电动汽车充电桩运行管理系统设计与开发

刘潇潇，田建伟，王齐，刘金，黎曦

(湖南省电力公司科学研究院，湖南长沙 410007)

在能源日益缺乏、石油价格高涨以及对环境污染问题非常重视的今天，迫使人们去寻找传统内燃发动机汽车的代替品，各国纷纷发展电动汽车，这不仅关系到一个国家汽车工业的发展方向，更是一个能源结构的优化问题，事关各国的能源安全。

为积极响应国家号召，履行社会责任，2006年11月10日，国家电网公司(以下简称“国网”)在上海召开“推动电动汽车发展试点实施方案座谈会”，并确定湖南省电力公司为推动电动汽车工作的7个试点省(市)公司之一。公司积极开展电动汽车充电设施建设，湖南省广泛部署电动汽车充电桩，截止目前，全省共投运充电桩300个，在建充电桩300个，预计“十二五”末将达到10 400个。

1 设计原则

1.1 标准化原则

系统采用国网统一标准采集各类数据，并按统一格式对其进行存储管理。

1.2 安全性原则

系统操作具有权限及严格完善的密码、日志管理。服务器要有必要的病毒入侵检测手段和足够的抗病毒能力。提供系统级和应用级完备的数据备份和恢复机制。

1.3 开放性原则

规范数据通信协议和功能规范，面向不同制造商各类信息接入;提供开放的软件平台和标准接口;提供应用开发环境和标准的应用编程接口，便于用户的应用软件开发和集成。

1.4 先进性原则

在技术架构上，采用多层逻辑处理层体系结构，将系统分为表现层、控制层、服务层、数据库操作层，并采用当前最流行的先进技术手段实现系统的架构设计。

1.5 可扩展性原则

系统采用便于升级的模块化设计，可根据需求选择模块组合;系统升级时不影响系统运行。

2 总体框架

全省电动汽车充电桩运行管理采用集中式管理模式，将分散在各地市的充电桩数据通过GPRS无线方式或CAN总线方式进行采集管理，全省只部署1套主站软件。运行管理系统通过集成充电桩上传的数据信息，并整合付费IC卡系统数据，实现对全省充电桩及预付费充值卡的集中管理。同时充电桩运行管理系统还能与充电站监控系统等进行通讯，最终实现对全省充电设施的统一监管，降低运营成本。整体架构如图1所示。

图1 充电桩总体架构图

3 数据集成方案

充电桩运行管理系统数据主要来源于2个子系统，即充电桩采集前置机和充值卡管理系统。

3.1 与充电机采集前置机数据集成

(1)采用C++语言开发通讯接口，供运行管理系统调用，可根据需求变化随时增加新功能，且不受开发平台制约，具有较好的扩展性，对国网充电站通信标准支持力度最好。

(2)充电桩数据无线采集方式分为 pull和push＆pull。Pull方式下充电桩采集前置端作为接收服务器始终打开连接接收来自充电桩的GPRS数据。push＆pull方式下充电桩采集前置端先通过拨号方式与充电桩建立无线连接，然后发送接收指令接收充电桩数据。Pull方式始终打开连接资源耗费较大，push＆pull方式每次接收GPRS数据都需发送指令建立连接才可接收数据，数据采集周期时间较Pull方式长，但基于稳定性、安全性和资源耗费等方面综合考虑，推荐采用第2种方式。

(3)充电桩数据有线采集方式采用CAN总线和以太网2层架构，既能保证工业限产该数据可靠传输，又能满足数据信息的分析、记录、管理和远程共享管理。

3.2 与充值卡管理系统数据集成

将IC卡串口读写操作封装成dll动态链接库，供运行管理系统调用，同时IC卡数据操作同步写入数据库。这种数据集成方式大大减少了程序的执行代码，有效地利用了内存，并且由于dll文件通常作为一个单独的程序模块，封装性和独立性好，便于升级维护，大大提高了软件开发维护效率。

4 功能介绍

4.1 系统管理

4.1.1 个人资料修改

主要对登录进来的用户资料进行修改，修改的信息包含:登录账号、用户名称、登录密码、确认密码、所属角色、备注等。

4.1.2 用户管理

系统管理员可对系统用户进行增加、修改、删除以及查询等操作。用户只有与指定角色绑定后才能使用系统功能，一个用户只能归属于一个角色，一个角色可以对应多个用户。

系统管理员能够按照登录账号、姓名等对用户基本资料进行查询，其中用户基本信息的管理项目包括:登录账号、用户名称、登录密码、确认密码、所属角色、所属供电局、备注等基本资料。

4.1.3 角色管理

角色对应可以操作的功能权限，用以保护系统访问安全性。一个用户只能归属于一个角色，一个角色可以对应多个用户。

4.1.4 操作事件管理

系统对数据添删改操作等敏感事件进行详细记录，建立完善的审计机制，从而保证系统安全性，并作为今后进行事后监督和责任追溯的参考评价依据。

4.1.5 系统配置

系统参数配置主要针对充电桩所属区域、上传时间间隔参数等进行灵活动态配置。

4.2 充电桩监测

4.2.1 全省充电桩监测

集成全省各地市充电桩工作状态、充电电量、计费信息、充电机故障状态等信息，以图形、文字、表格相结合的直观方式展现全省充电桩布局、数量、运行状况、经营情况等。

4.2.2 地市充电桩监测

各电业局可对各自管辖范围内充电桩的工作状态、电压、电流、充电时间、充电电量、充电单价、充电总价、充电机故障状态等信息进行集中管理，显示当前充电桩准实时信息，并以图形、文字、表格相结合的直观方式展现地市管辖范围内充电桩布局、数量、运行状况、经营情况等。

4.2.3 充电桩历史记录

采集充电桩工作状态、电压、电流、充电电量、充电开始时间、充电结束时间、充电时间、充电电量、充电单价、充电总价、充电机故障状态等信息，并将其存入运行管理系统数据库，形成充电桩的完整历史数据记录;

提供查询功能，可按时间段、区域等条件进行查询，显示满足查询条件的充电桩历史记录，并提供报表生成。

4.3 充值卡管理

4.3.1 建立人员档案

建立充值卡人员档案信息，包括:人员姓名、联系方式、所属地区等。

4.3.2 充值卡操作

提供充值卡开户、销户、挂失、补卡等操作。充值卡状态有4种:待销售、售出中、已充值、注销中。

执行开户操作后的充值卡均会在数据库中留下入库记录，对已经入库的充值卡进行入库成功校验后将充值卡状态统一置为待销售;卡销售时，只能销售状态为待销售的卡;销售后，卡状态统一置为售出中;用户充值时，卡状态必须为售出中，且其卡密码经校验后与数据库中保存的一致，方可执行充值操作;充值完成后卡状态置为已充值，同时将充值信息存入数据库中;充值信息成功录入数据库后，充值卡状态又会置为售出中。只有具备权限的用户才能注销待销售状态的充值卡，其他处于销售和充值状态中的卡是不能注销的，所有入库后的卡一律不允许删除。如客户卡丢失，还可执行补卡操作将原卡信息写入新卡，同时原卡作废处理。

4.3.3 充值卡充值

读取充值卡信息，在对充值卡进行充值之前，验证充值卡是否为有效卡，充值卡状态是否正确。无误后，方可执行充值操作。

该功能只有分配了相应权限的人员才可访问执行相关操作，不可越权操作。

4.3.4 充值卡缴费记录

可按时间段、卡号、卡用户名称等，查询充值卡缴费记录等;

具体显示信息包括:流水线号、卡号、卡内剩余金额、卡状态、卡入库日期、售出日期、充值日期、充值用户号、用户姓名、操作员工号等。

4.4 前置采集端

前置采集机是系统的关键组成部分之一，主要完成与通信和规约解释相关的处理逻辑，要求系统具有处理大规模并发任务的能力。前置采集分为前置通信调度、数据采集、数据管理等部分。前置通信调度是对各种与终端的远程通信方式进行通信的管理和调度;数据采集负责采集充电桩数据，并进行协议解析;数据管理负责对数据的合理性检查、存储、统计。

5 结论

本文设计并实现了电动汽车充电桩运行管理系统，该系统能够及时获得充电桩运行时各项数据，及时观察到各类异常情况，从而使得电力工作人员面对众多分散零散的充电桩管理有条不紊。同时，集成的充值卡系统简单易行，投资成本低，未来可考虑与电、水、煤气、天然气等充值卡统一，实现缴费一体化，进一步扩展电力营销服务。今后随着电动汽车产业的发展，电动汽车充电桩运行管理系统的重要性将日益凸显。