焦堯毅,，周  正,，徐  杰,，唐志紅，馮偉東

　?。▏W(wǎng)湖北省電力公司信息通信公司,，湖北 武漢 430077）

　　摘  要： 通過對物聯(lián)網(wǎng)、電動汽車運營管理等方面關(guān)鍵技術(shù)的深入研究,，圍繞物聯(lián)網(wǎng)在電動汽車運營管理中充換電服務(wù),，實現(xiàn)電動汽車行業(yè)應(yīng)用的信息采集、數(shù)據(jù)通信的技術(shù)突破,。從電動汽車智能充換電服務(wù)的業(yè)務(wù)和技術(shù)需求出發(fā),，深入開展物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用研究，提出基于物聯(lián)網(wǎng)的電動汽車運營管理總體架構(gòu),，采用平臺化,、模塊化、組件化的面向服務(wù)架構(gòu)思想進行技術(shù)設(shè)計,，為電動汽車運營智能化管理提供信息化解決方案,，使充換電站和電動汽車用戶充分了解和感知可用的資源以及資源的使用狀況，實現(xiàn)資源的統(tǒng)一配置和高效優(yōu)質(zhì)服務(wù),。

　　關(guān)鍵詞： 物聯(lián)網(wǎng),；電動汽車；運營管理,；充放電

0 引言

　　在當今氣候環(huán)境急劇惡化,、資源日益緊張的情況下，低碳經(jīng)濟是大勢所趨,。低碳經(jīng)濟核心是新能源技術(shù)與節(jié)能減排技術(shù)的應(yīng)用,，電動汽車能夠較好地解決機動車排放污染與能源短缺問題。我國的電動汽車產(chǎn)業(yè)化面臨著良好的機遇,，國內(nèi)汽車生產(chǎn)企業(yè)對能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)能與減排目標的電動汽車的研發(fā)已經(jīng)投入了空前的熱情[1],。電動汽車智能充換電服務(wù)設(shè)施是推動電動汽車發(fā)展的基礎(chǔ)和前提，為推動我國電動汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,，國家正在加大對充換電基礎(chǔ)設(shè)施的研發(fā)和投入[2],。電動汽車充換電設(shè)施是支持電動汽車發(fā)展的基礎(chǔ)與前提，依托于智能電網(wǎng),、信息通信以及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),，對電動汽車充電設(shè)施服務(wù)網(wǎng)絡(luò)的研究和應(yīng)用進行了探索。

1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系

　　物聯(lián)網(wǎng)涉及感知,、控制,、網(wǎng)絡(luò)通信、微電子,、計算機,、軟件,、嵌入式系統(tǒng)、微機電等技術(shù)領(lǐng)域[3],，因此物聯(lián)網(wǎng)涵蓋的關(guān)鍵技術(shù)也非常多,，為了系統(tǒng)分析物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系，本論文將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系劃分為感知關(guān)鍵技術(shù),、網(wǎng)絡(luò)通信關(guān)鍵技術(shù),、應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)、共性技術(shù)和支撐技術(shù),，具體如圖1所示,。

　　物聯(lián)網(wǎng)可以分為感知層、傳輸層(網(wǎng)絡(luò)層)和應(yīng)用層,。首先感知層是整個物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的基礎(chǔ),，需要的技術(shù)有RFID、條碼,、定位技術(shù),、通信芯片,、傳感技術(shù)等,。而傳輸層就是物聯(lián)網(wǎng)的成功運作的保障，它涉及到的技術(shù)就包括IPV4/IPV6,、3G/LTE,、自組織網(wǎng)絡(luò)、WiFi無線網(wǎng)絡(luò),、WiMax等,。最后應(yīng)用層就是體現(xiàn)整個物聯(lián)網(wǎng)的實際能力了。物聯(lián)網(wǎng)的可應(yīng)用范圍非常廣泛,，不管是公共管理和服務(wù)業(yè),，還是像精細農(nóng)業(yè)、工業(yè)監(jiān)測,、智能電網(wǎng)等這類行業(yè)都是物聯(lián)網(wǎng)未來需要拓廣的領(lǐng)域[4,5],。

2 電動汽車關(guān)鍵技術(shù)

　　2.1 電動汽車充放電技術(shù)

　　目前電動汽車充放電技術(shù)主要有單向無序電能供給模式，單向有序電能供給模式和雙向有序電能轉(zhuǎn)換模式,。單向無序電能供給模式（V0G）是指電動汽車接入電網(wǎng)即充電的模式,，是目前電動汽車最常見的充電方式。這種模式的充電設(shè)備主要采用單向變流技術(shù),，目前技術(shù)裝備已經(jīng)成熟,，并且已經(jīng)建成一些公共充電設(shè)施[6]。V0G的問題是電動汽車充電時成為大功率用電負荷,，大量電動汽車充電會增大電網(wǎng)調(diào)峰的難度,。單向有序電能供給模式包括TC模式和V1G模式,，TC模式為時間控制方式，指電動汽車在給定的時刻開始充電,?？紤]到電動汽車在電網(wǎng)負荷高峰時段充電對電網(wǎng)的影響，通過控制開始充電時間來實現(xiàn)錯峰充電,，能夠使用戶享受到低谷電價帶來的經(jīng)濟效益,。但是其控制方式簡單，不能根據(jù)實時電價或電網(wǎng)峰谷狀態(tài)靈活地控制充電過程,。V1G模式指電動汽車的充電受電網(wǎng)控制,，電動汽車與電網(wǎng)進行實時通信，可在電網(wǎng)允許時刻進行充電,。該模式能夠優(yōu)化充電安排,，提高電網(wǎng)效率，但不能向電網(wǎng)送電,。雙向有序電能轉(zhuǎn)換模式（V2G）指電動汽車與電網(wǎng)的能量管理系統(tǒng)通信,，并受其控制，實現(xiàn)電動汽車與電網(wǎng)間的能量轉(zhuǎn)換,，電動汽車可以作為電能存儲設(shè)備,、備用電源設(shè)備來使用。

　　2.2 電動汽車充放電設(shè)備及電能服務(wù)模式

　　電動汽車充放電是智能電網(wǎng)與用戶雙向互動的重要組成部分,，主要為電能互動及信息互動,，電動汽車與電網(wǎng)間進行實時的信息交換，內(nèi)容包括車輛能量狀態(tài),、電網(wǎng)運行狀態(tài),、電網(wǎng)電價及輔助服務(wù)計費信息等，為電能根據(jù)電網(wǎng)或者電動汽車的需要合理優(yōu)化的雙向流動提供信息支持[7],。電動汽車通過充放電設(shè)備連接到電網(wǎng),，實現(xiàn)電能雙向流動。但由于電動汽車的龐大數(shù)量及分散性,，由智能電網(wǎng)雙向互動服務(wù)系統(tǒng)直接與電動汽車通信并控制其充放電的操作難以實現(xiàn),，因此在智能電網(wǎng)雙向互動服務(wù)系統(tǒng)與電動汽車之間建設(shè)電動汽車充放電管理系統(tǒng)作為紐帶，實現(xiàn)電動汽車與電網(wǎng)間的實時信息交換,，根據(jù)雙方需求合理控制電動汽車的充放電操作,。電動汽車充放電過程電能與信息互動如圖2所示,。

　　2.3 電動汽車充放電管理系統(tǒng)

　　電動汽車充放電管理系統(tǒng),，一方面能夠通過充放電設(shè)備與電動汽車通信,；另一方面與智能電網(wǎng)相關(guān)系統(tǒng)通信,，綜合電動汽車與電網(wǎng)的實時狀態(tài),，根據(jù)雙方需求合理控制電動汽車的充放電操作[8],。電動汽車充放電管理系統(tǒng)可以負責同一停車區(qū)域的交流充放電樁的統(tǒng)一調(diào)度管理,，也可以負責一個集中充放電站內(nèi)的直流充放電機的統(tǒng)一調(diào)度管理,。

3 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在電動汽車運營管理中的應(yīng)用

　　3.1 基于物聯(lián)網(wǎng)的電動汽車運營管理總體架構(gòu)

　　本文從電動汽車智能充換電服務(wù)的業(yè)務(wù)和技術(shù)需求出發(fā)，深入開展物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用研究,，提出基于物聯(lián)網(wǎng)的電動汽車運營管理總體架構(gòu)(如圖3所示),，為我國電動汽車充換電服務(wù)網(wǎng)絡(luò)電池配送、有序充電,、設(shè)備運行監(jiān)控,、自動導引、資源一體化管控和綜合管理等提供先進技術(shù)支撐,。

　　感知層利用網(wǎng)絡(luò)中廣泛部署的傳感器節(jié)點,、車載終端、手持終端,、攝像頭等采集設(shè)備,，基于RFID、傳感器等各類感知技術(shù),，完成各類應(yīng)用場景下電池的狀態(tài)信息,、身份信息，電動汽車狀態(tài)信息,、位置信息,，智能電卡身份信息、充換電設(shè)施信息等各類信息的感知與采集,，并通過網(wǎng)關(guān)傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)層,。

　　網(wǎng)絡(luò)層采用有線通信和無線通信多種通信技術(shù),，完成充換電服務(wù)網(wǎng)絡(luò)各組成部分之間的信息通信,。在網(wǎng)絡(luò)層，需要著重對數(shù)據(jù)的路由轉(zhuǎn)發(fā)機制和主動信息推送機制給予關(guān)注,。

　　應(yīng)用服務(wù)層對于從網(wǎng)絡(luò)層獲取得到的各類感知數(shù)據(jù)進行分析處理,，最終實現(xiàn)高效的廣域電動汽車智能充換電服務(wù)。應(yīng)用服務(wù)層可細分為三個層次,，最下層為數(shù)據(jù)層,，對于接收到的感知信息，需要一定的規(guī)則和形式,，實現(xiàn)信息存儲與數(shù)據(jù)映射,；中間層為服務(wù)層，通過對服務(wù)網(wǎng)絡(luò)的各種功能進行抽象與分類,，將其歸結(jié)于不同的服務(wù)類別,，并為具體應(yīng)用提供服務(wù)接口；最上層為應(yīng)用層,，完成服務(wù)網(wǎng)絡(luò)的各類具體業(yè)務(wù)應(yīng)用,。

　　安全防護技術(shù)應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)的各個層次,，為終端的信息感知、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸以及具體應(yīng)用業(yè)務(wù)提供安全保護功能,。

　　3.2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在電動汽車智能終端信息服務(wù)中應(yīng)用

　　電動汽車車載智能終端內(nèi)含總線通信,、GPS、GPRS,、RFID等模塊,，可實現(xiàn)電動汽車運行狀態(tài)通信、車載電池管理系統(tǒng)BMS通信,、GPS定位,、RFID識別、GPRS無線通信等功能[9],。其分析系統(tǒng)包括：整車技術(shù)性能統(tǒng)計分析模塊,、電池組性能統(tǒng)計分析模塊、實時動態(tài)統(tǒng)計分析模塊,、信息預測模塊,、信息查詢與輸出模塊等。通過這些技術(shù)與軟件分析,，終端最終實現(xiàn)電動汽車運行狀態(tài)和車載電池使用狀態(tài)的信息采集,、車輛運行動態(tài)定位、車輛身份識別,、信息互動以及相關(guān)的增值服務(wù)等功能,。

　　電動汽車安裝車載智能互動終端，與車上的電池感知模塊交互,，提供對電池工作狀態(tài)的多種信息展示,，結(jié)合導航定位系統(tǒng)，提示駕駛?cè)藛T電池剩余電量以及附近充換電站位置,，而且最佳路線把剩余電量和最近的充電站/交換站考慮在內(nèi),，提供地理信息查詢等功能。

　　電動汽車智能車載終端內(nèi)部嵌入RFID,，在車輛運行過程中,，通過具有RFID識別器的地方，可以自動地識別車輛身份,。車輛進入充/換電站時,，站內(nèi)的RFID識別器可自動的識別車主身份及使用電池信息，智能引導車輛接收相關(guān)服務(wù),。在車輛進出入高速路口時,，高速路口的RFID識別器可自動讀取車輛信息，完成自動繳費功能等。

　　電動汽車智能車載終端內(nèi)含GPS模塊,，實現(xiàn)GPS定位導航功能,。在終端的內(nèi)部嵌入移動GIS軟件，能夠根據(jù)經(jīng)度和緯度在電子地圖上實時地顯示出車輛運行的位置和運行狀況[10],。電動汽車智能交互終端可以通過無線網(wǎng)絡(luò)將接收到的GPS位置信息和車輛狀態(tài)信息遠程發(fā)送給監(jiān)控中心,，從而提供個人用戶的車輛定位、防盜等業(yè)務(wù)服務(wù)和企業(yè)集團用戶的移動資產(chǎn)管理等功能,。

　　3.3 基于物聯(lián)網(wǎng)的電動汽車運營管理平臺建設(shè)

　　基于物聯(lián)網(wǎng)的電動汽車運營管理平臺按照電動汽車相關(guān)標準和充換電站建設(shè)規(guī)定,，通過參考當前電動汽車行業(yè)國際、國家相關(guān)規(guī)定及標準,，結(jié)合國家電網(wǎng)智能電網(wǎng)建設(shè),，系統(tǒng)采用平臺化、模塊化,、組件化的面向服務(wù)架構(gòu)（SOA）思想進行技術(shù)設(shè)計,，為電動汽車運營智能化管理提供信息化解決方案。

　　本平臺采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)身份識別,、在線狀態(tài)監(jiān)測,，感知電動汽車及電池運行工況，采用面向服務(wù)的體系架構(gòu),，以企業(yè)服務(wù)總線及相關(guān)組件為支撐,，研發(fā)電動汽車智能充換電運營、管理,、服務(wù)系統(tǒng),、通信模塊和網(wǎng)絡(luò)切換管理系統(tǒng)，實現(xiàn)電動汽車,、電池,、充換電網(wǎng)絡(luò)、電網(wǎng)的互動信息交換,。平臺架構(gòu)如圖4所示,。

　　采集層通過通信接入、任務(wù)調(diào)度,、規(guī)約解析等服務(wù)，對電池,、設(shè)備的運行狀態(tài),、視頻及其他數(shù)據(jù)進行采集與傳遞。數(shù)據(jù)層主要完成設(shè)備數(shù)據(jù),、檔案數(shù)據(jù),、參數(shù)數(shù)據(jù)等的存儲，采用數(shù)據(jù)中間層對關(guān)系型表結(jié)構(gòu)進行封裝，各應(yīng)用只需調(diào)用數(shù)據(jù)中間層的應(yīng)用函數(shù)接口就可以以對象方式訪問數(shù)據(jù)庫,，無需關(guān)心數(shù)據(jù)庫的實現(xiàn)形式和庫表結(jié)構(gòu),。服務(wù)層為應(yīng)用提供顯示、管理等各種中間服務(wù),，公共服務(wù)偏向于通用的,、與業(yè)務(wù)無關(guān)的服務(wù)[11,12]。將服務(wù)層和業(yè)務(wù)邏輯層分開,，提高了服務(wù)層的重用性,，降低了各個對象之間的耦合性，提高了對象的內(nèi)聚性,，使系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)更加簡潔清晰,。應(yīng)用層主要完成電動汽車運營管理相關(guān)的應(yīng)用，包括運行監(jiān)控,、自動導引,、定位跟蹤、最優(yōu)路線提示,、有序充電,、電池配送等，滿足電動汽車智能充換電服務(wù)網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù),通過對接入視頻的分析,，實現(xiàn)智能視頻應(yīng)用,。系統(tǒng)WEB應(yīng)用采用MVC模式，在界面組件方面采用AJAX技術(shù),，使B/S方式的界面具有和傳統(tǒng)C/S界面相似的豐富的界面元素和強大的操作功能[13,14],。該系統(tǒng)通過企業(yè)服務(wù)總線，完成了與電網(wǎng)GIS平臺等其他相關(guān)系統(tǒng)的交互,，通過接口服務(wù)實現(xiàn)與智能交通,、數(shù)字城市等公共服務(wù)系統(tǒng)的交互。平臺采用多層架構(gòu)的管理系統(tǒng),，采用組件技術(shù)將界面控制,、業(yè)務(wù)邏輯和數(shù)據(jù)映射分離，實現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)部的松耦合,，以靈活,、快速地響應(yīng)業(yè)務(wù)變化對系統(tǒng)的需求。

4 結(jié)束語

　　本文根據(jù)我國電動汽車運營管理技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及應(yīng)用需求,，基于對物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)及應(yīng)用領(lǐng)域的研究,，對物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在電動汽車運營管理具體應(yīng)用進行了創(chuàng)新性、系統(tǒng)性的研究,。將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)深入應(yīng)用于電動汽車充換電網(wǎng)絡(luò)運行管理中,，實現(xiàn)電池,、電動汽車、充換電網(wǎng)絡(luò)管理的智能標識和身份識別,。充換電站將部署紅外傳感網(wǎng),、視頻識別網(wǎng)絡(luò)以及基于射頻的自動身份識別網(wǎng)絡(luò)等，對于進入充換電站指定區(qū)域范圍內(nèi)的電動汽車和電池裝置,，系統(tǒng)將自動識別并為其提供服務(wù),，實現(xiàn)運營監(jiān)測、計量計費,、運維管理等功能,，滿足充換電網(wǎng)絡(luò)資源和運營狀態(tài)的自動化、智能化管理,；結(jié)合智能巡檢移動終端,，實現(xiàn)充換電網(wǎng)絡(luò)設(shè)備巡檢工作的信息化、可控化,、標準化管理,。采用物聯(lián)網(wǎng)、信息通信和智能電網(wǎng)等多種領(lǐng)域的技術(shù),，將實現(xiàn)電動汽車,、電池、充電站的智能感知,、聯(lián)動及高度互動技術(shù)研究,，滿足對全域內(nèi)電動汽車、電池,、充電站,、人員及設(shè)備安全的在線監(jiān)控、一體化集中管控,，使電動汽車與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)緊密結(jié)合,，推動物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在電動汽車領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

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