基于云平臺的充電樁管理系統研究及應用

更新時間：2020-09-25

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霍麗麗
安科瑞電氣股份有限公司上海嘉定201801

摘要：為有效地預測接觸網絕緣子污穢水平，新能源汽車是未來汽車行業的發展方向，目前國內外主要的研究方向是電力汽車。在擁有**優點的同時，電力汽車的續航方式仍在探索之中。本文著重介紹了充電樁充電與服務云平臺相結合的服務方式，在充電問題得到解決之后，電力汽車的推廣才將更加順利。
關鍵詞：電動汽車充電樁電動汽車服務云平臺

引言
隨著汽車普及程度的提高，汽車常規石化燃料使用所造成的污染也越來越嚴重。目前，我國正在全力研究電動力汽車的研發與生產，面向，我國新能源汽車起步早、發展快，當下嚴峻的環境問題已使此項發展成為了節能減排與改善環境的必然趨勢。電動汽車擁有*、*、駕駛簡單的優勢，現已逐步進入了人們的視野，同時，電動汽車無法長時間駕駛、充電環節繁瑣等問題很大程度地限制了其推廣。目前，蓄電池是電動汽車動力的能量來源，但其體積大、重量大、更換不方便。而電動汽車智能充電樁不僅能夠有效解決電池的弊端，充電不再受地點的限制，還能夠及時對動力電池進行檢查與修護，具備人性化的人機交互界面和完善的通訊能力，將電動汽車的充電與云平臺相結合，將會為用戶的使用增加的便利，使其高度智能化。
一、充電樁的應用原理
        當下的電動車輛是以鋰離子蓄電池為主要的能量來源，但并不能很好地進行電池的監控和檢驗，長時間的使用很容易造成本體的損失，同時也對人們的生命安定造成為一定的威脅。充電樁一般采用充電接口，與電動汽車的車載充電機進行對聯充電，可以通過投幣、IC 卡、網絡支付等方式進行支付計費。可分為交流充電樁和直流充電樁。交流充電樁采用三相四線 380V 輸入，220V 輸出，可定時充電，并在電充滿之后自動斷電，并采用觸摸屏進行人機交。同時，交流充電樁能通過 IC 查看是否成功充電，并有漏電保護器保證充電時的安穩。
二、充電樁現有的運營模式
        政府引導模式：政府投資建設電動汽車充電站并且負責運營，引導與推動電動汽車的發展，并且對全國范圍內的充電站進行統一規劃和集約發展，有效減少用戶碰到因充電站所屬不同，接口不同而導致無法充電的現象。
        企業引導模式：企業引導占據了電動汽車市場的主體，在充分保證資金投入的前提下，運營效率與管理水平也有一定的優勢。以特斯拉為例，特斯拉配置設施時，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，并用移動充電器進行環節的補充為方案。這種模式的缺點是各個企業都有獨立的充電解決方案，管理和用戶的使用會變得十分無序。
        用戶引導模式：私人資金建設充電樁，可根據自己的消費要求進行充電。該模式雖然十分效率高，使充電樁和用戶充分對接，但個人需要負擔高額的資金費用，也會造成同一地區充電樁的密集集中與浪費，利用率低下。
        混合模式：混合模式由政府和企業共同參與，有效地解決了政府運營資金不足和企業的管理運營盲目性與無序性的問題。目前的市場上已有企業與鎮府的相互配合，這種運營模式正在扎實邁進。
        集資模式：集資模式整合了企業、社會以及政府等多方面的資源，同時與互聯網等手段進行聯絡，使充電過程更加智能化。例如星星充電，他們的場地資金由集資而來，并在提供場地上免費建設充電樁，同時開設平臺集資和投資集資。合作方只需要提供場地便可獲得一半的收益。集資的方式可以較大程度地利用社會資源，提高充電站的利用率和用戶體驗，但在一線城市中，收到車位資源緊缺等的限制。
三、電動汽車服務云平臺
        對電動汽車充電的精細化、智能化管理是推廣電動汽車的其中一項要求，云計算技術現已經與電力系統的多個領域進行了融合，但目前國內還并未推出服務、充電和 App 應用軟件于一體的系統，充電站的尋找與付費功能問題尚需解決。

圖 1 電動汽車服務云平臺系統圖

App要求對充電樁進行定位導航、鎖定以及預約。此系統建立在互聯網高速無線網和電力信息系統基礎上，分為平臺層、網絡層與終端層。1）平臺層：可對用戶身份、充電數據記錄、權限控制等進行儲存與管理，支持 App 能夠對充電樁的位置進行準確定位和導航及充電的預約項目，跨應用、跨系統地進行信息的通訊、共享和協同。2）網絡層：聯絡平臺層和終端層，為信息的傳輸提供通道，包括 WiFi 形式的高速無線網絡，也包括廣域鋪設的互聯網。3）終端層：終端曾包括終端的充電設施、或是平板電腦等用戶設備。終端以網絡層作為紐帶將數據實時發送給平臺，并同時向設備內反饋平臺層下達的命令。智能shouji、平板等通過安裝的App 進行用戶的登陸和指令輸送，并向用戶展示 App 提供的各項服務。充電中端的 WiFi 通信模塊可與 WiFi 路由器進行通信，使用 2G、3G 或是光纖網絡等于云平臺服務器進行信息交流；用戶設備則可使用 WiFi、GPRS 和 CDMA 與后臺服務器通信。

        此外，云平臺中部設置有密鑰管理系統和加密機以確保用戶信息等傳輸數據的安穩性，在充電裝置中還嵌有安穩模塊芯片。本系統主要包括云平臺、智能充電裝置和智能終端App，以下進行說明。
        1）電動汽車充電服務云平臺。云平臺是重要信息的發布等功能綜合平臺，由計算機、網絡設備、存儲設備、其他外圍設備和平臺應用軟件組成，深入分析整個電動汽車智能充電系統的服務，對反饋的數據進行深度的分析和挖掘。例如，整理用戶充電集中的時間段，并計算電動汽車系統的充電對電網所產生負荷的影響規律，可供電網對電力進行調度。
        2）智能充電裝置。隨著技術革新，智能充電裝置不再只限于充電、計量、保護，智能性也在不斷地提高。客戶的移動終端可以控制充電裝置的啟停，貼合用戶的充電條件，充電裝置可將信息上傳服務器并在 App 界面展現充電的信息。智能充電裝置由幾部分組成。MCU 負責控制整個充電裝置的指令發送，通過串口或 SPI 總線和 WIFi 通信模塊，將平臺數據與充電裝置結合，實現 App 連接下的遠程控制以及安穩問題的上報。
        3）App 客戶端。網絡的廣泛使用使 App 軟件越來越大眾化，本系統客戶端呈現多層的體系結構，分為視圖層、業務邏輯層和業務實體層。其中視圖層與用戶指令進行對接，調用業務邏輯層的忌口進行邏輯處理，包括地圖顯示、支付結算、狀態顯示、控制界面和查詢界面；業務邏輯層在服務器和本地數據庫之間進行數據的請求和讀取；業務實體層囊括了各個業務實體，回應各個服務器發送數據請求并總體解析傳輸的數據，定時對數據庫進行維護。
        App 客戶端軟件應具備一下功能：
        地圖功能：對充電裝置的位置進行查詢，并對充電樁進行定位導航。
        狀態顯示功能：顯示充電樁是否空閑。
        支付功能：通過與支付寶等，在客戶端上進行遠端付費。
        控制功能：控制充電樁進行充電、預約、停止充電等活動。查詢功能：查詢充電的次數和每次充電的具體情況。
四、安科瑞充電樁運營管理平臺
1、系統架構

        安科瑞Acrelcloud-充電樁收費運營云平臺系統通過物聯網技術對接入系統的充電樁站點和各個充電樁進行不間斷地數據采集和監控，同時對各類故障如充電機過溫保護、充電機輸入輸出過壓、欠壓、絕緣檢測故障等一系列故障進行預警；用戶通過小程序掃描二維碼，進行支付后，系統發起充電請求，控制二維碼對應的充電樁完成電動汽車的充電過程。
        充電樁可選配WIFI模塊或GPRS模塊接入互聯網，配合加密技術和秘鑰分發技術，基于TCP/IP的數據交互協議，與云端進行直連。云平臺包含了充電收費和充電樁運營的所有功能，具體功能如下：
        資源管理：充電站檔案管理，充電樁檔案管理，用戶檔案管理，充電樁運行監測，充電樁異常交易監測
        交易結算：充電價格策略管理，預收費管理，賬單管理，營收和財務相關報表
        用戶管理：用戶注冊，用戶登錄，用戶帳戶管理，消息管理
        充電服務：充電設施搜索，充電設施查看，地圖尋址，在線自助支付充電，充電結算，導航等
        小程序：掃碼充電，賬單支付等功能
        數據服務：數據采集，短信提醒，數據存儲和解析
        變壓器監控：監控充電站變壓器負荷，每個充電站配備一塊ARCM300T無線表，超負荷時系統自動對充電樁的進行調度管理，即當負荷超過百分之五十時，系統會限制新增開始充電的充電樁的功率，降為百分之五十，當變壓器負荷超過百分之八十時，系統將不允許新增充電樁開始充電，直到負荷下降為止。
2、平臺功能
2.1平臺登錄
        在瀏覽器打開云平臺鏈接、輸入賬戶名和權限密碼，進行登錄，防止未人員瀏覽有關信息。

2.2平臺首頁
平臺首頁總覽每天的開戶數、充值金額、充電金額、充電度數、充電次數、充電時長，累計的開戶數、充值金額、充電金額、充電度數、充電次數、充電時長，以及相應的環比增長和同比增長以及樁、站分布地圖導航、本月充電統計。

2.3實時監控
充電站監控
充電站監控頁面監測用戶充電槍總數、正在充電的槍數、空閑槍數、插槍數量、故障槍數量等，匯總了用戶擁有各樁的當日充電總次數、總電量、總時長，進行負荷限制、故障查詢。

充電槍監控
充電樁監控頁面充電槍的基本信息、今日充電電量、今日充電次數、今日充電時長和累計充電電量、累計充電次數、累計充電時長等、充電電壓電流等參數。

2.4小程序
搜索與使用

小程序可以通過掃描二維碼和文字搜索找到，點擊后可以加入到小程序列表，如下圖所示

登錄界面
用戶通過搜索或者掃碼等途徑初次打開小程序時，會進入這個頁面，需要用戶登錄才可以進入小程序主功能頁面，如圖所示

主功能頁
初次進入主功能頁時需要定位才可以使用地圖相關功能，在地圖上查看到當前所在區域的充電站，查看充電站信息，可以進行掃碼充電操作，地圖導航等。

充電
掃描充電槍上的二維碼，如果當前充電樁可用即可進入充電選擇頁面，可以查看到當前的充電站名稱、充電槍名稱，以及當前的賬戶余額，電價和預計可充電量等數據，還可以查看當前賬戶的歷史充電記錄。充電方式分為按時間充電、按金額充電、按電量充電這三種方式。充電結束可以進進行評價。

個人信息
個人信息可以顯示當前登錄賬號的昵稱和余額，同時包括、充值、充值記錄查詢、賬單查詢、充電記錄查詢、設置支付密碼等功能

3、硬件配置
3.1平臺服務器：建議按照我方*配置購買，或者客戶自己租用阿里云資源。
*硬件配置清單：（如申請阿里云可忽略）

若客戶自己租用阿里云服務器，服務器配置根據充電槍點數的不同，分別如下：
3.2現場*硬件配置清單：

五、總結

電力汽車的發展將是未來綠色環保科技的趨勢之一，本文著重介紹了與云平臺相結合的電動汽車智能充電系統，此種方式能夠有效地節省尋找充電樁的時間并大幅度地簡化整個充電的過程，使用戶的體驗感覺更佳。

參考文獻
[1]殷樹剛,龔桃,劉瑞,*，基于云平臺的電動汽車智能充電系統設計與應用 . 供用電 ,2015(7):43-47.
[2]劉天欣，基于云平臺的充電樁智能服務系統研究
[3]安科瑞企業微電網設計與應用手冊.2020.06版

作者簡介：李霍麗麗，女，現任于安科瑞電氣股份有限公司，主要從事電瓶車充電樁的研發和應用

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