基于融合通信的電動汽車充/換電服務互動化技術應用研究

曾娟+王雅雯+李魁雨

【摘 要】 研究電動汽車充換電服務互動技術應用是電動汽車商業化的推廣應用的迫切需求，互動化技術與通信技術相融合更是趨勢所向。本文以電動汽車充換電服務為平臺，結合物聯網技術、GIS技術、GPS技術以及通信安全技術等，研究基于融合通信的多種途徑渠道、智能服務、智能電卡等用戶互動化技術應用，為用戶需求提供充/換電解決方案。論文最后介紹互動化應用成果，并進行總結。

【關鍵詞】 電動汽車 ?用戶互動 ?融合通信 ?服務渠道 ?車載終端

在當前全球汽車工業面臨能源環境問題的巨大挑戰下，電動汽車已經成為世界各國應對能源和環境危機的必然戰略選擇[1]。隨著電動汽車商業化的推廣應用，為電動汽車用戶提供方便優質的服務，已經成為我國電動汽車事業發展的有效推動力。

本文通過分析電動汽車用戶進行充換電服務行為，融合通信技術、物聯網技術、GIS技術、GPS技術，結合車載終端、智能電卡等硬件設施，研究多項互動化技術，并兼顧考慮其安全防范性能，為用戶提供方便快捷、安全可靠的充換電服務解決方案。

1 技術原理介紹

文中所涉及的技術原理介紹如下：

GIS即地理信息系統，它以測繪測量為基礎，以數據庫作為數據儲存和使用的數據源，以計算機編程為平臺[2]，能有效地管理各種資源環境信息，并對其進行動態監測和分析對比。

GPS即空間衛星導航定位系統，是利用衛星，在全球范圍內實時進行定位、導航的系統。可利用GPS 信號進行動態定位，測得運動載體的狀態參數，并導引運動載體準確地運動到預定的后續位置[3]。

物聯網技術，利用RFID（射頻自動識別技術）、無線數據通信等技術，在物品間進行信息交換和通信，實現物品的自動識別和信息的互聯與共享。

融合通信，通過實現IT信息技術與傳統通信業務和應用的整合，將計算機網絡與傳統通信網絡融合到一個網絡平臺上，充分發揮電信網與互聯網各自的優勢，實現眾多應用服務融合一體的新通信模式[4]。

2 互動化充/換電服務技術研究

2.1 多種服務渠道應用研究

（1）手機應用app。用戶安裝手機應用app，以GPRS通信方式訪問充換電終端平臺，實現業務信息的查詢和辦理。用戶電量不足或充電完成時也可以通過短信形式對用戶進行提醒。

（2）車載終端應用。開發車載終端應用程序，用戶可通過車載終端訪問系統，實現業務信息查詢、辦理，電池運行信息的監控。

（3）PC機應用。開發WEB應用程序，用戶可通過訪問服務網站，進行業務查詢與辦理。

2.2 智能服務提醒和引導及負載顯示應用研究

（1）智能服務提醒和引導。車載終端采集器與BMS系統相結合，可以實時獲取車輛電池的剩余電量信息[5]，并將其以圖片（如圖1所示。）形式展示給用戶，在剩余電量過低時會發出警告提示用戶。用戶可根據車量行駛位置，查找附近充換電設施，動態規劃運行線路，尋找最優路徑到達充換電設施所在地[6-7]。該功能需要應用GIS對導航所需的各類空間信息與數據進行組織和管理，建立路網拓撲關系，并對其進行符號化表達[8-9]。

（2）充換電負載展示。通過GIS技術為用戶快速查找充換電站位置，同時將充換電站的充換電服務負載能力展示到車載終端中，并結合站內導引系統分析出該站當前工作狀態（忙碌、空閑）[10]，為用戶選擇充換電站提供可靠依據。

2.3 基于統一智能電卡支付技術應用研究

電動汽車充換電業務選用雙界面智能卡，智能電卡集身份識別、電子錢包功能為一體，采用國家密碼局認可的國產SM1算法對數據進行加解密，具有射頻開關，保證交易數據的完整性、私密性，防止數據被非法攻擊和篡改。智能電卡與用戶家庭購電卡兼容統一，并支持圈存功能，實現“一處充值，多處使用”。

3 互動化通信技術安全防護

3.1 3G/GPRS網絡安全防護

手機終端以及車載終端app與充換電服務平臺通信主要采取3G/GPRS方式。對于3G/GPRS網絡傳輸方式，在其傳輸安全方面需采取以下防護措施：

（1）無線專網接入充換電設備時應建立APN/VPDN專用加密傳輸通道;

（2）在接入充換電平臺系統的邊界部署安全接入平臺，該平臺實現終端身份認證、安全準入、數據交換、終端監測等功能。

3.2 移動終端安全防護

（1）傳輸數據加密。針對移動終端和充電換平臺之間通信的重點內容，輸出方將數據通過加密算法密鑰將數據轉變為密文，接收方通過解密算法和密鑰將收到的密文恢復為明文數據。

（2）數字簽名認證及授權。在終端app安裝程序里打包數字簽名，以確保官方正式的安裝文件不會被其他惡意文件鎖覆蓋。之后，終端app通過OAuth認證使得訪問能被服務端所識別。

3.3 安全芯片技術

電動汽車安全加密芯片在硬件方面，具有防攻擊的DES協處理器、國密算法SM1單元、硬件隨機數發生器、電壓和頻率監測等多種安全保護機制;在軟件方面，芯片內操作系統支持包括透明文件、定長記錄文件、電子錢包文件等多種文件類型，支持多級密鑰分散的密鑰管理體系，支持包括明文、密文、明文+MAC、密文+MAC四種認證方式，支持為電動汽車應用專門設計的多次預凍結功能，保證數據安全。

4 基于融合通信的互動化應用成果

電動汽車充換電服務平臺采用智能電卡，用戶可通過營業廳、網站、車載終端、手機應用等多種渠道訪問充換電終端平臺。車載終端及GIS技術接入系統后，實現了實時獲取用戶賬戶信息、電池信息、地理位置信息以及充換電站負載信息，可明顯提升充/換電效率。

（1）多渠道互動化應用成果。用戶可以通過手機APP應用、車載終端查看用戶信息、車輛信息、賬戶信息以及交易信息等。endprint

（2）智能服務提醒和引導及負載應用成果。快速定位車輛位置信息，通過GIS獲取附近充換電站位置信息，并提供引導，同時展示充換電站負載信息。

（3）統一智能電卡應用成果。集身份識別、電子錢包功能、用戶電卡為一體，方便用戶進行刷卡交易，同時提供圈存功能，支持離線交易。

5 結語

本文依托電動汽車充換電終端平臺，學習并使用GIS、GPS以及物聯網技術，在手機應用、車載終端、智能電卡等方面進行的互動化技術研究，并提出一系列解決方案。經過蘇滬杭城際互聯示范工程應用驗證，本文提出的基于融合通信的互動化技術應用解決了電動汽車用戶便捷性、安全性、互動性的服務需求，對電動汽車充/換電服務的進一步優化具有重要意義。

參考文獻：

[1]張文亮，武斌，李武峰，來小康.我國純電動汽車的發展方向及能源供給模式的探討[J].電網技術，2009，33（3）：1-5.

[2]武東戰，張光，何萬凱，王罡.信息化電站建設中的GIS應用[J].沈陽工程學院學報，2006，2（2）：162-164.

[3]王惠南.GPS導航原理與應用[M].北京：科學出版社，2003.

[4]白嘉.融合通信系統及業務的設計與實現[J].北京郵電大學，2010.

[5]Liao Chenglin， Tang Zining， Wang Lifang. SOC estimation of LiFeO4 battery energy storage system[C].2010 Asia-Pacific Power and Energy Engineering Conference，2010.

[6]R.L.Church.Geographical information systems and location science.Computers and Operations Research，29：541-562，2002.

[7]KEMPTON W，LETENDRE S.Electric vehicles as a new power source for electric utilities[J].Transportation Research：Part D，1997，2（3）：157-175.

[8]謝添卉，等.GIS在電動汽車充換電設施建設運行中的應用[J].中國科協年會論文集，2012.

[9]黃蔚.車載導航系統中GIS應用的關鍵技術淺析[J].地理信息世界，2009，10（5）：64-68

[10]張其善，吳今培，楊東凱.智能車輛定位導航系統及應用[M].北京：科學出版，2002.endprint

（2）智能服務提醒和引導及負載應用成果。快速定位車輛位置信息，通過GIS獲取附近充換電站位置信息，并提供引導，同時展示充換電站負載信息。

（3）統一智能電卡應用成果。集身份識別、電子錢包功能、用戶電卡為一體，方便用戶進行刷卡交易，同時提供圈存功能，支持離線交易。

5 結語

本文依托電動汽車充換電終端平臺，學習并使用GIS、GPS以及物聯網技術，在手機應用、車載終端、智能電卡等方面進行的互動化技術研究，并提出一系列解決方案。經過蘇滬杭城際互聯示范工程應用驗證，本文提出的基于融合通信的互動化技術應用解決了電動汽車用戶便捷性、安全性、互動性的服務需求，對電動汽車充/換電服務的進一步優化具有重要意義。

參考文獻：

[1]張文亮，武斌，李武峰，來小康.我國純電動汽車的發展方向及能源供給模式的探討[J].電網技術，2009，33（3）：1-5.

[2]武東戰，張光，何萬凱，王罡.信息化電站建設中的GIS應用[J].沈陽工程學院學報，2006，2（2）：162-164.

[3]王惠南.GPS導航原理與應用[M].北京：科學出版社，2003.

[4]白嘉.融合通信系統及業務的設計與實現[J].北京郵電大學，2010.

[5]Liao Chenglin， Tang Zining， Wang Lifang. SOC estimation of LiFeO4 battery energy storage system[C].2010 Asia-Pacific Power and Energy Engineering Conference，2010.

[6]R.L.Church.Geographical information systems and location science.Computers and Operations Research，29：541-562，2002.

[7]KEMPTON W，LETENDRE S.Electric vehicles as a new power source for electric utilities[J].Transportation Research：Part D，1997，2（3）：157-175.

[8]謝添卉，等.GIS在電動汽車充換電設施建設運行中的應用[J].中國科協年會論文集，2012.

[9]黃蔚.車載導航系統中GIS應用的關鍵技術淺析[J].地理信息世界，2009，10（5）：64-68

[10]張其善，吳今培，楊東凱.智能車輛定位導航系統及應用[M].北京：科學出版，2002.endprint

（2）智能服務提醒和引導及負載應用成果。快速定位車輛位置信息，通過GIS獲取附近充換電站位置信息，并提供引導，同時展示充換電站負載信息。

（3）統一智能電卡應用成果。集身份識別、電子錢包功能、用戶電卡為一體，方便用戶進行刷卡交易，同時提供圈存功能，支持離線交易。

5 結語

本文依托電動汽車充換電終端平臺，學習并使用GIS、GPS以及物聯網技術，在手機應用、車載終端、智能電卡等方面進行的互動化技術研究，并提出一系列解決方案。經過蘇滬杭城際互聯示范工程應用驗證，本文提出的基于融合通信的互動化技術應用解決了電動汽車用戶便捷性、安全性、互動性的服務需求，對電動汽車充/換電服務的進一步優化具有重要意義。

參考文獻：

[1]張文亮，武斌，李武峰，來小康.我國純電動汽車的發展方向及能源供給模式的探討[J].電網技術，2009，33（3）：1-5.

[2]武東戰，張光，何萬凱，王罡.信息化電站建設中的GIS應用[J].沈陽工程學院學報，2006，2（2）：162-164.

[3]王惠南.GPS導航原理與應用[M].北京：科學出版社，2003.

[4]白嘉.融合通信系統及業務的設計與實現[J].北京郵電大學，2010.

[5]Liao Chenglin， Tang Zining， Wang Lifang. SOC estimation of LiFeO4 battery energy storage system[C].2010 Asia-Pacific Power and Energy Engineering Conference，2010.

[6]R.L.Church.Geographical information systems and location science.Computers and Operations Research，29：541-562，2002.

[7]KEMPTON W，LETENDRE S.Electric vehicles as a new power source for electric utilities[J].Transportation Research：Part D，1997，2（3）：157-175.

[8]謝添卉，等.GIS在電動汽車充換電設施建設運行中的應用[J].中國科協年會論文集，2012.

[9]黃蔚.車載導航系統中GIS應用的關鍵技術淺析[J].地理信息世界，2009，10（5）：64-68

[10]張其善，吳今培，楊東凱.智能車輛定位導航系統及應用[M].北京：科學出版，2002.endprint