充電樁接入車(chē)聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)自動(dòng)檢測(cè)認(rèn)證系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)

韓慶雯，趙 越，張世通

（北京國(guó)新智電新能源科技有限責(zé)任公司，北京 朝陽(yáng) 100102）

2020年新冠疫情發(fā)生以來(lái)，黨中央提出了加快新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的發(fā)展戰(zhàn)略，國(guó)家電網(wǎng)有限公司黨組認(rèn)真落實(shí)黨中央的決策部署，明確提出“一個(gè)共識(shí)、五個(gè)加快”的要求，全力推進(jìn)充電樁建設(shè)[1]。在平臺(tái)建設(shè)方面，國(guó)家電網(wǎng)有限公司已建成基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的全國(guó)統(tǒng)一的智慧車(chē)聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，截至2020年11月，國(guó)網(wǎng)智慧車(chē)聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)累計(jì)接入的充電樁達(dá)到103萬(wàn)個(gè)，服務(wù)的用戶(hù)數(shù)達(dá)到550萬(wàn)人，形成了覆蓋全國(guó)的電動(dòng)汽車(chē)統(tǒng)一充電網(wǎng)絡(luò)[2]。

隨著業(yè)務(wù)發(fā)展，充電樁設(shè)備接入場(chǎng)景越來(lái)越多，充電樁設(shè)備種類(lèi)也非常多，包括TCU交/直流樁、有序充電樁、V2G樁、岸電樁、海港樁、分布式儲(chǔ)能、電采暖、專(zhuān)用站、光儲(chǔ)充站等，除此之外還包括充電樁周邊的地鎖等智能設(shè)備；接入方式也有多種，主要有TCU接入、網(wǎng)聯(lián)接入、SDK接入、協(xié)議接入、能源控制器接入等[3-5]。充電樁企業(yè)出廠(chǎng)的充電設(shè)備要經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)才能接入智慧車(chē)聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，如何使充電樁企業(yè)生產(chǎn)的充電設(shè)備依據(jù)相關(guān)的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)快速接入車(chē)聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，成為亟待解決的問(wèn)題。

1 自動(dòng)檢測(cè)認(rèn)證系統(tǒng)需求分析

在公司層面，基于物聯(lián)管理平臺(tái)的自動(dòng)檢測(cè)認(rèn)證系統(tǒng)能夠?qū)Τ潆姌兜任锫?lián)設(shè)備進(jìn)行更規(guī)范化的接入、精細(xì)化的運(yùn)營(yíng)，是智慧車(chē)聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中保持優(yōu)勢(shì)的有力武器[6]?；谖锫?lián)管理平臺(tái)的自動(dòng)檢測(cè)認(rèn)證系統(tǒng)是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在充電樁管理和運(yùn)營(yíng)領(lǐng)域的具體表現(xiàn)，也是行業(yè)未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)。

在社會(huì)層面，基于物聯(lián)管理平臺(tái)的自動(dòng)檢測(cè)認(rèn)證系統(tǒng)能夠推進(jìn)充電樁建設(shè)、提高充電樁接入平臺(tái)的速度，做到充電設(shè)施的精細(xì)化運(yùn)營(yíng)，是各類(lèi)充電樁能夠高效入網(wǎng)并為用戶(hù)提供優(yōu)質(zhì)充電服務(wù)的保障系統(tǒng)[7-8]，能夠帶動(dòng)社會(huì)資本共同參與充電設(shè)施的投資建設(shè)，并營(yíng)造良好接入運(yùn)營(yíng)環(huán)境，從而推動(dòng)全社會(huì)充電樁的建設(shè)發(fā)展。

1.1 必要性分析

充電樁企業(yè)生產(chǎn)的充電設(shè)備要經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的檢測(cè)才能接入車(chē)聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，為解決樁企出廠(chǎng)前接入平臺(tái)檢測(cè)認(rèn)證的問(wèn)題，基于物聯(lián)管理平臺(tái)的自動(dòng)檢測(cè)認(rèn)證系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)認(rèn)證功能，滿(mǎn)足充電樁設(shè)備出廠(chǎng)后，進(jìn)行自動(dòng)測(cè)試認(rèn)證相關(guān)功能，包含充電停機(jī)、故障上傳校驗(yàn)、通斷電校驗(yàn)、策略驗(yàn)證等。

對(duì)于接入自動(dòng)檢測(cè)認(rèn)證系統(tǒng)的充電樁設(shè)備，基于物聯(lián)網(wǎng)的自動(dòng)檢測(cè)認(rèn)證系統(tǒng)能夠形成針對(duì)該設(shè)備的檢測(cè)檔案，根據(jù)每項(xiàng)測(cè)試結(jié)果生成詳細(xì)的測(cè)試記錄，基于測(cè)試結(jié)果形成最終權(quán)威性的測(cè)試報(bào)告，支撐車(chē)聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)對(duì)接入充電設(shè)備的質(zhì)量把控和追溯，從而降低充電樁接入車(chē)聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的故障率[9]。

1.2 效益分析

基于物聯(lián)管理平臺(tái)的自動(dòng)檢測(cè)認(rèn)證系統(tǒng)可以滿(mǎn)足充電樁設(shè)備出廠(chǎng)后，按照系統(tǒng)制定的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行接入測(cè)試，并自動(dòng)生成相應(yīng)的檢測(cè)報(bào)告，從而解決充電樁設(shè)備在接入車(chē)聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)前出現(xiàn)的各種質(zhì)量問(wèn)題[10]，縮短接入時(shí)間。通過(guò)自動(dòng)檢測(cè)認(rèn)證系統(tǒng)的檢測(cè)，車(chē)聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)能夠保障接入的充電樁正常使用，減少用戶(hù)在使用過(guò)程中出現(xiàn)的故障，從而提高平臺(tái)用戶(hù)的留存率，同時(shí)也減輕了樁企出廠(chǎng)前對(duì)設(shè)備的檢測(cè)工作，節(jié)約了充電樁企業(yè)的檢測(cè)成本。

2 自動(dòng)檢測(cè)認(rèn)證系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 業(yè)務(wù)架構(gòu)

自動(dòng)檢測(cè)認(rèn)證系統(tǒng)服務(wù)的對(duì)象為充電樁企業(yè)人員、檢測(cè)工作人員、第三方機(jī)構(gòu)人員。檢測(cè)工作人員根據(jù)制定的各項(xiàng)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)新接入的充電樁進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)束后充電樁企業(yè)人員能夠查看測(cè)試結(jié)果和檢測(cè)報(bào)告，第三方機(jī)構(gòu)人員可根據(jù)自動(dòng)檢測(cè)認(rèn)證系統(tǒng)的檢測(cè)指標(biāo)項(xiàng)和測(cè)試報(bào)告，開(kāi)具型式試驗(yàn)報(bào)告。該系統(tǒng)對(duì)充電樁接入車(chē)聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)前的注冊(cè)能力、接入后的充電能力、充電過(guò)程中的數(shù)據(jù)上送能力、出現(xiàn)故障時(shí)的故障上報(bào)能力進(jìn)行檢測(cè)，詳細(xì)的功能視圖如圖1所示。

圖1 自動(dòng)檢測(cè)認(rèn)證系統(tǒng)功能視圖

2.2 系統(tǒng)架構(gòu)

自動(dòng)檢測(cè)認(rèn)證系統(tǒng)整體由用戶(hù)層、業(yè)務(wù)層、數(shù)據(jù)層、接入層構(gòu)成。支撐層主要由權(quán)限管理系統(tǒng)、物聯(lián)管理平臺(tái)系統(tǒng)、采集量測(cè)系統(tǒng)等進(jìn)行支撐，其中權(quán)限管理系統(tǒng)進(jìn)行用戶(hù)、角色、資源的權(quán)限設(shè)計(jì)，物聯(lián)管理平臺(tái)系統(tǒng)是對(duì)采集量測(cè)系統(tǒng)上傳的數(shù)據(jù)進(jìn)行接收并解析處理；采集量測(cè)系統(tǒng)接收充電設(shè)備采集的數(shù)據(jù)并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)上送；數(shù)據(jù)層主要是對(duì)業(yè)務(wù)層提供數(shù)據(jù)支撐；業(yè)務(wù)層為用戶(hù)層提供詳細(xì)的頁(yè)面展示，詳細(xì)的系統(tǒng)架構(gòu)如圖2所示。

圖2 自動(dòng)檢測(cè)認(rèn)證系統(tǒng)系統(tǒng)架構(gòu)圖

2.3 數(shù)據(jù)架構(gòu)

檢測(cè)認(rèn)證的數(shù)據(jù)主要分為結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)、非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)兩大部分，非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)包含文件、圖片、固件升級(jí)包等數(shù)據(jù)；結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)包括注冊(cè)數(shù)據(jù)、認(rèn)證數(shù)據(jù)、交易數(shù)據(jù)、充電數(shù)據(jù)、充電樁屬性數(shù)據(jù)、基礎(chǔ)支撐數(shù)據(jù)等。系統(tǒng)中的非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)共同支撐系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，自動(dòng)檢測(cè)認(rèn)證系統(tǒng)的數(shù)據(jù)架構(gòu)圖如圖3所示。

圖3 自動(dòng)檢測(cè)認(rèn)證系統(tǒng)數(shù)據(jù)架構(gòu)圖

3 自動(dòng)檢測(cè)認(rèn)證系統(tǒng)業(yè)務(wù)功能設(shè)計(jì)

3.1 信息管理

3.1.1 充電樁企業(yè)信息維護(hù)

檢測(cè)認(rèn)證系統(tǒng)對(duì)即將進(jìn)行檢測(cè)認(rèn)證的充電樁進(jìn)行信息維護(hù)包括充電樁所屬企業(yè)信息、充電樁出廠(chǎng)編碼、充電樁固件版本等充電樁信息，后續(xù)所有檢測(cè)都是基于此維護(hù)的信息進(jìn)行開(kāi)展。

3.1.2 檢測(cè)指標(biāo)信息維護(hù)

該項(xiàng)功能是對(duì)充電樁設(shè)備檢測(cè)指標(biāo)的信息進(jìn)行維護(hù)，包括各個(gè)檢測(cè)指標(biāo)的最大值、最小值、正常范圍值等。

3.2 注冊(cè)能力檢測(cè)

三元組是指設(shè)備編碼、設(shè)備密鑰、產(chǎn)品密鑰。注冊(cè)能力檢測(cè)是對(duì)充電樁獲取三元組能力的檢測(cè)以及對(duì)接入平臺(tái)的充電樁驗(yàn)證三元組是否合法。

3.2.1 三元組管理

從平臺(tái)獲取檢測(cè)認(rèn)證的充電樁產(chǎn)品三元組信息進(jìn)行管理并與待檢測(cè)的充電樁出廠(chǎng)編碼進(jìn)行綁定。

3.2.2 獲取三元組

待檢測(cè)的充電樁首次上電后，帶有出廠(chǎng)編碼的充電樁設(shè)備主動(dòng)請(qǐng)求檢測(cè)認(rèn)證系統(tǒng)獲取三元組，檢測(cè)認(rèn)證系統(tǒng)根據(jù)設(shè)備請(qǐng)求攜帶的出廠(chǎng)編碼，查詢(xún)到對(duì)應(yīng)的三元組并返回給充電樁設(shè)備，充電樁設(shè)備拿到三元組后，主動(dòng)連接到物聯(lián)管理平臺(tái)，同時(shí)設(shè)備指示燈變綠，檢測(cè)認(rèn)證系統(tǒng)查詢(xún)?cè)O(shè)備狀態(tài)顯示在線(xiàn)，即初步完成設(shè)備的注冊(cè)，驗(yàn)證注冊(cè)狀態(tài)的步驟為：樁未通電時(shí)、槍的狀態(tài)空閑、證明已經(jīng)注冊(cè)。

樁通電時(shí)，槍的狀態(tài)為未知，證明未注冊(cè)。樁未通電時(shí)，槍時(shí)離線(xiàn)狀態(tài)，證明樁注冊(cè)。

3.2.3 SN導(dǎo)入

SN指的是設(shè)備的出廠(chǎng)編碼，檢測(cè)認(rèn)證系統(tǒng)支持待檢測(cè)充電樁設(shè)備的批量導(dǎo)入獲取三元組，首先下載導(dǎo)入模板，將設(shè)備編碼批量輸入模板，上傳到檢測(cè)認(rèn)證系統(tǒng)，完成批量充電樁設(shè)備與三元組的綁定。

3.3 充電檢測(cè)

充電檢測(cè)根據(jù)場(chǎng)景需要分為普通充電檢測(cè)、有序充電檢測(cè)，該檢測(cè)通過(guò)對(duì)充電過(guò)程中不同狀態(tài)指標(biāo)的檢測(cè)完成充電檢測(cè)。

3.3.1 普通充電檢測(cè)

普通充電檢測(cè)的充電模式檢測(cè)分為：不做限制充電、限制金額的充電、限制電量的充電、限制SOC充電、限制充電時(shí)常、限制功率的充電，分別在以上模式下進(jìn)行充電的檢驗(yàn)。

分別在用戶(hù)主動(dòng)停止、余額不足、預(yù)付金額消費(fèi)完畢、車(chē)聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)檢測(cè)充電能力異常、充電槍未在充電中條件下，測(cè)試充電樁設(shè)備是否能夠正常結(jié)束充電，是否成功上送充電交易；不成功的情況下是否有相應(yīng)提示。

3.3.2 有序充電檢測(cè)

有序充電在進(jìn)行充電檢測(cè)前需要進(jìn)行有序策略配置，策略配置成功后開(kāi)始進(jìn)行充電操作，充電時(shí)分別進(jìn)行限制金額模式、限制電量模式、限制SOC充電模式、限制充電時(shí)長(zhǎng)模式、限制功率模式進(jìn)行充電驗(yàn)證，充電過(guò)程中查看指示燈的變化狀態(tài)；分別在余額不足的條件、預(yù)付金額消費(fèi)完畢的條件、用戶(hù)主動(dòng)停止的條件下進(jìn)行結(jié)束充電操作，查看檢測(cè)認(rèn)證系統(tǒng)是否接收到充電樁上送的充電異常信息。

3.4 配置管理

配置管理包含充電樁設(shè)備屬性的配置、充電策略的配置、計(jì)費(fèi)模型的配置。

3.4.1 設(shè)備屬性配置

設(shè)備屬性配置包括充電設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)屬性上報(bào)頻率、充電槍充電中實(shí)時(shí)間監(jiān)測(cè)屬性上報(bào)頻率、充電槍非充電中實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)屬性上報(bào)頻率、故障告警全信息上傳頻率、充電設(shè)備交流電能表底值監(jiān)測(cè)屬性上報(bào)頻率、充電設(shè)備直流輸出電能表底值監(jiān)測(cè)屬性上報(bào)頻率、地鎖監(jiān)測(cè)上送頻率、門(mén)鎖監(jiān)測(cè)上送頻率、充電樁離線(xiàn)后可充電時(shí)長(zhǎng)等屬性。

3.4.2 充電策略配置

根據(jù)“尖、峰、平、谷”4個(gè)時(shí)間段配置不同的充電策略，各個(gè)時(shí)間段電費(fèi)情況不一樣，收取的服務(wù)費(fèi)金額也不一樣。通過(guò)配置不同的時(shí)間段策略，驗(yàn)證充電費(fèi)用是否正確。

3.4.3 計(jì)費(fèi)模型配置

目前電費(fèi)模型在平臺(tái)分為充電樁電價(jià)計(jì)費(fèi)模型和充電樁服務(wù)費(fèi)計(jì)費(fèi)模型，充電樁側(cè)計(jì)費(fèi)模型不同，充電結(jié)束時(shí)收取的最終費(fèi)用也不同，通過(guò)配置不同的計(jì)費(fèi)模型，驗(yàn)證充電費(fèi)用是否正確。

3.5 充電檢測(cè)

交易檢測(cè)是檢測(cè)認(rèn)證系統(tǒng)檢測(cè)項(xiàng)的核心，檢測(cè)的內(nèi)容是充電樁在充電過(guò)程中上送的數(shù)據(jù)是否正常。

查看充電時(shí)間段產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，在某個(gè)充電時(shí)間段產(chǎn)生的數(shù)據(jù)如電量、功率、充電費(fèi)用。

3.6 異常檢測(cè)

異常檢測(cè)包含故障上送和充電異常訂單兩個(gè)功能項(xiàng)，其中故障上送是充電樁將實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)到的異常狀態(tài)數(shù)據(jù)發(fā)送到檢測(cè)認(rèn)證系統(tǒng)。

3.6.1 故障上送

檢測(cè)系統(tǒng)會(huì)實(shí)時(shí)監(jiān)控樁的狀態(tài)，監(jiān)控樁的心跳情況，充電樁每10 min會(huì)自動(dòng)給檢測(cè)系統(tǒng)發(fā)送心跳狀態(tài)，超過(guò)10 min未檢測(cè)到樁的心跳，在通電的情況下則認(rèn)為此樁出現(xiàn)了故障。

3.6.2 充電異常訂單

該功能項(xiàng)提供按訂單編號(hào)、設(shè)備編碼、時(shí)間范圍進(jìn)行充電異常訂單的查詢(xún)。

3.7 固件升級(jí)檢測(cè)

固件是充電樁的軟件部分，是充電樁與平臺(tái)連接的“大腦”，隨著時(shí)間的推移，平臺(tái)會(huì)定期更新固件程序，因此自動(dòng)檢測(cè)認(rèn)證系統(tǒng)對(duì)固件升級(jí)的檢測(cè)非常重要。

3.7.1 固件升級(jí)檢測(cè)

首先在自動(dòng)檢測(cè)認(rèn)證系統(tǒng)上傳固件信息包括固件名稱(chēng)、模塊名稱(chēng)、固件版本信息、固件文件。

然后對(duì)充電樁設(shè)備進(jìn)行升級(jí)操作，升級(jí)過(guò)程中查看升級(jí)狀態(tài)，共包括待升級(jí)、升級(jí)成功、升級(jí)失敗3種狀態(tài)。

單個(gè)充電樁設(shè)備升級(jí)成功后，需進(jìn)行批量充電樁設(shè)備的升級(jí)檢測(cè)。

3.8 查詢(xún)管理

該功能是對(duì)測(cè)試記錄進(jìn)行查詢(xún)包括訂單列表查詢(xún)和設(shè)備日志查詢(xún)。

3.8.1 訂單列表查詢(xún)

該功能項(xiàng)提供按訂單編碼、訂單狀態(tài)、時(shí)間范圍查詢(xún)訂單列表，訂單詳情頁(yè)中包含訂單狀態(tài)、啟動(dòng)方式、尖峰平谷電量、總電量、電能表總起示值、總止示值、總電費(fèi)、總服務(wù)費(fèi)、尖峰平谷電費(fèi)、尖峰平谷服務(wù)費(fèi)、計(jì)量計(jì)費(fèi)模型、停止原因等。

3.8.2 設(shè)備日志查詢(xún)

該功能提供按設(shè)備編碼、槍號(hào)、時(shí)間范圍進(jìn)行充電樁設(shè)備接入檢測(cè)系統(tǒng)的日志查詢(xún)，其中詳情頁(yè)包含該日志的起始時(shí)間、結(jié)束時(shí)間，以及具體報(bào)文內(nèi)容。

3.9 認(rèn)證報(bào)告

檢測(cè)認(rèn)證系統(tǒng)完成各項(xiàng)功能檢測(cè)后，生成檢測(cè)認(rèn)證報(bào)告，該報(bào)告包含的內(nèi)容：掃碼注冊(cè)能力、充電樁開(kāi)始充電能力、充電是否成功、充電樁結(jié)束充電能力、充電交易能力、故障上送能力、固件升級(jí)能力、配置策略能力，每一項(xiàng)通過(guò)后打上相應(yīng)的標(biāo)識(shí)，證明符合預(yù)期檢測(cè)能力。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文首先對(duì)電動(dòng)汽車(chē)充電行業(yè)的背景進(jìn)行了介紹，然后根據(jù)自動(dòng)檢測(cè)認(rèn)證系統(tǒng)的需求分析，對(duì)基于物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的自動(dòng)認(rèn)證系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)闡述，包括業(yè)務(wù)架構(gòu)、系統(tǒng)架構(gòu)、數(shù)據(jù)架構(gòu)，最后詳細(xì)的介紹了自動(dòng)檢測(cè)認(rèn)證系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)。

通過(guò)自動(dòng)檢測(cè)認(rèn)證系統(tǒng)的建設(shè)，一方面能夠?qū)崿F(xiàn)充電樁在出廠(chǎng)測(cè)試之前的全量接入檢測(cè)，從而使充電樁在接入車(chē)聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)時(shí)，提前解決各種接入問(wèn)題，提升用戶(hù)的使用體驗(yàn)；另一方面能夠?qū)σ殉鰪S(chǎng)的充電樁設(shè)備質(zhì)量情況進(jìn)行記錄，對(duì)出廠(chǎng)的充電樁設(shè)備質(zhì)量進(jìn)行把控，同時(shí)也有利于業(yè)務(wù)人員通過(guò)系統(tǒng)對(duì)充電樁的接入過(guò)程存在的問(wèn)題進(jìn)行界定和追溯。