智能化電動(dòng)汽車充電服務(wù)平臺(tái)的設(shè)計(jì)

許林　張騰飛　梁旭

摘要：針對(duì)迅猛發(fā)展的多樣化的電動(dòng)汽車充電服務(wù)需求，提出一種智能化電動(dòng)汽車充電服務(wù)平臺(tái)設(shè)計(jì)方案。將系統(tǒng)功能模塊劃分為智能充電終端、充電管理網(wǎng)絡(luò)和充電大數(shù)據(jù)應(yīng)用等三個(gè)模塊。利用充電樁，通信計(jì)算機(jī)，云計(jì)算服務(wù)器建立平臺(tái)的基礎(chǔ)硬件系統(tǒng)，采用CAN總線，RS-485，TPC/IP：（～GPRS建立平臺(tái)的通信系統(tǒng)，使用OpenStack架構(gòu)建立平臺(tái)的充電管理網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，借助前臺(tái)開發(fā)語(yǔ)言建立平臺(tái)的有線或無(wú)線智能終端系統(tǒng)。實(shí)踐表明，充電平臺(tái)的設(shè)計(jì)方案技術(shù)路線正確、切實(shí)可行。

關(guān)鍵詞：充電服務(wù)；充電管理網(wǎng)絡(luò)；智能終端；openstack架構(gòu)

中圖分類號(hào)：TP399

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1006-8228（2017）01-24-03

0.引言

受益于新能源汽車應(yīng)用的快速增長(zhǎng)，我國(guó)新能源汽車充電設(shè)施行業(yè)將面臨巨大的發(fā)展空間，目前充電設(shè)施供需之間的矛盾日益突出，無(wú)法滿足用戶日益增長(zhǎng)的充電服務(wù)需求?，F(xiàn)有的一些充電設(shè)施分布零散，不便統(tǒng)一管理；已積累的一些充電數(shù)據(jù)，還沒有深入研究的價(jià)值，不能給未來(lái)的充電服務(wù)提供很好的規(guī)劃。本著服務(wù)地方充電設(shè)施產(chǎn)業(yè)，考慮用戶的充電服務(wù)需求和企業(yè)用戶業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)管理的大數(shù)據(jù)價(jià)值需求，以“互聯(lián)網(wǎng)+”模式為驅(qū)動(dòng)，基于互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，大數(shù)據(jù)技術(shù)，將充電設(shè)施與互聯(lián)網(wǎng)緊密結(jié)合，搭建智能化電動(dòng)汽車充電服務(wù)平臺(tái)云平臺(tái)，具有重要的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)意義。

1.系統(tǒng)的主要功能和特點(diǎn)

本系統(tǒng)積極抓住了中國(guó)新能源汽車迅速崛起的機(jī)遇，用互聯(lián)網(wǎng)+思維建設(shè)和運(yùn)營(yíng)“智能化電動(dòng)汽車充電服務(wù)平臺(tái)”，為新能源汽車設(shè)備制造商和終端用戶提供充電運(yùn)營(yíng)服務(wù)。經(jīng)過(guò)前期需求分析，建立系統(tǒng)的功能模塊如下。

（1）智能充電終端軟件模塊。針對(duì)充電設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)的迫切需求，開發(fā)充電預(yù)約，充電操作、充電控制、充電支付等軟件服務(wù)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(wǎng)絡(luò)模塊。選用合適的云平臺(tái)解決方案來(lái)對(duì)存儲(chǔ)海量充電數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)管理系統(tǒng)對(duì)充電服務(wù)進(jìn)行管理，并提供及時(shí)的通信服務(wù)需求。

（3）充電大數(shù)據(jù)應(yīng)用模塊。利用充電樁運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)和運(yùn)營(yíng)管理數(shù)據(jù)，利用數(shù)據(jù)分析挖掘價(jià)值，對(duì)企業(yè)用戶提供充電樁的狀態(tài)監(jiān)測(cè)與預(yù)警、故障搶修、客戶分析和企業(yè)整體運(yùn)營(yíng)調(diào)度等服務(wù)，同時(shí)還可以為用戶提供常用充電樁區(qū)域的平均用電狀況、峰谷時(shí)段分布等信息讓用戶根據(jù)實(shí)時(shí)情況選擇充電時(shí)間，優(yōu)化充電樁的使用分配等。

本系統(tǒng)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)如下：①以充電樁作為電動(dòng)汽車互聯(lián)網(wǎng)的入口開展服務(wù)，建立了充電企業(yè)和終端客戶的緊密聯(lián)系；②可以深挖電動(dòng)汽車充電運(yùn)營(yíng)的大數(shù)據(jù)價(jià)值，為未來(lái)不同客戶潛在服務(wù)打下基礎(chǔ)；③打造新能源汽車產(chǎn)業(yè)鏈生態(tài)系統(tǒng)，為產(chǎn)業(yè)鏈提供服務(wù)，引領(lǐng)電動(dòng)汽車充電行業(yè)的發(fā)展。

2.系統(tǒng)平臺(tái)設(shè)計(jì)

針對(duì)不同的充電服務(wù)需求，設(shè)計(jì)統(tǒng)一的充電服務(wù)云平臺(tái)，設(shè)計(jì)多樣化可定制的前臺(tái)服務(wù)軟件模塊和大數(shù)據(jù)管理和應(yīng)用系統(tǒng)，是本系統(tǒng)建設(shè)成敗的關(guān)鍵。因此在互聯(lián)網(wǎng)、電網(wǎng)系統(tǒng)基礎(chǔ)之上的，設(shè)計(jì)系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)設(shè)施層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層構(gòu)成，如圖1所示。

（1）基礎(chǔ)設(shè)施層：由各種型號(hào)充電樁在各個(gè)區(qū)域布點(diǎn)，建立起一個(gè)充電樁區(qū)域網(wǎng)，并利用充電管理系統(tǒng)模塊中的云平臺(tái)進(jìn)行后臺(tái)數(shù)據(jù)管理。

（2）網(wǎng)絡(luò)層：為了實(shí)現(xiàn)充電樁后臺(tái)管理系統(tǒng)實(shí)時(shí)與充電樁通信，后臺(tái)管理系統(tǒng)和終端用戶進(jìn)行通信，需要采用不同的網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議來(lái)實(shí)現(xiàn)連接。

（3）應(yīng)用層：本層次利用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)對(duì)海量數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行分析和處理，將分類整理好的數(shù)據(jù)傳輸至控制臺(tái)，并開發(fā)可定制用戶充電APP，提供充電服務(wù)，滿足用戶充電需求。

3.系統(tǒng)功能模塊設(shè)計(jì)

3.1基礎(chǔ)設(shè)施層設(shè)計(jì)

基礎(chǔ)設(shè)施層主要包括充電樁設(shè)備網(wǎng)的構(gòu)建和云管理系統(tǒng)的構(gòu)建。即將充電站的各個(gè)充電樁和以總線的形式和通信計(jì)算機(jī)互聯(lián)，建立起一個(gè)充電樁區(qū)域網(wǎng)，將通信計(jì)算機(jī)以網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的形式和云管理中心計(jì)算機(jī)互聯(lián)形成充電管理網(wǎng)絡(luò)。

云管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)主要采用OpenStack方案建立云管理軟硬件系統(tǒng)，提供基礎(chǔ)架構(gòu)服務(wù)（IaaS），由通訊、存儲(chǔ)、云計(jì)算與后臺(tái)維護(hù)等模塊組成。通訊模塊用于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)中各個(gè)組件問(wèn)的信息交換，保證信息的可靠性、實(shí)時(shí)性和一致性；存儲(chǔ)模塊支持結(jié)構(gòu)化及非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的信息存儲(chǔ)服務(wù)；云計(jì)算模塊提供了實(shí)現(xiàn)利用計(jì)算機(jī)集群進(jìn)行大規(guī)模并行計(jì)算的運(yùn)行機(jī)制；后臺(tái)維護(hù)模塊提供Web界面工具支持，可以其配置、啟動(dòng)、停止充電樁服務(wù)，是一個(gè)跨平臺(tái)、可擴(kuò)展的對(duì)計(jì)算機(jī)集群及其各節(jié)點(diǎn)上運(yùn)行的資源及服務(wù)進(jìn)行自動(dòng)化智能管理、調(diào)度和監(jiān)控的系統(tǒng)。

3.2網(wǎng)絡(luò)通信層的設(shè)計(jì)

以通信計(jì)算機(jī)為主機(jī)，用充電樁作為從機(jī)。其接口連接圖如圖2。由于PC機(jī)默認(rèn)的只帶有RS232接口，通過(guò)RS485轉(zhuǎn)換電路將PC機(jī)串口RS232信號(hào)轉(zhuǎn)換成RS485信號(hào)，可以得到PC上位機(jī)的RS485電路。

充電樁通過(guò)CAN網(wǎng)絡(luò)與電動(dòng)汽車通信，獲取電動(dòng)汽車電池類型及系統(tǒng)參數(shù)、充電過(guò)程中的參數(shù)，通過(guò)RS485網(wǎng)絡(luò)與通信計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)充電模塊狀態(tài)監(jiān)測(cè)與充電控制，如圖3所示。中心計(jì)算機(jī)與智能電表通信，獲取計(jì)量信息，通過(guò)TCP/IP協(xié)議將數(shù)據(jù)傳至云平臺(tái)，進(jìn)行計(jì)費(fèi)處理，并將最終數(shù)據(jù)通過(guò)CAN網(wǎng)絡(luò)傳遞給用戶，完成充電計(jì)費(fèi)與充電過(guò)程的聯(lián)動(dòng)控制。

3.3應(yīng)用層設(shè)計(jì)

應(yīng)用層設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是充電大數(shù)據(jù)采集和挖掘。首先采集充電樁工作的電力數(shù)據(jù)、充電樁設(shè)備數(shù)據(jù)、電動(dòng)汽車數(shù)據(jù)、用戶APP數(shù)據(jù)，分別建立電動(dòng)汽車數(shù)據(jù)庫(kù)、不同類別電動(dòng)汽車充電行為數(shù)據(jù)庫(kù)、充電樁行為數(shù)據(jù)庫(kù)、個(gè)人用戶充電行為數(shù)據(jù)庫(kù)；然后運(yùn)用數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、數(shù)據(jù)分類和聚類等數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，挖掘有價(jià)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(jié)束語(yǔ)

本系統(tǒng)提出了以電動(dòng)汽車充電樁為入口的充電服務(wù)平臺(tái)設(shè)計(jì)方案，討論了系統(tǒng)的功能需求，給出了系統(tǒng)詳細(xì)的功能模塊和具體設(shè)計(jì)路線圖。該設(shè)計(jì)可以有效解決不同用戶問(wèn)的多樣化價(jià)值服務(wù)需求，進(jìn)一步促進(jìn)充電設(shè)施產(chǎn)業(yè)進(jìn)一步發(fā)展，具有一定的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)價(jià)值。未來(lái)將按照軟件工程的開發(fā)規(guī)范對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行平臺(tái)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，以滿足用戶不斷變化的需求。