電動汽車充換電站監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用研究

王洪波

摘 要：充換電站作為補(bǔ)給電動汽車的重要基礎(chǔ)設(shè)施，在一定程度上有助于推動電動汽車朝著產(chǎn)業(yè)化的方向發(fā)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(shè)施。

關(guān)鍵詞：電動汽車；充換電站；監(jiān)控系統(tǒng)；設(shè)計；應(yīng)用研究

電動汽車充換電站監(jiān)控系統(tǒng)的存在能夠?qū)⑴c能源供給方面的設(shè)備信息集中起來，如各種設(shè)備（站內(nèi)充電、電池箱更換、配電、視頻與環(huán)境監(jiān)控、站內(nèi)其他智能設(shè)備、配置參數(shù)的信息、充電等），進(jìn)而有助于能夠有效的控制、管理以及監(jiān)視站內(nèi)的各種設(shè)備，其本身所具備的功能與上級監(jiān)控管理系統(tǒng)沒有區(qū)別。

1 監(jiān)控系統(tǒng)的特點(diǎn)

該監(jiān)控系統(tǒng)所能夠涉及到的工作都比較復(fù)雜，種類比較多，與常規(guī)電力系統(tǒng)相比，區(qū)別就會更加明顯。

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

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

（3）相關(guān)接口非常多。

（4）嚴(yán)格地參照國際標(biāo)準(zhǔn)和IEC將系統(tǒng)體系的接口標(biāo)準(zhǔn)和通信協(xié)議制定下來，在一定程度上有助于與第三方設(shè)備一起展開操作，確保廠家能夠積極的參與到系統(tǒng)的集成。

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

2 系統(tǒng)的功能

監(jiān)控系統(tǒng)在一定程度上能夠?qū)崿F(xiàn)對各種充電設(shè)備的實(shí)時監(jiān)控與管理，如充電、配電、電池更換、視頻和環(huán)境設(shè)備等，由此可以為充電設(shè)備的安全、有效以及可靠運(yùn)行提供重要的保障。

2.1 充電監(jiān)控單元

（1）將來自直流充電機(jī)和交流充電樁的實(shí)時數(shù)據(jù)收集起來，如電壓、電量、電流、工作狀態(tài)、告警和故障信號等；電池箱的實(shí)時參數(shù)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(jī)、校時以及充電參數(shù)的遠(yuǎn)方設(shè)定等，科學(xué)的控制和調(diào)節(jié)充電設(shè)備。（3）將各種狀態(tài)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(xì)的記錄各種充電事件，如操作、系統(tǒng)故障以及異常參數(shù)等。（5）及時的對異常的設(shè)備狀態(tài)、各種故障、系統(tǒng)軟硬件以及通信接口網(wǎng)絡(luò)故障報警等提供一種有效的處理方式。

2.2 電池更換監(jiān)控單元

（1）以電池箱實(shí)際充電情況和參數(shù)指標(biāo)為準(zhǔn)則，在電動汽車更換電池的過程中，確定動態(tài)化的電池成組配置方案，進(jìn)而實(shí)時有效的控制每個電池箱的更換操作，確保能夠安全穩(wěn)定的進(jìn)行；（2）將工作的具體狀態(tài)、故障方面的信息以及電池設(shè)備的具體位置等采集起來并完成上送；（3）進(jìn)行監(jiān)控系統(tǒng)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(jìn)行及時的更換；（4）詳細(xì)的記錄下電池更換的各種事件。

2.3 配電監(jiān)控單元

（1）將配電系統(tǒng)的電流、電壓、電能量、有功和無功功率、功率因數(shù)、開關(guān)狀態(tài)以及保護(hù)信號采集起來并完成上送；（2）對配電系統(tǒng)開關(guān)的分合操作進(jìn)行科學(xué)的控制；（3）對配電系統(tǒng)的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的處理，如越限警報、故障的統(tǒng)計以及事件記錄等；（4）對無功補(bǔ)償裝置和有源濾波進(jìn)行實(shí)時監(jiān)督和控制，科學(xué)的設(shè)置運(yùn)行參數(shù)，通過對投切前后電網(wǎng)諧波數(shù)據(jù)的采集，強(qiáng)化對電網(wǎng)電能質(zhì)量的認(rèn)識。

3 監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)

3.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

第一，站控層。其主要是由計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)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(nèi)運(yùn)行人機(jī)界面的提供，實(shí)現(xiàn)各種功能，如間隔層設(shè)備的管理與控制等，進(jìn)而有助于完成對相關(guān)數(shù)據(jù)的采集、處理以及存儲，圖形化數(shù)據(jù)的展示、遙控和符合調(diào)控等，在此基礎(chǔ)上一個級管理和監(jiān)控的全站中心由此形成，通信功能也得以獲得有效的實(shí)現(xiàn)。

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(huán)境、各種網(wǎng)絡(luò)以及通信接口設(shè)備等各種監(jiān)控單元，有利于原始數(shù)據(jù)的及時采集，在就地操作和執(zhí)行過程中對單元設(shè)備的實(shí)際功能進(jìn)行及時且準(zhǔn)確的監(jiān)測與控制。另外，還能夠?qū)⒃O(shè)備運(yùn)行的具體狀態(tài)和數(shù)據(jù)及時的收集起來并上傳到站控層，對站控層所發(fā)出的控制命令進(jìn)行準(zhǔn)確接收和嚴(yán)格執(zhí)行。

第三，監(jiān)控層。為同步實(shí)現(xiàn)采集、控制以及事故警告等整個監(jiān)控系統(tǒng)的功能，進(jìn)而系統(tǒng)配置方面的要求，監(jiān)控層也能夠最大限度的滿足。

3.2 網(wǎng)絡(luò)通信結(jié)構(gòu)

（1）站控層網(wǎng)路：通過利用太網(wǎng)的形式實(shí)現(xiàn)了站控層中各個主機(jī)之間額度連接。以充電站規(guī)模的大小為住，為保證通信的可靠，建議利用雙網(wǎng)的形式進(jìn)行連接，單網(wǎng)也可以。采用星型以太網(wǎng)的形式將站控層和間隔層連接起來。其中太網(wǎng)連接適用于間隔層、單獨(dú)組網(wǎng)適用于視頻和環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，而利用網(wǎng)絡(luò)通道或者專線有助于實(shí)現(xiàn)上級監(jiān)控管理系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)間的通信。

（2）間隔層設(shè)備內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)：充換電站本身包含眾多的監(jiān)控對象，針對設(shè)備類型的不同其內(nèi)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(shè)備、電池更換設(shè)備等。

除此以外，監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)還包括硬件和軟件系統(tǒng)。

4 監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計實(shí)例

4.1 充電監(jiān)控單元

充電監(jiān)控單元主要是一種能夠?qū)⒊潆姳O(jiān)控進(jìn)行集中提供的重要人機(jī)交互界面，有利于充電機(jī)各項(xiàng)工作的完成，如數(shù)據(jù)的查詢與收集、監(jiān)控等。同時，充電機(jī)可以為監(jiān)控單元實(shí)時的提供一些關(guān)于自身運(yùn)行和電力充電相關(guān)的數(shù)據(jù)，進(jìn)而有利于對充電機(jī)發(fā)布相關(guān)的充電策略和啟停控制等，或者還可以給監(jiān)控系統(tǒng)及時的提供各種數(shù)據(jù)。

4.2 電池更換監(jiān)控單元

電池更換監(jiān)控單元本身所具備的優(yōu)勢集中體現(xiàn)在采集、處理以及儲存換電過程中的各種數(shù)據(jù)，通過圖形化的人機(jī)界面、語音報警的提示，可以將系統(tǒng)數(shù)據(jù)和換電控制方面所發(fā)布的指令及時的展示出來，并且該單元本身具有一定的獨(dú)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?yàn)楹笈_監(jiān)控系統(tǒng)提供將一系列的狀態(tài)和控制系統(tǒng)。

5 結(jié)束語

電動汽車充換電設(shè)施的監(jiān)控系統(tǒng)本身具備一定的繁雜性，多個專業(yè)設(shè)備在監(jiān)控和運(yùn)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(yè)。因此，只有通過不斷的完善的工程實(shí)踐，才能科學(xué)的對監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計，系統(tǒng)本身的功能才能實(shí)現(xiàn)有效的優(yōu)化和拓展。