淺析物聯(lián)網(wǎng)的智能充電樁的運行管理平臺

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定201801

摘要：隨著我國大力推廣新能源汽車，充電樁已經(jīng)成為的基礎設施，但因其內部結構和基本功能依舊存在一定的缺陷，導致電動汽車充電站無法有效落實，使得新能源汽車的推廣也受到限制。隨著我國物聯(lián)網(wǎng)技術的持續(xù)發(fā)展，物體之間已經(jīng)建立了較為完善的通信網(wǎng)絡。基于此，文章研究了物聯(lián)網(wǎng)下的智能充電樁運行管理平臺。在簡單分析現(xiàn)有電動汽車充電方法的前提下，探討了智能充電樁運行管理平臺的基本需求，分別從智能充電樁本體結構以及系統(tǒng)后臺設計方面分析了運行管理平臺的基本組成，結合智能充電樁運營管理平臺在開發(fā)方面存在的具體問題，提出相應的解決對策。

關鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；智能充電樁；運行管理

0引言

隨著我國“雙碳"目標的提出，新能源汽車成為我國交通事業(yè)綠色化轉型發(fā)展的組成部分，能夠滿足我國交通運輸行業(yè)在生態(tài)環(huán)保方面的發(fā)展需求，擁有廣闊的市場發(fā)展空間，其生產和使用規(guī)模也在不斷增加。但與之相對應的充電基礎設施發(fā)展不夠完善，導致新能源汽車的充電困難問題始終存在，已有的普通充電樁和后臺平臺管理系統(tǒng)在結構和功能方面始終存在一定的缺陷，使得電動汽車的充電站建設工作無法順利實施，也影響到我國新能源汽車的持續(xù)推廣。故此，結合現(xiàn)有的物聯(lián)網(wǎng)技術探討了智能充電樁的運行管理平臺建設以及保障措施，為智能充電樁運行管理工作的調整和優(yōu)化提供參考。

1常見新能源汽車充電方法

新能源汽車作為當下我國交通運輸行業(yè)發(fā)展的重要基礎設施，在現(xiàn)代科學技術的加持下，充電方法也變得越發(fā)多樣，大致可以分為如下幾種：一是交流以及直流充電。新能源汽車通常都會選擇220伏以及380伏的交流電源進行充電，一般都會利用車載的充電裝置，優(yōu)先完成濾波和整流處理，借此對電動汽車的電源進行保護。這種充電方法需要投入較多的時間，在混合電力汽車和小型電動汽車中有著較為廣泛的應用范圍。直流充電則是針對蓄電池使用直流電源進行充電，并不需要經(jīng)過車載充電裝置的調節(jié)和處理，使得整車重量有所下降，這種充電方法在充電功率和效率方面有著明顯的優(yōu)勢，在大型電動汽車充電中應用較為普遍。二是電池組更換。通常在新能源汽車上會配備兩組電池，分別用于提供行駛電力以及直流充電，在電池電量不足的狀況下可以拆卸更替，充電時間得到壓縮，但充電時間縮短卻需要建設更多的電池更換，意味著需要投入較多的前期成本，使得我國電動汽車充電的智能化發(fā)展受到限制。三是非接觸式充電，這種充電方法應用頻率較低，主要是因為需要新能源汽車內部鑲嵌特殊電氣元件，資金、技術投入明顯增加，并未得到大范圍的推廣和使用。

由此不難發(fā)現(xiàn)，無論新能源汽車選擇使用哪種充電方法都會受到多種因素的共同影響，需要建立充電樁，智能充電樁的建設有著十分重要的意義。

2基于物聯(lián)網(wǎng)的智能充電樁運行平臺系統(tǒng)需求分析

在物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下，智能充電樁的運行管理平臺需要具備如下功能：一是獲取充電樁設備信息數(shù)據(jù)?，F(xiàn)有的充電樁設備是以安卓系統(tǒng)為基礎開發(fā)形成的，在充電樁運行的過程中，需要利用現(xiàn)代化傳感器接入5G網(wǎng)絡，確保將充電樁運行過程中的電壓、電流、溫度、濕度這類信息及時上傳到云平臺。二是云端數(shù)據(jù)實時監(jiān)測，云端服務器在接收到傳感器發(fā)送的充電樁運行數(shù)據(jù)之后，需要及時進行加工處理，并與正常運行的數(shù)據(jù)指標進行對比，一旦發(fā)現(xiàn)存在數(shù)據(jù)異?，F(xiàn)象，需要及時關閉充電樁。三是用戶信息處理。這里提到的用戶信息處理是以用戶注冊、登錄、注銷、充值等信息為主。在注冊環(huán)節(jié)，用戶對個人詳細信息在系統(tǒng)中輸入，確保系統(tǒng)后臺能夠利用大數(shù)據(jù)技術深刻挖掘用戶的充電習慣以及具體的充電頻率。四是大數(shù)據(jù)挖掘。系統(tǒng)后臺需要利用大數(shù)據(jù)技術，針對現(xiàn)代化傳感器傳送的用戶充電數(shù)據(jù)、故障信息等多方位進行挖掘，就不同區(qū)域用電的峰值、峰谷以及故障發(fā)生狀況進行分析。具體的充電習慣是包括了不同用戶的充電數(shù)量、頻率，以此為基礎向客戶提供更加高質量的充電服務，比如在用戶需要充電時，周邊存在空閑充電樁，可以及時向客戶發(fā)送充電位置信息。

3物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的智能充電樁運行管理平臺設計

3.1智能充電樁設計

智能充電樁的結構大致可以分為升降式充電樁主體、監(jiān)控模塊以及后端維護信息集成平臺等部分。在設計過程中，智能充電樁需要引入大數(shù)據(jù)和物聯(lián)網(wǎng)技術，為了進一步提高數(shù)據(jù)分析監(jiān)控的準確性，后臺不僅要針對充電樁的數(shù)據(jù)信息進行分析，并且要與大數(shù)據(jù)平臺上搜集的全部充電樁數(shù)據(jù)進行對比。物聯(lián)網(wǎng)技術則可以將智能充電樁信息化發(fā)展的核心特征提取，確保管理平臺能夠與用戶APP融合。目前在物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的智能充電樁本體結構設計是以升降式充電樁為主，其具體結構組成是以升降裝置、充電樁和密封裝置為主，充電樁在無人使用的狀況下，通常會埋設在地下，密封裝置的密封板與地面基本保持一致。在用戶擁有充電需求時，可以利用手機APP或者是微信小程序喚醒地下的充電樁，密封裝置打開密封板，隨后升降機會將充電樁上升到地面，讓用戶完成充電操作，而在完成充電之后會再次沉入地面。

智能充電樁升降裝置主要結構是以渦輪絲杠升降機為主，并且要將固定支座在充電樁的內部安裝。在兩臺蝸桿絲杠升降機中間的電動機負責動力輸出，需要引入聯(lián)軸器與升降器內部蝸桿進行連接，以此推動渦輪蝸桿、絲杠的旋轉，保障充電樁和上升機能夠按照實際需求上升和下降。這種連接方法有著穩(wěn)定性方面的優(yōu)勢，并且可以自我鎖定，導向桿通常用于智能充電樁的導向和定位，充電樁和升降機的機構連接選擇使用升降螺母，能夠做到與升降機電機共同上升和下降，可以為后續(xù)的智能充電樁檢修以及雜物清理提供便利。

3.2物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下智能充電樁運行管理平臺

3.2.1系統(tǒng)的總體組成

隨著我國物聯(lián)網(wǎng)技術的持續(xù)發(fā)展，智能充電樁的運行管理平臺需要集成web服務器、小程序用戶端和數(shù)據(jù)庫三個組成部分，綜合利用B/S和C/S架構，數(shù)據(jù)庫則能夠在有效儲存系統(tǒng)數(shù)據(jù)的同時，保障數(shù)據(jù)的安全性。在系統(tǒng)的業(yè)務邏輯層能夠實現(xiàn)各種功能，而表現(xiàn)層則是包括了web服務器端和小程序端。在系統(tǒng)開發(fā)的過程中，web服務器的以B/S架構為主，主要是由系統(tǒng)管理員使用，在Webserver內也會完成數(shù)據(jù)加工的相關任務，然后將相關信息反饋到界面?？蛻舳藙t是選擇使用C/S架構進行設計，在服務器端客戶訪問、儲存的相關數(shù)據(jù)，可以使用數(shù)據(jù)庫連接的方法。

web服務器端的模塊包括了后臺系統(tǒng)管理、監(jiān)控、充電模塊，充電模塊大致可以細分為充電樁管理、微信用戶和訂單管理等，充電樁管理能夠分類儲存接入的各個充電樁的信息，具體包括編號、型號、制造商，同時也能夠采集充電樁的充電設備工作狀態(tài)、報警信息，并對充電樁的啟動和終止進行控制。系統(tǒng)后臺也能夠對微信用戶信息進行保存，儲存每次的交易信息記錄，同時也能夠為用戶和管理人員提供精細化的訂單管理和搜索功能。

用戶端則是為充電用戶提供必要的充電樁地圖，具備定位獲取的功能。在用戶尚未登錄時，只能對充電樁分布地圖進行瀏覽，需要優(yōu)先完成注冊和登錄，查看具體位置，并提供導航服務。在客戶信息綁定之后便可自動生成訂單，在訂單界面可以由客戶選擇遠程結束充電。在小程序里，用戶可以自行查看個人信息以及交易信息。

3.2.2智能充電樁電樁模塊

在web服務器端中，充電模塊是其核心功能所在，大致可以分為充電樁管理、訂單管理和微信用戶三個組成部分。在充電樁的管理頁面。管理人員能夠針對充電樁的信息進行添加、刪除、修改等多項操作，并且能夠針對多個智能充電樁的數(shù)據(jù)導入、導出，并且能夠使用充電樁的設備型號、工作狀態(tài)、制造商等多種指標搜索對應充電樁的其他信息。管理人員可以在智能充電樁的管理中，通過單擊添加按鈕，將與智能充電樁相關的名稱、型號、制造廠商等信息錄入其中，同時也可以利用騰訊地圖獲取相應的經(jīng)緯度，并將其錄入到智能充電樁的信息中，針對智能充電樁在地圖上進行標點。如果智能充電樁已經(jīng)廢棄，管理人員可以選擇刪除相應信息，并完成數(shù)據(jù)庫中的信息注銷。在智能充電樁信息錄入時，充電樁的默認使用狀態(tài)是啟動，管理人員可以根據(jù)真實狀況決定是否終止充電樁的運轉。

在用戶綁定使用充電樁的情況下，充電樁信息狀態(tài)會自動上傳到后臺的管理工作中，其工作狀態(tài)也會變?yōu)楣ぷ髦邪?。在完成充電之后，工作狀態(tài)會轉變?yōu)榭臻e。在用戶向系統(tǒng)后臺提交各種智能充電樁故障信息之后，其工作狀態(tài)也會自動轉化為故障，管理人員可以在故障信息修復之后，將其工作狀態(tài)改變?yōu)榭臻e。

在微信用戶的管理模塊中，主要是針對那些利用微信小程序進行注冊的用戶信息進行記錄，管理人員只是針對微信小程序的用戶信息進行查詢。在必要的情況下，需要對用戶信息進行更改或者是刪除。管理人員在訂單管理模塊中，可以對各個充電樁的使用頻率進行查看。

3.3.3客戶端設計

在智能充電樁的運營管理平臺設計過程中，后臺管理系統(tǒng)和客戶端通常都會使用JSON傳輸數(shù)據(jù)完成數(shù)據(jù)交互工作。JSON作為目前較為常見的數(shù)據(jù)傳輸格式，語法十分簡單清晰，因為在JSON編寫過程中不會存在數(shù)量較多的多余字符，帶寬資源使用數(shù)量較少。用戶在利用微信小程序添加的數(shù)據(jù)，可以直接利用JSON將其上傳到web服務后臺，微信小程序可以使用uni.request請求對于后臺服務端口的URL進行訪問。

在客戶端設計中，設計人員可以使用getlocation（）方法幫助車主獲取個人的定位，并使用騰訊地圖的API，調用充電樁新增時的經(jīng)緯度信息，并在地圖上對其位置進行標注。在用戶充電時，需要優(yōu)先綁定處于可用狀態(tài)的智能充電樁，調用接口依次判斷目前充電樁的運行狀態(tài)，幫助車主自行選擇智能充電樁進行充電。如果充電樁已經(jīng)綁定，在支付成功之后，會形成訂單，會將本次充電的開始時間、結束時間、充電樁型號、費用等信息詳細進行記錄。在訂單頁面，車主也可以遠程點擊結束按鈕，完成本次交易。如果出現(xiàn)故障，則可以點擊故障按鈕，提交相應的故障信息。

4物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下智能充電樁運營管理平臺研發(fā)存在的問題

雖然智能充電樁運營管理平臺在物聯(lián)網(wǎng)技術的加持下也在不斷完善，但總體看來，始終存在如下幾方面的問題：

一是研發(fā)人員尚未形成質量管理意識。針對質量問題形成的態(tài)度、積極性觀點和看法可以統(tǒng)稱為質量意識，并且會在企業(yè)的高層決策崗位中展現(xiàn)，并且也會在研發(fā)人員群體中表現(xiàn)，在物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的智能充電樁運營管理系統(tǒng)平臺變得越發(fā)復雜，系統(tǒng)研發(fā)個人工作質量都會對智能充電樁運營管理的工作產生影響。但部分研發(fā)人員對于質量管理并未形成正確的認識，出現(xiàn)了各種違規(guī)操作的現(xiàn)象，對于智能充電樁的健康穩(wěn)步發(fā)展都會產生明顯的影響。

二是缺乏研發(fā)實力和技術力量。在智能充電樁運營管理平臺研發(fā)設計的過程中，研發(fā)實力和技術力量同樣會產生明顯的影響。部分單位受制于個人的發(fā)展規(guī)模、資金、技術等限制，產品研發(fā)水平較低。對于智能充電樁以及運營管理平臺而言，須形成一定的技術創(chuàng)新能力，才能夠提高企業(yè)自身的市場核心競爭力。但部分企業(yè)因為管理層思想意識發(fā)展不足以及在資金、技術方面無法得到支持，使得運營管理平臺的開發(fā)缺乏創(chuàng)新能力。

三是缺乏完善的質量控制體系。在智能充電樁及其運行管理平臺開發(fā)的過程中，質量控制工作也是達成起初開發(fā)設計意圖的有效途徑。但總體看來，部分企業(yè)在利用物聯(lián)網(wǎng)技術開發(fā)智能充電樁以及運營管理平臺的過程中，尚未形成良好的質量管理體系，部門職責劃分不夠明確，并且責任追究制度建立不夠完善，導致在出現(xiàn)充電樁、運營平臺故障時無法及時追究相關人員的責任，運營和維修工作效率明顯下降，同樣也會影響到智能充電樁運營管理自動化發(fā)展

5物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下智能充電樁運行管理平臺的開發(fā)保障措施

5.1建立完善的質量管理體系

智能充電樁的運營管理平臺開發(fā)研究要求相關單位以及研發(fā)人員選擇較佳的流程、功能，并結合已有技術支撐體系的差距，形成縮小技術差距的具體規(guī)劃，以此保障個人技術能力能夠不斷提高。智能充電樁的運營管理平臺開發(fā)和質量管理體系之間有著密切的聯(lián)系，如此一來，企業(yè)須在公平、公正原則的指引下，針對工作人員工作績效客觀進行評估，就目前智能充電樁以及運營管理平臺存在的問題進行分析，提出針對性的解決對策，保障工作時效性能夠進一步提高。同時，企業(yè)要建立包括功能性管理和內部規(guī)范管理等在內的過程化管理工作流程，積極改進傳統(tǒng)研發(fā)工作環(huán)節(jié)，促進智能充電樁運營管理平臺的現(xiàn)代化發(fā)展。此外，企業(yè)也可以建立高質量的科研環(huán)境，從社會吸引專業(yè)素質水平較高的科研人員，并利用培訓、學習等多種方法，確保相關人員能夠根據(jù)經(jīng)濟社會的發(fā)展更新個人的專業(yè)技術，提高智能充電樁運營管理平臺的研發(fā)能力。

5.2質量管理創(chuàng)新

在傳統(tǒng)社會背景下形成的質量管理理論發(fā)展較為完善，但質量管理也存在一定的問題，需要結合經(jīng)濟社會發(fā)展的實際需求進行調整，不能盲目使用統(tǒng)計控制理論，同時也不能過分追求不存在任何錯誤的質量管理。在智能充電樁運營管理平臺開發(fā)設計的過程中，針對質量優(yōu)化的技術和方法合理選用，分析這些技術有可能會帶來的效果以及影響。質量管理創(chuàng)新是智能充電樁運營管理平臺開發(fā)設計的主要動力，需要企業(yè)針對質量管理工作不斷進行調整和創(chuàng)新

5.3項目質量的持續(xù)改進

在智能充電樁運營管理平臺持續(xù)開發(fā)、改進的過程中，需要相關單位以及研發(fā)人員盡可能消除存在的系統(tǒng)性問題，保障質量管理控制能力能夠進一步提高。研發(fā)人員可以通過模擬實驗的方法發(fā)現(xiàn)目前智能充電樁以及運營管理平臺存在的問題，形成有關質量改進目標，隨后要針對問題的背后原因進行分析，以此為基礎形成相應的改進計劃以及措施。在此之后，要針對改進措施實施后的效果進行評估，如果發(fā)現(xiàn)未能達到預期要求，需要二次分析問題、發(fā)掘原因，需要研發(fā)人員以及單位管理人員針對項目開發(fā)過程進行總結，形成相應的標準化措施，建立完善的質量管理循環(huán)。

6安科瑞充電樁收費運營云平臺

6.1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。

6.2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設施設計。

6.3系統(tǒng)結構

6.3.1系統(tǒng)分為四層：

1）即數(shù)據(jù)采集層、網(wǎng)絡傳輸層、數(shù)據(jù)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)絡傳輸層：通過4G網(wǎng)絡將數(shù)據(jù)上傳至搭建好的數(shù)據(jù)庫服務器。

4）數(shù)據(jù)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。

6.4安科瑞充電樁云平臺系統(tǒng)功能

6.4.1智能化大屏

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

6.4.2.實時監(jiān)控

實時監(jiān)視充電設施運行狀況，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。

6.4.3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、注銷等操作，可查看小區(qū)用戶每日的充電交易詳細信息。

6.4.4故障管理

設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果上報。充電用戶也可通過充電小程序反饋現(xiàn)場問題。

6.4.5統(tǒng)計分析

通過系統(tǒng)平臺，從充電站點、充電設施、、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。

6.4.6基礎數(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施，維護充電設施信息、價格策略、折扣、優(yōu)惠活動，同時可管理在線卡用戶充值、凍結和解綁。

6.4.7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)設置，同時可接收故障推送

6.4.8充電小程序

面向充電用戶使用，可查看附近空閑設備，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。

6.5系統(tǒng)硬件配置

7結語

總而言之，智能充電樁設計以及運營管理平臺的開發(fā)對滿足新能源汽車的充電效率持續(xù)、推廣新能源汽車有著十分重要的作用。在物聯(lián)網(wǎng)下的智能充電樁運營管理平臺設計要求相關單位在綜合分析系統(tǒng)需求功能的前提下，從智能充電樁本體結構以及系統(tǒng)后臺入手，選擇建立升降式的充電樁結構，并建立較為完善的運營管理平臺，確保運營管理工作能夠逐漸向著智能化方向發(fā)展，在滿足車主充電需求的同時，實現(xiàn)充電樁運營管理工作的自動化、智能化發(fā)展目標。

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