淺談云計(jì)算平臺(tái)的電動(dòng)汽車(chē)充電樁設(shè)計(jì)與實(shí)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(jì)算平臺(tái)的建立，我國(guó)電動(dòng)汽車(chē)充電樁將面臨一個(gè)全新的規(guī)劃和設(shè)計(jì)。目前各地都在投入巨資建設(shè)電動(dòng)汽車(chē)充電站和充電樁等與新能源汽車(chē)相關(guān)的配套充電設(shè)施，預(yù)示著電動(dòng)汽車(chē)進(jìn)入普及階段。這種全新的設(shè)計(jì)降低了充電樁過(guò)多對(duì)于電網(wǎng)的影響，解決了我國(guó)電動(dòng)汽車(chē)充電的問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：云計(jì)算平臺(tái)；電動(dòng)汽車(chē)；充電樁；設(shè)計(jì)；實(shí)現(xiàn)

1基于云計(jì)算平臺(tái)的電動(dòng)汽車(chē)充電樁系統(tǒng)的概述

本系統(tǒng)是基于云計(jì)算平臺(tái)基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)的一種智能充電設(shè)備，用以完成為電動(dòng)汽車(chē)電池充電操作，并實(shí)現(xiàn)充電樁的有序充電管理，實(shí)現(xiàn)充電過(guò)程的規(guī)劃、監(jiān)控、計(jì)費(fèi)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(jī)交互裝置四個(gè)方面，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)于充電的相關(guān)服務(wù)。云客戶端即中央處理器設(shè)備，是整個(gè)設(shè)備的核心部分，采用超低功能IntelPentiumM處理器和WindowsXPEmbedded多任務(wù)嵌入式操作系統(tǒng)，具有獨(dú)特的32位計(jì)算體系結(jié)構(gòu)，以及完全保護(hù)的內(nèi)存模型，能夠滿足信息采集記錄、信息查詢(xún)顯示，監(jiān)控、通信和急停控制等多任務(wù)的并行執(zhí)行。通信模塊能夠通過(guò)GPRS、3/4G以及WIFI等網(wǎng)絡(luò)來(lái)將云服務(wù)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(shí)現(xiàn)了對(duì)于充電過(guò)程中的數(shù)據(jù)的采集，并能對(duì)充電樁在運(yùn)行過(guò)程中的各種信息加以控制。人機(jī)交換設(shè)備包括觸摸屏、打印機(jī)和讀卡器等，通過(guò)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(guò)打印機(jī)打印票；通過(guò)讀卡器對(duì)IC卡數(shù)據(jù)進(jìn)行讀寫(xiě)操作。

2基于云計(jì)算平臺(tái)的電動(dòng)汽車(chē)充電樁系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

2.1設(shè)計(jì)方案

基于云計(jì)算平臺(tái)的電動(dòng)汽車(chē)充電樁系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)于電動(dòng)汽車(chē)充電過(guò)程中的監(jiān)控、計(jì)費(fèi)和記錄數(shù)據(jù)的管理，降低了大量充電樁的使用對(duì)于電網(wǎng)造成的影響。這一設(shè)計(jì)方案使得電動(dòng)汽車(chē)的充電過(guò)程更加安全，方便了客戶對(duì)于電動(dòng)汽車(chē)的充電。另外，充電樁具有安全性高，維護(hù)、擴(kuò)展和功能增加方便的優(yōu)點(diǎn)。

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(yīng)用程序能夠同時(shí)進(jìn)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_(dá)到云服務(wù)端。云服務(wù)端通過(guò)對(duì)所使用的充電樁的參數(shù)的分析來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)于客戶的電動(dòng)汽車(chē)的充電。另外，云服務(wù)端能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)于充電樁的規(guī)劃，使充電樁的充電過(guò)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(wù)器端進(jìn)行保存，維修或更換設(shè)備時(shí)從云服務(wù)器端下載相應(yīng)的部署配置信息并應(yīng)用；其三，云服務(wù)端能夠存儲(chǔ)云客戶端的充電監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)信息。在數(shù)據(jù)信息傳遞的過(guò)程中，云客戶端采用了端對(duì)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(jì)量信息上傳至云服務(wù)器端并由云服務(wù)器端結(jié)合所處區(qū)域、充電時(shí)間、充電方式和分時(shí)電價(jià)等參數(shù)進(jìn)行計(jì)價(jià)計(jì)算，并自動(dòng)下發(fā)至充電樁進(jìn)行扣款操作。另外，云服務(wù)器端可以將費(fèi)用直接下發(fā)到充電樁的裝置上，使充電樁能夠自動(dòng)對(duì)客戶的讀卡器實(shí)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(kāi)關(guān)量采集單元和輸出控制單元，三者通過(guò)RS485方式與云客戶端雙向通信連接。工業(yè)級(jí)串口采集12路數(shù)字量/開(kāi)關(guān)量輸入控制、8路繼電器輸出控制，防雷擊，抗強(qiáng)干擾，全光電隔離數(shù)字量，用于實(shí)時(shí)監(jiān)控充電樁各種開(kāi)關(guān)量信號(hào)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(duì)于客戶的電動(dòng)汽車(chē)電池?cái)?shù)據(jù)的讀取。CAN總線通過(guò)與云客戶端的連接，能夠監(jiān)測(cè)到客戶的充電電池的各個(gè)參數(shù)情況，實(shí)現(xiàn)了對(duì)于充電的整個(gè)過(guò)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(duì)于充電機(jī)上的數(shù)據(jù)的讀取。充電機(jī)上的各個(gè)參數(shù)也能夠通過(guò)這種連接被時(shí)刻的進(jìn)行監(jiān)測(cè)，提高了整個(gè)充電過(guò)程的可靠性和安全性。充電機(jī)監(jiān)控模塊能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)于整個(gè)充電過(guò)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(jī)之間，通過(guò)RS232方式與云客戶端連接，可計(jì)量基波有功總電能和各費(fèi)率有功電能，計(jì)量奇次庇波電能。

3基于云計(jì)算平臺(tái)的電動(dòng)汽車(chē)充電樁系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

首先，基于云計(jì)算平臺(tái)的電動(dòng)汽車(chē)充電樁通過(guò)云服務(wù)器端來(lái)對(duì)客戶所用的充電樁進(jìn)行監(jiān)控。在實(shí)際應(yīng)用中，云服務(wù)器端能夠降低充電樁的大量使用對(duì)于電網(wǎng)所造成的影響，提高了充電過(guò)程的安全性；其次，使用基于云計(jì)算平臺(tái)的電動(dòng)汽車(chē)充電樁，實(shí)現(xiàn)了將充電過(guò)程數(shù)據(jù)全部上傳，既保證數(shù)據(jù)安全也便于對(duì)設(shè)備運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)控；同時(shí)由云服務(wù)器端綜合考慮用電時(shí)間、區(qū)域和方式等多方面因素進(jìn)行計(jì)費(fèi)，保證計(jì)費(fèi)準(zhǔn)確性與合理性；然后，基于云計(jì)算平臺(tái)的電動(dòng)汽車(chē)充電樁可以把充電樁的充電設(shè)備的配置信息通過(guò)云客戶端上傳導(dǎo)云服務(wù)器端進(jìn)行存儲(chǔ)。當(dāng)維修人員需要對(duì)充電樁進(jìn)行維修時(shí)，可以直接從云服務(wù)器端實(shí)現(xiàn)對(duì)于配置信息的下載，不需要再對(duì)信息進(jìn)行重新配置。另外，基于云計(jì)算平臺(tái)的電動(dòng)汽車(chē)充電樁系統(tǒng)通過(guò)對(duì)于模塊化的使用使得系統(tǒng)具有一定的獨(dú)特性和靈巧性。這在一定程度上有利于維修人員對(duì)于充電樁的維護(hù)并且能夠在后期實(shí)現(xiàn)對(duì)于充電樁的功能的增加和擴(kuò)展，使得人們對(duì)于充電樁的操作更加方便。

4 安科瑞充電樁收費(fèi)運(yùn)營(yíng)云平臺(tái)

4.1概述

AcrelCloud-9000安科瑞充電柱收費(fèi)運(yùn)營(yíng)云平臺(tái)系統(tǒng)通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)接入系統(tǒng)的電動(dòng)電動(dòng)自行車(chē)充電站以及各個(gè)充電整法行不間斷地?cái)?shù)據(jù)采集和監(jiān)控，實(shí)時(shí)監(jiān)控充電樁運(yùn)行狀態(tài)，進(jìn)行充電服務(wù)、支付管理，交易結(jié)算，資要管理、電能管理，明細(xì)查詢(xún)等。同時(shí)對(duì)充電機(jī)過(guò)溫保護(hù)、漏電、充電機(jī)輸入/輸出過(guò)壓，欠壓，絕緣低各類(lèi)故障進(jìn)行預(yù)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(guò)微信、支付寶，云閃付掃碼充電。

4.2應(yīng)用場(chǎng)所

適用于民用建筑、一般工業(yè)建筑、居住小區(qū)、實(shí)業(yè)單位、商業(yè)綜合體、學(xué)校、園區(qū)等充電樁模式的充電基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計(jì)。

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(chē)智能充電樁通訊協(xié)議為標(biāo)準(zhǔn)modbus-rtu。電瓶車(chē)智能充電樁用于采集充電回路的電力參數(shù)，并進(jìn)行電能計(jì)量和保護(hù)。

3）網(wǎng)絡(luò)傳輸層：通過(guò)4G網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)上傳至搭建好的數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器。

4）數(shù)據(jù)中心層：包含應(yīng)用服務(wù)器和數(shù)據(jù)服務(wù)器，應(yīng)用服務(wù)器部署數(shù)據(jù)采集服務(wù)、WEB網(wǎng)站，數(shù)據(jù)服務(wù)器部署實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)、歷史數(shù)據(jù)庫(kù)、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)。

5）應(yīng)客戶端層：系統(tǒng)管理員可在瀏覽器中訪問(wèn)電瓶車(chē)充電樁收費(fèi)平臺(tái)。終端充電用戶通過(guò)刷卡掃碼的方式啟動(dòng)充電。

小區(qū)充電平臺(tái)功能主要涵蓋充電設(shè)施智能化大屏、實(shí)時(shí)監(jiān)控、交易管理、故障管理、統(tǒng)計(jì)分析、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理等功能，同時(shí)為運(yùn)維人員提供運(yùn)維APP，充電用戶提供充電小程序。

4.4安科瑞充電樁云平臺(tái)系統(tǒng)功能

4.4.1智能化大屏

智能化大屏展示站點(diǎn)分布情況，對(duì)設(shè)備狀態(tài)、設(shè)備使用率、充電次數(shù)、充電時(shí)長(zhǎng)、充電金額、充電度數(shù)、充電樁故障等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)顯示，同時(shí)可查看每個(gè)站點(diǎn)的站點(diǎn)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(shí)時(shí)監(jiān)控

實(shí)時(shí)監(jiān)視充電設(shè)施運(yùn)行狀況，主要包括充電樁運(yùn)行狀態(tài)、回路狀態(tài)、充電過(guò)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(tái)管理人員可管理充電用戶賬戶，對(duì)其進(jìn)行賬戶進(jìn)行充值、退款、凍結(jié)、注銷(xiāo)等操作，可查看小區(qū)用戶每日的充電交易詳細(xì)信息。

4.4.4故障管理

設(shè)備自動(dòng)上報(bào)故障信息，平臺(tái)管理人員可通過(guò)平臺(tái)查看故障信息并進(jìn)行派發(fā)處理，同時(shí)運(yùn)維人員可通過(guò)運(yùn)維APP收取故障推送，運(yùn)維人員在運(yùn)維工作完成后將結(jié)果上報(bào)。充電用戶也可通過(guò)充電小程序反饋現(xiàn)場(chǎng)問(wèn)題。

4.4.5統(tǒng)計(jì)分析

通過(guò)系統(tǒng)平臺(tái)，從充電站點(diǎn)、充電設(shè)施、、充電時(shí)間、充電方式等不同角度，查詢(xún)充電交易統(tǒng)計(jì)信息、能耗統(tǒng)計(jì)信息等。

4.4.6基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理

在系統(tǒng)平臺(tái)建立運(yùn)營(yíng)商戶，運(yùn)營(yíng)商可建立和管理其運(yùn)營(yíng)所需站點(diǎn)和充電設(shè)施，維護(hù)充電設(shè)施信息、價(jià)格策略、折扣、優(yōu)惠活動(dòng)，同時(shí)可管理在線卡用戶充值、 凍結(jié)和解綁。

4.4.7運(yùn)維APP

面向運(yùn)維人員使用，可以對(duì)站點(diǎn)和充電樁進(jìn)行管理、能夠進(jìn)行故障閉環(huán)處理、查詢(xún)流量卡使用情況、查詢(xún)充電充值情況，進(jìn)行遠(yuǎn)程參數(shù)設(shè)置，同時(shí)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(xún)、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(hù)等級(jí)IP54，具備防雷保護(hù)、過(guò)載保護(hù)、短路保護(hù)、漏電保護(hù)、智能監(jiān)測(cè)、智能計(jì)量、恒流恒壓、電池保護(hù)、遠(yuǎn)程升級(jí)，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(fèi)充電
10路電瓶車(chē)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(hù)、過(guò)載保護(hù)、空載保護(hù)、故障回路識(shí)別、遠(yuǎn)程升級(jí)、功率識(shí)別、獨(dú)立計(jì)量、告警上報(bào)。 ACX10A-TYHN：防護(hù)等級(jí)IP21，支持投幣、刷卡，掃碼、免費(fèi)充電 ACX10A-TYN：防護(hù)等級(jí)IP21，支持投幣、刷卡，免費(fèi)充電 ACX10A-YHW：防護(hù)等級(jí)IP65，支持刷卡，掃碼，免費(fèi)充電 ACX10A-YHN：防護(hù)等級(jí)IP21，支持刷卡，掃碼，免費(fèi)充電 ACX10A-YW：防護(hù)等級(jí)IP65，支持刷卡、免費(fèi)充電 ACX10A-MW：防護(hù)等級(jí)IP65，僅支持免費(fèi)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(hù)、過(guò)載保護(hù)、空載保護(hù)、故障回路識(shí)別、遠(yuǎn)程升級(jí)、功率識(shí)別，報(bào)警上報(bào)。 ACX2A-YHN：防護(hù)等級(jí)IP21，支持刷卡、掃碼充電 ACX2A-HN：防護(hù)等級(jí)IP21，支持掃碼充電 ACX2A-YN：防護(hù)等級(jí)IP21，支持刷卡充電
20路電瓶車(chē)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(hù)、過(guò)載保護(hù)、空載保護(hù)、故障回路識(shí)別、遠(yuǎn)程升級(jí)、功率識(shí)別，報(bào)警上報(bào)。 ACX20A-YHN：防護(hù)等級(jí)IP21，支持刷卡，掃碼，免費(fèi)充電 ACX20A-YN：防護(hù)等級(jí)IP21，支持刷卡，免費(fèi)充電
落地式電瓶車(chē)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(hù)、過(guò)載保護(hù)、空載保護(hù)、故障回路識(shí)別、遠(yuǎn)程升級(jí)、功率識(shí)別、獨(dú)立計(jì)量、告警上報(bào)。 ACX10B-YHW：戶外使用，落地式安裝，包含1臺(tái)主機(jī)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(tái)主機(jī)及5根立柱，支持刷卡、掃碼充電。液晶屏支持U盤(pán)本地投放圖片及視頻廣告
智能邊緣計(jì)算網(wǎng)關(guān)	ANet-2E4SM

5結(jié)語(yǔ)

總之，電動(dòng)汽車(chē)充電樁采用這種全新的云計(jì)算平臺(tái)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(chǔ)、設(shè)備容錯(cuò)和故障恢復(fù)能力等問(wèn)題上也有了很大改進(jìn)，不僅提高了計(jì)算效果，同時(shí)提升了整個(gè)充換電站的安全等級(jí)，解決了阻礙充電站發(fā)展的一個(gè)瓶頸問(wèn)題。

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審核編輯 黃宇