华北电力大学（保定）硕士学位论文电动汽车充电站计费管理系统的设计与实现姓名：****学位级别：硕士专业：电气工程指导教师：**凯；朱振军国内外电动汽车产业蓬勃发展的同时，其配套充电设施受到了前所未有的关注。电动汽车充电站作为该产业链上的重要一环，在未来有很大的发展空间，而充电站计费管理系统的是充电站的关键部分。本文首先设计了一种电动汽车充电站计费管理系统的实现方案。设计时从实用性与通用性出发，以使设计出的计费管理系统可以方便用户使用并适用于其他电动汽车充电站。方案中详细描述了计费管理系统的硬件框架结构及各个部件的功能，阐述了电动汽车用户的具体充电流程，流程包括直流充电柜和交流充电桩的充电流程，给出了相应的计费方案。然后文中开发了基于￥３Ｃ２４４０Ａ的嵌入式开发板与电能表的串口通信的程序，程序依据《ＤＬ／Ｔ６４５．２００７多功能电能表通信协议》的要求，分为配置串口，向串口发送数据，读电能表返回的数据以及数据的处理转换几部分，通过运行程序可以实现读取电能表上的电量、电压和电流等数据。文中还编写了充电桩终端与后台监控系统的以太网通信程序，实现充电桩终端与后台监控系统流畅的数据传输。

最后利用图形界面丌发工具Ｑｔ设计了充电桩终端界面的计费系统程序，并利用Ｃ撑编写了计费管理系统的后台计算机实现方案。通过这些图形界面，可以实现充电桩与充电站工作人员的信息交互，方便工作人员对充电站的管理。关键词：电动汽车；充电站；计费管理系统；电能表；以太网’＃：Ｕ力人学＿厂程ｆ虮Ｊｊ学垃论史ＡｂｓｔｒａｃｔＤｏｍｅｓｔｉｃａｎｄＩｎｔｅｍａｔｉｏｎａｌｅｌｅｃｔｒｉｃｖｅｈｉｃｌｅｌｎｄｕｓｔｒｉｅｓａｒｅｆｌｏｕｒｉｓｈｉｎｇ，ｗｈｉｃｈｂｒｉｎｇｓｕｎｐｒｅｃｅｄｅｎｔｅｄａｔｔｅｎｔｉｏｎｔｏｔｈｅｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇｃｈａｒｇｉｎｇｉｎｆｒａｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．Ａｓａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｐａｒｔｉｎｄｕｓｔｒｙｃｈａｉｎ，ｅｌｅｃｔｒｉｃｖｅｈｉｃｌｅｃｈａｒｇｉｎｇｓｔａｔｉｏｎｓｈａｖｅｍｕｃｈｒｏｏｍｆｏｒｆｕｔｕｒｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ．ａｎｄｂｉｌｌｉｎｇｍａｎａｇｅｍｅｎｔｓｙｓｔｅｍｉｓｌ：ｊ）１ｅｋｅｙｐａｒｔｏｆａｃｈａｒｇｉｎｇｓｔａｔｉｏｎ．Ｆｉｒｓｔ，ａｋｉｎｄｏｆｅｌｅｃｔｒｉｃｖｅｈｉｃｌｅｃｈａｒｇｉｎｇｓｔａｔｉｏｎｂｉｌｌｉｎｇｍａｎａｇｅｍｅｎｔｓｙｓｔｅｍｓｃｈｅｍｅｕｎｉｖｅｒｓａｌｉｔｙｔｈｅｄｅｓｉｇｎｃｈａｒｇｉｎｇｍａｎａｇｅｍｅｎｔｓｙｓｔｅｍｓｈｏｕｌｄｈａｖｅｕｓｅｒ－ｆｒｉｅｎｄｌｙｉｎｔｅｒｆａｃｅａｎｄｂｅｅａｓｉｌｙａｐｐｌｉｅｓｔｏｏｔｈｅｒｅｌｅｃｔｒｉｃｖｅｈｉｃｌｅｃｈａｒｇｉｎｇｓｔａｔｉｏｎｓ．Ｔｈｅｓｃｈｅｍｅｉｎｔｈｉｓｔｈｅｓｉｓｄｅｓｃｒｉｂｅｓｄｅｔａｉｌｓｏｆｔｈｅｈａｒｄｗａｒｅｆｒａｍｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｂｉｌｌｉｎｇｍａｎａｇｅｍｅｎｔｓｙｓｔｅｍａｎｄｔｈｅｆｕｎｃｔｉｏｎｏｆｅａｃｈｃｏｍｐｏｎｅｎｔ．Ｉｔａｌｓｏｅｘｐｏｕｎｄｓｅｌｅｃｔｒｉｃｃａｒｕｓｅｒ’Ｓｓｐｅｃｉｆｉｃｃｈａｒｇｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇＤＣｃｈａｒｇｉｎｇａｒｋａｎｄＡＣｃｈａｒｇｉｎｇｐｉｌｅｃｈａｒｇｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓ．Ｔｈｅｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇｂｉｌｌｉｎｇｓｃｈｅｍｅｉｓｐｒｏｖｉｄｅｄ．Ｔｈｅｎｔｈｉｓｔｈｅｓｉｓｄｅｖｅｌｏｐｓｓｅｒｉａｌｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｐｒｏｇｒａｍｂａｓｅｄｏｎｔｈｅ￥３Ｃ２４４０Ａｅｍｂｅｄｄｅｄｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｂｏａｒｄａｎｄｗａｔｔ－ｈｏｕｒｍｅｔｅｒａｎｄａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓＤＬ／Ｔ６４５．２００７Ｍｕｌｔｉ．ｆｕｎｃｔｉｏｎＷａｔｔ．ｈｏｕｒＭｅｔｅｒＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎＰｒｏｔｏｃ０１．Ｔｈｉｓｐｒｏｇｒａｍｉｎｃｌｕｄｅｓｔｈｅｓｅｒｉａｌｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ，ｓｅｎｄｉｎｇｄａｔａｔｏｔｈｅｓｅｒｉａｌｐｏｒｔ，ｒｅａｄｉｎｇｄａｔａｆｉ－ｏｍｔｈｅｍｅｔｅｒｄａｔａｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｐｒｏｇｒａｍｗｅｃａｎｇｅｔｆｏｌｌｏｗｉｎｇｄａｔａ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇｐｏｗｅｒｄａｔａ，ｖｏｌｔａｇｅｄａｔａａｎｄｃｕｒｒｅｎｔｄａｔａｏｆｗａｔｔ．ｈｏｕｒｍｅｔｅｒ．Ｉｎａｄｄｉｔｉｏｎ，ｔｈｅＥｔｈｅｍｅｔｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎｃｈａｒｇｉｎｇｐｉｌｅｔｅｒｍｉｎａｌａｎｄｔｈｅｂａｃｋｇｒｏｕｎｄｍｏｎｉｔｏｒｓｙｓｔｅｍｉｓｒｅａｌｉｚｅｄｉｎｔｈｉｓｔｈｅｓｉｓ，ｗｈｉｃｈｍａｋｅｓｆｌｕｅｎｔｄａｔａｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎｃｈａｒｇｉｎｇｐｉｌｅｔｅｒｍｉｎａｌａｎｄｔｈｅｂａｃｋｇｒｏｕｎｄｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｓｙｓｔｅｍｃｏｍｅｔｒｕｅ．Ｉｎｔｈｅｅｎｄ．ＱｔａｎｄＣａｒｅｕｓｅｄｔｏｄｅｓｉｇｎｃｈａｒｇｉｎｇｐｉｌｅｔｅｒｍｉｎａｌｉｎｔｅｒｆａｃｅｂｉｌｌｉｎｇｓｙｓｔｅｍｐｒｏｇｒｍｎａｎｄｗｒｉｔｅｔｈｅｂｉｌｌｉｎｇｍａｎａｇｅｍｅｎｔｓｙｓｔｅｍｂａｃｋｇｒｏｕｎｄｃｏｍｐｕｔｅｒｓｃｈｅｍｅ．Ｔｈｒｏｕｇｈｇｒａｐｈｉｃｉｎｔｅｒｆａｃｅｓ，ｔｈｅｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｃｈａｒｇｉｎｇｐｉｌｅｓｃｈａｒｇｉｎｇｓｔａｔｉｏｎｗｏｒｋｉｎｇｓｔａｆｆｉｓａｃｈｉｅｖｅｄ，ｗｈｉｃｈｗｉｌｌｂｅｃｏｎｖｅｎｉｅｎｔｆｏｒｔｈｅｍｔｏｍａｎａｇｅｃｈａｒｇｉｎｇｓｔａｔｉｏｎ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｅｌｅｃｔｒｉｃｖｅｈｉｃｌｅ；ｃｈａｒｇｉｎｇｓｔａｔｉｏｎ；ｂｉｌｌｉｎｇｍａｎａｇｅｍｅｎｔｓｙｓｔｅｍ；ｍｅｔｅｒ；ＥｔｈｅｍｅｔＩＩ华北电力大学工程硕：Ｊ二学位论文１．１课题背景第１章绪论在我国，随着国民经济的迅速发展和人民生活水平的不断提高，机动车的增速近年位于世界前列。

一方面，我国是贫油国，国内的石油储藏量和开采量不足，随着国内汽车保有量的增加，对于石油的需求越来越大，目前已不能自给，不足部分主要通过进口来满足，而且每年呈递增趋势。石油作为不可再生资源，迟早要面临枯竭的境地。另一方面，随着汽车工业的高速发展，汽车尾气对大气造成严重的环境污染，其大量的使用也成为危及中国国家安全的因素之一。新能源汽车成为人们的关注焦点，电动汽车是全部或部分由电能驱动电机作为动力系统的汽车，它以电代油，能够实现零排放，噪声低，是解决交通、能源和环境问题的重要手段【ｌ】。尽快推动以电动汽车为主的新能源车辆，在节能减排和能源安全方面具有极为重要的意义。电动汽车充电系统对于实际的电动汽车而言是不可缺少的，当蓄电池的电能耗用完之后，就必须使用充电系统对电池进行再充电【２Ｊ。因此，电动汽车充电站的建设是实现电动汽车产业化和推广普及的关键条件。根据欧美和日本等发达国家的经 验，在进行电动汽车的开发和制造的同时，必须开发电动汽车公共充电站和进行电 动汽车示范工程建设，为电动汽车的推广使用积累经验【３】。为了做好电动汽车的推 广使用，就必须先进行电动汽车充电站及其计费管理系统的开发。 本课题来源于山东大为电气有限公司的电动汽车充电站示范项目。

山东大为电 气有限公司于２０１０年开始着手电动汽车充电站的研究，在充分考虑了目前中国电 动汽车充电站建设所面临的问题，以及未来发展需求的情况下，设计开发电动汽车 交流充电桩系统。公司的发展战略是先研究电动汽车交流充电桩，然后开发直流充 电桩，最后将实现电动汽车充电站整体解决方案。图１．１是山东大为电气有限公司 的电动汽车充电站远景规划图。 １．２电动汽车的发展现状 电动汽车是电动汽车充电站的服务对象，电动汽车充电站的发展前景与趋势直 接受制于电动汽车的发展动态，没有电动汽车的规模化普及，电动汽车充电站很难 取得经济效益，所以有必要简单的介绍一下电动汽车的发展现状。 ４仁北ＩＵＪＪ人学Ｔ程顾ｌ：学位论文 图１．１山东大为电气有限公司电动汽车充电站远景规划图 电动汽车可以分成三类：混合动力汽车（ＨＥＶＨｙｂｒｉｄ．ＥｌｅｃｔｒｉｃＶｅｈｉｃｌｅ）、纯电 动汽车（ＢＥＶＢｌａｄｅ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅｓ）和燃料电池汽车（ＦＣＥＶＦｕｅｌ Ｃｅｌｌ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）。如图１－２所示。 纯电动汽车 铅酸蓄电池钠硫电池 镍锌电池 空气电池 锂离子电洲 内燃机＋电池燃料蓄电池 燃料电池 蓄电池＋电容 蓄电池 燃料电池 ！电容ｌｉ飞轮｜ 图１．２电动汽车分类 华北电力大学工程硕士学位论文近年来，随着环境污染和能源危机的加剧，世界各国电动汽车的研发方兴 未艾。

在电动汽车研发布局中，出现了纯电动车和燃料电池车、混合动力车“三 驾马车”并行齐驱的局面，电动汽车正在朝产业化方向一步步迈进【４１。文献ｆ５， ６－１０］描述了Ｖｅｈｉｃｌｅ ｔｏＧｒｉｄ Ｐｏｗｅｒ的概念，即当电动汽车有富余的电能时可以 连接到电网，把多余的电能卖出去，而在电动汽车电量不足时可以通过电网进 行充电。由文献【１１，１２］可知，电动汽车被称作“生态车”，无废气物排放，文章 还基于迷你汽车“ｉ”开发了一种新的电动汽车“ｉ．ＭｉＥＶ”。 美国政府至今已出资数百亿美元支持汽车厂商和相关厂商进行电动汽车 技术的开发研究。美国三大汽车公司（美国通用汽车公司、福特汽车公司和戴 姆勒．克莱斯勒汽车公司）ｌ９９１年联合成立了美国先进电池联合体，投入了４．５ 亿美元，其中政府拨款２．２５亿美元，共同开发镍镉、镍氢、锌空气电池、燃 料电池等各种高性能蓄电池。日、法、德等国各大公司也投入巨资研究开发高 性能蓄电池【ｌ３１。 我国电动汽车的研发与国外在技术水平与产业化方面差距较小。“十五” 期间，在国家８６３计划电动汽车重大专项连续两期的滚动支持下，我国在纯电 动汽车的核心部件研发、总成集成以及整车系统设计上实现了技术创新和跨 越。

自主研发的５５辆纯电动铿电池汽车、２５辆混合动力客车、７５辆混合动力 轿车、２０辆燃料电池轿车，以及４１辆纯电动场地车等各种新能源汽车。２００９ 年３月２０日，中国汽车产业调整和振兴规划正式发布，规划中称，将实施新 能源汽车战略，推动纯电动汽车、充电式混合动力汽车及其关键零部件的产业 化。掌握新能源汽车的专用发动机和动力模块（电机、电池及管理系统等）的优 化设计技术、规模生产工艺和成本控制技术。建立动力模块生产体系，形成 １０亿安时车用高性能单体动力电池生产能力。发展普通型混合动力汽车和新 燃料汽车专用部件。另外，启动国家节能和新能源汽车示范工程，由中央财政 安排资金给予补贴，支持大中城市示范推广混合动力汽车、纯电动汽车、燃料 电池汽车等节能和新能源汽车【ｌ４１。 从未来的发展趋势来看，电动汽车的充放电技术是制约电动汽车发展的瓶 颈，所以为了使我国在国内外电动汽车与电动汽车充电站的相关领域占领优 势，就必须在电池方面做出更大的突破。混合动力电动车在我国将有长远的市 场前景，它是对现有汽车技术的相对改进，所以混合动力电动汽车只能作为一 种过渡路线。纯电动汽车在使用过程中能够实现零排放，对环境的污染相对较 小，而且纯电动汽车完全摆脱了对石油资源的依赖，将成为我国电动汽车发展 的最终目标。 ｆ仁北ＩＩｉ力人学Ｔ程坝卜＂：－”７－‘－位论文 １．３电动汽车充电站的国内外研究现状 电动汽车充电站由供电系统、充电系统、监控系统和计费管理系统组成，客户 可以根据自己电动汽车的种类不同选择到直流充电柜或交流充电桩上进行充电。电 动汽车充电站总体构架如图１．３所示。 充电站 供电系统 充电系统 监控系统 计费系统