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【摘要】电动汽车充电站、换电站和充电桩作为保障电动汽车正常使用的能源基础服务设施，因其构成设备数量多，用人工方式来管理这些设备比较困难。因此，本文以广州市充换电服务配套设施为例，研究并设计了电动汽车充换电智能管理系统，从系统架构、功能等方面对系统进行了全面的介绍。
【关键词】电动汽车；充换电管理；功能
1.引言
广州市电动汽车充换电智能管理系统主要由电动汽车充电在线管理中心、充电站、换电站、配送站和分布式充电设施五大部分组成。通过对电动汽车充换电智能管理系统的分析与应用方案研究，充分利用该信息系统的功能，可不断提高纯电动汽车在广州市的应用实例，更是适应新型经济社会发展方向，实现节能减排，从而建立一个节能、环保、新型大都市。
2.系统架构
2.1 总体架构
充换电运营管理系统是集充电监控、电池充换电管理、客户管理、计量计费、充电站/桩定位、告警异常处等功能于一体的电动汽车充电在线管理系统。它可对电动汽车充电站、换电站、充电桩进行集中监控，实现广州市内所有充电设备运行信息的自动采集、统一管理和综合应用，从而提高电动汽车充电设施的运行和管理水平，提高工作效率，降低运维成本。
2.2 技术架构
系统选用J2EE平台解决方案，并结合SOA（面向服务）技术，在用户操作模式上使用B/S架构，可以最大限度的利用J2EE平台提供的安全、数据访问、展现、集群、组件等技术，通过J2EE应用服务器提供Web访问支持，同时绝大部分J2EE应用服务器提供负载均衡和集群的支持，通过引入这些成熟的技术，能大大提高系统的可用性、安全性和开发速度。
与采集服务器通过Web Service通讯，获取充电设备的实时信息，对于历史数据，采用分析采集数据的方法，将实时数据与历史数据展示给监控中心人员。
为了展示充电设备所在的空间地理信息，引入GIS系统提供数字地图支持，实现充电设备的地理位置可视化监控。
3.系统主要功能
根据电动汽车充换电的管理需求，并考虑系统相应的扩展功能，该系统将功能分成了15个模块，每个模块则由若干个子模块组成，其中的主要关键模块功能如下所述。
3.1 数据采集管理
数据采集管理主要负责换电站、充电站和充电桩的数据采集。数据采集的方式主要分为主站主动采集和充换电站（桩）主动上报两种。支持GPRS、CDMA或网络的通讯方式，使充换电站（桩）实现与主站通讯，进行数据采集。
（1）换电站数据采集。①采集充电机的工作状态、温度、故障信号、功率、电压、电流等；②采集电池组温度、SOC、端电压、电流、电池故障信号等；③采集电池更换站供电系统的开关状态、保护信号、电压、电流、有功功率、无功功率、功率因素、电能计量信息等；④采集电池更换设备的位置、工作状态信息。
（2）充电站数据采集。可以采集充电站站内充电机电能量数据及充电交易记录、站内充电桩电能量数据及充电交易记录、充电电池状态信息、站内配电设备状态、有源滤波器数据、站内电表电能量等实时数据，采集视频、门禁、烟感等设备的数据。
（3）充电桩。可采集停车场等社会单位的每个充电桩的电压、电流、工作状态、充电交易记录等。
3.2 实时监控
结合GIS平台，在地图中为用户直观展现充电站、换电站、充电桩和GPS的实时监控信息。
（1）充电桩实时监控。系统提供充电桩实时监控数据的展示和召测功能，方便用户直观了解充电桩最近的运行情况。可监测和查看充电桩的电压、电流、充电状态、充电交易记录等。
（2）充电站实时监控。可查看充电站内充电机、有源滤波器、视频、安防等设备的实时监控信息，主要功能包括：充电站计量信息、充电机信息、充电桩信息、配电监测信息、谐波监测信息、视频监控信息。
（3）换电监控。可查看充换电站内充电机、电池箱、有源滤波器、视频、安防等设备的实时监控信息。
（4）GPS监测。系统预留GPS接口功能，通过电动汽车或电池上加装的GPS和物联网模块，对车辆进行自动识别和行驶状态实施监测，对电池进行定位和动态监测，既实现里程计算的功能，又能够确保车辆和电池安全。
（5）实时报警。可实现充电设备的实时告警，可根据不同类型按级别进行报警处理。
3.3 车载GPS监测
为实现“里程计费”的运营模式，在电动汽车（和电池）上加装了GPS和物联网功能模块，对车辆进行自动识别和行驶状态实施监测，对电池进行定位和动态监测，既实现里程计算的功能，又能够确保车辆和电池安全。
电动汽车运管理运营中心可通过GPRS网络，实时接收车载GPS或物联网通信模块发送的数据，实现数据的采集、处理、存储、显示、查询、告警等功能；同时实现对车辆和电池的GPS定位，在GIS地图上实现对车辆的跟踪、查询等功能。
3.4 计量计费管理
用户电动汽车充电、换电池等业务都会产生用电费用。同样，换电站、充电站、充电桩对于供电企业来说，是一个用电用户，也会产生用电费用。计量计费管理就是为了把各种用电用户所产生的费用进行集中管理、集中计费。汇总和分析各种收费数据，为用户提供各种费用综合报表。计量计费管理根据计费类型不同提供各种类型的计费方法，以满足不用用户的需求。
（1）充电计费。主要是进行整车充电时提供的一种计费方式，系统可查询充电机、充电桩或每张充电卡每次充电所产生的费用。系统可为汽车充电提供多种充电方式，如汽车充电时间、充电电量、充电金额等。系统将以当次充电电量以及当前充电电度单价来计算充电费用。
（2）换电计费。换电计费是为电动汽车提供换电服务的的计费方式。计费实现是在电动汽车行驶过程中，通过车载电池GPS模块的处理，记录电动汽车行驶的里程，在汽车进行电池更换时，系统将通過读取车载电池GPS模块的里程数，根据里程数进行用电费用计算。
（3）账务管理。以充电交易计费记录、换电交易计费录为数据基础，提供各种收费数据的查询、统计和分析。可提供按用户为单位、按充电机为单位、或按充换电站为单位进行交易费用汇总，生成各种交易报表。以便用户分析全局运营账务情况。
3.5 换电管理
换电管理是为确保客户换电过程的有序进行，换电过程不但需要换电站内相关工作员操作系统，还需要车主的配合。其中主要的是对电池的查询和状态修改、新增详细的换电记录、实时更新电池状态。
换电过程管理主要是能及时的监控到电池的状态变化，可以监控到电池在使用还是在库存，如果在使用也可以监控到给谁或者给哪辆车在使用，如果是在库存，也能及时了解电池充电是否完成，是充满状态还是充电未完成状态，能全局监控电池和充电情况。
4.结语
电动汽车交换电智能管理系统的设计与应用能够为电动汽车的充换电服务提供稳定、可靠的技术支持，成为电动汽车产业链及用户消费市场发展的重要环节。对于电动汽车、充换电站、动力电池以及充换电设施的运维、管理与监控都起到了关键作用。
【关键词】电动汽车；充换电管理；功能
1.引言
广州市电动汽车充换电智能管理系统主要由电动汽车充电在线管理中心、充电站、换电站、配送站和分布式充电设施五大部分组成。通过对电动汽车充换电智能管理系统的分析与应用方案研究，充分利用该信息系统的功能，可不断提高纯电动汽车在广州市的应用实例，更是适应新型经济社会发展方向，实现节能减排，从而建立一个节能、环保、新型大都市。
2.系统架构
2.1 总体架构
充换电运营管理系统是集充电监控、电池充换电管理、客户管理、计量计费、充电站/桩定位、告警异常处等功能于一体的电动汽车充电在线管理系统。它可对电动汽车充电站、换电站、充电桩进行集中监控，实现广州市内所有充电设备运行信息的自动采集、统一管理和综合应用，从而提高电动汽车充电设施的运行和管理水平，提高工作效率，降低运维成本。
2.2 技术架构
系统选用J2EE平台解决方案，并结合SOA（面向服务）技术，在用户操作模式上使用B/S架构，可以最大限度的利用J2EE平台提供的安全、数据访问、展现、集群、组件等技术，通过J2EE应用服务器提供Web访问支持，同时绝大部分J2EE应用服务器提供负载均衡和集群的支持，通过引入这些成熟的技术，能大大提高系统的可用性、安全性和开发速度。
与采集服务器通过Web Service通讯，获取充电设备的实时信息，对于历史数据，采用分析采集数据的方法，将实时数据与历史数据展示给监控中心人员。
为了展示充电设备所在的空间地理信息，引入GIS系统提供数字地图支持，实现充电设备的地理位置可视化监控。
3.系统主要功能
根据电动汽车充换电的管理需求，并考虑系统相应的扩展功能，该系统将功能分成了15个模块，每个模块则由若干个子模块组成，其中的主要关键模块功能如下所述。
3.1 数据采集管理
数据采集管理主要负责换电站、充电站和充电桩的数据采集。数据采集的方式主要分为主站主动采集和充换电站（桩）主动上报两种。支持GPRS、CDMA或网络的通讯方式，使充换电站（桩）实现与主站通讯，进行数据采集。
（1）换电站数据采集。①采集充电机的工作状态、温度、故障信号、功率、电压、电流等；②采集电池组温度、SOC、端电压、电流、电池故障信号等；③采集电池更换站供电系统的开关状态、保护信号、电压、电流、有功功率、无功功率、功率因素、电能计量信息等；④采集电池更换设备的位置、工作状态信息。
（2）充电站数据采集。可以采集充电站站内充电机电能量数据及充电交易记录、站内充电桩电能量数据及充电交易记录、充电电池状态信息、站内配电设备状态、有源滤波器数据、站内电表电能量等实时数据，采集视频、门禁、烟感等设备的数据。
（3）充电桩。可采集停车场等社会单位的每个充电桩的电压、电流、工作状态、充电交易记录等。
3.2 实时监控
结合GIS平台，在地图中为用户直观展现充电站、换电站、充电桩和GPS的实时监控信息。
（1）充电桩实时监控。系统提供充电桩实时监控数据的展示和召测功能，方便用户直观了解充电桩最近的运行情况。可监测和查看充电桩的电压、电流、充电状态、充电交易记录等。
（2）充电站实时监控。可查看充电站内充电机、有源滤波器、视频、安防等设备的实时监控信息，主要功能包括：充电站计量信息、充电机信息、充电桩信息、配电监测信息、谐波监测信息、视频监控信息。
（3）换电监控。可查看充换电站内充电机、电池箱、有源滤波器、视频、安防等设备的实时监控信息。
（4）GPS监测。系统预留GPS接口功能，通过电动汽车或电池上加装的GPS和物联网模块，对车辆进行自动识别和行驶状态实施监测，对电池进行定位和动态监测，既实现里程计算的功能，又能够确保车辆和电池安全。
（5）实时报警。可实现充电设备的实时告警，可根据不同类型按级别进行报警处理。
3.3 车载GPS监测
为实现“里程计费”的运营模式，在电动汽车（和电池）上加装了GPS和物联网功能模块，对车辆进行自动识别和行驶状态实施监测，对电池进行定位和动态监测，既实现里程计算的功能，又能够确保车辆和电池安全。
电动汽车运管理运营中心可通过GPRS网络，实时接收车载GPS或物联网通信模块发送的数据，实现数据的采集、处理、存储、显示、查询、告警等功能；同时实现对车辆和电池的GPS定位，在GIS地图上实现对车辆的跟踪、查询等功能。
3.4 计量计费管理
用户电动汽车充电、换电池等业务都会产生用电费用。同样，换电站、充电站、充电桩对于供电企业来说，是一个用电用户，也会产生用电费用。计量计费管理就是为了把各种用电用户所产生的费用进行集中管理、集中计费。汇总和分析各种收费数据，为用户提供各种费用综合报表。计量计费管理根据计费类型不同提供各种类型的计费方法，以满足不用用户的需求。
（1）充电计费。主要是进行整车充电时提供的一种计费方式，系统可查询充电机、充电桩或每张充电卡每次充电所产生的费用。系统可为汽车充电提供多种充电方式，如汽车充电时间、充电电量、充电金额等。系统将以当次充电电量以及当前充电电度单价来计算充电费用。
（2）换电计费。换电计费是为电动汽车提供换电服务的的计费方式。计费实现是在电动汽车行驶过程中，通过车载电池GPS模块的处理，记录电动汽车行驶的里程，在汽车进行电池更换时，系统将通過读取车载电池GPS模块的里程数，根据里程数进行用电费用计算。
（3）账务管理。以充电交易计费记录、换电交易计费录为数据基础，提供各种收费数据的查询、统计和分析。可提供按用户为单位、按充电机为单位、或按充换电站为单位进行交易费用汇总，生成各种交易报表。以便用户分析全局运营账务情况。
3.5 换电管理
换电管理是为确保客户换电过程的有序进行，换电过程不但需要换电站内相关工作员操作系统，还需要车主的配合。其中主要的是对电池的查询和状态修改、新增详细的换电记录、实时更新电池状态。
换电过程管理主要是能及时的监控到电池的状态变化，可以监控到电池在使用还是在库存，如果在使用也可以监控到给谁或者给哪辆车在使用，如果是在库存，也能及时了解电池充电是否完成，是充满状态还是充电未完成状态，能全局监控电池和充电情况。
4.结语
电动汽车交换电智能管理系统的设计与应用能够为电动汽车的充换电服务提供稳定、可靠的技术支持，成为电动汽车产业链及用户消费市场发展的重要环节。对于电动汽车、充换电站、动力电池以及充换电设施的运维、管理与监控都起到了关键作用。