產(chǎn)品中心
物聯(lián)網(wǎng)下智能充電樁運行管理平臺的設計
任運業(yè)
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
摘要:本文針對現(xiàn)有的普通充電樁及其后臺管理系統(tǒng)的結構不夠完善和功能不夠健全問題,設計一種基于物聯(lián)網(wǎng)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(tài)參數(shù)、運行環(huán)境參數(shù)進行實時監(jiān)控,并采用集中管理、區(qū)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(lián)網(wǎng);APP 客戶端
0前言
新能源汽車滿足了環(huán)境保護的要求,具有較強的生命力,因此生產(chǎn)規(guī)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(xiàn)狀日益顯現(xiàn),現(xiàn)有的普通充電樁及其后臺管理系統(tǒng)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(xiàn)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(yè)的發(fā)展極為重要。
1國內(nèi)外研究現(xiàn)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(qū)停車位,但是大多數(shù)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(xiàn)損壞的狀況。壁掛式充電樁則依靠墻體固定,適用于室內(nèi)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(tǒng)方面,現(xiàn)有的充電樁管理系統(tǒng)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(tǒng)方面來說,大規(guī)模充電站的運營需要較為高duan的計 費管理系統(tǒng),目前的計費管理系統(tǒng)并不能滿足這個要求,也沒有計費管理系統(tǒng)的研發(fā)和面世;而且,計費管理系統(tǒng)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(tǒng)、通信協(xié)議、通信借口之間建立統(tǒng)一的可供遵循的標準。
2智能充電樁本體及其網(wǎng)絡監(jiān)控管理體系的設計
2.1智能充電樁網(wǎng)絡監(jiān)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(qū)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(tài),為管理者和用戶提供充電樁新的狀態(tài)信息,更好地對這些充電樁進行監(jiān)測與管理等問題,本文設計了三級監(jiān)測與管理網(wǎng)絡實現(xiàn)對充電樁的智能化管理。網(wǎng)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(xié)定,完成電動汽車充電。網(wǎng)絡的二級為區(qū)域監(jiān)測與管理平臺對所屬其管理區(qū)域內(nèi)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(tài),包括健康狀態(tài)、工作狀態(tài)等,并對各充電樁的狀態(tài)數(shù)據(jù)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(jiān)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(shù)據(jù)平臺和 “物聯(lián)網(wǎng)”技術。在后臺管理上,為了提高監(jiān)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(shù)據(jù)平臺中的充電樁的相關信息進行對比,保證要監(jiān)控的充電樁運行;而“物聯(lián)網(wǎng)”技術則是兩化融合的升級版,將物聯(lián)網(wǎng)作為充電樁信息化發(fā)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(lián)網(wǎng)”更好的實現(xiàn)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(jiān)測模塊的設計
據(jù)調(diào)查,應該由配電監(jiān)控、充電監(jiān)控、安全監(jiān)控等功能組成電動汽車充電樁后端監(jiān)控模塊的功能,監(jiān)視和控制充電設備、配電設備及其他設備,實現(xiàn)集中的監(jiān)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(shù)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(jiān)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(nèi)外充電樁管理平臺發(fā)展現(xiàn)狀,開發(fā)了一個智能充電樁后端監(jiān)測與信息集成平臺,對充電樁的運行狀態(tài)進行在線監(jiān)測,并試圖實現(xiàn)對整個充電站的綜合狀態(tài)進行監(jiān)測,為充電站的運行規(guī)劃以及巡檢維護提供大量可靠的評估數(shù)據(jù)和策略。
(1)監(jiān)控功能。監(jiān)控功能是充電樁監(jiān)控系統(tǒng)基本的功能,主要分為監(jiān)測功能和控制功 能。監(jiān)控系統(tǒng)執(zhí)行監(jiān)測功能,是通過對設備的運行狀態(tài)相關數(shù)據(jù)以及對設備運行形成較大影響力的相關環(huán)境數(shù)據(jù)進行收集分析,然后判斷設備運行處于何種狀態(tài)以及未來的運行態(tài)勢,也就是說,主要是進行數(shù)據(jù)的輸入并進行處理后得出結論。監(jiān)控系統(tǒng)執(zhí)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(xiàn),也就是說,主要是在信息輸入后執(zhí)行命令。
(2 )交互功能。交互功能是監(jiān)控系統(tǒng)通過人機交互界面的設置,實現(xiàn)人與設備之間的對 話。監(jiān)控系統(tǒng)包括圖文結合、視聽結合等多種數(shù)據(jù)呈現(xiàn)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(zhí)行,將設備的數(shù)據(jù)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(lián)網(wǎng)、云計算、互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、AI等技術,對充電站配電系統(tǒng)的運行、電能消耗、電能質(zhì)量、充電安全和行為安全進行實時監(jiān)控和預警,為充電站的可靠、安全、經(jīng)濟運行提供保障,并及時切除安全隱患、避免電氣火災發(fā)生,從而保障人員的生命財產(chǎn)安全,打造“安全、高效、舒適、綠色”的“人—車—樁—電網(wǎng)—互聯(lián)網(wǎng)—多種增值業(yè)務”的智慧充電站,提升充電站的社會和經(jīng)濟價值。
3.2適用場合
可廣泛應用于醫(yī)院、學校、酒店、體育場等公共建筑;商業(yè)廣場、產(chǎn)業(yè)園等綜合園區(qū);企業(yè)、住宅小區(qū)等場所。
3.3系統(tǒng)結構
平臺采用分層分布式結構,主要由感知層、網(wǎng)絡層和平臺層三個部分組成,詳細拓撲結構如下:
現(xiàn)場設備層:連接于網(wǎng)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(zhì)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(wǎng)絡通訊層:包含現(xiàn)場智能網(wǎng)關、網(wǎng)絡交換機等設備。智能網(wǎng)關主動采集現(xiàn)場設備層設備的數(shù)據(jù),并可進行規(guī)約轉換,數(shù)據(jù)存儲,并通過網(wǎng)絡把數(shù)據(jù)上傳至搭建好的數(shù)據(jù)庫服務器,智能網(wǎng)關可在網(wǎng)絡故障時將數(shù)據(jù)存儲在本地,待網(wǎng)絡恢復時從中斷的位置繼續(xù)上傳數(shù)據(jù),保證服務器端數(shù)據(jù)不丟失。
平臺管理層:包含應用服務器和數(shù)據(jù)服務器,完成對現(xiàn)場所有智能設備的數(shù)據(jù)交換,可在PC端或移動端實現(xiàn)實時監(jiān)測充電站配電系統(tǒng)運行狀態(tài)、充電樁的工作狀態(tài)、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(wǎng)通4G通訊模組與平臺直接通訊。
電能質(zhì)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(wǎng)關通訊,再由智能網(wǎng)關通訊通過4G統(tǒng)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(wǎng)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(lián)網(wǎng)的地方,通過有權限的賬號登陸網(wǎng)頁以及手機APP查看各處的運行情況。
3.4相關產(chǎn)品介紹
3.4.1 7KW交流充電樁AEV-AC007D
產(chǎn)品功能
1)智能監(jiān)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(tài)監(jiān)測、故障狀態(tài)監(jiān)測、充電計量與計費以及充電過程的聯(lián)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(wǎng)絡運營平臺。
3)云平臺:具備連接云平臺的功能,可以實現(xiàn)實時監(jiān)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(zhì)可靠:保證長期使用并抵御復雜天氣環(huán)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(chǎn)安全:產(chǎn)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
名稱 | 圖片 | 功能 |
電氣火災監(jiān)控裝置 | 三相(I、U、Kw、Kvar、Kwh、Kvarh、Hz、COSφ),視在電能、四象限電能計算,單回路剩余電流監(jiān)測,4路溫度監(jiān)測,2路繼電器輸出,2路開關量輸入,事件記錄,內(nèi)置時鐘,點陣式LCD顯示,1路獨立RS485/Modbus通訊,支持4G/NB等多種無線上傳方案,支持斷電報警上傳功能。 |
3.4.4限流式保護器ASCP200
產(chǎn)品功能:
1)短路保護:保護器實時監(jiān)測用電線路電流,當線路發(fā)生短路故障時,能在150微秒內(nèi)實現(xiàn)快速限流保護,并發(fā)出聲光報警信號;
2)過載保護:當線路電流過載且持續(xù)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(fā)出聲光報警信號;
3)表內(nèi)超溫保護:當保護器內(nèi)部器件工作溫度過高時,保護器實施超溫限流保護,并發(fā)出聲光報警信號;
4)組網(wǎng)通訊:保護器具有1路RS485接口,可以將數(shù)據(jù)發(fā)送到后臺監(jiān)控系統(tǒng),實現(xiàn)遠程監(jiān)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(tǒng)計充電站的充電數(shù)據(jù)。
3.5.2實時監(jiān)控
1)充電站監(jiān)控
可以按站點名稱進行篩選,顯示站點詳情、充電槍列表、統(tǒng)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(jiān)控頁面實時監(jiān)測變壓器負荷(搭配ACM300T、ADW300),當負荷超過50%時,系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)計當前充電站各充電樁回路的數(shù)據(jù);通過卡片的形式展現(xiàn)充電樁的數(shù)據(jù);顯示故障列表;如圖所示:
2)充電樁監(jiān)控
顯示充電樁充電數(shù)據(jù);顯示各回路的充電狀態(tài);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(jiān)控
顯示限流式保護器的狀態(tài),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(lián)的所有故障信息。如圖所示:
2)故障派發(fā)
故障派發(fā)中記錄了當前待派發(fā)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(guī)定時段關聯(lián)站點和關聯(lián)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(nèi)的故障數(shù)、故障狀態(tài)、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(jù)時間查看關聯(lián)站點的財務數(shù)據(jù)。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(tǒng)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(jié)約占地面積。通過完善后臺管理系統(tǒng)的功能,不僅可以實現(xiàn)監(jiān)測充電樁運行狀態(tài)的功能,充電樁結構和功能的改進,可以推動電動汽車行業(yè)的發(fā)展,并在一定程度上有利于節(jié)能減排 。
(2)新型智能充電樁運用集成監(jiān)測網(wǎng)絡體系。采用三級監(jiān)測與管理網(wǎng)絡實現(xiàn)對充電樁的智能化管理,保證各區(qū)域要監(jiān)控的充電樁正常運行,采集的數(shù)據(jù)在充電樁的規(guī)劃與建設方面起決策作用。
參考文獻
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作者簡介:任運業(yè),男,現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司。