智能化電動汽車充電服務平臺的設計

許林　張騰飛　梁旭

摘要：針對迅猛發展的多樣化的電動汽車充電服務需求，提出一種智能化電動汽車充電服務平臺設計方案。將系統功能模塊劃分為智能充電終端、充電管理網絡和充電大數據應用等三個模塊。利用充電樁，通信計算機，云計算服務器建立平臺的基礎硬件系統，采用CAN總線，RS-485，TPC/IP：（～GPRS建立平臺的通信系統，使用OpenStack架構建立平臺的充電管理網絡系統，借助前臺開發語言建立平臺的有線或無線智能終端系統。實踐表明，充電平臺的設計方案技術路線正確、切實可行。

關鍵詞：充電服務；充電管理網絡；智能終端；openstack架構

中圖分類號：TP399

文獻標志碼：A

文章編號：1006-8228（2017）01-24-03

0.引言

受益于新能源汽車應用的快速增長，我國新能源汽車充電設施行業將面臨巨大的發展空間，目前充電設施供需之間的矛盾日益突出，無法滿足用戶日益增長的充電服務需求。現有的一些充電設施分布零散，不便統一管理；已積累的一些充電數據，還沒有深入研究的價值，不能給未來的充電服務提供很好的規劃。本著服務地方充電設施產業，考慮用戶的充電服務需求和企業用戶業務運營管理的大數據價值需求，以“互聯網+”模式為驅動，基于互聯網、物聯網技術，大數據技術，將充電設施與互聯網緊密結合，搭建智能化電動汽車充電服務平臺云平臺，具有重要的經濟和社會意義。

1.系統的主要功能和特點

本系統積極抓住了中國新能源汽車迅速崛起的機遇，用互聯網+思維建設和運營“智能化電動汽車充電服務平臺”，為新能源汽車設備制造商和終端用戶提供充電運營服務。經過前期需求分析，建立系統的功能模塊如下。

（1）智能充電終端軟件模塊。針對充電設備生產企業的迫切需求，開發充電預約，充電操作、充電控制、充電支付等軟件服務模塊，形成可定制用戶充電APP，滿足客戶的需求。

（2）充電管理網絡模塊。選用合適的云平臺解決方案來對存儲海量充電數據，設計管理系統對充電服務進行管理，并提供及時的通信服務需求。

（3）充電大數據應用模塊。利用充電樁運行時產生的生產運行數據和運營管理數據，利用數據分析挖掘價值，對企業用戶提供充電樁的狀態監測與預警、故障搶修、客戶分析和企業整體運營調度等服務，同時還可以為用戶提供常用充電樁區域的平均用電狀況、峰谷時段分布等信息讓用戶根據實時情況選擇充電時間，優化充電樁的使用分配等。

本系統特點和優勢如下：①以充電樁作為電動汽車互聯網的入口開展服務，建立了充電企業和終端客戶的緊密聯系；②可以深挖電動汽車充電運營的大數據價值，為未來不同客戶潛在服務打下基礎；③打造新能源汽車產業鏈生態系統，為產業鏈提供服務，引領電動汽車充電行業的發展。

2.系統平臺設計

針對不同的充電服務需求，設計統一的充電服務云平臺，設計多樣化可定制的前臺服務軟件模塊和大數據管理和應用系統，是本系統建設成敗的關鍵。因此在互聯網、電網系統基礎之上的，設計系統層次結構為基礎設施層、網絡層、應用層構成，如圖1所示。

（1）基礎設施層：由各種型號充電樁在各個區域布點，建立起一個充電樁區域網，并利用充電管理系統模塊中的云平臺進行后臺數據管理。

（2）網絡層：為了實現充電樁后臺管理系統實時與充電樁通信，后臺管理系統和終端用戶進行通信，需要采用不同的網絡通信協議來實現連接。

（3）應用層：本層次利用數據挖掘技術對海量數據和信息進行分析和處理，將分類整理好的數據傳輸至控制臺，并開發可定制用戶充電APP，提供充電服務，滿足用戶充電需求。

3.系統功能模塊設計

3.1基礎設施層設計

基礎設施層主要包括充電樁設備網的構建和云管理系統的構建。即將充電站的各個充電樁和以總線的形式和通信計算機互聯，建立起一個充電樁區域網，將通信計算機以網絡協議的形式和云管理中心計算機互聯形成充電管理網絡。

云管理計算機系統主要采用OpenStack方案建立云管理軟硬件系統，提供基礎架構服務（IaaS），由通訊、存儲、云計算與后臺維護等模塊組成。通訊模塊用于實現系統中各個組件問的信息交換，保證信息的可靠性、實時性和一致性；存儲模塊支持結構化及非結構化數據結構的信息存儲服務；云計算模塊提供了實現利用計算機集群進行大規模并行計算的運行機制；后臺維護模塊提供Web界面工具支持，可以其配置、啟動、停止充電樁服務，是一個跨平臺、可擴展的對計算機集群及其各節點上運行的資源及服務進行自動化智能管理、調度和監控的系統。

3.2網絡通信層的設計

以通信計算機為主機，用充電樁作為從機。其接口連接圖如圖2。由于PC機默認的只帶有RS232接口，通過RS485轉換電路將PC機串口RS232信號轉換成RS485信號，可以得到PC上位機的RS485電路。

充電樁通過CAN網絡與電動汽車通信，獲取電動汽車電池類型及系統參數、充電過程中的參數，通過RS485網絡與通信計算機進行通信，實現充電模塊狀態監測與充電控制，如圖3所示。中心計算機與智能電表通信，獲取計量信息，通過TCP/IP協議將數據傳至云平臺，進行計費處理，并將最終數據通過CAN網絡傳遞給用戶，完成充電計費與充電過程的聯動控制。

3.3應用層設計

應用層設計的關鍵是充電大數據采集和挖掘。首先采集充電樁工作的電力數據、充電樁設備數據、電動汽車數據、用戶APP數據，分別建立電動汽車數據庫、不同類別電動汽車充電行為數據庫、充電樁行為數據庫、個人用戶充電行為數據庫；然后運用數據統計、數據分類和聚類等數據挖掘技術，挖掘有價值的信息，提供給不同類型的用戶使用，其功能示意圖如圖4所示。

4.結束語

本系統提出了以電動汽車充電樁為入口的充電服務平臺設計方案，討論了系統的功能需求，給出了系統詳細的功能模塊和具體設計路線圖。該設計可以有效解決不同用戶問的多樣化價值服務需求，進一步促進充電設施產業進一步發展，具有一定的經濟和社會價值。未來將按照軟件工程的開發規范對系統進行平臺設計和實現，以滿足用戶不斷變化的需求。