安科瑞 陳聰

摘要：本文針對(duì)現(xiàn)有的普通充電樁及其后臺(tái)管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)不夠完善和功能不夠健全問題，設(shè)計(jì)一種基于物聯(lián)網(wǎng)的充電樁及運(yùn)行管理平臺(tái)。綜合利用傳感技術(shù)、電子技術(shù)及通訊技術(shù)對(duì)充電樁的運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)、運(yùn)行環(huán)境參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并采用集中管理、區(qū)域管理和用戶自主管理的三級(jí)智能化管理方式，保障充電樁的順利建設(shè)與使用。

關(guān)鍵詞：充電樁 ；電動(dòng)汽車；物聯(lián)網(wǎng)；APP 客戶端

0前言

新能源汽車滿足了環(huán)境保護(hù)的要求，具有較強(qiáng)的生命力，因此生產(chǎn)規(guī)模與使用與日俱增，隨之而來的，是充電基礎(chǔ)設(shè)施相對(duì)短缺，充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)相對(duì)乏力，充電難的現(xiàn)狀日益顯現(xiàn)，現(xiàn)有的普通充電樁及其后臺(tái)管理系統(tǒng)不僅結(jié)構(gòu)不夠完善，而且功能也不夠健全，不足以保證電動(dòng)汽車充電站建設(shè)順利進(jìn)行，因此在現(xiàn)有基礎(chǔ)上完善其結(jié)構(gòu)和功能，設(shè)計(jì)一種新型智能充電樁及運(yùn)行管理平臺(tái)，對(duì)保障電動(dòng)汽車行業(yè)的發(fā)展極為重要。

1國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀綜述

充電樁主要可以分為立式充電樁和壁掛充電樁。立式充電樁無需靠墻，適用于戶外停車 位或小區(qū)停車位，但是大多數(shù)暴露在外面，風(fēng)吹日曬，防護(hù)性不強(qiáng)，需要較強(qiáng)的防水、防潮 、防盜以及抗打擊性能，并且占用面積較大，易出現(xiàn)損壞的狀況。壁掛式充電樁則依靠墻體固定，適用于室內(nèi)和地下停車位，但是安裝過程較為復(fù)雜，成本較高，并且壁掛式充電樁 的主要結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，不利于拆卸檢修。在充電樁管理系統(tǒng)方面，現(xiàn)有的充電樁管理系統(tǒng)只針對(duì)單一的充電站或一些小型的充電樁項(xiàng)目，再加上相關(guān)技術(shù)并未進(jìn)入深度實(shí)用階段，目前 的技術(shù)應(yīng)用不過是初級(jí)水平。從計(jì)費(fèi)系統(tǒng)方面來說，大規(guī)模充電站的運(yùn)營(yíng)需要較為**的計(jì) 費(fèi)管理系統(tǒng)，目前的計(jì)費(fèi)管理系統(tǒng)并不能滿足這個(gè)要求，也沒有計(jì)費(fèi)管理系統(tǒng)的研發(fā)和面世；而且，計(jì)費(fèi)管理系統(tǒng)只是應(yīng)用于某個(gè)充電站，各個(gè)充電站之間相對(duì)獨(dú)立，沒有在計(jì)費(fèi)系統(tǒng)、通信協(xié)議、通信借口之間建立統(tǒng)一的可供遵循的標(biāo)準(zhǔn)。

2智能充電樁本體及其網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控管理體系的設(shè)計(jì)

2.1智能充電樁網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控管理體系的設(shè)計(jì)

與加油站類似，充電樁也是以點(diǎn)狀分布于城市的各個(gè)角落，但其分布密度及區(qū)域要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于加油站，針對(duì)如何對(duì)不斷增多的充電樁進(jìn)行管理，及時(shí)了解充電樁的健康及使用狀態(tài)，為管理者和用戶提供充電樁新的狀態(tài)信息，更好地對(duì)這些充電樁進(jìn)行監(jiān)測(cè)與管理等問題，本文設(shè)計(jì)了三級(jí)監(jiān)測(cè)與管理網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)對(duì)充電樁的智能化管理。網(wǎng)絡(luò)的三級(jí)為充電用戶通過手機(jī)APP軟件自主與充電樁進(jìn)行協(xié)定，完成電動(dòng)汽車充電。網(wǎng)絡(luò)的二級(jí)為區(qū)域監(jiān)測(cè)與管理平臺(tái)對(duì)所屬其管理區(qū)域內(nèi)的各充電樁定時(shí)進(jìn)行巡檢，采用無人值守的方式，采集各充電樁的狀態(tài)，包括健康狀態(tài)、工作狀態(tài)等，并對(duì)各充電樁的狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行存貯。

2.2充電樁本體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

智能充電樁本體結(jié)構(gòu)，包括以下3個(gè)主要部分：充電樁主體、智能充電樁監(jiān)控模塊和智能充電樁后端維護(hù)與信息集成平臺(tái)。本新型智能充電樁應(yīng)用了大數(shù)據(jù)平臺(tái)和 “物聯(lián)網(wǎng)"技術(shù)。在后臺(tái)管理上，為了提高監(jiān)控分析的度和可靠度，信息集成平臺(tái)不僅對(duì)收集到的本充電樁的信息進(jìn)行分析，而且能夠與大數(shù)據(jù)平臺(tái)中的充電樁的相關(guān)信息進(jìn)行對(duì)比，保證要監(jiān)控的充電樁運(yùn)行；而“物聯(lián)網(wǎng)"技術(shù)則是兩化融合的升級(jí)版，將物聯(lián)網(wǎng)作為充電樁信息化發(fā)展的核心特征提取出來，并與充電樁信息集成平臺(tái)和用戶端 APP 全面融合，信息集成平臺(tái)與用戶側(cè)的手機(jī) APP 可以通過“物聯(lián)網(wǎng)"更好的實(shí)現(xiàn)線上的信息傳遞，不僅方便快捷，而且與時(shí)俱進(jìn)。

2.3智能充電樁的設(shè)計(jì)

2.3.1智能充電樁后端監(jiān)測(cè)模塊的設(shè)計(jì)

據(jù)調(diào)查，應(yīng)該由配電監(jiān)控、充電監(jiān)控、安全監(jiān)控等功能組成電動(dòng)汽車充電樁后端監(jiān)控模塊的功能，監(jiān)視和控制充電設(shè)備、配電設(shè)備及其他設(shè)備，實(shí)現(xiàn)集中的監(jiān)控管理。充電樁的主體上會(huì)有一塊顯示屏，顯示屏上只顯示用戶關(guān)注的實(shí)時(shí)信息，如故障信息、充電時(shí)長(zhǎng)、充電剩余時(shí)間、交費(fèi)信息和充電完成提示等。不在電子屏上顯示的一些電氣參數(shù)如電壓、電流和綜合信息如用戶使用信息、諧波信息等，這些信息將送到后臺(tái)維護(hù)與信息集成平臺(tái)，定期自動(dòng)將信息整合并傳送一級(jí)集中監(jiān)測(cè)與管理平臺(tái)。

2.3.2充電樁后端維護(hù)與信息集成平臺(tái)的設(shè)計(jì)

基于國(guó)內(nèi)外充電樁管理平臺(tái)發(fā)展現(xiàn)狀，開發(fā)了一個(gè)智能充電樁后端監(jiān)測(cè)與信息集成平臺(tái)，對(duì)充電樁的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，并試圖實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)充電站的綜合狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，為充電站的運(yùn)行規(guī)劃以及巡檢維護(hù)提供大量可靠的評(píng)估數(shù)據(jù)和策略。

(1)監(jiān)控功能。監(jiān)控功能是充電樁監(jiān)控系統(tǒng)基本的功能，主要分為監(jiān)測(cè)功能和控制功 能。監(jiān)控系統(tǒng)執(zhí)行監(jiān)測(cè)功能，是通過對(duì)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)相關(guān)數(shù)據(jù)以及對(duì)設(shè)備運(yùn)行形成較大影響力的相關(guān)環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行收集分析，然后判斷設(shè)備運(yùn)行處于何種狀態(tài)以及未來的運(yùn)行態(tài)勢(shì)，也就是說，主要是進(jìn)行數(shù)據(jù)的輸入并進(jìn)行處理后得出結(jié)論。監(jiān)控系統(tǒng)執(zhí)行控制功能，是通過轉(zhuǎn)換工作人員的控制命令為設(shè)備可以識(shí)別的信號(hào)指令，然后使設(shè)備作出必要的回應(yīng)，以使得工作人員預(yù)期的行為得以實(shí)現(xiàn)，也就是說，主要是在信息輸入后執(zhí)行命令。

(2 )交互功能。交互功能是監(jiān)控系統(tǒng)通過人機(jī)交互界面的設(shè)置，實(shí)現(xiàn)人與設(shè)備之間的對(duì) 話。監(jiān)控系統(tǒng)包括圖文結(jié)合、視聽結(jié)合等多種數(shù)據(jù)呈現(xiàn)的方式，并且有專門為外接的鍵盤、鼠標(biāo)等設(shè)備預(yù)留接口，方便用鍵盤、鼠標(biāo)等設(shè)備進(jìn)行操作，將操作人的指令轉(zhuǎn)化為設(shè)備信號(hào)然后獲得執(zhí)行，將設(shè)備的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為操作人可了解的信息然后進(jìn)行指令的校正。

3安科瑞AcrelCloud-9000充電站運(yùn)營(yíng)平臺(tái)

3.1平臺(tái)概述

安科瑞充電站運(yùn)營(yíng)平臺(tái)依托物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、AI等技術(shù)，對(duì)充電站配電系統(tǒng)的運(yùn)行、電能消耗、電能質(zhì)量、充電安全和行為安全進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和預(yù)警，為充電站的可靠、安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供保障，并及時(shí)切除安全隱患、避免電氣火災(zāi)發(fā)生，從而保障人員的生命財(cái)產(chǎn)安全，打造“安全、高效、舒適、綠色"的“人—車—樁—電網(wǎng)—互聯(lián)網(wǎng)—多種增值業(yè)務(wù)"的智慧充電站，提升充電站的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

3.2適用場(chǎng)合

可廣泛應(yīng)用于醫(yī)院、學(xué)校、酒店、體育場(chǎng)等公共建筑；商業(yè)廣場(chǎng)、產(chǎn)業(yè)園等綜合園區(qū)；企業(yè)、住宅小區(qū)等場(chǎng)所。

3.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

平臺(tái)采用分層分布式結(jié)構(gòu)，主要由感知層、網(wǎng)絡(luò)層和平臺(tái)層三個(gè)部分組成，詳細(xì)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如下：

現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層：連接于網(wǎng)絡(luò)中的各類傳感器，包括多功能電力儀表、汽車充電樁、電瓶車充電樁、電能質(zhì)量分析儀表、電氣火災(zāi)探測(cè)器、限流式保護(hù)器、煙霧傳感器、測(cè)溫裝置、智能插座、攝像頭等。

網(wǎng)絡(luò)通訊層：包含現(xiàn)場(chǎng)智能網(wǎng)關(guān)、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)等設(shè)備。智能網(wǎng)關(guān)主動(dòng)采集現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層設(shè)備的數(shù)據(jù)，并可進(jìn)行規(guī)約轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，并通過網(wǎng)絡(luò)把數(shù)據(jù)上傳至搭建好的數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，智能網(wǎng)關(guān)可在網(wǎng)絡(luò)故障時(shí)將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在本地，待網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)時(shí)從中斷的位置繼續(xù)上傳數(shù)據(jù)，保證服務(wù)器端數(shù)據(jù)不丟失。

平臺(tái)管理層：包含應(yīng)用服務(wù)器和數(shù)據(jù)服務(wù)器，完成對(duì)現(xiàn)場(chǎng)所有智能設(shè)備的數(shù)據(jù)交換，可在PC端或移動(dòng)端實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)充電站配電系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)、充電樁的工作狀態(tài)、充電過程及人員行為，并完成微信、支付寶在線支付等應(yīng)用。

多功能電力儀表、汽車充電樁、電瓶車充電樁、電氣火災(zāi)探測(cè)器、限流式保護(hù)器、智能插座可通過全網(wǎng)通4G通訊模組與平臺(tái)直接通訊。

電能質(zhì)量分析儀表、煙霧傳感器和測(cè)溫裝置通過RS485，攝像頭通過RJ45與智能網(wǎng)關(guān)通訊，再由智能網(wǎng)關(guān)通訊通過4G統(tǒng)一與平臺(tái)通訊。

限流式保護(hù)器既可以通過4G連接平臺(tái)，也可以通過RS485連接網(wǎng)關(guān)。

平臺(tái)搭建在客戶自己配置的服務(wù)器上。搭建完成之后，客戶可以在任意能聯(lián)網(wǎng)的地方，通過有權(quán)限的賬號(hào)登陸網(wǎng)頁(yè)以及手機(jī)APP查看各處的運(yùn)行情況。

3.4相關(guān)產(chǎn)品介紹

3.4.1 7KW交流充電樁AEV-AC007D

產(chǎn)品功能

1）智能監(jiān)測(cè)：充電樁智能控制器對(duì)充電樁具備測(cè)量、控制與保護(hù)的功能，如運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)、故障狀態(tài)監(jiān)測(cè)、充電計(jì)量與計(jì)費(fèi)以及充電過程的聯(lián)動(dòng)控制等。

2）智能計(jì)量：輸出配置智能電能表，進(jìn)行充電計(jì)量，具備完善的通信功能，可將計(jì)量信息通過RS485分別上傳給充電樁智能控制器和網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)平臺(tái)。

3）云平臺(tái)：具備連接云平臺(tái)的功能，可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控，財(cái)務(wù)報(bào)表分析等等。

4）保護(hù)功能：具備防雷保護(hù)、過載保護(hù)、短路保護(hù)，漏電保護(hù)和接地保護(hù)等功能。

5）材質(zhì)可靠：保證長(zhǎng)期使用并抵御復(fù)雜天氣環(huán)境。

6）適配車型：滿足國(guó)標(biāo)充電接口，適配所有符合GB/T20234.2-2015國(guó)標(biāo)的電動(dòng)汽車，適應(yīng)不同車型的不同功率。

7）資產(chǎn)安全：產(chǎn)品全部由中國(guó)平安保險(xiǎn)承保，充分保障設(shè)備、車輛、人員的安全。

3.4.2直流充電樁系列

3.4.3電氣火災(zāi)探測(cè)器ARCM300-Z

3.4.4限流式保護(hù)器ASCP200

產(chǎn)品功能：

1）短路保護(hù)：保護(hù)器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)用電線路電流，當(dāng)線路發(fā)生短路故障時(shí)，能在150微秒內(nèi)實(shí)現(xiàn)快速限流保護(hù)，并發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)；

2）過載保護(hù)：當(dāng)線路電流過載且持續(xù)時(shí)間超過動(dòng)作時(shí)間（3~60秒可設(shè)）時(shí)，保護(hù)器啟動(dòng)限流保護(hù)，并發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)；

3）表內(nèi)超溫保護(hù)：當(dāng)保護(hù)器內(nèi)部器件工作溫度過高時(shí)，保護(hù)器實(shí)施超溫限流保護(hù)，并發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)；

4）組網(wǎng)通訊：保護(hù)器具有1路RS485接口，可以將數(shù)據(jù)發(fā)送到后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。

3.5平臺(tái)功能

3.5.1首頁(yè)

平臺(tái)首頁(yè)顯示充電站的位置及在線情況，統(tǒng)計(jì)充電站的充電數(shù)據(jù)。

3.5.2實(shí)時(shí)監(jiān)控

1）充電站監(jiān)控

可以按站點(diǎn)名稱進(jìn)行篩選，顯示站點(diǎn)詳情、充電槍列表、統(tǒng)計(jì)訂單信息、故障記錄，點(diǎn)擊某個(gè)充電槍編號(hào)后在進(jìn)入充電槍監(jiān)控頁(yè)面實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)變壓器負(fù)荷（搭配ACM300T、ADW300），當(dāng)負(fù)荷超過50%時(shí)，系統(tǒng)會(huì)限制新增開始充電的充電樁的功率，降為50%，當(dāng)變壓器負(fù)荷超過80%時(shí)，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。如圖所示：

統(tǒng)計(jì)當(dāng)前充電站各充電樁回路的數(shù)據(jù)；通過卡片的形式展現(xiàn)充電樁的數(shù)據(jù)；顯示故障列表；如圖所示：

2）充電樁監(jiān)控

顯示充電樁充電數(shù)據(jù)；顯示各回路的充電狀態(tài)；可以對(duì)充電中的回路進(jìn)行手動(dòng)終止；顯示訂單信息、故障信息；如圖所示：

3）設(shè)備監(jiān)控

顯示限流式保護(hù)器的狀態(tài)，包括線路中的剩余電流、溫度及異常報(bào)警，如圖所示：

3.5.3故障管理

1）故障查詢

故障查詢中記錄了登錄用戶相關(guān)聯(lián)的所有故障信息。如圖所示：

2）故障派發(fā)

故障派發(fā)中記錄了當(dāng)前待派發(fā)的故障信息。如圖所示：

3）故障處理

故障處理中記錄了當(dāng)前待處理的故障信息。如圖所示：

3.5.4能耗分析

在能耗分析中，可查看規(guī)定時(shí)段關(guān)聯(lián)站點(diǎn)和關(guān)聯(lián)樁的能耗信息并顯示對(duì)應(yīng)的能耗趨勢(shì)圖。如圖所示：

3.5.5故障分析

在故障分析中，可查看相關(guān)時(shí)間內(nèi)的故障數(shù)、故障狀態(tài)、故障類型、趨勢(shì)分析以及故障列表。如圖所示：

3.5.6財(cái)務(wù)報(bào)表

在財(cái)務(wù)報(bào)表中，可根據(jù)時(shí)間查看關(guān)聯(lián)站點(diǎn)的財(cái)務(wù)數(shù)據(jù)。如圖所示：

3.5.7收益查詢

在收益查詢中，可查看總的收益統(tǒng)計(jì)、收益變化曲線圖、支付占比餅圖以及實(shí)際收益報(bào)表。如圖所示：

4結(jié)語

（1）新型智能充電樁通過改變其結(jié)構(gòu)，有效節(jié)約占地面積。通過完善后臺(tái)管理系統(tǒng)的功能，不僅可以實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)充電樁運(yùn)行狀態(tài)的功能，充電樁結(jié)構(gòu)和功能的改進(jìn)，可以推動(dòng)電動(dòng)汽車行業(yè)的發(fā)展，并在一定程度上有利于節(jié)能減排 。

（2）新型智能充電樁運(yùn)用集成監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)體系。采用三級(jí)監(jiān)測(cè)與管理網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)對(duì)充電樁的智能化管理，保證各區(qū)域要監(jiān)控的充電樁正常運(yùn)行，采集的數(shù)據(jù)在充電樁的規(guī)劃與建設(shè)方面起決策作用。

參考文獻(xiàn)

[1]張?jiān)?陸佳政,李波.利用有源濾波功能的新型電動(dòng)汽車交流充電樁[J].高電壓技術(shù),2011,37(1):150-156.

[2]孫小慧,劉鍇,左志.考慮時(shí)空間限制的電動(dòng)汽車充電站布局模型[J].地理科學(xué)進(jìn)展,2012,31(6):686-692.

[3]傘晨峻,艾芊.多代理框架下的電動(dòng)汽車充電站協(xié)調(diào)控制[J].低壓電器,2014,442 (1):61-65.

[4]蔣濤,秦奮,俞偉勇,胡堅(jiān),李題印,胡偉.基于物聯(lián)網(wǎng)的智能充電樁及運(yùn)行管理平臺(tái)的設(shè)計(jì)[J].產(chǎn)業(yè)與科技論壇,2017,16(1).

[5]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè)2022.5版.