物聯網下智能充電樁運行管理平台的設計

hth下载地址 陳聰

摘要：本文針對現有的普通充電樁及其後台管理係統的結構不夠完善和功能不夠健全問題，設計一種基於(yu) 物聯網的充電樁及運行管理平台。綜合利用傳(chuan) 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，並采用集中管理、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(yu) 使用。

關(guan) 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(chan) 規模與(yu) 使用與(yu) 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後台管理係統不僅(jin) 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台，對保障電動汽車行業(ye) 的發展極為(wei) 重要。

1國內(nei) 外研究現狀綜述

充電樁主要可以分為(wei) 立式充電樁和壁掛充電樁。立式充電樁無需靠牆，適用於(yu) 戶外停車 位或小區停車位，但是大多數暴露在外麵，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，並且占用麵積較大，易出現損壞的狀況。壁掛式充電樁則依靠牆體(ti) 固定，適用於(yu) 室內(nei) 和地下停車位，但是安裝過程較為(wei) 複雜，成本較高，並且壁掛式充電樁 的主要結構比較複雜，不利於(yu) 拆卸檢修。在充電樁管理係統方麵，現有的充電樁管理係統隻針對單一的充電站或一些小型的充電樁項目，再加上相關(guan) 技術並未進入深度實用階段，目前 的技術應用不過是初級水平。從(cong) 計費係統方麵來說，大規模充電站的運營需要較為(wei) **的計 費管理係統，目前的計費管理係統並不能滿足這個(ge) 要求，也沒有計費管理係統的研發和麵世；而且，計費管理係統隻是應用於(yu) 某個(ge) 充電站，各個(ge) 充電站之間相對獨立，沒有在計費係統、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(ti) 及其網絡監控管理體(ti) 係的設計

2.1智能充電樁網絡監控管理體(ti) 係的設計

與(yu) 加油站類似，充電樁也是以點狀分布於(yu) 城市的各個(ge) 角落，但其分布密度及區域要遠遠大於(yu) 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(wei) 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(yu) 管理等問題，本文設計了三級監測與(yu) 管理網絡實現對充電樁的智能化管理。網絡的三級為(wei) 充電用戶通過手機APP軟件自主與(yu) 充電樁進行協定，完成電動汽車充電。網絡的二級為(wei) 區域監測與(yu) 管理平台對所屬其管理區域內(nei) 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，並對各充電樁的狀態數據進行存貯。

2.2充電樁本體(ti) 結構的設計

智能充電樁本體(ti) 結構，包括以下3個(ge) 主要部分：充電樁主體(ti) 、智能充電樁監控模塊和智能充電樁後端維護與(yu) 信息集成平台。本新型智能充電樁應用了大數據平台和 “物聯網"技術。在後台管理上，為(wei) 了提高監控分析的度和可靠度，信息集成平台不僅(jin) 對收集到的本充電樁的信息進行分析，而且能夠與(yu) 大數據平台中的充電樁的相關(guan) 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(liang) 化融合的升級版，將物聯網作為(wei) 充電樁信息化發展的核心特征提取出來，並與(yu) 充電樁信息集成平台和用戶端 APP 全麵融合，信息集成平台與(yu) 用戶側(ce) 的手機 APP 可以通過“物聯網"更好的實現線上的信息傳(chuan) 遞，不僅(jin) 方便快捷，而且與(yu) 時俱進。

2.3智能充電樁的設計

2.3.1智能充電樁後端監測模塊的設計

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後端監控模塊的功能，監視和控製充電設備、配電設備及其他設備，實現集中的監控管理。充電樁的主體(ti) 上會(hui) 有一塊顯示屏，顯示屏上隻顯示用戶關(guan) 注的實時信息，如故障信息、充電時長、充電剩餘(yu) 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，這些信息將送到後台維護與(yu) 信息集成平台，定期自動將信息整合並傳(chuan) 送一級集中監測與(yu) 管理平台。

2.3.2充電樁後端維護與(yu) 信息集成平台的設計

基於(yu) 國內(nei) 外充電樁管理平台發展現狀，開發了一個(ge) 智能充電樁後端監測與(yu) 信息集成平台，對充電樁的運行狀態進行在線監測，並試圖實現對整個(ge) 充電站的綜合狀態進行監測，為(wei) 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係統基本的功能，主要分為(wei) 監測功能和控製功 能。監控係統執行監測功能，是通過對設備的運行狀態相關(guan) 數據以及對設備運行形成較大影響力的相關(guan) 環境數據進行收集分析，然後判斷設備運行處於(yu) 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並進行處理後得出結論。監控係統執行控製功能，是通過轉換工作人員的控製命令為(wei) 設備可以識別的信號指令，然後使設備作出必要的回應，以使得工作人員預期的行為(wei) 得以實現，也就是說，主要是在信息輸入後執行命令。

(2 )交互功能。交互功能是監控係統通過人機交互界麵的設置，實現人與(yu) 設備之間的對 話。監控係統包括圖文結合、視聽結合等多種數據呈現的方式，並且有專(zhuan) 門為(wei) 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(wei) 設備信號然後獲得執行，將設備的數據轉化為(wei) 操作人可了解的信息然後進行指令的校正。

3hth下载地址AcrelCloud-9000充電站運營平台

3.1平台概述

hth下载地址充電站運營平台依托物聯網、雲(yun) 計算、互聯網、大數據、AI等技術，對充電站配電係統的運行、電能消耗、電能質量、充電安全和行為(wei) 安全進行實時監控和預警，為(wei) 充電站的可靠、安全、經濟運行提供保障，並及時切除安全隱患、避免電氣火災發生，從(cong) 而保障人員的生命財產(chan) 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(ye) 務"的智慧充電站，提升充電站的社會(hui) 和經濟價(jia) 值。

3.2適用場合

可廣泛應用於(yu) 醫院、學校、酒店、體(ti) 育場等公共建築；商業(ye) 廣場、產(chan) 業(ye) 園等綜合園區；企業(ye) 、住宅小區等場所。

3.3係統結構

平台采用分層分布式結構，主要由感知層、網絡層和平台層三個(ge) 部分組成，詳細拓撲結構如下：

現場設備層：連接於(yu) 網絡中的各類傳(chuan) 感器，包括多功能電力儀(yi) 表、汽車充電樁、電瓶車充電樁、電能質量分析儀(yi) 表、電氣火災探測器、限流式保護器、煙霧傳(chuan) 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(guan) 、網絡交換機等設備。智能網關(guan) 主動采集現場設備層設備的數據，並可進行規約轉換，數據存儲(chu) ，並通過網絡把數據上傳(chuan) 至搭建好的數據庫服務器，智能網關(guan) 可在網絡故障時將數據存儲(chu) 在本地，待網絡恢複時從(cong) 中斷的位置繼續上傳(chuan) 數據，保證服務器端數據不丟(diu) 失。

平台管理層：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係統運行狀態、充電樁的工作狀態、充電過程及人員行為(wei) ，並完成微信、支付寶在線支付等應用。

多功能電力儀(yi) 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(yu) 平台直接通訊。

電能質量分析儀(yi) 表、煙霧傳(chuan) 感器和測溫裝置通過RS485，攝像頭通過RJ45與(yu) 智能網關(guan) 通訊，再由智能網關(guan) 通訊通過4G統一與(yu) 平台通訊。

限流式保護器既可以通過4G連接平台，也可以通過RS485連接網關(guan) 。

平台搭建在客戶自己配置的服務器上。搭建完成之後，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(guan) 產(chan) 品介紹

3.4.1 7KW交流充電樁AEV-AC007D

產(chan) 品功能

1）智能監測：充電樁智能控製器對充電樁具備測量、控製與(yu) 保護的功能，如運行狀態監測、故障狀態監測、充電計量與(yu) 計費以及充電過程的聯動控製等。

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(chuan) 給充電樁智能控製器和網絡運營平台。

3）雲(yun) 平台：具備連接雲(yun) 平台的功能，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：保證長期使用並抵禦複雜天氣環境。

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(chan) 安全：產(chan) 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直流充電樁係列

3.4.3電氣火災探測器ARCM300-Z

3.4.4限流式保護器ASCP200

產(chan) 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(nei) 實現快速限流保護，並發出聲光報警信號；

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，並發出聲光報警信號；

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

4）組網通訊：保護器具有1路RS485接口，可以將數據發送到後台監控係統，實現遠程監控。

3.5平台功能

3.5.1首頁

平台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(ge) 充電槍編號後在進入充電槍監控頁麵實時監測變壓器負荷（搭配ACM300T、ADW300），當負荷超過50%時，係統會(hui) 限製新增開始充電的充電樁的功率，降為(wei) 50%，當變壓器負荷超過80%時，係統將不允許新增充電樁開始充電，直到負荷下降為(wei) 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，包括線路中的剩餘(yu) 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(guan) 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(guan) 聯站點和關(guan) 聯樁的能耗信息並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(guan) 時間內(nei) 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(guan) 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，有效節約占地麵積。通過完善後台管理係統的功能，不僅(jin) 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(ye) 的發展，並在一定程度上有利於(yu) 節能減排 。

（2）新型智能充電樁運用集成監測網絡體(ti) 係。采用三級監測與(yu) 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(yu) 建設方麵起決(jue) 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,左誌.考慮時空間限製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(san) 晨峻,艾芊.多代理框架下的電動汽車充電站協調控製[J].低壓電器,2014,442 (1):61-65.

[4]蔣濤,秦奮,俞偉(wei) 勇,胡堅,李題印,胡偉(wei) .基於(yu) 物聯網的智能充電樁及運行管理平台的設計[J].產(chan) 業(ye) 與(yu) 科技論壇,2017,16(1).

[5]hth下载地址企業(ye) 微電網設計與(yu) 應用手冊(ce) 2022.5版.