电动汽车充换电站监控系统设计与应用研究
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摘 要：充换电站作为补给电动汽车的重要基础设施，在一定程度上有助于推动电动汽车朝着产业化的方向发展。目前，主要借助电池更换和充电的形式完成对电动汽车的能源供给，另外还包括充电站、电池配送中心、电池更换站以及交流充电桩的集中或者分散布置等是充换电的主要设施。
电动汽车充换电站监控系统的存在能够将与能源供给方面的设备信息集中起来，如各种设备（站内充电、电池箱更换、配电、视频与环境监控、站内其他智能设备、配置参数的信息、充电等），进而有助于能够有效的控制、管理以及监视站内的各种设备，其本身所具备的功能与上级监控管理系统没有区别。
1 监控系统的特点
该监控系统所能够涉及到的工作都比较复杂，种类比较多，与常规电力系统相比，区别就会更加明显。
（1）环境条件的特殊性：由于在充电站内所受到的电磁干扰比较多，监控设备在运行过程中对于各方面的要求都比较高，如环境的温度和湿度、灰尘等。
（2）设备种类的复杂性：具体设备的种类组要包括开关、传感器、充电桩、智能电表、配变、视频摄像头、各类充电机、无功补偿装置以及有缘滤波等。
（3）相关接口非常多。
（4）严格地参照国际标准和IEC将系统体系的接口标准和通信协议制定下来，在一定程度上有助于与第三方设备一起展开操作，确保厂家能够积极的参与到系统的集成。
（5）功能要求的特殊性：电动汽车充换电站监控系统往往更加侧重于对安全充电的管理，便捷性的电池更换服务等，由此相关设备不管在哪种情况下都能够确保运行的安全性、有效性以及稳定性。
2 系统的功能
监控系统在一定程度上能够实现对各种充电设备的实时监控与管理，如充电、配电、电池更换、视频和环境设备等，由此可以为充电设备的安全、有效以及可靠运行提供重要的保障。
2.1 充电监控单元
（1）将来自直流充电机和交流充电桩的实时数据收集起来，如电压、电量、电流、工作状态、告警和故障信号等；电池箱的实时参数主要包括电池箱的温度、电压、故障信号以及电流等。（2）对遥控和紧急停机、校时以及充电参数的远方设定等，科学的控制和调节充电设备。（3）将各种状态指示信息送到充电架上，如就位、空置、正在充电以及充满。（4）详细的记录各种充电事件，如操作、系统故障以及异常参数等。（5）及时的对异常的设备状态、各种故障、系统软硬件以及通信接口网络故障报警等提供一种有效的处理方式。
2.2 电池更换监控单元
（1）以电池箱实际充电情况和参数指标为准则，在电动汽车更换电池的过程中，确定动态化的电池成组配置方案，进而实时有效的控制每个电池箱的更换操作，确保能够安全稳定的进行；（2）将工作的具体状态、故障方面的信息以及电池设备的具置等采集起来并完成上送；（3）进行监控系统各种命令的接收，如启动、停止、急停以及移动等，并且对电池箱的具置进行及时的更换；（4）详细的记录下电池更换的各种事件。
2.3 配电监控单元
（1）将配电系统的电流、电压、电能量、有功和无功功率、功率因数、开关状态以及保护信号采集起来并完成上送；（2）对配电系统开关的分合操作进行科学的控制；（3）对配电系统的各种数据进行有效的处理，如越限警报、故障的统计以及事件记录等；（4）对无功补偿装置和有源滤波进行实时监督和控制，科学的设置运行参数，通过对投切前后电网谐波数据的采集，强化对电网电能质量的认识。
3 监控系统架构
3.1 系统结构
第一，站控层。其主要是由计算机网络连接的操作员工作站与各种功能共同组成，以此可以通过站内运行人机界面的提供，实现各种功能，如间隔层设备的管理与控制等，进而有助于完成对相关数据的采集、处理以及存储，图形化数据的展示、遥控和符合调控等，在此基础上一个级管理和监控的全站中心由此形成，通信功能也得以获得有效的实现。
第二，间隔层。其组成部分主要包括充电、电池更换、配电、视频和环境、各种网络以及通信接口设备等各种监控单元，有利于原始数据的及时采集，在就地操作和执行过程中对单元设备的实际功能进行及时且准确的监测与控制。另外，还能够将设备运行的具体状态和数据及时的收集起来并上传到站控层，对站控层所发出的控制命令进行准确接收和严格执行。
第三，监控层。为同步实现采集、控制以及事故警告等整个监控系统的功能，进而系统配置方面的要求，监控层也能够最大限度的满足。
3.2 网络通信结构
（1）站控层网路：通过利用太网的形式实现了站控层中各个主机之间额度连接。以充电站规模的大小为住，为保证通信的可靠，建议利用双网的形式进行连接，单网也可以。采用星型以太网的形式将站控层和间隔层连接起来。其中太网连接适用于间隔层、单独组网适用于视频和环境监控系统，而利用网络通道或者专线有助于实现上级监控管理系统和监控系统间的通信。
（2）间隔层设备内部网络：充换电站本身包含众多的监控对象，针对设备类型的不同其内部所采用的通信方式也各有不同，如充电桩、电池箱和充电架、堆垛设备、电池更换设备等。
除此以外，监控系y架构还包括硬件和软件系统。
4 监控系统的设计实例
4.1 充电监控单元
充电监控单元主要是一种能够将充电监控进行集中提供的重要人机交互界面，有利于充电机各项工作的完成，如数据的查询与收集、监控等。同时，充电机可以为监控单元实时的提供一些关于自身运行和电力充电相关的数据，进而有利于对充电机相关的充电策略和启停控制等，或者还可以给监控系统及时的提供各种数据。
4.2 电池更换监控单元
电池更换监控单元本身所具备的优势集中体现在采集、处理以及储存换电过程中的各种数据，通过图形化的人机界面、语音报警的提示，可以将系统数据和换电控制方面所的指令及时的展示出来，并且该单元本身具有一定的独立性，但是离不来电池储存架和充电架的信息支持，并且还能够为后台监控系统提供将一系列的状态和控制系统。
5 结束语
电动汽车充换电设施的监控系统本身具备一定的繁杂性，多个专业设备在监控和运行方面的要求都有所涉及，其本身就是一个比较特殊的行业。因此，只有通过不断的完善的工程实践，才能科学的对监控系统进行设计，系统本身的功能才能实现有效的优化和拓展。