电动汽车充电站概要

1、基于以太网的电动汽车充电站监管计费系统的设计与实现()摘要：针对电动汽车充电站的智能化管理，推进其商业化应用推广，通过分析 系统功能和运营需要设计了系统的总体结构，基于以太网架构了远程后台与充电桩 的监控管理网络；通过系统硬件的模块化设计和软件支撑实现充电实时监控、计费 计量、充电桩运营管理、网络内数据交换和转发等功能；采用 VB6.0可视化编程 语言Win sock控件、ADO技术实现数据通信和充电站后台数据库的应用。经过实 践运行证明，该系统可靠性高，通信速度快，可达到无人或少人值守，实现充电设 施经济、安全、高效运行，有着广泛的应用前景。关键字：电动汽车 充电站智能以太网监控管理计量计费

2、Research and Desig n of Mon itori ng and Charg ing System for Electric Vehicle Charg ingStatio ns Base on Ether netSUN Jun -xia ng(.College of Computer Engin eeri ng of Weifa ng Un iversity ,Weifa ng ,261061,Chi naAbstract: In order to improve the electric vehicle charging station intelligent man ag

3、eme nt and promote its commercial applicatio n, an mon itori ng and man ageme nt system is desig ned, in which mon itori ng com muni cati on n etwork is desig ned based on the Ether net n etwork, and each fun cti on module which supported with hardware and software, such as charging real-time monito

4、ring, measuring and billing, charging station operati onal man ageme nt, data excha nge and forward, are mainly in cluded. The applicati on of this con trol and mon itori ng system, in clud ing data com muni cati on and chargi ng stati ons database applicati on, is achieved on the base of VB6.0, Win

5、 sock Con trols, and ADO tech no logy. Practice proved that it has high reliability and high com muni cati on speed, ultimately realize no or few people un atte nded electric vehicle chargi ng stati ons, guara ntee ing the econo mica, safe and efficie nt operati on of electric vehicle charging stati

6、ons. It has a broad prospect of application.Key words: electric vehicle; charg ing stati on; in tellige nt; Ether net; mon itori ng and man ageme nt; measuri ng and charg ing 0 丨言近年电动汽车因其以电力为驱动动力而具有的环保节能特点广受推崇，并逐渐 成为各国政府和汽车制造商关注的焦点；由于我国特殊的能源结构和社会经济发展 现状，决定了电动汽车在我国具有广阔的发展空间，在未来必将逐渐取代燃油汽车 而成为市场的主流1。电动

7、汽车充电站是电动汽车大规模商业化后不可缺少的电动汽车能源服务基础 设施，针对目前广泛认同的三种充电模式一一交流充电方式、直流充电方式和快速换电方式2，已有相应的电动汽车充电站监控系统的初步研究成果；但是目前的 诸多研究方案中尚无针对计费运营的监控系统研究，滞缓了电动汽车充电站的进一 步发展。本文针对上述问题，首先分析了电动汽车充电站的功能需求，根据商业运营特 点设计了电动汽车充电站建设的一般模式，并进一步设计了系统的监控管理方案， 通过运行该系统可以实现安全的充电管理，为电动汽车用户提供便捷的充电服务， 保障系统的运行可靠性，提高电动汽车充电设施与电网资源的高效利用，从而实现 本领域研究向应用

8、发展的推进。1电动汽车充电站监控系统整体设计1.1面向应用的充电站建设模式目前，电动汽车电能供给主要有3种典型方式：交流充电、直流充电和电池更换3。其中，电池更换方式要求电动汽车蓄电池具有标准化的统一接口和相关参 数，暂时尚无相关标准出台以规范电动汽车市场，不具有商用基础；直流充电方式功率大，输出电流、电压变化范围宽，充电效率咼，适用于大型专用电动汽车的充 电4;交流充电方式由车载充电机给动力蓄电池充电，适用于小型纯电动汽车和 可外接充电式混合动力电动汽车，一般功率较小，充电时间长5。综上所述，并结合当前电动汽车的发展现状，本文归纳了面向应用的充电站建 设模式：由数个智能计费交流充电桩和监控管

9、理系统组成，适用于居民区、街道 和商业区的停车场，为小型纯电动汽车、小型混合动力汽车提供稳定可靠的充电服 务。1.2充电站监控管理系统需求分析根据面向应用的充电桩建设模式设计，本系统最重要的任务是完成对充电桩运 行和计费计量的监控，保障充电桩稳定运行、精确计费管理和可靠的通信传输。其 主要功能模块结构图如图1所示。电动搀车充电站监控管理系统监观站内充电粧的状态和运社舉数管理维护 运背允电 桩的谄般怡况和电蜀计址据井处理 用舍监控 和充电桩之闻的故抓转辅出塩故障 品显示报 秤恤血.给充电*i发送控制扌斤令:殳紛迄fj 从态参敌的显示统计管电处时疔 系息允障实迄态 vlrKI-婕现tF理显前充电站

10、 配电设备 址仃-监拧运行监控模块的对象为充电桩交流输出接口的状态，如电流、电压、开关状 态、保护状态等，以及充电桩智能系统运行反馈的状态，如时间、充电用户卡号、充电时 间、充电金额等信息。计费计量模块主要功能是将采集的电能表实时电量信息处理并存储，并于充电 结束后传回所消费的金额；各个充电桩的充电电量和计费信息存储到数据库服务器 中。为完善系统应用，计费费率可更改并对意外断开充电连接、结账失败等情况进 行判断与进一步处理并存储。同时，为保证系统计量计费的可靠性，监控系统需要 有对时功能，可自动或手工进行时钟校测或对电能表进行校时。数据采集模块直接面向充电桩终端，对其运行数据进行收集和管理，按

11、照相关 通信规约定义数据帧以供传输。通信传输网络采用广东电网公司深圳供电局电动 汽车充电设备通信规约图 1 系统功能模块图 Fig.1 The function module chart作为数据传输协议，为实现监控管理系统对充电桩的实时数据采集以及相关控 制提供通信保障。管理应用模块面向系统使用者，涵盖了监控信息处理显示功能、 充电桩运行信息查询功能、数据库管理以及故障警告和处理等功能。2电动汽车充电站监控管理系统的实现2.1系统硬件环境设计该监控系统整体包括充电桩、监控计算机、数据服务器、通讯转换设备等硬 件。其中充电桩监控由检测电路、保护电路、脉冲电路、数据采集电路、智能通信 接口和单片机

12、系统组成，其中以太网通信接口由独立控制器组成，提供与PC机的通信服务；监控计算机与数据服务器主要是对处理系统数据，完成监控任务的软件 设计；通讯转换设备应用于各硬件层之间的异构数据转换，采用现有产品。图2为系统结构图，按照硬件归类划分为自成体系的三层:ft 电10-控制层通信层终端设备层控制层主要由数据服务器、监控主机组成，主要完成充电桩运行数据的采集、 处理、存储、显示，计量计费信息的存储与处理，以及遥控、负荷分流、故障处理等控制功 能。通信层主要由通信管理机、数据集中器、安全防护器等组成，主要完成数据的 转发与控制命令的下达功能。终端设备层主要由充电桩、保护测控装置、安全防护 设备等组成，

13、负责对原始数据的采集、就地操作的执行。通过系统各层次分别架构 与整体融合，实现各层次间的相对独立性，数据的采集转化在各层次内部完成，精 简层与层之间的异构信息交互以保证监控系统高稳定性的安全运行。2.2系统通信网络搭建充电桩的应用通常为居民小区、停车场、沿街道停车位等较为分散的场所，各 分散充电桩通过以太网交换机建立工业级别带有冗余的通信网络，当工作网络出现 故障时迅速启用冗余网络，防止数据丢失；采用工业以太网建立监控计算机、数据 服务器与以太网交换机之间的通信网络，以完成大量实时数据的可靠传输。通信传输网络采用以太网TCP/IP协议进行信息的传送。Socket接口是TCP/IP 网络的API

14、函数接口，充电桩与监控系统之间的连接建立、数据传输等操作都是 通过该Socket接口实现的。Socket接口中定义了许多函数，可以加快应用程序的 开发。通信传输网络采用广东电网公司深圳供电局电动汽车充电设备通信规约作 为数据传输协议，对应用层的帧格式做了明确的规定，具体格式如表1所示：图2电动汽车充电桩监控系统结构图 Fig.2 The Monitoring and Charging System diagram在本系统中，采用VB6.0中的Win sock控件实现以太网通信。本控件对用户 不可见，可以访问TCP和UDP网络服务。后台监控系统和充电桩之间的数据通信 采用C/S （服务端/客户端

15、）的模式，后台监控系统定义为服务端，充电桩定义为 客户端。图3显示了系统通信连接的建立流程。3系统软件设计与实现监控管理系统利用可视化的编程语言 VB6.0开发，其界面设计功能强，具有 良好的图形用户接口，并且具有结构化的时间驱动编程模式，使编程效率得到提 高，应用功能得到增强。在软件设计中，电动汽车充电桩监控系统可分为五部分来实现：运行监控子系 统、计量计费子系统、信息查询子系统、安防监控子系统以及配电监控子系统。子 模块设计结构图如图4所示:il 'r.Wins<xkJ?Listener*开始监听向服务器端发送:建工斯的WinsockPSock相应连接* 与充电桥退行数据通信

16、 碍*Scclc笑闭连4. Listen 辨燼处昕状念vListener Xiffl 胭务益艮闭客户端用闭"i4iH表1监控系统与充电桩通信协议帧格式Table 1 The frame format com muni cati on protocol of mon itori ng system and图3通信流程图Fig.3 The Communi cati on flow chart3.1充电运行监控系统充电运行监控系统是充电站监控系统的核心功能，主要实现对充电桩的监视和 控制。运行监控系统主要完成的功能有：1）监控所有充电桩的交流输出接口的运 行数据，如电压、电流等。2）提供充

17、电桩远程控制功能：设置充电桩的运行参 数，如电压、电流的阈值，远程控制充电桩开关机等。3）提供所有充电桩紧急停机功能。4）数据记录及相应报表打印功能。5）对充电桩的运行状态进行实时监 视，例如故障信息报警等。6）将电压电流的实时数据通过图形的方式表现出来， 更好的实现人机交互。 图5是充电桩充电监控系统主界面。3.2计量计费系统计量计费系统的主要功能是显示电动汽车在充电过程中消耗的电能，并实时给 出所消费的金额等信息。充电站内由用电采集终端负责采集各个充电桩内的电能表 的实时电量信息，通过图 4子模块设计结构图 Fig.4 The submodule design structure diag

18、ram图5充电桩监控系统主界面Fig.5 The mai n in terface of mon itori ng and charg ing system本地工业以太网与计量计费系统通讯，将整个充电站的各充电机的每次充电电量传送到后台计量计费系统进行处理，并把电量和计费信息存储到数据库服务 器中。同时，为保证系统计量计费的可靠性，监控系统需要有对时功能，系统可以自动或手工进行时钟召测对电能表进行校时。图6是计费计量系统主界面。图6计费计量系统主界面 Fig.6 The main in terface of Chargi ng system 3.3信息查询系统 在本系统中，查询功能主要分为两部

19、分，一部分是电动汽车充电历史记录查询，主 要是从充电桩编号、用户卡号、充电时间等方面进行查询。第二部分是报警信息 查询，可以通过故障 时间和故障原因两方面进行查询。同时，本系统支持报表打 印和数据导出功能，可以按照要求 将数据导出到excel表格中。图7是充电桩监控 系统信息记录查询系统主界面。图7信息查询系统主界面Fig.7 The main in terfaceof In formation query 3.4安防监控系统 电动汽车充电站的安防监控系统充电站视频 监控和监控中心组成，视频监控由图像监控系 统、安防报警系统组成，将分散在充电站各单元的视频监控连接起来，安防监控设有媒体服务器、

20、计算机系统等设备，并对这些设备对监控单元所提供的视频监控进行管理并跟踪监视。3.5配电监控系统 配电监控系统实现对电动汽车充电站内的配电设备的监控，实现对数据的管理及共享。可6以实现对采集电压、电流、功率、周波、温度等模拟量；采集断路器位置、刀 闸位置、各类预告报警信号、设备状态信号等的数据采集；实现对保护开关状态 量处理、保护定值等保护信息 的处理；同时，以图形界面的方式显示出来，方便 直观。系统运行主界面，是系统与用户之间的人机交互接口，本系统具有用户权 限管理功能，该功能可以实现通过监控计算机创建或修改用户名及密码。用户按 可操作安全区分为若干级别，以控制用户系统权限， 在通过登录界面登

21、录系统时，系统可以根据输入的用户名来判断该用户的权限，相应权限的用户只能操作对应其权限的操作，使对系统的操作控制更具有针对性和安全性。在信息查询系 统中需要建立数据库，本系统使用的是SQL server 2000作为数据库支持软 件，ADO技术为二者的数据接口。 SQL server 2000数据库是一种关系型数据库，具备 客户机/服务器体系结构，图形化用户界面，以及丰富的编程接口，可以独立开发 数据库系统，也可以 作为后台数据库与VB等，高级语言综合使用。ADO是当前 访问数据库的一种主流技术。在 VB6.0中，通过利用工程自身的 Adodc控件，通 过连接字符串的方式连接到指定的数据库。利

22、用VB6.0中的DataGrid控件与数据库绑定。在应用程序界面上实时显示接收到的充电桩的信息，对接收到的数据进行实时的存储。4结束语本文基于VB6.0软件设计开发了采用以太网作为通信网络的电动汽车充电桩监控计费系 统，通过以太网通信网络实现方案，计量计费系 统、充电监控系统以及信息查询系统共同完成系统功能的实现。本系统可以完成了对交流充电桩的运行监控和历史充电记录的跟踪、查询、打印功能。经过实践运行证明，该系统可靠性高、通信速度快，具有良好的人机交互功能，为充电安全提供了技术保障，能够提高充电设施的智能化、自动化水平，达到无人或少人值 守运行，实现充电设施经济、安全、高效运行。参考文献1严辉

23、，李庚银，赵磊等电动汽车充电站监控系统的设计与实现J 电网技术，2009, 33(12: 1619. YAN Hui, LI Geng-yin, ZHAO Lei. Development of Supervisory Control System for Electric Vehicle Chargi ng Statio nJ .Power System Tech no logy, 2009, 33(12 16 19. 2冯冬青，赵洪蕊，王迎迎.电动汽车充电站智能监控管理系统设计J.计算机测量与控制，2011,19(7： 16191621. Feng Dong-qing, Zhao Hong-rui, Wang Ying-ying. Desig n of In tellige nt Mon itori ng and Man ageme nt System for Charging StationJ. Computer Measurement & Control, 2011,19(7 16191621. 3 申超群，王晓侃，孙忠良.电动汽车充电站智能监控系统研究与设计J.华东 电力,2011,39(6:100010