電動汽車充電站實時互聯(lián)網(wǎng)電能計量系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

梧州市計量測試所 郭志民

電動汽車充電站實時互聯(lián)網(wǎng)電能計量系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

梧州市計量測試所 郭志民

本篇研究目的就是在于分析設計實現(xiàn)電動汽車充電站實時互聯(lián)網(wǎng)電能計量系統(tǒng)方面的問題。在當前電動汽車電能計量系統(tǒng)的設計中，分析人們對系統(tǒng)的設計需求，從而優(yōu)化設計實時互聯(lián)網(wǎng)電能計量系統(tǒng)。結(jié)果通過實際分析證實，設計電動汽車充電站實時互聯(lián)網(wǎng)電能計量系統(tǒng)，便于對電能充放電過程采取充電樁實時計量，并可記錄精確的信息、數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)上傳至后臺服務器，有利于相關部門對充電設備進行監(jiān)督管理，發(fā)揮積極影響。

充電站；電動汽車；實時互聯(lián)網(wǎng)電能計量系統(tǒng)；設計

引言

在當前電動汽車充電站中，優(yōu)化設計實現(xiàn)電動汽車充電站實時互聯(lián)網(wǎng)電能計量系統(tǒng)，有效提高電動汽車充電站實時電能計量的準確性與可靠性，發(fā)揮積極設計實現(xiàn)效益。以下本篇對此做具體分析。

1.電動汽車充電站發(fā)展現(xiàn)狀

電動汽車充電站中，由于當前應用的電能計量終端中，還存在則一些問題，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：首先，就是在電動汽車充電站的電能計量中，若是以電池的電壓來計算剩余電量的方法，則不能夠真實的實時反映出電動車剩余電量；并且，當電動車的電池容量減少之時，電能計量終端也不能及時的發(fā)出一些告警信息，提醒電動車用戶及時更換電池［1］。其次，就是在電動汽車充電站中，缺乏對電動車的電池進行維護，當電動車的電池長時間不工之作時，不能對其電池進行激活維護，從而造成電池的實際容量降低；還有就是在頻繁充電后，也會縮短電動車電池的使用壽命［2-3］。最后，就是在電動汽車充電站中，大多數(shù)的充電電能計量終端是采用的恒壓充電，由于不同的充電電池之間的特性存在著差異，因而終端管理系統(tǒng)無法滿足所有電池的互換性需求。然而，在實際中，要想構(gòu)建好電動汽車的充電站，就應該提升其電能計量終端系統(tǒng)的智能化水平，可以實時監(jiān)測電動車電量變化，因而亟待能夠優(yōu)化設計一個電動汽車充電站實時互聯(lián)網(wǎng)電能計量系統(tǒng)，提升計量終端備用電源系統(tǒng)的穩(wěn)定安全性，發(fā)揮積極影響。

2.系統(tǒng)需求分析

在當前電動汽車充電站的電能計量系統(tǒng)設計中，需要能夠充電站中優(yōu)化設計可以實時互聯(lián)網(wǎng)的電能計量系統(tǒng)，從而可以確保電動汽車充電安全。在本次系統(tǒng)設計中，確保能夠設計出功能完善、安全可靠的電動汽車充電站電能計量系統(tǒng)，這樣必將會推動電動汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，滿足實際設計需求［4］。同時，在設計電動汽車充電站的實時互聯(lián)網(wǎng)電能計量系統(tǒng)中，可以采取先進的電能計量方法，統(tǒng)一規(guī)劃電動汽車能源供給網(wǎng)絡，實現(xiàn)對電動汽車充電站的合理調(diào)配管理。因此，優(yōu)化設計電動汽車充電站實時互聯(lián)網(wǎng)電能計量系統(tǒng)，能夠建立具備高準確度、實時性以及互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡化管理的電能計量系統(tǒng)，從而能夠保證公平準確的結(jié)算電動汽車電能貿(mào)易［5］，使設計的系統(tǒng)滿足實際應用需求。

3.優(yōu)化設計電動汽車充電站實時互聯(lián)網(wǎng)電能計量系統(tǒng)

3.1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設計

對于本次設計的電動汽車充電站實時互聯(lián)網(wǎng)電能計量系統(tǒng)中，系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設計之中，確保本次設計的系統(tǒng)，主要采取分層、分布式的網(wǎng)絡架構(gòu)與互聯(lián)網(wǎng)進行連接，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要包括后臺監(jiān)控中心部分、現(xiàn)場智能采集設備部分以及數(shù)據(jù)傳送設備部分。具體參見圖1中所示。

圖1　系統(tǒng)的總體設計結(jié)構(gòu)

在本次電動汽車充電站的實時互聯(lián)網(wǎng)電能計量系統(tǒng)中，對于其后臺監(jiān)控中心內(nèi)，主要就是由后臺服務器以及后臺數(shù)據(jù)庫量部分組成；現(xiàn)場智能采集設備主要指電動汽車充電樁；數(shù)據(jù)傳送設備主要包括無線模塊和集中器。

3.2系統(tǒng)的功能設計

（1）后臺監(jiān)控中心的功能：對于系統(tǒng)的后臺服務器，主要可以監(jiān)控充電站現(xiàn)場智能采集設備的相關狀態(tài)，并能夠通過互聯(lián)網(wǎng)與之進行實時數(shù)據(jù)通信；同時，還可以對用戶的電動汽車充電數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計存儲，為充電站的電能計量管理人員提供查詢實時電能數(shù)據(jù)的服務。

（2）系統(tǒng)中現(xiàn)場智能采集設備功能：完成對用戶充電卡驗證和扣費功能；還可以精確完成對用戶電動汽車所使用電量的計量工作。

（3）數(shù)據(jù)的傳送功能：主要可以基于互聯(lián)網(wǎng)，并聯(lián)合通過無線模塊的串口通信技術，與電動汽車充電站內(nèi)的充電樁進行數(shù)據(jù)的交換，并可以及時上傳充電記錄信息、電動汽車的充電狀態(tài)信息，實時傳輸電能計量數(shù)據(jù)，將其發(fā)送到系統(tǒng)后臺的電能計量監(jiān)控中心。

3.3系統(tǒng)的硬件設計

在本次設計的電動汽車充電站實時互聯(lián)網(wǎng)電能計量系統(tǒng)中，系統(tǒng)的硬件部分名主要通過應用ARM嵌入式芯片，將其嵌入到電動汽車充電站的充電樁中，從而可以完成對電動汽車充電過程的控制。同時，在系統(tǒng)設計中，還將會應用觸摸屏，以此體系系統(tǒng)的人機交互能力，確保用戶可以根據(jù)自身的需求，選擇合適的充電電量，并能夠?qū)⒆罱K的電能計量交易結(jié)算信息，在觸摸屏中顯示出來。

3.4系統(tǒng)軟件設計實現(xiàn)

針對電動汽車充電站實時互聯(lián)網(wǎng)電能計量系統(tǒng)的軟件設計部分，在本次系統(tǒng)設計中，將應用dsPIC系列的硬件環(huán)境，將會采用C語言來編寫系統(tǒng)的程序。系統(tǒng)軟件程序設計步驟為：

首先，當電動汽車用戶需要在充電站為電動汽車充電時，可以通過點擊實時互聯(lián)網(wǎng)電能計量系統(tǒng)的觸摸屏，從而選擇充電操作。

其次，當系統(tǒng)在接到到充電的請求之后 ，需要驗證用戶IC卡信息，只有驗證完成后，才能進行實時充電服務。

最后，在具體充電過程中，可以實時對電能進行計量，發(fā)揮設計應用該系統(tǒng)的作用。

3.5系統(tǒng)的應用驗證

針對本次設計的電動汽車充電站實時互聯(lián)網(wǎng)電能計量系統(tǒng)，將其應用到實踐中，不僅能夠達到該系統(tǒng)設計的目的，也有助于推動我國建立電動汽車行業(yè)的電能計量新標準。對電動汽車充電站做了一些充足的驗證，將本次設計的充電站實時互聯(lián)網(wǎng)電能計量系統(tǒng)安置在一些小區(qū)內(nèi)，并根據(jù)實際情況對電動汽車充電站進行一些硬件結(jié)構(gòu)優(yōu)化，完善充電站實時互聯(lián)網(wǎng)電能計量系統(tǒng)的電源濾波裝置，確保充電動汽車充電站無線電騷擾限值可以符合A類限值的要求，不僅保證系統(tǒng)正常工作，也可以保證用戶安全。針對本次設計的充電站實時互聯(lián)網(wǎng)電能計量系統(tǒng)，將其應用到實際電動車充電站中，不僅能夠合理精確計量電動汽車充電站電能，也可以能完善電動汽車充電站功能、使充電站的工作壽命長。同時，由于該系統(tǒng)的人性化操作界面很好，并且系統(tǒng)的后臺監(jiān)控中心也能夠保證系統(tǒng)可以穩(wěn)定高效的運行，因此將設計的系統(tǒng)應用到實踐中，將會發(fā)揮積極的應用價值。

4.系統(tǒng)設計實現(xiàn)效益

通過對本次設計的系統(tǒng)進行應用調(diào)查分析，可知設計的電動汽車充電站實時互聯(lián)網(wǎng)電能計量系統(tǒng)，將其投入使用后，便于對電動汽車充電站進行實現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)管理，對電能充放電過程采取充電樁實時計量，并可記錄精確的信息、數(shù)據(jù)，然后通過互聯(lián)網(wǎng)實時的將數(shù)據(jù)上傳至后臺服務器。這樣就有利于相關部門通過互聯(lián)網(wǎng)登陸該系統(tǒng)管理后臺，對充電設備進行監(jiān)督管理，發(fā)揮積極實現(xiàn)效益，可以在實際中推廣應用該系統(tǒng)設計方法。

5.結(jié)論

綜上所述，優(yōu)化設計實現(xiàn)電動汽車充電站實時互聯(lián)網(wǎng)電能計量系統(tǒng)，可記錄精確的電動汽車充電站實時電能計量信息、數(shù)據(jù)，有效提高電動汽車充電站實時電能計量的準確性與可靠性，發(fā)揮積極設計實現(xiàn)效益。

［1］張思建，黨三磊.電能計量終端充電電池管理系統(tǒng)研究［J］.電測與儀表，2014，51（8）：6-10.

［2］蔡文嘉.電動汽車充電站充電電能計量問題淺析［J］.湖北電力，2011，35（1）：26-27.

［3］趙瑞.電動汽車交流充電樁的設計與研究［D］.蘇州大學，2013.

［4］張建華，高靖，許萬奎等.反向無功充電對電能計量影響的分析與對策［J］.供用電，2012，29（5）：8-11.

［5］朱江淼，張森.電動汽車充電站實時網(wǎng)絡電能計量系統(tǒng)的研制［J］.國外電子測量技術，2015，（12）：53-56.