電動(dòng)汽車充換電智能管理系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)

【摘要】電動(dòng)汽車充電站、換電站和充電樁作為保障電動(dòng)汽車正常使用的能源基礎(chǔ)服務(wù)設(shè)施，因其構(gòu)成設(shè)備數(shù)量多，用人工方式來管理這些設(shè)備比較困難。因此，本文以廣州市充換電服務(wù)配套設(shè)施為例，研究并設(shè)計(jì)了電動(dòng)汽車充換電智能管理系統(tǒng)，從系統(tǒng)架構(gòu)、功能等方面對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了全面的介紹。

【關(guān)鍵詞】電動(dòng)汽車；充換電管理；功能

1.引言

廣州市電動(dòng)汽車充換電智能管理系統(tǒng)主要由電動(dòng)汽車充電在線管理中心、充電站、換電站、配送站和分布式充電設(shè)施五大部分組成。通過對(duì)電動(dòng)汽車充換電智能管理系統(tǒng)的分析與應(yīng)用方案研究，充分利用該信息系統(tǒng)的功能，可不斷提高純電動(dòng)汽車在廣州市的應(yīng)用實(shí)例，更是適應(yīng)新型經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展方向，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，從而建立一個(gè)節(jié)能、環(huán)保、新型大都市。

2.系統(tǒng)架構(gòu)

2.1 總體架構(gòu)

充換電運(yùn)營管理系統(tǒng)是集充電監(jiān)控、電池充換電管理、客戶管理、計(jì)量計(jì)費(fèi)、充電站/樁定位、告警異常處等功能于一體的電動(dòng)汽車充電在線管理系統(tǒng)。它可對(duì)電動(dòng)汽車充電站、換電站、充電樁進(jìn)行集中監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)廣州市內(nèi)所有充電設(shè)備運(yùn)行信息的自動(dòng)采集、統(tǒng)一管理和綜合應(yīng)用，從而提高電動(dòng)汽車充電設(shè)施的運(yùn)行和管理水平，提高工作效率，降低運(yùn)維成本。

2.2 技術(shù)架構(gòu)

系統(tǒng)選用J2EE平臺(tái)解決方案，并結(jié)合SOA（面向服務(wù)）技術(shù)，在用戶操作模式上使用B/S架構(gòu)，可以最大限度的利用J2EE平臺(tái)提供的安全、數(shù)據(jù)訪問、展現(xiàn)、集群、組件等技術(shù)，通過J2EE應(yīng)用服務(wù)器提供Web訪問支持，同時(shí)絕大部分J2EE應(yīng)用服務(wù)器提供負(fù)載均衡和集群的支持，通過引入這些成熟的技術(shù)，能大大提高系統(tǒng)的可用性、安全性和開發(fā)速度。

與采集服務(wù)器通過Web Service通訊，獲取充電設(shè)備的實(shí)時(shí)信息，對(duì)于歷史數(shù)據(jù)，采用分析采集數(shù)據(jù)的方法，將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)與歷史數(shù)據(jù)展示給監(jiān)控中心人員。

為了展示充電設(shè)備所在的空間地理信息，引入GIS系統(tǒng)提供數(shù)字地圖支持，實(shí)現(xiàn)充電設(shè)備的地理位置可視化監(jiān)控。

3.系統(tǒng)主要功能

根據(jù)電動(dòng)汽車充換電的管理需求，并考慮系統(tǒng)相應(yīng)的擴(kuò)展功能，該系統(tǒng)將功能分成了15個(gè)模塊，每個(gè)模塊則由若干個(gè)子模塊組成，其中的主要關(guān)鍵模塊功能如下所述。

3.1 數(shù)據(jù)采集管理

數(shù)據(jù)采集管理主要負(fù)責(zé)換電站、充電站和充電樁的數(shù)據(jù)采集。數(shù)據(jù)采集的方式主要分為主站主動(dòng)采集和充換電站（樁）主動(dòng)上報(bào)兩種。支持GPRS、CDMA或網(wǎng)絡(luò)的通訊方式，使充換電站（樁）實(shí)現(xiàn)與主站通訊，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。

（1）換電站數(shù)據(jù)采集。①采集充電機(jī)的工作狀態(tài)、溫度、故障信號(hào)、功率、電壓、電流等；②采集電池組溫度、SOC、端電壓、電流、電池故障信號(hào)等；③采集電池更換站供電系統(tǒng)的開關(guān)狀態(tài)、保護(hù)信號(hào)、電壓、電流、有功功率、無功功率、功率因素、電能計(jì)量信息等；④采集電池更換設(shè)備的位置、工作狀態(tài)信息。

（2）充電站數(shù)據(jù)采集?？梢圆杉潆娬菊緝?nèi)充電機(jī)電能量數(shù)據(jù)及充電交易記錄、站內(nèi)充電樁電能量數(shù)據(jù)及充電交易記錄、充電電池狀態(tài)信息、站內(nèi)配電設(shè)備狀態(tài)、有源濾波器數(shù)據(jù)、站內(nèi)電表電能量等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，采集視頻、門禁、煙感等設(shè)備的數(shù)據(jù)。

（3）充電樁?？刹杉＼噲?chǎng)等社會(huì)單位的每個(gè)充電樁的電壓、電流、工作狀態(tài)、充電交易記錄等。

3.2 實(shí)時(shí)監(jiān)控

結(jié)合GIS平臺(tái)，在地圖中為用戶直觀展現(xiàn)充電站、換電站、充電樁和GPS的實(shí)時(shí)監(jiān)控信息。

（1）充電樁實(shí)時(shí)監(jiān)控。系統(tǒng)提供充電樁實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的展示和召測(cè)功能，方便用戶直觀了解充電樁最近的運(yùn)行情況?？杀O(jiān)測(cè)和查看充電樁的電壓、電流、充電狀態(tài)、充電交易記錄等。

（2）充電站實(shí)時(shí)監(jiān)控?？刹榭闯潆娬緝?nèi)充電機(jī)、有源濾波器、視頻、安防等設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)控信息，主要功能包括：充電站計(jì)量信息、充電機(jī)信息、充電樁信息、配電監(jiān)測(cè)信息、諧波監(jiān)測(cè)信息、視頻監(jiān)控信息。

（3）換電監(jiān)控?？刹榭闯鋼Q電站內(nèi)充電機(jī)、電池箱、有源濾波器、視頻、安防等設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)控信息。

（4）GPS監(jiān)測(cè)。系統(tǒng)預(yù)留GPS接口功能，通過電動(dòng)汽車或電池上加裝的GPS和物聯(lián)網(wǎng)模塊，對(duì)車輛進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別和行駛狀態(tài)實(shí)施監(jiān)測(cè)，對(duì)電池進(jìn)行定位和動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，既實(shí)現(xiàn)里程計(jì)算的功能，又能夠確保車輛和電池安全。

（5）實(shí)時(shí)報(bào)警?？蓪?shí)現(xiàn)充電設(shè)備的實(shí)時(shí)告警，可根據(jù)不同類型按級(jí)別進(jìn)行報(bào)警處理。

3.3 車載GPS監(jiān)測(cè)

為實(shí)現(xiàn)“里程計(jì)費(fèi)”的運(yùn)營模式，在電動(dòng)汽車（和電池）上加裝了GPS和物聯(lián)網(wǎng)功能模塊，對(duì)車輛進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別和行駛狀態(tài)實(shí)施監(jiān)測(cè)，對(duì)電池進(jìn)行定位和動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，既實(shí)現(xiàn)里程計(jì)算的功能，又能夠確保車輛和電池安全。

電動(dòng)汽車運(yùn)管理運(yùn)營中心可通過GPRS網(wǎng)絡(luò)，實(shí)時(shí)接收車載GPS或物聯(lián)網(wǎng)通信模塊發(fā)送的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、處理、存儲(chǔ)、顯示、查詢、告警等功能；同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛和電池的GPS定位，在GIS地圖上實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛的跟蹤、查詢等功能。

3.4 計(jì)量計(jì)費(fèi)管理

用戶電動(dòng)汽車充電、換電池等業(yè)務(wù)都會(huì)產(chǎn)生用電費(fèi)用。同樣，換電站、充電站、充電樁對(duì)于供電企業(yè)來說，是一個(gè)用電用戶，也會(huì)產(chǎn)生用電費(fèi)用。計(jì)量計(jì)費(fèi)管理就是為了把各種用電用戶所產(chǎn)生的費(fèi)用進(jìn)行集中管理、集中計(jì)費(fèi)。匯總和分析各種收費(fèi)數(shù)據(jù)，為用戶提供各種費(fèi)用綜合報(bào)表。計(jì)量計(jì)費(fèi)管理根據(jù)計(jì)費(fèi)類型不同提供各種類型的計(jì)費(fèi)方法，以滿足不用用戶的需求。

（1）充電計(jì)費(fèi)。主要是進(jìn)行整車充電時(shí)提供的一種計(jì)費(fèi)方式，系統(tǒng)可查詢充電機(jī)、充電樁或每張充電卡每次充電所產(chǎn)生的費(fèi)用。系統(tǒng)可為汽車充電提供多種充電方式，如汽車充電時(shí)間、充電電量、充電金額等。系統(tǒng)將以當(dāng)次充電電量以及當(dāng)前充電電度單價(jià)來計(jì)算充電費(fèi)用。

（2）換電計(jì)費(fèi)。換電計(jì)費(fèi)是為電動(dòng)汽車提供換電服務(wù)的的計(jì)費(fèi)方式。計(jì)費(fèi)實(shí)現(xiàn)是在電動(dòng)汽車行駛過程中，通過車載電池GPS模塊的處理，記錄電動(dòng)汽車行駛的里程，在汽車進(jìn)行電池更換時(shí)，系統(tǒng)將通過讀取車載電池GPS模塊的里程數(shù)，根據(jù)里程數(shù)進(jìn)行用電費(fèi)用計(jì)算。

（3）賬務(wù)管理。以充電交易計(jì)費(fèi)記錄、換電交易計(jì)費(fèi)錄為數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，提供各種收費(fèi)數(shù)據(jù)的查詢、統(tǒng)計(jì)和分析。可提供按用戶為單位、按充電機(jī)為單位、或按充換電站為單位進(jìn)行交易費(fèi)用匯總，生成各種交易報(bào)表。以便用戶分析全局運(yùn)營賬務(wù)情況。

3.5 換電管理

換電管理是為確?？蛻魮Q電過程的有序進(jìn)行，換電過程不但需要換電站內(nèi)相關(guān)工作員操作系統(tǒng)，還需要車主的配合。其中主要的是對(duì)電池的查詢和狀態(tài)修改、新增詳細(xì)的換電記錄、實(shí)時(shí)更新電池狀態(tài)。

換電過程管理主要是能及時(shí)的監(jiān)控到電池的狀態(tài)變化，可以監(jiān)控到電池在使用還是在庫存，如果在使用也可以監(jiān)控到給誰或者給哪輛車在使用，如果是在庫存，也能及時(shí)了解電池充電是否完成，是充滿狀態(tài)還是充電未完成狀態(tài)，能全局監(jiān)控電池和充電情況。

4.結(jié)語

電動(dòng)汽車交換電智能管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用能夠?yàn)殡妱?dòng)汽車的充換電服務(wù)提供穩(wěn)定、可靠的技術(shù)支持，成為電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)鏈及用戶消費(fèi)市場(chǎng)發(fā)展的重要環(huán)節(jié)。對(duì)于電動(dòng)汽車、充換電站、動(dòng)力電池以及充換電設(shè)施的運(yùn)維、管理與監(jiān)控都起到了關(guān)鍵作用。