基于云平臺(tái)的充電樁管理系統(tǒng)研究及應(yīng)用

劉細(xì)鳳
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定201801

摘要：為有效地預(yù)測(cè)接觸網(wǎng)絕緣子污穢水平，新能源汽車(chē)是未來(lái)汽車(chē)行業(yè)的發(fā)展方向，目前內(nèi)外主要的研究方向是電力汽車(chē)。在擁有污染噪音點(diǎn)的同時(shí)，電力汽車(chē)的續(xù)航方式仍在探索之中。本文著重介紹了充電樁充電與服務(wù)云平臺(tái)相結(jié)合的服務(wù)方式， 在充電問(wèn)題得到解決之后，電力汽車(chē)的推廣才將更加順利。
關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車(chē) 充電樁 電動(dòng)汽車(chē)服務(wù)云平臺(tái)

引言
        隨著汽車(chē)普及程度的提高，汽車(chē)常規(guī)石化燃料使用所造成的污染也越來(lái)越嚴(yán)重。目前，我正在全力研究電動(dòng)力汽車(chē)的研發(fā)與生產(chǎn)，面向，我新能源汽車(chē)起步早、發(fā)展快，當(dāng)下嚴(yán)峻的環(huán)境問(wèn)題已使此項(xiàng)發(fā)展成為了節(jié)能減排與改善環(huán)境的必然趨勢(shì)。電動(dòng)汽車(chē)擁有污染、噪音、駕駛簡(jiǎn)單的勢(shì)，現(xiàn)已逐步進(jìn)入了人們的視野，同時(shí)，電動(dòng)汽車(chē)無(wú)法長(zhǎng)時(shí)間駕駛、充電環(huán)節(jié)繁瑣等問(wèn)題很大程度地限制了其推廣。目前，蓄電池是電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力的能量來(lái)源，但其體積大、重量大、更換不方便。而電動(dòng)汽車(chē)智能充電樁不僅能夠有效解決電池的弊端，充電不再受地點(diǎn)的限制，還能夠及時(shí)對(duì)動(dòng)力電池進(jìn)行檢查與修護(hù)，具備人性化的人機(jī)交互界面和完善的通訊能力，將電動(dòng)汽車(chē)的充電與云平臺(tái)相結(jié)合，將會(huì)為用戶(hù)的使用增加的便利，使其高度智能化。
、充電樁的應(yīng)用原理
        當(dāng)下的電動(dòng)車(chē)輛是以鋰離子蓄電池為主要的能量來(lái)源， 但并不能很好地進(jìn)行電池的監(jiān)控和檢驗(yàn)，長(zhǎng)時(shí)間的使用很容易造成本體的損失，同時(shí)也對(duì)人們的生命安定造成為定的威脅。充電樁般采用充電接口，與電動(dòng)汽車(chē)的車(chē)載充電機(jī)進(jìn)行對(duì)聯(lián)充電，可以通過(guò)投幣、IC 卡、手機(jī)支付等方式進(jìn)行支付計(jì)費(fèi)?？煞譃榻涣鞒潆姌逗椭绷鞒潆姌丁＝涣鞒潆姌恫捎萌嗨木€(xiàn) 380V 輸入，220V 輸出，可定時(shí)充電，并在電充滿(mǎn)之后自動(dòng)斷電，并采用觸摸屏進(jìn)行人機(jī)交。同時(shí)，交流充電樁能通過(guò) IC 查看是否成功充電，并有漏電保護(hù)器保證充電時(shí)的安穩(wěn)。
二、充電樁現(xiàn)有的運(yùn)營(yíng)模式
        政fu引導(dǎo)模式：政fu投資建設(shè)電動(dòng)汽車(chē)充電站并且負(fù)責(zé)運(yùn)營(yíng)，引導(dǎo)與推動(dòng)電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展，并且對(duì)全范圍內(nèi)的充電站進(jìn)行統(tǒng)規(guī)劃和集約發(fā)展，有效減少用戶(hù)碰到因充電站所屬不同，接口不同而導(dǎo)致無(wú)法充電的現(xiàn)象。
        企業(yè)引導(dǎo)模式：企業(yè)引導(dǎo)占據(jù)了電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)的主體， 在充分保證資金投入的前提下，運(yùn)營(yíng)效率與管理水平也有定的勢(shì)。以特斯拉為例，特斯拉配置設(shè)施時(shí)，主要傾向于家庭充電樁，并以目的地充電樁和超等充電站為輔，并用移動(dòng)充電器進(jìn)行環(huán)節(jié)的補(bǔ)充為方案。這種模式的缺點(diǎn)是各個(gè)企業(yè)都有獨(dú)立的充電解決方案，管理和用戶(hù)的使用會(huì)變得十分無(wú)序。
        用戶(hù)引導(dǎo)模式：私人資金建設(shè)充電樁，可根據(jù)自己的消費(fèi)要求進(jìn)行充電。該模式雖然十分效率高，使充電樁和用戶(hù)充分對(duì)接，但個(gè)人需要負(fù)擔(dān)高額的資金費(fèi)用，也會(huì)造成同地區(qū)充電樁的密集集中與浪費(fèi)，利用率低下。
        混合模式：混合模式由政fu和企業(yè)共同參與，有效地解決了政fu運(yùn)營(yíng)資金不足和企業(yè)的管理運(yùn)營(yíng)盲目性與無(wú)序性的問(wèn)題。目前的市場(chǎng)上已有企業(yè)與鎮(zhèn)府的相互配合，這種運(yùn)營(yíng)模式正在扎實(shí)邁進(jìn)。
        集資模式：集資模式整合了企業(yè)、社會(huì)以及政fu等多方面的資源，同時(shí)與互聯(lián)網(wǎng)等手段進(jìn)行聯(lián)xi，使充電過(guò)程更加智能化。例如星星充電，他們的場(chǎng)地資金由集資而來(lái)，并在提供場(chǎng)地上免費(fèi)建設(shè)充電樁，同時(shí)開(kāi)設(shè)平臺(tái)集資和投資集資。合作方只需要提供場(chǎng)地便可獲得半的收益。集資的方式可以較大程度地利用社會(huì)資源，提高充電站的利用率和用戶(hù)體驗(yàn)，但在線(xiàn)城市中，收到車(chē)位資源緊缺等的限制。
三、電動(dòng)汽車(chē)服務(wù)云平臺(tái)
        對(duì)電動(dòng)汽車(chē)充電的精細(xì)化、智能化管理是推廣電動(dòng)汽車(chē)的其中項(xiàng)要求，云計(jì)算技術(shù)現(xiàn)已經(jīng)與電力系統(tǒng)的多個(gè)領(lǐng)域進(jìn)行了融合，但目前內(nèi)還并未推出服務(wù)、充電和 App 應(yīng)用軟件于體的系統(tǒng)，充電站的尋找與付費(fèi)功能問(wèn)題尚需解決。

圖 1 電動(dòng)汽車(chē)服務(wù)云平臺(tái)系統(tǒng)圖

        App要求對(duì)充電樁進(jìn)行定位導(dǎo)航、鎖定以及預(yù)約。此系統(tǒng)建立在互聯(lián)網(wǎng)高速無(wú)線(xiàn)網(wǎng)和電力信息系統(tǒng)基礎(chǔ)上，分為平臺(tái)層、網(wǎng)絡(luò)層與終端層。1）平臺(tái)層：可對(duì)用戶(hù)身份、充電數(shù)據(jù)記錄、權(quán)限控制等進(jìn)行儲(chǔ)存與管理，支持 App 能夠?qū)Τ潆姌兜奈恢眠M(jìn)行準(zhǔn)確定位和導(dǎo)航及充電的預(yù)約項(xiàng)目，跨應(yīng)用、跨系統(tǒng)地進(jìn)行信息的通訊、共享和協(xié)同。2）網(wǎng)絡(luò)層：聯(lián)絡(luò)平臺(tái)層和終端層，為信息的傳輸提供通道，包括 WiFi 形式的高速無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)，也包括廣域鋪設(shè)的互聯(lián)網(wǎng)。3）終端層： 終端曾包括終端的充電設(shè)施、手機(jī)或是平板電腦等用戶(hù)設(shè)備。終端以網(wǎng)絡(luò)層作為紐帶將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)發(fā)送給平臺(tái)，并同時(shí)向設(shè)備內(nèi)反饋平臺(tái)層下達(dá)的命令。智能手機(jī)、平板等通過(guò)安裝的App 進(jìn)行用戶(hù)的登陸和指令輸送，并向用戶(hù)展示 App 提供的各項(xiàng)服務(wù)。充電中端的 WiFi 通信模塊可與 WiFi 路由器進(jìn)行通信，使用 2G、3G 或是光纖網(wǎng)絡(luò)等于云平臺(tái)服務(wù)器進(jìn)行信息交流；用戶(hù)設(shè)備則可使用 WiFi、GPRS 和 CDMA 與后臺(tái)服務(wù)器通信。

        此外，云平臺(tái)中部設(shè)置有密鑰管理系統(tǒng)和加密機(jī)以確保用戶(hù)信息等傳輸數(shù)據(jù)的安穩(wěn)性，在充電裝置中還嵌有安穩(wěn)模塊芯片。本系統(tǒng)主要包括云平臺(tái)、智能充電裝置和智能終端App，以下進(jìn)行說(shuō)明。
        1）電動(dòng)汽車(chē)充電服務(wù)云平臺(tái)。云平臺(tái)是重要信息的發(fā)布等功能綜合平臺(tái)，由計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、存儲(chǔ)設(shè)備、其他外圍設(shè)備和平臺(tái)應(yīng)用軟件組成，深入分析整個(gè)電動(dòng)汽車(chē)智能充電系統(tǒng)的服務(wù)，對(duì)反饋的數(shù)據(jù)進(jìn)行深度的分析和挖掘。例如，整理用戶(hù)充電集中的時(shí)間段，并計(jì)算電動(dòng)汽車(chē)系統(tǒng)的充電對(duì)電網(wǎng)所產(chǎn)生負(fù)荷的影響規(guī)律，可供電網(wǎng)對(duì)電力進(jìn)行調(diào)度。
        2）智能充電裝置。隨著技術(shù)革新，智能充電裝置不再只限于充電、計(jì)量、保護(hù)，智能性也在不斷地提高。客戶(hù)的移動(dòng)終端可以控制充電裝置的啟停，貼合用戶(hù)的充電條件， 充電裝置可將信息上傳服務(wù)器并在 App 界面展現(xiàn)充電的信息。智能充電裝置由幾部分組成。MCU 負(fù)責(zé)控制整個(gè)充電裝置的指令發(fā)送，通過(guò)串口或 SPI 總線(xiàn)和 WIFi 通信模塊，將平臺(tái)數(shù)據(jù)與充電裝置結(jié)合，實(shí)現(xiàn) App 連接下的遠(yuǎn)程控制以及安穩(wěn)問(wèn)題的上報(bào)。
        3）App 客戶(hù)端。智能手機(jī)的廣泛使用使 App 軟件越來(lái)越大眾化，本系統(tǒng)客戶(hù)端呈現(xiàn)多層的體系結(jié)構(gòu)，分為視圖層、業(yè)務(wù)邏輯層和業(yè)務(wù)實(shí)體層。其中視圖層與用戶(hù)指令進(jìn)行對(duì)接， 調(diào)用業(yè)務(wù)邏輯層的忌口進(jìn)行邏輯處理，包括地圖顯示、支付結(jié)算、狀態(tài)顯示、控制界面和查詢(xún)界面；業(yè)務(wù)邏輯層在服務(wù)器和本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)的請(qǐng)求和讀??；業(yè)務(wù)實(shí)體層囊括了各個(gè)業(yè)務(wù)實(shí)體，回應(yīng)各個(gè)服務(wù)器發(fā)送數(shù)據(jù)請(qǐng)求并總體解析傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，定時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行維護(hù)。
        App 客戶(hù)端軟件應(yīng)具備下功能：
        地圖功能：對(duì)充電裝置的位置進(jìn)行查詢(xún)，并對(duì)充電樁進(jìn)行定位導(dǎo)航。
        狀態(tài)顯示功能：顯示充電樁是否空閑。
        支付功能：通過(guò)與支付寶、vx等，在客戶(hù)端上進(jìn)行遠(yuǎn)端付費(fèi)。
        控制功能：控制充電樁進(jìn)行充電、預(yù)約、停止充電等活動(dòng)。查詢(xún)功能：查詢(xún)充電的次數(shù)和每次充電的具體情況。
四、安科瑞充電樁運(yùn)營(yíng)管理平臺(tái)
1、系統(tǒng)架構(gòu)

        安科瑞Acrelcloud-充電樁收費(fèi)運(yùn)營(yíng)云平臺(tái)系統(tǒng)通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)接入系統(tǒng)的充電樁站點(diǎn)和各個(gè)充電樁進(jìn)行不間斷地?cái)?shù)據(jù)采集和監(jiān)控，同時(shí)對(duì)各類(lèi)故障如充電機(jī)過(guò)溫保護(hù)、充電機(jī)輸入輸出過(guò)壓、欠壓、絕緣檢測(cè)故障等系列故障進(jìn)行預(yù)警；用戶(hù)通過(guò)vx小程序掃描二維碼，進(jìn)行支付后，系統(tǒng)發(fā)起充電請(qǐng)求，控制二維碼對(duì)應(yīng)的充電樁完成電動(dòng)汽車(chē)的充電過(guò)程。
        充電樁可選配WIFI模塊或GPRS模塊接入互聯(lián)網(wǎng)，配合加密技術(shù)和秘鑰分發(fā)技術(shù)，基于TCP/IP的數(shù)據(jù)交互協(xié)議，與云端進(jìn)行直連。云平臺(tái)包含了充電收費(fèi)和充電樁運(yùn)營(yíng)的所有功能，具體功能如下：
        資源管理：充電站檔案管理，充電樁檔案管理，用戶(hù)檔案管理，充電樁運(yùn)行監(jiān)測(cè)，充電樁異常交易監(jiān)測(cè)
        交易結(jié)算：充電價(jià)格策略管理，預(yù)收費(fèi)管理，賬單管理，營(yíng)收和財(cái)務(wù)相關(guān)報(bào)表
        用戶(hù)管理：用戶(hù)注冊(cè)，用戶(hù)登錄，用戶(hù)帳戶(hù)管理，消息管理
        充電服務(wù)：充電設(shè)施搜索，充電設(shè)施查看，地圖尋址，在線(xiàn)自助支付充電，充電結(jié)算，導(dǎo)航等
        vx小程序：掃碼充電，賬單支付等功能
        數(shù)據(jù)服務(wù)：數(shù)據(jù)采集，短信提醒，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和解析
        變壓器監(jiān)控：監(jiān)控充電站變壓器負(fù)荷，每個(gè)充電站配備塊ARCM300T無(wú)線(xiàn)表，超負(fù)荷時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)對(duì)充電樁的進(jìn)行調(diào)度管理，即當(dāng)負(fù)荷超過(guò)百分之五十時(shí)，系統(tǒng)會(huì)限制新增開(kāi)始充電的充電樁的功率，降為百分之五十，當(dāng)變壓器負(fù)荷超過(guò)百分之八十時(shí)，系統(tǒng)將不允許新增充電樁開(kāi)始充電，直到負(fù)荷下降為止。
2、平臺(tái)功能
2.1平臺(tái)登錄
        在瀏覽器打開(kāi)云平臺(tái)鏈接、輸入賬戶(hù)名和權(quán)限密碼，進(jìn)行登錄，防止未授權(quán)人員瀏覽有關(guān)信息。

2.2平臺(tái)頁(yè)
        平臺(tái)頁(yè)總覽每天的開(kāi)hu數(shù)、充值金額、充電金額、充電度數(shù)、充電次數(shù)、充電時(shí)長(zhǎng)，累計(jì)的開(kāi)hu數(shù)、充值金額、充電金額、充電度數(shù)、充電次數(shù)、充電時(shí)長(zhǎng)，以及相應(yīng)的環(huán)比增長(zhǎng)和同比增長(zhǎng)以及樁、站分布地圖導(dǎo)航、本月充電統(tǒng)計(jì)。

2.3實(shí)時(shí)監(jiān)控
充電站監(jiān)控
        充電站監(jiān)控頁(yè)面監(jiān)視用戶(hù)充電槍總數(shù)、正在充電的槍數(shù)、空閑槍數(shù)、插槍數(shù)量、故障槍數(shù)量等，匯總了用戶(hù)擁有各樁的當(dāng)日充電總次數(shù)、總電量、總時(shí)長(zhǎng)，進(jìn)行負(fù)荷限制、故障查詢(xún)。

充電槍監(jiān)控
        充電樁監(jiān)控頁(yè)面充電槍的基本信息、今日充電電量、今日充電次數(shù)、今日充電時(shí)長(zhǎng)和累計(jì)充電電量、累計(jì)充電次數(shù)、累計(jì)充電時(shí)長(zhǎng)等、充電電壓電流等參數(shù)。

2.4vx小程序
搜索與使用

        vx小程序可以通過(guò)掃描二維碼和vx文字搜索找到，點(diǎn)擊后可以加入到小程序列表，如下圖所示

授權(quán)登錄界面
        用戶(hù)通過(guò)搜索或者掃碼等途徑初次打開(kāi)小程序時(shí)，會(huì)進(jìn)入這個(gè)頁(yè)面，需要用戶(hù)授權(quán)登錄才可以進(jìn)入小程序主功能頁(yè)面，如圖所示

主功能頁(yè)
        初次進(jìn)入主功能頁(yè)時(shí)需要授權(quán)定位才可以使用地圖相關(guān)功能，在地圖上查看到當(dāng)前所在區(qū)域的充電站，查看充電站信息，可以進(jìn)行掃碼充電操作，地圖導(dǎo)航等。

 充電
        掃描充電槍上的二維碼，如果當(dāng)前充電樁可用即可進(jìn)入充電選擇頁(yè)面，可以查看到當(dāng)前的充電站名稱(chēng)、充電槍名稱(chēng)，以及當(dāng)前的賬戶(hù)余額，電價(jià)和預(yù)計(jì)可充電量等數(shù)據(jù)，還可以查看當(dāng)前賬戶(hù)的歷史充電記錄。充電方式分為按時(shí)間充電、按金額充電、按電量充電這三種方式。充電結(jié)束可以進(jìn)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

個(gè)人信息
        個(gè)人信息可以顯示當(dāng)前登錄賬號(hào)的昵稱(chēng)和余額，同時(shí)包括、充值、充值記錄查詢(xún)、賬單查詢(xún)、充電記錄查詢(xún)、設(shè)置支付密碼等功能

3、硬件配置
3.1平臺(tái)服務(wù)器：建議按照我方配置購(gòu)買(mǎi)，或者客戶(hù)自己租用阿里云資源。
硬件配置清單：（如申請(qǐng)阿里云可忽略）

若客戶(hù)自己租用阿里云服務(wù)器，服務(wù)器配置根據(jù)充電槍點(diǎn)數(shù)的不同，分別如下：
3.2現(xiàn)場(chǎng)硬件配置清單：

五、總結(jié)

        電力汽車(chē)的發(fā)展將是未來(lái)綠色環(huán)?？萍嫉内厔?shì)之，本文著重介紹了與云平臺(tái)相結(jié)合的電動(dòng)汽車(chē)智能充電系統(tǒng)，此種方式能夠有效地節(jié)省尋找充電樁的時(shí)間并大幅度地簡(jiǎn)化整個(gè)充電的過(guò)程，使用戶(hù)的體驗(yàn)感覺(jué)更佳。

參考文獻(xiàn)
[1]殷樹(shù)剛,龔桃,劉瑞,*，基于云平臺(tái)的電動(dòng)汽車(chē)智能充電系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用 . 供用電 ,2015(7):43-47.
[2]劉天欣，基于云平臺(tái)的充電樁智能服務(wù)系統(tǒng)研究
[3]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè).2020.06版

作者簡(jiǎn)介：劉細(xì)鳳，女，現(xiàn)任于安科瑞電氣股份有限公司，主要從事電瓶車(chē)充電樁的研發(fā)和應(yīng)用