省级集中的电动汽车监控系统研究

孔历波，郑正仙，何春林，李 燕

（国网浙江省电力公司杭州供电公司，杭州 310009）

省级集中的电动汽车监控系统研究

孔历波，郑正仙，何春林，李 燕

（国网浙江省电力公司杭州供电公司，杭州 310009）

介绍了省级集中的电动汽车监控系统的技术架构和业务架构，重点阐述了充换电站监控、离散充电桩监控、电动汽车监控和综合查询等业务的监控需求，以适应浙江省日益增多的电动汽车、电池和充换电设施的运营管理需要。

电动汽车；充换电站；监控系统

随着浙江省电动汽车智能充换电服务网络建设的发展，充换电基础设施建设和电动汽车数量的增多，从新能源出租车、电动大巴到私人租赁，业务范围不断扩大，电动汽车、电池以及充换电设施的运营和生产管理工作逐渐变得复杂，充换电站之间的协调工作日益加大，需要加大力度对电动汽车、充换电站进行全方位、全过程集中管控。

本文介绍了省级集中的电动汽车监控系统的技术架构和业务架构，并重点阐述了充换电站监控、离散充电桩监控、工况监控、电动汽车监控、运行监控和综合查询业务，全面掌控充换电网络服务运营状况，实现对全省所有充换电站、电动汽车、电池和充换电设施运行的集中监控。

1 监控系统技术与业务架构设计

省级集中的电动汽车监控系统采用满足技术先进性与成熟性相结合、基于J2EE的多层技术构架（见图1），以提高系统的灵活性、可扩展性、安全性以及并发处理能力。

基于系统安全性、可扩展性、可延伸性的考虑，以及实现系统内部的松耦合，以灵活、快速地响应业务变化对系统的需求，系统采用多层架构设计，系统共设计有采集层、通信与规约层、服务层、业务层、展现层、客户层，共6个层次。

（1）采集层主要负责充电设备、电池及配变终端设备等信息的采集。

（2）通信层通过采用各种通信适配器，实现对各种通信协议的通信前置支持。

（3）规约层负责各类规约的解析与处理，同样也通过规约适配器来支持规约库的灵活扩充与解析。

（4）服务层部署系统所需的各类公用及各业务功能的应用服务。

（5）业务层根据电动汽车业务的不断发展，也可以在不影响其他业务使用的前提下与服务层进行无缝扩展，增加了系统的可扩展性。

（6）展现层负责各类图表、操作界面的展示，为用户提供各种丰富的界面展现形式，通过各层次系统组件间服务的承载关系实现系统功能。

省级集中的电动汽车监控系统采集并存储换电站内/外（离散充电桩，即充电桩管理点）的充换电设备、配备终端等工况数据和位置信息，监控充换电站的运行状况。通过对信息数据的加工处理与分析，掌握各站换充电负荷情况、充电生产工况、电池分布情况等，可及时进行控制与调度管理，其业务架构如图2所示。

2 充换电站监控业务

2.1 集中视频监控

将全省所有的充换电站内的视频进行集中监控，通过随机巡播、站内巡播、路线巡播和预置点巡播等多种方式，实现多站多区域综合一体式纵览和智能巡视，并对巡视过程发现的安全问题、故障或异常事件，通过生产管理系统实时联动处理。

2.1.1 集中监控

（1）视频导航：提供充换电站拓扑视图，视频设备列表浏览，以及快捷搜索和智能定位。

（2）画面控制：支持视频多种画面风格设置和切换，包括全屏、4画面、6画面、9画面、16画面、25画面等多种画面样式。

（3）云台控制：对视频的角度进行上下左右旋转，还可以调节镜头远近、聚焦大小、光圈大小等控制。

（4）色彩调节：可以进行亮度、对比度、饱和度、色度的大小控制。

2.1.2 智能巡视

（1）随机巡播：对所有视频进行随机播放，为了减少站内视频范围流量，随机内容不与当前固定视频路径重复。

（2）站内巡播：站内所有视频进行循环播放，需要指定巡播的充换电站。

（3）路线巡播：需要配置详细巡播路线，可以自定义巡播路线。

（4）预置点巡播：通过云台控制对同一视频进行不同的预置点自动切换播放，需要指定预置点播放路径。

（5）间隔设置：可以设置巡播间隔时长。

（6）暂停巡播：巡播时可以暂停播放，暂停后不进行巡播。对于暂停的巡播可以取消暂停，并重新自动播放。

图1 监控系统技术架构

2.2 充换电站网络监测

通过实时监测全省各充换电站在线状态和运行状态，实时掌握通信网络情况和系统负荷情况，对离线或系统超负荷状态的充换电站进行告警，及时通知相关人员处理，保障智能充换电服务网络的畅通。

2.3 充电监控

实时监测充电仓/电池仓的运行状态、输入输出信息，电池的电压、温度信息，可对充电仓实现远程紧急停机。

（1）充电仓监控：实时监控充电仓状态、空调信息、仓位充电机模块状态信息。充电机信息包括输入、输出电流电压及充电电量等。在发生紧急故障或情况下，可以对充电仓进行远程紧急停机控制。

（2）电池仓监控：实时监控电池仓的温度、湿度，以及电池仓内各个仓位电池的充电状态。

（3）充电电池监控：实时监控电池组、单体电池的充电过程，包括电池的运行信息、电池单体运行信息和电池记录信息等。电池运行信息包括温度、电压、电流、电池充电状态。电池单体运行信息包括单体电压、单体最大最小电压、采样温度、电压越限报警、温度越限报警等数据。

（4）充电桩监控：实时监控交流和直流充电桩的充电状态和充电过程数据，主要包括充电开始时间、持续时间、已充电量、当前输出功率及充电过程中的输出电压、电流曲线等信息。

2.4 换电监控

对电动汽车电池自动更换系统的电池更换任务，车辆信息，换电机械臂、堆垛机、传送带等设备的运行状态，以及电池出入库系统的新电池入库、满电池出库、空电池入库等工作状态进行实时监测。

（1）换电任务监控：对换电系统当日的换电任务进行监控，包括当日换电次数、换电电池数、当前换电任务数、换电失败次数等。

（2）换电机器人监控：实时监测换电机器人的工作状态及作业过程，包括换电车辆信息、换电机械臂状态、堆垛机状态、车辆电池状态、传送带电池状态等动作的过程。对作业过程中发生的异常事件及时进行告警。

（3）传送带监控：实时监测电池传送带的运行状态、任务状态、速度、空满电池状态和数量等信息。

2.5 供电监测

图2 业务架构

实时展现供电变压器负荷曲线、功率因数曲线、三相电压等数据，监视电源的供电可靠性。以15 min为间隔采集数据，对1 h之前的漏点数据进行自动补采。

（1）负荷曲线：实时展现当日变压器负荷曲线、当前最新负荷值，并与前日负荷曲线进行对比。曲线展示能够标示变压器额度功率值。多个变压器能够同时独立进行曲线展示以及站内总负荷曲线展示。

（2）电能质量曲线：实时展现变压器的三相电流、电压、功率因数曲线，能够标示额度功率因数，展示多个变压器的曲线信息。

（3）电量管理：实时展现变压器最新电能表示值，根据当日零点示值计算当日使用电量。能够展示多个变压器的当日使用电量、当日站内总电量以及本月站内总电量。

2.6 工况监控业务

实时监测充换电站内设备工作状态的故障告警信息，根据预设的告警类型及等级分颜色进行显示。根据告警类别及严重等级确定告警的处理方式，可忽略、确认及发起消缺流程等方式进行处理。

（1）故障监视。对充换电站内的各种设备的故障报警信息进行实时监视，并可根据预警等级进行分类监视。对重要设备的重要事件或频繁发生的事件进行重点跟踪。

（2）报警记录。记录充换电站内充电设备及辅助设备的报警事件。报警内容主要包括报警时间、报警设备名称、报警内容等信息。

（3）系统故障记录。可通过故障时间、设备名称、故障类型查询充换电站内的设备系统故障的异常情况记录，并可查看故障处理人员、处理时间、处理结果等信息。

（4）参数异常记录。根据运行异常时间、设备名称等条件进行查询，监测并统计充换电站内的设备运行参数异常信息。

2.7 运行监控业务

对电池库存、电池配送过程、充换电业务的运行情况进行监控。

（1）电池库存监控。通过GIS地图实时监测各充换电站的电池数量，当满电库存电池数量低于预警值时进行告警，并生成电池调配方案，保证各充换电站的满电电池数量在合理数值内。

（2）配送过程监控。电池配送时通过车载终端监测电池的运行状态，实时监测电池的温度、电压、绝缘等数据，异常时进行告警。获取车载电池的数量，防止电池出现丢失的现象，当与运营系统中的配送数量不一致时进行告警。

（3）充电业务监测。对充电站内日常运营中的充电业务进行监测，包括当天的累计充电电量、累计充电次数、充电车辆数量。

（4）换电业务监测。对换电站内的可更换电池数量、已更换电池数量、换电次数等业务进行监测。

3 电动汽车和离散充电桩监控业务

通过采集车辆运行数据、车载电池信息，实时分析车辆位置分布、车辆工况信息、车辆行驶里程信息和电池放电数据，展示车辆足迹全景，实现车辆GIS全景监控。

（1）车辆运行监测。通过GPS定位技术获得的车辆位置信息，在电子地图上实时显示车辆运行的位置和运行状况，如经度、纬度、速度、状态、日期及时间等。可以通过短信、电话等方式，结合车载终端，对车辆进行调度[4]。

（2）车辆轨迹回放。通过选择车辆和时间段、播放速度，查找数据库中的车辆位置历史数据，在地图上展现该车辆该时间段内的运行轨迹[5]。

（3）车载电池监测。电池管理系统在车辆的运行中完成电池状态的实时监控和故障诊断，并上传至车载终端。车载终端获取车上每个电池组和单体电池的运行参数，包括电池SOC和SOH、端电压、端电流、采样温度，单体电池的最高最低平均电压、单体电池的最高最低平均电流等，并将采集到的数据上传集中监控系统。

（4）离散充电桩是指安装在小区、商场、停车场等公共区域里的充电桩，通过GPRS/3G通信方式接入监控系统。离散充电桩的实时充电状态和充电过程数据，主要包括充电开始时间、持续时间、已充电量、当前输出功率及充电过程中的输出电压曲线、输出电流曲线等信息。此外，蓄电池经充电桩充电时需要对蓄电池的电压和电流进行检测。根据新发布的国家标准GB/T 27930-2015《电动汽车非车载传导式充电机与电池管理系统之间的通信协议》的规定，需增加电池充电需求、电池充电总状态、蓄电池状态信息、单体蓄电池电压、蓄电池温度等监控信息。

4 综合查询业务

提供更换电池记录、充电记录、供电数据、故障告警等历史数据查询功能。

（1）根据日期、时间段、车牌号、EV卡号、电池编号等条件查询车辆更换电池记录，包括更换电池时间、车辆、时长、电池明细、操作员等。

（2）充电记录查询。根据日期或时间段查询电池充电记录，包括充电时长、充电数量、充电电量等，并可查看某一次充电过程的电池明细数据，包括电流、电压、SOC等曲线数据。

（3）供电数据查询。根据时间段查询充电站的供电变压器电源数据，主要包括三相电流、三相电压、有功功率曲线、无功功率、功率因数曲线等。

（4）故障告警查询。根据设备类型、故障等级统计当日或当月的设备故障次数、数量、时长等，并根据生产厂家、设备类型、设备型号进行故障事故次数分析，统计由于设备自身缺陷导致的故障，有利于设备改进升级与质量保障。

（5）历史视频回看。根据发生时间或摄像头可以查看历史视频记录，可以支持多个视频统一时间对比分析查看。

5 结语

经过上述业务的分析描述，省级集中的电动汽车监控系统对设备运行、建设情况、运营情况等进行全方位监督管控、决策分析，实现以下目标：

（1）建设跨平台、跨厂商、统一标准、统一协议的充换电站集中监控体系。通过集中监控系统建设统一的设备通信标准、监控平台和管理标准，对设备、资源的全过程监测和预警，实现对全省所有充换电站、电动汽车、电池和充换电设施的运行和生产的集中监控，保障安全生产作业，全面掌控充换电网络服务运营状况。

（2）实现多维度全景立体式监控，确保充换电站作业安全。通过对电动汽车充换电服务网络、充换电站、充换电设施、电动汽车及电池等全方位全过程立体式安全监督，全力保障生命财产安全，提高生产生产效率。

（3）提高充换电站集中管控能力，实现在线指挥调度，统一协调充换电站生产作业，电动汽车充换电服务网络生产运营过程与应急指挥管理联动，实现资源的有效整合，提升应急处置能力和管理效率。

[1]叶剑斌，金秋．电动汽车充换电站集中监控系统设计[J]．华东电力，2011（7）∶1082-1084．

[2]薛冰，蔡磊，王鹏，等.电动汽车智能充电桩管理方案[J].低碳世界，2016（9）∶221-222.

[3]李涛，吴俊阳，周钰．电动汽车充换电站监控系统设计与应用研究[J]．南方电网技术，2012，6（5）∶97-101．

[4]邱新红.基于GPS+GPRS的电动汽车运营监控系统设计研究[J].河北能源职业技术学院学报，2013（4）∶58-59.

[5]龚文，张辉，熊志.电动汽车远程监控系统[J].计算机与现代化，2014（7）∶98-103.

[6]王春芳，姜朋昌，侯素礼，等.基于远程监控的纯电动汽车故障分析技术[J].汽车工程师，2016（3）∶36-39.

（本文编辑：杨 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

孔历波（1976），女，工程师，从事电动汽车营运管理工作。