基于云平臺的充電樁管理系統(tǒng)研究及應(yīng)用

時間：2020-10-09作者：安科瑞電子商務(wù)(上海)有限公司瀏覽：95

王孟春
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定201801
 
摘要：為有效地預(yù)測接觸網(wǎng)絕緣子污穢水平，新能源汽車是未來汽車行業(yè)的發(fā)展方向，目前國內(nèi)外主要的研究方向是電力汽車。在擁有*零噪音優(yōu)點(diǎn)的同時，電力汽車的續(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)云平臺相結(jié)合的服務(wù)方式， 在充電問題得到解決之后，電力汽車的推廣才將較加順利。
關(guān)鍵詞：電動汽車 充電樁 電動汽車服務(wù)云平臺

引言
        隨著汽車普及程度的提高，汽車常規(guī)石化燃料使用所造成的污染也越來越嚴(yán)重。目前，我國正在全力研究電動力汽車的研發(fā)與生產(chǎn)，面向**，我國新能源汽車起步早、發(fā)展快，當(dāng)下嚴(yán)峻的環(huán)境問題已使此項(xiàng)發(fā)展成為了節(jié)能減排與改善環(huán)境的必然趨勢。電動汽車擁有*、零噪音、駕駛簡單的優(yōu)勢，現(xiàn)已逐步進(jìn)入了人們的視野，同時，電動汽車無法長時間駕駛、充電環(huán)節(jié)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(diǎn)的限制，還能夠及時對動力電池進(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，將電動汽車的充電與云平臺相結(jié)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(yīng)用原理
        當(dāng)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(jìn)行電池的監(jiān)控和檢驗(yàn)，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(jī)進(jìn)行對聯(lián)充電，可以通過投幣、IC 卡、手機(jī)支付等方式進(jìn)行支付計(jì)費(fèi)。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(jìn)行人機(jī)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(hù)器保證充電時的安穩(wěn)。
二、充電樁現(xiàn)有的運(yùn)營模式
        **引導(dǎo)模式：**投資建設(shè)電動汽車充電站并且負(fù)責(zé)運(yùn)營，引導(dǎo)與推動電動汽車的發(fā)展，并且對全國范圍內(nèi)的充電站進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃和集約發(fā)展，有效減少用戶碰到因充電站所屬不同，接口不同而導(dǎo)致無法充電的現(xiàn)象。
        企業(yè)引導(dǎo)模式：企業(yè)引導(dǎo)占據(jù)了電動汽車市場的主體， 在充分保證資金投入的前提下，運(yùn)營效率與管理水平也有一定的優(yōu)勢。以特斯拉為例，特斯拉配置設(shè)施時，主要傾向于家庭充電樁，并以目的地充電樁和**等充電站為輔，并用移動充電器進(jìn)行環(huán)節(jié)的補(bǔ)充為方案。這種模式的缺點(diǎn)是各個企業(yè)都有獨(dú)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(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，使充電樁和用戶充分對接，但個人需要負(fù)擔(dān)高額的資金費(fèi)用，也會造成同一地區(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**和企業(yè)共同參與，有效地解決了**運(yùn)營資金不足和企業(yè)的管理運(yùn)營盲目性與無序性的問題。目前的市場上已有企業(yè)與鎮(zhèn)府的相互配合，這種運(yùn)營模式正在扎實(shí)邁進(jìn)。
        集資模式：集資模式整合了企業(yè)、社會以及**等多方面的資源，同時與互聯(lián)網(wǎng)等手段進(jìn)行聯(lián)系，使充電過程較加智能化。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(fèi)建設(shè)充電樁，同時開設(shè)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(yàn)，但在*城市中，收到車位資源緊缺等的限制。
三、電動汽車服務(wù)云平臺
        對電動汽車充電的精細(xì)化、智能化管理是推廣電動汽車的其中一項(xiàng)要求，云計(jì)算技術(shù)現(xiàn)已經(jīng)與電力系統(tǒng)的多個領(lǐng)域進(jìn)行了融合，但目前國內(nèi)還并未推出服務(wù)、充電和 App 應(yīng)用軟件于一體的系統(tǒng)，充電站的尋找與付費(fèi)功能問題尚需解決。
圖 1 電動汽車服務(wù)云平臺系統(tǒng)圖

        App要求對充電樁進(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)高速無線網(wǎng)和電力信息系統(tǒng)基礎(chǔ)上，分為平臺層、網(wǎng)絡(luò)層與終端層。1）平臺層：可對用戶身份、充電數(shù)據(jù)記錄、權(quán)限控制等進(jìn)行儲存與管理，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(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設(shè)備。終端以網(wǎng)絡(luò)層作為紐帶將數(shù)據(jù)實(shí)時發(fā)送給平臺，并同時向設(shè)備內(nèi)反饋平臺層下達(dá)的命令。智能手機(jī)、平板等通過安裝的App 進(jìn)行用戶的登陸和指令輸送，并向用戶展示 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)等于云平臺服務(wù)器進(jìn)行信息交流；用戶設(shè)備則可使用 WiFi、GPRS 和 CDMA 與后臺服務(wù)器通信。
        此外，云平臺中部設(shè)置有密鑰管理系統(tǒng)和加密機(jī)以確保用戶信息等傳輸數(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、智能充電裝置和智能終端App，以下進(jìn)行說明。
        1）電動汽車充電服務(wù)云平臺。云平臺是重要信息的發(fā)布等功能綜合平臺，由計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、存儲設(shè)備、其他外圍設(shè)備和平臺應(yīng)用軟件組成，深入分析整個電動汽車智能充電系統(tǒng)的服務(wù)，對反饋的數(shù)據(jù)進(jìn)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(jì)算電動汽車系統(tǒng)的充電對電網(wǎng)所產(chǎn)生負(fù)荷的影響規(guī)律，可供電網(wǎng)對電力進(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?？蛻舻囊苿咏K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(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)控制整個充電裝置的指令發(fā)送，通過串口或 SPI 總線和 WIFi 通信模塊，將平臺數(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)問題的上報(bào)。
        3）App 客戶端。智能手機(jī)的廣泛使用使 App 軟件越來越大眾化，本系統(tǒng)客戶端呈現(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。其中視圖層與用戶指令進(jìn)行對接， 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、控制界面和查詢界面；業(yè)務(wù)邏輯層在服務(wù)器和本地?cái)?shù)據(jù)庫之間進(jìn)行數(shù)據(jù)的請求和讀?。粯I(yè)務(wù)實(shí)體層囊括了各個業(yè)務(wù)實(shí)體，回應(yīng)各個服務(wù)器發(fā)送數(shù)據(jù)請求并總體解析傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，定時對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行維護(hù)。
        App 客戶端軟件應(yīng)具備一下功能：
        地圖功能：對充電裝置的位置進(jìn)行查詢，并對充電樁進(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：通過與支付寶、微信等，在客戶端上進(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。查詢功能：查詢充電的次數(shù)和每次充電的具體情況。
四、安科瑞充電樁運(yùn)營管理平臺
1、系統(tǒng)架構(gòu)
 
        安科瑞Acrelcloud-充電樁收費(fèi)運(yùn)營云平臺系統(tǒng)通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對接入系統(tǒng)的充電樁站點(diǎn)和各個充電樁進(jìn)行不間斷地?cái)?shù)據(jù)采集和監(jiān)控，同時對各類故障如充電機(jī)過溫保護(hù)、充電機(jī)輸入輸出過壓、欠壓、絕緣檢測故障等一系列故障進(jìn)行預(yù)警；用戶通過微信小程序掃描二維碼，進(jìn)行支付后，系統(tǒng)發(fā)起充電請求，控制二維碼對應(yīng)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(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。云平臺包含了充電收費(fèi)和充電樁運(yùn)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(yùn)行監(jiān)測，充電樁異常交易監(jiān)測
        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，營收和財(cái)務(wù)相關(guān)報(bào)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(wù)：充電設(shè)施搜索，充電設(shè)施查看，地圖尋址，在線自助支付充電，充電結(jié)算，導(dǎo)航等
        微信小程序：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)存儲和解析
        變壓器監(jiān)控：監(jiān)控充電站變壓器負(fù)荷，每個充電站配備一塊ARCM300T無線表，**負(fù)荷時系統(tǒng)自動對充電樁的進(jìn)行調(diào)度管理，即當(dāng)負(fù)荷**過百分之五十時，系統(tǒng)會限制新增開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**過百分之八十時，系統(tǒng)將不允許新增充電樁開始充電，直到負(fù)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(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平臺首頁
        平臺首頁總覽每天的開戶數(shù)、充值金額、充電金額、充電度數(shù)、充電次數(shù)、充電時長，累計(jì)的開戶數(shù)、充值金額、充電金額、充電度數(shù)、充電次數(shù)、充電時長，以及相應(yīng)的環(huán)比增長和同比增長以及樁、站分布地圖導(dǎo)航、本月充電統(tǒng)計(jì)。
 
2.3實(shí)時監(jiān)控
充電站監(jiān)控
        充電站監(jiān)控頁面監(jiān)視用戶充電槍總數(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，匯總了用戶擁有各樁的當(dāng)日充電總次數(shù)、總電量、總時長，進(jìn)行負(fù)荷限制、故障查詢。
 
充電槍監(jiān)控
        充電樁監(jiān)控頁面充電槍的基本信息、今日充電電量、今日充電次數(shù)、今日充電時長和累計(jì)充電電量、累計(jì)充電次數(shù)、累計(jì)充電時長等、充電電壓電流等參數(shù)。
 
2.4微信小程序
搜索與使用


        微信小程序可以通過掃描二維碼和微信文字搜索找到，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
        用戶通過搜索或者掃碼等途徑初次打開小程序時，會進(jìn)入這個頁面，需要用戶授權(quán)登錄才可以進(jìn)入小程序主功能頁面，如圖所示


      

主功能頁
        初次進(jìn)入主功能頁時需要授權(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)入充電選擇頁面，可以查看到當(dāng)前的充電站名稱、充電槍名稱，以及當(dāng)前的賬戶余額，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(jié)束可以進(jìn)進(jìn)行評價(jià)。


個人信息
        個人信息可以顯示當(dāng)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(shè)置支付密碼等功能


     

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

若客戶自己租用阿里云服務(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)場推薦硬件配置清單：

五、總結(jié)

        電力汽車的發(fā)展將是未來綠色環(huán)?？萍嫉内厔葜?，本文著重介紹了與云平臺相結(jié)合的電動汽車智能充電系統(tǒng)，此種方式能夠有效地節(jié)省尋找充電樁的時間并大幅度地簡化整個充電的過程，使用戶的體驗(yàn)感覺較佳。


參考文獻(xiàn)
[1]殷樹剛,龔桃,劉瑞,王明，基于云平臺的電動汽車智能充電系統(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.2020.06版


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