基于云平臺的充電樁管理系統研究及應用

摘要：為有效地預測接觸網(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，目國內外主要的研究方向是電力汽車(chē)。在擁有**點(diǎn)的同時(shí)，電力汽車(chē)的續航方式仍在探索之中。本文著(zhù)重介紹了充電樁充電與服務(wù)云平臺相結合的服務(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

引言
        隨著(zhù)汽車(chē)普及程度的提高，汽車(chē)常規石化燃料使用所造成的污染也越來(lái)越嚴重。目，我國正在全力研究電動(dòng)力汽車(chē)的研發(fā)與生產(chǎn)，面向，我國新能源汽車(chē)起步早、發(fā)展快，當下嚴峻的環(huán)境問(wèn)題已使此項發(fā)展成為了節能減排與改善環(huán)境的必然趨勢。電動(dòng)汽車(chē)擁有*、*、駕駛簡(jiǎn)單的勢，現已逐步進(jìn)入了人們的視野，同時(shí)，電動(dòng)汽車(chē)無(wú)法長(cháng)時(shí)間駕駛、充電環(huán)節繁瑣等問(wèn)題很大程度地限制了其推廣。目，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、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)對動(dòng)力電池進(jìn)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(dòng)汽車(chē)的充電與云平臺相結合，將會(huì )為用戶(hù)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(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)行電池的監控和檢驗，長(cháng)時(shí)間的使用很容易造成本體的損失，同時(shí)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(dòng)汽車(chē)的車(chē)載充電機進(jìn)行對聯(lián)充電，可以通過(guò)投幣、IC 卡、手機支付等方式進(jìn)行支付計費?？煞譃榻涣鞒潆姌逗椭绷鞒潆姌?。交流充電樁采用三相四線(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，并有漏電保護器保證充電時(shí)的安穩。
二、充電樁現有的運營(yíng)模式
         引導模式： 投資建設電動(dòng)汽車(chē)充電站并且負責運營(yíng)，引導與推動(dòng)電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展，并且對全國范圍內的充電站進(jìn)行統一規劃和集約發(fā)展，有效減少用戶(hù)碰到因充電站所屬不同，接口不同而導致無(wú)法充電的現象。
        企業(yè)引導模式：企業(yè)引導占據了電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)的主體， 在充分保證資金投入的提下，運營(yíng)效率與管理水平也有一定的勢。以特斯拉為例，特斯拉配置設施時(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)節的補充為方案。這種模式的缺點(diǎn)是各個(gè)企業(yè)都有獨立的充電解決方案，管理和用戶(hù)的使用會(huì )變得十分無(wú)序。
        用戶(hù)引導模式：私人資金建設充電樁，可根據自己的消費要求進(jìn)行充電。該模式雖然十分效率高，使充電樁和用戶(hù)充分對接，但個(gè)人需要負擔高額的資金費用，也會(huì )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 和企業(yè)共同參與，有效地解決了 運營(yíng)資金不足和企業(yè)的管理運營(yíng)盲目性與無(wú)序性的問(wèn)題。目的市場(chǎng)上已有企業(yè)與鎮府的相互配合，這種運營(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 等多方面的資源，同時(shí)與互聯(lián)網(wǎng)等手段進(jìn)行聯(lián)系，使充電過(guò)程加智能化。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)地上免費建設充電樁，同時(shí)開(kāi)設平臺集資和投資集資。合作方只需要提供場(chǎng)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(huì )資源，提高充電站的利用率和用戶(hù)體驗，但在一線(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
        對電動(dòng)汽車(chē)充電的精細化、智能化管理是推廣電動(dòng)汽車(chē)的其中一項要求，云計算技術(shù)現已經(jīng)與電力系統的多個(gè)領(lǐng)域進(jìn)行了融合，但目國內還并未推出服務(wù)、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(wèn)題尚需解決。

圖 1 電動(dòng)汽車(chē)服務(wù)云平臺系統圖

        App要求對充電樁進(jìn)行定位導航、鎖定以及預約。此系統建立在互聯(lián)網(wǎng)高速無(wú)線(xiàn)網(wǎng)和電力信息系統基礎上，分為平臺層、網(wǎng)絡(luò )層與終端層。1）平臺層：可對用戶(hù)身份、充電數據記錄、權限控制等進(jìn)行儲存與管理，支持 App 能夠對充電樁的位置進(jìn)行準確定位和導航及充電的預約項目，跨應用、跨系統地進(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(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )，也包括廣域鋪設的互聯(lián)網(wǎng)。3）終端層： 終端曾包括終端的充電設施、手機或是平板電腦等用戶(hù)設備。終端以網(wǎng)絡(luò )層作為紐帶將數據實(shí)時(shí)發(fā)送給平臺，并同時(shí)向設備內反饋平臺層下達的命令。智能手機、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(hù)設備則可使用 WiFi、GPRS 和 CDMA 與后臺服務(wù)器通信。

        此外，云平臺中部設置有密鑰管理系統和加密機以確保用戶(hù)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(jìn)行說(shuō)明。
        1）電動(dòng)汽車(chē)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，由計算機、網(wǎng)絡(luò )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(gè)電動(dòng)汽車(chē)智能充電系統的服務(wù)，對反饋的數據進(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，并計算電動(dòng)汽車(chē)系統的充電對電網(wǎng)所產(chǎn)生負荷的影響規律，可供電網(wǎng)對電力進(jìn)行調度。
        2）智能充電裝置。隨著(zhù)技術(shù)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?？蛻?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 界面展現充電的信息。智能充電裝置由幾部分組成。MCU 負責控制整個(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，將平臺數據與充電裝置結合，實(shí)現 App 連接下的遠程控制以及安穩問(wèn)題的上報。
        3）App 客戶(hù)端。智能手機的廣泛使用使 App 軟件越來(lái)越大眾化，本系統客戶(hù)端呈現多層的體系結構，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)行對接， 調用業(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)器和本地數據庫之間進(jìn)行數據的請求和讀??；業(yè)務(wù)實(shí)體層囊括了各個(gè)業(yè)務(wù)實(shí)體，回應各個(gè)服務(wù)器發(fā)送數據請求并總體解析傳輸的數據，定時(shí)對數據庫進(jìn)行維護。
        App 客戶(hù)端軟件應具備一下功能：
        地圖功能：對充電裝置的位置進(jìn)行查詢(xún)，并對充電樁進(jìn)行定位導航。
        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，在客戶(hù)端上進(jìn)行遠端付費。
        控制功能：控制充電樁進(jìn)行充電、預約、停止充電等活動(dòng)。查詢(xún)功能：查詢(xún)充電的次數和每次充電的具體情況。
四、安科瑞充電樁運營(yíng)管理平臺
1、系統架構

        安科瑞Acrelcloud-充電樁收費運營(yíng)云平臺系統通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對接入系統的充電樁站點(diǎn)和各個(gè)充電樁進(jìn)行不間斷地數據采集和監控，同時(shí)對各類(lèi)故障如充電機過(guò)溫保護、充電機輸入輸出過(guò)壓、欠壓、絕緣檢測故障等一系列故障進(jìn)行預警；用戶(hù)通過(guò)小程序掃描二維碼，進(jìn)行支付后，系統發(fā)起充電請求，控制二維碼對應的充電樁完成電動(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的數據交互協(xié)議，與云端進(jìn)行直連。云平臺包含了充電收費和充電樁運營(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，充電樁運行監測，充電樁異常交易監測
        交易結算：充電價(jià)格策略管理，預收費管理，賬單管理，營(yíng)收和財務(wù)相關(guān)報表
        用戶(hù)管理：用戶(hù)注冊，用戶(hù)登錄，用戶(hù)帳戶(hù)管理，消息管理
        充電服務(wù)：充電設施搜索，充電設施查看，地圖尋址，在線(xiàn)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(wù)：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(gè)充電站配備一塊ARCM300T無(wú)線(xiàn)表，超負荷時(shí)系統自動(dòng)對充電樁的進(jìn)行調度管理，即當負荷超過(guò)百分之五十時(shí)，系統會(huì )限制新增開(kāi)始充電的充電樁的功率，降為百分之五十，當變壓器負荷超過(guò)百分之八十時(shí)，系統將不允許新增充電樁開(kāi)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(kāi)云平臺鏈接、輸入賬戶(hù)名和權限密碼，進(jìn)行登錄，防止未授權人員瀏覽有關(guān)信息。

2.2平臺首頁(yè)
        平臺首頁(yè)總覽每天的開(kāi)戶(hù)數、充值金額、充電金額、充電度數、充電次數、充電時(shí)長(cháng)，累計的開(kāi)戶(hù)數、充值金額、充電金額、充電度數、充電次數、充電時(shí)長(cháng)，以及相應的環(huán)比增長(cháng)和同比增長(cháng)以及樁、站分布地圖導航、本月充電統計。

2.3實(shí)時(shí)監控
充電站監控
        充電站監控頁(yè)面監視用戶(hù)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(hù)擁有各樁的當日充電總次數、總電量、總時(shí)長(cháng)，進(jìn)行負荷限制、故障查詢(xún)。

充電槍監控
        充電樁監控頁(yè)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(shí)長(cháng)和累計充電電量、累計充電次數、累計充電時(shí)長(cháng)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(guò)掃描二維碼和文字搜索找到，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)需要授權定位才可以使用地圖相關(guān)功能，在地圖上查看到當所在區域的充電站，查看充電站信息，可以進(jìn)行掃碼充電操作，地圖導航等。

 充電
        掃描充電槍上的二維碼，如果當充電樁可用即可進(jìn)入充電選擇頁(yè)面，可以查看到當的充電站名稱(chēng)、充電槍名稱(chēng)，以及當的賬戶(hù)余額，電價(jià)和預計可充電量等數據，還可以查看當賬戶(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。充電結束可以進(jìn)進(jìn)行評價(jià)。

個(gè)人信息
        個(gè)人信息可以顯示當登錄賬號的昵稱(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：建議按照我方配置購買(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)器配置根據充電槍點(diǎn)數的不同，分別如下：
3.2現場(chǎng)硬件配置清單：

五、總結

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

參考文獻
[1]殷樹(shù)剛,龔桃,劉瑞,*，基于云平臺的電動(dòng)汽車(chē)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(wù)系統研究
[3]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊.2020.06版