基于物聯(lián)網(wǎng)技術的新能源電動汽車充電樁智能管理研究

摘 要：隨著新能源汽車的不斷發(fā)展，新能源汽車產(chǎn)業(yè)鏈的完善成為關鍵。充電樁作為新能源汽車補充電量的裝置，與新能源汽車互聯(lián)互通，因此，實現(xiàn)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充電樁的運維現(xiàn)狀及物聯(lián)網(wǎng)技術的應用優(yōu)勢進行分析的基礎上，構建基于物聯(lián)網(wǎng)技術的新能源汽車充電樁智能管理系統(tǒng)，為新能源汽車充電樁設施的智能管理提供新的思路和方向。

關鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)技術；新能源汽車；充電樁；智能管理系統(tǒng)

0. 引言

充電樁是為新能源汽車提供電能的裝置，當前的市場需求日益增加。為滿足用戶的充電需求，提高充電樁運行的安全性、穩(wěn)定性，搭建可用來管理和監(jiān)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)技術利用傳感器等末端設施對數(shù)據(jù)進行收集，通過特定的技術對數(shù)據(jù)進行傳輸和處理能在物與物、人與物之間建立緊密的聯(lián)系，其關鍵技術能實現(xiàn)充電設施運維過程中對運行數(shù)據(jù)的實時監(jiān)控并提供有效輔助的運維決策。將物聯(lián)網(wǎng)技術應用到新能源汽車充電樁智能管理系統(tǒng)中，是實現(xiàn)充電樁智能化的有效路徑。

1. 基于物聯(lián)網(wǎng)技術的新能源汽車充電樁智能管理系統(tǒng)總體設計

1.1 系統(tǒng)總體框架

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

“云”是主站云平臺，是一個遠程的數(shù)據(jù)處理中*，可以儲存大量的數(shù)據(jù)，并通過物聯(lián)網(wǎng)技術對復雜數(shù)據(jù)進行處理，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器，提升整個系統(tǒng)的智能化水平?！斑叀笔沁吘売嬎?，指的是靠近終端設備的邊緣服務器，能快速對終端設備的數(shù)據(jù)進行處理和分析，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(tǒng)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(shù)據(jù)進行收集和處理，同時將有效數(shù)據(jù)上送到邊緣服務器，為完成用戶及運維人員的交互奠定基礎。

1.2 終端設備的數(shù)據(jù)采集

終端設備對數(shù)據(jù)的采集是整個充電樁智能管理系統(tǒng)中的重要一環(huán)。*一，從保證充電樁正常供電的角度來看，終端設備能夠監(jiān)控充電樁的運行狀態(tài)收集充電樁的充電情況，便于及時發(fā)現(xiàn)充電樁異常。*二，從提高智能管理系統(tǒng)可靠性的角度出發(fā)，收集充電樁的充電數(shù)據(jù)，包括充電的電量總數(shù)、充申收取費用的金額、充電時長的統(tǒng)計等，為合理分配資源提供重要依據(jù)。*三，從優(yōu)化用戶體驗考慮對接使用車主的用戶信息，調(diào)取車主的充電記錄包括充電汽車的型號、充電地點、充電時段、充電續(xù)航需求等，以了解車主用戶的消費習慣，提高對用戶的服務質(zhì)量。

1.3 邊緣服務器的架構模型

當前的智能管理系統(tǒng)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(shù)據(jù)傳送到云平臺，由云平臺進行數(shù)據(jù)分析后才能傳回終端設備，并進行相應的動作，適用于對運行數(shù)據(jù)的傳輸速度要求低且運行數(shù)據(jù)較少的場合。

為滿足新能源汽車車主的充電需求，充電樁的數(shù)量多且運行數(shù)據(jù)龐大，傳統(tǒng)的集中式云平臺架構模型已無法滿足對運行數(shù)據(jù)實時監(jiān)控的需求，通過研究選用分布式的邊緣服務器架構模型，如圖3所示。終端設備將測量的運行數(shù)據(jù)傳送到邊緣服務器由邊緣服務器對數(shù)據(jù)進行分析后將處理結果傳回終端設備，同時邊緣服務器還承擔將處理的數(shù)據(jù)及結果上送到主站云平臺的任務，以便云平臺對相關數(shù)據(jù)進行進一步分析和儲存入庫。分布式的邊緣服務器架構模型與新能源汽車充電樁的實際情況適配，能提高充電樁智能管理系統(tǒng)的處理效率，提供更加便利的充電服務。

1.4 主站云平臺的大數(shù)據(jù)應用

要對充電樁進行智能化的管理，就要有效處理充電樁在運行過程中產(chǎn)生的類型豐富且?guī)纂s的大量數(shù)據(jù)，普通的數(shù)據(jù)處理技術不能達到這一要求，但大數(shù)據(jù)技術與這種情況適配:數(shù)據(jù)集成管理技術能有效進行海量數(shù)據(jù)的存儲人庫，數(shù)據(jù)挖掘技術可對海量運行數(shù)據(jù)進行關系分析并提供有效的運維決策，數(shù)據(jù)處理技術可實現(xiàn)大量數(shù)據(jù)的實時分析與處理。將大數(shù)據(jù)技術應用到充電樁智能管理系統(tǒng)的主站云平臺中，能實現(xiàn)各類充電樁的運行狀態(tài)監(jiān)測并對監(jiān)測到的數(shù)據(jù)進行分析判斷，實現(xiàn)及時的故障預警、告警和報警通知，從而提高充電樁的運維效率。

2. 基于物聯(lián)網(wǎng)技術的新能源汽車充電樁智能管理系統(tǒng)運行原理

充電樁智能管理系統(tǒng)利用終端設備對充電樁的運行信息、環(huán)境信息、充電數(shù)據(jù)信息等進行實時監(jiān)控，并將數(shù)據(jù)通過以太網(wǎng)、5G通信上傳到邊緣服務器。如圖4所示，當充電樁需要進行升級、啟?；虺霈F(xiàn)故障時，邊緣服務器會根據(jù)收到的數(shù)據(jù)信息將處理方式反饋到終端設備就近進行處理，并將相關信息上傳到云平臺，云平臺對收集到的數(shù)據(jù)進行辨識，分類別存儲到數(shù)據(jù)庫，便于后續(xù)的大數(shù)據(jù)分析。當出現(xiàn)問題的邊緣服務器無法進行修復時，云平臺的數(shù)據(jù)管理中*將會進一步對當前情況進行評估，并將評估結果及相應的數(shù)據(jù)報送給App，進而報送給運維人員，實現(xiàn)人機的交互。主站云平臺應用的大數(shù)據(jù)技術，使充電樁智能管理系統(tǒng)具有完善的保護功能，如過壓保護、欠壓保護過流保護、短路保護、過溫保護、輸出反接保護急停功能等，并通過實時檢測的充電樁動態(tài)數(shù)據(jù)實現(xiàn)主動防護，保護電池安全，充分提高整個系統(tǒng)的安全性、可靠性。

3. 安科瑞充電樁收費運營云平臺系統(tǒng)選型方案

3.1概述

AcrelCloud-9000安科瑞充電柱收費運營云平臺系統(tǒng)通過物聯(lián)網(wǎng)技術對接入系統(tǒng)的電動電動自行車充電站以及各個充電整法行不間斷地數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控，實時監(jiān)控充電樁運行狀態(tài)，進行充電服務、支付管理，交易結算，資要管理、電能管理，明細查詢等。同時對充電機過溫保護、漏電、充電機輸入/輸出過壓，欠壓，絕緣低各類故障進行預警；充電樁支持以太網(wǎng)、4G或WIFI等方式接入互聯(lián)網(wǎng)，用戶通過微信、支付寶，云閃付掃碼充電。

3.2應用場所

適用于民用建筑、一般工業(yè)建筑、居住小區(qū)、實業(yè)單位、商業(yè)綜合體、學校、園區(qū)等充電樁模式的充電基礎設施設計。

3.3系統(tǒng)結構

系統(tǒng)分為四層：

1）即數(shù)據(jù)采集層、網(wǎng)絡傳輸層、數(shù)據(jù)中*層和客戶端層。

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

3）網(wǎng)絡傳輸層：通過4G網(wǎng)絡將數(shù)據(jù)上傳至搭建好的數(shù)據(jù)庫服務器。

4）數(shù)據(jù)中*層：包含應用服務器和數(shù)據(jù)服務器，應用服務器部署數(shù)據(jù)采集服務、WEB網(wǎng)站，數(shù)據(jù)服務器部署實時數(shù)據(jù)庫、歷史數(shù)據(jù)庫、基礎數(shù)據(jù)庫。

5）應客戶端層：系統(tǒng)管理員可在瀏覽器中訪問電瓶車充電樁收費平臺。終端充電用戶通過刷卡掃碼的方式啟動充電。

小區(qū)充電平臺功能主要涵蓋充電設施智能化大屏、實時監(jiān)控、交易管理、故障管理、統(tǒng)計分析、基礎數(shù)據(jù)管理等功能，同時為運維人員提供運維APP，充電用戶提供充電小程序。

4.安科瑞充電樁云平臺系統(tǒng)功能

4.1智能化大屏

智能化大屏展示站點分布情況，對設備狀態(tài)、設備使用率、充電次數(shù)、充電時長、充電金額、充電度數(shù)、充電樁故障等進行統(tǒng)計顯示，同時可查看每個站點的站點信息、充電樁列表、充電記錄、收益、能耗、故障記錄等。統(tǒng)一管理小區(qū)充電樁，查看設備使用率，合理分配資源。

4.2實時監(jiān)控

實時監(jiān)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)、充電過程中的充電電量、充電電壓/電流，充電樁告警信息等。

4.3交易管理

平臺管理人員可管理充電用戶賬戶，對其進行賬戶進行充值、退款、凍結、注銷等操作，可查看小區(qū)用戶每日的充電交易詳細信息。

4.4故障管理

設備自動上報故障信息，平臺管理人員可通過平臺查看故障信息并進行派發(fā)處理，同時運維人員可通過運維APP收取故障推送，運維人員在運維工作完成后將結果上報。充電用戶也可通過充電小程序反饋現(xiàn)場問題。

4.5統(tǒng)計分析

通過系統(tǒng)平臺，從充電站點、充電設施、、充電時間、充電方式等不同角度，查詢充電交易統(tǒng)計信息、能耗統(tǒng)計信息等。

4.6基礎數(shù)據(jù)管理

在系統(tǒng)平臺建立運營商戶，運營商可建立和管理其運營所需站點和充電設施，維護充電設施信息、價格策略、折扣、優(yōu)惠活動，同時可管理在線卡用戶充值、凍結和解綁。

5. 結束語

從新能源汽車充電樁運維現(xiàn)狀出發(fā)，分析將物聯(lián)網(wǎng)技術應用到充電樁智能管理系統(tǒng)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)技術的“云、邊、端”3層式充電樁智能管理系統(tǒng)，實現(xiàn)可靠性強、實時性好、安全性高和經(jīng)濟性佳的充電樁智能化管理的運維系統(tǒng)設計。但在構建充電樁智能管理系統(tǒng)時，仍有可能出現(xiàn)未考慮到現(xiàn)場干擾因素影響數(shù)據(jù)采集的情況，后續(xù)應根據(jù)特殊環(huán)境的個例情況對整個充電樁智能管理系統(tǒng)進行一定的優(yōu)化，并搜集現(xiàn)場出現(xiàn)的典型現(xiàn)實案例，對數(shù)據(jù)進行分析后，將其傳人數(shù)據(jù)處理中*，完善數(shù)據(jù)庫，以增強整個智能管理系統(tǒng)的實際應用性。

審核編輯 黃宇