省級集中的電動汽車監控系統研究

孔歷波，鄭正仙，何春林，李 燕

（國網浙江省電力公司杭州供電公司，杭州 310009）

省級集中的電動汽車監控系統研究

孔歷波，鄭正仙，何春林，李 燕

（國網浙江省電力公司杭州供電公司，杭州 310009）

介紹了省級集中的電動汽車監控系統的技術架構和業務架構，重點闡述了充換電站監控、離散充電樁監控、電動汽車監控和綜合查詢等業務的監控需求，以適應浙江省日益增多的電動汽車、電池和充換電設施的運營管理需要。

電動汽車；充換電站；監控系統

隨著浙江省電動汽車智能充換電服務網絡建設的發展，充換電基礎設施建設和電動汽車數量的增多，從新能源出租車、電動大巴到私人租賃，業務范圍不斷擴大，電動汽車、電池以及充換電設施的運營和生產管理工作逐漸變得復雜，充換電站之間的協調工作日益加大，需要加大力度對電動汽車、充換電站進行全方位、全過程集中管控。

本文介紹了省級集中的電動汽車監控系統的技術架構和業務架構，并重點闡述了充換電站監控、離散充電樁監控、工況監控、電動汽車監控、運行監控和綜合查詢業務，全面掌控充換電網絡服務運營狀況，實現對全省所有充換電站、電動汽車、電池和充換電設施運行的集中監控。

1 監控系統技術與業務架構設計

省級集中的電動汽車監控系統采用滿足技術先進性與成熟性相結合、基于J2EE的多層技術構架（見圖1），以提高系統的靈活性、可擴展性、安全性以及并發處理能力。

基于系統安全性、可擴展性、可延伸性的考慮，以及實現系統內部的松耦合，以靈活、快速地響應業務變化對系統的需求，系統采用多層架構設計，系統共設計有采集層、通信與規約層、服務層、業務層、展現層、客戶層，共6個層次。

（1）采集層主要負責充電設備、電池及配變終端設備等信息的采集。

（2）通信層通過采用各種通信適配器，實現對各種通信協議的通信前置支持。

（3）規約層負責各類規約的解析與處理，同樣也通過規約適配器來支持規約庫的靈活擴充與解析。

（4）服務層部署系統所需的各類公用及各業務功能的應用服務。

（5）業務層根據電動汽車業務的不斷發展，也可以在不影響其他業務使用的前提下與服務層進行無縫擴展，增加了系統的可擴展性。

（6）展現層負責各類圖表、操作界面的展示，為用戶提供各種豐富的界面展現形式，通過各層次系統組件間服務的承載關系實現系統功能。

省級集中的電動汽車監控系統采集并存儲換電站內/外（離散充電樁，即充電樁管理點）的充換電設備、配備終端等工況數據和位置信息，監控充換電站的運行狀況。通過對信息數據的加工處理與分析，掌握各站換充電負荷情況、充電生產工況、電池分布情況等，可及時進行控制與調度管理，其業務架構如圖2所示。

2 充換電站監控業務

2.1 集中視頻監控

將全省所有的充換電站內的視頻進行集中監控，通過隨機巡播、站內巡播、路線巡播和預置點巡播等多種方式，實現多站多區域綜合一體式縱覽和智能巡視，并對巡視過程發現的安全問題、故障或異常事件，通過生產管理系統實時聯動處理。

2.1.1 集中監控

（1）視頻導航：提供充換電站拓撲視圖，視頻設備列表瀏覽，以及快捷搜索和智能定位。

（2）畫面控制：支持視頻多種畫面風格設置和切換，包括全屏、4畫面、6畫面、9畫面、16畫面、25畫面等多種畫面樣式。

（3）云臺控制：對視頻的角度進行上下左右旋轉，還可以調節鏡頭遠近、聚焦大小、光圈大小等控制。

（4）色彩調節：可以進行亮度、對比度、飽和度、色度的大小控制。

2.1.2 智能巡視

（1）隨機巡播：對所有視頻進行隨機播放，為了減少站內視頻范圍流量，隨機內容不與當前固定視頻路徑重復。

（2）站內巡播：站內所有視頻進行循環播放，需要指定巡播的充換電站。

（3）路線巡播：需要配置詳細巡播路線，可以自定義巡播路線。

（4）預置點巡播：通過云臺控制對同一視頻進行不同的預置點自動切換播放，需要指定預置點播放路徑。

（5）間隔設置：可以設置巡播間隔時長。

（6）暫停巡播：巡播時可以暫停播放，暫停后不進行巡播。對于暫停的巡播可以取消暫停，并重新自動播放。

圖1 監控系統技術架構

2.2 充換電站網絡監測

通過實時監測全省各充換電站在線狀態和運行狀態，實時掌握通信網絡情況和系統負荷情況，對離線或系統超負荷狀態的充換電站進行告警，及時通知相關人員處理，保障智能充換電服務網絡的暢通。

2.3 充電監控

實時監測充電倉/電池倉的運行狀態、輸入輸出信息，電池的電壓、溫度信息，可對充電倉實現遠程緊急停機。

（1）充電倉監控：實時監控充電倉狀態、空調信息、倉位充電機模塊狀態信息。充電機信息包括輸入、輸出電流電壓及充電電量等。在發生緊急故障或情況下，可以對充電倉進行遠程緊急停機控制。

（2）電池倉監控：實時監控電池倉的溫度、濕度，以及電池倉內各個倉位電池的充電狀態。

（3）充電電池監控：實時監控電池組、單體電池的充電過程，包括電池的運行信息、電池單體運行信息和電池記錄信息等。電池運行信息包括溫度、電壓、電流、電池充電狀態。電池單體運行信息包括單體電壓、單體最大最小電壓、采樣溫度、電壓越限報警、溫度越限報警等數據。

（4）充電樁監控：實時監控交流和直流充電樁的充電狀態和充電過程數據，主要包括充電開始時間、持續時間、已充電量、當前輸出功率及充電過程中的輸出電壓、電流曲線等信息。

2.4 換電監控

對電動汽車電池自動更換系統的電池更換任務，車輛信息，換電機械臂、堆垛機、傳送帶等設備的運行狀態，以及電池出入庫系統的新電池入庫、滿電池出庫、空電池入庫等工作狀態進行實時監測。

（1）換電任務監控：對換電系統當日的換電任務進行監控，包括當日換電次數、換電電池數、當前換電任務數、換電失敗次數等。

（2）換電機器人監控：實時監測換電機器人的工作狀態及作業過程，包括換電車輛信息、換電機械臂狀態、堆垛機狀態、車輛電池狀態、傳送帶電池狀態等動作的過程。對作業過程中發生的異常事件及時進行告警。

（3）傳送帶監控：實時監測電池傳送帶的運行狀態、任務狀態、速度、空滿電池狀態和數量等信息。

2.5 供電監測

圖2 業務架構

實時展現供電變壓器負荷曲線、功率因數曲線、三相電壓等數據，監視電源的供電可靠性。以15 min為間隔采集數據，對1 h之前的漏點數據進行自動補采。

（1）負荷曲線：實時展現當日變壓器負荷曲線、當前最新負荷值，并與前日負荷曲線進行對比。曲線展示能夠標示變壓器額度功率值。多個變壓器能夠同時獨立進行曲線展示以及站內總負荷曲線展示。

（2）電能質量曲線：實時展現變壓器的三相電流、電壓、功率因數曲線，能夠標示額度功率因數，展示多個變壓器的曲線信息。

（3）電量管理：實時展現變壓器最新電能表示值，根據當日零點示值計算當日使用電量。能夠展示多個變壓器的當日使用電量、當日站內總電量以及本月站內總電量。

2.6 工況監控業務

實時監測充換電站內設備工作狀態的故障告警信息，根據預設的告警類型及等級分顏色進行顯示。根據告警類別及嚴重等級確定告警的處理方式，可忽略、確認及發起消缺流程等方式進行處理。

（1）故障監視。對充換電站內的各種設備的故障報警信息進行實時監視，并可根據預警等級進行分類監視。對重要設備的重要事件或頻繁發生的事件進行重點跟蹤。

（2）報警記錄。記錄充換電站內充電設備及輔助設備的報警事件。報警內容主要包括報警時間、報警設備名稱、報警內容等信息。

（3）系統故障記錄。可通過故障時間、設備名稱、故障類型查詢充換電站內的設備系統故障的異常情況記錄，并可查看故障處理人員、處理時間、處理結果等信息。

（4）參數異常記錄。根據運行異常時間、設備名稱等條件進行查詢，監測并統計充換電站內的設備運行參數異常信息。

2.7 運行監控業務

對電池庫存、電池配送過程、充換電業務的運行情況進行監控。

（1）電池庫存監控。通過GIS地圖實時監測各充換電站的電池數量，當滿電庫存電池數量低于預警值時進行告警，并生成電池調配方案，保證各充換電站的滿電電池數量在合理數值內。

（2）配送過程監控。電池配送時通過車載終端監測電池的運行狀態，實時監測電池的溫度、電壓、絕緣等數據，異常時進行告警。獲取車載電池的數量，防止電池出現丟失的現象，當與運營系統中的配送數量不一致時進行告警。

（3）充電業務監測。對充電站內日常運營中的充電業務進行監測，包括當天的累計充電電量、累計充電次數、充電車輛數量。

（4）換電業務監測。對換電站內的可更換電池數量、已更換電池數量、換電次數等業務進行監測。

3 電動汽車和離散充電樁監控業務

通過采集車輛運行數據、車載電池信息，實時分析車輛位置分布、車輛工況信息、車輛行駛里程信息和電池放電數據，展示車輛足跡全景，實現車輛GIS全景監控。

（1）車輛運行監測。通過GPS定位技術獲得的車輛位置信息，在電子地圖上實時顯示車輛運行的位置和運行狀況，如經度、緯度、速度、狀態、日期及時間等。可以通過短信、電話等方式，結合車載終端，對車輛進行調度[4]。

（2）車輛軌跡回放。通過選擇車輛和時間段、播放速度，查找數據庫中的車輛位置歷史數據，在地圖上展現該車輛該時間段內的運行軌跡[5]。

（3）車載電池監測。電池管理系統在車輛的運行中完成電池狀態的實時監控和故障診斷，并上傳至車載終端。車載終端獲取車上每個電池組和單體電池的運行參數，包括電池SOC和SOH、端電壓、端電流、采樣溫度，單體電池的最高最低平均電壓、單體電池的最高最低平均電流等，并將采集到的數據上傳集中監控系統。

（4）離散充電樁是指安裝在小區、商場、停車場等公共區域里的充電樁，通過GPRS/3G通信方式接入監控系統。離散充電樁的實時充電狀態和充電過程數據，主要包括充電開始時間、持續時間、已充電量、當前輸出功率及充電過程中的輸出電壓曲線、輸出電流曲線等信息。此外，蓄電池經充電樁充電時需要對蓄電池的電壓和電流進行檢測。根據新發布的國家標準GB/T 27930-2015《電動汽車非車載傳導式充電機與電池管理系統之間的通信協議》的規定，需增加電池充電需求、電池充電總狀態、蓄電池狀態信息、單體蓄電池電壓、蓄電池溫度等監控信息。

4 綜合查詢業務

提供更換電池記錄、充電記錄、供電數據、故障告警等歷史數據查詢功能。

（1）根據日期、時間段、車牌號、EV卡號、電池編號等條件查詢車輛更換電池記錄，包括更換電池時間、車輛、時長、電池明細、操作員等。

（2）充電記錄查詢。根據日期或時間段查詢電池充電記錄，包括充電時長、充電數量、充電電量等，并可查看某一次充電過程的電池明細數據，包括電流、電壓、SOC等曲線數據。

（3）供電數據查詢。根據時間段查詢充電站的供電變壓器電源數據，主要包括三相電流、三相電壓、有功功率曲線、無功功率、功率因數曲線等。

（4）故障告警查詢。根據設備類型、故障等級統計當日或當月的設備故障次數、數量、時長等，并根據生產廠家、設備類型、設備型號進行故障事故次數分析，統計由于設備自身缺陷導致的故障，有利于設備改進升級與質量保障。

（5）歷史視頻回看。根據發生時間或攝像頭可以查看歷史視頻記錄，可以支持多個視頻統一時間對比分析查看。

5 結語

經過上述業務的分析描述，省級集中的電動汽車監控系統對設備運行、建設情況、運營情況等進行全方位監督管控、決策分析，實現以下目標：

（1）建設跨平臺、跨廠商、統一標準、統一協議的充換電站集中監控體系。通過集中監控系統建設統一的設備通信標準、監控平臺和管理標準，對設備、資源的全過程監測和預警，實現對全省所有充換電站、電動汽車、電池和充換電設施的運行和生產的集中監控，保障安全生產作業，全面掌控充換電網絡服務運營狀況。

（2）實現多維度全景立體式監控，確保充換電站作業安全。通過對電動汽車充換電服務網絡、充換電站、充換電設施、電動汽車及電池等全方位全過程立體式安全監督，全力保障生命財產安全，提高生產生產效率。

（3）提高充換電站集中管控能力，實現在線指揮調度，統一協調充換電站生產作業，電動汽車充換電服務網絡生產運營過程與應急指揮管理聯動，實現資源的有效整合，提升應急處置能力和管理效率。

[1]葉劍斌，金秋．電動汽車充換電站集中監控系統設計[J]．華東電力，2011（7）∶1082-1084．

[2]薛冰，蔡磊，王鵬，等.電動汽車智能充電樁管理方案[J].低碳世界，2016（9）∶221-222.

[3]李濤，吳俊陽，周鈺．電動汽車充換電站監控系統設計與應用研究[J]．南方電網技術，2012，6（5）∶97-101．

[4]邱新紅.基于GPS+GPRS的電動汽車運營監控系統設計研究[J].河北能源職業技術學院學報，2013（4）∶58-59.

[5]龔文，張輝，熊志.電動汽車遠程監控系統[J].計算機與現代化，2014（7）∶98-103.

[6]王春芳，姜朋昌，侯素禮，等.基于遠程監控的純電動汽車故障分析技術[J].汽車工程師，2016（3）∶36-39.

（本文編輯：楊 勇）

Research on the Provincial-centralized Monitoring System for Electric Vehicle

KONG Libo，ZHENG Zhengxian，HE Chunlin，LI Yan

（State Grid Hangzhou Power Supply Company，Hangzhou 310009，China）

This paper introduces the technological architecture and business architecture of a provincial-centralized electric vehicle monitoring system，and it elaborates on the charging and swapping stations monitoring，discrete charging pile monitoring，electric vehicle monitoring，and comprehensive inquiry business monitoring and so on to adapt to the operation and management requirements on the fast development of electric vehicle，battery and charging and swapping equipment in Zhejiang province.

electric vehicle；charging and swapping station；monitoring system

TM769

B

1007-1881（2016）08-0031-05

2016-05-31

孔歷波（1976），女，工程師，從事電動汽車營運管理工作。