CN104300604A - 一种电动汽车充换电站监控系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电动汽车充换电站监控系统，包括后台监控层，就地监控管理单元和充换电设备层，就地监控智能终端和监控后台通过以太网相接，将对应于各充电设备的每台监控设备的数据信息进行整合并上送到监控后台；就地监控管理单元负责完成各充电设备的信息整合以及充电设备和监控后台之间的数据交互。本发明的电动汽车充换电站监控系统采用就地监控管理单元负责和管理充换电设备的监控设备与监控后台进行数据交换，并按照打包数据传送规则和监控后台进行信息交换，由于采用多个监控设备共用一个就地监控管理单元，极大减少监控后台和监控设备之间的通讯连接管理，提高监控系统的可靠性和监控设备数量。
Description
技术领域
本发明属于计算机网络通讯技术领域，具体涉及一种电动汽车充换电站监控系统。
背景技术
充换电站监控系统为“分层分布式”网络结构，其骨干网为以太网，通过分布于不同工作现场的CAN总线、串行总线，无线网络(WIFI)、RFID射频识别等通信网络互联而构建。
现有充换电站监控系统网络总体结构如图1所示，从图1可以看出，充换电站监控系统的监控设备一般有分箱充电机、整车充电机、换电设备、配电设备以及车辆感知设备等，各设备之间通过以太网和监控主机互联。分箱充电机和整车充电机在充电过程中和充电电池的电池管理系统(BMS)采用CAN通讯，完成彼此之间的信息交互。充电机在充电过程中将采集到的电池信息通过以太网传送给监控后台，同时接收后台的充电机启停命令。
在一个小型充换电站中，图1所示的网格结构监控方案是可行的，但在中大型充换电站中，存在大量的充电设备。以一个4换电工位的中型充换电站为例，一个换电工位一般约有180台分箱充电机，4个换电工位约有180*4等于720台分箱充电机。为了更好的监控这些充电设备，这些设备均需要和监控后台进行实时通讯。为了和监控后台进行实时通讯，这些设备均需要和后台通讯之间有一个不同的工程配置。每个不同的分箱充电机均有不同的通讯配置信息，面对数以千计的充电设备，如果这些电气量均以传统的测量点的形式实施，在具体的工程实施过程中存在配置数量大，易出错，难管理等问题，如果充电机配置信息进行了更改，则对工程人员的工作量增加是成倍和灾难性的。另外，监控后台是整个设备监控的中心，如果监控后台出现了临时故障则面临全站设备不能监视和操作的局面。
发明内容
本发明的目的是提供一种电动汽车充换电站监控系统，实现充换电监控系统对充换电设施全面监控，提高监控系统的可靠性，增加监控设备的数量。
为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：一种电动汽车充换电站监控系统，包括：
充换电站监控后台层，与就地监控管理单元通讯连接，以接收各就地监控管理单元对应组内的各充换电设备的测量数据；
就地监控管理单元层，包括多个采用就地监控智能终端的就地监控管理单元，每个就地监控管理单元管理多台充换电设备，并负责完成各充电设备的信息整合以及充电设备和监控后台之间的数据交互；智能终端负责将对应于各充电设备的每台监控设备的数据信息进行整合并上送到监控后台，同时接收监控后台的指令并将监控指令下发到相应的监控设备，完成充换电设备和监控后台的信息交换；
充换电设备层，各充换电设备分组与对应的就地监控管理单元进行信息交互。
就地监控管理单元根据监控后台业务处理的需要，将监控设备的数据信息进行分组打包处理，以业务包的形式传递给监控后台。
将监控设备的数据信息进行分组打包处理时，根据接入监控设备类型的数目建立对应的业务包结构，一种设备类型建立一种或多组业务包，以对应不同的充换电业务。
所述业务包在上送数据时要保证时序一致性，即当任一类业务包的个别测量点的值发生变化，而其它值没有发生变化时，需要上送该业务包所有测量点的信息。
就地监控管理单元利用就地监控智能终端对将全站的充换电设备进行分组管理时，可以根据配置信息定向分组，也可以通过设定规则对充换电设备和所属就地监控智能终端进行自动成组匹配。
各监控设备通过Can口或串口和就地监控智能终端相连，就地监控智能终端和监控后台通过以太网相接。
本发明的电动汽车充换电站监控系统采用就地监控管理单元负责和管理充换电设备的监控设备与监控后台进行数据交换，并按照打包数据传送规则和监控后台进行信息交换，由于采用多个监控设备共用一个就地监控管理单元，极大减少了监控后台和监控设备之间的通讯连接管理，提高了监控系统的可靠性和监控设备数量。
采用通过就地监控管理单元也可以完成部分监控后台功能，通过设置就地和远程模式来改变充电设备是否接收来自后台监控的控制，更改充电设备的受控程度，避免监控后台的临时故障不能操作充电设备的弊端，同时满足了充换电站需要安全、高效、可靠、快速的接入充电设备的要求。
就地监控管理单元对全站监控设备测量点的数据进行分类型打包处理，根据监控后台和上级管理系统的需要进行数据业务包整合和传送，大大提高数据传送效率和减少后台业务处理难度。
附图说明
图1为现有充换电站监控系统的原理图；
图2为本发明充换电站监控系统的结构图；
图3为本发明充换电站监控系统的网络结构图。
具体实施方式
下面结合附图及具体的实施例对本发明进行进一步介绍。
如图2～图3所示为本发明电动汽车充换电站监控系统实施例的结构图，整个系统分为三层，后台监控层，就地监控管理单元和充换电设备层。全站各监控设备通过Can口或串口和就地监控智能终端相连，就地监控智能终端和监控后台通过以太网相接。通讯规约采用IEC104报文头，报文ASDU实体部分采用充换电站的业务包的形式上送。
后台监控层由服务器、工作站和配置中心服务器组成。后台监控负责全站充电换设施的监控和充换电业务处理，该监控后台与就地监控管理单元通讯连接，以接收各就地监控管理单元对应组内的各充换电设备的测量数据。
就地监控管理单元层由安装在充换电工位的多台就地监控管理单元组成，主要负责完成充换电设施的分组管理、就地监控、统一建模、链路利用以及数据整合等功能。就地监控管理单元层包括多个采用就地监控智能终端的就地监控管理单元，每个就地监控管理单元管理多台充换电设备，并负责完成各充电设备的信息整合以及充电设备和监控后台之间的数据交互；智能终端负责将对应于各充电设备的每台监控设备的数据信息进行整合并上送到监控后台，同时接收监控后台的指令并将监控指令下发到相应的监控设备，完成充换电设备和监控后台的信息交换。
充换电设备层主要由充电设备，换电设备，APF等充换电设施组成。这一层是充换电站的设备层，完成充换站的充电、换电、电能质量监测和安全火灾监视等功能，各充换电设备分组与对应的就地监控管理单元进行信息交互。
就地监控是由就地监控管理单元负责完成的，就地监控管理单元除了提供强大的数据通讯和数据整合功能外，还提供了友好的人机界面。通过人机界面，操作人员不仅对管理的组内设备工作状态一目了解，还能对组内管理的设备进行充电、待机等操作，实现对组内设备进行就地监控管理。通过设置就地和远程模式来改变充电设备是否接收来自后台监控的控制，这样做的优点在于，可以通过人机界面更改充电设备的受控程度，避免监控后台的临时故障不能操作充电设备的弊端。
充换电设施分组管理由负责就是监控的就地监控管理单元完成的，通过分组管理实现就近设备集中统一管理和配置自动发现来减少工程实施难度和解放工程人员重复机械劳动时间。一台就地监控管理单元可以管理多个充换电设施。在分组的过程中，可以根据配置信息定向分组，也可以通过设定规则(一般按照充电站业务需要进行的数据合并规则)对充换电设备和所属就地监控智能终端(前置机)进行自动成组匹配。一旦分组完成后，某组内的充电设备就归属这个组，不会轻易改变，除非特殊需要可以人工干涉配组。
充换电设施一般存在测量点多，监控设备多，同一时刻测量点相关性高的特点。如果采用传统的四遥点的监控采集和处理方式，则存在相关性比较高的测点，本发明在充换电监控后台实现中提出相关数据按业务包的形式上送，规定在网络传送过程中同一时刻采用数据包的形式传送，即相关性比较高的测量点同时上送到业务处理单元，由业务处理根据充换电业务的需要进行相关测量点的处理和存贮，供监控后台展示和历史曲线、报表等相关业务使用。监控设备业务包进行分组化时，根据接入监控设备类型的数目建立对应的设备业务包结构，一种设备类型建立一种或多组业务包对应不同的充换电业务，每种业务包和相应的业务处理单元一一对应。
在数据信息整合方面，在充换电站中，不论是整车充电机还是分箱式充电，在工作过程中，均需要向远方监控后台或者上级监控系统传送充电过程中充电机电气特征量和电池BMS信息，而每箱电池的BMS遥测点达到500个以上。一辆电动大巴一般需要7箱这样的电池，如果这些信息按照传统监控的遥测、遥信、遥控、遥脉为单位进行组织上送，则存在整站数据点过多的问题。在充电过程中，有些电气量是有时间相关的电气量，如充电电流、充电电压和充电电度等，这三个电气量是和时间强烈相关的，在同一时刻有对应的充电电流，充电电压和充电电度这三个具体遥测值对应，如果采用单个遥测点上送，则存在时序不统一的现象。在BMS信息上送过程中储存大量的这种需要时序严格统一的电气描述量。为了解决上述问题，就地监控管理单元在采集充电设备信息点时根据全自动配置信息，对接收到的单个充电设备的各个电气特征量进行重新组织成监控后台所需要的业务逻辑处理包。综上所述，前置机根据自动配置信息对组内单台设备进行信息采集，根据监控后台和上级管理系统的需要进行数据业务包整合和传送，大大提高数据传送效率和减少后台业务处理难度。
另外，业务包在上送数据时要严格保证时序一致性，即当任一类业务包的个别测量点的值发生变化，而其它值没有发生变化时，需要上送该业务包所有测量点的信息，而不是仅上送单独变化的测量点信息。这样可以保证同一业务包相关测量点时序的一致性。
充电设备和站内其它辅助设备在就地监控管理单元的管理下完成站内充电设施的分组工作。这些设备电气特征量和设备电气状态量在充电设备上有自己的描述和结构，在监控后台又有不同的描述和定义。这些描述同一个设备电气量在不同系统之间的差异，必须进行统一的建模或者进行转换才能达到彼此间无障碍通讯。前置机根据后台配置和分组内接入设备的电气量描述进行不同模型之间数据格式转换，实现不同设备和系统之间的信息透明传递。
前置机通过以太网和监控后台、配置中心以及充换电设备连接起来。前置机配置双网口J1和J2，通过J1网络接口与后台监控和配置中心连接起来，通过J2网络接口和监控设备连接起来。就地监控管理单元通过检查本地配置信息和接入的充电设备之间的信息交互，完成接入设备的分组匹配。通过检查和后台监控配置中心配置文件的差异完成本地配置信息和充换电设备配置信息的数据格式转换。这个过程是全自动完成，不需要人工干涉。也就是说如果后台监控对接入设备的测量点进行了增加或者删除，无需人工去每台就地监控管理单元修改配置信息。这些在后台改动的配置信息会通过就地控制管理单元自动更新这些更新，实现后台监控和接入充电设备测量点的模型转换和数据的透明转发。
不同设备和系统之间的统一建模，有利于彼此间的信息交互和数据透明转换。通过组内充电设备的统一建模完成组内充电设备和监控后台和上级监控系统之间的信息传递。统一建模技术规定了不同设备和系统之间的数据交互格式，具体组内设备的测量点和状态量是需要根据后台监控展示的需要进行实例化配置的。
一般情况下，一台监控后台接入的充电设备的数量是有限的。在Windwos平台下，一个进程接入的网络Socket能力不超过128个，通过相关技术改造也不会超过256，超过这个数据易出现通讯链路中断，通讯不稳定现象。而一般的换电站分箱充电机的数目一般大于500个，有的经常达到上千个之多，再加上其它的辅助充换电设施，则需要后台监控的数目远远超过windows通讯接入能力。如果将这些充换电设施全部和监控后台直接相连进行信息交互，系统的可靠性和安全性都得不到保证，为了解决通讯链路过多的问题。我们通过一台就地监控管理单元管理15台左右的充换电设施，由就地监控管理单元通过通讯口和管理的充换电设施进行数据交互，就地监控管理单元将接收到的这些电气测量点信息根据监控后台业务逻辑处理的需要，进行数据分组和分包处理，通过和监控后台的通讯链路上送到监控后台，完成监控后台和充换电设施的数据传递。通过这种方式，监控后台通讯能力得到一个数量级的提高。增加了监控后台接入监控设备的数量和提高了监控后台的稳定性。
本发明的监控系统结构适用大量类似监控设备场所，具有建模速度快，自动化程度高、和平台无关以及分布式数据自动化管理等特点。改进前后的充电站监控方案在工程时间、网络占用流量，系统配置时间和配置变更时间的差异如下表所示，从表中可以看出采用新架构的监控系统在工程实施效率，网络流量和日常维护的难度均得到很大的提升和简化。
| 设备数量 | 工程时间 | 网络流量 | 系统配置 | 配置变更 | |
| 改进前 | 840 | 10天 | 15.3％ | 5天 | 2天 |
| 改进后 | 840 | 4天 | 11.8％ | 1天 | 1小时 |
本发明的监控系统还可以通过就地监控管理单元可以完成部分监控后台功能，即通过就地监控管理单元终端可以对管理的充换电设施进行状态监测、参数下发以及故障诊断等功能。
充换电站存在充电设备数量多，其它辅助设备接入通讯标准不统一的特点。如果这些监控设施直接和监控系统进行信息交互，则存在通讯链路数目多，不易管理，接入通讯规约复杂的特点。针对这种情况，我们采取监控系统不直接和监控设备进行信息交互，而是在中间增加多台就地监控管理单元。由这些就地监控管理单元负责和管理的充换电设施进行通讯接入完成数据信息交换，然后就地监控管理单元将这些设备数据按照通讯业务包形式上送给监控后台。这样通过监控和就地监控管理单元的一条通讯链路可以完成多台监控设备的数据传递。
就地监控管理单元负责完成充电设备信息整合以及充电设备和监控后台之间的数据交互。由于一台就地监控管理单元对应多台充电设备及其辅助设备，这些设备和就地监控管理单元之间一般采用的是遥信，遥测单双点形式的单个测量点形式进行信息交互。存在数量多，信息量大，冗余信息多，数据点发送频率高等特点。就地监控管理单元根据监控后台业务处理的需要，对这些离散的信息点进行处换电业务分组打包处理，按照业务包的形式传递给后台。这样监控后台仅需要处理所需要的业务包，减轻了监控后台业务处理的复杂度和减少了网络通讯常量。
以上实施例仅用于帮助理解本发明的核心思想，不能以此限制本发明，对于本领域的技术人员，凡是依据本发明的思想，对本发明进行修改或者等同替换，在具体实施方式及应用范围上所做的任何改动，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种电动汽车充换电站监控系统，其特征在于，包括：
充换电站监控后台层，与就地监控管理单元通讯连接，以接收各就地监控管理单元对应组内的各充换电设备的测量数据；
就地监控管理单元层，包括多个采用就地监控智能终端的就地监控管理单元，每个就地监控管理单元管理多台充换电设备，并负责完成各充电设备的信息整合以及充电设备和监控后台之间的数据交互；智能终端负责将对应于各充电设备的每台监控设备的数据信息进行整合并上送到监控后台，同时接收监控后台的指令并将监控指令下发到相应的监控设备，完成充换电设备和监控后台的信息交换；
充换电设备层，各充换电设备分组与对应的就地监控管理单元进行信息交互。
2.根据权利要求1所述的电动汽车充换电站监控系统，其特征在于：就地监控管理单元根据监控后台业务处理的需要，将监控设备的数据信息进行分组打包处理，以业务包的形式传递给监控后台。
3.根据权利要求2所述的电动汽车充换电站监控系统，其特征在于：将监控设备的数据信息进行分组打包处理时，根据接入监控设备类型的数目建立对应的业务包结构，一种设备类型建立一种或多组业务包，以对应不同的充换电业务。
4.根据权利要求1所述的电动汽车充换电站监控系统，其特征在于：所述业务包在上送数据时要保证时序一致性，即当任一类业务包的个别测量点的值发生变化，而其它值没有发生变化时，需要上送该业务包所有测量点的信息。
5.根据权利要求1所述的电动汽车充换电站监控系统，其特征在于：就地监控管理单元利用就地监控智能终端对将全站的充换电设备进行分组管理时，可以根据配置信息定向分组，也可以通过设定规则对充换电设备和所属就地监控智能终端进行自动成组匹配。
6.根据权利要求1所述的电动汽车充换电站监控系统，其特征在于：各监控设备通过Can口或串口和就地监控智能终端相连，就地监控智能终端和监控后台通过以太网相接。
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