专利名称：基于物联网的充换电监控系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及电动汽车技术领域，特别地，涉及一种基于物联网的充换电监控系统。
背景技术：
目前，我国和世界各地都已经建立了一定数量的充电站和充电设施，但我国现有的电动汽车充电设施大部分服务于特定对象，并未进行商业运营，电动公交线路的充电站、 奥运电动公交充电站等属于各企业电动汽车示范运行的配套工程，并没有对社会开放充电服务。这些充电站独立运行和服务的方式难以满足广大电动汽车用户对方便、快捷、自由的动力服务的需求。此外，电动汽车充电设施作为电网的一部分，其运行和使用都和电网的安全运行密切相关。但是，由于各充电站的独立运行和服务使得电网的管理系统不能对各个充电站进行有效的监控和管理。
实用新型内容本实用新型要解决的一个技术问题是提供一种基于物联网的充换电监控系统，能够利用物联网将电动汽车充换电系统中的终端设备互连，并对终端设备和充换电站进行有效地监控。本实用新型提出了一种基于物联网的充换电监控系统，包括终端信息采集设备、 充换电站监控设备以及区域监控设备，终端信息采集设备通过物联网与终端设备相连，充换电站监控设备通过有线网络与终端信息采集设备相连，区域监控设备通过光纤网络与充换电站监控设备相连，区域监控设备通过无线网络与终端信息采集设备相连，其中，终端信息采集设备利用信息传感方式对终端设备进行身份识别、状态信息采集以及动态定位，通过有线网络将获取的终端设备的身份识别信息传输至充换电站监控设备，通过无线网络将获取的终端设备的状态信息和定位信息传输至区域监控设备；充换电站监控设备接收来自终端信息采集设备的终端设备的身份识别信息、对充换电站的工作状态进行监控、对充换电过程进行计量计费，并将所监控的充换电站的状态信息、所获得的计量计费信息以及所接收的终端设备的身份识别信息传输至区域监控设备；区域监控设备根据来自终端信息采集设备的信息和来自充换电站监控设备的信息对所辖区域内的终端设备和充换电站进行监控，并统计计量计费信息。根据本实用新型充换电监控系统的一个实施例，终端设备包括电池、车载终端和电动汽车。根据本实用新型充换电监控系统的另一实施例，终端信息采集设备包括对终端设备进行身份识别、状态信息采集以及动态定位的信息传感装置；以及通过无线网络将获取的终端设备的状态信息和定位信息传输至区域监控设备的无线发射装置，其中，无线发射装置分别与信息传感装置和区域监控设备相连。[0008]根据本实用新型充换电监控系统的又一实施例，信息传感装置包括实现身份识别的RFID读卡器、采集电池状态信息的电池管理系统以及GPS定位器，其中，RFID读卡器通过光纤网络与充换电站监控设备相连，电池管理系统与无线发射装置相连，GPS定位器与无线发射装置相连。根据本实用新型充换电监控系统的再一实施例，充换电站监控设备包括温度探测器、湿度探测器、视频采集器、模拟量采集器和用电量采集器，其中，温度探测器、湿度探测器和视频采集器设置在充换电站内，模拟量采集器和用电量采集器与充换电站内的充电桩相连。根据本实用新型充换电监控系统的再一实施例，区域监控设备包括自终端信息采集设备和充换电站监控设备接收信息的信息接收装置、分析信息并根据分析结果对终端设备下发控制指令的终端控制装置、以及分析信息并根据分析结果对充换电站监控设备下发控制指令的充换电站控制装置；其中，信息接收装置分别与终端信息采集设备和充换电站监控设备相连，终端控制装置分别与信息接收装置和终端设备相连，充换电站控制装置分别与信息接收装置和充换电站监控设备相连，信息接收装置接收的信息包括终端设备的状态信息、定位信息和身份识别信息，以及充换电站的状态信息和计量计费信息。根据本实用新型充换电监控系统的再一实施例，终端设备包括电动汽车和设置无线接收模块的电池，终端设备的状态信息包括电池的状态信息，终端控制装置包括对电动汽车的供电进行控制的供电控制单元、以及根据当前配电网的负荷数据通知充换电用户以引导用户按照负荷变化在非高峰时段进行充换电的错峰充电控制单元，其中，供电控制单元分别与信息接收装置和电池相连，错峰充电控制单元分别与信息接收装置和电动汽车相连。根据本实用新型充换电监控系统的再一实施例，充换电站的状态信息包括电压值和电流值，充换电站控制装置包括充换电站工作异常时触发报警的报警触发单元，报警触发单元分别与信息接收装置和充换电站监控设备相连。根据本实用新型充换电监控系统的再一实施例，区域监控设备还包括根据道路状况和终端设备的定位信息预测车流量的车流量预测装置，车流量预测装置与信息接收装置相连。本实用新型提供的基于物联网的充换电监控系统，能够通过物联网将各个终端设备互联互通，以满足用户对方便、快捷、自由的动力服务的需求。同时，本实用新型还可以根据采集的终端设备的身份识别信息、状态信息、定位信息以及监控到的充换电站的状态信息对终端设备和充换电站进行集中的监控和管理，进而实现电动汽车的智能化充换电。由此可见，本实用新型为建设面向智能电网的电动汽车充电设施提供了有效的技术支撑，通过电动汽车充换电管理来丰富智能电网在用电领域的应用，推动了我国智能电网的建设。
此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分。 在附图中图1是本实用新型充换电监控系统的一个实施例的结构示意图。图2是本实用新型充换电监控系统的另一实施例的结构示意图。[0018]图3是本实用新型充换电监控系统的又一实施例的结构示意图。图4是本实用新型充换电监控系统的再一实施例的结构示意图。图5是本实用新型充换电监控系统的再一实施例的结构示意图。图6是本实用新型充换电监控系统的再一实施例的结构示意图。图7是本实用新型充换电监控系统的再一实施例的结构示意图。图8是本实用新型充换电监控系统的功能描述示意图。图9是本实用新型充换电监控系统的一个工作流程示意图。图10是本实用新型充换电监控系统的一种技术实现原理示意图。
具体实施方式
下面参照附图对本实用新型进行更全面的描述，其中说明本实用新型的示例性实施例。本实用新型的示例性实施例及其说明用于解释本实用新型，但并不构成对本实用新型的不当限定。在电动汽车规模化应用前景下，充换电设施必然由示范运行向商业运营转变，因而需要对终端设备和充换电站进行监控和管理，建立统一规范的充换电监控系统以支持规模化电动汽车的充换电服务需求。本实用新型基于物联网的充换电监控系统是新一代智能电网信息技术应用建设的重要组成部分，建设基于物联网的充换电监控系统的目的是通过射频识别(Radio Frequency IDentification, RFID)、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器、电池管理系统等信息传感设备，按约定协议，将电动汽车、车载终端和电池等相关物体与互联网相连接，进行信息交换和通信，建立对相关物体的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理，从而可以实现电动汽车充换电相关服务的智能化管理和应用，为电动汽车规模化推广和充电设施商业运营提供支持。同时，开展电动汽车智能化应用还能够促进节能减排，推动智能电网建设，实现整体资源的优化，降低电网运营成本，提高经济效益等。双向的通信网络是实现本实用新型目的的重要保障。根据电动汽车充换电的业务分布、业务流向和通信需求情况综合运用多种通信技术、多个通信网络实现身份识别、设备状态监测、定位跟踪、充电智能导引、紧急救助、计费缴费、运行管理和资产调度等。具体地，可以利用CAN (Control Area Network)总线、WIFI、以太网等通信技术，并结合GPRS/ CDMA/3G通信网等公网网络、配电通信网和电力传输网等电力专网网络实现充换电监控系统中终端设备之间、以及终端设备与充换电站之间的通信和互连。图1是本实用新型充换电监控系统的一个实施例的结构示意图。如图1所示，该实施例的充换电监控系统可以包括终端信息采集设备11、充换电站监控设备12以及区域监控设备13，终端信息采集设备通过物联网与终端设备相连，充换电站监控设备通过有线网络与终端信息采集设备相连，区域监控设备通过光纤网络与充换电站监控设备相连，区域监控设备通过无线网络与终端信息采集设备相连，其中，终端信息采集设备利用信息传感方式对终端设备进行身份识别、状态信息采集以及动态定位，通过有线网络将获取的终端设备的身份识别信息传输至充换电站监控设备， 通过无线网络将获取的终端设备的状态信息和定位信息传输至区域监控设备；例如，终端设备可以包括电池、车载终端和电动汽车，终端信息采集设备能够利用信息传感设备按照统一的编码规范进行感知与识别，并能够采集车辆和电池的身份信息与当前工作状态，例如，电量、电流、电压、温度、地理位置等信息，并可以通过有线网络和无线网络分别与充换电站监控设备和区域监控设备进行数据交互；充换电站监控设备接收来自终端信息采集设备的终端设备的身份识别信息、对充换电站的工作状态进行监控、对充换电过程进行计量计费，并将所监控的充换电站的状态信息、所获得的计量计费信息以及所接收的终端设备的身份识别信息传输至区域监控设备，其中，充换电站的状态信息可以包括充电桩的电压值和电流值等物理量；具体地，充换电站监控设备主要对充电桩、充换电站、配送站等对象进行监控和管理，例如，可以包括充换电站监控、电池运维管理、计量计费与服务结算、对上级系统的数据服务等，实现对电动汽车充换电站等便捷、可靠和智能化的管理；区域监控设备根据来自终端信息采集设备的信息和来自充换电站监控设备的信息对所辖区域内的终端设备和充换电站进行监控，并统计计量计费信息。该实施例可以利用GPRS/3G、WIFI、Internet等将具有身份标识的电动汽车、电池、车载终端、充换电站、智能电网等相关主体进行互连，以实现对充换电站和终端设备的监控。图2是本实用新型充换电监控系统的另一实施例的结构示意图。如图2所示，与图1中的实施例相比，该实施例的终端信息采集设备21可以包括信息传感装置211，用于对终端设备进行身份识别、状态信息采集以及动态定位， 例如，可以利用RFID读卡器、传感器、电池管理系统等实现对终端设备的身份识别和状态信息采集，利用辅助GPS方式实现对终端设备的动态定位；无线发射装置212，与信息传感装置211相连，用于通过无线网络将获取的终端设备的状态信息和定位信息传输至区域监控设备。该实施例可以通过信息传感装置采集各个终端设备的状态信息和身份识别信息， 并通过无线发射装置将采集到信息传输至区域监控设备，使得区域监控设备能够根据接收的信息等实现资产管理、物流配送和充电状态控制等。图3是本实用新型充换电监控系统的又一实施例的结构示意图。如图3所示，与图2中的实施例相比，该实施例的信息传感装置31可以包括RFID读卡器311，用于读取贴在终端设备上的RFID标签，以实现对终端设备的身份识别，并通过光纤网络将终端设备的身份识别信息发送至充换电站监控设备；举例说明，首先需要为终端设备发放RFID标签，在贴有RFID标签的终端设备进入射频识别范围内时，RFID读卡器等识别装置向终端设备发送识别请求信号，终端设备上的 RFID标签在收到识别请求信号后，向RFID读卡器返回标签记载的信息；电池管理系统312，用于从电池中采集电池的状态信息，并将电池的状态信息发送至无线发射装置；GPS定位器313，用于动态地对终端设备进行定位，并将终端设备的定位信息发送至无线发射装置。该实施例利用物联网技术获取终端设备的身份信息、定位信息和状态信息，以便于区域监控设备实现对终端设备的定位、跟踪、监控和管理。可选地，可以将信息传感装置设置在终端设备和充换电站上，例如，可以将RFID读卡器设置在充换电站上，将电池管理系统设置在电池上，将GPS定位器设置在电池、车载终端或电动汽车上。 在本实用新型充换电监控系统的再一实施例中，充换电站监控设备可以包括温度探测器、湿度探测器、视频采集器、模拟量采集器和用电量采集器，其中，温度探测器、湿度探测器和视频采集器设置在充换电站内，模拟量采集器和用电量采集器与充换电站内的充电桩相连。在本实用新型充换电监控系统的再一实施例中，充换电站监控设备负责采集动力电池、电动汽车、车载终端等主体的电量、电流、电压、温度等信息数据，对采集的数据进行相关处理及分析加工，主要包括核对采集到的数据和系统中的数据的一致性和完整性，例如，在电动汽车充电时，要获取到该电动汽车使用的电池的电压和电流，判断是否与该充电桩的参数匹配，如果不匹配则不允许充电；将各地的零散的数据进行汇总就需要进行加工、 汇总，形成更直观更便于区域监控设备使用的数据。分析加工的目的首先是尽量避免错误的数据进入系统中，其次是由于区域监控设备希望得到汇总的数据，而不是每笔交易的明细数据，所以还需要将各地的零散的数据进行汇总这就需要进行逐级汇总。充换电站监控设备还负责支撑充换电站等站级运行管理；负责将充换电站监控、 电池运维管理、计量计费与服务结算等各业务信息数据上传至区域监控设备，其中，业务信息数据可以包括充电桩工作状态是否正常、电池充电是否正常、充电量、充电费、客户缴费情况等，接受区域监控设备对各业务信息数据的查询、控制，具体可以包括充换电站监控、 换电业务和运行管理等。图4是本实用新型充换电监控系统的再一实施例的结构示意图。如图4所示，与图1中的实施例相比，该实施例的区域监控设备41可以包括信息接收装置411，用于接收来自终端信息采集设备的终端设备的状态信息和定位信息，以及来自充换电站监控设备的充换电站的状态信息(例如，电压值、电流值、所监控的充换电站的视频等信息)、计量计费信息和终端设备的身份识别信息；以无线方式发射信息为例，该信息接收装置可以通过天线、滤波器、基带信号处理电路等实现；终端控制装置412，与信息接收装置411相连，用于分析终端设备的状态信息、定位信息以及身份识别信息，并根据分析结果向终端设备下发控制指令，以实现对终端设备的控制；充换电站控制装置413，与信息接收装置411相连，用于分析充换电站的状态信息，并根据分析结果向充换电站监控设备下发控制指令，以实现对充换电站的控制。举例说明，如果以无线方式下发控制指令，终端控制装置和充换电站控制装置可以通过信号编码单元、混频器、天线等实现，控制指令可以是例如终止对电池充电等指令。上述终端控制装置和充换电站控制装置可以通过远程方式下发控制指令到充换电站、电动汽车、电池、车载终端等各类设备，根据充换电站监控设备上传的充换电站的工作状态以及终端信息采集设备上传的电池状态信息，定位信息等实现对充换电站、电动汽车、电池等的集中监控，具体可以包括监控信息采集、采集信息管理、终端设备的信息预警和控制等。图5是本实用新型充换电监控系统的再一实施例的结构示意图。[0063]如图5所示，与图4中的实施例相比，该实施例的终端设备可以包括电动汽车和设置无线接收模块的电池，终端设备的状态信息可以包括电池的状态信息，终端控制装置51 可以包括供电控制单元511，与信息接收装置相连，用于在接收的电池的状态信息异常时通过无线网络切断电池对电动汽车的供电；错峰充电控制单元512，与信息接收装置相连，用于根据当前配电网的负荷数据通知充换电用户以引导用户按照负荷变化在非高峰时段进行充换电。例如，该错峰充电控制单元可以通过与配电网双向互动实现与信息内网的信息共享，实时从信息内网获取当前的配电网负荷数据，通过无线或有线方式及时通知充换电用户，引导客户按照负荷变化在非高峰时段安排充换电，以达到削峰填谷的目的。根据电网负荷管理方式的不同，电动汽车的充电需求可以通过直接或间接的方法控制。直接方法建立在各电动汽车与电网之间的通讯，结合电网的实时情况和在线电动汽车的信息对各车辆的充电做出安排。这种模式适合于有第三方管理平台的结构，第三方管理平台与电网和用户分别签订合约，规定各自权利和义务。这种模式必须建立在可靠通讯的基础上，侧重于电网的限制和需求，一定程度上降低了电动汽车用户的便利和自由。这种模式对电动汽车的控制程度高，适用于未来V2G(Vehicle to Grid)的管理和运行。间接方法是通过电价信号(峰谷电价、分时电价或实时电价)引导电动汽车用户的充电行为。这种模式建立在开放的电力市场环境下，适合电力公司或其他充电设施拥有者与用户的直接联系，更侧重满足用户的便利需求，需要较少的通讯。图6是本实用新型充换电监控系统的再一实施例的结构示意图。如图6所示，与图4中的实施例相比，该实施例的充换电站的状态信息包括电压值和电流值，充换电站控制装置61可以包括报警触发单元611，与信息接收装置相连，用于在接收的充换电站的状态信息异常时触发充换电站工作异常报警。图7是本实用新型充换电监控系统的再一实施例的结构示意图。如图7所示，与图4中的实施例相比，该实施例的区域监控设备71还可以包括车流量预测装置711，与信息接收装置相连，用于根据道路状况和终端设备的定位信息预测车流量。该车流量预测装置能够根据道路交通信息、终端设备的定位信息和地理信息系统 (Geographic Information System, GIS)提供的数据进行分析，对一定时期内车辆的过载流量进行预测，从而为市场拓展、有序充电和充电线路优化提供参考依据和使用价值。在本实用新型充换电监控系统的再一实施例中，该充换电监控系统可以包括终端信息采集设备、充换电站监控设备以及区域监控设备，其中，终端信息采集设备通过物联网与终端设备相连，充换电站监控设备通过有线网络与终端信息采集设备相连，区域监控设备通过光纤网络与充换电站监控设备相连，区域监控设备通过无线网络与终端信息采集设备相连。图8是本实用新型充换电监控系统的功能描述示意图。如图8所示，可以通过以下方式设计充换电站监控系统可以将充换电监控系统从下到上分为三层终端设备层、站级管理层、区域管理层(即，运行管理中心)，其中区域管理层根据需要又可以分为省级管理系统和总部管理系统两部分。(1)终端设备层用于标识、采集、处理系统运行相关基础数据的设备和终端，包括动力电池、电动汽车、车载终端等。能够利用信息传感技术，按照统一的编码规范进行感知与识别，并能够采集车辆和电池当前的工作状态，如电量、电流、电压、温度、地理位置等信息，并可以通过有线或无线等通讯手段与站级管理层进行数据交互。(2)站级管理层建立在终端设备层基础之上，针对充电桩、充换电站、配送站等对象的管理，包括充换电设施监控，电池运维管理、计量计费与服务结算、对上级系统的数据服务等内容，实现电动汽车充、换电站便捷、可靠、智能化的运行与管理。(3)区域管理层部署于站级管理层之上，对于某特定地理区域内的相关充换电业务的运行进行管理。区域管理层应该提供与相关的电网运行管理系统的信息交互接口。区域管理层又可以分为省级管理系统和总部管理系统。(3a)省级管理系统省级管理系统负责对本网省公司相关充换电业务运行的监控和管理，汇集所辖区域的用户商务信息、结算信息、运行信息以及客服信息，并对这些信息提供海量存储，实现站间数据共享，并在深度分析的基础上，负责区域内全局性业务的决策和调度，包括计费结算、运行管理、资产管理、物流调配和客户服务。省级管理系统还负责向总部管理系统提交包括运营状况和资产状况等在内的宏观统计信息。(3b)总部管理系统总部管理系统是国家电网所辖区域内唯一的中央级监控管理系统。总部管理系统原则上不参与各地充换电业务的具体运营决策。总部管理系统从各省级管理系统收集汇总运营状况和资产状况等宏观统计信息，作为规划全系统业务发展和建设的依据。总部管理系统负责跨省业务的信息中转和协调，并制定跨省业务的计费结算以及资产关系的处理原则。基于物联网的充换电监控系统技术框架可以包括终端设备层技术框架、站级管理层技术框架、区域管理层技术框架。其中，终端设备层技术框架利用RFID、传感器、图像识别技术等实现管理对象的身份识别和信息采集；站级管理层技术框架利用GPRS/3G、WiFi、Internet等通讯技术，将具有身份标识的电动汽车、动力电池、充电设施、用户车主、智能电网等相关主体进行互联，实现充电站或换电站业务办理和管理；区域管理层技术框架利用计算机信息集成技术，在信息专网或互联网基础上，实现基于物联网的充换电监控系统的自动化运行与管理。区域管理层的主要功能包括客户服务管理、计量计费管理、收费结算管理、资产管理、物流配送、检修管理、集中监控、综合统计分析、系统管理。站级管理层的主要功能包括充电站监控、换电站业务。终端设备层的主要功能包括电池身份识别、电池定位跟踪、电池状态信息采集、车辆身份识别、车辆运行动态定位。具体地，区域管理层(即，运行管理中心)中的总部管理系统能够实现以下功能(al)综合统计分析通过对报表主题、行、列、统计方案的定制和执行，对客户的档案变更信息、客户消费行为、电池故障率、设备库存情况、物流配送执行结果、设备检修执行情况、客户满意度等进行全方位统计、查询和输出(格式支持word、excel, pdf等)，满足各级管理单位的日常业务统计、经营活动分析以及市场开拓辅助决策等，具体可以包括报表模板维护、报表统计和报表查询等。(a2)系统管理通过分级授权的管理模式，完成各级组织机构和人员维护、角色定义和权限项配置等，通过系统参数实现系统标准代码的配置管理；通过日志记录实现系统业务处理的事后追踪；通过消息服务实现系统各模块之间的松耦合集成，具体可以包括运营机构管理、角色定义、权限项定义、系统参数配置、消息服务等。(a3)跨区域结算对于跨网省电池更换，由总部统一协调提供网省之间电池设备的产权变更和资金转账。区域管理层中的省级管理系统能够实现以下功能(bl)客户服务管理通过营业厅、呼叫中心、客服网站、自助终端、现场和信函受理等服务渠道，统一受理客户开户、变更、销户、合同管理、充/换电、费用支付、业务咨询、信息查询、故障报修、紧急救援、投诉、举报、建议、表扬、意见、订阅等服务请求。为了保证服务质量，提高客户满意度，还需对有关服务请求的处理进行跟踪、督办，要进行服务质量监督。服务处理结束后，进行客户回访，了解客户对服务请求处理的满意程度，形成闭环管理。同时，为了提高服务效率，可为客户提供电池更换、电池故障维修等现场服务。具体可以包括开户管理、变更管理、 合同管理、呼叫中心、客服网站、自助终端、智能交互终端、现场服务等各种互动服务渠道及其相关应用等。(b2)计量计费根据政策标准制定并发布计量计费标准，按照计量计费标准对用户(电池、电动汽车等)充换电过程中产生的各种费用进行计算，并对计算结果进行审核，在审核过程中发现异常，进行相应处理，确保充换电计费的规范性、正确性、完整性。具体可以包括计费政策标准管理、客户计费模型管理、费用结算、审核管理等。(b3)收费账务通过坐收、代收、智能卡缴费、POS机刷卡、手机支付等多种缴费方式，及时回收客户充/换电费用以及其它相关业务费用；按照《企业会计准则》的规定，遵循有借有贷、借贷相等的会计记账原则建立账务管理体系，实现用户的预付费管理，各级管理单位之间资金解款、成本核算和对账管理以及各级管理单位和银行之间的对账管理工作。具体可以包括客户缴费管理、业务费缴费管理、账务管理。(b4)资产管理利用物联网技术，通过对设备的需求计划管理、招标选型、订货和供应商资信管理等，对需求采购计划形成、招标过程技术支撑、订货合同及技术协议签订等选购内容进行过程管理。同时通过对设备(配电设备、充电设备、换电设备、电动汽车、电池、监控设备、计量计费设备等)状态转变的各个业务环节进行规范管理，实现对设备生命周期状态的跟踪管理。另外还可以提供站与站之间的电池借用和返还，以实现电池资源紧急调拨，具体可以包括采购管理、检定管理、仓储管理、电池借用/返还、设备台帐管理、设备轮换、检修管理和报废管理等。( )物流配送通过建立多级库房、库区、储位的建立和维护，再加以入库管理、出库管理、库房盘点和库存预警等方面的业务支撑，实现对库房规范有序的管理；通过对设备配送需求的生成、配送计划的制定、配送执行的工作进行管理，实现从配送中心一级库房向下级单位库房的配送物流控制；通过物联网技术，实现各类设备(充换电站、电池等)在物流调度过程中的自动识别，物流车辆的定位跟踪以及实现设备调度请求的实时在线申请、审批、调配，以满足多样化的物流调度管理需求，构建智能化物流调度体系。具体可以包括车辆管理、配送申请、配送计划、配送执行、配送调拨和配送质量管理等。(b6)物流监控区域监控设备根据每台物流车辆上安装的GPS终端，实时采集这些车辆在配送电池过程中的位置，并结合GIS系统直观的显示可以方便地定位与跟踪物流车辆的位置、配送路线和电动汽车电池的状态等信息。(b7)检修管理通过客户联络(人工报修、电话呼叫、录音、传真、网站预约等)接收客户故障报修或紧急救援申请，根据抢修地点，业务类型，将工作任务按营业区域传递到相关部门进行处理，以便快速、高效的对客户抢修予以受理，进行现场抢修，并对处理过程进行跟踪、督办， 故障处理完毕后及时回访客户，形成闭环管理。定期对配电设施、充电设备、换电设备、监控设备、电池、电动汽车等进行现场巡视、检验、周期检定等，并依据检定结果，确定设备运行状态、判断故障隐患，将差错处理、检修、更换、拆除等工作任务按营业区域传递到相关部门进行处理，保证运行安全可靠。具体可以包括救援调度管理、周期检验、临时检验、检修管理、现场巡视等。(b8)集中监控可以通过远程下发指令到充换电站、车辆、电池等各类设备，也可以通过上述设备主动上传，最后接收站级管理层上传的充换电设备的实时状态、视频等信息和用户终端层上传的电池状态信息，实现对充换电站、车辆、电池等的集中监控。具体可以包括监控信息采集、采集信息管理、站级管理层和用户终端层信息预警和控制。(b9)综合统计分析通过对报表主题、行、列、统计方案的定制和执行，对客户的档案变更信息、客户消费行为、电池故障率、设备库存情况、物流配送执行结果、设备检修执行情况、客户满意度等进行全方位统计、查询和输出(格式支持WOrd、exCel、pdf等)。满足各级管理单位的日常业务统计、经营活动分析以及市场开拓辅助决策等。具体可以包括报表模板维护、报表统计和报表查询等。(blO)系统管理[0122]通过分级授权的管理模式，完成各级组织机构和人员维护、角色定义和权限项配置等；通过图形化流程建模实现开户、变更等各项业务工作流程的版本定义和发布；通过系统参数实现系统标准代码和业务规则的配置管理；通过日志记录实现系统业务处理的事后追踪；通过消息服务实现业务办理的及时提醒、催办以系统各模块之间的松耦合集成。具体可以包括运营机构管理、角色定义、权限项定义、流程管理、系统参数配置、消息服务等。(bll)充电负荷预测根据社会经济发展信息、充电市场信息、充换电站上报的信息等，采用各种分析模型或方法对市场变化趋势、特点及异常进行分析，产生分析结果，为电池仓储、建设经营提供准确、有效的数据支持。在市场分析基础上，寻找市场发展规律，采用各种预测模型，滚动预测市场指标，产生预测结果，为制定年度生产经营计划、市场拓展措施、能效管理、有序充电提供参考依据。(bl2)车辆监控对车辆的运行过程进行实时追踪显示，处理车载终端发来的车辆运行信息，结合 RS (Remote Sensing)、GPS和GIS实现车辆的现代化管理，包括行车安全监控管理、运营管理、服务质量管理、智能集中调度管理等，实现车辆运行轨迹的回放，并结合天气路况信息提供最佳路线服务、最近充换电站智能提示等增值服务。站级管理层能够实现以下功能(cl)充电站监控充换电站监控设备中可以包括监控系统，该监控系统又可以包括充电监控系统、 供电监控系统和安防监控系统等，并具备远传接口。充电监控系统能实现对非车载充电机运行和充电过程的监视、控制以及数据的存储和管理；供电监控系统能实现对供电状况、电能质量、设备运行状态等的监视和控制；安防监控系统能实现对充电站的环境监控、设备安全监控、防火监控和防盗监控等。(c2)资产生命周期监控通过对每个终端设备配发唯一的RFID标签实现对企业资产使用过程中各流程、 环节的跟踪管理，提高资产盘点的准确性，从而真正满足国家电网对管理对象进行全面、精准、及时、动态的资产全寿命周期管理的需求。(c3)营业监控实时统计汇总充换电情况，向上级汇总数据，监督各地业务开展情况，同时向用户传达最新的电力信息。(c4)换电站业务换电站业务主要作用是需要充电的电池入站/点、对电池进行安全经济充电及管理、根据需要将充好电的电池出库、根据需要将充好电的电池换上电动汽车。(c5)运行管理运行管理包含设备巡视、检修、报损/报废、站内缺陷记录等功能。其中，设备巡视可以分为定期巡视、故障巡视、特殊巡视、监察性巡视等。能够根据权限实现不同类别的设备巡视记录的增加、修改、删除、查询等。能够实现设备巡视记录模板在PC与PDA之间的下载、上传。设备检修可以包括检修计划、设备检修。[0140]报损/报废可以通过流程引擎根据不同权限实现资产报损/报废单的填写、申请、 审批等操作；能够根据不同的条件查询报损/报废单；流程终结后自动修改运行管理层资产台账状态。站内缺陷记录能够通过流程引擎根据不同权限实现缺陷记录的填写、处理、消缺等操作；能够根据不同的条件查询缺陷记录。终端设备层能够实现以下功能(dl)电池身份识别在电池上安装RFID射频标签或其他识别设备，实现电池身份的唯一标识。通过 RFID读卡器的扫描识别实现电池的仓储管理、物流配送及充换电业务等功能。(d2)电池定位跟踪通过电池上的定位信息模块或其它定位技术实现电池定位，并实时将位置信息传输到区域监控设备，实现对电池的实时跟踪。(d3)电池状态信息采集电池管理系统在车辆的运行中能够可靠地完成电池状态的实时监控和故障诊断， 并通过总线的方式告知车载终端采用更加合理的控制策略，达到有效且高效使用电池的目的。其主要具备的功能包括电池状态的实时监控、数据处理、故障分析与定位、电荷状态估算、数据传输、热管理、充放电控制、运行数据存储、数据转储和数据库管理等功能。车载终端通过CAN总线方式与电池管理系统通讯，获取电池的运行参数，包括电池额定容量、实际容量、放电循环寿命、额定电压、剩余电量估算等。(d4)车辆身份识别电动汽车智能车载终端内部嵌入RFID射频识别标签或芯片，在车辆驶到具有识别器的地方时可以自动地识别车辆的身份。车辆进入充换电站时，站内的识别器可自动的识别车主身份及使用电池信息，智能引导车辆接收相关服务。在车辆进出入高速路口时，高速路口的识别器可自动读取车辆信息，完成自动缴费功能等。(d5)车辆运行动态定位通过GPS或其它定位技术获得车辆位置信息，在电子地图上实时地显示出车辆运行的位置和运行状况，例如，经度、纬度、速度、状态、时间、日期等，可以用不同颜色表示不同的状态信息，以形成直观的运行轨迹。(d6)路况信息提示区域监控设备通过对所有车辆位置分布分析得到当前路况的拥堵情况，并将数据发送到车载终端上为用户提供路况信息提示。(d7)附近充换电站提示由车载终端发出请求后，通过区域监控设备综合分析后寻找汽车当前位置附近最近的充换电站，并将充换电站的位置发送到车载终端。(d8)最优线路提示由车载终端发出请求，将汽车要达到的目的地信息上传至区域监控设备，区域监控设备再结合天气状况、路况信息等分析出到达目的地的最优路径，通过实时交互的方式将路线下发到车载终端。(d9)动态充电计划提示[0160]根据车载电池的当前状态及电池使用情况，结合峰谷电价通过车载终端将动态充电计划提供给用户参考。(dlO)车辆轨迹回放系统自动记载车辆的具体位置、时间等信息，在终端电子地图上回放，以利于状况分析。车辆完成某一次行使后，其行车路线将被保存下来，如有需要可将该车辆的运行轨迹及当时的地理信息在电子地图的各种不同图层上重新显示出来，通过设定时间，可以调整回放的时间和路段。图9是本实用新型充换电监控系统的一个工作流程示意图。如图9所示，该实施例可以包括以下步骤S102，利用终端信息采集设备对终端设备进行身份识别、状态信息采集以及动态定位，并通过有线网络将获取的终端设备的身份识别信息传输至充换电站监控设备，通过无线网络将获取的终端设备的状态信息和定位信息传输至区域监控设备；举例说明，可以利用RFID读卡器读取贴在终端设备上的RFID标签，以实现对终端设备的身份识别，并通过光纤网络将终端设备的身份识别信息发送至充换电站监控设备； 利用电池管理系统从电池中采集电池的状态信息，并将电池的状态信息发送至区域监控设备；利用GPS定位器动态地对终端设备进行定位，并将终端设备的定位信息发送至区域监控设备；S104，利用充换电站监控设备对充换电站的工作状态进行监控、对充换电过程进行计量计费，并将所监控的充换电站的状态信息、所获得的计量计费信息以及所接收的终端设备的身份识别信息传输至区域监控设备；S106，区域监控设备根据来自终端信息采集设备的信息和来自充换电站监控设备的信息对所辖区域内的终端设备和充换电站进行监控，并统计计量计费信息；具体地，⑴可以分析终端设备的状态信息、定位信息以及身份识别信息，并根据分析结果向终端设备下发控制指令，以实现对终端设备的控制。例如，在接收的电池的状态信息异常时向电池发送切断对电动汽车供电的控制指令；根据当前配电网的负荷数据通知充换电用户以引导用户按照负荷变化在非高峰时段进行充换电；根据定位信息实现对终端设备的定位与跟踪。现有的电动汽车充电方式都是即接即充方式，电动汽车接入电网后即刻充电，无任何充电控制，就像一个常规用电设备一样，显然，此种方式在负荷高峰时会进一步增加电网的负担，增大电网调峰的困难，也不能完全发挥电动汽车充换电站在削峰平谷方面的积极作用。而通过与配电网进行双向互动，实时从信息内网获取当前的配电网负荷数据，通过无线或有线方式及时通知充换电用户，引导客户按照负荷变化在非高峰时段安排充换电，可以达到削峰填谷的目的。同时，还能按照计量计费标准对用户(电池、电动汽车等) 充换电过程中产生的各种费用进行计算，并对计算结果进行审核，在审核过程中发现异常时进行相应处理，以确保充换电计费的规范性、正确性、完整性。(2)可以分析充换电站的状态信息，并根据分析结果向充换电站监控设备下发控制指令，以实现对充换电站的控制。例如，充换电站的状态信息可以包括电压值和电流值， 在接收的充换电站的状态信息异常时触发充换电站工作异常报警。[0173]可选地，对所辖区域内的终端设备和充换电站进行监控的步骤还可以包括根据终端设备的定位信息实现对终端的定位与跟踪；根据道路状况和终端设备的定位信息预测车流量。
可选地，区域监控设备还可以根据计费标准和充换电过程所充电量进行计费。可选地，区域监控设备还可以利用远程方式向终端信息采集设备和/或充换电站监控设备下发查询指令，并通过接收的信息获取待查询的信息。其中，终端设备可以包括电池、车载终端和电动汽车。终端信息采集设备可以包括 RFID读卡器、GPS定位器以及电池管理系统。该实施例利用物联网技术实现充换电监控系统的智能化和互动化，通过在电动汽车、电池、车载终端等安装传感器和识别系统，利用物联网相关技术可以实时感知电动汽车的运行状态和电池的使用状态，通过所监控的充换电站的工作状态获知充换电站及当前网内能源的供给状态，实现电动汽车和充换电站的综合监测与分析，实现资产管理集约化、仓储管理简易化、物流调度智能化、充电计费多样化、运营服务互动化，保证电动汽车、电池及充换电站等稳定、经济、高效的运行，也从电网运行角度充分发挥电动汽车的节能减排效应，实现资源优化配置，实现社会经济效益最大化，促进经济可持续发展。在本实用新型充换电监控系统的另一工作流程实例中，可以通过以下步骤实现对充换电的监控步骤一，终端信息采集设备利用RFID、GPS、传感器等感知、捕获、测量的手段随时随地对用户信息(例如，用户ID、用户名称、联系方式、证件号码等)、设备参数信息(例如， 电池的温度、电压、电流；电动汽车的型号等)进行信息采集和获取，具体地，在RFID标签进入磁场后，RFID读卡器发出射频信号，RFID标签(可以是无源标签或被动标签)凭借感应电流所获得的能量发送存储在芯片中的产品信息，或者RFID标签(可以是有源标签或主动标签)主动发送某一频率的信号；RFID读卡器读取信息，并在解码后通过充换电站监控设备进行有关数据处理；步骤二，充换电站监控设备通过电信网络与互联网将终端设备和充换电站接入信息网络，可以随时随地进行可靠的信息交互和共享；步骤三，区域监控设备利用云计算、模糊识别等各种智能计算技术对海量的跨地域、跨行业、跨部门的数据和信息进行分析处理，以实现对终端设备和充换电站的智能化决策和控制。图10是本实用新型充换电监控系统的一种技术实现原理示意图。如图10所示，可以采用多层架构组件技术将界面控制、业务逻辑和数据映射分离，总体可以划分为客户层、界面控制层、业务逻辑层、数据层(包含数据映射层和数据源) 和基础架构平台，通过各层次系统组件间服务的承载关系，实现系统功能。1、客户层用于访问应用系统和处理人机交互的客户端，包括浏览器、桌面应用程序、无线应用等。2、界面控制层可进一步细分为接入服务层和界面展现层。(1)接入服务层支持企业内部网络、E-mail、对外网站、电话、短信和传真等多样化的接入模式，提供统一的认证和授权、服务调度、接入监控等服务，同时实现交互界面的关联和控制。(2)界面展现层在 JEE(Java Platform Enterprise Edition)体系下可以采用MVC(Model-View-Controller)应用框架，由页面控制器组件、页面操作组件、JSP(Java Server Pages)页面组件和服务代理单元组成。其中界面的显示由JSP网页组件完成，网页上的具体操作由页面操作组件通过服务代理单元调用业务逻辑层的具体服务来完成，由页面控制器组件负责统一调用不同的页面操作组件和JSP页面组件。对某些需要较大数据量的展示与处理的特殊业务，可建立专用的应用程序(例如，Applet)处理。3、业务逻辑层用于部署业务逻辑组件，可细分为业务处理逻辑组件和系统应用支撑组件。(1)业务处理逻辑具体的业务逻辑实现，总体上包括客户发展管理、资产管理、 物流管理、充/换电管理、物流管理、呼叫中心、计费管理、结算管理、客户资料档案管理等业务处理逻辑。(2)系统应用支撑为各个组件提供统一共享的公共服务和平台支撑，包括工作流管理、组织人员、权限服务、参数管理、服务监控、安全认证、消息服务和日志服务等，提高系统的灵活性与可扩展性。4、数据层数据层由数据映射层和数据源构成，数据映射层完成对数据源的访问封装，并使得业务逻辑层的设计和实现更集中于系统本身的功能。同时，数据映射层的存在屏蔽了业务逻辑层对底层数据存储形式的依赖，使应用系统能够适应多种类型的数据库。数据源主要包括数据库、内存数据、消息队列、磁盘文件等。5、基础架构基础架构主要包括网络、主机、存储、备份、语音接入等平台。上述多层架构的充换电系统通过组件技术将界面控制、业务逻辑和数据映射分离，实现系统内部的松耦合，以灵活、快速地响应业务变化对系统的需求。本实用新型将众多充换电站和充电设施集中纳入一个完整的服务网络系统，转变电池资产关系，并采用先进的传感和通信技术对电动汽车的动力服务进行全局的协调、调度和管理，以确保对用户灵活快捷的服务。本实用新型将填补国内智能电动汽车运营管理方面的空白，满足电动汽车推广运行的实际需求，进一步促进我国电动汽车的产业化发展进程，提高电能在终端能源消费中的比重，推进交通领域电能替代石化能源的发展进程，推动电力公共能源服务向交通领域的进一步拓展。虽然已经通过示例对本实用新型的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本实用新型的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本实用新型的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本实用新型的范围由所附权利要求来限定。
权利要求1.一种基于物联网的充换电监控系统，其特征在于，包括终端信息采集设备、充换电站监控设备以及区域监控设备，所述终端信息采集设备通过物联网与终端设备相连，所述充换电站监控设备通过有线网络与所述终端信息采集设备相连，所述区域监控设备通过光纤网络与所述充换电站监控设备相连，所述区域监控设备通过无线网络与所述终端信息采集设备相连，其中，所述终端信息采集设备利用信息传感方式对终端设备进行身份识别、状态信息采集以及动态定位，通过有线网络将获取的终端设备的身份识别信息传输至所述充换电站监控设备，通过无线网络将获取的终端设备的状态信息和定位信息传输至所述区域监控设备；所述充换电站监控设备接收来自所述终端信息采集设备的终端设备的身份识别信息、 对充换电站的工作状态进行监控、对充换电过程进行计量计费，并将所监控的充换电站的状态信息、所获得的计量计费信息以及所接收的终端设备的身份识别信息传输至所述区域监控设备；所述区域监控设备根据来自所述终端信息采集设备的信息和来自所述充换电站监控设备的信息对所辖区域内的终端设备和充换电站进行监控，并统计所述计量计费信息。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述终端设备包括电池、车载终端和电动汽车。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述终端信息采集设备包括对终端设备进行身份识别、状态信息采集以及动态定位的信息传感装置；以及通过无线网络将获取的终端设备的状态信息和定位信息传输至区域监控设备的无线发射装置，其中，所述无线发射装置分别与所述信息传感装置和所述区域监控设备相连。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述信息传感装置包括实现身份识别的 RFID读卡器、采集电池状态信息的电池管理系统以及GPS定位器，其中，所述RFID读卡器通过光纤网络与所述充换电站监控设备相连，所述电池管理系统与所述无线发射装置相连，所述GPS定位器与所述无线发射装置相连。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述充换电站监控设备包括温度探测器、 湿度探测器、视频采集器、模拟量采集器和用电量采集器，其中，所述温度探测器、湿度探测器和视频采集器设置在所述充换电站内，所述模拟量采集器和用电量采集器与所述充换电站内的充电桩相连。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述区域监控设备包括自终端信息采集设备和充换电站监控设备接收信息的信息接收装置、分析信息并根据分析结果对终端设备下发控制指令的终端控制装置、以及分析信息并根据分析结果对充换电站监控设备下发控制指令的充换电站控制装置；其中，所述信息接收装置分别与所述终端信息采集设备和所述充换电站监控设备相连，所述终端控制装置分别与所述信息接收装置和所述终端设备相连，所述充换电站控制装置分别与所述信息接收装置和所述充换电站监控设备相连，所述信息接收装置接收的信息包括终端设备的状态信息、定位信息和身份识别信息，以及充换电站的状态信息和计量计费信息。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述终端设备包括电动汽车和设置无线接收模块的电池，所述终端设备的状态信息包括电池的状态信息，所述终端控制装置包括对电动汽车的供电进行控制的供电控制单元、以及根据当前配电网的负荷数据通知充换电用户以引导用户按照负荷变化在非高峰时段进行充换电的错峰充电控制单元，其中，所述供电控制单元分别与所述信息接收装置和所述电池相连，所述错峰充电控制单元分别与所述信息接收装置和所述电动汽车相连。
8.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述充换电站的状态信息包括电压值和电流值，所述充换电站控制装置包括充换电站工作异常时触发报警的报警触发单元，所述报警触发单元分别与所述信息接收装置和所述充换电站监控设备相连。
9.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述区域监控设备还包括根据道路状况和终端设备的定位信息预测车流量的车流量预测装置，所述车流量预测装置与所述信息接收装置相连。
专利摘要本实用新型公开了一种基于物联网的充换电监控系统。其中，该系统包括终端信息采集设备，用于利用信息传感方式对终端设备进行身份识别、状态信息采集以及动态定位，通过有线网络将身份识别信息传输至充换电站监控设备，通过无线网络将状态信息和定位信息传输至区域监控设备；充换电站监控设备，用于接收终端设备的身份识别信息、对充换电站的工作状态进行监控、对充换电过程进行计量计费，并将充换电站的状态信息、计量计费信息以及身份识别信息传输至区域监控设备；区域监控设备，用于对所辖区域内的终端设备和充换电站进行监控，并统计计量计费信息。本实用新型能够对终端设备和充换电站进行集中的监控和管理。
文档编号G05B19/048GK201965459SQ20102057895
公开日2011年9月7日 申请日期2010年10月27日 优先权日2010年10月27日
发明者张鹏飞, 武斌, 王相勤, 胡江溢, 薛飞, 贾俊国, 连湛伟, 雷宪章 申请人:国家电网公司, 许继集团有限公司