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摘要：本文介绍了电动汽车充换电服务网络的构架和运营方式，有一定参考价值。
关键词：电动汽车；充换电服务网络；分层设计
中图分类号：F407.471 文献标识码：A 文章编号：
1 引言
随着世界工业水平加速发展以及群众生活水平的不断提高，社会对汽车的需求量逐年增加；随着汽车产量和使用量的增加，社会对石油能源的依赖变得越来越严重。石油等不可再生能源的不断开采，将会带来能源枯竭，造成能源危机，与此同时，石油、煤炭等一次能源的消耗会增加碳的排放量，给环境保护带来挑战。为了减少石油等能源消耗，提高环境质量，汽车行业推出使用电池作为动力的电动汽车。随着电动汽车的发展，需要建设电动汽车的充换电服务网络为其提供电池充换电服务，这满足电动汽车运营的需求，为电动汽车发展提供基础保障。本文介绍了电动汽车充换电网络的整体架构，每一层的设计与实现，最后通过实际项目进行应用验证。
2 整体架构
电动汽车充换电服务网络通过智能电网、物联网和交通网的“三网”技术融合，实施信息化、自动化和网络化的“三化”管理，实现对电动汽车用户跨区域全覆盖的同网、同质和同价的充换电服务。电动汽车充换电服务网络按照分层设计方法将其分为终端层、网络层、系统层，其整体架构如图 1 所示。
2.1 系统层
系统层主要有电动汽车运营管理系统，为电动汽车充换电服务提供全面业务管理和技术支持的软件系统，是实现电动汽车运营的必备要件。
2.2 网络层
网络层是连接终端层与系统层的纽带，其主要功能是实现电动汽车服务网络中各类站点（终端）与电动汽车运营管理系统的互联互通。
2.3 终端层
终端层是电动汽车实现运营的基础支撑，主要是指构成电动汽车充换电服务网络的基础设施及设备，包括电动汽车各类充换电站（集中充电站、电池配送站、电池更换站）、交流充电桩、电动汽车及其车载终端等设备。下文将重点阐述系统层、网络层及终端层中车载终端的设计与实现。
3 系统层设计
系统层的运营管理系统依托一体化数据交换平台和数据中心，完成国网总部、省之间的信息和数据交互，涵盖总部、省、地市和充换电站等四级应用，充分实现充换电服务网络运营的智能化管理，保障充换电服务网络运行高效、可靠、安全，为电动汽车提供智能、方便快捷的充换电服务。
3.1 系统物理部署架构
运营管理系统采用总部、省两级部署模式，能够符合总部、省、地市、站点不同层次运营管理的特点，满足统一建设、分步实施的要求，其物理部署架构设计如图 2 所示。
运营管理主要是监控和管理经营区域内电动汽车充换电服务网络的运营，汇集所辖区域的结算信息、运行信息以及客户信息等，并对这些信息提供海量存储。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。同时，与营销业务应用系统、95598 供电服务系统、总部容灾系统以及 GIS 空间服务平台等进行信息交互的统一数据接口，并实现与英大智能支付卡系统的业务交互。
3.2 系统功能设计
运营管理系统，通过综合利用传感网、智能标签、全球定位系统（GPS）、地理信息系统（GIS）和无线宽带移动通信等先进技术，实现对电动汽车、动力电池、充电设施网络等资产的在线监控和全寿命周期管理，提供包括客户管理等各项功能，提升电动汽车运营管理的智能化水平，优化资源配置，确保电动汽车充换电服务等相关业务高效运行。
4 网络层设计
根据各类站点（终端）的实际情况，网络层采用符合站点（终端）实际需求的通信方式，为充换电服务网络中信息数据交互提供通道。
4.1 通信网络架构
通信网络能够为用户提供城市区域、省内城际和省际城际区域无缝的电动汽车服务，覆盖总部数据中心、省级数据中心以及各类站点（终端）。
4.2 通信通道设计
对各类站点（终端）的部署位置、通信需求进行综合分析，设计集中充电站、电池更换站、电池配送站、充电桩等的通信通道。
（1）集中充电站通信通道。集中充电站一般在 110/220 kV 变电站附近，该类站点作为电池集中充电和供应站点，数量较少，对安全性和实时性要求较高，采用自建光纤网络方式就近接入电源引入的 110/220kV 变电站传输网络节点。
（2）电池更换站通信通道。电池更换站分为城区和高速公路两种，城区电池更换站一般在交通枢纽、公共服务设施附近，高速公路电池更换站一般在服务区。电池更换站对安全性和实时性要求高，应采用自建电力光纤通信网络方式接入具备通信资源的 110/220 kV 变电站、35 kV 变电站和 10 kV 开闭所节点。对确实不具备自建网络条件的站点，可临时租用公网专线进行组网，在省级数据中心实现接入。
（3）电池配送站通信通道。电池配送站是电动汽车运营的末端服务站点，数量较多，分布在社区的公共停车场、公共设施附近，对安全性和实时性要求较高，可充分利用城区 10kV 配网光纤网络资源实现接入。可采用自建光纤网络就近接入城区 10kV 配电光纤网络；在不具备接入光纤网络的条件下，可以采用租用公网专线进行组网，并在省级数据中心实现接入。
（4）充电桩通信通道。充电桩是电动汽车运营网络的末端充电设施，数量多，位置分散，分布在社区停车场、公共设施停车场等位置，对安全性要求较高，实时性要求一般。在充电桩区域不具备电力 0.4kV终端通信接入网络（如电力光纤到户网络）或 TD-LTE 电力宽带无线专网资源时，租用公网无线方式进行组网；在具备相关资源时，采用自建专网接入 0.4kV 终端通信网络。
5 车载终端设计
5.1 工作原理
电动汽车车载终端部署在电动汽车内部，需要与车内整车控制系统及后台管理中心的运营管理系统进行信息交互。电动汽车内部网络使用 CAN 总线作为基本通信总线，采用总线型与星型相结合的网络拓扑结构连接传感器，通过车载网络可进行汽车控制以及实现车内数据交换和信息共享。车载终端可以接入整车的 CAN 网络，与整车控制系统互连，实时获取车及电池等相关信息；通过内置的 GPRS/3G 通信模块实现与运营后台系统的信息交互。
6 应用实例
电动汽车充换电服务网络已在苏沪杭城际互联示范工程得到应用，通过验收已正式投运上线。在苏沪杭互联示范工程建设中，依托苏沪杭之间高速公路配套基础设施，建成 9 座智能充换电站，其中浙江 4 座，江苏 3 座，上海 2 座。工程所涉及的上海、苏州和杭州 9 个智能充换电站全部通过验收，标志着我国第一个跨省区电动汽车城际互联工程竣工，并具备投运条件。苏沪杭城际互联示范工程实现了华东地区和苏沪杭三地的电动汽车充换电服务网络互联互通，形成融合运营与管理的信息通信网。工程分别在苏州和上海、杭州部署总部级、省级运营管理系统，涉及 3 个省市充换电业务的互联运营与清分结算。该电动汽车充换电服务网络应用满足了电动汽车运营的跨城际、跨区域要求，为充换电服务网络的运营提供强力支撑，作为国家电网公司打造的电动汽车智能充换电网络的精品工程，为电动汽车在苏沪杭地区的跨城际交通创造条件，并将推动苏沪杭地区电动汽车产业的发展。
7 结论
本文给出基于分层设计方法的电动汽车充换电网络整体架构，对电动汽车充换电网络的系统层、网络层和终端层做了详细设计说明。最后介绍了国网公司电动汽车智能充换电网络试点工程项目，該项目采用本文所述的架构和设计方法，实现了电动汽车跨区、跨城际的运营功能，目前运行稳定，为电动汽车在全国范围内推广奠定了良好的基础，促进了电动汽车产业的发展。
参考文献
[1] 中华人民共和国科学技术部. 国科发计〔2012〕195 号电动汽车科技发展“十二五”专项规划[R]. 北京：中华人民共和国科学技术部，2012.
[2] 国家电网科技部. Q／GDW Z 423-2010 国家电网公司技术标准管理办法[S] . 北京：国家电网文件，2010.
关键词：电动汽车；充换电服务网络；分层设计
中图分类号：F407.471 文献标识码：A 文章编号：
1 引言
随着世界工业水平加速发展以及群众生活水平的不断提高，社会对汽车的需求量逐年增加；随着汽车产量和使用量的增加，社会对石油能源的依赖变得越来越严重。石油等不可再生能源的不断开采，将会带来能源枯竭，造成能源危机，与此同时，石油、煤炭等一次能源的消耗会增加碳的排放量，给环境保护带来挑战。为了减少石油等能源消耗，提高环境质量，汽车行业推出使用电池作为动力的电动汽车。随着电动汽车的发展，需要建设电动汽车的充换电服务网络为其提供电池充换电服务，这满足电动汽车运营的需求，为电动汽车发展提供基础保障。本文介绍了电动汽车充换电网络的整体架构，每一层的设计与实现，最后通过实际项目进行应用验证。
2 整体架构
电动汽车充换电服务网络通过智能电网、物联网和交通网的“三网”技术融合，实施信息化、自动化和网络化的“三化”管理，实现对电动汽车用户跨区域全覆盖的同网、同质和同价的充换电服务。电动汽车充换电服务网络按照分层设计方法将其分为终端层、网络层、系统层，其整体架构如图 1 所示。
2.1 系统层
系统层主要有电动汽车运营管理系统，为电动汽车充换电服务提供全面业务管理和技术支持的软件系统，是实现电动汽车运营的必备要件。
2.2 网络层
网络层是连接终端层与系统层的纽带，其主要功能是实现电动汽车服务网络中各类站点（终端）与电动汽车运营管理系统的互联互通。
2.3 终端层
终端层是电动汽车实现运营的基础支撑，主要是指构成电动汽车充换电服务网络的基础设施及设备，包括电动汽车各类充换电站（集中充电站、电池配送站、电池更换站）、交流充电桩、电动汽车及其车载终端等设备。下文将重点阐述系统层、网络层及终端层中车载终端的设计与实现。
3 系统层设计
系统层的运营管理系统依托一体化数据交换平台和数据中心，完成国网总部、省之间的信息和数据交互，涵盖总部、省、地市和充换电站等四级应用，充分实现充换电服务网络运营的智能化管理，保障充换电服务网络运行高效、可靠、安全，为电动汽车提供智能、方便快捷的充换电服务。
3.1 系统物理部署架构
运营管理系统采用总部、省两级部署模式，能够符合总部、省、地市、站点不同层次运营管理的特点，满足统一建设、分步实施的要求，其物理部署架构设计如图 2 所示。
运营管理主要是监控和管理经营区域内电动汽车充换电服务网络的运营，汇集所辖区域的结算信息、运行信息以及客户信息等，并对这些信息提供海量存储。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。同时，与营销业务应用系统、95598 供电服务系统、总部容灾系统以及 GIS 空间服务平台等进行信息交互的统一数据接口，并实现与英大智能支付卡系统的业务交互。
3.2 系统功能设计
运营管理系统，通过综合利用传感网、智能标签、全球定位系统（GPS）、地理信息系统（GIS）和无线宽带移动通信等先进技术，实现对电动汽车、动力电池、充电设施网络等资产的在线监控和全寿命周期管理，提供包括客户管理等各项功能，提升电动汽车运营管理的智能化水平，优化资源配置，确保电动汽车充换电服务等相关业务高效运行。
4 网络层设计
根据各类站点（终端）的实际情况，网络层采用符合站点（终端）实际需求的通信方式，为充换电服务网络中信息数据交互提供通道。
4.1 通信网络架构
通信网络能够为用户提供城市区域、省内城际和省际城际区域无缝的电动汽车服务，覆盖总部数据中心、省级数据中心以及各类站点（终端）。
4.2 通信通道设计
对各类站点（终端）的部署位置、通信需求进行综合分析，设计集中充电站、电池更换站、电池配送站、充电桩等的通信通道。
（1）集中充电站通信通道。集中充电站一般在 110/220 kV 变电站附近，该类站点作为电池集中充电和供应站点，数量较少，对安全性和实时性要求较高，采用自建光纤网络方式就近接入电源引入的 110/220kV 变电站传输网络节点。
（2）电池更换站通信通道。电池更换站分为城区和高速公路两种，城区电池更换站一般在交通枢纽、公共服务设施附近，高速公路电池更换站一般在服务区。电池更换站对安全性和实时性要求高，应采用自建电力光纤通信网络方式接入具备通信资源的 110/220 kV 变电站、35 kV 变电站和 10 kV 开闭所节点。对确实不具备自建网络条件的站点，可临时租用公网专线进行组网，在省级数据中心实现接入。
（3）电池配送站通信通道。电池配送站是电动汽车运营的末端服务站点，数量较多，分布在社区的公共停车场、公共设施附近，对安全性和实时性要求较高，可充分利用城区 10kV 配网光纤网络资源实现接入。可采用自建光纤网络就近接入城区 10kV 配电光纤网络；在不具备接入光纤网络的条件下，可以采用租用公网专线进行组网，并在省级数据中心实现接入。
（4）充电桩通信通道。充电桩是电动汽车运营网络的末端充电设施，数量多，位置分散，分布在社区停车场、公共设施停车场等位置，对安全性要求较高，实时性要求一般。在充电桩区域不具备电力 0.4kV终端通信接入网络（如电力光纤到户网络）或 TD-LTE 电力宽带无线专网资源时，租用公网无线方式进行组网；在具备相关资源时，采用自建专网接入 0.4kV 终端通信网络。
5 车载终端设计
5.1 工作原理
电动汽车车载终端部署在电动汽车内部，需要与车内整车控制系统及后台管理中心的运营管理系统进行信息交互。电动汽车内部网络使用 CAN 总线作为基本通信总线，采用总线型与星型相结合的网络拓扑结构连接传感器，通过车载网络可进行汽车控制以及实现车内数据交换和信息共享。车载终端可以接入整车的 CAN 网络，与整车控制系统互连，实时获取车及电池等相关信息；通过内置的 GPRS/3G 通信模块实现与运营后台系统的信息交互。
6 应用实例
电动汽车充换电服务网络已在苏沪杭城际互联示范工程得到应用，通过验收已正式投运上线。在苏沪杭互联示范工程建设中，依托苏沪杭之间高速公路配套基础设施，建成 9 座智能充换电站，其中浙江 4 座，江苏 3 座，上海 2 座。工程所涉及的上海、苏州和杭州 9 个智能充换电站全部通过验收，标志着我国第一个跨省区电动汽车城际互联工程竣工，并具备投运条件。苏沪杭城际互联示范工程实现了华东地区和苏沪杭三地的电动汽车充换电服务网络互联互通，形成融合运营与管理的信息通信网。工程分别在苏州和上海、杭州部署总部级、省级运营管理系统，涉及 3 个省市充换电业务的互联运营与清分结算。该电动汽车充换电服务网络应用满足了电动汽车运营的跨城际、跨区域要求，为充换电服务网络的运营提供强力支撑，作为国家电网公司打造的电动汽车智能充换电网络的精品工程，为电动汽车在苏沪杭地区的跨城际交通创造条件，并将推动苏沪杭地区电动汽车产业的发展。
7 结论
本文给出基于分层设计方法的电动汽车充换电网络整体架构，对电动汽车充换电网络的系统层、网络层和终端层做了详细设计说明。最后介绍了国网公司电动汽车智能充换电网络试点工程项目，該项目采用本文所述的架构和设计方法，实现了电动汽车跨区、跨城际的运营功能，目前运行稳定，为电动汽车在全国范围内推广奠定了良好的基础，促进了电动汽车产业的发展。
参考文献
[1] 中华人民共和国科学技术部. 国科发计〔2012〕195 号电动汽车科技发展“十二五”专项规划[R]. 北京：中华人民共和国科学技术部，2012.
[2] 国家电网科技部. Q／GDW Z 423-2010 国家电网公司技术标准管理办法[S] . 北京：国家电网文件，2010.