充電樁接入車聯(lián)網(wǎng)平臺自動檢測認證系統(tǒng)的研究與設計

韓慶雯，趙 越，張世通

（北京國新智電新能源科技有限責任公司，北京 朝陽 100102）

2020年新冠疫情發(fā)生以來，黨中央提出了加快新型基礎設施建設的發(fā)展戰(zhàn)略，國家電網(wǎng)有限公司黨組認真落實黨中央的決策部署，明確提出“一個共識、五個加快”的要求，全力推進充電樁建設[1]。在平臺建設方面，國家電網(wǎng)有限公司已建成基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的全國統(tǒng)一的智慧車聯(lián)網(wǎng)平臺，截至2020年11月，國網(wǎng)智慧車聯(lián)網(wǎng)平臺累計接入的充電樁達到103萬個，服務的用戶數(shù)達到550萬人，形成了覆蓋全國的電動汽車統(tǒng)一充電網(wǎng)絡[2]。

隨著業(yè)務發(fā)展，充電樁設備接入場景越來越多，充電樁設備種類也非常多，包括TCU交/直流樁、有序充電樁、V2G樁、岸電樁、海港樁、分布式儲能、電采暖、專用站、光儲充站等，除此之外還包括充電樁周邊的地鎖等智能設備；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)出廠的充電設備要經(jīng)過嚴格的檢測標準才能接入智慧車聯(lián)網(wǎng)平臺，如何使充電樁企業(yè)生產(chǎn)的充電設備依據(jù)相關(guān)的檢測標準快速接入車聯(lián)網(wǎng)平臺，成為亟待解決的問題。

1 自動檢測認證系統(tǒng)需求分析

在公司層面，基于物聯(lián)管理平臺的自動檢測認證系統(tǒng)能夠?qū)Τ潆姌兜任锫?lián)設備進行更規(guī)范化的接入、精細化的運營，是智慧車聯(lián)網(wǎng)平臺在激烈的市場競爭中保持優(yōu)勢的有力武器[6]?；谖锫?lián)管理平臺的自動檢測認證系統(tǒng)是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在充電樁管理和運營領(lǐng)域的具體表現(xiàn)，也是行業(yè)未來發(fā)展的趨勢。

在社會層面，基于物聯(lián)管理平臺的自動檢測認證系統(tǒng)能夠推進充電樁建設、提高充電樁接入平臺的速度，做到充電設施的精細化運營，是各類充電樁能夠高效入網(wǎng)并為用戶提供優(yōu)質(zhì)充電服務的保障系統(tǒng)[7-8]，能夠帶動社會資本共同參與充電設施的投資建設，并營造良好接入運營環(huán)境，從而推動全社會充電樁的建設發(fā)展。

1.1 必要性分析

充電樁企業(yè)生產(chǎn)的充電設備要經(jīng)過嚴格的檢測才能接入車聯(lián)網(wǎng)平臺，為解決樁企出廠前接入平臺檢測認證的問題，基于物聯(lián)管理平臺的自動檢測認證系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)自動檢測認證功能，滿足充電樁設備出廠后，進行自動測試認證相關(guān)功能，包含充電停機、故障上傳校驗、通斷電校驗、策略驗證等。

對于接入自動檢測認證系統(tǒng)的充電樁設備，基于物聯(lián)網(wǎng)的自動檢測認證系統(tǒng)能夠形成針對該設備的檢測檔案，根據(jù)每項測試結(jié)果生成詳細的測試記錄，基于測試結(jié)果形成最終權(quán)威性的測試報告，支撐車聯(lián)網(wǎng)平臺對接入充電設備的質(zhì)量把控和追溯，從而降低充電樁接入車聯(lián)網(wǎng)平臺的故障率[9]。

1.2 效益分析

基于物聯(lián)管理平臺的自動檢測認證系統(tǒng)可以滿足充電樁設備出廠后，按照系統(tǒng)制定的檢測標準進行接入測試，并自動生成相應的檢測報告，從而解決充電樁設備在接入車聯(lián)網(wǎng)平臺前出現(xiàn)的各種質(zhì)量問題[10]，縮短接入時間。通過自動檢測認證系統(tǒng)的檢測，車聯(lián)網(wǎng)平臺能夠保障接入的充電樁正常使用，減少用戶在使用過程中出現(xiàn)的故障，從而提高平臺用戶的留存率，同時也減輕了樁企出廠前對設備的檢測工作，節(jié)約了充電樁企業(yè)的檢測成本。

2 自動檢測認證系統(tǒng)架構(gòu)設計

2.1 業(yè)務架構(gòu)

自動檢測認證系統(tǒng)服務的對象為充電樁企業(yè)人員、檢測工作人員、第三方機構(gòu)人員。檢測工作人員根據(jù)制定的各項檢測標準對新接入的充電樁進行檢測，檢測結(jié)束后充電樁企業(yè)人員能夠查看測試結(jié)果和檢測報告，第三方機構(gòu)人員可根據(jù)自動檢測認證系統(tǒng)的檢測指標項和測試報告，開具型式試驗報告。該系統(tǒng)對充電樁接入車聯(lián)網(wǎng)平臺前的注冊能力、接入后的充電能力、充電過程中的數(shù)據(jù)上送能力、出現(xiàn)故障時的故障上報能力進行檢測，詳細的功能視圖如圖1所示。

圖1 自動檢測認證系統(tǒng)功能視圖

2.2 系統(tǒng)架構(gòu)

自動檢測認證系統(tǒng)整體由用戶層、業(yè)務層、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)管理平臺系統(tǒng)、采集量測系統(tǒng)等進行支撐，其中權(quán)限管理系統(tǒng)進行用戶、角色、資源的權(quán)限設計，物聯(lián)管理平臺系統(tǒng)是對采集量測系統(tǒng)上傳的數(shù)據(jù)進行接收并解析處理；采集量測系統(tǒng)接收充電設備采集的數(shù)據(jù)并通過網(wǎng)絡上送；數(shù)據(jù)層主要是對業(yè)務層提供數(shù)據(jù)支撐；業(yè)務層為用戶層提供詳細的頁面展示，詳細的系統(tǒng)架構(gòu)如圖2所示。

圖2 自動檢測認證系統(tǒng)系統(tǒng)架構(gòu)圖

2.3 數(shù)據(jù)架構(gòu)

檢測認證的數(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、固件升級包等數(shù)據(jù)；結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)包括注冊數(shù)據(jù)、認證數(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)定運行，自動檢測認證系統(tǒng)的數(shù)據(jù)架構(gòu)圖如圖3所示。

圖3 自動檢測認證系統(tǒng)數(shù)據(jù)架構(gòu)圖

3 自動檢測認證系統(tǒng)業(yè)務功能設計

3.1 信息管理

3.1.1 充電樁企業(yè)信息維護

檢測認證系統(tǒng)對即將進行檢測認證的充電樁進行信息維護包括充電樁所屬企業(yè)信息、充電樁出廠編碼、充電樁固件版本等充電樁信息，后續(xù)所有檢測都是基于此維護的信息進行開展。

3.1.2 檢測指標信息維護

該項功能是對充電樁設備檢測指標的信息進行維護，包括各個檢測指標的最大值、最小值、正常范圍值等。

3.2 注冊能力檢測

三元組是指設備編碼、設備密鑰、產(chǎn)品密鑰。注冊能力檢測是對充電樁獲取三元組能力的檢測以及對接入平臺的充電樁驗證三元組是否合法。

3.2.1 三元組管理

從平臺獲取檢測認證的充電樁產(chǎn)品三元組信息進行管理并與待檢測的充電樁出廠編碼進行綁定。

3.2.2 獲取三元組

待檢測的充電樁首次上電后，帶有出廠編碼的充電樁設備主動請求檢測認證系統(tǒng)獲取三元組，檢測認證系統(tǒng)根據(jù)設備請求攜帶的出廠編碼，查詢到對應的三元組并返回給充電樁設備，充電樁設備拿到三元組后，主動連接到物聯(lián)管理平臺，同時設備指示燈變綠，檢測認證系統(tǒng)查詢設備狀態(tài)顯示在線，即初步完成設備的注冊，驗證注冊狀態(tài)的步驟為：樁未通電時、槍的狀態(tài)空閑、證明已經(jīng)注冊。

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

3.2.3 SN導入

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

3.3 充電檢測

充電檢測根據(jù)場景需要分為普通充電檢測、有序充電檢測，該檢測通過對充電過程中不同狀態(tài)指標的檢測完成充電檢測。

3.3.1 普通充電檢測

普通充電檢測的充電模式檢測分為：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、限制充電時常、限制功率的充電，分別在以上模式下進行充電的檢驗。

分別在用戶主動停止、余額不足、預付金額消費完畢、車聯(lián)網(wǎng)平臺檢測充電能力異常、充電槍未在充電中條件下，測試充電樁設備是否能夠正常結(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提示。

3.3.2 有序充電檢測

有序充電在進行充電檢測前需要進行有序策略配置，策略配置成功后開始進行充電操作，充電時分別進行限制金額模式、限制電量模式、限制SOC充電模式、限制充電時長模式、限制功率模式進行充電驗證，充電過程中查看指示燈的變化狀態(tài)；分別在余額不足的條件、預付金額消費完畢的條件、用戶主動停止的條件下進行結(jié)束充電操作，查看檢測認證系統(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備屬性的配置、充電策略的配置、計費模型的配置。

3.4.1 設備屬性配置

設備屬性配置包括充電設備實時監(jiān)測屬性上報頻率、充電槍充電中實時間監(jiān)測屬性上報頻率、充電槍非充電中實時監(jiān)測屬性上報頻率、故障告警全信息上傳頻率、充電設備交流電能表底值監(jiān)測屬性上報頻率、充電設備直流輸出電能表底值監(jiān)測屬性上報頻率、地鎖監(jiān)測上送頻率、門鎖監(jiān)測上送頻率、充電樁離線后可充電時長等屬性。

3.4.2 充電策略配置

根據(jù)“尖、峰、平、谷”4個時間段配置不同的充電策略，各個時間段電費情況不一樣，收取的服務費金額也不一樣。通過配置不同的時間段策略，驗證充電費用是否正確。

3.4.3 計費模型配置

目前電費模型在平臺分為充電樁電價計費模型和充電樁服務費計費模型，充電樁側(cè)計費模型不同，充電結(jié)束時收取的最終費用也不同，通過配置不同的計費模型，驗證充電費用是否正確。

3.5 充電檢測

交易檢測是檢測認證系統(tǒng)檢測項的核心，檢測的內(nèi)容是充電樁在充電過程中上送的數(shù)據(jù)是否正常。

查看充電時間段產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，在某個充電時間段產(chǎn)生的數(shù)據(jù)如電量、功率、充電費用。

3.6 異常檢測

異常檢測包含故障上送和充電異常訂單兩個功能項，其中故障上送是充電樁將實時監(jiān)測到的異常狀態(tài)數(shù)據(jù)發(fā)送到檢測認證系統(tǒng)。

3.6.1 故障上送

檢測系統(tǒng)會實時監(jiān)控樁的狀態(tài)，監(jiān)控樁的心跳情況，充電樁每10 min會自動給檢測系統(tǒng)發(fā)送心跳狀態(tài)，超過10 min未檢測到樁的心跳，在通電的情況下則認為此樁出現(xiàn)了故障。

3.6.2 充電異常訂單

該功能項提供按訂單編號、設備編碼、時間范圍進行充電異常訂單的查詢。

3.7 固件升級檢測

固件是充電樁的軟件部分，是充電樁與平臺連接的“大腦”，隨著時間的推移，平臺會定期更新固件程序，因此自動檢測認證系統(tǒng)對固件升級的檢測非常重要。

3.7.1 固件升級檢測

首先在自動檢測認證系統(tǒng)上傳固件信息包括固件名稱、模塊名稱、固件版本信息、固件文件。

然后對充電樁設備進行升級操作，升級過程中查看升級狀態(tài)，共包括待升級、升級成功、升級失敗3種狀態(tài)。

單個充電樁設備升級成功后，需進行批量充電樁設備的升級檢測。

3.8 查詢管理

該功能是對測試記錄進行查詢包括訂單列表查詢和設備日志查詢。

3.8.1 訂單列表查詢

該功能項提供按訂單編碼、訂單狀態(tài)、時間范圍查詢訂單列表，訂單詳情頁中包含訂單狀態(tài)、啟動方式、尖峰平谷電量、總電量、電能表總起示值、總止示值、總電費、總服務費、尖峰平谷電費、尖峰平谷服務費、計量計費模型、停止原因等。

3.8.2 設備日志查詢

該功能提供按設備編碼、槍號、時間范圍進行充電樁設備接入檢測系統(tǒng)的日志查詢，其中詳情頁包含該日志的起始時間、結(jié)束時間，以及具體報文內(nèi)容。

3.9 認證報告

檢測認證系統(tǒng)完成各項功能檢測后，生成檢測認證報告，該報告包含的內(nèi)容：掃碼注冊能力、充電樁開始充電能力、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、固件升級能力、配置策略能力，每一項通過后打上相應的標識，證明符合預期檢測能力。

4 結(jié)束語

本文首先對電動汽車充電行業(yè)的背景進行了介紹，然后根據(jù)自動檢測認證系統(tǒng)的需求分析，對基于物聯(lián)網(wǎng)平臺的自動認證系統(tǒng)的架構(gòu)設計進行了詳細闡述，包括業(yè)務架構(gòu)、系統(tǒng)架構(gòu)、數(shù)據(jù)架構(gòu)，最后詳細的介紹了自動檢測認證系統(tǒng)的功能設計。

通過自動檢測認證系統(tǒng)的建設，一方面能夠?qū)崿F(xiàn)充電樁在出廠測試之前的全量接入檢測，從而使充電樁在接入車聯(lián)網(wǎng)平臺時，提前解決各種接入問題，提升用戶的使用體驗；另一方面能夠?qū)σ殉鰪S的充電樁設備質(zhì)量情況進行記錄，對出廠的充電樁設備質(zhì)量進行把控，同時也有利于業(yè)務人員通過系統(tǒng)對充電樁的接入過程存在的問題進行界定和追溯。