電動(dòng)汽車充電樁監(jiān)控及管理系統(tǒng)應(yīng)用與分析

韓 振

(上海華建工程建設(shè)咨詢有限公司, 上海 200041)

0 引 言

近年來(lái),隨著電動(dòng)汽車的快速發(fā)展,與其配套的電動(dòng)汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施成為國(guó)家和地方基礎(chǔ)建設(shè)的重要環(huán)節(jié)。2016年8月,上海市交通委發(fā)出了《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)本市電動(dòng)汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃建設(shè)運(yùn)營(yíng)管理的通知》(簡(jiǎn)稱“通知”),旨在進(jìn)一步加強(qiáng)充電設(shè)施科學(xué)規(guī)劃建設(shè)和運(yùn)營(yíng)管理,促進(jìn)電動(dòng)汽車的有序發(fā)展。本文以某中心項(xiàng)目按此要求開展工程設(shè)計(jì)為例,通過(guò)實(shí)際工程項(xiàng)目設(shè)計(jì),探討電動(dòng)汽車充電樁監(jiān)控及管理系統(tǒng)應(yīng)用與分析。

1 項(xiàng)目概況

某項(xiàng)目總建筑面積119 447 m2,其中地下建筑面積42 000 m2,地上建筑面積77 447 m2。地上由1#～16#樓16棟單體建筑組成,均直通地下室。2層地下室,均為非機(jī)動(dòng)車庫(kù)、機(jī)動(dòng)車庫(kù)、設(shè)備機(jī)房等。1#～3#樓為高層住宅,4#樓為高層商業(yè)辦公,5#～16#樓為多層辦公。機(jī)動(dòng)車停車數(shù)為706輛,為大型Ⅰ類汽車庫(kù)。

根據(jù)“通知”要求,住宅配建停車位應(yīng)100%建設(shè)充電設(shè)施或預(yù)留充電設(shè)施安裝條件,商場(chǎng)、辦公等公共建筑配建停車位應(yīng)不低于充電設(shè)施專項(xiàng)規(guī)劃明確的配建比列要求。經(jīng)上海市浦東新區(qū)建交委批復(fù),該項(xiàng)目機(jī)動(dòng)車位應(yīng)設(shè)置預(yù)留或建設(shè)充電樁車位不少于236個(gè),其中應(yīng)不少于65個(gè)車位建設(shè)充電設(shè)施。

2 充電樁的設(shè)計(jì)選取與設(shè)置

經(jīng)過(guò)研究分析,最終在地下車庫(kù)總計(jì)選取236個(gè)車位作為充電裝車位。其中65個(gè)充電樁車位要建設(shè)充電樁設(shè)施,在項(xiàng)目建設(shè)完成后,能夠滿足建交委的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn),實(shí)際運(yùn)行能夠投入使用。剩余的171個(gè)充電樁車位僅按要求預(yù)留充電設(shè)施、管線橋架、配電設(shè)施、電力容量等。經(jīng)過(guò)與建筑專業(yè)的共同方案設(shè)計(jì),業(yè)主從自身需求出發(fā)對(duì)比選取,確定方案為在-1F靠近機(jī)動(dòng)車出口附近設(shè)置此65個(gè)充電樁車位。其中,51個(gè)充電樁車位設(shè)置為7 kW交流充電樁,剩余14個(gè)充電樁車位設(shè)置為60 kW直流充電樁。

2.1 7 kW交流充電樁的選取

7 kW交流充電樁按安裝方式分為落地式、立柱式、壁掛式。落地式一般體積大、重量重、下設(shè)基礎(chǔ),不適合中小功率。根據(jù)該項(xiàng)目車位特點(diǎn),選用體積小、重量輕,可以直接掛墻安裝的壁掛式或無(wú)法依靠的立柱式7 kW交流充電樁。7 kW交流充電樁配備了友好的人機(jī)操作界面,具有控制、計(jì)費(fèi)和通信等功能。

立柱式7 kW交流充電樁如圖1所示。

圖1 立柱式7 kW交流充電樁

立柱式7 kW交流充電樁參數(shù)如表1所示。

表1 立柱式7 kW交流充電樁參數(shù)

2.2 60 kW直流充電樁的選取

60 kW直流充電樁具有快充和慢充特點(diǎn),一般體積較大、重量重,適用于公共場(chǎng)所的電動(dòng)汽車充電,通常為落地安裝。60 kW直流充電樁選取一體式直流充電機(jī),由一體式充電機(jī)及充電連接器組成,其中包括充電系統(tǒng)、采樣系統(tǒng)、人機(jī)交換系統(tǒng)、保護(hù)系統(tǒng)及控制系統(tǒng)。

60 kW直流充電樁如圖2所示。

圖2 60 kW直流充電樁

60 kW直流充電樁參數(shù)如表2所示。

表2 60 kW直流充電樁參數(shù)

2.3 充電樁車位安裝

7 kW交流充電樁按“一位一樁”即1機(jī)一槍,60 kW直流充電樁按“兩位一樁”即1機(jī)雙槍。根據(jù)平面車位分布特點(diǎn),7 kW交流充電樁均按集中布置結(jié)合后面布置的原則,并設(shè)置防撞措施。充電樁的外廓距離充電車位的凈距要求不小于0.4 m,操作及檢修距離不小于0.8 m。壁掛式安裝的7 kW交流充電樁設(shè)備中心距地面按1.5 m;落地式充電設(shè)備設(shè)有混凝土基礎(chǔ),基礎(chǔ)高度高出地面不小于0.2 m。

2.4 充電樁的安裝分布

根據(jù)車位特點(diǎn),中間背靠背充電車位,設(shè)置立柱式7 kW交流充電樁。下面靠墻區(qū)域設(shè)置60 kW落地式直流充電樁和壁掛式7 kW交流充電樁。

立柱式充電樁布置圖如圖3所示。

圖3 立柱式充電樁布置圖

落地式和壁掛式充電樁布置圖如圖4所示。

圖4 落地式和壁掛式充電樁布置圖

3 充電樁監(jiān)控及管理系統(tǒng)應(yīng)用與分析

充電樁監(jiān)控系統(tǒng)由充電監(jiān)控、供電監(jiān)控及安防監(jiān)控等構(gòu)成,并具備數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳接口。公共場(chǎng)所的電動(dòng)汽車充電設(shè)施根據(jù)規(guī)模設(shè)置監(jiān)控系統(tǒng),居住小區(qū)自用的電動(dòng)汽車充電設(shè)施可不設(shè)監(jiān)控系統(tǒng)。公共場(chǎng)所設(shè)置充電監(jiān)控系統(tǒng)具有方便管理、保證人身和設(shè)備安全,確保充電設(shè)置正常運(yùn)行等特點(diǎn)。監(jiān)控系統(tǒng)宜設(shè)監(jiān)控室,并宜與充電場(chǎng)所靠近設(shè)置[1-2]。另外,監(jiān)控獨(dú)立設(shè)置。

3.1 充電監(jiān)控系統(tǒng)功能

該項(xiàng)目充電監(jiān)控系統(tǒng)功能如下。

(1)具備對(duì)充電設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測(cè)、控制、保護(hù)以及數(shù)據(jù)處理并和存儲(chǔ)、事故狀態(tài)下的緊急處理等功能。

(2)具備對(duì)車載充電機(jī)運(yùn)行監(jiān)視和對(duì)電動(dòng)汽車儲(chǔ)能單元儲(chǔ)能狀態(tài)監(jiān)視等功能。

(3)具備兼容性和擴(kuò)展性,以滿足不動(dòng)類型充電設(shè)備接入以及充電設(shè)施規(guī)模擴(kuò)容等。

(4)可以接受時(shí)鐘同步系統(tǒng)對(duì)時(shí),以保證系統(tǒng)時(shí)間的一致性。

3.2 供電監(jiān)控系統(tǒng)主要功能

供電監(jiān)控系統(tǒng)主要功能是可采集充電設(shè)施的開關(guān)狀態(tài)、保護(hù)信號(hào)、電壓、電流、有功功率、無(wú)功功率、功率因數(shù)、諧波、電能計(jì)量信息等[3]。

3.3 充電樁監(jiān)控系統(tǒng)配置

充電樁監(jiān)控系統(tǒng)配置如表3所示。

按表3的要求,該項(xiàng)目設(shè)置充電樁監(jiān)控及管理系統(tǒng)。

表3 充電樁監(jiān)控系統(tǒng)配置

3.4 充電樁監(jiān)控及管理系統(tǒng)架構(gòu)

充電樁監(jiān)控系統(tǒng)由控制層、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和間隔層構(gòu)成,系統(tǒng)采用單網(wǎng)結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)配置設(shè)備:控制層設(shè)備,包括服務(wù)器、工作站、打印機(jī)等;間隔層設(shè)備,包括充電機(jī)監(jiān)控單元、視頻監(jiān)控和安防監(jiān)控單元;網(wǎng)絡(luò)設(shè)備,包括網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、通信網(wǎng)關(guān)、光電轉(zhuǎn)換設(shè)備、光纜等。

3.5 充電樁監(jiān)控系統(tǒng)圖

充電樁監(jiān)控系統(tǒng)圖如圖5所示。

圖5 充電樁監(jiān)控系統(tǒng)圖

3.6 充電樁監(jiān)控管理系統(tǒng)平臺(tái)

3.6.1 概述

充電樁監(jiān)控管理系統(tǒng)平臺(tái)為充電樁運(yùn)營(yíng)商提供便捷的設(shè)備管理、故障分析和高品質(zhì)的充電運(yùn)營(yíng)服務(wù),同時(shí)也為車主提供優(yōu)質(zhì)的充電服務(wù);實(shí)現(xiàn)設(shè)備通信集中接入、設(shè)備狀態(tài)集中監(jiān)控、用戶權(quán)限集中管理、財(cái)務(wù)分析集中統(tǒng)計(jì)、車主服務(wù)個(gè)性化適配。

3.6.2 系統(tǒng)平臺(tái)

系統(tǒng)平臺(tái)包括運(yùn)營(yíng)商管理平臺(tái)、企業(yè)主管理平臺(tái)、用戶卡管理平臺(tái)、移動(dòng) APP 平臺(tái)。其中移動(dòng) APP 平臺(tái)包含 IOS 端 APP、Android 端 APP、微信公眾號(hào)、微信小程序。

3.6.3 系統(tǒng)拓?fù)鋱D

系統(tǒng)基于當(dāng)前主流微服務(wù)架構(gòu) SpringCloud搭建,采用B/S的服務(wù)框架模式,提供Web的管理平臺(tái),可以便捷地在多終端進(jìn)行管理;同時(shí)具備公眾號(hào)和APP多維度使用充電服務(wù),可最大化地為車主提供差異性需求的充電服務(wù),兼具對(duì)充電卡的統(tǒng)一管理,能夠?yàn)槌潆娺\(yùn)營(yíng)商提供一體化的SaaS軟件服務(wù)。

圖6 系統(tǒng)拓?fù)鋱D

3.6.4 功能模塊

(1)服務(wù)器:包含系統(tǒng)主應(yīng)用、主庫(kù)Mysql、緩存 Redis、文件存儲(chǔ)庫(kù) mongodb、消息中間件MQTT/RabbitMQ,提供系統(tǒng)運(yùn)行的基礎(chǔ)應(yīng)用環(huán)境,可單機(jī)部署/集群部署,可部署在公有云/私有云/局域網(wǎng)。

(2)用戶卡管理平臺(tái):提供發(fā)卡、充值服務(wù);發(fā)卡配備用戶卡注冊(cè)服務(wù)器,充值對(duì)應(yīng)用戶卡進(jìn)行充值操作;提供充電卡掛失、補(bǔ)卡、退卡功能和卡片丟失管理,掛失卡、被補(bǔ)卡、被退卡將無(wú)法繼續(xù)使用,其中掛失卡通過(guò)解掛之后,可以恢復(fù)正常使用。

(3)Web管理平臺(tái):對(duì)充電站、充電樁的信息進(jìn)行管理;對(duì)充電費(fèi)用單價(jià)以及預(yù)約費(fèi)、停車費(fèi)進(jìn)行設(shè)置管理;實(shí)現(xiàn)APP運(yùn)營(yíng)管理、企業(yè)好管理、運(yùn)營(yíng)商管理、實(shí)時(shí)監(jiān)控管理、自動(dòng)退款管理。

3.6.5 系統(tǒng)內(nèi)容

(1)后臺(tái)服務(wù):后臺(tái)服務(wù)主要由微服務(wù)架構(gòu)的應(yīng)用服務(wù)結(jié)構(gòu),包含服務(wù)注冊(cè)、發(fā)現(xiàn),配置管理,監(jiān)控管理,調(diào)用鏈跟蹤,日志分析,消息隊(duì)列,以及相應(yīng)的微服務(wù)模塊和相對(duì)應(yīng)的緩存,數(shù)據(jù)庫(kù)(DB)組成的微服務(wù)集群。

(2)微服務(wù)集群按照功能模塊進(jìn)行劃分,目前分為10個(gè)微服務(wù),分別是APP服務(wù)、權(quán)限管理、運(yùn)營(yíng)管理、互聯(lián)互通、設(shè)備監(jiān)控、卡管理、企業(yè)管理、文件管理、協(xié)議解析、市政通信。

(3)邊緣服務(wù)是前端服務(wù)和后臺(tái)服務(wù)交互的服務(wù)中心,核心是API網(wǎng)關(guān),通過(guò)網(wǎng)關(guān)將前端服務(wù)的請(qǐng)求轉(zhuǎn)發(fā)到相應(yīng)的服務(wù)模塊。同時(shí)通過(guò)路由服務(wù)根據(jù)實(shí)際要求對(duì)網(wǎng)關(guān)進(jìn)行監(jiān)控、限流,并且達(dá)到負(fù)載均衡的作用。

(4)前端服務(wù)面向用戶方。包括瀏覽器、移動(dòng)APP應(yīng)用(微信公眾號(hào)/APP/微信小程序)、客戶端軟件、第三方互聯(lián)互通的APP應(yīng)用。

(5)充電管理:實(shí)時(shí)查看充電設(shè)備的充電狀態(tài)、充電電壓、充電電流、充電時(shí)間、充電金額、充電剩余時(shí)間、SOC值、卡上剩余金額等信息。

4 結(jié) 語(yǔ)

充電樁監(jiān)控及管理系統(tǒng)是保證充電樁正常用電、安全用電的重要環(huán)節(jié),同時(shí)能夠?yàn)槭褂脦?lái)較多便利。通過(guò)充電監(jiān)控、供電監(jiān)控、視頻監(jiān)控三套系統(tǒng),系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)對(duì)充電設(shè)施、車載充電機(jī)、電動(dòng)汽車儲(chǔ)能各環(huán)節(jié)單元顯示充電電壓、充電電流、充電狀態(tài)等多重信息。全套系統(tǒng)中的間隔層進(jìn)行采集、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的傳輸、控制層的遠(yuǎn)程控制,形成全閉合鏈的高效系統(tǒng)。一方面能夠保證充電、供電的安全,提供物防方面的安全,另一方面為業(yè)主在對(duì)充電樁管理、收費(fèi)管理上提供了有效的系統(tǒng)平臺(tái)。