电动汽车充换电服务网络运营

电动汽车充换电服务网络运营

张博仝庆跃王鑫萌程金

张博仝庆跃王鑫萌程金

（国网菏泽供电公司山东菏泽274000）

摘要：本文研究的目的是结合电动汽车试点建设情况，探究电动汽车充换电服务网络总体规划和配套规划。主要介绍了电动汽车充换电服务网络的构架和运营方式，全文与当地政府“十二五”电动汽车发展规划有机结合，将电动汽车发展规划分解引入到实例论证中，阐述理论分析的有效性和可行性。本文研究最终形成了电动汽车充换电服务网络规划方案，取得了一系列成果。研究成果具有一定的必要性、前瞻性和实用性，对相关工作开展具有一定的指导意义。

关键词：电动汽车;网络;运营服务;规划设计

1引言

为了减少石油等能源消耗，提高环境质量，汽车行业推出使用电池作为动力的电动汽车。随着电动汽车的发展，需要建设电动汽车的充换电服务网络为其提供电池充换电服务，这满足电动汽车运营的需求，为电动汽车发展提供基础保障。本文介绍了电动汽车充换电网络的整体架构，每一层的设计与实现，最后通过实际项目进行应用验证。

2整体架构

电动汽车充换电服务网络通过智能电网、物联网和交通网的“三网”技术融合，实施信息化、自动化和网络化的“三化”管理，实现对电动汽车用户跨区域全覆盖的同网、同质和同价的充换电服务。电动汽车充换电服务网络按照分层设计方法将其分为终端层、网络层、系统层。

2.1系统层

系统层主要有电动汽车运营管理系统，为电动汽车充换电服务提供全面业务管理和技术支持的软件系统，是实现电动汽车运营的必备要件。充换电运营管理系统是集充电监控、电池充换电管理、客户管理、计量计费、充电站/桩定位、告警异常处等功能于一体的电动汽车充电在线管理系统。它可对电动汽车充电站、换电站、充电桩进行集中监控，实现市区内所有充电设备运行信息的自动采集、统一管理和综合应用，从而提高电动汽车充电设施的运行和管理水平，提高工作效率，降低运维成本。

2.2网络层

网络层是连接终端层与系统层的纽带，其主要功能是实现电动汽车服务网络中各类站点（终端）与电动汽车运营管理系统的互联互通。

2.3终端层

终端层是电动汽车实现运营的基础支撑，主要是指构成电动汽车充换电服务网络的基础设施及设备，包括电动汽车各类充换电站（集中充电站、电池配送站、电池更换站）、交流充电桩、电动汽车及其车载终端等设备。下文将重点阐述系统层、网络层及终端层中车载终端的设计与实现。

3系统层设计

系统层的运营管理系统依托一体化数据交换平台和数据中心，完成国网总部、省之间的信息和数据交互，涵盖总部、省、地市和充换电站等四级应用，充分实现充换电服务网络运营的智能化管理，保障充换电服务网络运行高效、可靠、安全，为电动汽车提供智能、方便快捷的充换电服务。

3.1系统物理部署架构

运营管理系统采用总部、省两级部署模式，能够符合总部、省、地市、站点不同层次运营管理的特点，满足统一建设、分步实施的要求。运营管理主要是监控和管理经营区域内电动汽车充换电服务网络的运营，汇集所辖区域的结算信息、运行信息以及客户信息等，并对这些信息提供海量存储。在深度分析的基础上，负责区域内全局性业务的决策和调度。同时，与营销业务应用系统、95598供电服务系统、总部容灾系统以及GIS空间服务平台等进行信息交互的统一数据接口，并实现与英大智能支付卡系统的业务交互。

3.2系统功能设计

运营管理系统，通过综合利用传感网、智能标签、全球定位系统（GPS）、地理信息系统（GIS）和无线宽带移动通信等先进技术，实现对电动汽车、动力电池、充电设施网络等资产的在线监控和全寿命周期管理，提供包括客户管理等各项功能，提升电动汽车运营管理的智能化水平，优化资源配置，确保电动汽车充换电服务等相关业务高效运行。

结合GIS平台，在地图中为用户直观展现充电站、换电站、充电桩和GPS的实时监控信息。

（1）充电桩实时监控。系统提供充电桩实时监控数据的展示和召测功能，方便用户直观了解充电桩最近的运行情况。可监测和查看充电桩的电压、电流、充电状态、充电交易记录等。

（2）充电站实时监控。可查看充电站内充电机、有源滤波器、视频、安防等设备的实时监控信息，主要功能包括：充电站计量信息、充电机信息、充电站信息、配电监测信息、谐波监测信息、视频监控信息。

（3）换电监控。可查看充电站内充电机、电池箱、有源滤波器、视频、安防等设备的实时监控信息。

（4）GPS监测。系统预留GPS接口功能，通过电动汽车或电池上加装GPS和物联网模块，对车辆进行自动识别和行驶状态实施监测，对电池进行定位和动态监测，既实现里程计算的功能，又能够确保车辆和电池安全。

（5）实时报警。可实现充电设备的实时告警，可根据不同类型按级别进行报警处理。

4网络层设计

根据各类站点（终端）的实际情况，网络层采用符合站点（终端）实际需求的通信方式，为充换电服务网络中信息数据交互提供通道。

4.1通信网络架构

通信网络能够为用户提供城市区域、省内城际和省际城际区域无缝的电动汽车服务，覆盖总部数据中心、省级数据中心以及各类站点（终端）。数据采集管理主要负责换电站、充电站和充电站的数据采集。数据采集的方式主要分为主站主动采集和充换电站（桩）主动上报两种。支持GPRS、CDMA或网络的通讯方式，使充换电站（桩）实现与主站通讯，进行数据采集。

4.2通信通道设计

对各类站点（终端）的部署位置、通信需求进行综合分析，设计集中充电站、电池更换站、电池配送站、充电桩等的通信通道。

（1）集中充电站通信通道。集中充电站一般在110/220kV变电站附近，该类站点作为电池集中充电和供应站点，数量较少，对安全性和实时性要求较高，采用自建光纤网络方式就近接入电源引入的110/220kV变电站传输网络节点。可以采集充电站站内充电机电能量数据及充电交易记录。站内充电桩电能量数据及充电交易记录、充电电池状态信息、站内配电设备状态、有源滤波器数据、站内电表电能量等实时数据，采集视频、门禁、烟感等设备的数据。

（2）电池更换站通信通道。电池更换站分为城区和高速公路两种，城区电池更换站一般在交通枢纽、公共服务设施附近，高速公路电池更换站一般在服务区。电池更换站对安全性和实时性要求高，应采用自建电力光纤通信网络方式接入具备通信资源的110/220kV变电站、35kV变电站和10kV开闭所节点。对确实不具备自建网络条件的站点，可临时租用公网专线进行组网，在省级数据中心实现接入。可以采集①充电机的工作状态、温度、故障信号、功率、电压、电流等；②电池组温度、SOC、端电压、电流、电池故障信号灯；③电池更换站供电系统的开关状态、保护信号、电压、电流、有功功率、无功功率、功率因素、电能计量信息等；④电池更换设备的位置、工作状态信息。

（3）电池配送站通信通道。电池配送站是电动汽车运营的末端服务站点，数量较多，分布在社区的公共停车场、公共设施附近，对安全性和实时性要求较高，可充分利用城区10kV配网光纤网络资源实现接入。可采用自建光纤网络就近接入城区10kV配电光纤网络；在不具备接入光纤网络的条件下，可以采用租用公网专线进行组网，并在省级数据中心实现接入。

（4）充电桩通信通道。充电桩是电动汽车运营网络的末端充电设施，数量多，位置分散，分布在社区停车场、公共设施停车场等位置，对安全性要求较高，实时性要求一般。在充电桩区域不具备电力0.4kV终端通信接入网络（如电力光纤到户网络）或TD-LTE电力宽带无线专网资源时，租用公网无线方式进行组网；在具备相关资源时，采用自建专网接入0.4kV终端通信网络。可以采集停车场等社会单位的每个充电桩的电压、电流、工作状态、充电交易记录等。

5终端层设计

5.1工作原理

电动汽车车载终端部署在电动汽车内部，需要与车内整车控制系统及后台管理中心的运营管理系统进行信息交互。电动汽车内部网络使用CAN总线作为基本通信总线，采用总线型与星型相结合的网络拓扑结构连接传感器，通过车载网络可进行汽车控制以及实现车内数据交换和信息共享。车载终端可以接入整车的CAN网络，与整车控制系统互连，实时获取车及电池等相关信息；通过内置的GPRS/3G通信模块实现与运营后台系统的信息交互。

6应用实例

电动汽车充换电服务网络已在苏沪杭城际互联示范工程得到应用，通过验收已正式投运上线。在苏沪杭互联示范工程建设中，依托苏沪杭之间高速公路配套基础设施，建成9座智能充换电站，其中浙江4座，江苏3座，上海2座。工程所涉及的上海、苏州和杭州9个智能充换电站全部通过验收，标志着我国第一个跨省区电动汽车城际互联工程竣工，并具备投运条件。苏沪杭城际互联示范工程实现了华东地区和苏沪杭三地的电动汽车充换电服务网络互联互通，形成融合运营与管理的信息通信网。工程分别在苏州和上海、杭州部署总部级、省级运营管理系统，涉及3个省市充换电业务的互联运营与清分结算。该电动汽车充换电服务网络应用满足了电动汽车运营的跨城际、跨区域要求，为充换电服务网络的运营提供强力支撑，作为国家电网公司打造的电动汽车智能充换电网络的精品工程，为电动汽车在苏沪杭地区的跨城际交通创造条件，并将推动苏沪杭地区电动汽车产业的发展。

7结论

电动汽车发展符合我国国情，在政策扶持和引导下，电动汽车产业培育和发展已快速起步。作为国网公司落实国家新能源政策、建设统一坚强智能电网的重要组成部分，电动汽车服务网络试点建设工作在没有借鉴的前提下，在多个省市完成了一系列研究、探索与实践，取得了一批丰硕成果，产业集群正在逐渐形成。

本课题开展电动汽车充换电服务网络规划研究工作，以作者工作所在城市电动汽车试点建设内容为研究对象，围绕电动汽车发展规划，紧扣研究主题和重点，研究思路连贯清晰。文中通过具体数据举例说明，对电动汽车充换电服务网络设计中运营体系设计等内容进行了论证和阐述。本文给出基于分层设计方法的电动汽车充换电网络整体架构，对电动汽车充换电网络的系统层、网络层和终端层做了详细设计说明。最后介绍了国网公司电动汽车智能充换电网络试点工程项目，该项目采用本文所述的架构和设计方法，实现了电动汽车跨区、跨城际的运营功能，目前运行稳定，为电动汽车在全国范围内推广奠定了良好的基础，促进了电动汽车产业的发展。通过本课题研究，将更好地指导实际工作，推动电动汽车服务网络健康快速发展。