智慧小區能源管理系統研究

張燕妮，邵媛媛，劉學功，林郭森

（青島城市學院，山東 青島 266000）

根據國家相關部門統計，當下全國新能源汽車保有量已經超過了700萬臺，中國電動自行車保有量達3.25億輛，隨著新能源車銷量的持續攀升，充電難的問題日益凸顯，諸如業主們反應的“排隊4 h，充電1 h”的問題也上了熱搜。中國電動汽車充電基礎設施促進聯盟技術和認證部主任劉鍇指出，解決居民社區充電難題將是“十四五”的重點工作方向之一[2]。本研究的重要性在于面對目前社區并未實現“一車一樁”的現狀，合理、智能地管理車輛充電順序、充電時間，其價值和實踐意義在于能有效解決車主充電體驗中遇到的無序等待帶來的痛點問題，從而實現物業和車主的雙贏。

1 研究現狀分析

在汽車“新四化”的背景下，電動車輛的銷量不斷攀升，很大程度上緩解了能源危機與環境污染的問題，但是目前電動車輛的續航能力有限，電動車輛的普及率與充電樁的運營情況有著密切的關系。充電樁是向新能源汽車補充電能的裝置，功能類似于加油站里面的加油機，根據不同的電壓等級為各種類型的新能源汽車充電[3]。據充電聯盟數據，2021年中國充電總電量達到111.5億kW·h，同比增58.0%。根據中汽協及充電聯盟數據，截至2021年底，全國新能源汽車保有量為784萬輛，全國充電基礎設施保有量達261.7萬臺，快速增長的新能源汽車市場加大了對充電樁的需求，目前電動汽車充電的基本設施建設速度遠遠落后于電動汽車的發展速度，充電樁和電動汽車數量嚴重不匹配，普遍存在用戶充電困難、充電樁利用率低等浪費社會資源的現象[4]。

目前，就中國交通出行市場而言，電動自行車是普通民眾出行的主要交通工具。近年來，隨著電動自行車數量的增加，電動自行車充電安全問題也開始顯現，尤其是充電期間引發的火災問題，引起了國家以及社會的高度關注。由于不規范的充電，在全國多個地區的小區、商業中心等人員集聚區造成了多起火災事故，根據全國各地消防部門提供的調查數據，電動自行車引發的火災，75%發生在充電期間，90%是由充電直接或間接導致。電動自行車很大程度上便利了人們的出行方式，但亂停亂放，電動自行車進電梯入室充電，或者在樓道、門廳等公共場所充電，不僅占用了大家的空間，造成了不便利，最重要的是存在極大的安全隱患，容易引發火災事故。因此如何合理利用集中充電設施，有效規范小區管理，成為業主們日常關注的重要問題，也是保障居民生命財產安全的大事[5]。

2 總體方案

本次設計方案主要包括合理利用“樁”資源、健全“樁”環境用電安全、及時監督攜車入梯現象等3個方面的優化設計，從效率、消防、電梯等方面優化解決車主充電過程中的痛點問題，總體方案圖如圖1所示。

圖1 總體方案圖

智慧用“樁”。在“樁”資源有限的情況下，可以通過提前預約+實時搜索功能，提高“樁”資源的利用率，如圖2所示。

圖2 預約方案圖

遏止火災的發生。通過溫度越限報警處理功能，健全消防系統，及時發現充電異常現象，遏止火災的發生。

杜絕隱患，營造和諧安全的公共居住環境，不僅靠自覺，也需要物業的及時管控。通過網絡攝像頭，及時捕捉私自推車進電梯情況，及時阻斷入戶充電的情況。

3 系統設計

3.1 數據采集

通過物聯網技術，實現充電樁、泊車位及車棚聯網，實時收集充電樁位置、車位是否在被使用、預計使用結束時間等數據。用戶可以就近選擇充電樁，設置用樁的起始時間及使用時長。同時通過程序設計實時檢測用戶預約的有效性，如果到達預約時間，充電樁并未使用，則視為“爽約”，并將預約取消，此項操作不僅便于用戶高效預約到“樁”資源，還可以有效過濾掉“爽約”情況，及時釋放被占用的“樁”資源，供有真實需求的用戶及時預約使用。

if（時間等于預約時間&&預約樁使用中）

預約有效；

else

預約無效；

在車棚安裝溫度檢測模塊，實時采集車棚內車輛的溫度數據及變化數據等。用戶可以實時檢測用樁過程中的溫度信息。

if（溫度達到預設閾值）

觸發預警；

else

不做任何處理；

在車棚安裝網絡攝像頭，收集并保存車棚內24 h影像信息，便于用戶追溯影像信息。

與電梯攝像頭對接，使用圖像處理技術，抓取電動車進電梯的影像及電動車進入的樓層信息，現在越來越多的居民小區都配置有電梯，雖然物業一直要求電動車在集中充電點進行充電，但是部分住戶仍不自覺，因此本次設計更好地利用圖像處理技術，提取推車入梯的現象，方便物業監管人員及時獲知該類危險操作，及時進行制止和勸阻，從而更好地實現全民自覺到集中充電點進行安全充電的目的。

3.2 數據使用

使用充電樁、泊車位、車棚位置數據及充電樁預約信息，為住戶提供“樁”資源預約和尋找功能。車棚溫度結合GIS技術，實時展示各充電區域的溫度情況，結合網絡攝像頭保證充電安全及住戶財產安全。圖像處理數據用于監控及排查電動車入戶充電的安全隱患住戶。數據使用如圖3所示。

圖3 數據使用圖

3.3 系統搭建

搭建智慧能源管理系統，為住戶提供APP、PC端、H5、微信小程序等實時預約+充電樁資源查詢的功能；車輛充電完畢后，推送消息提醒用戶及時提車，提高充電樁循環利用率。

為消防、物業等單位提供基于GIS搭建的全區溫度智慧看板，當某車棚溫度變化或溫度最高值達到了設定的閾值，系統自動預警并切斷異常區域充電樁電源，同時系統自動切換到異常區域網絡攝像頭畫面，便于相關單位及時查看現場情況。

對系統自動抓取的電動車入戶的住戶，系統自動生成報表及圖像依據，供物業及相關單位參考，杜絕電動車入戶充電的風險隱患。智慧能源管理系統如圖4所示。

圖4 預約信息圖

4 結束語

本次研究的創新點如下：①開放“樁”預約服務，提升“樁”資源的有序利用；開放實時搜索空閑的“樁”資源，節省業主尋“樁”時間。②通過溫度檢測模塊，實時監測現場溫度，提高安全性。③通過網絡攝像頭，實現遠程巡檢，保護用“樁”者的財物安全。④通過與電梯攝像頭對接，篩查推車入戶的行為，及時阻止。