基于手机平台的电动汽车充换电管理系统＊

王军，于庆瑞，黄文辉

（甘肃长城氢能源工程研究院有限公司，甘肃 天水 741024）

纯电动汽车是可靠性和性价比高、工艺技术成熟的新能源汽车。纯电动汽车使用电池作为储能源单元，无排放，不依赖燃油。“里程焦虑”是阻碍电动汽车快速发展的核心问题。“里程焦虑”问题又可分为“续航里程短”和“充电时间长”两大问题。随着电动汽车技术的进步，“续航里程短”的问题已经基本解决了。在生活节奏快的今天，“充电时间长”问题是致命的。

电动汽车充电类似于常规汽车加油，电动汽车电池馈电后只有充电后才能继续使用，为了满足电动汽车充电需求，国内建造了相当规模的充电站。但每次充电需要几个小时，而且加快充电速度与电池特性背道而驰。随着电动汽车电能容量的不断加大，充电慢的缺陷越来越明显，于是就有了快速换电的解决方案。

卢荐胤等学者从电动汽车充电桩手机APP的应用现状、功能概述等方面对电动汽车充电手机支付的应用做了介绍[1]。杨茜等学者提出了电动汽车公共服务互动平台构建设想，并对平台的设计方案、架构以及相关的关键技术进行了研究[2]。王东琴研究开发了电动汽车充电桩移动平台客户端，实现了实时定位、充电站地址检索、充电站信息查询、汽车导航和预约充电等功能[3]。陈义星研究并设计了一套电动汽车智能充电管理系统软件，通过该软件可实现充电桩查询、汽车导航、充电管理和在线支付等功能[4]。周宇和巩洋分别对充电桩查看、预约、收藏，充电桩线路导航，充电桩推荐、个人信息管理和充电桩监控管理等方面进行了技术研究[5－6]。张梅提出了电动汽车充电支付、充电桩管理和推广的微型公众号平台方案[7]。

为了满足电动汽车快速充换电的需要，结合当前电动汽车充换电的发展情况和众多学者在相关领域的研究和应用，本文开发了基于手机平台的电动汽车充换电管理系统。通过手机平台，可以随时随地为电动汽车车主提供充换电的相关服务。

1 系统设计

1.1 设计流程规划

在系统开发时，首先进行了市场调研和需求分析，并确定了设计编程软件，编写了项目可行性分析文件；其次对系统总体架构进行设计规划，对模块功能进行了规划；然后对不同模块进行详细的功能设计、代码编写和软件调试；最后模块整合后进行了系统整体调试，并邀请一定数量的电动车车主进行了客户体验测试，并根据客户体验的反馈结果对系统功能进行了优化设计。该电动汽车充换电管理系统的设计流程规划图如图1所示。

图1 电动汽车充换电系统设计流程规划图

1.2 系统架构

智能手机客户端与后台服务器进行通讯后，从服务端获取充换电站位置、电池型号和库存量等信息，客户端对数据进行相应的处理并友好显示。客户端将充换电站信息查询和地图服务相结合，在应用LBS和地图服务的基础上，实现充换电站信息查询包括备换电池的型号、生产日期、数量等，同时实现地图服务如实时定位、路径导航等。为便于用户对电动汽车进行充换电，提供对空闲充换电站的预约功能，完成对充电记录信息和个人信息的管理。整个系统的总体架构设计图如图2所示[8]。

图2 电动汽车充换电系统架构图

2 系统功能规划

2.1 个人中心功能

个人中心包括注册登录、账户安全管理和个人信息管理等。用户注册可以用手机号注册，也可以用微信注册或者单独注册用户名，用户名可以是数字、字母、汉字或者其组合都可以，密码为6位以上的数字和字母组合，还可以设置保存用户名、密码和自动登录。账户安全管理中可进行密码修改，可以将注册用户和其微信、手机号、邮箱号、支付宝和银联卡等进行关联。如果忘记密码，可以通过关联的手机号、微信或者邮箱重置密码并进行密码修改。在个人信息管理中可以对个人信息进行完善和维护。

2.2 地图系统功能

地图系统功能包括车主定位、充换电站显示和导航功能。打开系统应用地图模块可显示车主自己所在的具体位置，同时显示屏幕显示范围内的所有充换电站的具体位置。根据用户需要可以为用户提供导航服务，根据实时路况信息进行行程规划，提供推荐的导航路线和相应路线的预估行程及耗时供用户选择。用户也可以根据自己的使用习惯切换到手机终端中安装第三方地图软件中，进行导航等相关操作。

2.3 在线支付功能

在线支付功能包括系统充值、扫描二维码支付、付款码支付和历史支付查询等功能。用户可以提前通过支付宝、微信或者银联卡给账户充值用于支付充换电费用，也可以直接用关联的支付宝进行支付。付费方式可以通过扫描充换电站的收款二维码支付或者让充换电站扫描系统生成的用户账户付款码完成支付操作。系统具有历史记录功能，对用户的历史付费进行记录统计。

2.4 充换电模块功能

充换电模块功能包括充换电预约、充换电方式选择、充换电评价和历史充换电记录等功能。用户可以通过系统查询用户附近的充换电站。系统会自动计算车主到达目标充换电站的时间和充换电站的客户密度，并推荐有适合车主车型的电池型号给车主，车主可根据需要进行充电或换电预约。充电时可在定时长、定点量、定费用、直接充满等充电模式中进行选择，然后通过在线支付操作后完成充换约定并在充电完成后自动扣费完成交易。用户可对充换电服务、充换电质量等进行评价，系统会对充换电的行驶公里数进行计算分析，系统还会对车主的充换电偏好进行统计并在下次充换电的时候进行推荐提醒。

2.5 通讯和帮助功能

通讯和帮助功能包括充换电预约和建议评价等信息的上传、充换电站信息及路况等查询信息的调取、软件系统的设置和软件系统的更新。系统的整体功能规划图如图3所示。

图3 电动汽车充换电管理系统功能规划图

3 主要模块设计

3.1 数据库设计

数据库是电子化数据文件，这些数据文件可以为多个用户共享，通过系统可以对文件进行新建、修改、查询、调阅和删除，数据库是软件中相对独立的模块[9]。在数据库设计时采用自上而下的方法，重点应关注数据库物理结构，特别是如何快捷地进行数据写入和读取及如何少占资源等。电动汽车充换电管理系统的数据库主要包括用户信息数据库CC_User（用于存放用户信息）、充换电站信息数据库CC_station（用于存放充换电站的相关信息）。另外还有充换电历史记录、客户评价、客户预约和充换电状态等数据库。

3.2 数据传输设计

手机端的通讯传输采用5G或者WIFI，对车主用户而言，用5G网络的情况最常见。考虑到每个车主用户可能会有多个手机号，因此选用3参数函数ServerSoc ket（Int port,Int blacklog,Inet Address bindaddr）,通过bindAddr设置想要监听的IP地址[10]。ServerSocket函数可调用accept函数，逐一从服务器端获得相应充换电站的相关数据。

3.3 在线支付设计

在线支付选用普遍使用的支付宝做为支付功能的拓展。具体步骤如下：

（1）在支付宝的蚂蚁金服平台中注册帐号，上传软件产品说明并通过审核后，即完成开发项目的申请。

（2）再通过OpenSSL创建相应的密钥，进行上传作为公用密钥。

（3）然后对所需要的SDK资源进行下载使用，其中包括alipaysdk．jar、alipayutdid.jar以及alipaysecsdk.jar并转换为项目的libs。

（4）检查三个开发包是否成功导入并且加载完成后，在文件清单中加入PKC5密钥，并完成相应的密钥配置[11]。

（5）最后，在对应的 Android清单中的 XML文件中，向其中加入所需要的权限语句，调试无误后即实现了与支付宝支付功能的成功对接，此时即可按照功能的需要对其进行配置、修改和调用[11]。

3.4 系统界面设计

电动汽车充换电管理系统涉及的界面比较多，包括注册界面、登录界面、密码管理界面、个人信息维护界面、充换电站选择界面、充换电站推荐界面、导航界面、充换电方式选择界面、充电监控界面、支付二维码界面、支付扫码界面等。

4 系统调试

电动汽车充换电管理系统在调试过程中，考虑到系统的数据传输率小、对数据通信的要求不高且不需要进行实时通信，故选用http方式与服务器端进行模拟通信测试。在电脑端借助网络调试助手进行调试，在手机端上发送信息，电脑端会成功接收并显示出相应的信息。

5 结论

本文设计了基于智能手机的电动汽车充换电管理系统，该系统主要由五大模块组成，分别是个人中心、地图系统、在线支付、充换电管理、通讯与帮助等功能模块。通过手机平台，可实现服务器端和充换电站之间的数据交换，也可实现电动车主用户对充换电站的查询、充换电服务预约、充换电站服务评价、充换电历史记录查询等。经调试和随机用户使用体验征明，本系统能够满足电动车主快速充换电的使用需求。