淺談云計算平臺的電動汽車充電樁設(shè)計與實現(xiàn)

張穎姣

安科瑞電氣股份有限公司上海嘉定 201801

摘要：基于云計算平臺的建立，我國電動汽車充電樁將面臨一個全新的規(guī)劃和設(shè)計。目前各地都在投入巨資建設(shè)電動汽車充電站和充電樁等與新能源汽車相關(guān)的配套充電設(shè)施，預示著電動汽車進入普及階段。這種全新的設(shè)計降低了充電樁過多對于電網(wǎng)的影響，解決了我國電動汽車充電的問題。

關(guān)鍵詞：云計算平臺；電動汽車；充電樁；設(shè)計；實現(xiàn)

1基于云計算平臺的電動汽車充電樁系統(tǒng)的概述

本系統(tǒng)是基于云計算平臺基礎(chǔ)上，開發(fā)的一種智能充電設(shè)備，用以完成為電動汽車電池充電操作，并實現(xiàn)充電樁的有序充電管理，實現(xiàn)充電過程的規(guī)劃、監(jiān)控、計費和調(diào)度管理。

該系統(tǒng)包含了云客戶端、通信模塊、監(jiān)控模塊以及人機交互裝置四個方面，通過互聯(lián)網(wǎng)來實現(xiàn)對于充電的相關(guān)服務。云客戶端即中央處理器設(shè)備，是整個設(shè)備的核心部分，采用超低功能IntelPentiumM處理器和WindowsXPEmbedded多任務嵌入式操作系統(tǒng)，具有獨特的32位計算體系結(jié)構(gòu)，以及完全保護的內(nèi)存模型，能夠滿足信息采集記錄、信息查詢顯示，監(jiān)控、通信和急?？刂频榷嗳蝿盏牟⑿袌?zhí)行。通信模塊能夠通過GPRS、3/4G以及WIFI等網(wǎng)絡(luò)來將云服務器端的數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)換到云客戶端上，方便了客戶的查閱和了解。監(jiān)控模塊實現(xiàn)了對于充電過程中的數(shù)據(jù)的采集，并能對充電樁在運行過程中的各種信息加以控制。人機交換設(shè)備包括觸摸屏、打印機和讀卡器等，通過觸摸屏輸入控制命令，包括設(shè)備配置、操作命令輸入等操作，并顯示處理結(jié)果；通過打印機打印票；通過讀卡器對IC卡數(shù)據(jù)進行讀寫操作。

2基于云計算平臺的電動汽車充電樁系統(tǒng)的設(shè)計

2.1設(shè)計方案

基于云計算平臺的電動汽車充電樁系統(tǒng)實現(xiàn)對于電動汽車充電過程中的監(jiān)控、計費和記錄數(shù)據(jù)的管理，降低了大量充電樁的使用對于電網(wǎng)造成的影響。這一設(shè)計方案使得電動汽車的充電過程更加安全，方便了客戶對于電動汽車的充電。另外，充電樁具有安全性高，維護、擴展和功能增加方便的優(yōu)點。

2.2云客戶端

云客戶端采用了WindowsXPEmbedded操作系統(tǒng)，使云客戶端的應用程序能夠同時進行操作，提高了云客戶端的處理能力。其一，客戶在充電樁中輸入操作命令之后，云客戶端能夠?qū)⒋嗣顐鬟_到云服務端。云服務端通過對所使用的充電樁的參數(shù)的分析來實現(xiàn)對于客戶的電動汽車的充電。另外，云服務端能夠?qū)崿F(xiàn)對于充電樁的規(guī)劃，使充電樁的充電過程得到*效管理；其二，將充電樁的部署配置信息上傳到云服務器端進行保存，維修或更換設(shè)備時從云服務器端下載相應的部署配置信息并應用；其三，云服務端能夠存儲云客戶端的充電監(jiān)控數(shù)據(jù)信息。在數(shù)據(jù)信息傳遞的過程中，云客戶端采用了端對端的通信模式。這種通信模式提高了數(shù)據(jù)信息的安全性，使得客戶的充電數(shù)據(jù)信息更加的安全；其四，充電結(jié)束后計量信息上傳至云服務器端并由云服務器端結(jié)合所處區(qū)域、充電時間、充電方式和分時電價等參數(shù)進行計價計算，并自動下發(fā)至充電樁進行扣款操作。另外，云服務器端可以將費用直接下發(fā)到充電樁的裝置上，使充電樁能夠自動對客戶的讀卡器實現(xiàn)扣款。

2.3監(jiān)控模塊

監(jiān)控板包括模擬量采集單元、開關(guān)量采集單元和輸出控制單元，三者通過RS485方式與云客戶端雙向通信連接。工業(yè)級串口采集12路數(shù)字量/開關(guān)量輸入控制、8路繼電器輸出控制，防雷擊，抗強干擾，全光電隔離數(shù)字量，用于實時監(jiān)控充電樁各種開關(guān)量信號的狀態(tài)。在CAN總線的作用下，電池監(jiān)控模塊能夠?qū)崿F(xiàn)對于客戶的電動汽車電池數(shù)據(jù)的讀取。CAN總線通過與云客戶端的連接，能夠監(jiān)測到客戶的充電電池的各個參數(shù)情況，實現(xiàn)了對于充電的整個過程的控制管理。CAN總線、RS485與云客戶端的連接能夠?qū)崿F(xiàn)對于充電機上的數(shù)據(jù)的讀取。充電機上的各個參數(shù)也能夠通過這種連接被時刻的進行監(jiān)測，提高了整個充電過程的可靠性和安全性。充電機監(jiān)控模塊能夠?qū)崿F(xiàn)對于整個充電過程的控制管理。采用靜止式交流有功電能表，安裝在充電樁輸出端與充電機之間，通過RS232方式與云客戶端連接，可計量基波有功總電能和各費率有功電能，計量奇次庇波電能。

3基于云計算平臺的電動汽車充電樁系統(tǒng)的實現(xiàn)

首先，基于云計算平臺的電動汽車充電樁通過云服務器端來對客戶所用的充電樁進行監(jiān)控。在實際應用中，云服務器端能夠降低充電樁的大量使用對于電網(wǎng)所造成的影響，提高了充電過程的安全性；其次，使用基于云計算平臺的電動汽車充電樁，實現(xiàn)了將充電過程數(shù)據(jù)全部上傳，既保證數(shù)據(jù)安全也便于對設(shè)備運行進行監(jiān)控；同時由云服務器端綜合考慮用電時間、區(qū)域和方式等多方面因素進行計費，保證計費準確性與合理性；然后，基于云計算平臺的電動汽車充電樁可以把充電樁的充電設(shè)備的配置信息通過云客戶端上傳導云服務器端進行存儲。當維修人員需要對充電樁進行維修時，可以直接從云服務器端實現(xiàn)對于配置信息的下載，不需要再對信息進行重新配置。另外，基于云計算平臺的電動汽車充電樁系統(tǒng)通過對于模塊化的使用使得系統(tǒng)具有一定的獨特性和靈巧性。這在一定程度上有利于維修人員對于充電樁的維護并且能夠在后期實現(xiàn)對于充電樁的功能的增加和擴展，使得人們對于充電樁的操作更加方便。

4 安科瑞充電樁收費運營云平臺

4.1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(shù)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(jié)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。

4.2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(chǔ)設(shè)施設(shè)計。

4.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

4.3.1系統(tǒng)分為四層：

1）即數(shù)據(jù)采集層、網(wǎng)絡(luò)傳輸層、數(shù)據(jù)中心層和客戶端層。

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(luò)傳輸層：通過4G網(wǎng)絡(luò)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)中心層：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(chǔ)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(shè)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(chǔ)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。

4.4安科瑞充電樁云平臺系統(tǒng)功能

4.4.1智能化大屏

智能化大屏展示站點分布情況，對設(shè)備狀態(tài)、設(shè)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(shè)備使用率，合理分配資源。

4.4.2實時監(jiān)控

實時監(jiān)視充電設(shè)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。

4.4.3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(jié)、注銷等操作，可查看小區(qū)用戶每日的充電交易詳細信息。

4.4.4故障管理

設(shè)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(jié)果上報。充電用戶也可通過充電小程序反饋現(xiàn)場問題。

4.4.5統(tǒng)計分析

通過系統(tǒng)平臺，從充電站點、充電設(shè)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。

4.4.6基礎(chǔ)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(shè)施，維護充電設(shè)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(jié)和解綁。

4.4.7運維APP

面向運維人員使用，可以對站點和充電樁進行管理、能夠進行故障閉環(huán)處理、查詢流量卡使用情況、查詢充電充值情況，進行遠程參數(shù)設(shè)置，同時可接收故障推送

4.4.8充電小程序

面向充電用戶使用，可查看附近空閑設(shè)備，主要包含掃碼充電、賬戶充值，充電卡綁定、交易查詢、故障申訴等功能。

4.5系統(tǒng)硬件配置

	額定功率120kW，三相五線制，防護等級IP54，具備防雷保護、過載保護、短路保護、漏電保護、智能監(jiān)測、智能計量、恒流恒壓、電池保護、遠程升級，支持刷卡、掃碼、即插即用 通訊方式：4G/以太網(wǎng) 支持刷卡，掃碼、免費充電
10路電瓶車智能充電樁	ACX10A系列		10路承載電流25A，單路輸出電流3A，單回路功率1000W，總功率5500W。充滿自停、斷電記憶、短路保護、過載保護、空載保護、故障回路識別、遠程升級、功率識別、獨立計量、告警上報。 ACX10A-TYHN：防護等級IP21，支持投幣、刷卡，掃碼、免費充電 ACX10A-TYN：防護等級IP21，支持投幣、刷卡，免費充電 ACX10A-YHW：防護等級IP65，支持刷卡，掃碼，免費充電 ACX10A-YHN：防護等級IP21，支持刷卡，掃碼，免費充電 ACX10A-YW：防護等級IP65，支持刷卡、免費充電 ACX10A-MW：防護等級IP65，僅支持免費充電
2路智能插座	ACX2A系列		2路承載電流20A，單路輸出電流10A，單回路功率2200W，總功率4400W。充滿自停、斷電記憶、短路保護、過載保護、空載保護、故障回路識別、遠程升級、功率識別，報警上報。 ACX2A-YHN：防護等級IP21，支持刷卡、掃碼充電 ACX2A-HN：防護等級IP21，支持掃碼充電 ACX2A-YN：防護等級IP21，支持刷卡充電
20路電瓶車智能充電樁	ACX20A系列		20路承載電流50A，單路輸出電流3A，單回路功率1000W，總功率11kW。充滿自停、斷電記憶、短路保護、過載保護、空載保護、故障回路識別、遠程升級、功率識別，報警上報。 ACX20A-YHN：防護等級IP21，支持刷卡，掃碼，免費充電 ACX20A-YN：防護等級IP21，支持刷卡，免費充電
落地式電瓶車智能充電樁	ACX10B系列		10路承載電流25A，單路輸出電流3A，單回路功率1000W，總功率5500W。充滿自停、斷電記憶、短路保護、過載保護、空載保護、故障回路識別、遠程升級、功率識別、獨立計量、告警上報。 ACX10B-YHW：戶外使用，落地式安裝，包含1臺主機及5根立柱，支持刷卡、掃碼充電,不帶廣告屏 ACX10B-YHW-LL：戶外使用，落地式安裝，包含1臺主機及5根立柱，支持刷卡、掃碼充電。液晶屏支持U盤本地投放圖片及視頻廣告
智能邊緣計算網(wǎng)關(guān)	ANet-2E4SM

5結(jié)語

總之，電動汽車充電樁采用這種全新的云計算平臺不僅在安全性、穩(wěn)定性方面有較大的提高，在大規(guī)模數(shù)據(jù)的并行批量處理、海量數(shù)據(jù)的存儲、設(shè)備容錯和故障恢復能力等問題上也有了很大改進，不僅提高了計算效果，同時提升了整個充換電站的安全等級，解決了阻礙充電站發(fā)展的一個瓶頸問題。

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審核編輯 黃宇