物聯(lián)網(wǎng)技術在電動汽車電能供給網(wǎng)絡中的應用

引言

計算機及網(wǎng)絡通信技術的快速發(fā)展，極大地縮短了人與人之間在時間和空間上的距離。物聯(lián)網(wǎng)則更進一步引入人與物之間的交流，其發(fā)展目標是使人們可以在任意時間、任意地點與任何物品相聯(lián)系。時至今日，絕大部分人都相信，物聯(lián)網(wǎng)將是繼計算機、互聯(lián)網(wǎng)與移動通信之后的又一次信息產(chǎn)業(yè)浪潮,是下一個10?20年新的經(jīng)濟增長點。物聯(lián)網(wǎng)的概念一經(jīng)提出，立即受到各國政府、企業(yè)和學術界的重視，在需求和研發(fā)的相互推動下，迅速熱遍全球。這里綜述了物聯(lián)網(wǎng)、電動汽車電能供給網(wǎng)絡的概念及關鍵技術，研究了物聯(lián)網(wǎng)技術在電動汽車電能供給網(wǎng)絡系統(tǒng)中的應用。

1物聯(lián)網(wǎng)和電動汽車電能供給網(wǎng)絡的概念

1.1物聯(lián)網(wǎng)的概念

物聯(lián)網(wǎng)的概念是在1999年提出的。同年，在美國召開的移動計算和網(wǎng)絡國際會議就提出“傳感網(wǎng)是下一個世紀人類面臨的又一個發(fā)展機遇”2003年，美國《技術評論》提出傳感網(wǎng)絡技術將是未來改變?nèi)藗兩畹氖蠹夹g之首。2005年11月17日，在突尼斯舉行的信息社會世界峰會(WSIS)上，國際電信聯(lián)盟(ITU)發(fā)布了《ITU互聯(lián)網(wǎng)報告2005:物聯(lián)網(wǎng)》，正式提出了“物聯(lián)網(wǎng)”的概念。

物聯(lián)網(wǎng)指的是將各種信息傳感設備，如射頻識別(RadioFrequencyIdentification，RFID)裝置、紅外感應器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等多種裝置與互聯(lián)網(wǎng)結合起來而形成的一個巨大網(wǎng)絡。在此基礎上，利用全球統(tǒng)一標識系統(tǒng)編碼技術給每一個實體對象一個唯一的代碼，構造了一個實現(xiàn)全球物品信息實時共享的實物互聯(lián)網(wǎng)(簡稱物聯(lián)網(wǎng))。物聯(lián)網(wǎng)就是'物物相連的互聯(lián)網(wǎng)”這一概念有兩層意思：第一，物聯(lián)網(wǎng)的核心和基礎仍然是互聯(lián)網(wǎng),是在互聯(lián)網(wǎng)基礎上延伸和擴展的網(wǎng)絡；第二，其用戶端延伸和擴展到了任何物品與物品之間，進行信息交換和通信。

1.2電動汽車電能供給網(wǎng)絡的概念

電動汽車電能供給網(wǎng)絡是把新一代IT技術充分運用在電動汽車能源供應運營管理之中，同時把各類感應器融入到電動汽車電能供應體系的電網(wǎng)設備、電動汽車、充電樁、電池等裝置中。通過“物聯(lián)網(wǎng)”與現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)的整合，實現(xiàn)人與系統(tǒng)的融合。在這個整合的網(wǎng)絡中，存在能力超級強大的中心計算機群，能夠?qū)W(wǎng)絡內(nèi)的人員、機器、設備和基礎設施實現(xiàn)實時的管理和控制。管理者可以以更加精細和動態(tài)的方式管理生產(chǎn)和生活，達到“智慧”的狀態(tài)，提高資源利用率，改善人

與自然之間的關系。

2關鍵技術

2.1電動汽車電池管理芯片

動力電池是電動汽車的核心部件之一，其性能的好壞，直接影響到電動汽車的使用，也影響著電動汽車的發(fā)展。電動汽車動力電池，目前有磷酸鐵鋰、錳酸鋰、鉛酸電池等幾種。由于電動汽車電池一般采用串并聯(lián)相結合的方式，在電池充放電時，每節(jié)電池由于自身內(nèi)阻和其他參數(shù)的差異，會導致電池之間不能同時充滿或者放完。這就需要電池管理芯片對電池的充電、放電、運行等狀態(tài)進行管理和監(jiān)控，使每節(jié)電池工作于最佳狀態(tài)，提高電池的利用效率，延長電池的使用壽命。電池管理芯片，包括均衡充電、均衡放電，充放電及使用時監(jiān)控電池內(nèi)部溫度的變化，充放電時監(jiān)控電池SOC(StateofCharge)狀態(tài)等核心技術。

2.2A-GPS技術

A-GPS技術是一種結合網(wǎng)絡基站信息和GPS信息對移動臺進行定位的技術，可以在GSM/GPRS、WCDMA和CDMA2000網(wǎng)絡中使用。該技術需要在手機內(nèi)增加GPS接收機模塊，并改造手機天線，同時要在移動網(wǎng)絡中增加位置服務器、差分GPS基準站等設備。

A-GPS具有信號覆蓋范圍廣受外部環(huán)境影響小、定位速度快、定位精度高等特點，在電動汽車電能供給系統(tǒng)中，A-GPS技術應用于電動汽車動力電池的定位。在電動汽車的動力電池內(nèi)部安裝有A-GPS定位模塊，通過移動、聯(lián)通、電信等公用網(wǎng)絡運營商的基站進行定位，能夠較為準確地定位動力電池的位置。

2.3無線傳感網(wǎng)技術

無線傳感網(wǎng)技術(WirelessSensorNetwork，WSN)被視為是繼計算機、互聯(lián)網(wǎng)之后的下一代互聯(lián)網(wǎng)——泛在網(wǎng)絡——的重要組成部分。主要包含先進條碼自動識別、射頻標簽、基于多種傳感信息的智能化信息處理技術。在電動汽車電能供給網(wǎng)絡系統(tǒng)中，無線傳感網(wǎng)技術主要有以下幾個方面的應用：

(1)RFID技術

RFID射頻識別是一種非接觸式的自動識別技術，它通過射頻信號自動識別目標對象并獲取相關數(shù)據(jù)，識別工作無須人工干預，可工作于各種惡劣環(huán)境。RFID技術可識別高速運動物體并可同時識別多個標簽，操作快捷方便。RFID是一種簡單的無線系統(tǒng)，只有兩個基本器件，該系統(tǒng)用于控制、檢測和跟蹤物體。系統(tǒng)由一個詢問器(或閱讀器)和很多應答器(或標簽)組成。RFID在系統(tǒng)中的具體應用有用戶身份識別和電動汽車行駛信息自動讀取等幾個方面。用戶身份識別，當用戶充電時，使用射頻卡完成刷卡操作，由讀卡器讀取用戶賬號信息，并上傳服務器進行相關業(yè)務操作。汽車行駛信息自動讀取，在電動汽車上安裝有RFID電子標簽,汽車以一定速度在道路上行駛，行駛到安裝有RFID讀卡器的充電樁RFID讀取范圍內(nèi)時，由充電樁RFID讀卡器自動讀取電動汽車行駛信息(如行駛里程、行駛狀態(tài)、電池編號、電池SOC、電池狀態(tài)等)。

(2)微功率無線組網(wǎng)技術

在無線公共頻段(如433MHz頻點、470MHz頻點、500MHz頻點、510MHz頻點、2.4GHz頻點等)，通過微功率無線收發(fā)器，建立安全穩(wěn)定的網(wǎng)絡管理體系。

2.4網(wǎng)絡數(shù)字視頻監(jiān)控技術

數(shù)字視頻監(jiān)控引入了先進的數(shù)字信號處理技術，在信號的傳輸、控制和存儲方面都與模擬視頻監(jiān)控有本質(zhì)的區(qū)別。在數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，利用MPEG-4、H.264等高效視頻編碼技術,監(jiān)控圖像能夠以較低的帶寬占用實現(xiàn)在各類現(xiàn)有數(shù)字傳輸網(wǎng)上的遠距離傳輸。前端攝像機的PTZ控制和圖像顯示都可以通過計算機來完成，圖像的存儲則基于計算機硬盤。

數(shù)字視頻監(jiān)控是安防領域的一次革新，在遠距離傳輸、工程布線、操作維護以及應用靈活性等方面都遠遠超越了模擬視頻監(jiān)控。在電動汽車充電站和配送站中，網(wǎng)絡數(shù)字視頻監(jiān)控主要應用于安全監(jiān)控，監(jiān)控人員操作、電池狀態(tài)、設備安全等方面。通過數(shù)字信號處理技術，具有對異常信息進行觸發(fā)報警功能，確保視頻監(jiān)控設備和操作人員的安全。

2.5在線測溫技術

使用紅外線測溫技術，獲得被測物體的溫度值，并通過網(wǎng)絡通道將被測物體溫度實時上傳到服務器。在線測溫技術具有實時性好、無需人工干預，能夠方便地設置溫度報警值，具有溫度超限報警功能等優(yōu)點。

在電動汽車充電站和配送站中，大量的電池集中進行充放電，電池溫度的測量必不可少。電池BMS系統(tǒng)中，含有對單體電池的溫度測量，能夠保證對電池溫度的監(jiān)控。外部通過紅外測溫裝置或熱電偶測溫裝置實時測量接插件和線路上的溫度，從而保證系統(tǒng)在工作溫度范圍內(nèi)的可靠運行。

3電動汽車電能供給網(wǎng)絡框架

電動汽車電能供給網(wǎng)絡系統(tǒng)從結構層次上可分為智能電網(wǎng)交互層、運營管理層和用戶業(yè)務層。其系統(tǒng)框架如圖1所示。

智能電網(wǎng)交互層負責電動汽車電能供給網(wǎng)絡與外部電網(wǎng)之間的交互，包括交互運營過程中的必要技術信息以及處理智能電網(wǎng)的關聯(lián)影響。例如，利用電動汽車電能供給網(wǎng)絡中的大容量標準電池建設儲能電站，發(fā)揮對電網(wǎng)調(diào)峰、調(diào)頻等作用；電動汽車電能供給網(wǎng)絡與分布式清潔能源聯(lián)合形成微電網(wǎng)；利用電動汽車電能供給網(wǎng)絡的負荷特性優(yōu)化配網(wǎng)運行等。

運營管理層主要由城市綜合電池調(diào)配系統(tǒng)、AGPS定位管理系統(tǒng)、電池管理系統(tǒng)、無線區(qū)域網(wǎng)絡管理系統(tǒng)、溫度測量管理系統(tǒng)等組成，同時，也包括外部電源及充電站配網(wǎng)系統(tǒng)等。運營管理層組成結構圖如圖2所示。

用戶交互層主要實現(xiàn)電動汽車電能供給網(wǎng)絡系統(tǒng)對用戶的商務往來功能，包括業(yè)務訂購、合同簽訂、業(yè)務咨詢、網(wǎng)點查詢和求助等功能。

4結語

作為“智能信息的感知末梢”，物聯(lián)網(wǎng)以其獨特的優(yōu)勢,實現(xiàn)對電動汽車電能供給網(wǎng)絡的全方位信息采集和監(jiān)控。隨著電動汽車行業(yè)快速的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)在電動汽車中的應用也將越來越多，在不久的將來一定能得到更廣泛的推廣和應用，使我們的生活更舒適、更便捷、更安全、更環(huán)保。

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