談電動(dòng)汽車充電樁數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控

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摘要：隨著能源短缺和環(huán)境污染的日益嚴(yán)重，國家開始加大對(duì)能源環(huán)境的治理，電動(dòng)汽車逐漸進(jìn)入人們的視野。作為電動(dòng)汽車的基礎(chǔ)設(shè)施，充電站的建設(shè)已經(jīng)迫在眉睫，因此與之配套的充電樁監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)與研究有著重要的意義。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車；充電樁；數(shù)據(jù)采集；監(jiān)控

一、引言

由于日益嚴(yán)重的環(huán)境和能源問題，并且伴有環(huán)境污染和能源消耗，傳統(tǒng)燃料汽車變得越來越受關(guān)注。由于電動(dòng)汽車具有清潔，環(huán)保和節(jié)能的特點(diǎn)，我們希望許多國家的政府重視電動(dòng)汽車，并成為減少環(huán)境污染和減少對(duì)石油依賴的重要交通工具。此外，各國政府出臺(tái)了各種鼓勵(lì)性政策和具體措施，以幫助汽車企業(yè)積極參與和促進(jìn)電動(dòng)汽車的發(fā)展。電動(dòng)汽車行業(yè)的發(fā)展仍然存在兩個(gè)主要瓶頸。一種是動(dòng)力電池本身，另一種是充電方法。充電技術(shù)的挑戰(zhàn)之一是充電監(jiān)控，傳統(tǒng)的充電監(jiān)控系統(tǒng)所使用的控制軟件通常基于前端和后端結(jié)構(gòu)，難以維護(hù)命令代碼，不便于擴(kuò)展功能，因此充電控制隨著系統(tǒng)復(fù)雜性的增加，很難適應(yīng)。隨著IT技術(shù)的不斷發(fā)展，嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于制造業(yè)、過程控制、通信等領(lǐng)域，并以此為契機(jī)，將嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)引入到充電監(jiān)控中。在該系統(tǒng)中，監(jiān)控系統(tǒng)的功能可以擴(kuò)展，以滿足電動(dòng)汽車對(duì)充電系統(tǒng)的技術(shù)要求。

二、充電樁系統(tǒng)的組成及概述

根據(jù)設(shè)計(jì)目的和要求，設(shè)計(jì)充電監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，如圖1所示。考慮到許多充電器和充電站品牌的混雜，必須配置多個(gè)工作站進(jìn)行充電監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的收集，每個(gè)工作站需要收集與多個(gè)充電器的充電過程有關(guān)的數(shù)據(jù)，并且可以隨時(shí)分發(fā)給充電器。計(jì)費(fèi)模式和其他功能的相關(guān)參數(shù)也應(yīng)考慮從數(shù)據(jù)庫服務(wù)器收到的時(shí)間調(diào)整命令。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中配置的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器主要用于存儲(chǔ)充電監(jiān)控工作站傳輸?shù)某潆娺^程中電池盒和電池單體的相關(guān)數(shù)據(jù)，并可以執(zhí)行曲線查詢和報(bào)告查詢等相關(guān)數(shù)據(jù)功能作為充電和電池狀態(tài)系統(tǒng)的提供者，通常將備用數(shù)據(jù)庫服務(wù)器配置為確保操作數(shù)據(jù)冗余和可靠性，來自特定設(shè)備的實(shí)時(shí)和歷史數(shù)據(jù)可以根據(jù)需要傳輸?shù)狡渌到y(tǒng)。收費(fèi)數(shù)據(jù)采集工作站和數(shù)據(jù)服務(wù)器之間使用以太網(wǎng)連接，以確保數(shù)據(jù)交換的速度和可靠性。充電數(shù)據(jù)采集工作站與充電器之間采用CAN總線通信，通信協(xié)議采用CAN2.0標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，將整個(gè)充電數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)分為以下四個(gè)部分：

（一）數(shù)據(jù)通訊它主要包括CAN總線通信協(xié)議的配置和解釋等內(nèi)容。由于整個(gè)數(shù)據(jù)傳輸都是通過CAN總線進(jìn)行的，因此協(xié)議是否合理與項(xiàng)目通信的質(zhì)量和傳輸效率有關(guān)。處理通訊協(xié)議時(shí)，可以批量上傳電池?cái)?shù)據(jù)，每批數(shù)據(jù)用唯一的ID進(jìn)行表示。CAN是一條共享的廣播總線（也就是說，任何節(jié)點(diǎn)都可以接收和傳輸信息），并支持高達(dá)1Mbps的數(shù)據(jù)速率。在1Mbps的速度下，CAN總線的距離接近30m，在10kbps的速度下，最長可達(dá)6km。該充電樁監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)速度為250Kbps，所有錯(cuò)誤檢測、錯(cuò)誤糾正、發(fā)送和接收都是通過CAN控制器的硬件完成的，而CAN總線網(wǎng)絡(luò)的建立主要負(fù)責(zé)相應(yīng)設(shè)備協(xié)議的開發(fā)，并分析程序。

（二）采集工作站收集工作站可以在監(jiān)視過程中充當(dāng)通信服務(wù)器，收集的數(shù)據(jù)可以直接發(fā)送到本地實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，并且歷史數(shù)據(jù)也可以根據(jù)需要存儲(chǔ)在本地。

（三）數(shù)據(jù)服務(wù)器安裝用于歷史數(shù)據(jù)管理的通用商業(yè)軟件SQLSERVER，并安裝實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫。歷史數(shù)據(jù)庫的DBI界面提供了一個(gè)快速訪問界面，可以方便地查詢數(shù)據(jù)。

（四）WEB服務(wù)器Web服務(wù)器存儲(chǔ)由系統(tǒng)的HTML文件，將必要的數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆撐募⑾蛴脩籼峁g覽服務(wù)站點(diǎn)，用戶使用IE瀏覽器作為標(biāo)準(zhǔn)的瘦客戶端（B/S）來瀏覽服務(wù)器屏幕。數(shù)據(jù)采集包括數(shù)據(jù)來源、數(shù)據(jù)種類及遠(yuǎn)程控制功能等多種模式，如下所述:由于充電站中充電機(jī)數(shù)量眾多，所以數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集通道一般按16路以上充電機(jī)設(shè)計(jì)，而采用CAN接口通用的PCI通訊卡可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)CAN網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集。1.數(shù)據(jù)來源數(shù)據(jù)來源包括：充電機(jī)上傳的充電過程及電池箱相關(guān)運(yùn)行數(shù)據(jù)、人工置入的設(shè)置性數(shù)據(jù)、通信運(yùn)行的參數(shù)數(shù)據(jù)。2.數(shù)據(jù)種類（1）充電器運(yùn)行數(shù)據(jù)：包括充電器狀態(tài)和每個(gè)充電過程的相關(guān)數(shù)據(jù)（時(shí)間，起止標(biāo)志，標(biāo)志，位置，當(dāng)前充電方法等）。（2）充電器故障報(bào)警信號(hào)：充電器工作模式選擇開關(guān)故障，充電器輸入電壓過低，充電器輸入電壓過壓，充電器輸出電流過流（輸出短路），充電器輸出電壓過壓。（3）可充電電池組信息：電池類型、電池模塊數(shù)量、溫度、電池電壓、SOC充電、端子電壓、充電電流、電池連接狀態(tài)等。3.遠(yuǎn)程控制功能（1）停止功能：充電器可以停止。（2）充電器操作模式讀取/寫入功能：可以遠(yuǎn)程讀寫充電器操作模式參數(shù)信息。（3）充電器的緊急停止功能：在緊急情況下提供所有充電器的緊急停止功能。

三、應(yīng)用

用戶可以正確輸入用戶名和密碼，然后進(jìn)入監(jiān)控軟件主界面，監(jiān)控主界面顯示充電器的運(yùn)行狀態(tài)和充電站的整體運(yùn)行狀態(tài)。在監(jiān)視軟件運(yùn)行時(shí)，實(shí)時(shí)自動(dòng)刷新將顯示最新數(shù)據(jù)。車站的監(jiān)控主要是通過以太網(wǎng)將CAN的充電文件和充電器的數(shù)據(jù)從以太網(wǎng)傳輸?shù)诫妱?dòng)汽車的充電站的監(jiān)控，以實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的數(shù)據(jù)監(jiān)控，并完成遙測和遙信功能。當(dāng)通過參數(shù)觸發(fā)警報(bào)時(shí)，充電器狀態(tài)的背景顏色會(huì)更改，并且還會(huì)通知警報(bào)設(shè)備。

四、結(jié)論

綜上所述可以分析得到，充電樁監(jiān)測系統(tǒng)具有很好的發(fā)展前景，可以在電動(dòng)汽車蓬勃發(fā)展的今天充當(dāng)重要角色。

參考文獻(xiàn)

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作者：楊婷 單位：陜西服裝工程學(xué)院