1 绪论
引言
汽车工业的告诉发展，汽车带来的环境污染、能源短缺、资源枯竭和安全等方
面的问题越来越突出。为了保持国民经济的可持续发展，保护人类居住环境和能源
供给，各国政府不惜巨资，投入大量人力、物力，寻求解决这些问题的各种途径。
我国面临的形式也十分严峻，国内的石油储藏量和开采量相当有限，随着汽车保有
量的增加，石油需求越来越多，目前已不能自给，不足部分主要通过进口来满足，
而且每年成递增趋势。
由于电动汽车具有突出的环保方面的优势，使得电动汽车的开发和研究成为各
国开发绿色汽车的主流。电动汽车使用的能源是可以用与发电的一切能源。因此使
用电动汽车可以摆脱汽车对化石燃料的依赖，改善能源结构，使能源供给多样化，
使能源的供给有保障。电动汽车在解决道路交通事故方面和传统汽车相比也具有一
定优势。因此，开发电动汽车是迎接汽车面临挑战的重要对策之一。电动汽车具有
良好的环保性能和可以以多种能源为动力的显著特点，即可以保护环境，又可以缓
解能源短缺和调整能源结构，保障能源安全。目前发展电动汽车已成为各国政府和
汽车行业的共识，电动汽车的研发已成为汽车行业的热点。因此，无论是从设计、
研究和开发的观点，还是从实用的角度来看，了解和掌握电动汽车技术的社会需求
会越来越大。
目前世界上许多发达国家的政府、著名汽车厂商及相关行业科研机构都
在致力于电动汽车技术的研究开发与推广应用。电动汽车充电站是电动汽车
大规模商业化后不可缺少的电动汽车能源服务基础设施，如何实现电动汽车
充电站运行管理的自动化是必须研究的课题。
系统建设的必要性：
1）保证动力电池充电安全的需要。目前纯电动汽车多使用锂离子蓄电池作为
电能存储单元。锂离子电池对充电要求较高，充电过程控制不好会造成电池
永久损坏，甚至引起电池爆炸。充电站监控系统的充电监控功能可以监测电
池和充电机当前状态。采用智能充电机的充电保护措施可以有效保证动力蓄
电池充电过程的安全。
2）提高充电站运行和管理水平的需要。电动汽车充电站作为保障电动汽车正
常使用的能源基础服务设施，因其构成设备数量多，用人工方式来管理这些
设备很难实现，所以有必要利用先进的信息技术实现其运行和管理自动化，
降低工作人员的劳动强度，提高充电站运行和管理水平。
电动汽车的发展及其关键技术
1881 年的法国诞生了世界上第一辆电动车，但是由于技术的原因，在不长
的时间里燃油汽车就占据了汽车市场的绝大部分市场份额。近年来，随着许
多电动汽车关键技术的不断发展以及全球汽车生产商对电动汽车发展的重视
程度不断加深，现代电动汽车己经作为一种全新概念的交通工具被提上日程，
它自身将会承担更多的功能，正因为这样，电动汽车在发展中，必须面对并
解决以下关键技术：
(1) 车身设计
车身设计的工作早在一开始就将实用性和外观性联系在了一起。尤其在现代
汽车要求速度越来越快的情况下，对于汽车的空气动力学、行驶平顺性等方
面考虑己经成为车身设计的主要工作。在设计电动汽车时，应该在车身设计
上多下功夫，力争使电动汽车的无功损耗降低到最低点。
(2) 动力驱动技术．
电动汽车主要是依靠直流电动机来驱动的，但是由于目前直流电动机的转速
／转矩变化范围窄，并不能满足汽车行驶的需要，所以国际上已经开始了关
于电动汽车用交流电机的研制的热潮，其中开关磁阻电机的研制，高效永磁
同步电机交流电机都已进入试用阶段；控制技术——矢量控制和直接转矩控
制技术己经在理论界得到了充分的验证和肯定，技术也同趋成熟。随着技术
的发展，电机和电机控制器也越来越成熟，电机向着高电压、小电流、大功
率、小体积、重量轻的方向发展，直流电机已逐渐被交流电机所代替。控制
器也向着智能化、集成化的方向发展。
(3)能源供应系统
现代电动汽车经过数十年的发展，其各项标准己经基本达到了人们用车的要
求，但是却迟迟不能占据市场，最主要的原因就是现在的电动汽车的续驶里
程不能满足入们的要求。如何寻找或者研制一种更加优良的能源是电动汽车
发展的一个极其关键的问题，目前的局面是铅酸、镍氢、锂离子、燃料电池
多种电源并存，铅酸电池占据了主要地位，针对目前的市场占有情况如何合
理的使用提高铅酸电池的寿命和效率，就具有十分明显的经济和社会价值，
而且随着铅酸电池生产技术的不断更新，新一代的卷式铅酸电池能量比将大
大增强，其充放电将变得越来越简单，因此本论文的研究将围绕铅酸电池展
开。
1. 3 电动汽车充放电技术研究概况
电动汽车充放电技术就是对蓄电池的输入输出进行合理的控制，达到节
能、延长设备寿命的预期目标。电动汽车的充放电技术对电动汽车的能源存
储源免维护铅酸蓄电池的充放电进行合理的控制，达到行驶里程和蓄电池寿
命的最大化。
电动汽车充放电控制系统如同电动汽车的总体控制中心，它具有功能多、
灵活性好、适应性强的特点，从而可以非常合理地利用有限的车载能量，达
到电池寿命和行使里程的最大化。根据目前国内外技术发展的情况，主要是
实现充电时间的缩短，电池寿命的延长和持续行驶罩程的最大化，因此，问
题归结于两个方面，一、根据电池充放电原理缩短蓄电池充电时间(快速充电
技术)，二、电动汽车运行过程中在保证制动正常的条件下结合充放电原理进
行能量的回收。
常规的充电方式包括恒压充电、恒流充电和将两者组合起来应用于不同
时问段的混合充电方式。从本质上来讲都是一种充电电流无法随蓄电池充电
状态自动调节的单一模式充电法，所以无法实现充电过程的最优化。
相对于常规充电模式而言，智能化充电模式根据电池生产单位提供的技
术数据对其整个充电过程进行控制，根据蓄电池的充电状态而动态跟踪蓄电
池的可接受最大充电电流及后期充电电压的变化，使得实际充电电流始终保
持在最优值附近，从而保证了蓄电池几乎在满足自身理论特性的状态下的充
电。
对于智能充电可以概括为：根据蓄电池的充放电特性来找到一种最佳的
充电方式，并且用合适的电力电子装置来实现它。前面是针对蓄电池特性的
研究，后者是针对电力电子装置的研究。这里的最佳的充电方式就是最佳的
充电电压和充电电流的选取。智能充电的作用是给标准蓄电池充电，它的功
能是要求根据不同的电池，控制不同的状态，自动检测电池端电压和端电流
的值，经过处理后产生电压偏差和变化率信息，再经过模糊处理，输出电流
和电压的控制信息，实时、精确的控制充电过程，目前不少研究者在这一方
面已经做了大量的研究，但大多是基于不可控整流方式和功率因素补偿来实
现，对电网仍有一定的污染，其控制方式有待于进一步的提高。结合电池充
放电原理，根据电动汽车的驱动设备电机特性，在电动汽车运行过程(减速和
制动时电动机工作在发电状态)对其能量进行有效的回收利用，可以有效增加
汽车行驶里程，根据日本本田公司研究数据，对电动汽车能量进行有效回收
利用，可使汽车在 UDDS(Urban Dynamo Driving Schedule)市区发电工况下延
续行驶罩程 26％左右。因此，结合蓄电池充放电特性对其充放电过程进行控
制就具有明显经济价值。电动汽车在运行过程中，其输出功率会随着路况、
环境等多种因素的变化而变化，同时在减速和制动过程中对电机能量进行回
收，根据负载变化动态调节蓄电池充电电流的大小，达到延长行使里程的目
的。目前日本丰田、本田公司和美国纽约州的斯卡奈塔第联合大学以及美国
的国家航空与航天管理局路易斯研究中心在此领域的研究较为深入，我国近
几年，也在此领域展开了研究，如清华大学、北京理工、武汉理工等研究机
构。
电动汽车充放电技术存在主要问题
当前电动汽车产业迟迟未能工业化的主要原因电池问题，当前的电池容
量和体积／质量的关系不能满足电动汽车的需要，也就是说一定重量的蓄电
池只能提供给电动汽车有限的能量，致使电动汽车行驶里程太短，由于电池
技术不可能再短时间内取得突破，所以只能在短时充电和延续汽车行驶里程
进行深入的研究，一方面，随着快速充电技术的深入，可以使电动汽车像在
加油站加油一样，在较短时间内补充能源，也可以采取在公共的充电站更换
蓄电池组来补充能源；另一方面，我们可以对运行过程中的能量进行部分回
收，通过对对电池充电的方式实现减速和制动，一方面延续行驶里程，另一
方面，可以拉大充电站之间的距离，减少充电站的建设。
本论文的主要内容
当今社会电动汽车的发展迅猛，因此对电动汽车充电站监控系统提出了很高
的要求。面临能源和环境的巨大压力，以电力作为驱动系统动力源的电动汽车成为
绿色交通工具，有着广阔的前景，电动汽车充电站则是电动汽车运行的不可缺少的
能源服务基础设施。但是目前电动汽车充电站普遍实行无人值班，且能够保证大规
模充电站正常运营的充电站监控系统尚无成熟产品，各充电站之间也无信息联系，
这就要求充电机的可靠性及自动化智能化程度更高，功能更加完善。仪器的设计，
本着简明﹑科学﹑实用的原则，力求从整体出发，从实际使用出发，突出系统的可
靠性﹑免维护﹑免培训特点和系统结构的简明完整性，把对操作人员的专业技术要
求降到最低，发挥系统整体设计的优势，使系统整体性能达到最佳，功能强大而操
作简单，测量精确而维护方便，在此基础上，完成电动汽车充电站监控系统设计，
做到监测系统稳定，可靠性能高。
在系统设计中，应充分应用近年来发展起来的各种新技术﹑新器件﹑新方法，
在保证各项性能指标能够满足系统方面要求的前提下，力求简化结构，降低成本，
提高可靠性和稳定性[4]。
设计时需要注意的问题：
（1）、产品的技术指标﹑生产工艺等要符合国家有关规定和地方管理部门的规
定。
（2）、运行的可靠性和稳定性一定要好，安装﹑维护要方便，操作要简单。
（3）、各项功能要实用，既要满足国家和地方的有关规定也要考虑用户的要求。
（4）、设计﹑制造尽可能使用通用的有替代产品的原件，器件和设备。
（5）、能使用软件实现的功能，一般不用硬件来实现，以减小体积，将成本降
至最低。
（6）、设计要从整体出发，分步﹑分层实施，突出系统的整体性能，力求系统
整体性能最大优化。
2 系统的设计理论与基本知识
从第一章中我们了解到了电动汽车发展及其相关技术，对电动汽车的发展应该
用了一个大概的认识。要想建成一个合格的电动汽车充电站监控系统，所需了解的
地方包括电动汽车的电能供给方式、充电站建设模型、以及一个电动汽车充电站的
监控系统应该包括哪些监控方面等。下面就以上所说的比较重要的几点做一下简要
的介绍
电动汽车的电能供给方式与充电站建设模式
电动汽车的电能供给方式
目前，电动汽车电能供给方式主要有交流充电、直流充电和电池组快速更换 3 种
典型方式。
1）交流充电方式。外部提供 220 V 或 380 V 交流电源给电动汽车车载充电机，由
车载充电机给动力蓄电池充电。一般小型纯电动汽车、可外接充电式混合动力电动
汽车(plug in hybrid electric vehicle，PHEV)多采用此种方式。车载充电机一般功率
较小，充电时间长。
2）直流充电方式。地面充电机直接输出直流电能给车载动力蓄电池充电，电动汽
车只需提供充电及相关通信接口。地面充电机一般功率大，输出电流、电压变化范
围宽。有些地面充电机还具备快速充电功能。
3）电池组快速更换方式。电动汽车与充电机无直接联系，而是通过专用电池更换
设备将车上少电的电池取下，换上充满电的电池，这个过程所需
充电站建设模式
结合电动汽车的发展趋势以及电动汽车电能供给的典型方式，本文认为未来电动汽
车充电站建设主要有 3 种典型模式：
1）模式 1。在住宅小区或商业大厦的专用停车场安装一定数量的智能充电桩和少
量的智能地面充电机。智能充电桩为电动汽车提供 220 V 或 380 V 交流电源接口，
智能地面充电机为电动汽车提供应急充电服务。该模式适用于小型纯电动汽车、
PHEV 等。
2）模式 2。在专用停车场安装一定数量的智能地面充电机，直接连接电动汽车上
的专用充电接口为车载电池充电。该模式适用于具有专用停车场的车辆，如纯电动
公交车、纯电动环卫车等。
3）模式 3，即电池更换站模式。站内安装有直接为电池包充电的充电机和直接为
电动汽车充电的应急充电机，配备电池快速更换设备和电池架，配有专用配电系统
(含电能谐波集中治理装置)，能为纯电动汽车提供电池更换服务。该模式适用于一
次充电续驶里程不能满足日常行驶需要而频繁充电的车辆，如大型纯电动公交车、
纯电动环卫车等。
系统应用功能需求
充电监控功能
充电监控功能是充电站监控系统的核心功能，主要实现对充电桩和充电机的监视与
控制。
1）对充电桩的监控。
监视充电桩的交流输出接口的状态，如电流、电压、开关状态、保护状态等；采集
与充电桩相连接的电动汽车的基本信息；控制充电桩交流输出接口的开断。
2）对充电机的监控。
充电机作为被监控对象，上送给监控系统的数据主要包含 2 类：充电机状态信息，
即输入输出电压、电流、电量、功率因数、充电时间、当前充电模式、充电机故障
状态等；电池状态信息，即电池包基本信息、电池单体电压、电池单体温度、电池
故障状态、电池管理系统设置信息等。此外，在电池包状态信息部分，系统还需根
据采集到的电池单体电压、温度等计算出电池包内单体最高电压、最低电压、最高
温度、最低温度等统
计信息，供限值统计、告警系统使用。对充电机的控制功能主要包括：对充电机充
电
开始、停止、紧急停止的控制；充电机充电模式的调整，即根据充电机连接电池的
类型及其充电特性，操作人员可通过图形画面调整各阶段充电参数，并下发给充电
机；向充电机及其连接的电池管理系统下发对时命令。
配电监控功能
实现对电动汽车充电站配电设备的监控，方便统一管理和数据共享。可实现对整站
的总功率、总电流、总电量、功率因数、主变状态、开关状态、无功补偿及谐波治
理设备的监视和控制。
烟感监视功能
在模式 3 的充电站中，为了保障电池充电安全，除了通过电池管理系统监视电池
电压、温度外，在电池充电架中安装了数量众多的烟雾传感器，用于探测锂离子动
力电池因过充导致电池自燃而释放出的烟雾。这些传感器接入充电站监控系统后，
和充电监控功能(特别是在电池管理系统失效时)一起保障电池充电的安全。
电池维护监控功能
在大型充电站中，需要通过专门的电池维护设备对电池进行定期维护。在维护过程
中，系统将采集到的维护数据存入充电站监控系统数据库，形成电池的完整数据档
案，便于对电池进行整体评估。
.５ 快速更换设备监控功能
在具备电池快速更换设备的充电站中，可通过充电站监控系统对电池快速更换设备
下发具体电池更换命令：让快速更换设备在指定轨道位置更换
电动汽车充电站
电动汽车充电站是指为电动汽车充电的站点，与现在的加油站相似。随着低碳
经济成为我国经济发展的主旋律，电动汽车作为新能源战略和智能电网的重要组成
部分，以及国务院确定的战略性新兴产业之一，必将成为今后中国汽车工业和能源
产业发展的重点。然而，电动汽车产业是一项系统工程，电动汽车充电站则是主要
环节之一，必须与电动汽车其他领域实现共同协调发展。
在中国电动汽车充电站的发展是必然的，抢占先机也是企业的制胜之道。
在目前的情况下，国家虽有大力倡导，各企业又蠢蠢欲动，但电动汽车走入
寻常百姓家不是短期内容易做到的。国家政策可以给（购车补偿、上路等），
而电动汽车充电站网则无法短期建，主要原因是给电动汽车快速充电需要瞬
时强大的功率电力，常规电网无法满足，必须要建专用充电网络，这涉及整
个国家电网改造，国家电网大改造不是小事，耗资巨大，从讨论、立项到成
网，非一朝一夕能实现。
现在能较好的解决快速充电问题的方案是-换电站-利用给汽车更换电池
的方法代替漫长的充电过程。一辆汽车需要配备两块电池，当一块电池用完
后自动切换到另一块，此时可到换电站将用完
的电池换下，装上满电的电池。而换下的电池由电站统一充电和维护，前提
是充电站要有相当数量的备用电池。这个方法优点是快速，用户换完电池就
可以上路，比加油都快。用这种方法再加上停车场充电桩等辅助手段，相信
电动汽车的普及就近在眼前。
充电业务模式是指电动汽车用户在汽车电能将要耗尽的时候选择到固定
地点的充电站和充站桩为汽车的电池进行直接充电的模型。这是电动汽车充
电站最先考虑的业务模式，在这种业务模式下，电动汽车用户通过在充电站/
充电桩直接为汽车充电，即时消费电力产品并通过现场付费的模式支付费用，
完成交易。
为此，建设相应的电动汽车充电计费系统，引入集中式的信息管理平台，
是开展电动汽车充放电站建设工作的重要组成部分。
系统模块介绍
充电站的收费系统是必须的，建设电动汽车充电计费系统，系统的实现由三部
分组成，下面分别进行介绍：
1、建设充电计费系统管理平台，对系统涉及到的基础数据进行集中式管理，
例如电动汽车信息、购电用户信息、资产信息等。
2、建设充电计费系统运营平台，用于对电动汽车的充放电及购电用户的充值
进行运营管理。
3、建设充电计费系统查询平台，用于对管理平台及运营平台产生的相关数据
进行综合查询
充电站按照功能可以划分为四个子模块：配电系统、充电系统、电池调度系统、
充电站监控系统。充电站给汽车充电一般分为三种方式：普通充电、快速充电、电
池更换。普通充电多为交流充电，可以使用 220V 或 380V 的电压。快速充电多为
直流充电。充电站主要设备包括充电机、充电桩、有源滤波装置、电能监控系统。
充电站电力配套
常规充电
① 典型常规充电站的规模
根据目前电动汽车常规充电的数据资料，一般以 20~40 辆电动汽车来配置一个
充电站，这种配置是考虑充分利用晚间谷电进行充电，缺点是充电设备利用率低。
在高峰时也考虑充电，则可以 60~80 辆电动来配制一个充电站，缺点是充电成本上
升，增加高峰负荷。
① 充电站电力配套的典型配置（前提充电柜具有谐波等处理功能）
a 方案：
建造配电站设计 2 路 10KV 电缆进线（配 3*70mm 电缆），2 台 500KVA 变压
器，24 路 380V 出线。其中二路为快速充电专用出线（配 4*120mm 电缆、50M 长、
4 回路），二路为机械充电或备用出线，其余为常规充电出线（配 4*70mm 电缆、50M
长、20 回路）
b 方案：
设计 2 路 10KV 电缆线（配 3*70mm 电缆），设置 2 台 500KVA 用户箱变，每
台箱变配 4 路 380V 出线（配 4*240mm 电缆、20M 长、8 回路），每路出线设置一
台 4 回路电缆分支箱向充电柜供电（配 4*70mm 电缆、50M 长、24 回路）。
快速充电
① 典型快速充电站的规模
根据目前电动汽车快速充电的数据资料，一般以同时向 8 辆电动汽车充电来配
置一个充电站。
① 充电站电力配套的典型配置
a 方案、建造配电站设计 2 路 10KV 电缆进线（配 3*70mm 电缆），2 台 500KVA
变压器，10 路 380V 出线（配 4*120mm 电缆、50M 长、 10 回路）。
b 方案、设计 2 路 10KV 电缆线（配 3*70mm 电缆），设置 2 台 500KVA 用户
箱变，每台箱变配 4 路 380V 出线，供充电站（配 4*120mm 电缆、 50M 长、8 回
路）。
机械充电
①机械充电站的规模
小型机械充电站可以结合常规充电站建设同时考虑，可以根据需要选择更大容
量的变压器。大型机械充电站一般以 80~100 组充电电池同时充电配置一个大型机
械充电站，主要适用于出租车行业或电池租赁行业，一天不间断充可以完成对 400
组电池的充电。
① 充电站电力配套的典型配置（大型机械充电站）
配电站 2 路 10KV 电缆进线（配 3*240mm 电缆），2 台 1600KVA 变压器， 10
路 380V 出线（配 4*240mm 电缆、50M 长、10 回路）。
便携式充电
① 别墅
具备三相四线表计，独立的停车库，可以利用已有的住宅供电设施，从住宅配
电箱专门放一路 10mm2 或 16mm2 的线路至车库的专用插座，来提供便携式充电电
源。
① 一般住宅
具有固定的集中停车库，一般要求地下停车库（充电安全考虑），可以利用小
区原有的供电配套设施进行改造，必须根据小区已有的负荷容量来考虑，包括谷电
的负荷。具体方案应根据小区的供电设施、方案以及小区的建筑环境具体来确定。
3 系统需求分析及总体设计
需求分析和总体设计是系统开发必经阶段。在需求分析阶段，应该确定系统的功能
和特性。在电动汽车充电站中，监控系统最重要的是完成对充电站的监控，确保充
电站的安全。其主要功能如图 所示。
图 主要功能
智能
监控
管理
系统
数据通信
模块
监控模块
报警模块
显示功能
复位功能
管理模块
数据采集于
控制模块
数据采集
相关设备的控制
充电站内部相关系统之间的通信
PC机与城市总监控中心的通信
监控站内相关设备的状态和运行
出现故障后发现报警声音
现实设备运行状态参数
出现故障后，接受复位命令
信息管理
安全管理
充电系统监控，针对充电机控制器及相连的电池管理系统，该网络为三级，其网络
结构如图 所示：
图 网络结构
第一网络是充电机控制器和对应的电池箱上安装的电池管理系统之间的通讯，
由于充电机控制器和电池管理系统之间的串行通讯比较简单，电池通讯系统不主动
发送命令和数据，采用主从式结构，故选用 RS-485 总线，控制器借助电池管理系
统实时了解各个单体电池的荷电状态，为实现智能充电创造条件。电池管理系统所
采用到的数据（主要包括单体电池数量、电压、温度、平均电压、最高电池电压、
最高温度、故障代码、充电标识、故障状态、最大允许电压等变量）按照协议进行
处理并重新打包成合适的总线传送的数据格式，然后充电机控制器通过总线将其发
送至监控 PC 机。
充电机 充电机 充电机
城市总监
控中心
充电站分站1监控
PC机 充电站分站2
监控PC机
… … … … … ..
充电站分站n
监控PC机
电池组 电池组 电池组
烟雾传感器 烟雾传感器 烟雾传感器
RS485 RS485 RS485… … … … … .
第二网络是监控 PC 机和充电机控制器之间，由于它对抗干扰性、可靠性要求
较高，并且传送距离较远，故采用一种多主总线。监控 PC 机接受来自总监控中心
的指令，控制充电机完成指令所规定的任务，实时监控充电机的状态，将检测到的
信息反馈给总监控中心，为总监控中心调度决策提供参考；同时，它对充电站内部
一些设备的信息进行存储、转发和管理。充电机控制器是监控系统的核心，一方面
要完成对充电机的实时数据采集（主要是充电机状态，包括电流、电压、时间、温
度、开关状态、保护状态和电量等参数）和实时控制，这些控制主要是对充电机开
关、停止和充电模式的调整、对与其相连的电池管理系统下发命令；另一方面，还
要完成对电池组各数据进行收集和管理。及时把系统的实时数据传输给监控 PC 机
和接受监控 PC 机发来的控制命令。
最后是监控 PC 机和城市总监控中心之间的通讯，因为充电站监控系统各工作
站和服务器之间数据交换频繁，数据量大，故采用以太网方式通信。
另外，为了进一步保证充电的安全还有一条针对安装在充电架上的烟雾传感器
的监控网络。烟雾传感器是用于探测锂离子动力电池因过充电导致电池自然而释放
出的烟雾。该网络和电池管理系统共同保持充电电池的安全。首先烟雾传感器信号
经过转换节点转换为通信信号，然后通过总线发送给烟雾报警计算机。烟雾报警计
算机仅接受烟雾传感器的报警信号，及时发现有故障的充电电池，没必要与上级进
行通信，其模块如图 所示。
图 烟雾报警
烟雾传感
器
烟雾监控
转换节点
烟雾报警
PC机
报警信
号
通讯信
号
4 硬件电路和软件设计
总体结构框架
硬件平台以 atmel 公司的 at91rm9200 芯片为核心，这款工业级芯片内嵌网络控
制器，包含了以太网 mac 控制，因此只需外接一片 10/100m 物理层芯片 dm9161e
提供以太网接入通道即可。can 总线接口采用 can 控制器芯片 mcp2515 和高速 can
总线收发器 tja1050 构成。mcp2515 与 at91rm9200 的连接是通过标准串行外设接口
spi(at91rm9200 内嵌)来实现的，它支持 技术规范，能够发送和接收标准的
和扩展的信息帧，同时具有接收滤波和信息管理的功能。tja1050 是与 mcp2515 相
配的高速 can 总线收发器，它担负着节点和总线之间接收和发送电平转换的任务。
另外，为了使硬件平台提供高效的软件运行环境，系统还设计了存储电路(16mb nor
flash，主要用来存放系统引导程序 bootloader、内核、文件系统；64mb nand flash，
用来存储数据；32mb sdram，提供内核与应用程序的运行空间)、复位电路、jtag 调
试接口和 rs485 扩展串口。
图 总体结构框架
功能模块
NAND FLASH：Nand-flash 内存是 flash 内存的一种，其内部采用非线性宏单元模
式，为固态大容量内存的实现提供了廉价有效的解决方案。Nand-flash 存储器具有
容量较大，改写速度快等优点，适用于大量数据的存储，因而在业界得到了越来越
AT91RM9200
NOR FLASH
SD RAM
RESET
AT91RM9200
NAND
FLASH
JTAG
CAN口
以太网口
广泛的应用，如嵌入式产品中包括数码相机、MP3 随身听记忆卡、体积小巧的 U
盘等。
NOR FLASH：flash 闪存是非易失存储器，可以对称为块的存储器单元块进行擦写
和再编程。任何 flash 器件的写入操作只能在空或已擦除的单元内进行，所以大多
数情况下，在进行写入操作之前必须先执行擦除。NAND 器件执行擦除操作是十分
简单的，而 NOR 则要求在进行擦除前先要将目标块内所有的位都写为 0。
由于擦除 NOR 器件时是以 64～128KB 的块进行的，执行一个写入/擦除操作
的时间为 5s，与此相反，擦除 NAND 器件是以 8～32KB 的块进行的，执行相同的
操作最多只需要 4ms。
执行擦除时块尺寸的不同进一步拉大了 NOR 和 NADN 之间的性能差距，统计
表明，对于给定的一套写入操作(尤其是更新小文件时)，更多的擦除操作必须在基
于 NOR 的单元中进行。这样，当选择存储解决方案时，设计师必须权衡以下的各
项因素。
l 、NOR 的读速度比 NAND 稍快一些。
2、 NAND 的写入速度比 NOR 快很多。
3 、NAND 的 4ms 擦除速度远比 NOR 的 5s 快。
4 、大多数写入操作需要先进行擦除操作。
5 、NAND 的擦除单元更小，相应的擦除电路更少。
SD RAM：Synchronous Dynamic Random Access Memory，同步动态随机存储器，
同步是指 Memory 工作需要同步时钟，内部的命令的发送与数据的传输都以它为
基准；动态是指存储阵列需要不断的刷新来保证数据不丢失；随机是指数据不是线
性依次存储，而是自由指定地址进行数据读写。
JTAG：JTAG 是英文“Joint Test Action Group（联合测试行为组织）”的词头字母的
简写，该组织成立于 1985 年，是由几家主要的电子制造商发起制订的 PCB 和 IC
测试标准。JTAG 建议于 1990 年被 IEEE 批准为 -1990 测试访问端口
和边界扫描结构标准。该标准规定了进行边界扫描所需要的硬件和软件。自从 1990
年批准后，IEEE 分别于 1993 年和 1995 年对该标准作了补充，形成了现在使用
的 -1993 和 -1994。JTAG 主要应用于：电路的边界扫描
测试和可编程芯片的在线系统编程。
数据库，ADO 技术为二者的数据接口，C#是一种功能强大的可视编程语言，为
开发基于 Microsoft Windows 应用程序提供了最迅速、最简单的方法。Access 是
微软公司 Office 软件包中的关系型数据库，具有灵活、界面友好、易于学习和操
作等特点，是开发小型数据库应用系统的理想工具，可以独立开发数据库系统，
也可以作为后台数据库的理想工具，可以独立开发数据库系统，也可以作为后台
数据库与 C#等高级语言结合使用。ADO 是当前数据库访问的一种主流技术，可
以通过 组件方便的进行数据的入库与出库操作。
创建一个名为 数据库，可以在数据库上设置密码，要求用户访
问时输入密码，以保障数据库或其中的对象的安全性。该数据库包含用户登记表、
充电机基本信息表、电池表和烟感报警信息表等。通过在 ACCESS 中建立好表
之后，并通过关键字建立各个表之间的联系，就可以完成对数据表的查询、修改，
通过对这些数据进行分析处理、打印报表。
运行界面是系统与用户之间的接口，是用户与计算机信息系统之间传递、交
换信息的媒介，也是控制和选择信息输入输出的主要途径，其设计应坚持界面直
观友好、操作简单、能够自行引导用户进行系统操作等原则。
为保证充电站内相关信息的安全，必须设计登录界面，只有输入正确的口令
后才可以进入系统主界面，系统主界面将所有的信息汇总显示，点击任一个菜单
便可进入相应的字程序。
6 总结
本设计从实际出发， 考虑到生活和工业生产中的各种因素的存在，在设计过
程中把可靠性作为第一位，同时也考虑到了运行的经济性等因素，合理的选择运行
方式及各种元器件，力求使设计方案达到优化组合的要求。另外，在设计过程中，
尽量采用了一些国外的先进思想和技术。
随着国内电动汽车示范运行的大规模开展以及电动汽车产业化的推进，还需在
以下几个方面对电动汽车充电站监控系统进行深入研究：
1）研究和制订电动汽车充电站监控系统功能规范，研究和制订充电站监控系
统与充电机、充电桩、电池维护设备等的通讯协议。此外，随着具备电池更换功能
的电动汽车充电站逐渐增多，特定区域内电动汽车充电站间的数据交换随之增多，
规范电动汽车充电站监控系统之间数据交换标准也需进行研究。
2）研究电动汽车充电站与波动性电源一体化集成控制技术，实现电动汽车充
电站充电设备起停、充电功率调节与充电站可用输入功率的自动化和智能化协调控
制。
3）随着电动汽车商业化示范运行的增多，需要在现有的电动汽车充电站监控
系统之上进一步开发支撑充电站商业化运营的充电站综合运营管理系统。
附录 A：登录（输入用户名，密码；如果与已知的数据库匹配，则
登录成功；如果没有此用户或者说密码错误，则弹出相
应的对话框。）
private void btnland_click(object sender, EventArgs e)
{
if (() == "" ||
() == "")
{
(this, "用户名和密码不能为空", "系统提示",
, );
return;
}
string userid = ();
string password = ();
string SQLconnStr =
"server=OXKBDYF5CYJXRYP;database=vsshow;User Id=sa;Password=inis";
SqlConnection cn = new SqlConnection(SQLconnStr);
SqlCommand cmd = new SqlCommand("select * from userlogin where
userID='" + userid + "'", cn);
SqlDataAdapter da = new SqlDataAdapter(cmd);
DataSet ds = new DataSet();
(); //连接
(ds); //重载此成员 在 DataSet 中添加或刷新行。
if ([0]. == 0)
{
(this, "用户名不存在，请重新输入用户名！", "
系统提示", , );
//账号与密码不符，请确认账号与密码是否输入正确！
= "";
= "";
return;
}
else
{
if ([0].Rows[0]["pwd"].ToString() != )
{
(this, "密码错误，请重新输入密码！", "系
统提示", , );
= "";
return;
}
}
(this, " 登 陆 成 功 ！ ", " 系 统 提 示 ",
, );
//();
//Frame frame = new Frame();;
//();
}
附录 B:用户注册：（在 VS 中使用 的相关类，输入用户
名后，对 sql 进行查询，如果存在这个用户名，则重设用
户名；如果前后两次输入密码不一致，则重新输入；限
制条件都符合后，则在 类中编写 insert 语句插
入数据行。）
private void btnloginover_click(object sender, EventArgs e)
{
string userid = ();
string password1 = ();
string password2 = ();
string SQLconnStr =
"server=OXKBDYF5CYJXRYP;database=vsshow;User Id=sa;Password=inis";
SqlConnection cn = new SqlConnection(SQLconnStr);
SqlCommand cmd = new SqlCommand("select * from userlogin where
userID='" + userid + "'", cn);
SqlDataAdapter da = new SqlDataAdapter(cmd);
DataSet ds = new DataSet();
(); //连接
(ds); //重载此成员 在 DataSet 中添加或刷新行。
if ([0]. != 0)
{
(this, "用户名已存在，请重新输入用户名！", "
系统提示", , );
= "";
= "";
= "";
return;
}
else
{
if (password1!=password2)
{
(this, "两次输入密码不一致，请再次输入！
", "系统提示", , );
= "";
= "";
return;
}
else
{
cmd = new SqlCommand("insert into userlogin values ('" +
userid + "','" + password2 + "')", cn);
da = new SqlDataAdapter(cmd);
(ds); //重载此成员 在 DataSet 中添加或刷新行。
(this, " 注 册 成 功 ！ ", " 系 统 提 示 ",
, );
= false;
return;
}
}
}
附录 C：重拾密码块
private void btnpswretake_Click(object sender, EventArgs e)
{
string userid = ();
string password;
string SQLconnStr =
"server=OXKBDYF5CYJXRYP;database=vsshow;User Id=sa;Password=inis";
SqlConnection cn = new SqlConnection(SQLconnStr);
SqlCommand cmd = new SqlCommand("select * from userlogin where
userID='" + userid + "'", cn);
SqlDataAdapter da = new SqlDataAdapter(cmd);
DataSet ds = new DataSet();
(); //连接
(ds); //重载此成员 在 DataSet 中添加或刷新行。
if ([0]. == 0)
{
(this, "用户名不存在，请重新输入用户名！", "
系统提示", , );
= "";
return;
}
else
{
password = [0].Rows[0]["pwd"].ToString();
string display=("您的密码是:\n\n {0}",password);
(display, "系统提示", ,
);
= false;
return;
}
}
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[17] 张文亮，武斌，李武峰，等．我国纯电动汽车的发展方向及能源供给模式的探
讨 电网技术，2009，33(4)：1-5
致 谢
本人的毕业论文是在导师刘颖精心指导和热情关怀下完成的。从专业课程的学
习到论文的撰写，无不倾注着导师辛勤的汗水和心血。在中北大学期间，导师给我
的不仅仅是学术上的知识，还有平常学习中无微不至的关怀和爱护。导师严谨的治
学态度和高尚的品德更使我收益匪浅，让我明白了为人处事的道理，时刻激励着学
生去探索，去进取。值此论文完成之际，特向导师致以中心的感谢和崇高的敬意。
感谢本班所有同学在毕业论文中给我的诸多建议和帮助，再次向他们表示深深
的谢意！感谢我的家人和所有关心我的朋友，是他们的关心和支持给了我无穷的动
力。最后衷心感谢在百忙中为论文答辩而付出辛勤劳动的各位专家学者。另外，本
论文在某些方面难免存在一些不成熟和欠妥之处，恳请各位老师、专家批评指证，
不吝赐教，谢谢！
