大數(shù)據(jù)背景下電動汽車充電樁智慧管理系統(tǒng)研究

楊 遷，黃相良，王慕將

（浙江圖盛輸變電工程有限公司溫州科技分公司，浙江 溫州 325000）

1.電動汽車的發(fā)展概況以及電動汽車充電樁現(xiàn)狀

1.1 電動汽車的發(fā)展概況

電動汽車也被稱為“新能源”汽車。與氫能汽車一樣，它們被認(rèn)為是未來汽車行業(yè)發(fā)展的主要方向。電動汽車是在汽車能源系統(tǒng)發(fā)展和環(huán)境破壞嚴(yán)重的背景下發(fā)展起來的，在一定程度上刺激了電動汽車的發(fā)展；其次，隨著全球經(jīng)濟的增長，汽車行業(yè)也開始進入發(fā)展的黃金時代，化石燃料在燃燒過程中會產(chǎn)生大量二氧化碳等有害氣體，既污染大氣，也造成化石燃料的逐漸枯竭。因此，在能源相關(guān)環(huán)境挑戰(zhàn)日益嚴(yán)峻的背景下，汽車技術(shù)專家開始探索新的汽車產(chǎn)品。電力具有能源充足、發(fā)電方便的特點，電動汽車的發(fā)展已成為新能源汽車發(fā)展的重要領(lǐng)域。電動汽車是社會上眾所周知的應(yīng)用研究的結(jié)果。根據(jù)浙江省平臺監(jiān)測數(shù)據(jù)分析顯示，2016 年浙江省新能源汽車產(chǎn)量2.04 萬輛，同比增長1992.6%。2020 年，全省新能源汽車產(chǎn)量達7.7 萬輛，占全省汽車產(chǎn)量的6.1%、全國新能源汽車產(chǎn)量的5.3%；全省共有12 家新能源汽車整車生產(chǎn)企業(yè)，已批復(fù)產(chǎn)能65.4 萬輛。目前，電動汽車在汽車市場的發(fā)展前景十分廣闊，主要包括環(huán)保型電動汽車。汽車、混合動力汽車和燃料電池汽車，電動汽車在未來汽車行業(yè)也有很好的前景。

1.2 電動汽車充電樁現(xiàn)狀

與傳統(tǒng)的能源動力汽車相比，電動汽車具有非常好的耐久性，在運行過程中沒有噪聲污染，可以實現(xiàn)零排放的好處。然而，電動汽車的電力供應(yīng)一直是一個非常大的問題，因此開發(fā)了充電單元來為電動汽車提供電力。相關(guān)研究顯示，全國共建設(shè)充電站132.1 萬座，其中公共充電站55.81 萬座，成為全球電動汽車第一大國[1]。電動汽車充電單元是為電動汽車提供動力的必不可少的單元，相當(dāng)于汽車加油站。目前的電動汽車總裝系統(tǒng)主要包括時間跟蹤、電量計量和數(shù)量計量等功能，對保證現(xiàn)代電動汽車的可持續(xù)性具有非常重要的作用。但是，在目前的大數(shù)據(jù)系統(tǒng)和智能系統(tǒng)下，電動汽車充電采集系統(tǒng)還存在安全、防盜等不完善的問題。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通信問題和支付模塊問題是急需解決的問題。因此，電動汽車的充電系統(tǒng)仍需優(yōu)化。

2.現(xiàn)代電動汽車批量充電系統(tǒng)功能需求分析

優(yōu)化電荷收集系統(tǒng)也是現(xiàn)代電動汽車進步的重要環(huán)節(jié)。在大數(shù)據(jù)環(huán)境下，如果要優(yōu)化負(fù)載采集系統(tǒng)模型，需要分析現(xiàn)代負(fù)載集的應(yīng)用需求，主要包括以下幾個方面：

第一，負(fù)載采集系統(tǒng)對網(wǎng)絡(luò)通信模塊提出了更高的要求。在大數(shù)據(jù)系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)加載和云數(shù)據(jù)服務(wù)等功能是現(xiàn)代關(guān)稅征收系統(tǒng)應(yīng)具備的功能。優(yōu)化負(fù)荷采集系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通信，優(yōu)化數(shù)據(jù)管理模塊，確保負(fù)荷采集系統(tǒng)的管理更加智能化。

第二，在優(yōu)化負(fù)載采集系統(tǒng)功能時，安裝智能終端模塊，使負(fù)載堆棧系統(tǒng)的使用更加方便。目前，支持該應(yīng)用的智能終端系統(tǒng)大大簡化了各種設(shè)備的使用，各種功能設(shè)置和資源請求也可以通過話單收款系統(tǒng)進行，通過應(yīng)用連接到手機。使用收費系統(tǒng)可能更方便。

第三，在優(yōu)化負(fù)荷采集系統(tǒng)的功能時，還需要配置智能監(jiān)控系統(tǒng)。負(fù)荷采集系統(tǒng)通過打造智能監(jiān)控系統(tǒng)，監(jiān)控其工作功能、工作環(huán)境，確保其工作安全與穩(wěn)定。

3.大數(shù)據(jù)環(huán)境下電動汽車智能云充電系統(tǒng)實現(xiàn)分析

智能云EV 充電系統(tǒng)是大數(shù)據(jù)環(huán)境下優(yōu)化電動汽車充電數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的發(fā)展方向。好的設(shè)計可以使裝載系統(tǒng)更加高效。電動汽車充電樁智能云系統(tǒng)的設(shè)計主要包括以下幾個方面：

3.1 智能批量充電系統(tǒng)的設(shè)計

設(shè)計智能批量加載系統(tǒng)是系統(tǒng)設(shè)計的一個復(fù)雜部分，其設(shè)計功能包括數(shù)據(jù)傳輸、通信和控制（如圖1 所示）。因此，這應(yīng)該是系統(tǒng)設(shè)計制定中一個好的設(shè)計方案。

圖1 充電樁智慧云系統(tǒng)組織構(gòu)架

3.1.1 項目體系組織架構(gòu)

智能負(fù)荷采集系統(tǒng)的組織結(jié)構(gòu)設(shè)計是對其整體功能結(jié)構(gòu)的良好設(shè)計。其系統(tǒng)主要包括云服務(wù)系統(tǒng)、中負(fù)荷智能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、外部軟件APP 系統(tǒng)、軟件管理系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。不同的組織架構(gòu)實現(xiàn)不同的云服務(wù)功能，使智能云數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)能夠更智能地完成充電，讓充電用戶享受不同的充電過程，刺激電動汽車消費的增長。

3.1.2 智能云加載系統(tǒng)功能架構(gòu)

首先，智能充電系統(tǒng)由物聯(lián)網(wǎng)傳感器和專用工作模塊組成。具體工作模塊是電動汽車充滿電的基礎(chǔ)模塊，起到提供電力的作用。物聯(lián)網(wǎng)感知傳感器是一種智能數(shù)據(jù)包數(shù)據(jù)收集器。采用外部識別數(shù)據(jù)采集技術(shù)，可以采集裝載批次的外部和內(nèi)部空間，包括溫度采集、內(nèi)部系統(tǒng)參數(shù)采集等，確保系統(tǒng)可控。該模塊提供數(shù)據(jù)鏈接以實現(xiàn)良好治理；其次，智能系統(tǒng)控制器模塊是系統(tǒng)運行中非常重要的模塊。主要功能是有效地分析和管理樁荷載的結(jié)構(gòu)，從而使充電樁設(shè)計合理完成工作。此外，智能控制系統(tǒng)必須完成工作和運行數(shù)據(jù)的采集，下載負(fù)荷采集系統(tǒng)，并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆贫藬?shù)據(jù)系統(tǒng)；再者，云數(shù)據(jù)系統(tǒng)也是體育服務(wù)器設(shè)備。主要對整個智能云端負(fù)荷采集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進行采集、分析和管理，同時為系統(tǒng)整體運行提供決策信息[2]。Alsoshte也是基于云的智能支付收款系統(tǒng)的關(guān)鍵，用于智能管理關(guān)稅征收。通過云服務(wù)器負(fù)載采集架構(gòu)和智能負(fù)載管理系統(tǒng)的聯(lián)合管理，可以保證智能充電系統(tǒng)實現(xiàn)定制化的充電服務(wù)設(shè)置，滿足不同功能電動汽車的充電需求；最后，批量負(fù)載監(jiān)控管理平臺可以稱為負(fù)載保護模塊的安全模塊。在與其組成部分一起工作的過程中，它還擅長收集負(fù)載堆棧數(shù)據(jù)并將其傳輸?shù)娇刂葡到y(tǒng)和云服務(wù)器系統(tǒng)。云服務(wù)器接收到信息后，可以更智能地完成系統(tǒng)監(jiān)控和安全防護，確保充電系統(tǒng)安全傳輸能量；在智能云數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，還包含APP 手機軟件功能：手機APP 通過移動互聯(lián)網(wǎng)接入智能云計費系統(tǒng)，獲取智能云計費系統(tǒng)的工作信息、位置信息和管理權(quán)限。通過打造手機APP，保障充電的智能云數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)變得更加便捷。此外，移動APP 中還部署了云支付等功能，這也讓智能負(fù)載堆棧系統(tǒng)的使用更加便捷。

3.2 智能采集系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)的主要技術(shù)

3.2.1 物聯(lián)網(wǎng)

物聯(lián)網(wǎng)是現(xiàn)代社會發(fā)展中應(yīng)用最廣泛的技術(shù)之一。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的引入和發(fā)展，極大地提高了管理和控制對象的能力。在設(shè)計云端上傳系統(tǒng)到云端時，物聯(lián)網(wǎng)感知也是適用的。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)模塊主要分為三部分：外部數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊、內(nèi)部信息處理分析模塊。在智能云充電系統(tǒng)中，充電系統(tǒng)中的各種傳感器設(shè)備都是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用的數(shù)據(jù)采集接口模塊，包括充電器溫度傳感器、加載設(shè)備外部濕度傳感器、電表和二維碼識別等。云智能負(fù)荷采集系統(tǒng)中使用的終端數(shù)據(jù)傳輸模塊采用云智能負(fù)荷采集系統(tǒng)常用的操作模塊，如具有上網(wǎng)功能的SIM 卡+WIFI 通訊功能等模塊進行采集。

3.2.2 網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)

在智能負(fù)荷集群系統(tǒng)中應(yīng)用靈活通信技術(shù)時，主要分為三部分：第一部分是系統(tǒng)的靈活通信單元，通信協(xié)議存放在數(shù)據(jù)的靈活通信單元中，網(wǎng)絡(luò)傳輸配置還實現(xiàn)了通信協(xié)議的良好配置整個智能云集群系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)谋举|(zhì)。第二部分是設(shè)置通信接口。智能負(fù)荷采集系統(tǒng)中的每個數(shù)據(jù)傳輸模塊都配備了通信配置結(jié)構(gòu)和通信輸出接口，確保數(shù)據(jù)傳輸更高效。第三部分旨在建立各種溝通方式。智能云包計費系統(tǒng)通訊盒靈活設(shè)置主要包括PLC 通信控制、RS-485 通信控制、無線通信控制、CAN 通信控制等模塊，手機應(yīng)用提供和批量計費，智能云系統(tǒng)對講智能負(fù)載云數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和云數(shù)據(jù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸功能良好[3]。

3.3 負(fù)荷系統(tǒng)智能控制和監(jiān)控軟件模塊的開發(fā)

智能云數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)控制監(jiān)控軟件模塊是系統(tǒng)的重要組成部分，也是傳統(tǒng)負(fù)載堆棧系統(tǒng)所缺乏的功能。它在保護負(fù)載收集系統(tǒng)的安全功能方面起著非常重要的作用?，F(xiàn)代電動汽車充電站往往建在大型公共場所附近。由于電動汽車的進步尚未得到全面普及，充電樁的分布也相對分散，導(dǎo)致電動汽車用戶在使用過程中的體驗受到干擾。使用充電樁充電的過程很多人覺得用起來不方便，這樣也會造成充電樁損壞。開發(fā)了全新的智能批量充電監(jiān)控系統(tǒng)平臺后，可以更好地解決電池使用問題，讓充電樁更加安全、穩(wěn)定。

4.結(jié)語

電動汽車是一種以新能源為動力的新型汽車，也是更環(huán)保的車。在當(dāng)前節(jié)能環(huán)保的大環(huán)境下，電動汽車正吸引著眾多的關(guān)注和研究。相關(guān)的汽車專家希望通過電動汽車研究盡快取代化石燃料能源。通過這種方式，汽車在駕駛過程中的質(zhì)量和環(huán)境得到了一定的提高。在電動汽車的運行中，充電是一個比較重要的問題。充電系統(tǒng)是電動汽車的一次能源充電系統(tǒng)。隨著電動汽車的不斷進步，成批的現(xiàn)代化充電系統(tǒng)已不能滿足現(xiàn)代電動汽車的充電需求。在大數(shù)據(jù)的背景下，電動汽車充電樁智慧系統(tǒng)利用移動互聯(lián)技術(shù)打造電動汽車用戶信息平臺，及時了解電動汽車用戶的充電需要。這改變了汽車只提供單向服務(wù)和用戶充電的方式。因此，對于大數(shù)據(jù)背景下電動汽車充電樁智慧管理系統(tǒng)的研究是非常必要的。