劉瀟瀟，田建偉，王齊，劉金，黎曦

(湖南省電力公司科學研究院，湖南長沙 410007)

在能源日益缺乏、石油價格高漲以及對環(huán)境污染問題非常重視的今天，迫使人們去尋找傳統(tǒng)內燃發(fā)動機汽車的代替品，各國紛紛發(fā)展電動汽車，這不僅關系到一個國家汽車工業(yè)的發(fā)展方向，更是一個能源結構的優(yōu)化問題，事關各國的能源安全。

為積極響應國家號召，履行社會責任，2006年11月10日，國家電網公司(以下簡稱“國網”)在上海召開“推動電動汽車發(fā)展試點實施方案座談會”，并確定湖南省電力公司為推動電動汽車工作的7個試點省(市)公司之一。公司積極開展電動汽車充電設施建設，湖南省廣泛部署電動汽車充電樁，截止目前，全省共投運充電樁300個，在建充電樁300個，預計“十二五”末將達到10 400個。

1 設計原則

1.1 標準化原則

系統(tǒng)采用國網統(tǒng)一標準采集各類數據，并按統(tǒng)一格式對其進行存儲管理。

1.2 安全性原則

系統(tǒng)操作具有權限及嚴格完善的密碼、日志管理。服務器要有必要的病毒入侵檢測手段和足夠的抗病毒能力。提供系統(tǒng)級和應用級完備的數據備份和恢復機制。

1.3 開放性原則

規(guī)范數據通信協(xié)議和功能規(guī)范，面向不同制造商各類信息接入;提供開放的軟件平臺和標準接口;提供應用開發(fā)環(huán)境和標準的應用編程接口，便于用戶的應用軟件開發(fā)和集成。

1.4 先進性原則

在技術架構上，采用多層邏輯處理層體系結構，將系統(tǒng)分為表現層、控制層、服務層、數據庫操作層，并采用當前最流行的先進技術手段實現系統(tǒng)的架構設計。

1.5 可擴展性原則

系統(tǒng)采用便于升級的模塊化設計，可根據需求選擇模塊組合;系統(tǒng)升級時不影響系統(tǒng)運行。

2 總體框架

全省電動汽車充電樁運行管理采用集中式管理模式，將分散在各地市的充電樁數據通過GPRS無線方式或CAN總線方式進行采集管理，全省只部署1套主站軟件。運行管理系統(tǒng)通過集成充電樁上傳的數據信息，并整合付費IC卡系統(tǒng)數據，實現對全省充電樁及預付費充值卡的集中管理。同時充電樁運行管理系統(tǒng)還能與充電站監(jiān)控系統(tǒng)等進行通訊，最終實現對全省充電設施的統(tǒng)一監(jiān)管，降低運營成本。整體架構如圖1所示。

圖1 充電樁總體架構圖

3 數據集成方案

充電樁運行管理系統(tǒng)數據主要來源于2個子系統(tǒng)，即充電樁采集前置機和充值卡管理系統(tǒng)。

3.1 與充電機采集前置機數據集成

(1)采用C++語言開發(fā)通訊接口，供運行管理系統(tǒng)調用，可根據需求變化隨時增加新功能，且不受開發(fā)平臺制約，具有較好的擴展性，對國網充電站通信標準支持力度最好。

(2)充電樁數據無線采集方式分為 pull和push＆pull。Pull方式下充電樁采集前置端作為接收服務器始終打開連接接收來自充電樁的GPRS數據。push＆pull方式下充電樁采集前置端先通過撥號方式與充電樁建立無線連接，然后發(fā)送接收指令接收充電樁數據。Pull方式始終打開連接資源耗費較大，push＆pull方式每次接收GPRS數據都需發(fā)送指令建立連接才可接收數據，數據采集周期時間較Pull方式長，但基于穩(wěn)定性、安全性和資源耗費等方面綜合考慮，推薦采用第2種方式。

(3)充電樁數據有線采集方式采用CAN總線和以太網2層架構，既能保證工業(yè)限產該數據可靠傳輸，又能滿足數據信息的分析、記錄、管理和遠程共享管理。

3.2 與充值卡管理系統(tǒng)數據集成

將IC卡串口讀寫操作封裝成dll動態(tài)鏈接庫，供運行管理系統(tǒng)調用，同時IC卡數據操作同步寫入數據庫。這種數據集成方式大大減少了程序的執(zhí)行代碼，有效地利用了內存，并且由于dll文件通常作為一個單獨的程序模塊，封裝性和獨立性好，便于升級維護，大大提高了軟件開發(fā)維護效率。

4 功能介紹

4.1 系統(tǒng)管理

4.1.1 個人資料修改

主要對登錄進來的用戶資料進行修改，修改的信息包含:登錄賬號、用戶名稱、登錄密碼、確認密碼、所屬角色、備注等。

4.1.2 用戶管理

系統(tǒng)管理員可對系統(tǒng)用戶進行增加、修改、刪除以及查詢等操作。用戶只有與指定角色綁定后才能使用系統(tǒng)功能，一個用戶只能歸屬于一個角色，一個角色可以對應多個用戶。

系統(tǒng)管理員能夠按照登錄賬號、姓名等對用戶基本資料進行查詢，其中用戶基本信息的管理項目包括:登錄賬號、用戶名稱、登錄密碼、確認密碼、所屬角色、所屬供電局、備注等基本資料。

4.1.3 角色管理

角色對應可以操作的功能權限，用以保護系統(tǒng)訪問安全性。一個用戶只能歸屬于一個角色，一個角色可以對應多個用戶。

4.1.4 操作事件管理

系統(tǒng)對數據添刪改操作等敏感事件進行詳細記錄，建立完善的審計機制，從而保證系統(tǒng)安全性，并作為今后進行事后監(jiān)督和責任追溯的參考評價依據。

4.1.5 系統(tǒng)配置

系統(tǒng)參數配置主要針對充電樁所屬區(qū)域、上傳時間間隔參數等進行靈活動態(tài)配置。

4.2 充電樁監(jiān)測

4.2.1 全省充電樁監(jiān)測

集成全省各地市充電樁工作狀態(tài)、充電電量、計費信息、充電機故障狀態(tài)等信息，以圖形、文字、表格相結合的直觀方式展現全省充電樁布局、數量、運行狀況、經營情況等。

4.2.2 地市充電樁監(jiān)測

各電業(yè)局可對各自管轄范圍內充電樁的工作狀態(tài)、電壓、電流、充電時間、充電電量、充電單價、充電總價、充電機故障狀態(tài)等信息進行集中管理，顯示當前充電樁準實時信息，并以圖形、文字、表格相結合的直觀方式展現地市管轄范圍內充電樁布局、數量、運行狀況、經營情況等。

4.2.3 充電樁歷史記錄

采集充電樁工作狀態(tài)、電壓、電流、充電電量、充電開始時間、充電結束時間、充電時間、充電電量、充電單價、充電總價、充電機故障狀態(tài)等信息，并將其存入運行管理系統(tǒng)數據庫，形成充電樁的完整歷史數據記錄;

提供查詢功能，可按時間段、區(qū)域等條件進行查詢，顯示滿足查詢條件的充電樁歷史記錄，并提供報表生成。

4.3 充值卡管理

4.3.1 建立人員檔案

建立充值卡人員檔案信息，包括:人員姓名、聯(lián)系方式、所屬地區(qū)等。

4.3.2 充值卡操作

提供充值卡開戶、銷戶、掛失、補卡等操作。充值卡狀態(tài)有4種:待銷售、售出中、已充值、注銷中。

執(zhí)行開戶操作后的充值卡均會在數據庫中留下入庫記錄，對已經入庫的充值卡進行入庫成功校驗后將充值卡狀態(tài)統(tǒng)一置為待銷售;卡銷售時，只能銷售狀態(tài)為待銷售的卡;銷售后，卡狀態(tài)統(tǒng)一置為售出中;用戶充值時，卡狀態(tài)必須為售出中，且其卡密碼經校驗后與數據庫中保存的一致，方可執(zhí)行充值操作;充值完成后卡狀態(tài)置為已充值，同時將充值信息存入數據庫中;充值信息成功錄入數據庫后，充值卡狀態(tài)又會置為售出中。只有具備權限的用戶才能注銷待銷售狀態(tài)的充值卡，其他處于銷售和充值狀態(tài)中的卡是不能注銷的，所有入庫后的卡一律不允許刪除。如客戶卡丟失，還可執(zhí)行補卡操作將原卡信息寫入新卡，同時原卡作廢處理。

4.3.3 充值卡充值

讀取充值卡信息，在對充值卡進行充值之前，驗證充值卡是否為有效卡，充值卡狀態(tài)是否正確。無誤后，方可執(zhí)行充值操作。

該功能只有分配了相應權限的人員才可訪問執(zhí)行相關操作，不可越權操作。

4.3.4 充值卡繳費記錄

可按時間段、卡號、卡用戶名稱等，查詢充值卡繳費記錄等;

具體顯示信息包括:流水線號、卡號、卡內剩余金額、卡狀態(tài)、卡入庫日期、售出日期、充值日期、充值用戶號、用戶姓名、操作員工號等。

4.4 前置采集端

前置采集機是系統(tǒng)的關鍵組成部分之一，主要完成與通信和規(guī)約解釋相關的處理邏輯，要求系統(tǒng)具有處理大規(guī)模并發(fā)任務的能力。前置采集分為前置通信調度、數據采集、數據管理等部分。前置通信調度是對各種與終端的遠程通信方式進行通信的管理和調度;數據采集負責采集充電樁數據，并進行協(xié)議解析;數據管理負責對數據的合理性檢查、存儲、統(tǒng)計。

5 結論

本文設計并實現了電動汽車充電樁運行管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠及時獲得充電樁運行時各項數據，及時觀察到各類異常情況，從而使得電力工作人員面對眾多分散零散的充電樁管理有條不紊。同時，集成的充值卡系統(tǒng)簡單易行，投資成本低，未來可考慮與電、水、煤氣、天然氣等充值卡統(tǒng)一，實現繳費一體化，進一步擴展電力營銷服務。今后隨著電動汽車產業(yè)的發(fā)展，電動汽車充電樁運行管理系統(tǒng)的重要性將日益凸顯。