基于手機平臺的電動汽車充換電管理系統＊

王軍，于慶瑞，黃文輝

（甘肅長城氫能源工程研究院有限公司，甘肅 天水 741024）

純電動汽車是可靠性和性價比高、工藝技術成熟的新能源汽車。純電動汽車使用電池作為儲能源單元，無排放，不依賴燃油。“里程焦慮”是阻礙電動汽車快速發展的核心問題。“里程焦慮”問題又可分為“續航里程短”和“充電時間長”兩大問題。隨著電動汽車技術的進步，“續航里程短”的問題已經基本解決了。在生活節奏快的今天，“充電時間長”問題是致命的。

電動汽車充電類似于常規汽車加油，電動汽車電池饋電后只有充電后才能繼續使用，為了滿足電動汽車充電需求，國內建造了相當規模的充電站。但每次充電需要幾個小時，而且加快充電速度與電池特性背道而馳。隨著電動汽車電能容量的不斷加大，充電慢的缺陷越來越明顯，于是就有了快速換電的解決方案。

盧薦胤等學者從電動汽車充電樁手機APP的應用現狀、功能概述等方面對電動汽車充電手機支付的應用做了介紹[1]。楊茜等學者提出了電動汽車公共服務互動平臺構建設想，并對平臺的設計方案、架構以及相關的關鍵技術進行了研究[2]。王東琴研究開發了電動汽車充電樁移動平臺客戶端，實現了實時定位、充電站地址檢索、充電站信息查詢、汽車導航和預約充電等功能[3]。陳義星研究并設計了一套電動汽車智能充電管理系統軟件，通過該軟件可實現充電樁查詢、汽車導航、充電管理和在線支付等功能[4]。周宇和鞏洋分別對充電樁查看、預約、收藏，充電樁線路導航，充電樁推薦、個人信息管理和充電樁監控管理等方面進行了技術研究[5－6]。張梅提出了電動汽車充電支付、充電樁管理和推廣的微型公眾號平臺方案[7]。

為了滿足電動汽車快速充換電的需要，結合當前電動汽車充換電的發展情況和眾多學者在相關領域的研究和應用，本文開發了基于手機平臺的電動汽車充換電管理系統。通過手機平臺，可以隨時隨地為電動汽車車主提供充換電的相關服務。

1 系統設計

1.1 設計流程規劃

在系統開發時，首先進行了市場調研和需求分析，并確定了設計編程軟件，編寫了項目可行性分析文件；其次對系統總體架構進行設計規劃，對模塊功能進行了規劃；然后對不同模塊進行詳細的功能設計、代碼編寫和軟件調試；最后模塊整合后進行了系統整體調試，并邀請一定數量的電動車車主進行了客戶體驗測試，并根據客戶體驗的反饋結果對系統功能進行了優化設計。該電動汽車充換電管理系統的設計流程規劃圖如圖1所示。

圖1 電動汽車充換電系統設計流程規劃圖

1.2 系統架構

智能手機客戶端與后臺服務器進行通訊后，從服務端獲取充換電站位置、電池型號和庫存量等信息，客戶端對數據進行相應的處理并友好顯示。客戶端將充換電站信息查詢和地圖服務相結合，在應用LBS和地圖服務的基礎上，實現充換電站信息查詢包括備換電池的型號、生產日期、數量等，同時實現地圖服務如實時定位、路徑導航等。為便于用戶對電動汽車進行充換電，提供對空閑充換電站的預約功能，完成對充電記錄信息和個人信息的管理。整個系統的總體架構設計圖如圖2所示[8]。

圖2 電動汽車充換電系統架構圖

2 系統功能規劃

2.1 個人中心功能

個人中心包括注冊登錄、賬戶安全管理和個人信息管理等。用戶注冊可以用手機號注冊，也可以用微信注冊或者單獨注冊用戶名，用戶名可以是數字、字母、漢字或者其組合都可以，密碼為6位以上的數字和字母組合，還可以設置保存用戶名、密碼和自動登錄。賬戶安全管理中可進行密碼修改，可以將注冊用戶和其微信、手機號、郵箱號、支付寶和銀聯卡等進行關聯。如果忘記密碼，可以通過關聯的手機號、微信或者郵箱重置密碼并進行密碼修改。在個人信息管理中可以對個人信息進行完善和維護。

2.2 地圖系統功能

地圖系統功能包括車主定位、充換電站顯示和導航功能。打開系統應用地圖模塊可顯示車主自己所在的具體位置，同時顯示屏幕顯示范圍內的所有充換電站的具體位置。根據用戶需要可以為用戶提供導航服務，根據實時路況信息進行行程規劃，提供推薦的導航路線和相應路線的預估行程及耗時供用戶選擇。用戶也可以根據自己的使用習慣切換到手機終端中安裝第三方地圖軟件中，進行導航等相關操作。

2.3 在線支付功能

在線支付功能包括系統充值、掃描二維碼支付、付款碼支付和歷史支付查詢等功能。用戶可以提前通過支付寶、微信或者銀聯卡給賬戶充值用于支付充換電費用，也可以直接用關聯的支付寶進行支付。付費方式可以通過掃描充換電站的收款二維碼支付或者讓充換電站掃描系統生成的用戶賬戶付款碼完成支付操作。系統具有歷史記錄功能，對用戶的歷史付費進行記錄統計。

2.4 充換電模塊功能

充換電模塊功能包括充換電預約、充換電方式選擇、充換電評價和歷史充換電記錄等功能。用戶可以通過系統查詢用戶附近的充換電站。系統會自動計算車主到達目標充換電站的時間和充換電站的客戶密度，并推薦有適合車主車型的電池型號給車主，車主可根據需要進行充電或換電預約。充電時可在定時長、定點量、定費用、直接充滿等充電模式中進行選擇，然后通過在線支付操作后完成充換約定并在充電完成后自動扣費完成交易。用戶可對充換電服務、充換電質量等進行評價，系統會對充換電的行駛公里數進行計算分析，系統還會對車主的充換電偏好進行統計并在下次充換電的時候進行推薦提醒。

2.5 通訊和幫助功能

通訊和幫助功能包括充換電預約和建議評價等信息的上傳、充換電站信息及路況等查詢信息的調取、軟件系統的設置和軟件系統的更新。系統的整體功能規劃圖如圖3所示。

圖3 電動汽車充換電管理系統功能規劃圖

3 主要模塊設計

3.1 數據庫設計

數據庫是電子化數據文件，這些數據文件可以為多個用戶共享，通過系統可以對文件進行新建、修改、查詢、調閱和刪除，數據庫是軟件中相對獨立的模塊[9]。在數據庫設計時采用自上而下的方法，重點應關注數據庫物理結構，特別是如何快捷地進行數據寫入和讀取及如何少占資源等。電動汽車充換電管理系統的數據庫主要包括用戶信息數據庫CC_User（用于存放用戶信息）、充換電站信息數據庫CC_station（用于存放充換電站的相關信息）。另外還有充換電歷史記錄、客戶評價、客戶預約和充換電狀態等數據庫。

3.2 數據傳輸設計

手機端的通訊傳輸采用5G或者WIFI，對車主用戶而言，用5G網絡的情況最常見。考慮到每個車主用戶可能會有多個手機號，因此選用3參數函數ServerSoc ket（Int port,Int blacklog,Inet Address bindaddr）,通過bindAddr設置想要監聽的IP地址[10]。ServerSocket函數可調用accept函數，逐一從服務器端獲得相應充換電站的相關數據。

3.3 在線支付設計

在線支付選用普遍使用的支付寶做為支付功能的拓展。具體步驟如下：

（1）在支付寶的螞蟻金服平臺中注冊帳號，上傳軟件產品說明并通過審核后，即完成開發項目的申請。

（2）再通過OpenSSL創建相應的密鑰，進行上傳作為公用密鑰。

（3）然后對所需要的SDK資源進行下載使用，其中包括alipaysdk．jar、alipayutdid.jar以及alipaysecsdk.jar并轉換為項目的libs。

（4）檢查三個開發包是否成功導入并且加載完成后，在文件清單中加入PKC5密鑰，并完成相應的密鑰配置[11]。

（5）最后，在對應的 Android清單中的 XML文件中，向其中加入所需要的權限語句，調試無誤后即實現了與支付寶支付功能的成功對接，此時即可按照功能的需要對其進行配置、修改和調用[11]。

3.4 系統界面設計

電動汽車充換電管理系統涉及的界面比較多，包括注冊界面、登錄界面、密碼管理界面、個人信息維護界面、充換電站選擇界面、充換電站推薦界面、導航界面、充換電方式選擇界面、充電監控界面、支付二維碼界面、支付掃碼界面等。

4 系統調試

電動汽車充換電管理系統在調試過程中，考慮到系統的數據傳輸率小、對數據通信的要求不高且不需要進行實時通信，故選用http方式與服務器端進行模擬通信測試。在電腦端借助網絡調試助手進行調試，在手機端上發送信息，電腦端會成功接收并顯示出相應的信息。

5 結論

本文設計了基于智能手機的電動汽車充換電管理系統，該系統主要由五大模塊組成，分別是個人中心、地圖系統、在線支付、充換電管理、通訊與幫助等功能模塊。通過手機平臺，可實現服務器端和充換電站之間的數據交換，也可實現電動車主用戶對充換電站的查詢、充換電服務預約、充換電站服務評價、充換電歷史記錄查詢等。經調試和隨機用戶使用體驗征明，本系統能夠滿足電動車主快速充換電的使用需求。