王軍，于慶瑞，黃文輝

（甘肅長城氫能源工程研究院有限公司，甘肅 天水 741024）

純電動(dòng)汽車是可靠性和性價(jià)比高、工藝技術(shù)成熟的新能源汽車。純電動(dòng)汽車使用電池作為儲(chǔ)能源單元，無排放，不依賴燃油?！袄锍探箲]”是阻礙電動(dòng)汽車快速發(fā)展的核心問題?！袄锍探箲]”問題又可分為“續(xù)航里程短”和“充電時(shí)間長”兩大問題。隨著電動(dòng)汽車技術(shù)的進(jìn)步，“續(xù)航里程短”的問題已經(jīng)基本解決了。在生活節(jié)奏快的今天，“充電時(shí)間長”問題是致命的。

電動(dòng)汽車充電類似于常規(guī)汽車加油，電動(dòng)汽車電池饋電后只有充電后才能繼續(xù)使用，為了滿足電動(dòng)汽車充電需求，國內(nèi)建造了相當(dāng)規(guī)模的充電站。但每次充電需要幾個(gè)小時(shí)，而且加快充電速度與電池特性背道而馳。隨著電動(dòng)汽車電能容量的不斷加大，充電慢的缺陷越來越明顯，于是就有了快速換電的解決方案。

盧薦胤等學(xué)者從電動(dòng)汽車充電樁手機(jī)APP的應(yīng)用現(xiàn)狀、功能概述等方面對(duì)電動(dòng)汽車充電手機(jī)支付的應(yīng)用做了介紹[1]。楊茜等學(xué)者提出了電動(dòng)汽車公共服務(wù)互動(dòng)平臺(tái)構(gòu)建設(shè)想，并對(duì)平臺(tái)的設(shè)計(jì)方案、架構(gòu)以及相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究[2]。王東琴研究開發(fā)了電動(dòng)汽車充電樁移動(dòng)平臺(tái)客戶端，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)定位、充電站地址檢索、充電站信息查詢、汽車導(dǎo)航和預(yù)約充電等功能[3]。陳義星研究并設(shè)計(jì)了一套電動(dòng)汽車智能充電管理系統(tǒng)軟件，通過該軟件可實(shí)現(xiàn)充電樁查詢、汽車導(dǎo)航、充電管理和在線支付等功能[4]。周宇和鞏洋分別對(duì)充電樁查看、預(yù)約、收藏，充電樁線路導(dǎo)航，充電樁推薦、個(gè)人信息管理和充電樁監(jiān)控管理等方面進(jìn)行了技術(shù)研究[5－6]。張梅提出了電動(dòng)汽車充電支付、充電樁管理和推廣的微型公眾號(hào)平臺(tái)方案[7]。

為了滿足電動(dòng)汽車快速充換電的需要，結(jié)合當(dāng)前電動(dòng)汽車充換電的發(fā)展情況和眾多學(xué)者在相關(guān)領(lǐng)域的研究和應(yīng)用，本文開發(fā)了基于手機(jī)平臺(tái)的電動(dòng)汽車充換電管理系統(tǒng)。通過手機(jī)平臺(tái)，可以隨時(shí)隨地為電動(dòng)汽車車主提供充換電的相關(guān)服務(wù)。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 設(shè)計(jì)流程規(guī)劃

在系統(tǒng)開發(fā)時(shí)，首先進(jìn)行了市場調(diào)研和需求分析，并確定了設(shè)計(jì)編程軟件，編寫了項(xiàng)目可行性分析文件；其次對(duì)系統(tǒng)總體架構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)規(guī)劃，對(duì)模塊功能進(jìn)行了規(guī)劃；然后對(duì)不同模塊進(jìn)行詳細(xì)的功能設(shè)計(jì)、代碼編寫和軟件調(diào)試；最后模塊整合后進(jìn)行了系統(tǒng)整體調(diào)試，并邀請(qǐng)一定數(shù)量的電動(dòng)車車主進(jìn)行了客戶體驗(yàn)測試，并根據(jù)客戶體驗(yàn)的反饋結(jié)果對(duì)系統(tǒng)功能進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。該電動(dòng)汽車充換電管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程規(guī)劃圖如圖1所示。

圖1 電動(dòng)汽車充換電系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程規(guī)劃圖

1.2 系統(tǒng)架構(gòu)

智能手機(jī)客戶端與后臺(tái)服務(wù)器進(jìn)行通訊后，從服務(wù)端獲取充換電站位置、電池型號(hào)和庫存量等信息，客戶端對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的處理并友好顯示。客戶端將充換電站信息查詢和地圖服務(wù)相結(jié)合，在應(yīng)用LBS和地圖服務(wù)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)充換電站信息查詢包括備換電池的型號(hào)、生產(chǎn)日期、數(shù)量等，同時(shí)實(shí)現(xiàn)地圖服務(wù)如實(shí)時(shí)定位、路徑導(dǎo)航等。為便于用戶對(duì)電動(dòng)汽車進(jìn)行充換電，提供對(duì)空閑充換電站的預(yù)約功能，完成對(duì)充電記錄信息和個(gè)人信息的管理。整個(gè)系統(tǒng)的總體架構(gòu)設(shè)計(jì)圖如圖2所示[8]。

圖2 電動(dòng)汽車充換電系統(tǒng)架構(gòu)圖

2 系統(tǒng)功能規(guī)劃

2.1 個(gè)人中心功能

個(gè)人中心包括注冊(cè)登錄、賬戶安全管理和個(gè)人信息管理等。用戶注冊(cè)可以用手機(jī)號(hào)注冊(cè)，也可以用微信注冊(cè)或者單獨(dú)注冊(cè)用戶名，用戶名可以是數(shù)字、字母、漢字或者其組合都可以，密碼為6位以上的數(shù)字和字母組合，還可以設(shè)置保存用戶名、密碼和自動(dòng)登錄。賬戶安全管理中可進(jìn)行密碼修改，可以將注冊(cè)用戶和其微信、手機(jī)號(hào)、郵箱號(hào)、支付寶和銀聯(lián)卡等進(jìn)行關(guān)聯(lián)。如果忘記密碼，可以通過關(guān)聯(lián)的手機(jī)號(hào)、微信或者郵箱重置密碼并進(jìn)行密碼修改。在個(gè)人信息管理中可以對(duì)個(gè)人信息進(jìn)行完善和維護(hù)。

2.2 地圖系統(tǒng)功能

地圖系統(tǒng)功能包括車主定位、充換電站顯示和導(dǎo)航功能。打開系統(tǒng)應(yīng)用地圖模塊可顯示車主自己所在的具體位置，同時(shí)顯示屏幕顯示范圍內(nèi)的所有充換電站的具體位置。根據(jù)用戶需要可以為用戶提供導(dǎo)航服務(wù)，根據(jù)實(shí)時(shí)路況信息進(jìn)行行程規(guī)劃，提供推薦的導(dǎo)航路線和相應(yīng)路線的預(yù)估行程及耗時(shí)供用戶選擇。用戶也可以根據(jù)自己的使用習(xí)慣切換到手機(jī)終端中安裝第三方地圖軟件中，進(jìn)行導(dǎo)航等相關(guān)操作。

2.3 在線支付功能

在線支付功能包括系統(tǒng)充值、掃描二維碼支付、付款碼支付和歷史支付查詢等功能。用戶可以提前通過支付寶、微信或者銀聯(lián)卡給賬戶充值用于支付充換電費(fèi)用，也可以直接用關(guān)聯(lián)的支付寶進(jìn)行支付。付費(fèi)方式可以通過掃描充換電站的收款二維碼支付或者讓充換電站掃描系統(tǒng)生成的用戶賬戶付款碼完成支付操作。系統(tǒng)具有歷史記錄功能，對(duì)用戶的歷史付費(fèi)進(jìn)行記錄統(tǒng)計(jì)。

2.4 充換電模塊功能

充換電模塊功能包括充換電預(yù)約、充換電方式選擇、充換電評(píng)價(jià)和歷史充換電記錄等功能。用戶可以通過系統(tǒng)查詢用戶附近的充換電站。系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)計(jì)算車主到達(dá)目標(biāo)充換電站的時(shí)間和充換電站的客戶密度，并推薦有適合車主車型的電池型號(hào)給車主，車主可根據(jù)需要進(jìn)行充電或換電預(yù)約。充電時(shí)可在定時(shí)長、定點(diǎn)量、定費(fèi)用、直接充滿等充電模式中進(jìn)行選擇，然后通過在線支付操作后完成充換約定并在充電完成后自動(dòng)扣費(fèi)完成交易。用戶可對(duì)充換電服務(wù)、充換電質(zhì)量等進(jìn)行評(píng)價(jià)，系統(tǒng)會(huì)對(duì)充換電的行駛公里數(shù)進(jìn)行計(jì)算分析，系統(tǒng)還會(huì)對(duì)車主的充換電偏好進(jìn)行統(tǒng)計(jì)并在下次充換電的時(shí)候進(jìn)行推薦提醒。

2.5 通訊和幫助功能

通訊和幫助功能包括充換電預(yù)約和建議評(píng)價(jià)等信息的上傳、充換電站信息及路況等查詢信息的調(diào)取、軟件系統(tǒng)的設(shè)置和軟件系統(tǒng)的更新。系統(tǒng)的整體功能規(guī)劃圖如圖3所示。

圖3 電動(dòng)汽車充換電管理系統(tǒng)功能規(guī)劃圖

3 主要模塊設(shè)計(jì)

3.1 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)庫是電子化數(shù)據(jù)文件，這些數(shù)據(jù)文件可以為多個(gè)用戶共享，通過系統(tǒng)可以對(duì)文件進(jìn)行新建、修改、查詢、調(diào)閱和刪除，數(shù)據(jù)庫是軟件中相對(duì)獨(dú)立的模塊[9]。在數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)時(shí)采用自上而下的方法，重點(diǎn)應(yīng)關(guān)注數(shù)據(jù)庫物理結(jié)構(gòu)，特別是如何快捷地進(jìn)行數(shù)據(jù)寫入和讀取及如何少占資源等。電動(dòng)汽車充換電管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫主要包括用戶信息數(shù)據(jù)庫CC_User（用于存放用戶信息）、充換電站信息數(shù)據(jù)庫CC_station（用于存放充換電站的相關(guān)信息）。另外還有充換電歷史記錄、客戶評(píng)價(jià)、客戶預(yù)約和充換電狀態(tài)等數(shù)據(jù)庫。

3.2 數(shù)據(jù)傳輸設(shè)計(jì)

手機(jī)端的通訊傳輸采用5G或者WIFI，對(duì)車主用戶而言，用5G網(wǎng)絡(luò)的情況最常見?？紤]到每個(gè)車主用戶可能會(huì)有多個(gè)手機(jī)號(hào)，因此選用3參數(shù)函數(shù)ServerSoc ket（Int port,Int blacklog,Inet Address bindaddr）,通過bindAddr設(shè)置想要監(jiān)聽的IP地址[10]。ServerSocket函數(shù)可調(diào)用accept函數(shù)，逐一從服務(wù)器端獲得相應(yīng)充換電站的相關(guān)數(shù)據(jù)。

3.3 在線支付設(shè)計(jì)

在線支付選用普遍使用的支付寶做為支付功能的拓展。具體步驟如下：

（1）在支付寶的螞蟻金服平臺(tái)中注冊(cè)帳號(hào)，上傳軟件產(chǎn)品說明并通過審核后，即完成開發(fā)項(xiàng)目的申請(qǐng)。

（2）再通過OpenSSL創(chuàng)建相應(yīng)的密鑰，進(jìn)行上傳作為公用密鑰。

（3）然后對(duì)所需要的SDK資源進(jìn)行下載使用，其中包括alipaysdk．jar、alipayutdid.jar以及alipaysecsdk.jar并轉(zhuǎn)換為項(xiàng)目的libs。

（4）檢查三個(gè)開發(fā)包是否成功導(dǎo)入并且加載完成后，在文件清單中加入PKC5密鑰，并完成相應(yīng)的密鑰配置[11]。

（5）最后，在對(duì)應(yīng)的 Android清單中的 XML文件中，向其中加入所需要的權(quán)限語句，調(diào)試無誤后即實(shí)現(xiàn)了與支付寶支付功能的成功對(duì)接，此時(shí)即可按照功能的需要對(duì)其進(jìn)行配置、修改和調(diào)用[11]。

3.4 系統(tǒng)界面設(shè)計(jì)

電動(dòng)汽車充換電管理系統(tǒng)涉及的界面比較多，包括注冊(cè)界面、登錄界面、密碼管理界面、個(gè)人信息維護(hù)界面、充換電站選擇界面、充換電站推薦界面、導(dǎo)航界面、充換電方式選擇界面、充電監(jiān)控界面、支付二維碼界面、支付掃碼界面等。

4 系統(tǒng)調(diào)試

電動(dòng)汽車充換電管理系統(tǒng)在調(diào)試過程中，考慮到系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸率小、對(duì)數(shù)據(jù)通信的要求不高且不需要進(jìn)行實(shí)時(shí)通信，故選用http方式與服務(wù)器端進(jìn)行模擬通信測試。在電腦端借助網(wǎng)絡(luò)調(diào)試助手進(jìn)行調(diào)試，在手機(jī)端上發(fā)送信息，電腦端會(huì)成功接收并顯示出相應(yīng)的信息。

5 結(jié)論

本文設(shè)計(jì)了基于智能手機(jī)的電動(dòng)汽車充換電管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由五大模塊組成，分別是個(gè)人中心、地圖系統(tǒng)、在線支付、充換電管理、通訊與幫助等功能模塊。通過手機(jī)平臺(tái)，可實(shí)現(xiàn)服務(wù)器端和充換電站之間的數(shù)據(jù)交換，也可實(shí)現(xiàn)電動(dòng)車主用戶對(duì)充換電站的查詢、充換電服務(wù)預(yù)約、充換電站服務(wù)評(píng)價(jià)、充換電歷史記錄查詢等。經(jīng)調(diào)試和隨機(jī)用戶使用體驗(yàn)征明，本系統(tǒng)能夠滿足電動(dòng)車主快速充換電的使用需求。