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1、第3 3 卷第1 2 期2 0 0 9 年6 月电网技术P o w e rS y s t e mT e c h n o l o g yv 0 1 3 3 N O 1 2J u n 2 0 0 9文章编号：1 0 0 0 3 6 7 3(2 0 0 9)1 2 0 0 1 5 0 5中图分类号：U 4 6 9 7 2文献标志码：A学科代码：4 7 0 4 0 5 1电动汽车充电站监控系统的设计与实现严辉1，李庚银1，赵磊2，武斌3(1 电力系统保护与动态安全监控教育部重点实验室(华北电力大学)，北京市昌平区1 0 2 2 0 6；2 北京市电力公司，北京市西城区1 0 0 0 3 1；3 中国电
2、力科学研究院，北京市海淀区1 0 0 1 9 2)D e v e l o p m e n to fS u p e r v i s o r yC o n t r o lS y s t e mf o rE l e c t r i cV e h i c l eC h a r g i n gS t a t i o nY A NH u i l，L IG e n g y i n l，Z H A OL e i 2，W UB i n 3(1 K e yL a b o r a t o r yo fP o w e rS y s t e mP r o t e c t i o na n dD y n a m i cS
3、 e c u r i t yM o n i t o r i n ga n dC o n t r o l(N o r t hC h i n aE l e c t r i cP o w e rU n i v e r s i t y)，M i n i s t r yo f E d u c a t i o n，C h a n g p i n gD i s t r i c t，B e i j i n g1 0 2 2 0 6，C h i n a；2 B e i j i n gE l e c t r i cP o w e rC o m p a n y，X i c h e n gD i s t r i c
4、t，B e i j i n g1 0 0 0 3 1，C h i n a；3 C h i n aE l e c t r i cP o w e rR e s e a r c hI n s t i t u t e，H a i d i a nD i s t r i c t，B e i j i n g1 0 0 1 9 2，C h i n a)A B S T R A C T：T h r e et y p i c a lc o n s t r u c t i o nm o d e sf o rc u r r e n te l e c t r i cv e h i c l ec h a r g i n g
5、s t a t i o na r ei n t r o d u c e d，o nt h i sb a s i sas u p e r v i s o r ya n dc o n t r o ls y s t e mf o re l e c t r i cv e h i c l ec h a r g i n gs t a t i o n，i nw h i c ht h eu n i f i e ds u p p o r t i n gp l a t f o r mo fs o f t w a r e，s u p e r v i s o r ya n dc o n t r o lo fc h a
6、 r g i n g，d i s t r i b u t i o n，s m o k ea l a r m，b a t t e r ym a i n t e n a n c e，f a s tb a t t e r yr e p l a c e m e n t，d a t ae x c h a n g ea n df o r w a r da r em a i n l yi n c l u d e d，i sd e v e l o p e d T h ea p p l i c a t i o no ft h i ss u p e r v i s o r yc o n t r o ls y s
7、t e mi sp r e s e n t e da n dt h es u b s e q u e n td e v e l o p m e n td i r e c t i o no ft h i ss y s t e mi sp o i n t e do u t K E YW O R D S：e l e c t r i cv e h i c l e(E V)-s u p e r v i s o r ya n dc o n t r o ls y s t e mf o rc h a r g i n gs t a t i o n；u n i f i e ds u p p o r t i n g
8、p l a t f o r m：c h a r g e r摘要：介绍了当前电动汽车充电站建设的3 种典型模式，在此基础之卜设计了一种电动汽车充电站监控系统。该系统主要包括软件统一支撑平台、充电监控、配电船控、烟雾报警监视、电池维护监控、快速更换设备监控、数据交换和转发等功能。并介绍了该系统的应J|j 情况，指出了该系统的发展方向。关键词：电动汽车(E V)；充电站监控系统；统一支撑半台；充电机0 引言面对传统燃油汽车尾气排放造成的污染及其对石油资源的过度消耗所引发的环境与能源问题，电动汽车(e l e c t r i cv e h i c l e，E V)以其良好的环保、节能特性，成为当今国际
9、汽车发展的潮流和热点之一。目前世界上许多发达国家的政府、著名汽车厂基金项目：国家8 6 3 高技术基金项E l(2 0 0 7 A A l l A l 3 2)。T h eN a t i o n a lH I i g hT e c h n o l o g yR e s e a r c ha n dD e v e l o p m e n to fC h i n a8 6 3P r o g r a m(2 0 0 7 A A l I A l 3 2)商及相关行业科研机构都在致力于电动汽车技术的研究开发与推广应用。电动汽车充电站是电动汽车大规模商业化后不可缺少的电动汽车能源服务基础设施，如何实现电动
10、汽车允电站运行管理的自动化是必须研究的课题。本文首先介绍电动汽车电能供给方式和电动汽4 i 充电站建设典型模式，在此基础上设计开发一种满足多种类犁充电站需求的充电站监控系统，并对系统实际应用情况进行简单介绍。1E V 的电能供给方式与充电站建设模式1 1E V 的电能供给方式目前，电动汽乍电能供给方式主要有交流充电、直流充电和屯池组快速更换3 种典型方式。1)交流允电方式。外部提供2 2 0 V 或3 8 0 V 交流电源给电动汽车车载充电机，由车载充电机给动力蓄电池充电。一般小犁纯电动汽车、可外接允电式混合动力电动汽车(p l u gi nh y b r i de l e c t r i c
11、v e h i c l e，P H E V)多采用此种方式。车载充电机一般功率较小，充电时间长。2)直流允电方式。地面充电机直接输出直流电能给乍载动力蓄电池充电，电动汽车只需提供充电及相关通信接U。地面充电机一般功率大，输出电流、电压变化范围宽。有些地面充电机还具备快速充电功能。3)电池组快速更换方式。电动汽车与充电机无直接联系，而是通过专用电池更换设备将车上少电的电池取下，换上充满电的电池，这个过程所需万方数据1 6严辉等：电动汽车充电站监控系统的设计与实现V 0 1 3 3N o 1 2时问短。电池由地面充电机充满电，并放置在更换专用电池架卜备取。1 2 充电站建设模式结合电动汽车的发展趋
12、势以及电动汽车电能供给的典型方式0-8 ，本文认为未来电动汽车充电站建设主要有3 种典犁模式：1)模式l。在住宅小区或商业大厦的专用停车场安装一定数晕的智能充电桩和少量的智能地面充电机。智能充电桩为电动汽车提供2 2 0 V 或3 8 0 V 交流电源接口，智能地面允电机为电动汽车提供应急充电服务。该模式适用于小型纯电动汽车、P H E V 等。2)模式2。在专用停车场安装一定数量的智能地面充电机，直接连接电动汽车上的专用允电接口为车载电池允电。该模式适用于具有专用停车场的车辆，如纯电动公交车、纯电动环卫车等。3)模式3，即电池更换站模式。站内安装有育接为电池包充电的充电机和赢接为电动汽车充电
13、的应急充电机，配备电池快速更换设备和电池架，配有专用配电系统(含电能谐波集中治理装置)，能为纯电动汽车提供电池更换服务。该模式适用于一次充电续驶里程不能满足H 常行驶需要而频繁充电的车辆，如大型纯电动公交车、纯电动环卫年等。2电动汽车充电站监控系统功能2 1系统建设的必要性1)保证动力电池充电安全的需要。目前纯电动汽车多使用锂离子蓄电池作为电能存储单元。锂离子电池对充电要求较高，充电过程控制不好会造成电池永久损坏，甚至引起电池爆炸。充电站监控系统的充电监控功能可以监测电池和允电机当前状态。采用钾能充电机的充电保护措施可以有效保证动力蓄电池允电过程的安全。2)提高充电站运行和管理水平的需要。电动
14、汽车充电站作为保障电动汽车正常使用的能源基础服务设施，因其构成设备数量多，用人工方式来管理这些设备很难实现，所以有必要利用先进的信息技术实现其运行和管理自动化，降低工作人员的劳动强度，提高充电站运行和管理水平。2 2 系统监控对象根据上述电动汽车充电站建设的3 种模式，本文可确定电动汽车充电站监控系统的监控对象。1)模式1 的充电站。模式1 充电站的结构功能如图1 所示，该系统主要监控对象是大量具备交流输出接L 的允电桩和少量智能地面充电机，并与j：级集中临控系统0I允电站监控系统10 一00 一0l 充t u 桩ll 充一u 桩”ll 充电擗1|允电树m lA c 0A c 0D c 0D
15、c 士l 电动汽车ll 电动汽i ll 电动汽车Il I u 动汽车I图1 模式1 充电站的结构F i g 1S t r u c t u r eo fm o d e l1c h a r g i n gs t a t i o n电动汽车进行部分信息交互，并将相关数据上送给上级集中监控系统。2)模式2 的充电站。模式2 充电站的结构如图2 所示，该系统主要监控对象是大量的智能地面充电机和站内配电装置，需要采集电动汽车和电池包的充电过程数据，与上级集中监控系统进行信息交互。上级集中监控系统充电站监拧系统掣型幽I 电动汽车l l 电动汽车I图2 模式2 充电站的结构F i g 2S t r u c t
16、 u r eo fm o d e l2c h a r g i n gs t a t i o n3)模式3 的充电站。模式3 充电站的结构如图3 所示，其主要监控对象是允电机及其连接的电池包、应急充电机及其连接的电动汽车、站内配电设备、煳感装置、电池维护设备和快速更换设备等，并与上级集中监控系统进行信息交互。上级集I l 监控系充I U 站监控系统嘉ll委l l霪l l篓l l萋II萋图3 模式3 充电站的结构F i g 3S t r u c t u r eo fm o d e l3c h a r g i n gs t a t i o n2 3 系统应用功能需求2 3 1 允电监控功能充电监控功
17、能是充电站监控系统的核心功能，主要实现对充电桩和充电机的监视与控制。1)对充电桩的监控。监视充电桩的交流输出接口的状态，如电流、电压、开关状态、保护状态等；采集与充电桩相连万方数据第3 3 卷第1 2 期电网技术1 7接的电动汽车的基本信息；口的开断。控制充电桩交流输出接2 3 6 数据交换与转发功能2)对充电机的监控。充电机作为被监控对象，上送给监控系统的数据主要包含2 类：充电机状态信息，即输入输出电压、电流、电量、功率因数、充电时间、当前允电模式、充电机故障状态等；电池状态信息，即电池包基本信息、电池单体电压、电池单体温度、电池故障状态、电池管理系统设置信息等。此外，在电池包状态信息部分
18、，系统还需根据采集到的电池单体电压、温度等计算出电池包内单体最高电压、最低电压、最高温度、最低温度等统计信息，供限值统计、告警系统使用。对充电机的控制功能主要包括：对充电机充电开始、停止、紧急停止的控制；充电机充电模式的调整，即根据充电机连接电池的类型及其充电特性，操作人员可通过图形画面调整各阶段充电参数，并下发给充电机；向充电机及其连接的电池管理系统下发对时命令。2 3 2 配电监控功能实现对电动汽车充电站配电设备的监控，方便统一管理和数据共享。可实现对整站的总功率、总电流、总电量、功率因数、主变状态、开关状态、无功补偿及谐波治理设备的监视和控制。2 3 3 烟感监视功能在模式3 的充电站中
19、，为了保障电池允电安全，除了通过电池管理系统监视电池电压、温度外，在电池充电架中安装了数量众多的烟雾传感器，用于探测锂离子动力电池因过充导致电池自燃而释放出的烟雾。这些传感器接入充电站监控系统后，和充电监控功能(特别是在电池管理系统失效时)一起保障电池允电的安全。2 3 4 电池维护监控功能在大型充电站中，需要通过专门的电池维护设备对电池进行定期维护。在维护过程中，系统将采集到的维护数据存入充电站监控系统数据库，形成电池的完整数据档案，便于对电池进行整体评估。2 3 5 快速更换设备监控功能在具备电池快速更换设备的充电站中，可通过充电站监控系统对电池快速更换设备下发具体电池更换命令：让快速更换
20、设备在指定轨道位置更换电池架上指定位置的电池包。充电站监控系统可采集快速更换设备当前轨道位置、设备状态等信息。充电站要与上级集中监控系统进行数据交互，上送本地总加数据等实时信息以及电池系统允电历史数据信息，以便对电池数据进行集中分析和评估。3电动汽车充电站监控系统的实现与应用3 1系统结构参考当前充电监控系统4】与电力监控系统的技术实现路线(15】及发展趋势，采用平台化、模块化、组件化设计思想，本文设计开发了E V C S 2 0 0 0 充电站监控系统。该系统由基础平台、支撑平台、应用系统组成，系统结构如图4 所示。案婴 国国圉圉圈国嚣r 囡囡囡囡囡国万方数据1 8严辉等：电动汽车允电站监控
21、系统的设计与实现V 0 1 3 3N o 1 2图5E V C S 2 0 0 0 系统网络F i g 5N e t w o r ks t r u c t u r eo fE V C S 2 0 0 0工作人员可以通过图6 所示的各充电分区的主图6 充电分区主监视画面监视画面监视各充电机当前的工作状态、电池的充F i g 6M a i n m o n i t o r i n gp i c t u r e o f c h a r g e d i v i s i o n电状态以及对应烟雾传感器状态。式信息、该充电机所连接的电池包的各电池单体工作人员还可以通过图7 所示的充电机或电的电压、温度信息以
22、及电池管理系统故障状态信池包的充电状态信息监控画面监视充电机当前的息等。用户町以通过画面的按钮对允电机进行控输出电压、电流、电量、充电故障状态、充电模制操作。图7 电池充电监控回面F i g 7B a t t e r yc h a r g i n gm o n i t o r i n gp i c t u r eE V C S 2 0 0 0 系统圆满地完成了奥运会和残奥会1)研究和制订电动汽车充电站监控系统功能期间的保障任务，目前仍然担负着电动公交车充电规范，研究和制订充电站监控系统与充电机、充电站日常充电的自动化监控和管理任务。桩、电池维护设备等的通讯协议。此外，随着具备让电池更换功能的电
23、动汽车充电站逐渐增多，特定区一域内电动汽车充电站|日J 的数据交换随之增多，规范随着国内电动汽车示范运行的大规模歼展以电动汽车充电站监控系统之间数据交换标准也需及电动汽车产业化的推进，还需在以下几个方面对进行研究。电动汽车充电站监控系统进行深入研究：2)研究电动汽车充电站与波动性电源一体化万方数据第3 3 卷第1 2 期电网技术1 9集成控制技术，实现电动汽车充电站充电设备起停、充电功率调节与充电站可用输入功率的自动化和智能化协调控制。3)随着电动汽车商业化示范运行的增多，需要在现有的电动汽车允电站监控系统之上进一步开发支撑充电站商业化运营的充电站综合运营管理系统。参考文献【1】张文亮，武斌，
24、乍武峰等我国纯电动汽车的发展方向及能源供给模式的探讨【J】电网技术，2 0 0 9，3 3(4)：1-5 Z h a n gW e n l i a n g W uB m，L iW u f e n g，e ta 1 D i s c u s s i o n0 nd e v e l o p m e n tF e n do fb a R e r ye l e c t r i cv e h i c l e si nC h i n aa n di t se n e r g ys u p p l ym o d e J P o w e rS y s t e mT e c h n o l o g y，2 0 0
25、 9，3 3(4)：1-5(i nC h i n e s e)【2】上海市电力公司电动汽车项目组电动汽车充电模式与充电站建设研究【c】上海：清洁汽车技术创新发展论坛，2 0 0 7【3】陈全世，朱家琏，出光字先进电动汽牟技术【M】北京：化学工业出版社，2 0 0 7：3 4 5 3 6 4【4】4陈清泉，孙逢春，祝嘉光现代电动汽车技术【M】北京：北京理工人学出版社，2 0 0 2：2 8 9 2 9 6【5】陈宗璋，吴振军电动汽车充电站建设【J】大众用电，2 0 0 8(6)：3 4-3 6【6】刘强，工舂莉市场环境卜电动汽车的也力服务 J】电力需求侧管理，2 0 0 7，9(1)：4 5 4
26、 7 L i uQ i a n g，W a n gC h u n l i E l e c t r i cp o w e rs e r v i c eo fe l e c t r i c，a u t o m o b i l eb a s e do nm a r k e te n v i r o n m e n t J P o w e rD e m a n dS i d eM a n a g e m e n t 2 0 0 7 9(1 1：4 5-4 7(i nC h i n e s e)7】A l l e nF H y b r i dv e h i c l e sa n dt h ef u t
27、u r e o fp e r s o n a lt r a n s p o r t a t i o n M】N e wY o r k：C R CP r e s s，2 0 0 8：1 0 1 3 8】S a n d e e pD E l e c t r i cv e h i c l eb a R e r ys y s t e m s M W o b u m：N e w n e s，2 0 0 2：9 5 一1 1 4【9】李毙成电动汽车智能允电站研究与开发【D】杭州：浙江大学，2 0 0 6【1 0 J 耿莉陵智能充电机集散控制系统设汁【D I 北京：北京交通大学，2 0 0 6【1 1】黄李
28、，张维戈，姜久春2 0 0 8 年奥运会电动车充电站电气设计方案f J】建筑电气，2 0 0 7，4(8)：l8 2 1 H u a n gL i，Z h a n gW e i g e tJ i a n gJ i u e h t m T h ee l e c t r i c a ld e s i g ns c h e m eo ft h ev e h i c l ec h a r g i n gs t a t i o nf o rt h e2 0 0 8O l y m p i cg a m e s【J】B u i l d i n gE l e c t r i c i t y，2 0 0 7，4
29、(8)：1 8 2 1(i nC h i n e s e)1 2 1 黄李，张维戈，姜久春2 0 0 8 年奥运会也动车充电站规划及运营模式方案【J】建筑电气，2 0 0 7，钺5)：7 3 7 5 H u a n gL i，Z h a n gW e i g e，J i a n gJ i u c h u n T h ed e s i g na n dt h er u n n i n gm o d eo ft h ev e h i c l ec h a r g e-s t a t i o nf o rt h e2 0 0 8O l y m p i cg a m e s【J】M o d e mT
30、r a n s p o r t a t i o nT e c h n o l o g y，2 0 0 7，4(5)：7 3 7 5(i nC h i n e s e)【1 3】工健，姜久春电动汽车充电站信息管理系统的设计与实t g j 微计算机信息，2 0 0 6，2 2(1 5)：1 6 1 7 W a n gJ i a n，J i a n gJ i u c h u n T h ed e s i g na n dr e a l i z a t i o no ft h ei n f o r m a t i o nm a n a g i n gs y s t e mf o rt h ee l e
31、 c t r i c a lv e h i c l ec h a r g i n gs t a t i o n s J C o n t r o l A u t o m a t i o n，2 0 0 6 2 2(1 5)：1 6 一1 7(i nC h i n e s e)f 1 4】王云艳姜久春，牛利勇电动汽车充电站管理系统(J】微机发展，2 0 0 5。1 5(1 1)：5 7 5 9 W a n gY u n y a n，J i a n gJ i u c h u n tN i uL i y o n g M a n a g e m e n ti n f o r m a t i o ns y
32、 s t e mo fe l e c t r i cv e h i c l ec h a r g e s t a t i o n J】M i c r o c o m p u t e rD e v e l o p m e n t，2 0 0 5。1 5(1 1)：5 7 5 9(i nC h i n e s e)【1 5】王晓波。樊纪元电力调度中心统一数据平白的设计【J】电力系统自动化，2 0 0 6，3 0(2 2)：8 9 9 2 W a n gX i a o b o，F a nJ i y u a n C o n s t r u c t i o no f c o m m o nd a t a
33、p l a t f o r mi nt h ep o w e rd i s p a t c h e rc e n t e r J】A u t o m a t i o no fE l e c t r i cP o w e rS y s t e m s，2 0 0 6，3 0(2 2)：8 9 9 2(i nC h i n e s e)收稿日期：2 0 0 9-0 5 一1 2。作者简介：严辉(1 9 8 0 一)，男，硕士研究生。土要研究方向为电动汽车能源供给系统、电能储存与转换技术等，E-m a i hY H 9 8 5 1 6 3 c o m,李庚锐fJ 9 6 4 _ 一)，男，博士，教授
34、，博士生导师，主要研究方向为电能质量、电力市场、新型输配电技术等，E-m a i l：l i g y n c e p u e d u C l l；赵磊(1 9 6 3，男。岛级上程师，l i 要研究方向为供用电技术、电动汽车能源供给技术等，E m a i l：z h a o l e i b p s b c o m e n；武斌(1 9 7 6 一)，男，高级I：程师，上要研究方向为电力自动化和电动汽车能源供给技术等，E-m a i l：w u b i n e p r i a c e n。(责任编辑杜宁)中国电科院专家编写的人居电力电磁环境出版发行日前，中国电科院专家编写的科普读物人居电力电磁环
35、境由中国电力出版社正式出版发行。该书由中国电机工程学会电磁十扰专业委员会组织，电磁1 二扰专委会主任委员、中国电科院院长张文亮任主编，专委会荣誉委员、中国电科院老院长何万龄等专家为编委会委员，并得到中国电科院科技专著基金资助。人居电力电磁环境主要内容包括：电磁的发现与发展、自然电磁环境、人为电磁环境、电能的产生与输送、电力设施的工频电场和工频磁场、静电感应、工频电场和工频磁场与人体健康、工频电场和工频磁场的限值、无线电干扰和可听噪声、输变电工程建设环境监管等。该书面向大众读者，采用图文并茂的形式，内容编排上深入浅出，语言通俗易懂，通过列举典型实例阐述相关理论，并做到科学可信，以达到普及科学知识、纠正错误认知的目的，为构建和谐社会做出贡献。万方数据