την δημιουργία ενός σταθμού φόρτισης δημιουργούνται 4 λίστες αναμονής. Μία λίστα για τα γεγονότα φόρτισης για αργή φόρτιση, μία λίστα για τα γεγονότα φόρτισης για γρήγορη φόρτιση, μία για τα γεγονότα για αποφόρτιση και μία για τα οχήματα που θέλουν αλλαγή της μπαταρίας τους. Η διαχείριση της λίστας αναμονής μπορεί να γίνει με 2 τρόπους. Είτε αυτόματα, είτε από το χρήστη. Όταν είναι ενεργοποιημένη η αυτόματη διαχείριση της λίστας τότε η βιβλιοθήκη από μόνη της εκτελεί τα γεγονότα. Αντίθετα όταν δεν είναι ενεργοποιημένη η αυτόματη διαχείριση της λίστας τότε η εκτέλεση των γεγονότων των λιστών πρέπει να γίνει από το χρήστη. Υπάρχει σχετική συνάρτηση για την ρύθμιση αυτής της επιλογής. Με την είσοδο ενός γεγονότος φόρτισης, αποφόρτισης ή αλλαγής μπαταρίας στην αντίστοιχη λίστα αναμονής αμέσως γίνεται υπολογισμός σχετικά με το μέγιστο χρόνο που επρόκειτο να περιμένει το όχημα για την εκτέλεση του. Μία ενδιαφέρουσα δυνατότητα είναι οι επιλογές που προσφέρει η βιβλιοθήκη ως προς το πλήθος των διαφορετικών πηγών που μπορεί να χρησιμοποιήσει ο χρήστης για την παροχή ενέργειας στο σταθμό και οι διάφοροι τρόποι ενημέρωσης της αποθήκης ενέργειας. Η βιβλιοθήκη περιέχει 6 διαφορετικές κλάσεις όπου η κάθε μία είναι για μία διαφορετική πηγή ενέργειας. Όσον αφορά την ανανέωση της αποθήκης ενέργειας υπάρχουν 2 επιλογές. Ο πρώτος τρόπος είναι ο χρήστης να επιλέξει από ένα σύνολο προκαθορισμένων χρονικών διαστημάτων ανά πόσο θα γίνεται η ανανέωση(ανά μήνα, ανά ώρα, ανά μέρα ή ανά λεπτό). Ενώ σύμφωνα με το δεύτερο τρόπο ο χρήστης έχει την ελευθερία να καθορίσει ο ίδιος το χρονικό διάστημα το οποίο θα μεσολαβεί από κάθε ανανέωση. Το πρόγραμμα είναι προκαθορισμένο να διαρκέσει 500 χρονικές στιγμές. Η κάθε χρονική στιγμή διαρκεί 1 34

35 δευτερόλεπτο από προεπιλογή. Ωστόσο παρέχεται η δυνατότητα να θέσει ο χρήστης τη διάρκεια της κάθε χρονικής στιγμής. Σε κάθε ενημέρωση η μέθοδος ενημέρωσης ανάλογα με το ποια σε αριθμό ενημέρωση είναι από την αρχή της λειτουργίας του σταθμού, βλέπει τις πηγές ενέργειας και προσθέτει την ποσότητα το κελιού του πίνακα με αριθμό τον αριθμό της ενημέρωσης από την αρχή λειτουργίας του σταθμού, στο συνολικό ποσό ενέργειας. Η βιβλιοθήκη υποστηρίζει και ένα πλήθος άλλων λειτουργιών οι οποίες είναι οι εξής: Δημιουργία και ενσωμάτωση ενός φορτιστή ή από-φορτιστή μετά τη δημιουργία του σταθμού φόρτισης. Ταξινόμηση των ενεργειών σε όποια σειρά επιθυμεί ο χρήστης. Επιπρόσθετες δυνατότητες είναι η επαναφόρτιση των μπαταριών που προέρχονται από αλλαγές, ο υπολογισμός του κόστους φόρτισης/αποφόρτισης, η φόρτιση/αποφόρτιση δίνοντας ως είσοδο όχι μία ποσότητα ενέργειας, αλλά ένα ποσό χρημάτων. Τέλος για τη διαρκή λειτουργία της διεργασίας αλλαγής μπαταρίας παρέχεται η δυνατότητα ενσωμάτωσης μπαταριών στο σταθμό φόρτισης. Η βιβλιοθήκη αριθμεί 19 διαφορετικές κλάσεις. Οι κύριες κλάσεις είναι η κλάση ChargingStation το αντικείμενο της οποίας δημιουργεί ένα σταθμό φόρτισης, οι κλάσεις Charger/DisCharger/ExchangeHandler όπου είναι οι κλάσεις για το φορτιστή, τον από-φορτιστή και το βοηθό αλλαγής μπαταρίας αντίστοιχα. Τέλος οι κλάσεις ChargingEvent/DisChargingEvent τα αντικείμενα των οποίων περιγράφουν τα γεγονότα φόρτισης/αλλαγής μπαταρίας και τα γεγονότα αποφόρτισης αντίστοιχα. 4.2 Ανάλυση Κλάσεων Battery Η κλάση Battery είναι η κλάση η οποία αναπαριστά μια μπαταρία. Περιέχει τα εξής πεδία: 1. Ένα πεδίο id(int) που υποδηλώνει κάποιο αναγνωριστικό για την μπαταρία. 2. Ένα πεδίο για την υπόλοιπη ενέργεια της μπαταρίας remamount(float). 3. Ένα πεδίο για την χωρητικότητα της μπαταρίας batterycapacity(float). Εμπεριέχει έναν κατασκευαστή που απαιτεί τον ορισμό και των τριών προαναφερθέντων πεδίων και έναν κατασκευαστή που απαιτεί μόνο τον ορισμό του πεδίου id. Ακολουθούν οι μέθοδοι της κλάσης. setremamount(float r): Θέτει την τιμή της r, που υποδηλώνει το υπόλοιπο της μπαταρίας, στην μεταβλητή remamount. setbatterycapacity(float u): Θέτει την τιμή της u, που υποδηλώνει τη χωρητικότητα της μπαταρίας, στην μεταβλητή batterycapacity. reremamount(): Επιστρέφει την μεταβλητή remamount, δηλαδή το υπόλοιπο ενέργειας που υπάρχει στην μπαταρία. rebatterycapacity(): Επιστρέφει την μεταβλητή batterycpacity, δηλαδή τη χωρητικότητα της μπαταρίας. 35

36 Charger Η κλάση Charger περιγράφει έναν φορτιστή. Όσους περισσότερους φορτιστές διαθέτει ένας σταθμός φόρτισης τόσες περισσότερες φορτίσεις ταυτόχρονα μπορεί να εξυπηρετήσει, δεδομένου ότι υπάρχει αρκετή ενέργεια. Τα κύρια πεδία που περικλείει είναι τα εξής: 1. Ένα πεδίο id(int) που είναι το αναγνωριστικό για το φορτιστή. 2. Το πεδίο kindofcharging(string) που υποδηλώνει το είδος της φόρτισης που υποστηρίζει ο φορτιστής. 3. Το πεδίο busy(boolean) που όταν έχει τιμή true σημαίνει ότι ο φορτιστής είναι απασχολημένος και όταν έχει τιμή false σημαίνει ότι είναι διαθέσιμος. 4. Το πεδίο committime(int) για το χρόνο που θα είναι απασχολημένος. 5. Το πεδίο u(chargingevent) που υποδηλώνει το γεγονός φόρτισης που εκτελεί. Διαθέτει ένα κατασκευαστή με 3 ορίσματα. Ένα για την αρχικοποίηση του πεδίου id, ένα για το σταθμό φόρτισης που ανήκει ο φορτιστής και ένα για το είδος της φόρτισης. Ο φορτιστής είναι αρμόδιος για την εκτέλεση της κάθε φόρτισης. Μετά την εκτέλεση της κάθε φόρτισης και εφόσον είναι ενεργοποιημένος ο αυτόματος έλεγχος της λίστας, ο φορτιστής ελέγχει την λίστα αναμονής. Ακολουθεί η επεξήγηση των κυριότερων μεθόδων. executechargingevent(chargingevent e): Η συγκεκριμένη μέθοδος εκτελεί μία φόρτιση, συγκεκριμένα το γεγονός φόρτισης που υπάρχει στο όρισμα. Για την επίτευξη της ταυτόχρονης εκτέλεσης όλων των φορτιστών δημιουργείται ένα Thread και μέσα σε αυτό εμπεριέχεται ο κώδικας της μεθόδου. Για την φόρτιση ο φορτιστής κοιτάει τον πίνακα με τις ταξινομημένες πηγές ενέργειας. Παίρνει την πρώτη πηγή, αν η ενέργεια που διαθέτει επαρκεί για τη φόρτιση τότε αφαιρείται από την πηγή και προστίθεται στη μπαταρία σταματώντας εδώ. Σε περίπτωση που δεν επαρκεί τότε κοιτάει και την επόμενη πηγή. Αυτό συνεχίζεται μέχρι να προστεθεί στη μπαταρία όλη η ενέργεια που απαιτεί η φόρτιση. Η μέθοδος είναι υλοποιημένη να διαρκεί όσο απαιτεί ο χρόνος φόρτισης του οχήματος. Σε κάθε φόρτιση ο φόρτισης καλεί τη μέθοδο για το εάν πρέπει να γίνει ανανέωση της αποθήκης(κλήση checkup() ή checkup1()). Τέλος εφόσον ο χρήστης έχει επιλέξει να γίνεται η διαχείριση της λίστας αναμονής αυτόματα τότε καλείται η μέθοδος διαχείριση της λίστας(handlequeue()), αλλιώς τερματίζει η μέθοδος. setchargingevent(chargingevent f): Αναθέτει στο φορτιστή ένα γεγονός φόρτισης(chargingevent). handlequeueevents(): Αντικείμενο της μεθόδου είναι ο έλεγχος της λίστας αναμονής του είδους φόρτισης που εκτελεί ο φορτιστής. Σε περίπτωση που η λίστα δεν είναι άδεια τότε αναθέτει στο φορτιστή την εκτέλεση του πρώτου γεγονότος φόρτισης. ChargingEvent Είναι η κλάση τα αντικείμενα της οποίας περιγράφουν ένα γεγονός φόρτισης ή γεγονός αλλαγής μπαταρίας. Με άλλα λόγια όταν ο χρήστης θέλει να φορτίσει κάποιο όχημα ή να αλλάξει την 36

37 μπαταρία του οχήματος, τότε δημιουργεί ένα αντικείμενο της κλάσης ChargingEvent με κλήση του κατάλληλου κατασκευαστή. Περιέχει πεδία: 1. Για το χρόνο που θα διαρκέσει η φόρτιση, το chargingtime(int). 2. Για το μέγιστο χρόνο αναμονής, το maxwaitingtime(int). 3. Για το χρόνο άφιξης του γεγονότος, το datearrival(int). 4. Για το σταθμό που επισκέφτηκε για τη φόρτιση, το t(chargingstation). 5. Την ενέργεια που ζητάει, το amenerg(float). 6. Την ενέργεια που επρόκειτο να λάβει, το energytobereceived(float). 7. Το είδος φόρτισης, το kindofcharging(string). Το πεδίο mode(int) περιγράφει την κατάσταση του γεγονότος φόρτισης, δηλαδή του κάθε αντικειμένου ChargingEvent. Το σύνολο τιμών του είναι το εξής: 1. Τιμή 1 όταν δημιουργείται το αντικείμενο. 2. Τιμή 2 όταν το αντικείμενο μπορεί να εκτελεστεί. 3. Τιμή 3 όταν το αντικείμενο έχει εισαχθεί στη λίστα αναμονής. 4. Τιμή 4 όταν το αντικείμενο έχει εκτελεστεί. 5. Τιμή 5 σε περιπτώσεις όπου υπάρχει μηδενική ενέργεια ή δεν εισήχθη στη λίστα αναμονής επειδή ο χρόνος αναμονής που διαθέτει είναι λιγότερος από το χρόνο που θα περίμενε για τη φόρτιση ή δεν υπάρχει κάποια μπαταρία για αλλαγή. Περιλαμβάνει 3 κατασκευαστές: 1. Ο πρώτος κατασκευαστής απαιτεί το σταθμό φόρτισης, το όχημα που επρόκειτο να φορτίσει, το ποσό της ενέργειας και το είδος φόρτισης με τη σειρά. 2. Ο δεύτερος κατασκευαστής είναι για την περίπτωση όπου ο χρήστης δίνει σαν είσοδο κάποιο χρηματικό ποσό και ζητάει την αντίστοιχη ενέργεια. Τα ορίσματα με την αντίστοιχη σειρά είναι τα εξής: ο σταθμός φόρτισης, το όχημα που επρόκειτο να φορτίσει, το είδος της ενέργειας και το χρηματικό ποσό. 3. Ο τρίτος κατασκευαστής είναι για την λειτουργία αλλαγής μπαταρίας. Τα ορίσματα με την αντίστοιχη σειρά είναι τα εξής: ο σταθμός φόρτισης, το ηλεκτρικό όχημα και τέλος το είδος φόρτισης. Στο όρισμα είδος φόρτισης ο χρήστης πρέπει να δώσει τιμή exchange. Όπως περιγράψαμε κατά την εισαγωγή η εκτέλεση μίας φόρτισης απαιτεί 2 στάδια, πρώτα την εκτέλεση της preproccessing() μεθόδου που υπάρχει σε κάθε αντικείμενο ChargingEvent και έπειτα εφόσον το mode(μεταβλητή για την ενημέρωση της κατάστασης του αντικειμένου φόρτισης) είναι 2 την εκτέλεση της μεθόδου execution(). Στην περίπτωση που ένα αντικείμενο έπειτα από την κλήση της μεθόδου preproccessing() έχει mode με τιμή 3, τότε υπάρχουν 2 ενδεχόμενα. Πρώτο εάν ο χρήστης έχει ενεργοποιημένη την αυτόματη διαχείριση της λίστας δεν απαιτείται η κλήση της μεθόδου execution(). Στην άλλη περίπτωση κατά την οποία δεν είναι ενεργοποιημένη η αυτόματη διαχείριση της λίστας τότε ο χρήστης πρέπει να κάνει 2 πράγματα πριν την κλήση της execution(). Πρώτα να καλέσει τη μέθοδο προ-επεξεργασίας(preproccessing()) και δεύτερον να αφαιρέσει το γεγονός από τη λίστα, εφόσον δύναται η εκτέλεσή του. Ακολουθεί αναλυτική επεξήγηση των μεθόδων. preproccessing(): Η μέθοδος εκτελεί την φάση της προ-επεξεργασίας για το κάθε γεγονός φόρτισης ή αλλαγής μπαταρίας. Όπως έχουμε επαναλάβει με τη δημιουργία ενός αντικειμένου ChargingEvent και για την έναρξη φόρτισης απαιτείται πρώτα η εκτέλεση της μεθόδου preproccessing(). 37

38 Η συγκεκριμένη διεργασία αρχικά - αναλόγως το είδος της φόρτισης - ψάχνει κάποιο διαθέσιμο φορτιστή. Εάν βρει κάποιον διαθέσιμο τότε αναθέτει σε αυτόν το φορτιστή το συγκεκριμένο γεγονός. Έπειτα αναλόγως το διαθέσιμο υπόλοιπο σε ενέργεια στο σταθμό φόρτισης και την ενέργεια που ζητάει το γεγονός φόρτισης, υπολογίζει την ενέργεια που επρόκειτο να παρέχει στο ηλεκτρικό όχημα. Στα γεγονότα αλλαγής μπαταρίας αναζητείται κάποιο κενό για αλλαγή μπαταρίας και μετά αναζητείται κάποια μπαταρία για αλλαγή στο σταθμό φόρτισης. Εάν δε βρει κάποιο διαθέσιμο φορτιστή ή κενό για αλλαγή μπαταρίας τότε υπολογίζεται ο χρόνος που επρόκειτο να διαρκέσει η αναμονή μέχρι τη φόρτιση/αλλαγή μπαταρίας. Εάν ο χρόνος που βρεθεί είναι μικρότερος από το χρόνο που το όχημα μπορεί να περιμένει το γεγονός θα εισαχθεί στη λίστα. Ειδάλλως δεν θα εκτελεστεί ποτέ, λαμβάνοντας το mode τιμή 5. Τέλος σε περίπτωση που ένα γεγονός φόρτισης έχει οριστεί να λάβει μηδενική ενέργεια τότε δεν θα εκτελεστεί ποτέ. Ενώ αν δε βρεθεί κάποια μπαταρία για αλλαγή στο σταθμό ούτε τότε θα εκτελεστεί το γεγονός. Και στις 2 περιπτώσεις σημαίνει ότι έχει οριστεί τιμή για τη mode μεταβλητή 5. execution(): Αντικείμενο της μεθόδου είναι η εκτέλεση της πράξης φόρτισης ή αλλαγής μπαταρίας, εφόσον έχει περάσει επιτυχώς τη φάση της προ-επεξεργασίας. Αν το mode του αντικειμένου ChargingEvent είναι 2 τότε η execution() θα εκτελεστεί. Ειδάλλως ο κώδικάς της δεν θα εκτελεστεί, και κατ' επέκταση ούτε και η συγκεκριμένη φόρτιση. Η μέθοδος αρχικά επεξεργάζεται τον πίνακα φόρτισης ή αλλαγής μπαταρίας για τη χρονική αποτύπωση της φόρτισης. Τέλος καλεί τη μέθοδο executechargingevent(this) ή την executeexchange(int st2) του αντικειμένου Charger ή ExchangeHandler που ανατέθηκε το γεγονός. reelectricvehicle(): Επιστρέφει το όχημα στο οποίο γίνεται η φόρτιση. setmode(int h): Μέθοδος που δίνει τιμή στη μεταβλητή mode. rekind(): Επιστρέφει το είδος φόρτισης, δηλαδή το kindofcharging. reenergytobereceived(): Επιστρέφει την ενέργεια που επρόκειτο να λάβει το όχημα, δηλαδή energytobereceived. setwaitingtime(float w): Θέτει το διαθέσιμο χρόνο αναμονής του οχήματος. rechargingtime(): Επιστρέφει το χρόνο που θα διαρκέσει η φόρτιση, δηλαδή το chargingtime. remaxwaitingtime(): Επιστρέφει το μέγιστο που θα περιμένει ένα όχημα που μπαίνει στη λίστα, δηλαδή το maxwaitingtime. remode(): Επιστρέφει την κατάσταση του γεγονότος φόρτισης, δηλαδή το mode. 38

39 ChargingStation Η κλάση ChargingStation αποτελεί την πιο βασική κλάση της βιβλιοθήκης καθώς ένα αντικείμενό της περιγράφει ένα σταθμό φόρτισης. Τα σημαντικότερα πεδία είναι τα εξής: 1. Το id(int) το οποίο είναι ένα αναγνωριστικό για το σταθμό. 2. Το πεδίο name(string) που είναι το πεδίο για το όνομα του σταθμού. 3. Το πεδίο chargingratioslow(float) που είναι το πεδίο για το ρυθμό φόρτισης στην αργή φόρτιση. 4. Το πεδίο chargingratiofast(float) που είναι το πεδίο για την γρήγορη φόρτιση. 5. Το πεδίο dischargingratio που είναι ο ρυθμός αποφόρτισης. 6. Το πεδίο unitprice(float) το πεδίο για την τιμή της κάθε μονάδας ενέργειας. 7. Το πεδίο disunitprice(float) που υποδηλώνει το πεδίο για την κάθε μονάδα ενέργειας κατά την αποφόρτιση. 8. Το πεδίο exchangeprice(float) που είναι το πεδίο της τιμής για την κάθε αλλαγή μπαταρίας. 9. Το πεδίο totalenergy(float) το οποίο αποθηκεύει την συνολική ενέργεια που είναι αποθηκευμένη στο σταθμό. 10. Το πεδίο updatemode(int) το οποίο παίρνει τιμές 0,1. Για τιμή 0 σημαίνει ότι η ανανέωση της βάσης γίνεται ανά ένα χρονικό διάστημα που έχει επιλεγεί από ένα σύνολο επιλογών που παρέχει η βιβλιοθήκη. Όταν είναι 1 σημαίνει ότι η ανανέωση γίνεται ανά ένα χρονικό διάστημα που το έχει καθορίσει ο χρήστης. Για τα περισσότερα υπάρχουν αντίστοιχες συναρτήσεις για τον ορισμό της τιμής τους αλλά και την επιστροφή τους. Επιπρόσθετα υπάρχουν δομές για την αποθήκευση της ενέργειας από κάθε πηγή. Με την δημιουργία του αντικειμένου του σταθμού φόρτισης δημιουργούνται 4 αντικείμενα Queue που υποδηλώνουν τις λίστες αναμονής για την αργή, την γρήγορη φόρτιση, την αποφόρτιση και την λειτουργία αλλαγής μπαταρίας. Περιέχει 3 κατασκευαστές: 1. Ο πρώτος κατασκευαστής απαιτεί τον ορισμό των πεδίων id και name, έναν πίνακα String που δημιουργεί τόσους φορτιστές όσο το μέγεθος του. Το είδος του κάθε φορτιστή είναι η τιμή που έχει το αντίστοιχο κελί στον πίνακα. Δηλαδή αν το πρώτο κελί έχει τιμή slow τότε θα δημιουργήσει ένα φορτιστή για αργή φόρτιση, ενώ αν έχει τιμή fast τότε ένα φορτιστή για γρήγορη φόρτιση. Επίσης χρειάζεται ένα πίνακα String με τα διάφορα είδη ενέργειας που θα υποστηρίζει ο σταθμός. Αναλόγως την τιμή του κάθε κελιού δημιουργείται ένα αντικείμενο της αντίστοιχης κλάσης. Δηλαδή αν ένα κελί έχει τιμή solar τότε θα δημιουργηθεί ένα αντικείμενο της κλάσης Solar. Τέλος απαιτεί έναν πίνακα 2 διαστάσεων όπου η μία διάσταση έχει σαν μέγεθος το πλήθος των πηγών ενέργειας και η άλλη το σύνολο των ενημερώσεων που θα γίνουν στην αποθήκη του σταθμού. Το κάθε κελί έχει αποθηκευμένη την τιμή της ενέργειας της πηγής ενέργειας για την στιγμή που θα γίνει η ενημέρωση. 2. Ο δεύτερος κατασκευαστής είναι παρόμοιος με τον πρώτο αλλά δεν απαιτεί τον πίνακα με τις προβλεπόμενες ενέργειες. 3. Ο τρίτος κατασκευαστής απαιτεί μόνο τον ορισμό των πεδίων id και name. Ακολουθεί η ανάλυση των κύριων μεθόδων. 39

40 updatequeue(chargingevent y): Ο ρόλος της μεθόδου είναι η εισαγωγή του y(chargingevent) στην αντίστοιχη λίστα αναμονής. updatedischargingqueue(dischargingevent d): Η μέθοδος έχει σαν λειτουργία την εισαγωγή του γεγονότος αποφόρτισης d(dischargingevent) στη λίστα αναμονής. refast(): Επιστρέφει τη λίστα αναμονής για τη γρήγορη φόρτιση. Η λίστα είναι αντικείμενο τύπου Queue. reslow(): Επιστρέφει τη λίστα αναμονής για αργή φόρτιση. Η λίστα είναι αντικείμενο τύπου Queue. reexchange(): Επιστρέφει τη λίστα αναμονής για αλλαγή μπαταρίας. Η λίστα είναι αντικείμενο τύπου Queue. redischarging(): Επιστρέφει τη λίστα αναμονής για αποφόρτιση. Η λίστα είναι αντικείμενο τύπου Queue. checkchargers(string k): Η λειτουργία της μεθόδου είναι ο έλεγχος των διαθέσιμων φορτιστών που υποστηρίζουν είδος φόρτισης ίσο με το όρισμα k(string). Επιστρέφει το id του πρώτου διαθέσιμου φορτιστή. Σε περίπτωση που δεν υπάρχει κάποιος διαθέσιμος τότε επιστρέφει -1. checkdischargers(): Ελέγχει τους από-φορτιστές και επιστρέφει το id του πρώτου διαθέσιμου. Σε περίπτωση που δεν υπάρχει κάποιος διαθέσιμος τότε επιστρέφει -1. checkexchangeslots(): Ελέγχει όλες τις διαθέσιμες θέσεις για αλλαγή μπαταρίας και επιστρέφει την πρώτη διαθέσιμη. Αν δε βρεθεί κάποια κενή επιστρέφει -1. checkbatteries(): Ελέγχει όλες τις μπαταρίες που είναι συνδεδεμένες στο σταθμό φόρτισης και προορίζονται για αλλαγή. Επιστρέφει τη θέση της πρώτης διαθέσιμης που το υπόλοιπό της δεν είναι 0. Σε περίπτωση που δεν υπάρχει κάποια τότε επιστρέφει -1. setechangeslots(int slots): Μέθοδος με την οποία ο χρήστης μπορεί να θέσει το πλήθος των θέσεων για αλλαγή μπαταρίας. Δημιουργείται ένας boolean πίνακας με μέγεθος όσο η μεταβλητή slots. Για όσο χρονικό διάστημα μία θέση είναι γεμάτη το αντίστοιχο κελί έχει τιμή true, ενώ όσο είναι άδεια έχει τιμή false. reexchangeslots(): Επιστρέφει τον πίνακα με τις θέσεις για αλλαγή μπαταρίας. Ο πίνακας είναι τύπου boolean. insertcharger(charger y): Μέθοδος για την προσθήκη ενός καινούργιου Charger στο σταθμό φόρτισης. 40

41 insertdischarger(discharger y): Μέθοδος για την προσθήκη ενός καινούργιου DisCharger στο σταθμό φόρτισης. insertenergysource(energysource z): Μέθοδος για την προσθήκη κάποιου καινούργιου αντικειμένου πηγής ενέργειας. Απαραίτητη προϋπόθεση είναι η δημιουργία και η προσθήκη μόνο ενός αντικειμένου από κάθε πηγή ενέργειας. deleteenergysource(energysource z): Μέθοδος για την αφαίρεση μίας πηγή ενέργειας. Συγκεκριμένα αφαιρείται το αντικείμενο της πηγής ενέργειας. Εξαιρείται η πηγή αποφόρτισης(discharging) η οποία δεν έχει κάποιο αντικείμενο και δημιουργείται με την προσθήκη θέσεων αποφόρτισης. customenergysorting(string[] sources): Μέθοδος για την ταξινόμηση των πηγών σύμφωνα με την επιθυμία του χρήστη. Ο πίνακας που δέχεται σαν όρισμα αποτελείται από String και αναλόγως με τη σειρά που υπάρχουν στο πίνακα ταξινομούνται και στο σταθμό φόρτισης. Τα αναγνωριστικά για την κάθε πηγή είναι solar για το αντικείμενο της κλάσης Solar, wind για το αντικείμενο Wind, wave για το αντικείμενο της κλάσης Wave, geothermal για το αντικείμενο της κλάσης Geothermal, nonrenewable για το αντικείμενο της κλάσης Nonrenewable, και hydroelectric για το αντικείμενο της κλάσης HydroElectric. setapartment(string ap): Μέθοδος για τον ορισμό μίας επιλογής από τις διαθέσιμες για τον καθορισμό του τρόπου ανανέωσης της αποθήκης δεδομένων. Το σύνολο τιμών του ορίσματος ap είναι: month, day, hour, minute. Επίσης το updatemode γίνεται 0. Κατά τη δημιουργία του αντικειμένου του σταθμού φόρτισης ο σταθμός έχει σαν updatemode ίσον με 0 και διάστημα ανανέωσης ανά μήνα. setnumofslots(int slots): Η λειτουργία της μεθόδου είναι ο ορισμός του συνόλου των θέσεων που προορίζονται για αποφόρτιση οχημάτων. Όσο είναι η τιμή του ορίσματος slots τόσες θέσεις δημιουργούνται για αποφόρτιση. searchcharger(int id): Μέθοδος για την επιστροφή ενός φορτιστή(charger) με βάση το id του. searchchargerplace(int id): Η συγκεκριμένη μέθοδος επιστρέφει τη θέση του Charger στο πίνακα(arraylist) με τους φορτιστές με id όσο το όρισμα που λαμβάνει. Παρόμοια συνάρτηση υπάρχει και για από-φορτιστές. searchdischarger(int id): Μέθοδος για την επιστροφή ενός από-φορτιστή με βάση το id του. searchdischargerplace(int id): Η συγκεκριμένη μέθοδος επιστρέφει τη θέση του DisCharger στο πίνακα(arraylist) με τους φορτιστές, με id όσο το όρισμα που λαμβάνει. 41

42 searchenergysource(string source): Επιστρέφει το αντικείμενο της πηγής που λέει το όρισμα source. Το σύνολο τιμών του ορίσματος source είναι: solar, wind, wave, geothermal, hydroelectric, nonrenewable. batteriescharging(): Μέθοδος για την φόρτιση των μπαταριών που προορίζονται για αλλαγή. Αρχικά γίνεται μία σάρωση των μπαταριών που προορίζονται για αλλαγή. Από αυτές επιλέγονται όσες δεν είναι γεμάτες και τόσες όσοι είναι οι φορτιστές που δεν είναι απασχολημένοι. Αποθηκεύονται σε ένα πίνακα(arraylist) ως γεγονότα φόρτισης(chargingevent) ο οποίος επιστρέφεται από την συνάρτηση. Τα γεγονότα μπορούν να εκτελεστούν απευθείας χωρίς την κλήση της preproccessing(). remap(): Επιστρέφει το σύνολο των ποσοτήτων των διαφόρων πηγών ενέργειας που συμμετέχουν στο σταθμό φόρτισης. Οι διάφορες ενέργειες επιστρέφονται σε μία LinkedHashMap δομή με όνομα κλειδιού το είδος της κάθε πηγής και τιμή την ποσότητα της ενέργειας που υπάρχει από αυτήν. settotalenergy(float energ): Αφαιρεί από την συνολική ενέργεια την τιμή του ορίσματος energ. setspecificamount(string v, float q): Θέτει την ποσότητα ενέργειας του ορίσματος q στην πηγή του ορίσματος v στη δομή για την αποθήκευση της ενέργειας της κάθε πηγής. setautomaticqueuehandling(boolean value): Μέθοδος για την ρύθμιση σχετικά με το αν η διαχείριση της λίστας αναμονής θα γίνεται αυτόματα από την βιβλιοθήκη ή από το χρήστη. Για value ισούται με true η διαχείριση γίνεται αυτόματα, ενώ για value ισούται με false η διαχείριση αφήνεται στο χρήστη. settimemoment(int timemoment): Μέθοδος όπου θέτει το πόσα δευτερόλεπτα θα διαρκεί η κάθε χρονική στιγμή στο σταθμό φόρτισης. Ο σταθμός είναι υλοποιημένος να διαρκεί για 500 χρονικές στιγμές. Η κάθε χρονική στιγμή διαρκεί από προεπιλογή 1 δευτερόλεπτο. Με χρήση αυτής της συνάρτησης η χρονική στιγμή διαρκεί όσο η τιμή του timemoment. setupdatespace(int updatespace): Μέθοδος η οποία θέτει κάθε πότε θα γίνεται ανεφοδιασμός της αποθήκης ενεργειών. Όση είναι η τιμή του ορίσματος updatespace κάθε τόσα δευτερόλεπτα θα γίνεται ο ανεφοδιασμός. Παράλληλα το πεδίο updatemode παίρνει τιμή 1. joinbattery(battery hj): Η μέθοδος έχει σαν λειτουργία την ενσωμάτωση μίας μπαταρίας στο σύνολο των μπαταριών που προορίζονται για την λειτουργία αλλαγής μπαταρίας. deletebattery(battery hj): Αφαιρεί την μπαταρία(battery) hj από το σύνολο των μπαταριών που προορίζονται για αλλαγή. resources(): Επιστρέφει ένα πίνακα με τις πηγές ενέργειας, ταξινομημένες σύμφωνα με τον τρόπο που επέλεξε ο χρήστης. 42

43 setchargingrationslow(float chargingratio): Μέθοδος για τον ορισμό του ρυθμού φόρτισης για την αργή φόρτιση. rechargingratioslow(): Επιστρέφει το ρυθμό φόρτισης για την αργή φόρτιση. setchargingratiofast(float chargingratio): Μέθοδος για τον ορισμό του ρυθμού φόρτισης για τη γρήγορη φόρτιση. rechargingratiofast(): Επιστρέφει το ρυθμό φόρτισης για τη γρήγορη φόρτιση. setdischargingratio(float dischargingratio): Μέθοδος για τον ορισμό του ρυθμού αποφόρτισης. redischargingratio(): Επιστρέφει το ρυθμό φόρτισης για την αποφόρτιση. setunitprice(float price): Μέθοδος για τον ορισμό της τιμής της μονάδας ενέργειας. reunitprice(): Επιστρέφει τη τιμή της μονάδας ενέργειας κατά τη φόρτιση. setdisunitprice(float disunitprice): Μέθοδος για τον ορισμό της τιμής της μονάδας ενέργειας κατά την αποφόρτιση. redisunitprice(): Επιστρέφει την τιμή της μονάδας ενέργειας κατά την αποφόρτιση. setexchangeprice(float price): Μέθοδος για τον ορισμό της τιμής κάθε αλλαγής μπαταρίας. reexchangeprice(): Επιστρέφει την τιμή της κάθε αλλαγής μπαταρίας. rechargingstationhandler(): Επιστρέφει το αντικείμενο της κλάσης ChargingStationHandler που έχει δημιουργήσει ο σταθμός φόρτισης. Κάθε ένα τέτοιο αντικείμενο συμπεριφέρεται σαν ένας βοηθός για τον σταθμό φόρτισης που ανήκει. ChargingStationHandler Η κλάση ChargingStationHandler λειτουργεί σαν ένα είδος βοηθού για το σταθμό φόρτισης. Με την δημιουργία του σταθμού φόρτισης δημιουργείται ένα αντικείμενο της κλάσης ChargingStationHandler. Περιέχει τις συναρτήσεις που τρέχουν αυτόματα μέσα στις διάφορες λειτουργίες της κλάσης. Δεν απαιτείται η δημιουργία κάποιου αντικειμένου ούτε η κλήση κάποιας συνάρτησης καθώς γίνεται αυτομάτως από τη βιβλιοθήκη. Περιέχει ένα κατασκευαστή ο οποίος περιέχει ένα όρισμα για το σταθμό φόρτισης στον οποίο ανήκει. Ακολουθεί η ανάλυση των μεθόδων. 43

44 creationchargingtable(): Μέθοδος για την δημιουργία ενός πίνακα 2 διαστάσεων που αναπαριστά το πότε ο κάθε φορτιστής είναι γεμάτος και πότε όχι. Η μία διάσταση έχει μέγεθος το σύνολο των φορτιστών και η άλλη έχει το πλήθος των χρονικών στιγμών που θα διαρκέσει ο σταθμός φόρτισης(500). Ο πίνακας αρχικοποιείται με τιμή για όλα τα κελιά 0. Το κάθε κελί αναπαριστά μία χρονική στιγμή με προκαθορισμένο μέγεθος 1 δευτερόλεπτο. Ωστόσο αυτό μπορεί να αλλάξει από το χρήστη. Όταν ένα γεγονός φόρτισης επρόκειτο να εκτελεστεί τότε όσο είναι ο χρόνος φόρτισης διά τη διάρκεια της κάθε χρονικής στιγμής τόσα κελιά παίρνουν τιμή 1. Για να βρεθεί από ποιο κελί θα γίνει η αλλαγή των τιμών γίνεται μία αφαίρεση του χρόνου έναρξης του σταθμού φόρτισης από το χρόνο έναρξης του γεγονότος φόρτισης. Το αποτέλεσμα διαιρείται με τη διάρκεια της κάθε χρονικής στιγμής. Ο αριθμός που θα προκύψει είναι το κελί από το οποίο ξεκινά η εκάστοτε φόρτιση. Ακολουθεί ένα σενάριο για την καλύτερη κατανόηση του πίνακα φόρτισης. Έστω ότι έχουμε ένα σταθμό φόρτισης με 2 φορτιστές, ένα για αργή φόρτιση και έναν για γρήγορη φόρτιση. Συνεπώς ο πίνακας είναι 2x500. Η πρώτη γραμμή είναι για το φορτιστή της αργής φόρτισης, ενώ η δεύτερη γραμμή είναι για το φορτιστή της γρήγορης φόρτισης. Η σειρά των φορτιστών είναι με τη σειρά που ενσωματώθηκαν στο σταθμό φόρτισης. Η χρονική διάρκεια κάθε χρονικής στιγμής είναι 2 δευτερόλεπτα. Υποθέτουμε ότι αυτή είναι η πρώτη φόρτιση που γίνεται στο σταθμό φόρτισης. Έχουμε ένα γεγονός γρήγορης φόρτισης. Υπάρχει ένας φορτιστή για γρήγορη φόρτιση, επομένως είμαστε στη δεύτερη γραμμή. Αρχικά παίρνουμε το χρόνο έναρξης του σταθμού που είναι Ο χρόνος αυτός αντιπροσωπεύει πόσα δευτερόλεπτα έχουν περάσει από το 1970 για αυτό είναι και σε τέτοια μορφή. Έστω ότι το γεγονός ξεκινάει τη φόρτιση(ο χρήστης καλεί τη μέθοδο execution) τη χρονική στιγμή Κάνοντας αφαίρεση τους 2 αριθμούς προκύπτει 4. Διαιρώντας το 4 διά το 2 που είναι το πόσο διαρκεί η κάθε χρονική στιγμή προκύπτει 2. Άρα το κελί 1,2 είναι το σημείο έναρξης της φόρτισης. Τώρα η φόρτιση επρόκειτο να διαρκέσει 11 δευτερόλεπτα. Διαιρώντας το 11 διά το 2 που είναι το πόσο διαρκεί η κάθε χρονική στιγμή προκύπτει 5,5 στρογγυλοποιώντας το μας δίνει 6. Η στρογγυλοποίηση γίνεται διότι η φόρτιση θα καταλάβει και από τη χρονική στιγμή [1,7]. Έτσι για την αναπαράσταση της φόρτισης τα κελιά [1,2], [1,3], [1,4], [1,5], [1,6], [1,7] θα πάρουν τιμή 1 (Πίνακας 5) Πίνακας 5: Πίνακας για τη χρονική αναπαράσταση των φορτίσεων που γίνονται στο σταθμό φόρτισης. creationdischargingtable(): Μέθοδος για την δημιουργία του πίνακα αναπαράστασης των αποφορτίσεων. Λειτουργεί παρόμοια με την creationchargingtable μόνο που στο πίνακα η μία διάσταση έχει μέγεθος το πλήθος των από-φορτιστών και η άλλη μέγεθος το πλήθος των χρονικών στιγμών(500). creationexchangetable(): Μέθοδος για τη δημιουργία του πίνακα αναπαράστασης των γεγονότων αλλαγής μπαταρίας. Ο τρόπος λειτουργίας είναι ο ίδιος με αυτούς των creationchargingtable(), creationdischargingtable() μόνο που η μία διάσταση έχει μέγεθος το πλήθος των θέσεων αλλαγής μπαταρίας και η άλλη τον αριθμό των χρονικών στιγμών. 44

45 rechargingtable(): Επιστρέφει το πίνακα ο οποίος περιέχει τη χρονική απεικόνιση των φορτίσεων που γίνονται στο σταθμό φόρτισης. redischargingtable(): Επιστρέφει το πίνακα ο οποίος περιέχει τη χρονική απεικόνιση των αποφορτίσεων που γίνονται στο σταθμό φόρτισης. checkup(): Μέθοδος η οποία είναι αρμόδια για τον έλεγχο εάν πρέπει να γίνει ενημέρωση της αποθήκης των ενεργειών. Καλείται όταν το updatemode ισούται με 0. Καλεί τόσες φορές την updatestorage() - εκτελεί τις ενημερώσεις της αποθήκης - όσες ενημερώσεις χρειάζεται να γίνουν. Οι έλεγχοι γίνονται με βάση την τιμή της μεταβλητής apartment που έχει θέσει ο χρήστης. checkup1(): Η λειτουργία της μεθόδου είναι να ελέγχει για το εάν πρέπει να γίνει κάποια ανανέωση της αποθήκης ενεργειών. Καλείται όταν το updatemode ισούται με 1. Ο έλεγχος που κάνει είναι πόσα διαστήματα πέρασαν με βάση το updatespace από την αρχή λειτουργίας του σταθμού. Έπειτα καλεί την updatestorage() για εκείνα τα διαστήματα που δεν έχει γίνει ανανέωση της βάσης. updatestorage(int point): Η λειτουργία της μεθόδου είναι η ανανέωση της βάσης με τις ενέργειες. Συγκεκριμένα προστίθενται σε κάθε πηγή ενέργειας η τιμή του κελιού point του πίνακα με τις προβλεπόμενες ενέργειες του αντίστοιχου αντικειμένου της ενέργειας. Εάν δεν έχει οριστεί κάποια τιμή ενέργειας για την τιμή point στον πίνακα με τις προβλεπόμενες τιμές για ένα αντικείμενο τότε μετράει σαν 0. retimeofcharging(int index1, int index2): Επιστρέφει την τιμή του κελιού του πίνακα φόρτισης που δίνονται στα ορίσματα. Ουσιαστικά επιστρέφει αν τη χρονική στιγμή index2 ο φορτιστής index1 είναι απασχολημένος ή όχι. retimeofdischarging(int index1, int index2): Επιστρέφει την τιμή του κελιού του πίνακα αποφόρτισης με βάση τις τιμές των ορισμάτων. Ουσιαστικά επιστρέφει αν τη χρονική στιγμή index2 ο από-φορτιστής index1 είναι απασχολημένος ή όχι. retimeofexchange(int index1, int index2): Επιστρέφει την τιμή του κελιού του πίνακα αλλαγής μπαταρίας με βάση τις τιμές των ορισμάτων. Ουσιαστικά επιστρέφει αν τη χρονική στιγμή index2 ο βοηθός αλλαγής μπαταρίας είναι κενός ή όχι. energydistribution(): Μέθοδος για την ισότιμη κατανομή της ενέργειας σε περίπτωση που δεν υπάρχει αρκετή διαθέσιμη για όλα τα οχήματα. Σε περίπτωση που η ενέργεια που υπάρχει στο σταθμό φόρτισης είναι λιγότερη από την ενέργεια που ζητάει ένα όχημα τότε καλείται η συγκεκριμένη μέθοδος και γίνεται επαναπροσδιορισμός των ποσοτήτων ενεργειών που επρόκειτο να λάβουν τα οχήματα. Συγκεκριμένα γίνεται έλεγχος των χρόνων έναρξης των γεγονότων φόρτισης σε όλους τους φορτιστές. Όσα έχουν ίδιο χρόνο έναρξης με το γεγονός φόρτισης που κάλεσε τη μέθοδο συλλέγονται. Για κάθε ένα αντικείμενο φόρτισης υπάρχει ειδικό πεδίο που είναι αποθηκευμένη η συνολική ενέργεια του σταθμού τη στιγμή της δημιουργίας του. Βρίσκεται το μέγιστο απόθεμα ενέργειας από όλα τα γεγονότα φόρτισης που έχουν συλλεχθεί. Υπολογίζεται το σύνολο των ενεργειών που ζητάνε όλα τα γεγονότα φόρτισης. Η ενέργεια που θα λάβει το κάθε γεγονός είναι το 45

46 πηλίκο της ενέργειας που ζητάει προς την συνολική ενέργεια που ζητάνε τα γεγονότα που συλλέχθηκαν, επί το μέγιστο απόθεμα. calculateprice(chargingevent w): Αντικείμενο της συνάρτησης είναι ο υπολογισμός της φόρτισης που δίνεται στο όρισμα και η αποθήκευση αυτού στο πεδίο debt του οδηγού που είναι ενσωματωμένος στο γεγονός φόρτισης. calwaitingtime(): Μέθοδος για τον υπολογισμό του μέγιστου χρόνου αναμονής για ένα γεγονός φόρτισης το οποίο έχει εισαχθεί στη λίστα αναμονής. caldiswaitingtime(): Μέθοδος για τον υπολογισμό του μέγιστου χρόνου αναμονής ενός γεγονότος αποφόρτισης το οποίο έχει εισαχθεί στη λίστα αναμονής. DisCharger Η κλάση DisCharger περιγράφει ένα από-φορτιστή. Η λειτουργία του είναι ακριβώς όπως ενός αντικειμένου της κλάσης Charger απλώς στη συγκεκριμένη περίπτωση υλοποιείται μία αποφόρτιση. Περιέχει ένα κατασκευαστή με 2 ορίσματα ένα id, το οποίο είναι ένα αναγνωριστικό για το αντικείμενο και ένα για το σταθμό φόρτισης που ανήκει. Όπως η κλάση Charger έχει συνάρτηση στην οποία υλοποιείται μία φόρτιση έτσι και η κλάση DisCharger περιέχει μέθοδο μέσα στην οποία υλοποιείται η αποφόρτιση. Επιπρόσθετα περιέχει μέθοδο για τον αυτόματο χειρισμό της λίστας αναμονής. Οι μέθοδοι που περιέχει είναι οι ίδιες με της κλάσης Charger προσαρμοσμένες για γεγονότα αποφόρτισης. Για αυτό το λόγο δεν απαιτείται περαιτέρω ανάλυση. DisChargingEvent Η κλάση DisChargingEvent περιγράφει ένα γεγονός αποφόρτισης. Είναι παρόμοια με την κλάση ChargingEvent. Περιλαμβάνει 1 κατασκευαστή με 3 ορίσματα: 1. Το πρώτο όρισμα είναι ο σταθμός φόρτισης που επισκέφτηκε για την φόρτιση. 2. Το δεύτερο όρισμα είναι το όχημα που επρόκειτο να αποφορτίσει. 3. Το τρίτο είναι το ποσό της ενέργειας που θα δοθεί κατά την αποφόρτιση. Περιέχονται οι ίδιες μέθοδοι με την κλάση ChargingEvent μόνο που είναι προσαρμοσμένες για αποφόρτιση. Η διαδικασία για την εκτέλεση μίας αποφόρτισης είναι η ίδια. Πρώτα απαιτείται η κλήση της μεθόδου preproccessing(). Έπειτα αναλόγως την κατάσταση του αντικειμένου απαιτείται η κλήση της execution(). Περαιτέρω ανάλυση των μεθόδων δε θα γίνει λόγω της ομοιότητας με την κλάση ChargingEvent. Driver Η κλάση Driver περιγράφει ένα οδηγό αυτοκινήτου. Το αντικείμενο της κλάσης Driver απαιτείται για την υλοποίηση μίας φόρτισης/αποφόρτισης/αλλαγή μπαταρίας, διότι το κόστος ή το κέρδος 46

47 αποθηκεύεται σε ένα κατάλληλο πεδίο του αντικειμένου Driver που είναι συνδεδεμένο στο ηλεκτρικό όχημα. Περιέχει πεδία για το κόστος που προκύπτει από μία φόρτιση/αλλαγή μπαταρίας ή για το κέρδος από μία αποφόρτιση. Επίσης πεδία id(int), που είναι ένα αναγνωριστικό για τον οδηγό και για το όνομα name(string), για την ονομασία του οδηγού. Διαθέτει 2 κατασκευαστές. Ο πρώτος έχει 2 ορίσματα, ένα id(int) και ένα όνομα, ο δεύτερος έχει 1 όρισμα για το id(int). Ακολουθεί ανάλυση των μεθόδων. setprofit(float profit): Θέτει το κέρδος που έχει σαν οδηγός από κάποια γεγονότα(φόρτισης, αποφόρτισης, αλλαγή μπαταρίας). reprofit(): Επιστρέφει το κέρδος που έχει ο οδηγός, δηλαδή το πεδίο profit. setdebt(float debt): Θέτει την οφειλή του οδηγού που προκύπτει από κάποια συναλλαγή με το σταθμό φόρτισης. redebt(): Επιστρέφει το χρέος του οδηγού, δηλαδή το πεδίο debt. ElectricVehicle Η κλάση ElectricVehicle χαρακτηρίζει ένα ηλεκτρικό όχημα. Κληρονομεί την κλάση Vehicle. Πιο συγκεκριμένα κληρονομεί τα πεδία id(int), brand(string) και cubism(int) από την κλάση Vehicle. Τα πεδία που περιλαμβάνει η ίδια είναι battery(battery), που είναι το πεδίο για την μπαταρία του οχήματος και p(driver) που είναι το πεδίο για τον οδηγό του οχήματος. Ακολουθεί ανάλυση των μεθόδων. rebattery(): Επιστρέφει την μπαταρία του οχήματος, δηλαδή το πεδίο battery. vehiclejoinbattery(battery k): Μέθοδος για τη σύνδεση της μπαταρίας που δίνεται στο όρισμα με το συγκεκριμένο αντικείμενο του ηλεκτρικού οχήματος. setdriver(driver p): Συνδέει τον οδηγό που δίνεται στο όρισμα με το ηλεκτρικό όχημα. redriver(): Επιστρέφει τον οδηγό του οχήματος, δηλαδή το πεδίο p. EnergySource Η κλάση EnergySource είναι μία υπέρ-κλάση η οποία χαρακτηρίζει μία πηγή ενέργειας στο σταθμό ενέργειας. Περιέχει τα πεδία id(int), που αποτελεί ένα αναγνωριστικό για το είδος της ενέργειας και ένα για το σταθμό φόρτισης που ανήκει, το station(chargingstation). Περιλαμβάνει ένα 47

48 κατασκευαστή με 2 ορίσματα. Ένα για την αρχικοποίηση του id και ένα για την αρχικοποίηση του σταθμού φόρτισης. Ακολουθεί η ανάλυση των μεθόδων. reamount(int num): Η συνάρτηση είναι abstract, συνεπώς η υλοποίησή της αφήνεται σε κάθε υπόκλάση της. Αναφέρεται γενικά στην επιστροφή της ενέργειας που δόθηκε/δοθεί στο σταθμό φόρτισης κατά τη συγκεκριμένη ενημέρωση, όρισμα num. modifyspecificamount(int num, float am): Η μέθοδος είναι abstract, επομένως η υλοποίησή της αφήνεται στις υπό-κλάσεις της. Το αντικείμενό της είναι η αλλαγή ή η προσθήκη της ενέργειας που θα προσφερθεί σε μία συγκεκριμένη ενημέρωση της αποθήκης ενέργειας. reid(): Επιστρέφει το id(int) του αντικειμένου της πηγής ενέργειας. restation(): Στόχος της μεθόδου είναι η επιστροφή του σταθμού φόρτισης που ανήκει το αντικείμενο της πηγής ενέργειας, δηλαδή το πεδίο station. ExchangeHandler Η ExchangeHandler αποτελεί την κλάση ένα αντικείμενο της οποίας είναι αρμόδιο για την εκτέλεση της λειτουργίας αλλαγής μπαταρίας σε ένα ηλεκτρικό όχημα. Με τον καθορισμό του πλήθους των κενών για ταυτόχρονη αλλαγή μπαταρίας, δημιουργούνται και τόσα αντικείμενα της κλάσης ExchangeHandler σε πλήθος. Συμπερασματικά ένα αντικείμενο ExchangeHandler λειτουργεί όπως ένα αντικείμενο Charger κατά τη φόρτιση και ένα αντικείμενο DisCharger κατά την αποφόρτιση. Περιέχει έναν κατασκευαστή με 2 ορίσματα. Ένα όρισμα id(int), που είναι ένα αναγνωριστικό για το αντικείμενο και ένα όρισμα για το σταθμό φόρτισης που ανήκει. Οι συναρτήσεις που περιέχονται είναι παρόμοιες με αυτών κλάσεων Charger, DisCharger. Επομένως θα γίνει ανάλυση μόνο της μεθόδου στην οποία πραγματοποιείται η αλλαγή μπαταρίας. executeexchange(int st2): Αντικείμενο της μεθόδου είναι η αλλαγή της μπαταρίας του οχήματος που έχει ανατεθεί στο συγκεκριμένο αντικείμενο με την μπαταρία που βρίσκεται στη θέση st2 στον πίνακα με τις μπαταρίες στο σταθμό φόρτισης. Για την ταυτόχρονη εκτέλεση όλων των βοηθών αλλαγής μπαταρίας εκτελείται ένα αντικείμενο της κλάσης Thread μέσα στο οποίο περικλείεται ο κώδικας της μεθόδου. Η μέθοδος είναι ρυθμισμένη να διαρκεί όσο είναι καθορισμένος από το χρήστη ο χρόνος αλλαγής μπαταρίας(ύπαρξη σχετικής συνάρτησης στο σταθμό φόρτισης). Τέλος γίνεται έλεγχος για το αν έχει περάσει το κατάλληλο χρονικό διάστημα για ανανέωση της αποθήκης ενεργειών(κλήση checkup() ή checkup1()). Queue Η κλάση Queue έχει σαν αντικείμενο την δημιουργία μίας λίστας αναμονής. Το κάθε ένα αντικείμενο περιέχει μία τύπου LinkedList δομή η οποία αποθηκεύει γεγονότα φόρτισης(chargingevent) ή γεγονότα αποφόρτισης(dischargingevent) αναλόγως το είδος της λίστας. Περιέχει ένα κατασκευαστή με ένα String όρισμα, το οποίο παίρνει 2 τιμές. Τιμή charging ή τιμή discharging. 48

49 Έτσι η λίστα γνωρίζει εάν πρόκειται να αποθηκεύσει αντικείμενα ChargingEvent ή DisChargingEvent. Ακολουθεί αναλυτική περιγραφή των πιο σημαντικών μεθόδων. peek(int index): Επιστρέφει το γεγονός φόρτισης της λίστας που βρίσκεται στη θέση index. Αφορά μόνο τη λίστα με γεγονότα φόρτισης(chargingevent). get(int index): Επιστρέφει το γεγονός φόρτισης της λίστας που βρίσκεται στη θέση index. Αφορά μόνο τη λίστα με γεγονότα αποφόρτισης(dischargingevent). insertelement(chargingevent p): Μέθοδος για την είσοδο κάποιου γεγονότος φόρτισης στη λίστα. Επιστρέφει true ή false αναλόγως αν έγινε σωστά ή λάθος η εισαγωγή. deleteelement(chargingevent m): Αντικείμενο της μεθόδου είναι η διαγραφή του γεγονότος φόρτισης από τη λίστα. Επιστρέφει true ή false, αναλόγως αν έγινε σωστά ή λάθος η διαγραφή. removefirst(): Μέθοδος για την διαγραφή και την επιστροφή του πρώτου γεγονότος φόρτισης από τη λίστα. resize(): Επιστρέφει το μέγεθος της λίστας αναμονής για λίστα με γεγονότα φόρτισης(chargingevent). insertelement(dischargingevent p): Μέθοδος για την εισαγωγή ενός στοιχείου αποφόρτισης(dischargingevent) στη λίστα αναμονής. Επιστρέφει true ή false αναλόγως αν έγινε σωστά ή λάθος η εισαγωγή. deleteelement(dischargingevent m): Αντικείμενο της μεθόδου είναι η διαγραφή του γεγονότος αποφόρτισης που δίνεται στο όρισμα από τη λίστα αναμονής. Επιστρέφει true ή false, αναλόγως αν έγινε σωστά ή λάθος η διαγραφή. movefirst(): Μέθοδος για την διαγραφή και επιστροφή του πρώτου γεγονότος αποφόρτισης(dischargingevent) από τη λίστα αναμονής. removedischargingevent(int index): Αντικείμενο της μεθόδου είναι η διαγραφή του γεγονότος αποφόρτισης(dischargingevent) που βρίσκεται στη θέση index στη λίστα. removechargingevent(int index): Αντικείμενο της μεθόδου είναι η διαγραφή του γεγονότος φόρτισης(chargingevent) που βρίσκεται στη θέση index στη λίστα. Στη βιβλιοθήκη περιλαμβάνονται 6 κλάσεις που αφορούν διάφορες πηγές ενέργειας. Οι κλάσεις είναι οι εξής: 49

50 1. Solar η οποία αναφέρεται στην ηλιακή πηγή ενέργειας. 2. Wind για την αιολική πηγή ενέργειας. 3. Wave για την κυματική ενέργεια. 4. Geothermal η οποία αντιπροσωπεύει την ενέργεια που προέρχεται από την γεωθερμία. 5. NonRenewable περικλείει την ενέργεια που προέρχεται από μη-ανανεώσιμες πηγές ενέργειας. 6. HydroElectric που περιλαμβάνει την ενέργεια από υδροηλεκτρικούς σταθμούς. Ο χρήστης για την ενσωμάτωση κάποιας πηγής ενέργειας αρκεί να δημιουργήσει ένα αντικείμενο της αντίστοιχης κλάσης. Και οι 6 κλάσεις περιέχουν τα ίδια πεδία και τις ίδιες συναρτήσεις. Είναι υπό-κλάσεις της κλάσης EnergySource. Οι μέθοδοι που περιλαμβάνουν είναι οι δύο abstract μέθοδοι της EnergySource τις οποίες υλοποιούν και οι 6 με τον ίδιο τρόπο. Τα πεδία που περικλείουν είναι ένα πεδίο energyamount(arraylist) για την αποθήκευση των ποσοτήτων ενεργειών που παρέχονται σε κάθε ανανέωση της αποθήκης ενεργειών. Σχετικά με τις μεθόδους η μέθοδος reamount(int num) επιστρέφει την ποσότητα ενέργειας που προσφέρει/προσέφερε η πηγή κατά την ανανέωση που δείχνει το όρισμα. Εάν δεν υπάρχει τιμή για την συγκεκριμένη ανανέωση τότε επιστρέφει 0. Η modifyspecificamount(int num, float am) αφορά την καταχώρηση μίας ποσότητας ενέργειας της ενημέρωσης με αριθμό num. Εάν υπάρχει ήδη κάποια καταχωρημένη ποσότητα τότε γίνεται αντικατάσταση της ποσότητας με την καινούργια. Ο λόγος που δημιουργήθηκαν ξεχωριστές κλάσεις για την κάθε πηγή είναι η μελλοντική, περαιτέρω ανάπτυξη κάθε μίας κλάσης ξεχωριστά. 4.3 Διαγράμματα UML Για την ανάδειξη της λειτουργικότητας της εφαρμογής και του τρόπου που θα επιτευχθεί, χρησιμοποιήθηκε η UML κατά τη φάση της σχεδίασης και ανάλυσης. Σχεδιάστηκαν 3 διαγράμματα, το διάγραμμα περίπτωσης χρήσης, το διάγραμμα κλάσεων και το διάγραμμα ακολουθίας Διάγραμμα Περίπτωσης Χρήσης Το διάγραμμα περίπτωσης χρήσης (Εικόνα 4) αποτελείται από 6 actors και 16 περιπτώσεις χρήσης. Μέσα από το διάγραμμα επιδιώκεται η παρουσίαση των περισσότερων λειτουργιών. 50

51 Εικόνα 4: Διάγραμμα περίπτωσης χρήσης 51

52 Actors User: Αντιπροσωπεύει το χρήστη της βιβλιοθήκης και είναι ο αυτός που θα προσαρμόσει τη βιβλιοθήκη σύμφωνα με τις ανάγκες του. Προστέθηκε για να παρουσιαστούν όλες οι βασικές δυνατότητες της βιβλιοθήκης. EV: Είναι το ηλεκτρικό όχημα που θα συμμετέχει στη φόρτιση, αποφόρτιση, αλλαγή μπαταρίας. Driver: Περιγράφει τον οδηγό του οχήματος. Είναι αυτός που θα οδηγήσει το όχημα για φόρτιση, αποφόρτιση ή αλλαγή μπαταρίας. Επιπρόσθετα είναι αυτός που θα χρεωθεί το κόστος ή το κέρδος της συναλλαγής με το σταθμό φόρτισης. Executor: Ο συγκεκριμένος actor περιλαμβάνει το φορτιστή, από-φορτιστή ή το βοηθό αλλαγής μπαταρίας. Σε αυτούς γίνονται οι λειτουργίες της φόρτισης, της από-φόρτισης και της αλλαγής μπαταρίας αντίστοιχα. Λόγω του ότι και οι 3 λειτουργίες εκτελούνται με την ίδια διαδικασία χρησιμοποιήθηκε ένας actor. Charging Station: Αντιπροσωπεύει το σταθμό φόρτισης. Εμπεριέχει τους φορτιστές, από-φορτιστές, βοηθούς αλλαγής μπαταρίας. Για αυτό το λόγο υπάρχει σύνδεση ανάμεσα στον actor Executor και το συγκεκριμένο actor. Επίσης περιέχει την αποθήκη με τις ενέργειες και τα αντικείμενα από τις πηγές ενέργειας. Ο actor Energy Sources συνδέεται με το συγκεκριμένο actor λόγω της παροχής ενέργειας που γίνεται κατά τη φάση ανανέωσης της αποθήκης. Τέλος ο καθορισμός των διάφορων παραμέτρων που εκτελεί ο χρήστης αφορά τον συγκεκριμένο actor. Energy Sources: Περιλαμβάνει τα αντικείμενα των πηγών ενέργειας που είναι ενσωματωμένα στο σταθμό φόρτισης και του παρέχουν ενέργεια κατά τη φάση της ανανέωσης. Είναι τα αντικείμενα που προέρχονται από τις κλάσεις Solar, Wind, Wave, HydroElectric, NonRenewable, Geothermal. Περιπτώσεις Χρήσης Batteries Charging: Γίνεται η φόρτιση των μπαταριών που είναι ενσωματωμένες στο σταθμό φόρτισης. Charger/DisCharger Insertion: Είναι η δυνατότητα που παρέχει η βιβλιοθήκη στο χρήστη για την εισαγωγή κάποιου φορτιστή ή αποφορτιστή μετά τη δημιουργία του σταθμού. defining Exchange/Discharging slots: Ο καθορισμός των κενών θέσεων αποφόρτισης ή αλλαγής μπαταρίας. defining prices: Είναι η λειτουργία εισαγωγής των τιμών για φόρτιση, αποφόρτιση και αλλαγή μπαταρίας από το χρήστη. defining waiting time: Ο χρήστης προσθέτει στο γεγονός φόρτισης το χρόνο που μπορεί να περιμένει σε περίπτωση καθυστέρησης της φόρτισης. battery insertion: Η εισαγωγή κάποιας μπαταρίας που προορίζεται να χρησιμοποιηθεί στη λειτουργία αλλαγής μπαταρίας. calculate waiting time: Στη συγκεκριμένη περίπτωση χρήσης υπολογίζεται ο χρόνος αναμονής ενός γεγονότος φόρτισης που προστέθηκε στη λίστα. queue insertion: Περίπτωση χρήσης για την εισαγωγή ενός γεγονότος στη λίστα. slot/charger/discharger search: Αναζήτηση για την εύρεση κάποιου κενού φορτιστή, αποφορτιστή ή κενού για αλλαγή μπαταρίας. 52

53 preproccessing function: Λειτουργία για την φάση της προ-επεξεργασίας που απαιτείται να περάσει το γεγονός φόρτισης. calculate price or profit: Υπολογίζεται το κόστος της λειτουργίας που επιτελέστηκε. update Storage: Περίπτωση χρήσης για την ανανέωση της αποθήκης ενεργειών. check up for energy update: Ο έλεγχος που γίνεται για τυχόν πιθανή ανανέωση της αποθήκης ενεργειών. execution function: Είναι η φάση της εκτέλεσης της κάθε λειτουργίας, είτε πρόκειται για φόρτιση, αποφόρτιση ή αλλαγή μπαταρίας. set debt or profit: Ο καθορισμός του κέρδους ή χρέους στον οδηγό του οχήματος. energy distibution: Περιγράφεται η λειτουργία της σωστής κατανομής της ενέργειας σε περίπτωση που δεν επαρκεί για όλες τις φορτίσεις Διάγραμμα Κλάσεων Μετά τη σχεδίαση του διαγράμματος περίπτωσης χρήσης δημιουργήθηκε το διάγραμμα κλάσεων (Εικόνα 5). Το συγκεκριμένο διάγραμμα αποτελείται από 19 κλάσεις οι οποίες αναφέρονται συνοπτικά, αφού η ανάλυση των πεδίων και των μεθόδων τους έγινε στο προηγούμενο κεφάλαιο. 53

54 Εικόνα 5: Διάγραμμα κλάσεων 54

55 4.3.3 Διάγραμμα Ακολουθίας Το διάγραμμα ακολουθίας (Εικόνα 6) σχεδιάστηκε με σκοπό την αφομοίωση του τρόπου λειτουργίας ενός πιθανού σεναρίου της βιβλιοθήκης. 55

56 Εικόνα 6: Διάγραμμα ακολουθίας 56

57 Το σενάριο που αναπαρίσταται στο διάγραμμα ακολουθίας περιλαμβάνει τη δημιουργία ενός σταθμού φόρτισης, ενός οχήματος, ενός οδηγού που συνδέεται με το όχημα, μίας μπαταρίας που συνδέεται και αυτή με το όχημα και ενός γεγονότος φόρτισης για το όχημα που δημιουργήθηκε. Αρχικά δημιουργείται ένα αντικείμενο της κλάσης ChargingStation. Αυτόματα στον κατασκευαστή δημιουργούνται τα αντικείμενα για τις λίστες αναμονής. Συγκεκριμένα μία λίστα για αργή φόρτιση, και μία λίστα για γρήγορη φόρτιση. Επόμενο βήμα είναι η δημιουργία των αντικειμένων των πηγών ενέργειας. Στην προκειμένη περίπτωση ένα αντικείμενο Solar και ένα Wind. Έπειτα ο κατασκευαστής του ChargingStation διαβάζοντας τον πίνακα μεγέθους 1 για τα είδη των φορτιστών που δίνεται σαν όρισμα δημιουργεί ένα φορτιστή. Τέλος δημιουργείται αυτόματα και ένα αντικείμενο της κλάσης ChargingStationHandler. Στη συνέχεια ο χρήστης δημιουργεί ένα αντικείμενο της κλάσης Driver και ένα αντικείμενο της κλάσης ElectricVehicle, στο οποίο αναθέτει τον οδηγό. Για τη σωστή λειτουργία του οχήματος ο χρήστης καλεί τον κατασκευαστή της Battery για την δημιουργία μίας μπαταρίας την οποία αναθέτει στο ElectricVehicle. Για την φόρτιση του οχήματος δημιουργείται ένα αντικείμενο ChargingEvent, για το οποίο γίνεται και ο ορισμός του χρόνου αναμονής σε περίπτωση που γίνει εισαγωγή στη λίστα. Η έναρξη της διαδικασίας φόρτισης γίνεται με τη μέθοδο προ-επεξεργασίας. Στην μέθοδο αυτή γίνεται έλεγχος για κάποιο κενό φορτιστή και επιστρέφεται το id του φορτιστή που είναι κενός. Σε περίπτωση που επιστραφεί -1 τότε το γεγονός εισάγεται στη λίστα. Με βάση το id που επιστράφηκε καλείται η μέθοδος κατά την οποία επιστρέφεται ο φορτιστής που αντιστοιχεί στο id. Ακολουθεί η ανάθεση του γεγονότος φόρτισης στο φορτιστή και η δέσμευση της ποσότητας ενέργειας που απαιτεί το όχημα από τη συνολική ενέργεια του σταθμού. Με το τέλος της μεθόδου προ-επεξεργασίας, ο χρήστης καλεί την μέθοδο εκτέλεσης. Σύμφωνα με αυτή γίνεται η ενημέρωση του πίνακα φόρτισης για τη χρονική απεικόνιση του γεγονότος και έπειτα έλεγχος για το εάν πρέπει να γίνει ανανέωση της αποθήκης ενέργειας. Το τελευταίο βήμα της μεθόδου αυτής είναι η διεργασία της φόρτισης. Για την εκτέλεση γίνεται η προσθήκη της ενέργειας στη μπαταρία και ενημερώνεται ο χρήστης για το κόστος της φόρτισης. Έπειτα επαναπροσδιορίζεται η ενέργεια της κάθε πηγής αναλόγως το ποσό που χρησιμοποιήθηκε από την κάθε μία. Τελικό στάδιο είναι ο έλεγχος της λίστας εφόσον ο χρήστης δεν έχει αλλάξει την επιλογή να γίνεται αυτόματος έλεγχος της λίστας που υπάρχει από προεπιλογή. 4.4 Παράδειγμα Λειτουργίας Βιβλιοθήκης Για την καλύτερη κατανόηση του τρόπου λειτουργίας της βιβλιοθήκης στο σημείο αυτό θα παρουσιαστεί ένα παράδειγμα για το πως γίνεται η εκτέλεση των περισσότερων δυνατοτήτων της βιβλιοθήκης. Αρχικά κάνουμε εισαγωγή την βιβλιοθήκη σαν αρχείο jar στο φάκελο με τις βιβλιοθήκες και έπειτα κάνουμε εισαγωγή την κάθε κλάση που θέλουμε από το πακέτο EV που περιέχει όλες τις κλάσεις. Στο συγκεκριμένο παράδειγμα χρησιμοποιούμε τον αστερίσκο για την εισαγωγή όλων των κλάσεων (import EV.*). Το πρόγραμμα ξεκινά με τη δημιουργία 3 πινάκων τύπου String. Ο πίνακας kinds αναφέρεται στα είδη των φορτιστών που θα δημιουργηθούν. Ο πίνακας source αναφέρεται στο σύνολο των αντικειμένων πηγών ενέργειας που θα δημιουργηθούν. Ο πίνακας energam είναι 2 διαστάσεων. Η πρώτη διάσταση έχει στη προκειμένη περίπτωση μέγεθος 4 όσο και το πλήθος των αντικειμένων ενέργειας, ενώ η δεύτερη που αφορά τις ενημερώσεις μπορούμε να την ορίσουμε όσο θέλουμε. Στο παράδειγμα ορίζουμε να έχει μέγεθος 10, δηλαδή για 10 ανανεώσεις έχουν οριστεί οι ποσότητες ενέργειας που θα δοθούν από τις πηγές ενέργειας. Μπορούμε να προσθέσουμε τον αριθμό της κάθε ενέργειας για κάποια ανανέωση όποτε θέλουμε μέσω του αντικειμένου της. Γεμίζουμε τον πίνακα energam για κάθε κελί με 115. Δημιουργούμε ένα αντικείμενο της κλάσης 57

58 ChargingStation, το αντικείμενο station, χρησιμοποιώντας σαν ορίσματα τους 3 πίνακες ένα id και ένα όνομα για το σταθμό (Εικόνα 7). Εικόνα 7 : Κομμάτι 1 από παράδειγμα βιβλιοθήκης Με την δημιουργία του σταθμού φόρτισης η ανανέωση γίνεται με επιλογή κάποιου από τις προκαθορισμένες επιλογές και συγκεκριμένα έχει σαν προεπιλογή να πραγματοποιείται κάθε λεπτό. Δηλαδή σαν updatemode έχει τιμή 0. Επειδή όμως θέλουμε να γίνεται ανά ένα χρονικό διάστημα που θα το ορίσουμε εμείς τότε καλούμε την μέθοδο updatespace() και θέτουμε σαν τιμή να γίνεται ανά πέντε δευτερόλεπτα. Αυτόματα αλλάζει η τιμή του updatemode σε 1. Έπειτα ορίζουμε το πλήθος των αλλαγών μπαταρίας που θέλουμε να υλοποιούνται ταυτόχρονα, το πλήθος των αποφορτίσεων, την τιμή για κάθε μονάδα ενέργειας κατά τη φόρτιση, την τιμή για κάθε μονάδα ενέργειας κατά την αποφόρτιση, με κλήση των μεθόδων setnumofexchangeslots(4), setnumofslots(5), setunitprice(5), setdisunitprice(3) αντίστοιχα. Επόμενο βήμα είναι ο ορισμός σχετικά με το πόσο θα κρατήσει ο σταθμός φόρτισης. Με την κλήση της μεθόδου settimemoment(1), σημαίνει ότι ο σταθμός θα κρατήσει για 500 δευτερόλεπτα. Καθορίζουμε τη διάρκεια κάθε αλλαγής φόρτισης, με την κλήση της μεθόδου settimeofexchange(). Τέλος ο σταθμός ενημερώνεται ότι η διαχείριση της λίστας αναμονής θα γίνει αυτόματα, με την κλήση της μεθόδου setautomaticqueuehandling(true) (Εικόνα 8). Εικόνα 8: Κομμάτι 2 από παράδειγμα βιβλιοθήκης Μέχρι αυτό το σημείο ασχοληθήκαμε με τη ρύθμιση των παραμέτρων του σταθμού φόρτισης. Επόμενο βήμα είναι η δημιουργία 2 αντικειμένων της κλάσης Driver, και η δημιουργία 2 58

59 αντικειμένων της κλάσης ElectricVehicle. Συνδέουμε κάθε οδηγό με ένα όχημα μέσω της μεθόδου setdriver(). Έπειτα φτιάχνουμε 2 αντικείμενα της κλάσης Battery τα οποία συνδέουμε το κάθε ένα με ένα όχημα(αντικείμενο ElectricVehicle) με χρήση της μεθόδου vehiclejoinbattery(). Για την υλοποίηση της λειτουργίας αλλαγής μπαταρίας δημιουργούμε μία ακόμη μπαταρία και τη συνδέουμε με το σταθμό μέσω της joinbattery(). Για την εισαγωγή και της ηλιακής πηγής ενέργειας δημιουργούμε ένα αντικείμενο της κλάσης Solar. Εισάγουμε την πηγή στο σταθμό με την κλήση της μεθόδου insertenergysource(), ενώ θέτουμε και τις τιμές που θα παρέχει στο σταθμό κατά τις 3 πρώτες ανανεώσεις, με κλήση της μεθόδου modifyspecificamount() (Εικόνα 9). Εικόνα 9: Κομμάτι 3 από παράδειγμα βιβλιοθήκης Επόμενο βήμα είναι η δημιουργία 7 γεγονότων φόρτισης, 1 γεγονός αποφόρτισης και 1 γεγονός αλλαγής μπαταρίας με τη δημιουργία 7 αντικειμένων της κλάσης ChargingEvent, 1 της κλάσης DisChargingEvent και 1 αντικείμενο της κλάσης ChargingEvent αλλά με κλήση διαφορετικού κατασκευαστή. Θέτουμε τους χρόνους όπου είναι διαθέσιμα να περιμένουν τα οχήματα για κάθε φόρτιση(κλήση μεθόδου setwaitingtime()) και έπειτα καλούμε τη μέθοδο preproccessing() για την φάση προ-επεξεργασίας. Επειδή τα γεγονότα φόρτισης είναι περισσότερα από τους φορτιστές είναι λογικό κάποια να εισαχθούν στη λίστα αναμονής. Στη συνέχεια καλούμε για κάθε ένα γεγονός φόρτισης τη μέθοδο execution(). Από αυτά θα εκτελεστούν μόνο όσα έχουν mode που ισούται με 2. Στο σημείο αυτό θέλουμε να τονίσουμε ότι εφόσον η διαχείριση της λίστας αναμονής γίνεται αυτόματα είτε κληθεί είτε όχι η μέθοδος execution() για ένα γεγονός φόρτισης που έχει εισαχθεί στη λίστα η εκτέλεση του θα γίνει κανονικά. Τελευταίο βήμα είναι η δημιουργία ενός αντικειμένου Charger και ενός DisCharger που αντιπροσωπεύουν έναν φορτιστή και έναν από-φορτιστή, καθώς και η ενσωμάτωση τους στο σταθμό με κλήση της μεθόδου insertcharger() και insertdischarger() αντίστοιχα (Εικόνα 10, Εικόνα 11). 59

60 Εικόνα 10: Κομμάτι 4 από παράδειγμα βιβλιοθήκης Εικόνα 11: Κομμάτι 5 από παράδειγμα βιβλιοθήκης 60

61 Στο σημείο αυτό τελειώνει ο κώδικας του παραδείγματος και το πρόγραμμα εκτελείται. Για την επιβεβαίωση της σωστής εκτέλεσης της κάθε λειτουργίας(φόρτιση, αποφόρτιση, αλλαγή μπαταρίας) η βιβλιοθήκη επιστρέφει ένα μήνυμα (Εικόνα 12). Εικόνα 12: Έξοδος εκτέλεσης παραδείγματος Στην έξοδο βλέπουμε ότι εκτελέστηκαν επιτυχώς όλες οι λειτουργίες. Επίσης ο χρόνος είναι ο χρόνος που απασχολείται και ο τελευταίος φορτιστής/από-φορτιστής/βοηθός 61

62 Κ Ε Φ Α Λ Α Ι Ο 5 62

63 ΈΛΕΓΧΟΣ ΛΟΓΙΣΜΙΚΟΥ ΚΑΙ ΑΣΦΑΛΕΙΑ 5.1 Έλεγχος λογισμικού με χρήση εργαλείων Για τον έλεγχο της βιβλιοθήκης σχετικά με τυχόν λάθη στην ανάπτυξη κώδικα, λάθη στην εμφάνιση του κώδικα ή κενά ασφαλείας που μπορεί να υπάρχουν χρησιμοποιήθηκαν τα εργαλεία της Software Quality Environment(SQE). 15 Από αυτά συγκεκριμένα χρησιμοποιήθηκαν 2 εργαλεία. Το FindBugs 16, το οποίο εκτελεί στατικό έλεγχο για την εύρεση λαθών σε κώδικα Java. Και το CheckStyle 17, το οποίο αναφέρει όλες τις περιπτώσεις κατά τις οποίες δεν ακολουθείται το πρότυπο σωστού προγραμματισμού, με την έννοια της σωστής σε όψη και λογική ανάπτυξης κώδικα. Τα είδη των λαθών που εμφανίζει το εργαλείο CheckStyle είναι αυτά που εμφανίζονται στην εικόνα 13. Εικόνα 13: Αναφορά εκτέλεσης του εργαλείου CheckStyle. 15 kenai.com/projects/sqe/pages/home 16 findbugs.sourceforge.net 17 checkstyle.sourceforge.net 63

64 ArrayTypeStyleCheck: Αναφέρεται στη λάθος θέση των παρενθέσεων όταν ένας πίνακας είναι όρισμα. AvoidStarImportCheck: Αναφέρει ότι είναι λάθος η χρήση του συμβόλου * σε κάποιο import βιβλιοθήκης. DesignForExtensionCheck: Θεωρεί ότι μία μέθοδος δεν είναι επεκτάσιμη, αλλά πρέπει να είναι abstract, final ή άδεια. FinalParametersCheck: Ειδοποιεί ότι κάποιες μεταβλητές και μεθόδους πρέπει να είναι final. HiddenFieldCheck: Ειδοποιεί ότι κάποιο πεδίο αποκρύπτει κάποιο πεδίο. JavadocMethodCheck: Αναφέρει ότι λείπει το σύμβολο '@param' στο κώδικα javadoc σε μία μέθοδο. JavadocStyleCheck: Ενημερώνει ότι η πρώτη πρόταση πρέπει να τελειώνει με περίοδο. JavadocTypeCheck: Ενημερώνει ότι λείπει κάποιο σχόλιο Javadoc. JavadocVariableCheck: Ενημερώνει ότι λείπει κάποιο σχόλιο Javadoc. LeftCurlyCheck: Αναφέρει ότι το σύμβολο '{' πρέπει να είναι στη προηγούμενη γραμμή. LineLengthCheck: Ενημερώνει ότι το μέγεθος της γραμμής είναι μεγαλύτερο από 80 χαρακτήρες. MagicNumberCheck: Ενημερώνει ότι κάποιος αριθμός είναι 'magic'. MethodLengthCheck: Αναφέρει ότι κάποια μέθοδος είναι μεγαλύτερη από το επιτρεπτό όριο (150 σειρές). MissingSwitchDefaultCheck: Αναφορά προβλήματος για τη μη ύπαρξη του Default σε ένα switch. NeedBracesCheck: Αναφέρει τη μη ύπαρξη των συμβόλων '{', '}' σε μία δήλωση if. NewLineAtEndOfFileCheck: Ενημερώνει τη μη ύπαρξη κενής γραμμής στο τέλος ενός αρχείου. NoWhitespaceBeforeCheck: Ενημερώνει για την ύπαρξη κενού πριν το σύμβολο ';'. ParenPadCheck: Αναφέρει την ύπαρξη κενού πριν το σύμβολο ')'. RegexpSinglelineCheck: Ειδοποιεί ότι μία γραμμή τελειώνει με κενά. RightCurlyCheck: Ειδοποιεί ότι το σύμβολο '{' θα πρέπει να είναι στην ίδια γραμμή. SimplifyBooleanExpressionCheck: Ενημερώνει ότι μία boolean έκφραση μπορεί να γίνει πιο απλή. WhiteSpaceAfterCheck: Αναφέρει τη μη ύπαρξη κενού μετά το σύμβολο ','. WhitespaceAroundCheck: Ενημερώνει για τη μη ύπαρξη κενού μετά τη λέξη 'for', που υποδηλώνει την έναρξη ενός βρόγχου. Αξίζει να σημειωθεί ότι ο αριθμός στις παρενθέσεις δίπλα από κάθε είδος λάθους είναι πόσες φορές εμφανίζεται το λάθος στο κώδικα. 64

65 Τα είδη των λαθών που εμφανίζει το εργαλείο findbugs είναι αυτά που εμφανίζονται στην εικόνα 14. Εικόνα 14: Αναφορά εκτέλεσης του εργαλείου FindBugs Τα λάθη που αναφέρονται κατά την εκτέλεση του findbugs κατατάσσονται σε 4 κατηγορίες. 1. Χρήση λάθος πρακτικών. 2. Χρήση κακόβουλου κώδικα. 3. Λάθη σχετικά με την εμφάνιση. 4. Άχρηστος κώδικας. Χρήση λάθος πρακτικών 1. Σύγκριση παραμέτρων τύπου String με χρήση των συμβόλων == ή =! στη μέθοδο ChargingStation.searchEnergySource(String). Γενικά η σύγκριση ανάμεσα σε τύπου String θεμιτό είναι να γίνεται με χρήση της μεθόδου equals(). Το λάθος εμφανίστηκε 6 φορές στη συγκεκριμένη μέθοδο. 2. Σύγκριση παραμέτρων τύπου String με χρήση των συμβόλων == ή =! στο κατασκευαστή της κλάσης Queue(String). Το λάθος εμφανίστηκε 2 φορές στο συγκεκριμένο κατασκευαστή. 65

66 3. Σύγκριση αντικειμένων τύπου String με χρήση των συμβόλων == ή =! στη μέθοδο ChargingStationHandler.calWaitingTime(ChargingEvent). Το λάθος εμφανίστηκε 4 φορές σε αυτή τη μέθοδο. 4. Σύγκριση αντικειμένων τύπου String με χρήση των συμβόλων == ή =! στη μέθοδο ChargingStation.checkChargers(String). Το λάθος εμφανίστηκε 2 φορές σε αυτή τη μέθοδο. 5. Σύγκριση αντικειμένων τύπου String με χρήση των συμβόλων == ή =! στη μέθοδο ChargingStation.checkUp(). Το λάθος εμφανίστηκε 2 φορές σε αυτή τη μέθοδο. Χρήση Κακόβουλου Κώδικα 1. Η μέθοδος ChargingStation.reExchangeSlots() μπορεί να επιστρέψει τον τρόπο που είναι εσωτερικά αποθηκευμένος ο πίνακας exchangeslots. Γενικά θα πρέπει να μην είναι γνωστός ο τρόπος αναπαράστασης μίας μεταβλητής για την διασφάλιση της ιδιωτικότητας. 2. Η μέθοδος ChargingStationHandler.reChargingTable() μπορεί να επιστρέψει τον τρόπο που είναι εσωτερικά αποθηκευμένος ο πίνακας timeofcharging στη μνήμη. 3. Η μέθοδος ChargingStationHandler.reDisChargingTable() μπορεί να επιστρέψει τον τρόπο που είναι αποθηκευμένος ο πίνακας timeofdischarging στη μνήμη. 4. Η μέθοδος ChargingStationHandler.reExchangeTable() μπορεί να επιστρέψει τον τρόπο που είναι αποθηκευμένος ο πίνακας timeofexchange στη μνήμη. 5. Η μέθοδος ChargingStationHandler.setChargingTable(long[][]) μπορεί να προκαλέσει την αποκάλυψη του τρόπου που είναι αποθηκευμένος ο πίνακας timeofcharging, με την ανάθεση του ευμετάβλητου ορίσματός της στην μεταβλητή αυτή. 6. Η μέθοδος ChargingStationHandler.setDisChargingTable(long[][]) μπορεί να προκαλέσει την αποκάλυψη του τρόπου που είναι αποθηκευμένος ο πίνακας timeofdischarging, με την ανάθεση του ευμετάβλητου ορίσματός της στην μεταβλητή αυτή. Λάθη σχετικά με την εμφάνιση 1. Το πεδίο Battery.id δεν θα διαβαστεί ποτέ. 2. Το πεδίο ChargingStationHandler.current3 δεν θα διαβαστεί ποτέ. 3. Το πεδίο ChargingStationHandler.current7 δεν διαβαστεί ποτέ. 4. Το πεδίο Driver.id δεν θα προσπελαστεί καμία φορά. 5. Το πεδίο Driver.name δεν θα προσπελαστεί καμία φορά. 6. Το πεδίο Vehicle.brand δεν θα προσπελαστεί ποτέ. 7. Το πεδίο Vehicle.cubism δεν θα προσπελαστεί ποτέ. 8. Το πεδίο Vehicle.id δεν θα προσπελαστεί ποτέ. 9. Το πεδίο ChargingStation.id δεν θα προσπελαστεί ποτέ. 10. Το πεδίο ChargingStation.name δεν θα προσπελαστεί ποτέ. 11. Το πεδίο Charger.date δεν χρησιμοποιείται. 66

67 12. Το πεδίο ChargingStation.date δεν χρησιμοποιείται ποτέ. 13. Το πεδίο DisCharger.date δεν χρησιμοποιείται ποτέ. 14. Το πεδίο DisCharger.ch δεν χρησιμοποιείται ποτέ. Αχρείαστος/Απαιτούμενος Κώδικας 1. Αχρείαστη καταχώρηση τιμής στη μεταβλητή kind στη μέθοδο ChargingStation.checkChargers(String). 2. Αχρείαστη καταχώρηση τιμής null στη μεταβλητή e στη μέθοδο ChargingStation.batteriesCharging(String). 3. Αχρείαστη καταχώρηση τιμής null στη μεταβλητή r στη μέθοδο ChargingStation.batteriesCharging(String). 4. Απουσία περίπτωσης default σε switch-δήλωση στη μέθοδο ChargingStation.updateQueue(String). Τα λάθη που αναφέρθηκαν και από τα 2 εργαλεία ως επί το πλείστον διορθώθηκαν. 5.2 Έλεγχος λογισμικού με χρήση ελέγχων μονάδας Πέρα από τον έλεγχο με τα εργαλεία που προαναφέρθηκαν, θεωρήθηκε ορθό να γίνουν και κάποιοι έλεγχοι ενοποίησης για την εξακρίβωση των αποτελεσμάτων των μεθόδων. Χρησιμοποιήθηκε η JUnit 4. Δημιουργήθηκαν 4 κλάσεις για τις οποίες ακολουθεί ανάλυση. Η κλάση ChargingEventClass δημιουργήθηκε με σκοπό την εν μέρη εξέταση της κλάσης ChargingEvent. Πιο συγκεκριμένα κατασκευάστηκαν 2 μέθοδοι εσωτερικά της. Η μέθοδος testpreprocessing() και η μέθοδος testexecution() για την εξέταση των μεθόδων preprocessing και execution αντίστοιχα της κλάσης ChargingEvent. Σε κάθε μία από αυτές τις μεθόδους δημιουργείται ένα σταθμός φόρτισης, ένας φορτιστής τον οποίο εισάγουμε στο σταθμό φόρτισης, ένα όχημα, ένας οδηγός που συνδέεται με το όχημα, μία μπαταρία που συνδέεται με το όχημα και ένα γεγονός φόρτισης. Έπειτα ελέγχουμε τις τιμές της κάθε μεταβλητής που αλλάζει στη συγκεκριμένη μέθοδο. 67

68 Εικόνα 15: Κομμάτι 1 από κλάση ChargingEventTest Εικόνα 16: Κομμάτι 2 από κλάση ChargingEventTest 68

69 Εικόνα 17: Κομμάτι 3 από κλάση ChargingEventTest Εικόνα 18: Κομμάτι 4 από κλάση ChargingEventTest Η κλάση ChargerTest δημιουργήθηκε για την εξέταση της κλάσης Charger. Η κλάση περιέχει την μέθοδο testexecutechargingevent, η οποία έχει σαν στόχο την εξέταση της μεθόδου executecharging της κλάσης Charger. Όπως και στις μεθόδους testpreprocessing() και testexecution() δημιουργούνται ένας σταθμός φόρτισης, ένας φορτιστής τον οποίο εισάγουμε στο σταθμό φόρτισης, ένα όχημα, ένας οδηγός που συνδέεται με το όχημα, μία μπαταρία που συνδέεται με το όχημα και ένα γεγονός φόρτισης. Λόγω της ύπαρξης ενός αντικειμένου Thread στην μέθοδο executechargingevent σταματάμε την εκτέλεση του κυρίως προγράμματος για 13 δευτερόλεπτα όσο περίπου κρατήσει η φόρτιση για να έχουμε πραγματικά αποτελέσματα. Τέλος ελέγχουμε τις τιμές της κάθε μεταβλητής που αλλάζει στη συγκεκριμένη μέθοδο. 69

70 Εικόνα 19: Κομμάτι 1 από κλάση ChargerTest 70

71 Εικόνα 20: Κομμάτι 2 από κλάση ChargerTest Μέχρι στιγμής παρουσιάστηκαν οι έλεγχοι που γίνανε για τον έλεγχο των μεθόδων που αφορούν τη φόρτιση. Τώρα θα παρουσιαστούν οι αντίστοιχες κλάσεις ελέγχου με τις αντίστοιχες μεθόδους για την αποφόρτιση. Η κλάση DisChargingEventTest δημιουργήθηκε για την εξέταση της κλάσης DisChargingEvent. Περιλαμβάνει 2 μεθόδους. Την μέθοδο TestDisPreProcessing() και τη μέθοδο TestDisExecution(), οι οποίες είναι οι μέθοδοι ελέγχου για τις μεθόδους preprocessing και execution αντίστοιχα της κλάσης DisChargingEvent. Το σενάριο που ακολουθείται είναι το ίδιο με τις κλάσεις ChargerTest και DisChargingEventTest, μόνο που αντί για φορτιστή δημιουργούμε έναν από-φορτιστή και αντί για ένα γεγονός φόρτισης ένα γεγονός αποφόρτισης. 71

72 Εικόνα 21: Κομμάτι 1 από κλάση DisChargingEventTest Εικόνα 22: Κομμάτι 2 από κλάση DisChargingEventTest 72

73 Εικόνα 23: Κομμάτι 3 από κλάση DisChargingEventTest Εικόνα 24: Κομμάτι 4 από κλάση DisChargingEventTest Τελευταία κλάση για την οποία δημιουργήθηκαν έλεγχοι ενοποίησης είναι για την κλάση DisCharger. Η κλάση ελέγχου ονομάζεται DisChargerTest και εμπεριέχει μία μέθοδο την testexecutedischargingevent(). Το σενάριο που ακολουθείται μέχρι την ταυτοποίηση των μεταβλητών είναι είναι το ίδιο με της κλάσης DisChargingEventTest. Ακολουθούν τα κομμάτια του κώδικα της κλάσης αυτής. 73

74 Εικόνα 25: Κομμάτι 1 από κλάση DisChargerTest Εικόνα 26: Κομμάτι 2 από κλάση DisChargerTest 74

75 Εικόνα 27: Κομμάτι 3 από κλάση DisChargerTest Η εκτέλεση των ελέγχων ενοποίησης ολοκληρώθηκε επιτυχώς και για τις 4 κλάσεις, και για όλες τις μεθόδους τους. 75