電動汽車充換電站監控系統設計與應用研究

王洪波

摘 要：充換電站作為補給電動汽車的重要基礎設施，在一定程度上有助于推動電動汽車朝著產業化的方向發展。目前，主要借助電池更換和充電的形式完成對電動汽車的能源供給，另外還包括充電站、電池配送中心、電池更換站以及交流充電樁的集中或者分散布置等是充換電的主要設施。

關鍵詞：電動汽車；充換電站；監控系統；設計；應用研究

電動汽車充換電站監控系統的存在能夠將與能源供給方面的設備信息集中起來，如各種設備（站內充電、電池箱更換、配電、視頻與環境監控、站內其他智能設備、配置參數的信息、充電等），進而有助于能夠有效的控制、管理以及監視站內的各種設備，其本身所具備的功能與上級監控管理系統沒有區別。

1 監控系統的特點

該監控系統所能夠涉及到的工作都比較復雜，種類比較多，與常規電力系統相比，區別就會更加明顯。

（1）環境條件的特殊性：由于在充電站內所受到的電磁干擾比較多，監控設備在運行過程中對于各方面的要求都比較高，如環境的溫度和濕度、灰塵等。

（2）設備種類的復雜性：具體設備的種類組要包括開關、傳感器、充電樁、智能電表、配變、視頻攝像頭、各類充電機、無功補償裝置以及有緣濾波等。

（3）相關接口非常多。

（4）嚴格地參照國際標準和IEC將系統體系的接口標準和通信協議制定下來，在一定程度上有助于與第三方設備一起展開操作，確保廠家能夠積極的參與到系統的集成。

（5）功能要求的特殊性：電動汽車充換電站監控系統往往更加側重于對安全充電的管理，便捷性的電池更換服務等，由此相關設備不管在哪種情況下都能夠確保運行的安全性、有效性以及穩定性。

2 系統的功能

監控系統在一定程度上能夠實現對各種充電設備的實時監控與管理，如充電、配電、電池更換、視頻和環境設備等，由此可以為充電設備的安全、有效以及可靠運行提供重要的保障。

2.1 充電監控單元

（1）將來自直流充電機和交流充電樁的實時數據收集起來，如電壓、電量、電流、工作狀態、告警和故障信號等；電池箱的實時參數主要包括電池箱的溫度、電壓、故障信號以及電流等。（2）對遙控和緊急停機、校時以及充電參數的遠方設定等，科學的控制和調節充電設備。（3）將各種狀態指示信息送到充電架上，如就位、空置、正在充電以及充滿。（4）詳細的記錄各種充電事件，如操作、系統故障以及異常參數等。（5）及時的對異常的設備狀態、各種故障、系統軟硬件以及通信接口網絡故障報警等提供一種有效的處理方式。

2.2 電池更換監控單元

（1）以電池箱實際充電情況和參數指標為準則，在電動汽車更換電池的過程中，確定動態化的電池成組配置方案，進而實時有效的控制每個電池箱的更換操作，確保能夠安全穩定的進行；（2）將工作的具體狀態、故障方面的信息以及電池設備的具體位置等采集起來并完成上送；（3）進行監控系統各種命令的接收，如啟動、停止、急停以及移動等，并且對電池箱的具體位置進行及時的更換；（4）詳細的記錄下電池更換的各種事件。

2.3 配電監控單元

（1）將配電系統的電流、電壓、電能量、有功和無功功率、功率因數、開關狀態以及保護信號采集起來并完成上送；（2）對配電系統開關的分合操作進行科學的控制；（3）對配電系統的各種數據進行有效的處理，如越限警報、故障的統計以及事件記錄等；（4）對無功補償裝置和有源濾波進行實時監督和控制，科學的設置運行參數，通過對投切前后電網諧波數據的采集，強化對電網電能質量的認識。

3 監控系統架構

3.1 系統結構

第一，站控層。其主要是由計算機網絡連接的操作員工作站與各種功能共同組成，以此可以通過站內運行人機界面的提供，實現各種功能，如間隔層設備的管理與控制等，進而有助于完成對相關數據的采集、處理以及存儲，圖形化數據的展示、遙控和符合調控等，在此基礎上一個級管理和監控的全站中心由此形成，通信功能也得以獲得有效的實現。

第二，間隔層。其組成部分主要包括充電、電池更換、配電、視頻和環境、各種網絡以及通信接口設備等各種監控單元，有利于原始數據的及時采集，在就地操作和執行過程中對單元設備的實際功能進行及時且準確的監測與控制。另外，還能夠將設備運行的具體狀態和數據及時的收集起來并上傳到站控層，對站控層所發出的控制命令進行準確接收和嚴格執行。

第三，監控層。為同步實現采集、控制以及事故警告等整個監控系統的功能，進而系統配置方面的要求，監控層也能夠最大限度的滿足。

3.2 網絡通信結構

（1）站控層網路：通過利用太網的形式實現了站控層中各個主機之間額度連接。以充電站規模的大小為住，為保證通信的可靠，建議利用雙網的形式進行連接，單網也可以。采用星型以太網的形式將站控層和間隔層連接起來。其中太網連接適用于間隔層、單獨組網適用于視頻和環境監控系統，而利用網絡通道或者專線有助于實現上級監控管理系統和監控系統間的通信。

（2）間隔層設備內部網絡：充換電站本身包含眾多的監控對象，針對設備類型的不同其內部所采用的通信方式也各有不同，如充電樁、電池箱和充電架、堆垛設備、電池更換設備等。

除此以外，監控系統架構還包括硬件和軟件系統。

4 監控系統的設計實例

4.1 充電監控單元

充電監控單元主要是一種能夠將充電監控進行集中提供的重要人機交互界面，有利于充電機各項工作的完成，如數據的查詢與收集、監控等。同時，充電機可以為監控單元實時的提供一些關于自身運行和電力充電相關的數據，進而有利于對充電機發布相關的充電策略和啟停控制等，或者還可以給監控系統及時的提供各種數據。

4.2 電池更換監控單元

電池更換監控單元本身所具備的優勢集中體現在采集、處理以及儲存換電過程中的各種數據，通過圖形化的人機界面、語音報警的提示，可以將系統數據和換電控制方面所發布的指令及時的展示出來，并且該單元本身具有一定的獨立性，但是離不來電池儲存架和充電架的信息支持，并且還能夠為后臺監控系統提供將一系列的狀態和控制系統。

5 結束語

電動汽車充換電設施的監控系統本身具備一定的繁雜性，多個專業設備在監控和運行方面的要求都有所涉及，其本身就是一個比較特殊的行業。因此，只有通過不斷的完善的工程實踐，才能科學的對監控系統進行設計，系統本身的功能才能實現有效的優化和拓展。