1、能效管理电器与能效管理技术( 2015No 2)崔玉家 ( 1980) ，男， 工程师， 主要从事输变电工程技术研究。刘械( 1984) ， 男， 工程师， 主要从事电力自动化， 电力能耗管理及电动汽车充电站管理。刘小波( 1968) ， 男， 工程师， 主要从事电力系统配电网自动化。电动公共汽车充电站充电管理系统设计崔玉家1， 刘械2， 刘小波2( 1 重庆市电力公司 基建部，重庆400044;2 重庆樱花电气开关有限公司，重庆400061)摘要:设计了一种电动公共汽车充电站充电管理系统。系统主要对充电设备管理、 充电交易管理、 充电桩监控、 BMS 数据分析以及充电数据发布进行功能分析及设
2、计。结合网络技术、 视频技术和通信技术设计实现充电站的智能化、 无人化管理。关键词:电动汽车;充电管理;视频监控;无人化中图分类号:TM 910 6文献标志码:B文章编号: 2095- 8188( 2015) 02- 0061- 04Design of Charging Management System for ElectricBus Charging StationCUI Yujia1， LIU Xie2， LIU Xiaobo2( 1 Chongqing Power Corporation，Chongqing 400044，China;2 Chongqing Sakura Electri
3、c Switchgear Co ， Ltd ，Chongqing 400061，China)Abstract:The design of a kind of charging management system for electric bus charging station wasintroduced The system mainly carries on the analysis and design of charging equipment management， chargingtransaction， charging pile monitoring， BMS data man
4、agement analysis and charging data publishing; and combineswith the network technology， video technology and the communication technology to realize the intelligent andunmanned management of the charging stationKey words:electric bus;charging management;video monitoring;unmanned0引言随着社会对环境和能源的日益重视， 电
5、动汽车以其燃料的可再生性、 清洁性已成为社会关注和大力发展的对象。电动公交车作为“国家 863计划” 中新一代电动汽车技术科技创新的主攻方向， 体现了国家从公共服务领域推动新能源汽车科技发展的规划。与其他乘用车相比， 电动公交车有着明显的优势， 从经济节能方面， 电动公交车的节油和减排效果更加明显。据有关统计， 我国每辆公交车日行驶里程 220 280 km， 消耗燃油90 120 L， 相当于 30 辆私家车的油耗和排放; 从管理方面， 由于公交车集中管理、 统一调配， 有着固定的运营模式， 能够为充电站建设和管理提供合理的数据支持， 因此更有利于推动电动公交车的发展。现有的电动公交充电站管
6、理系统只是对充电设备的状态及充电数据进行了实时监测， 并只支持充电记录的本地存储和查看。因此， 设计了电动公共汽车充电站充电管理系统。1系统设计电动公共汽车充电站管理系统结构图如图 1所示。该系统通过设计充电设备的统一管理、 设备信息的统计分析、 充电状态数据和视频结合的监控方式和充电数据对电网的标准接入， 实现对充电站可靠运行和电网标准接入。16电器与能效管理技术( 2015No 2)能效管理图 1电动公共汽车充电站管理系统结构图1 1充电设备管理模块现有的充电设备管理只针对充电卡信息进行管理， 以便充电交费的统计; 由于电动公交车充电站充电设备采用高电压、 大电流的直流充电方式，对设备进行
7、有效的管理是充电站可靠运行的保证。设备管理分为: 整车充电机管理和电动汽车管理; 整车充电机管理根据充电机的维修次数、 本次运行时长、 总运行时长及充电枪的使用次数、 充电温度信息生成维护记录。通过统计分析充电机部件故障率来快速定位故障可能性部件; 通过分析各个部件运行时长来生成预维护信息。电动汽车管理分为车辆基本信息、 电池信息和充电卡信息。电动公交车和充电卡实施“一车一卡” 的方式; 并存储电池更换记录、 充电卡充费记录和充电卡更换记录。1 2充电交易管理模块相较于充电交易记录的存储， 充电交易管理更注重对充电交易差异性数据的管理。据统计，充电站一天的充电记录达到 1 000 多条， 甚至
8、随着电动公交车数量的增加充电记录数在不断的增长， 而由充电操作的差异引起充电数据差异只占百分之一; 该模块实现了对充电记录中“充电金额” 与 “充电电量” 差异性进行“红色标亮” 处理，能够明确的指出差异性记录， 提高管理人员对数据准确性的把握。1 3充电站监控模块电动公交车充电站完成充电的主体为公交车司机; 传统意义上的充电监测通过对能体现充电机状态的数据进行监控， 比较单一， 值班人员必须在现场才能看到电动公交车司机充电过程， 而如果同时多辆车在进行充电， 值班人员就有点“顾此失彼” 。通过利用视频技术采集安防系统的视频画面实时、 形象、 真实地反映充电车辆， 再结合充电状态数据监测能够很
9、好地把值班人员从现场解放出来，只需在值班室就可以实现对所有充电车辆进行监测。此方式也是对充电站管理可视化的初步实现，是充电站管理无人化值守的重要体现。本模块结合网络技术、 视频技术、 通信技术实现对电动汽车运行状况远程监视功能; 通过实际的项目实施证实该应用为客车公司更加直观的了解客车的充电情况。客车公司远程视频监视系统基于专业充电站内部视频监控系统， 通过原有数字硬盘录像机的环通功能分流视频信号到新增数字硬盘录像机上， 使客车公司视频网络和专用充电站内部网络彻底分离; 利用有线宽带通道实现视频画面的远程输出; 同时在公司网站内嵌入视频插件， 用户可利用浏览器( 或专用的视频监视系统) 即可实
10、现对客车充电运行状况远程监视， 并可对监视画面进行存储和回放。充电站监控网络图如图 2 所示。充电桩监控管理界面如图 3 所示。图 2充电站监控网络图图 3充电桩监控管理界面26能效管理电器与能效管理技术( 2015No 2)1 4BMS 数据分析管理模块电动汽车的动力来源是由成组的电池构成。目前， 国内外电动车基本采用锂离子电池。锂电池具有安全可靠、 工作电压高、 无记忆效应等优点， 但因其能量密度仍较低， 造成电动车单次充电续驶里程较短， 且电池成组循环寿命低。另外， 单体电池使用过程中的环境差异， 会加大单体电池间的性能差异， 导致性能较差的电池加剧恶化， 使电池组的循环寿命相对单体电池
11、大大缩短。如果在公交车行驶间隙采用快速充电， 为公交车提供电能补给， 将造成电池负极极化， 容量严重衰减，从而引起寿命急剧衰减1 。虽然国内应用的钛酸锂电池从一定程度上提升了电池的使用寿命，但对电池状态的监测分析是保证电动汽车稳定运行的主要手段。借助车载 BMS 实时记录单次充电各个单体电池的荷电状态、 电池组 SOC、 蓄电池组单体电池的端电压和温度、 充电电流及电池包总电压数据2 。充电站数据管理系统与充电机控制器连接，可对电动汽车充电过程数据进行实时监测， 对过程中产生的过流和过压事件进行告警， 并对此次充电过程中的电池充电状态进行记录， 为进一步优化和开发新型电池、 充电器、 电动机等
12、提供试验数据; 为充电过程中出现的故障信息提供分析依据; 通过统计每辆电动汽车的电池状态、 充电次数、 电池充电时间和充电总电量等数据生成相应的车辆充电报表( 或通过接口接入公交公司的管理系统) ， 便于公交公司对车辆进行管理和维护工作。1 5充电数据发布模块为把充电站管理纳入到国家电网进行统一管理和规划， 相较于现有的充电交易管理只支持本地存储和管理， 同时增加远程接入国家电网电动汽车网络运营系统标准接口; 数据以“链路层为客户端， 应用层为服务端” 的方式发布， 即充电站数据管理系统主动连接中心运营监控系统; 连接建立后， 响应来自中心运营监控系统的请求， 并主动上送变化数据和充电记录。数
13、据格式分为“数据点” 和 “数据包” 两种 : “数据点” 表示单个数据变化即可刷新( 遥测、 遥信) ; “数据包” 表示多个数据表示一个信息变化( 记录)3 。数据传输流程图如图 4 所示。图 4数据传输流程图1 6其他功能模块充电报警管理模块: 主要包括充电过流、 过压以及过温告警， 系统通过结合 GPS/GSM 无线通信技术实现对充电站管理人员的远程通知4 。通过对电动汽车充电过程数据进行实时监测， 对过程中产生的过流、 过压及过温事件进行告警， 并可以配置以文件方式、 短信方式和声音方式来提示用户; 用户可通过时间和充电桩号单个或组合36电器与能效管理技术( 2015No 2)能效管
14、理条件查询相应的报警信息， 并对查询结果进行打印。充电报表管理模块: 因电动公交充电站的管理涉及到公交公司和供电公司， 而由于电动公交作为电动汽车的主要研究对象可能还涉及到电动汽车公司， 面向各方的报表模板根据需求自己定义生成， 可手动或自动生成所需报表， 如: 报警信息报表、 充电交易记录报表和充电设备统计报表等。2结语通过对上述电动汽车充电站监控管理系统的设计说明， 综合采用了网络技术、 通信技术、 视频技术及数据库技术实现对电动汽车充电站专业管理。经过现场应用证明， 该系统能够很好协助值班人员预处理充电设备故障和快速定位充电设备可能性故障模块， 保证充电设备的可靠运行， 提高充电设备的充
15、电效率; 良好的数据管理方式和数字图像相结合的监控方式实现了充电站管理的无人化和少人化; 最后该系统实现了对国家电网电动汽车网络运营系统的标准接入， 充分体现了充电站管理的标准化 。“充电站智能化、 无人化管理” 是个值得深入探讨的话题， 多学科的技术结合是实现充电站智能管理的一个重要方向。【参 考 文 献】1中国电动车网 纯电动公交车适合中国城市交通 G/OL 2013 08 01 2 冯冬青， 赵洪蕊， 王迎迎 电动汽车充电站智能监控管理系统设计 J 计算机测量与控制， 2011， 19( 7) : 1 619- 1 6223国家电网公司营销部 电动汽车智能充换电服务网络运营监控系统标准化
16、设计_通信规约分册 G 20124 严辉， 李庚银， 赵磊， 等 电动汽车充电站监控系统的设计与 实 现J 电 网 技 术， 2009， 33 ( 12) :15- 19收稿日期:檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿2014- 11- 11( 上接第 55 页) 10 BATON J P， INFIELD D G Energy storage and itsuse with intermittent renewable energyJ IEEETransaction on Energy Conversion， 2004， 19 ( 2 ) :
17、441- 448 11 HUANG S L， KONG L， XU H P Control algorithmresearch on seamless transfer for distributed resourcewith aLCLfilter C ProceedingsofIEEEDeregulationandestructuringandPowerTechnologiesConference，Nanjing，China，2008:2810- 2814 12 MAJUMDE ，GHOSH A，LEDWICH G，et alControl of parallel converters fo
18、r load sharing withseamless transfer between grid connected and islandedmodes CProceedings of IEEE Power and EnergySociety General Meeting- Conversion and Delivery ofElectrical Energy in the 21stCenturey，Pittsburgh，2008: 1- 7 13 赵晶晶， 朱兰， 杨秀 储能系统在微网中的供电性能分析J 上 海 电 力 学 院 学 报， 2012， 28 ( 3) :265- 270 1
19、4 LINDBEG M MechanicalengineeringreviewmanualM 8th ed San Carlos CA:ProfessionalPublications， 1990: 2- 3 15 赵冬梅， 张楠， 刘燕华， 等 基于储能的微网并网和孤岛运行模式平滑切换综合控制策略 J 电网技术， 2013， 37( 2) : 301- 305 16 刘健， 毕鹏翔， 董海鹏 复杂配电网简化分析与优化 M 北京: 中国电力出版社， 2002 17 熊小伏， 周永忠， 周家启 计及负荷频率特性的低频减载方案研究J 中国电机工程学报， 2005， 25( 19) : 48- 51
20、 18 KATIAEI F， IAVANI ， HATZIAGYIOU N， etal Microgrids management IEEE Power and EnergyMagazine， 2008， 6( 3) : 54- 65 19 WANG Z T， HUANG X H，JIANG J Design andimplementation of a control system for a microgridinvolving a fuel cell power module/ /Proceedings ofElectrical Power Conference，October 25- 26， 2007，Montreal， Canada: 207- 212 20 奚玲玲，孙佳林 基于三层构架的设计的微网控制系统 J 装备机械， 2014( 3) : 19- 22 21 刘尚明， 王纯 燃气轮机及联合循环一次调频控制综述 J 热力透平， 2004( 3) : 33- 37收稿日期: 2014- 12- 2446
