安科瑞 陳聰

摘 要：隨著(zhù)新能源汽車(chē)的不斷發(fā)展，新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)鏈的完善成為關(guān)鍵。充電樁作為新能源汽車(chē)補充電量的裝置，與新能源汽車(chē)互聯(lián)互通，因此，實(shí)現充電樁的智能化是重要的發(fā)展趨勢。該文在對新能源汽車(chē)充電樁的運維現狀及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應用優(yōu)勢進(jìn)行分析的基礎上，構建基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的新能源汽車(chē)充電樁智能管理系統，為新能源汽車(chē)充電樁設施的智能管理提供新的思路和方向。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)；新能源汽車(chē)；充電樁；智能管理系統

0 引言

充電樁是為新能源汽車(chē)提供電能的裝置，當前的市場(chǎng)需求日益增加。為滿(mǎn)足用戶(hù)的充電需求，提高充電樁運行的安全性、穩定性，搭建可用來(lái)管理和監控充電樁運行情況的智能管理平臺是行業(yè)發(fā)展趨勢中。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)利用傳感器等末端設施對數據進(jìn)行收集，通過(guò)特定的技術(shù)對數據進(jìn)行傳輸和處理能在物與物、人與物之間建立緊密的聯(lián)系，其關(guān)鍵技術(shù)能實(shí)現充電設施運維過(guò)程中對運行數據的實(shí)時(shí)監控并提供有效輔助的運維決策。將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應用到新能源汽車(chē)充電樁智能管理系統中，是實(shí)現充電樁智能化的有效路徑。

1 新能源汽車(chē)充電樁運維現狀

目前，由于新能源汽車(chē)充電樁的鋪設總量有限新能源汽車(chē)車(chē)主普遍存在“充電焦慮”的問(wèn)題。在有限的充電設施的基礎上實(shí)現充電樁的運維是促進(jìn)新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)與基礎設施體系協(xié)同發(fā)展的關(guān)鍵舉措。

新能源汽車(chē)充電樁運維過(guò)程中存在信息滯后及運維不及時(shí)的問(wèn)題。信息滯后指的是充電樁使用過(guò)程中，其運行數據無(wú)法及時(shí)更新，使得充電樁的使用情況無(wú)法更新到用戶(hù)端，導致充電樁的資源利用率不高，車(chē)主充電的便利性偏低。運維不及時(shí)意味著(zhù)當充電樁出現問(wèn)題時(shí)，不能根據問(wèn)題的類(lèi)別進(jìn)行不同等級的判定，以及采取靈活的決策。此外，充電樁所處環(huán)境大多為戶(hù)外，受天氣影響較大，當出現暴雨、大風(fēng)等*端天氣時(shí)，充電樁的數據傳輸容易出現問(wèn)題，并且部分充電樁建設在較為偏僻的地方，存在通信不暢通的問(wèn)題口?？梢?jiàn)，要實(shí)現充電樁的運維，應提高充電樁的信息化水平，拓展大數據輔助運維決策功能，提升數據傳輸和使用過(guò)程中的可靠性和安全性。

2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在新能源汽車(chē)充電樁智能管2理系統中的應用優(yōu)勢

新能源汽車(chē)充電樁智能管理系統可利用物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)中的先進(jìn)傳感技術(shù)、大數據技術(shù)及通信技術(shù)實(shí)現智能化管理。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在推動(dòng)系統智能化的過(guò)程中，具有3方面優(yōu)點(diǎn)。

*一，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中的雙向通信技術(shù)能實(shí)現物與物、人與物之間的緊密聯(lián)系，將其應用到新能源汽車(chē)充電樁智能管理系統中，能夠提高充電設備與設施間的信息傳輸能力、用戶(hù)及運維人員與充電樁的交互能力、數據采集和傳輸的效率。當充電站中的充電樁出現問(wèn)題時(shí)，充電樁智能管理系統可以對充電樁運行數據的變化進(jìn)行跟蹤，及時(shí)發(fā)現問(wèn)題判斷出問(wèn)題的發(fā)生位置和類(lèi)型，再由系統進(jìn)行判定并將具體的問(wèn)題進(jìn)行報送。運維人員收到告警信息后，可根據具體情況進(jìn)行實(shí)時(shí)處理。

*二，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中的大數據技術(shù)有*強的數據處理和分析能力，可對充電樁的故障進(jìn)行分析根據實(shí)際情況分級報送，并提供輔助運維決策，實(shí)現對充電樁的智能化管理。例如收集檢測到的充電樁正常運行時(shí)的數據，在系統中定期與各類(lèi)問(wèn)題數據庫中的數據進(jìn)行對比，對可能發(fā)生的故障進(jìn)行預測，提高系統的預見(jiàn)性功能。

*三，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中的數據加密技術(shù)可對傳輸的信息進(jìn)行加密防護，以便在發(fā)現有試圖攻擊充電樁智能管理系統的惡意軟件時(shí)，對企圖獲取用戶(hù)個(gè)人信息的行為進(jìn)行攔截，并對情況進(jìn)行報送。另外，在數據傳輸的過(guò)程中，信息安全技術(shù)可對系統的數據進(jìn)行加密，防止信息泄露事件的發(fā)生，進(jìn)一步提高系統的安全性。

將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應用到新能源汽車(chē)充電樁智能管理系統中，能有效改善目前新能源汽車(chē)充電樁運維過(guò)程中存在信息滯后及運營(yíng)維護不及時(shí)的問(wèn)題，有利于提高充電樁的使用率，增加經(jīng)濟效益，是推動(dòng)充電樁設施智能化發(fā)展的有效舉措".

3 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的新能源汽車(chē)充電樁智能管理系統總體設計

3.1 系統總體框架

綜合考慮新能源汽車(chē)充電樁智能管理系統在可靠性、實(shí)時(shí)性、安全性和經(jīng)濟性方面的發(fā)展需求將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應用到充電樁的智能管理系統中，建立基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的“云、邊、端”3 層式充電樁智能管理系統。系統的總體框架如圖1所示。

圖 1 充電樁智能管理系統總體

“云”是主站云平臺，是一個(gè)遠程的數據處理中*，可以?xún)Υ娲罅康臄祿?，并通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對復雜數據進(jìn)行處理，以提供更加有效的信息，并將結果反饋給終端設備和邊緣服務(wù)器，提升整個(gè)系統的智能化水平。“邊”是邊緣計算，指的是靠近終端設備的邊緣服務(wù)器，能快速對終端設備的數據進(jìn)行處理和分析，并將處理結果發(fā)送到終端設備。“端”是終端設備，在充電樁智能管理系統中，終端設備有充電頭、霍爾電流傳感器、超聲波傳感器、攝像頭:計量裝置等。這些設備對數據進(jìn)行收集和處理，同時(shí)將有效數據上送到邊緣服務(wù)器，為完成用戶(hù)及運維人員的交互奠定基礎。

3.2 終端設備的數據采集

終端設備對數據的采集是整個(gè)充電樁智能管理系統中的重要一環(huán)。*一，從保證充電樁正常供電的角度來(lái)看，終端設備能夠監控充電樁的運行狀態(tài)收集充電樁的充電情況，便于及時(shí)發(fā)現充電樁異常。*二，從提高智能管理系統可靠性的角度出發(fā)，收集充電樁的充電數據，包括充電的電量總數、充申收取費用的金額、充電時(shí)長(cháng)的統計等，為合理分配資源提供重要依據。*三，從優(yōu)化用戶(hù)體驗考慮對接使用車(chē)主的用戶(hù)信息，調取車(chē)主的充電記錄包括充電汽車(chē)的型號、充電地點(diǎn)、充電時(shí)段、充電續航需求等，以了解車(chē)主用戶(hù)的消費習慣，提高對用戶(hù)的服務(wù)質(zhì)量。

3.3 邊緣服務(wù)器的架構模型

當前的智能管理系統多采用集中式云平臺架構模型，如圖2所示，各終端設備將測量的運行數據傳送到云平臺，由云平臺進(jìn)行數據分析后才能傳回終端設備，并進(jìn)行相應的動(dòng)作，適用于對運行數據的傳輸速度要求低且運行數據較少的場(chǎng)合。

圖 2 集中式云平臺架構模型

為滿(mǎn)足新能源汽車(chē)車(chē)主的充電需求，充電樁的數量多且運行數據龐大，傳統的集中式云平臺架構模型已無(wú)法滿(mǎn)足對運行數據實(shí)時(shí)監控的需求，通過(guò)研究選用分布式的邊緣服務(wù)器架構模型，如圖3所示。終端設備將測量的運行數據傳送到邊緣服務(wù)器由邊緣服務(wù)器對數據進(jìn)行分析后將處理結果傳回終端設備，同時(shí)邊緣服務(wù)器還承擔將處理的數據及結果上送到主站云平臺的任務(wù)，以便云平臺對相關(guān)數據進(jìn)行進(jìn)一步分析和儲存入庫。分布式的邊緣服務(wù)器架構模型與新能源汽車(chē)充電樁的實(shí)際情況適配，能提高充電樁智能管理系統的處理效率，提供更加便利的充電服務(wù)。

3.4 主站云平臺的大數據應用

要對充電樁進(jìn)行智能化的管理，就要有效處理充電樁在運行過(guò)程中產(chǎn)生的類(lèi)型豐富且幾雜的大量數據，普通的數據處理技術(shù)不能達到這一要求，但大數據技術(shù)與這種情況適配:數據集成管理技術(shù)能有效進(jìn)行海量數據的存儲人庫，數據挖掘技術(shù)可對海量運行數據進(jìn)行關(guān)系分析并提供有效的運維決策，數據處理技術(shù)可實(shí)現大量數據的實(shí)時(shí)分析與處理。將大數據技術(shù)應用到充電樁智能管理系統的主站云平臺中，能實(shí)現各類(lèi)充電樁的運行狀態(tài)監測并對監測到的數據進(jìn)行分析判斷，實(shí)現及時(shí)的故障預警、告警和報警通知，從而提高充電樁的運維效率。

圖 3 分布式的邊緣服務(wù)器架構模型

4 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的新能源汽車(chē)充電樁智能管理系統運行原理

充電樁智能管理系統利用終端設備對充電樁的運行信息、環(huán)境信息、充電數據信息等進(jìn)行實(shí)時(shí)監控，并將數據通過(guò)以太網(wǎng)、5G通信上傳到邊緣服務(wù)器。如圖4所示，當充電樁需要進(jìn)行升級、啟?；虺霈F故障時(shí)，邊緣服務(wù)器會(huì )根據收到的數據信息將處理方式反饋到終端設備就近進(jìn)行處理，并將相關(guān)信息上傳到云平臺，云平臺對收集到的數據進(jìn)行辨識，分類(lèi)別存儲到數據庫，便于后續的大數據分析。當出現問(wèn)題的邊緣服務(wù)器無(wú)法進(jìn)行修復時(shí)，云平臺的數據管理中*將會(huì )進(jìn)一步對當前情況進(jìn)行評估，并將評估結果及相應的數據報送給App，進(jìn)而報送給運維人員，實(shí)現人機的交互。主站云平臺應用的大數據技術(shù)，使充電樁智能管理系統具有完善的保護功能，如過(guò)壓保護、欠壓保護過(guò)流保護、短路保護、過(guò)溫保護、輸出反接保護急停功能等，并通過(guò)實(shí)時(shí)檢測的充電樁動(dòng)態(tài)數據實(shí)現主動(dòng)防護，保護電池安全，充分提高整個(gè)系統的安全性、可靠性。

圖 4 充電樁智能管理系統拓撲結構

5 安科瑞充電樁收費運營(yíng)云平臺系統選型方案

5.1概述

AcrelCloud-9000安科瑞充電柱收費運營(yíng)云平臺系統通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對接入系統的電動(dòng)電動(dòng)自行車(chē)充電站以及各個(gè)充電整法行不間斷地數據采集和監控，實(shí)時(shí)監控充電樁運行狀態(tài)，進(jìn)行充電服務(wù)、支付管理，交易結算，資要管理、電能管理，明細查詢(xún)等。同時(shí)對充電機過(guò)溫保護、漏電、充電機輸入/輸出過(guò)壓，欠壓，絕緣低各類(lèi)故障進(jìn)行預警；充電樁支持以太網(wǎng)、4G或WIFI等方式接入互聯(lián)網(wǎng)，用戶(hù)通過(guò)微信、支付寶，云閃付掃碼充電。

5.2應用場(chǎng)所

適用于民用建筑、一般工業(yè)建筑、居住小區、實(shí)業(yè)單位、商業(yè)綜合體、學(xué)校、園區等充電樁模式的充電基礎設施設計。

5.3系統結構

系統分為四層：

1）即數據采集層、網(wǎng)絡(luò )傳輸層、數據中*層和客戶(hù)端層。

2）數據采集層：包括電瓶車(chē)智能充電樁通訊協(xié)議為標準modbus-rtu。電瓶車(chē)智能充電樁用于采集充電回路的電力參數，并進(jìn)行電能計量和保護。

3）網(wǎng)絡(luò )傳輸層：通過(guò)4G網(wǎng)絡(luò )將數據上傳至搭建好的數據庫服務(wù)器。

4）數據中*層：包含應用服務(wù)器和數據服務(wù)器，應用服務(wù)器部署數據采集服務(wù)、WEB網(wǎng)站，數據服務(wù)器部署實(shí)時(shí)數據庫、歷史數據庫、基礎數據庫。

5）應客戶(hù)端層：系統管理員可在瀏覽器中訪(fǎng)問(wèn)電瓶車(chē)充電樁收費平臺。終端充電用戶(hù)通過(guò)刷卡掃碼的方式啟動(dòng)充電。

小區充電平臺功能主要涵蓋充電設施智能化大屏、實(shí)時(shí)監控、交易管理、故障管理、統計分析、基礎數據管理等功能，同時(shí)為運維人員提供運維APP，充電用戶(hù)提供充電小程序。

5.4安科瑞充電樁云平臺系統功能

5.4.1智能化大屏

智能化大屏展示站點(diǎn)分布情況，對設備狀態(tài)、設備使用率、充電次數、充電時(shí)長(cháng)、充電金額、充電度數、充電樁故障等進(jìn)行統計顯示，同時(shí)可查看每個(gè)站點(diǎn)的站點(diǎn)信息、充電樁列表、充電記錄、收益、能耗、故障記錄等。統一管理小區充電樁，查看設備使用率，合理分配資源。

5.4.2實(shí)時(shí)監控

實(shí)時(shí)監視充電設施運行狀況，主要包括充電樁運行狀態(tài)、回路狀態(tài)、充電過(guò)程中的充電電量、充電電壓/電流，充電樁告警信息等。

5.4.3交易管理

平臺管理人員可管理充電用戶(hù)賬戶(hù)，對其進(jìn)行賬戶(hù)進(jìn)行充值、退款、凍結、注銷(xiāo)等操作，可查看小區用戶(hù)每日的充電交易詳細信息。

5.4.4故障管理

設備自動(dòng)上報故障信息，平臺管理人員可通過(guò)平臺查看故障信息并進(jìn)行派發(fā)處理，同時(shí)運維人員可通過(guò)運維APP收取故障推送，運維人員在運維工作完成后將結果上報。充電用戶(hù)也可通過(guò)充電小程序反饋現場(chǎng)問(wèn)題。

5.4.5統計分析

通過(guò)系統平臺，從充電站點(diǎn)、充電設施、、充電時(shí)間、充電方式等不同角度，查詢(xún)充電交易統計信息、能耗統計信息等。

5.4.6基礎數據管理

在系統平臺建立運營(yíng)商戶(hù)，運營(yíng)商可建立和管理其運營(yíng)所需站點(diǎn)和充電設施，維護充電設施信息、價(jià)格策略、折扣、優(yōu)惠活動(dòng)，同時(shí)可管理在線(xiàn)卡用戶(hù)充值、凍結和解綁。

5.4.7運維APP

面向運維人員使用，可以對站點(diǎn)和充電樁進(jìn)行管理、能夠進(jìn)行故障閉環(huán)處理、查詢(xún)流量卡使用情況、查詢(xún)充電\充值情況，進(jìn)行遠程參數設置，同時(shí)可接收故障推送。

5.4.8充電小程序

面向充電用戶(hù)使用，可查看附近空閑設備，主要包含掃碼充電、賬戶(hù)充值，充電卡綁定、交易查詢(xún)、故障申訴等功能。

5.5系統硬件配置

6 結束語(yǔ)

從新能源汽車(chē)充電樁運維現狀出發(fā)，分析將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應用到充電樁智能管理系統中的優(yōu)勢，結合充電樁智能管理的發(fā)展需求，建立基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的“云、邊、端”3層式充電樁智能管理系統，實(shí)現可靠性強、實(shí)時(shí)性好、安全性高和經(jīng)濟性佳的充電樁智能化管理的運維系統設計。但在構建充電樁智能管理系統時(shí)，仍有可能出現未考慮到現場(chǎng)干擾因素影響數據采集的情況，后續應根據特殊環(huán)境的個(gè)例情況對整個(gè)充電樁智能管理系統進(jìn)行一定的優(yōu)化，并搜集現場(chǎng)出現的典型現實(shí)案例，對數據進(jìn)行分析后，將其傳人數據處理中*，完善數據庫，以增強整個(gè)智能管理系統的實(shí)際應用性。

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