摘要：本文針對現(xiàn)有的普通充電樁及其后臺管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)不夠完善和功能不夠健全問題，設(shè)計一種基于物聯(lián)網(wǎng)的充電樁及運行管理平臺。綜合利用傳感技術(shù)、電子技術(shù)及通訊技術(shù)對充電樁的運行狀態(tài)參數(shù)、運行環(huán)境參數(shù)進(jìn)行實時監(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 ；電動汽車；物聯(lián)網(wǎng)；APP客戶端；安科瑞丁一187+6159=9093

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)施相對短缺，充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)相對乏力，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)計一種新型智能充電樁及運行管理平臺，對保障電動汽車行業(yè)的發(fā)展尤為重要。

1.國內(nèi)外研究現(xiàn)狀綜述

充電樁主要分為立式和壁掛式兩類。立式充電樁適用于戶外及小區(qū)停車位，無需靠墻，但防護(hù)性弱、占地面積大且易損壞，對防水、防潮等性能要求較高；壁掛式充電樁依賴墻體固定，適用于室內(nèi)及地下停車位，卻存在安裝復(fù)雜、成本高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜不便拆卸檢修的問題。

在管理系統(tǒng)方面，現(xiàn)有系統(tǒng)僅適用于單一充電站或小型項目，技術(shù)應(yīng)用處于初級階段。計費系統(tǒng)難以滿足大規(guī)模充電站的功能需求，且缺乏統(tǒng)一的計費、通信協(xié)議及接口標(biāo)準(zhǔn)，各充電站相對獨立。

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

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

充電樁分布密度與范圍遠(yuǎn)超加油站，為解決其管理、狀態(tài)監(jiān)測及信息同步問題，本文設(shè)計三級智能化監(jiān)測與管理網(wǎng)絡(luò)：一級為用戶通過手機(jī)APP與充電樁協(xié)定完成充電；二級為區(qū)域監(jiān)測管理平臺無人值守定時巡檢轄區(qū)內(nèi)充電樁，采集并存儲其健康、工作等狀態(tài)數(shù)據(jù)。

2.2 充電樁本體結(jié)構(gòu)的設(shè)計

智能充電樁本體由充電樁主體、監(jiān)控模塊及后端維護(hù)與信息集成平臺構(gòu)成，融合大數(shù)據(jù)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。信息集成平臺通過與大數(shù)據(jù)平臺信息對比，提升監(jiān)控分析的準(zhǔn)確度與可靠性，保障充電樁穩(wěn)定運行；物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)了信息集成平臺與用戶端APP的有效線上信息傳遞。

2.3 智能充電樁的設(shè)計

2.3.1 智能充電樁后端監(jiān)測模塊的設(shè)計

后端監(jiān)控模塊集成配電、充電、安全監(jiān)控等功能，實現(xiàn)集中管控。充電樁顯示屏僅展示故障、充電時長、繳費等用戶關(guān)注的實時信息，電壓、電流等電氣參數(shù)及用戶使用、諧波等綜合信息則傳輸至后端維護(hù)與信息集成平臺，經(jīng)整合后定期上傳至集中監(jiān)測與管理平臺。

2.3.2 充電樁后端維護(hù)與信息集成平臺的設(shè)計

基于行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀，該平臺可在線監(jiān)測充電樁及充電站綜合運行狀態(tài)，為運營規(guī)劃與巡檢維護(hù)提供可靠數(shù)據(jù)支撐。其核心功能包括：

監(jiān)控功能：分為監(jiān)測（收集分析設(shè)備運行及環(huán)境數(shù)據(jù)，判斷運行狀態(tài)與態(tài)勢）和控制（轉(zhuǎn)換工作人員指令為設(shè)備可識別信號，驅(qū)動設(shè)備響應(yīng)）兩類；

交互功能：通過人機(jī)交互界面，以圖文、視聽等多種形式呈現(xiàn)數(shù)據(jù)，預(yù)留外接設(shè)備接口，實現(xiàn)指令轉(zhuǎn)換執(zhí)行與數(shù)據(jù)反饋校正。

3.安科瑞AcrelCloud-9000充電站運營平臺

3.1平臺概述

安科瑞充電站運營平臺依托物聯(lián)網(wǎng)、云計算、互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、AI等技術(shù)，對充電站配電系統(tǒng)的運行、電能消耗、電能質(zhì)量、充電安全和行為安全進(jìn)行實時監(jiān)控和預(yù)警，為充電站的可靠、安全、經(jīng)濟(jì)運行提供保障，并及時切除安全隱患、避免電氣火災(zāi)發(fā)生，從而保障人員的生命財產(chǎn)安全，打造“安全、有效、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，提升充電站的社會和經(jīng)濟(jì)價值。

3.2適用場合

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

3.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

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

現(xiàn)場設(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)探測器、限流式保護(hù)器、煙霧傳感器、測溫裝置、智能插座、攝像頭等。

網(wǎng)絡(luò)通訊層：包含現(xiàn)場智能網(wǎng)關(guān)、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)等設(shè)備。智能網(wǎng)關(guān)主動采集現(xiàn)場設(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，并通過網(wǎng)絡(luò)把數(shù)據(jù)上傳至搭建好的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，智能網(wǎng)關(guān)可在網(wǎng)絡(luò)故障時將數(shù)據(jù)存儲在本地，待網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)時從中斷的位置繼續(xù)上傳數(shù)據(jù)，保證服務(wù)器端數(shù)據(jù)不丟失。

平臺管理層：包含應(yīng)用服務(wù)器和數(shù)據(jù)服務(wù)器，完成對現(xiàn)場所有智能設(shè)備的數(shù)據(jù)交換，可在PC端或移動端實現(xiàn)實時監(jiān)測充電站配電系統(tǒng)運行狀態(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通訊模組與平臺直接通訊。

電能質(zhì)量分析儀表、煙霧傳感器和測溫裝置通過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)一與平臺通訊。

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

平臺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)限的賬號登陸網(wǎng)頁以及手機(jī)APP查看各處的運行情況。

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：充電樁智能控制器對充電樁具備測量、控制與保護(hù)的功能，如運行狀態(tài)監(jiān)測、故障狀態(tài)監(jiān)測、充電計量與計費以及充電過程的聯(lián)動控制等。

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

3）云平臺：具備連接云平臺的功能，可以實現(xiàn)實時監(jiān)控，財務(wù)報表分析等等。

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：保證長期使用并抵御復(fù)雜天氣環(huán)境。

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

7）資產(chǎn)安全：產(chǎn)品全部由中國平安保險承保，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)探測器ARCM300-Z

3.4.4限流式保護(hù)器ASCP210

產(chǎn)品功能：

1）短路保護(hù)：保護(hù)器實時監(jiān)測用電線路電流，當(dāng)線路發(fā)生短路故障時，能在150微秒內(nèi)實現(xiàn)快速限流保護(hù)，并發(fā)出聲光報警信號；

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

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，保護(hù)器實施超溫限流保護(hù)，并發(fā)出聲光報警信號；

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)送至后臺監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。

3.5平臺功能

3.5.1首頁

平臺首頁顯示充電站的位置及在線情況，統(tǒng)計充電站的充電數(shù)據(jù)。

3.5.2實時監(jiān)控

1）充電站監(jiān)控

可以按站點名稱進(jìn)行篩選，顯示站點詳情、充電槍列表、統(tǒng)計訂單信息、故障記錄，點擊某個充電槍編號后再進(jìn)入充電槍監(jiān)控頁面實時監(jiān)測變壓器負(fù)荷（搭配ACM300T、ADW300），當(dāng)負(fù)荷超過50%時，系統(tǒng)會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，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)；可以對充電中的回路進(jìn)行手動終止；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)定時段關(guān)聯(lián)站點和關(guān)聯(lián)樁的能耗信息并顯示對應(yīng)的能耗趨勢圖。如圖所示：

3.5.5故障分析

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

3.5.6財務(wù)報表

在財務(wù)報表中，可根據(jù)時間查看關(guān)聯(lián)站點的財務(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、收益變化曲線圖、支付占比餅圖以及實際收益報表。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。通過完善后臺管理系統(tǒng)的功能，不僅可以實現(xiàn)監(jiān)測充電樁運行狀態(tài)的功能，充電樁結(jié)構(gòu)和功能的改進(jìn)，可以推動電動汽車行業(yè)的發(fā)展，并在一定程度上有利于節(jié)能減排 。

（2）新型智能充電樁運用集成監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)體系。采用三級監(jiān)測與管理網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)對充電樁的智能化管理，保證各區(qū)域要監(jiān)控的充電樁正常運行，采集的數(shù)據(jù)在充電樁的規(guī)劃與建設(shè)方面起到決策作用。