随着电动汽车产业的发展，除原有的整车充电运营模式外，电池更换运营模式被越来越多的电动汽车能源提供服务运营商采纳。该方式对进站车辆进行整车电池的分箱更换，达到快速进站充电、快速出站运行的目的，其中，动力电池将以租赁的形式提供给电动汽车车主。动力电池作为运营公司重要的资产，如何管理动力电池成为首要的问题，同时动力电池的流动性决定了动力电池监管的复杂性。电动汽车电池更换管理中存在大量的物联网技术的应用，可为电动汽车电池更换各个环节的监管提供有力支撑。
通过研究在换电运营模式下，物联网技术在电动汽车电池更换中获取车辆信息、实现电池监管及刷卡缴费等方面的具体应用，为电动汽车电池更换管理系统的信息化建设提供一种新的思路，以实现在更高的起点上设计、建设更高规格、更高技术水平的电动汽车换电设施，最终实现建设智能型的电动汽车充换电服务网络。
1.物联网技术
“物联网”（InternetofThings），指的是将各种信息传感设备,如射频识别（RFID）装置、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等装置与互联网结合起来而形成的一个巨大网络。其目的是让所有的物品都与网络连接在一起,系统可以自动的、实时的对物体进行识别、定位、追踪、监控并触发相应事件。
技术架构可分为三层：感知层、网络层和应用层。感知层由各种传感器以及传感器网关构成，包括二氧化碳浓度传感器、温度传感器、湿度传感器、二维码标签、RFID标签和读写器、摄像头、GPS等感知终端。感知层的作用相当于人的眼耳鼻喉和皮肤等神经末梢，其主要功能是识别物体，采集信息。网络层由各种私有网络、互联网、有线和无线通信网、网络管理系统和云计算平台等组成，相当于人的神经中枢和大脑，负责传递和处理感知层获取的信息。应用层是物联网和用户（包括人、组织和其他系统）的接口，它与行业需求结合，实现物联网的智能应用。
2.电动汽车电池更换服务现状
电动汽车电池更换业务主要关注以下几个问题：如何对车辆进行身份识别；如何监管电池；通过何种计量方式收费；如何收费。
针对车辆身份识别、电池监管问题，选择RFID及读写器即可实现；针对计量方式问题，目前主要存在按电量计量及按行驶里程计量2种方式，按电量计量可通过站内装置实现，按里程计量需要通过物联网技术将车辆里程信息发送至运营管理系统；针对收费问题，可利用非接触式含CPU芯片的储值卡刷卡消费或在电动汽车运营管理系统中建立用户的缴费账户，换电时在账户中扣款。
随之而来的问题就是如何获取里程信息，在各种电池更换过程中如何利用物联网技术。
获取里程信息的通常做法是在车辆上安装里程采集设备，例如，出租车中的里程计量装置。对于电动汽车，可利用厂家为电动汽车提供的车载终端（EVT，ElectricVehicleTerminal），集成里程计量模块，里程信息通过车载终端发送至运营管理系统。
至于在各种场景下如何利用物联网技术，就要分析采用电池更换方式为电动汽车提供电能供给的场景。电池更换场景包括：电池更换站、电池配送站，根据实际运营需求，还存在应急抢修配送换电。
电池更换站：占地面积较大，充换电设施较多，其主要的运营、运行数据将送到运营管理中心的集中监控系统中，故与运营管理中心的实时通信要求较高，一般建立有线通道。
电池配送站：占地面积较小，没有充电设施，只有简单的换电设施，在换电交易时需要与运营管理中心通信，故与运营管理中心的实时通信要求较低。电池配送站分布点较多，同时考虑到城市通信路由问题，很难建立有线通道，因此，一般采用无线通信方式，利用手持终端与运营管理中心通信。
应急抢修配送换电处：指用户由于种种原因造成车辆在电池电量耗光前未驶入电池更换站、电池配送站，此时需要运营服务公司将电池送到车辆所在地进行应急抢修电池更换。由于换电地点不定，应急抢险配送只能采用无线通信方式，利用手持终端与运营管理中心通信。
3.物联网技术在电池更换中的应用
车辆里程信息获取的物联网
技术的应用电动汽车里程信息的获取通过车载终端来实现，按照里程信息获取方式可分为实时获取方式及触发获取方式。
1）实时获取方式。EVT内包含里程计数器、RFID、GPS及GPRS模块。EVT通过CAN总线与车辆进行接口，实现计量车辆图1物联网技术在电池更换中应用的总体架构Fig.1GeneralapplicationarchitectureofIOTtechnologiesinbatteryswap里程信息及与电池管理系统（BMS，BatteryManagementSystem）通信获取电池信息；通过GPS模块定位；利用GPRS模块通过无线网络，将里程信息等车辆数据送到运营管理中心。
在车辆行驶时，车载终端获得车辆里程信息、定位信息及电池信息等，通过无线网络与运营管理中心交换数据，实时更新至运营管理中心。RFID单纯用作车辆身份的识别。
2）触发获取方式。图3中，EVT内包含里程计数器、RFID、RFID读写器、GPS及GPRS模块。EVT通过CAN总线与车辆进行接口，实现计量车辆里程信息及与BMS通信获取电池信息，并将信息通过RFID读写器写入RFID中；通过GPS模块定位；利用GPRS模块通过无线网络向运营管理中心发送位置信息。
当车辆驶入充换电服务网点，由站点布置在入口处的读写器读取EVT中的RFID中的车辆身份识别信息及里程信息等。
电池更换站内换电的物联网技术的应用
1）场景分析。车辆驶入电池更换站内进行电池更换。①驶入站点。当电动汽车驶入电池更换站时，入口处的车辆信息通过读写器获得车辆身份（如是触发获取方式获取里程，则同时获取里程信息）。②取出满电电池。堆垛机器将符合驶入车辆电池类型的满电电池从充电架上取出放置在暂存架上。③电池更换。换电机器卸下车辆上的乏电池放置在暂存架上，并利用自身携带的读写器获取乏电池身份，将信息传入运营管理中心；运营管理中心验证电池是否为上次该车辆换上的电池。换电机器将暂存架上的满电电池装在车辆上，并利用自身携带的读写器获取换上电池身份，将信息传入运营管理中心更新数据库。④更换收费。里程计量方式，按照已获得当前用户行驶里程数对比上次交易记录进行计费，同时将当前里程数据更新至相关交易记录中。客户可以采取刷卡支付或利用缴费账户方式进行支付。刷卡支付方式：客户可在换电机器上安装的缴费读写器进行刷卡消费，或在营业窗口进行刷卡缴费。缴费账户支付方式：客户预先建立缴费账户，与银行账户关联或预存一定金额，换电完成后，经客户确认，直接从客户缴费账户中扣除相应费用。⑤收回换下电池。堆垛机器将换下电池从暂存架放置到充电架上，充电架对电池进行检测，并向运营管理中心发送电池检测结果。⑥驶离站点。如换下电池检验合格，则本次换电服务完毕，车辆驶离站点，否则转由人工处理。
2）物理架构，经过电池更换站换电场景分析，为实现物联网技术在电池更换站换电中的应用，除电动汽车中的车载终端要安装RFID芯片外，电池箱外要镶嵌耐热RFID芯片，用户缴费卡中也要安装相应RFID芯片；在电池更换站出入口都要装有远距离读写器，换电机器上需要安装电池身份识别读写器及缴费读写器；数据经由站内网络与运营管理系统通信。
电池配送站内换电的物联网技术应用
1）场景分析。车辆驶入电池配送站内进行电池更换。①电池更换。工作人员使用手持终端扫描车载终端获得车辆身份；扫描车辆上乏电池身份，将信息传入运营管理中心，运营管理中心验证电池是否为上次该车辆换上的电池。手动换电机器卸下车辆上的乏电池放入电池转运仓，换上满电电池。电池转运仓检测乏电池。工作人员使用手持终端扫描换上电池身份，将信息传入运营管理中心更新数据库。②更换收费。里程计量方式计费，将当前里程数据更新至交易相关记录中。客户可以采取通过工作人员手持终端刷卡支付或利用缴费账户支付方式。
2）物理架构。车辆、电池及用户缴费卡安装RFID芯片，手持终端内安装近距离读写器、GPRS模块，电池转运仓安装GPRS模块，经由无线网络与运营管理系统通信。
应急抢修配送换电的物联网技术应用
1）场景分析。应急抢修配送换电，流程如图8所示。①故障车主电话求助。②客服受理。客服接到故障车主电话，根据客户提供关键信息找到客户资料，记录故障地点，将抢修信息提交调度部门。③调度处理。调度收到客服发来的抢修信息，分析故障地点附近的电池资源，向抢修车辆下发应急抢修工单。④抢修车辆装载满电电池。抢修车辆接到应急抢修工单，到指定站点装载对应型号的满电电池，送往故障地。⑤电池更换。工作人员使用手持终端扫描车载终端获得车辆身份，扫描车辆上原有电池身份，将信息传入运营管理中心，运营管理中心验证电池是否为上次该车辆换上电池。手动换电机器卸下乏电池放在电池转运仓，换上满电电池。电池转运仓检测乏电池。工作人员使用手持终端扫描换上电池身份，将信息传入运营管理中心更新数据库。⑥更换收费。里程计量方式，按照当前里程对比上次交易记录进行计费，同时将当前里程更新至交易相关记录中。客户可以采取刷卡支付或利用缴费账户支付方式。⑦抢修车辆卸载换下电池。抢修车辆将乏电池送往电池更换站，进行检测。
2）物理架构 车辆、电池及用户缴费卡安装RFID芯片，手持终端内安装近距离读写器、GPRS模块，物流车辆安装车载终端，经由无线网络与运营管理系统通信。
结语
电动汽车换电运营模式除物联网技术应用外，由于跨城际运营的需求，还需要关注电池及换电设施统一规格、统一编码及跨城际清分结算等问题。随着电动汽车产业的快速发展，物联网在电动汽车中的应用也将越来越多，在不久的将来一定能得到更广泛的推广和应用。
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