物聯網下智能充電樁運行管理平臺的設計

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：本文針對現有的普通充電樁及其后臺管理系統的結構不夠完善和功能不夠健全問題，設計一種基于物聯網的充電樁及運行管理平臺。綜合利用傳感技術、電子技術及通訊技術對充電樁的運行狀態參數、運行環境參數進行實時監控，并采用集中管理、區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與使用。

關鍵詞：充電樁 ；電動汽車；物聯網；APP 客戶端

0前言

新能源汽車滿足了環境保護的要求，具有較強的生命力，因此生產規模與使用與日俱增，隨之而來的，是充電基礎設施相對短缺，充電基礎設施建設相對乏力，充電難的現狀日益顯現，現有的普通充電樁及其后臺管理系統不僅結構不夠完善，而且功能也不夠健全，不足以保證電動汽車充電站建設順利進行，因此在現有基礎上完善其結構和功能，設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的發展極為重要。

1國內外研究現狀綜述

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 位或小區停車位，但是大多數暴露在外面，風吹日曬，防護性不強，需要較強的防水、防潮 、防盜以及抗打擊性能，并且占用面積較大，易出現損壞的狀況。壁掛式充電樁則依靠墻體固定，適用于室內和地下停車位，但是安裝過程較為復雜，成本較高，并且壁掛式充電樁 的主要結構比較復雜，不利于拆卸檢修。在充電樁管理系統方面，現有的充電樁管理系統只針對單一的充電站或一些小型的充電樁項目，再加上相關技術并未進入深度實用階段，目前 的技術應用不過是初級水平。從計費系統方面來說，大規模充電站的運營需要較為的計 費管理系統，目前的計費管理系統并不能滿足這個要求，也沒有計費管理系統的研發和面世；而且，計費管理系統只是應用于某個充電站，各個充電站之間相對獨立，沒有在計費系統、通信協議、通信借口之間建立統一的可供遵循的標準。

2智能充電樁本體及其網絡監控管理體系的設計

2.1智能充電樁網絡監控管理體系的設計

與加油站類似，充電樁也是以點狀分布于城市的各個角落，但其分布密度及區域要遠遠大于加油站，針對如何對不斷增多的充電樁進行管理，及時了解充電樁的健康及使用狀態，為管理者和用戶提供充電樁新的狀態信息，更好地對這些充電樁進行監測與管理等問題，本文設計了三級監測與管理網絡實現對充電樁的智能化管理。網絡的三級為充電用戶通過手機APP軟件自主與充電樁進行協定，完成電動汽車充電。網絡的二級為區域監測與管理平臺對所屬其管理區域內的各充電樁定時進行巡檢，采用無人值守的方式，采集各充電樁的狀態，包括健康狀態、工作狀態等，并對各充電樁的狀態數據進行存貯。

2.2充電樁本體結構的設計

智能充電樁本體結構，包括以下3個主要部分：充電樁主體、智能充電樁監控模塊和智能充電樁后端維護與信息集成平臺。本新型智能充電樁應用了大數據平臺和 “物聯網"技術。在后臺管理上，為了提高監控分析的度和可靠度，信息集成平臺不僅對收集到的本充電樁的信息進行分析，而且能夠與大數據平臺中的充電樁的相關信息進行對比，保證要監控的充電樁運行；而“物聯網"技術則是兩化融合的升級版，將物聯網作為充電樁信息化發展的核心特征提取出來，并與充電樁信息集成平臺和用戶端 APP 全面融合，信息集成平臺與用戶側的手機 APP 可以通過“物聯網"更好的實現線上的信息傳遞，不僅方便快捷，而且與時俱進。

2.3智能充電樁的設計

2.3.1智能充電樁后端監測模塊的設計

據調查，應該由配電監控、充電監控、安全監控等功能組成電動汽車充電樁后端監控模塊的功能，監視和控制充電設備、配電設備及其他設備，實現集中的監控管理。充電樁的主體上會有一塊顯示屏，顯示屏上只顯示用戶關注的實時信息，如故障信息、充電時長、充電剩余時間、交費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維護與信息集成平臺，定期自動將信息整合并傳送一級集中監測與管理平臺。

2.3.2充電樁后端維護與信息集成平臺的設計

基于國內外充電樁管理平臺發展現狀，開發了一個智能充電樁后端監測與信息集成平臺，對充電樁的運行狀態進行在線監測，并試圖實現對整個充電站的綜合狀態進行監測，為充電站的運行規劃以及巡檢維護提供大量可靠的評估數據和策略。

(1)監控功能。監控功能是充電樁監控系統基本的功能，主要分為監測功能和控制功 能。監控系統執行監測功能，是通過對設備的運行狀態相關數據以及對設備運行形成較大影響力的相關環境數據進行收集分析，然后判斷設備運行處于何種狀態以及未來的運行態勢，也就是說，主要是進行數據的輸入并進行處理后得出結論。監控系統執行控制功能，是通過轉換工作人員的控制命令為設備可以識別的信號指令，然后使設備作出必要的回應，以使得工作人員預期的行為得以實現，也就是說，主要是在信息輸入后執行命令。

(2 )交互功能。交互功能是監控系統通過人機交互界面的設置，實現人與設備之間的對 話。監控系統包括圖文結合、視聽結合等多種數據呈現的方式，并且有專門為外接的鍵盤、鼠標等設備預留接口，方便用鍵盤、鼠標等設備進行操作，將操作人的指令轉化為設備信號然后獲得執行，將設備的數據轉化為操作人可了解的信息然后進行指令的校正。

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網、云計算、互聯網、大數據、AI等技術，對充電站配電系統的運行、電能消耗、電能質量、充電安全和行為安全進行實時監控和預警，為充電站的可靠、安全、經濟運行提供保障，并及時切除安全隱患、避免電氣火災發生，從而保障人員的生命財產安全，打造“安全、高效、舒適、綠色"的“人—車—樁—電網—互聯網—多種增值業務"的智慧充電站，提升充電站的社會和經濟價值。

3.2適用場合

可廣泛應用于醫院、學校、酒店、體育場等公共建筑；商業廣場、產業園等綜合園區；企業、住宅小區等場所。

3.3系統結構

平臺采用分層分布式結構，主要由感知層、網絡層和平臺層三個部分組成，詳細拓撲結構如下：

現場設備層：連接于網絡中的各類傳感器，包括多功能電力儀表、汽車充電樁、電瓶車充電樁、電能質量分析儀表、電氣火災探測器、限流式保護器、煙霧傳感器、測溫裝置、智能插座、攝像頭等。

網絡通訊層：包含現場智能網關、網絡交換機等設備。智能網關主動采集現場設備層設備的數據，并可進行規約轉換，數據存儲，并通過網絡把數據上傳至搭建好的數據庫服務器，智能網關可在網絡故障時將數據存儲在本地，待網絡恢復時從中斷的位置繼續上傳數據，保證服務器端數據不丟失。

平臺管理層：包含應用服務器和數據服務器，完成對現場所有智能設備的數據交換，可在PC端或移動端實現實時監測充電站配電系統運行狀態、充電樁的工作狀態、充電過程及人員行為，并完成微信、支付寶在線支付等應用。

多功能電力儀表、汽車充電樁、電瓶車充電樁、電氣火災探測器、限流式保護器、智能插座可通過全網通4G通訊模組與平臺直接通訊。

電能質量分析儀表、煙霧傳感器和測溫裝置通過RS485，攝像頭通過RJ45與智能網關通訊，再由智能網關通訊通過4G統一與平臺通訊。

限流式保護器既可以通過4G連接平臺，也可以通過RS485連接網關。

平臺搭建在客戶自己配置的服務器上。搭建完成之后，客戶可以在任意能聯網的地方，通過有權限的賬號登陸網頁以及手機APP查看各處的運行情況。

3.4相關產品介紹

3.4.1 7KW交流充電樁AEV-AC007D

產品功能

1）智能監測：充電樁智能控制器對充電樁具備測量、控制與保護的功能，如運行狀態監測、故障狀態監測、充電計量與計費以及充電過程的聯動控制等。

2）智能計量：輸出配置智能電能表，進行充電計量，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絡運營平臺。

3）云平臺：具備連接云平臺的功能，可以實現實時監控，財務報表分析等等。

4）保護功能：具備防雷保護、過載保護、短路保護，漏電保護和接地保護等功能。

5）材質可靠：保證長期使用并抵御復雜天氣環境。

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

7）資產安全：產品全部由中國平安保險承保，充分保障設備、車輛、人員的安全。

3.4.2直流充電樁系列

3.4.3電氣火災探測器ARCM300-Z

3.4.4限流式保護器ASCP200

產品功能：

1）短路保護：保護器實時監測用電線路電流，當線路發生短路故障時，能在150微秒內實現快速限流保護，并發出聲光報警信號；

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

3）表內超溫保護：當保護器內部器件工作溫度過高時，保護器實施超溫限流保護，并發出聲光報警信號；

4）組網通訊：保護器具有1路RS485接口，可以將數據發送到后臺監控系統，實現遠程監控。

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，統計充電站的充電數據。

3.5.2實時監控

1）充電站監控

可以按站點名稱進行篩選，顯示站點詳情、充電槍列表、統計訂單信息、故障記錄，點擊某個充電槍編號后在進入充電槍監控頁面實時監測變壓器負荷（搭配ACM300T、ADW300），當負荷超過50%時，系統會限制新增開始充電的充電樁的功率，降為50%，當變壓器負荷超過80%時，系統將不允許新增充電樁開始充電，直到負荷下降為止。如圖所示：

統計當前充電站各充電樁回路的數據；通過卡片的形式展現充電樁的數據；顯示故障列表；如圖所示：

2）充電樁監控

顯示充電樁充電數據；顯示各回路的充電狀態；可以對充電中的回路進行手動終止；顯示訂單信息、故障信息；如圖所示：

3）設備監控

顯示限流式保護器的狀態，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聯的所有故障信息。如圖所示：

2）故障派發

故障派發中記錄了當前待派發的故障信息。如圖所示：

3）故障處理

故障處理中記錄了當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，可查看規定時段關聯站點和關聯樁的能耗信息并顯示對應的能耗趨勢圖。如圖所示：

3.5.5故障分析

在故障分析中，可查看相關時間內的故障數、故障狀態、故障類型、趨勢分析以及故障列表。如圖所示：

3.5.6財務報表

在財務報表中，可根據時間查看關聯站點的財務數據。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結語

（1）新型智能充電樁通過改變其結構，有效節約占地面積。通過完善后臺管理系統的功能，不僅可以實現監測充電樁運行狀態的功能，充電樁結構和功能的改進，可以推動電動汽車行業的發展，并在一定程度上有利于節能減排 。

（2）新型智能充電樁運用集成監測網絡體系。采用三級監測與管理網絡實現對充電樁的智能化管理，保證各區域要監控的充電樁正常運行，采集的數據在充電樁的規劃與建設方面起決策作用。

參考文獻

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

[2]孫小慧,劉鍇,左志.考慮時空間限制的電動汽車充電站布局模型[J].地理科學進展,2012,31(6):686-692.

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

[4]蔣濤,秦奮,俞偉勇,胡堅,李題印,胡偉.基于物聯網的智能充電樁及運行管理平臺的設計[J].產業與科技論壇,2017,16(1).

[5]安科瑞企業微電網設計與應用手冊2022.5版.