时昱 付亚宣 常安 张同立 于海
河南九域腾龙信息工程有限公司，河南省郑州市
摘 要：电动汽车使用过程中，需要充电或更换电池为其提供必要的能源供给，所以充换电站是保证电动汽车正常行驶的基础设施。为更好提供充换电服务，保障充换电站安全有效运营，电动汽车充换电站实时监控系统显得尤为重要。
关键词：电动汽车；充换电站；监控系统；设计；应用
引 言
现如今大力发展新能源行业已经成为各国提升经济水平的一个重要举措，在此背景下，新能源电动汽车受到了社会各界的广泛关注，还被部分国家纳入到新能源发展国家战略当中。与此同时也是全球汽车行业转型升级的一个关键性阶段，所以有效推动了电动汽车行业的迅猛发展。就目前情况来看，电动汽车充换电站建设发展基本趋于成熟，而智能化监控在充电场站安全运营工作中发挥着十分重要的作用，下面就对这一监控系统的设计和应用进行详细分析。
1 监控系统的特点
电动汽车充换电站监控系统需要承担的工作比较繁杂且种类多样化，和普通电力系统相比较而言，主要体现出以下五个方面的特点：
①所处环境比较特殊。电动汽车充换电站往往会受到较大的电磁干扰，所以对监控设备的抗电磁干扰性能要求就会比较高，如对环境中灰尘和温度及湿度的适应性。②设备种类多样化。常见的监控系统设备包括视频摄像头、无功补偿装置、开关、充电桩、有源滤波、传感器及智能电表等。③电力接口非常多。而且接口必须严格负荷IEC系统体系和国际标准要求，系统的集成还需要厂家的参与。④对系统功能要求比较高。电动汽车充换电站监控系统的主要功能是针对车辆安全充电的管理，并为用户提供便捷的电池更换服务，无论充电设备处于任何状态，都要保证充换电过程的稳定性和安全性。
2 监控系统的功能
结合电动汽车充换电站具体情况设计科学的监控系统，能够实现对充电场站各充电设备的实时监控与管理，从而保证了充电设备使用过程的有效性和安全性。下面就该监控系统在充电监控单元、电池更换监控单元及配电监控单元等五个方面的功能进行详细阐述：
2.1 充电监控单元
①收集交流充电桩和直流充电机的实时电量、电压、电流、工作状态、电池箱参数及故障告警等数据，其中电池箱实时参数包含有电压、电流、温度及故障信号等。②远程设定充电参数和紧急停机，根据具体情况科学调节充电设备。③将各充电设备的实时状态信息传输到充电架，包括正在充电、就位、充满及空置几种状态。④对各类异常参数和系统故障进行详细记录。⑤为设备的各种异常状态和通信接口网络故障提供切实可行的处理对策。
2.2 电池更换监控单元
①监控系统可以根据电池箱参数指标和实际充电情况，为电动汽车确定出最为科学合理的电池成组配置方案，确保电池更换操作的安全稳定进行。②及时收集电池设备的具体位置、工作状态和故障信息，并将其传送到监控中心。③接受监控系统所发出的各种指令，像停止、启动、移动和紧急停止等，根据需要更换电池箱位置。④做好各电池更换事件详细记录工作。
2.3 配电监控单元
①及时采集配电系统的实时电压、电流、功率因数、保护信号、电能量、开关状态、有功功率及无功功率等信息，并完成传送工作。②科学控制配电系统开关的分与合。③有效处理配电系统相关数据，包括故障统计、越线警报和事件记录等[1]。④严格监管有源滤波何无功补偿装置，合理设置运行参数，通过采集电网谐波数据信息，进一步深入了解电网电能质量控制工作。
2.4 视频及环境监控单元
视频和环境监控单元的主要功能是利用红外对射报警探测器和摄像机等设备，通过和站控层工作站之间的密切配合，实现对电动汽车充换电站火灾、盗窃及其他各类人为事故的实时监控，同时还实现了对电池箱、配电设备及充电设备工作状态的监控。除此之外，在充换电站设置门禁、消防和周界安全监控体系，当电站当中任何设备出现异常问题的时候都可以及时启动安全防护系统，同时为监控室传送现场信息，用户便可以第一时间响应，保证了充换电设备和人员的安全，真正遭到了安全防联动监控。
2.5 运营管理系统
由于电动汽车充换电站包含了多种设备，所以开展设备维护管理工作就成了监控系统不可缺少的一项功能[2]。监控运营管理系统主要包括充电设备、电池更换设备、电动汽车、配电设备、电池、电池箱以及充电架等诸多设备，实际运营管理工作包括这些设备的运行记录、台账管理和维护记录等。电池信息管理主要是指对电池组的使用时间、更换时间、具体型号和参数、成组时间以及维护操作等信息的记录和存储；充电信息管理是指对电动汽车和电池组的充电过程，还有充电设备运行数据的统计分析与存储功能；车辆台账信息管理主要是详细记录并存储配备电池组的型号参数、车型配置信息和更换维护电池组相关信息。
3 监控系统架构
3.1 系统结构
电动汽车充换电站监控系统整体结构主要包括站控层、间隔层和监控层三个部分，下面就每个结构内容进行详细论述。
首先是站控层。该结构即计算机网络连接操作员工作站及其相关功能，站控层可以为监控系统提供电动汽车充换电站内具体运行状况的人机界面，进一步实现对间隔层设备的管理和控制。同时还对各类设备相关数据信息的采集、分析与存储，图形化数据的调控和展示起到很好的辅助作用。由此可以看出，站控层是整个监控系统结构中的管理中心，占据着核心地位，而且还实现了上级监控管理系统之间的及时通信[3]。
其次是间隔层。间隔层又包含了电池更换、视频与环境、充电、配电、通信接口设备及各类网络等多个子监控单元，通过这些监控单元之间的共同配合实现对系统原始数据的采集和就地执行操作，同时还可以完成对面向单元设备的实时监测与控制。除此之外，间隔层还可以采集到设备运行信息，并将其传送到上级监控系统，接收上级系统所发出的指令。
再次是监控层。监控层的主要功能是实现整个监控系统数据采集、事故告警和操作控制等相关操作在时间上的同步性，这主要是因为监控层的时钟同步信号输出接口可以很好地满足监控系统实际配置需求。
3.2 网络通信结构
3.2.1站控层网络。监控系统中的站控层各主机时间通常情况下都采用以太网进行连接。在具体应用过程中，站控层还可以结合电动汽车充换电站具体规模的大小确定最终采用单网还是双网模式，目的是为了保证充换电站通信的畅通性和可靠性。站控层和间隔层之间更多采用星型以太网连接方式，间隔层最好采用以太网连接方式，各级监控系统之间采用专线或者网络通道方式，视频和环境监控系统采用单独的组网。
3.2.2间隔层网络。电动汽车充换电站监控系统间隔层设备内部的网络通信方式需要根据设备类型进行科学确定。设备类型包括充电桩、充电架、视频及环境监控设备、保护测控设备、堆垛设备、充电机及电池箱等。
结束语
总而言之，做好电动汽车充换电站监控系统设计工作，可以在一定程度上推动我国新能源电动汽车行业的快速发展。特别是在这个倡导人们低碳绿色出行的新时代背景下，社会经济不断发展的同时，保护好自然生态环境也至关重要，这一理念与我国可持续发展战略相一致。可见还需要我们进一步优化和完善电动汽车充换电站监控系统设计工作。
参考文献
[1]张小芹.电动汽车交流充电桩控制与管理系统的研究与设计[D].山东科技大学，2019.
[2]冯依一.基于新能源技术的电动汽车充电系统设计研究[D].北京工业大学，2019.
[3]高德欣，梁珂，侯俊杰，杨清.电动汽车充电桩移动监控与故障诊断系统设计[J].青岛科技大学学报(自然科学版)，2019，40(03):107-113.