智慧小區(qū)能源管理系統(tǒng)研究

張燕妮，邵媛媛，劉學(xué)功，林郭森

（青島城市學(xué)院，山東 青島 266000）

根據(jù)國家相關(guān)部門統(tǒng)計(jì)，當(dāng)下全國新能源汽車保有量已經(jīng)超過了700萬臺，中國電動自行車保有量達(dá)3.25億輛，隨著新能源車銷量的持續(xù)攀升，充電難的問題日益凸顯，諸如業(yè)主們反應(yīng)的“排隊(duì)4 h，充電1 h”的問題也上了熱搜。中國電動汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施促進(jìn)聯(lián)盟技術(shù)和認(rèn)證部主任劉鍇指出，解決居民社區(qū)充電難題將是“十四五”的重點(diǎn)工作方向之一[2]。本研究的重要性在于面對目前社區(qū)并未實(shí)現(xiàn)“一車一樁”的現(xiàn)狀，合理、智能地管理車輛充電順序、充電時(shí)間，其價(jià)值和實(shí)踐意義在于能有效解決車主充電體驗(yàn)中遇到的無序等待帶來的痛點(diǎn)問題，從而實(shí)現(xiàn)物業(yè)和車主的雙贏。

1 研究現(xiàn)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(jī)與環(huán)境污染的問題，但是目前電動車輛的續(xù)航能力有限，電動車輛的普及率與充電樁的運(yùn)營情況有著密切的關(guān)系。充電樁是向新能源汽車補(bǔ)充電能的裝置，功能類似于加油站里面的加油機(jī)，根據(jù)不同的電壓等級為各種類型的新能源汽車充電[3]。據(jù)充電聯(lián)盟數(shù)據(jù)，2021年中國充電總電量達(dá)到111.5億kW·h，同比增58.0%。根據(jù)中汽協(xié)及充電聯(lián)盟數(shù)據(jù)，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(chǔ)設(shè)施保有量達(dá)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(shè)施建設(shè)速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于電動汽車的發(fā)展速度，充電樁和電動汽車數(shù)量嚴(yán)重不匹配，普遍存在用戶充電困難、充電樁利用率低等浪費(fèi)社會資源的現(xiàn)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(shù)量的增加，電動自行車充電安全問題也開始顯現(xiàn)，尤其是充電期間引發(fā)的火災(zāi)問題，引起了國家以及社會的高度關(guān)注。由于不規(guī)范的充電，在全國多個(gè)地區(qū)的小區(qū)、商業(yè)中心等人員集聚區(qū)造成了多起火災(zāi)事故，根據(jù)全國各地消防部門提供的調(diào)查數(shù)據(jù)，電動自行車引發(fā)的火災(zāi)，75%發(fā)生在充電期間，90%是由充電直接或間接導(dǎo)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(jìn)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(fā)火災(zāi)事故。因此如何合理利用集中充電設(shè)施，有效規(guī)范小區(qū)管理，成為業(yè)主們?nèi)粘ｊP(guān)注的重要問題，也是保障居民生命財(cái)產(chǎn)安全的大事[5]。

2 總體方案

本次設(shè)計(jì)方案主要包括合理利用“樁”資源、健全“樁”環(huán)境用電安全、及時(shí)監(jiān)督攜車入梯現(xiàn)象等3個(gè)方面的優(yōu)化設(shè)計(jì)，從效率、消防、電梯等方面優(yōu)化解決車主充電過程中的痛點(diǎn)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(yù)約+實(shí)時(shí)搜索功能，提高“樁”資源的利用率，如圖2所示。

圖2 預(yù)約方案圖

遏止火災(zāi)的發(fā)生。通過溫度越限報(bào)警處理功能，健全消防系統(tǒng)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)充電異?，F(xiàn)象，遏止火災(zāi)的發(fā)生。

杜絕隱患，營造和諧安全的公共居住環(huán)境，不僅靠自覺，也需要物業(yè)的及時(shí)管控。通過網(wǎng)絡(luò)攝像頭，及時(shí)捕捉私自推車進(jìn)電梯情況，及時(shí)阻斷入戶充電的情況。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 數(shù)據(jù)采集

通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)充電樁、泊車位及車棚聯(lián)網(wǎng)，實(shí)時(shí)收集充電樁位置、車位是否在被使用、預(yù)計(jì)使用結(jié)束時(shí)間等數(shù)據(jù)。用戶可以就近選擇充電樁，設(shè)置用樁的起始時(shí)間及使用時(shí)長。同時(shí)通過程序設(shè)計(jì)實(shí)時(shí)檢測用戶預(yù)約的有效性，如果到達(dá)預(yù)約時(shí)間，充電樁并未使用，則視為“爽約”，并將預(yù)約取消，此項(xiàng)操作不僅便于用戶高效預(yù)約到“樁”資源，還可以有效過濾掉“爽約”情況，及時(shí)釋放被占用的“樁”資源，供有真實(shí)需求的用戶及時(shí)預(yù)約使用。

if（時(shí)間等于預(yù)約時(shí)間&&預(yù)約樁使用中）

預(yù)約有效；

else

預(yù)約無效；

在車棚安裝溫度檢測模塊，實(shí)時(shí)采集車棚內(nèi)車輛的溫度數(shù)據(jù)及變化數(shù)據(jù)等。用戶可以實(shí)時(shí)檢測用樁過程中的溫度信息。

if（溫度達(dá)到預(yù)設(shè)閾值）

觸發(fā)預(yù)警；

else

不做任何處理；

在車棚安裝網(wǎng)絡(luò)攝像頭，收集并保存車棚內(nèi)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(shù)，抓取電動車進(jìn)電梯的影像及電動車進(jìn)入的樓層信息，現(xiàn)在越來越多的居民小區(qū)都配置有電梯，雖然物業(yè)一直要求電動車在集中充電點(diǎn)進(jìn)行充電，但是部分住戶仍不自覺，因此本次設(shè)計(jì)更好地利用圖像處理技術(shù)，提取推車入梯的現(xiàn)象，方便物業(yè)監(jiān)管人員及時(shí)獲知該類危險(xiǎn)操作，及時(shí)進(jìn)行制止和勸阻，從而更好地實(shí)現(xiàn)全民自覺到集中充電點(diǎn)進(jìn)行安全充電的目的。

3.2 數(shù)據(jù)使用

使用充電樁、泊車位、車棚位置數(shù)據(jù)及充電樁預(yù)約信息，為住戶提供“樁”資源預(yù)約和尋找功能。車棚溫度結(jié)合GIS技術(shù)，實(shí)時(shí)展示各充電區(qū)域的溫度情況，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)攝像頭保證充電安全及住戶財(cái)產(chǎn)安全。圖像處理數(shù)據(jù)用于監(jiān)控及排查電動車入戶充電的安全隱患住戶。數(shù)據(jù)使用如圖3所示。

圖3 數(shù)據(jù)使用圖

3.3 系統(tǒng)搭建

搭建智慧能源管理系統(tǒng)，為住戶提供APP、PC端、H5、微信小程序等實(shí)時(shí)預(yù)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(shí)提車，提高充電樁循環(huán)利用率。

為消防、物業(yè)等單位提供基于GIS搭建的全區(qū)溫度智慧看板，當(dāng)某車棚溫度變化或溫度最高值達(dá)到了設(shè)定的閾值，系統(tǒng)自動預(yù)警并切斷異常區(qū)域充電樁電源，同時(shí)系統(tǒng)自動切換到異常區(qū)域網(wǎng)絡(luò)攝像頭畫面，便于相關(guān)單位及時(shí)查看現(xiàn)場情況。

對系統(tǒng)自動抓取的電動車入戶的住戶，系統(tǒng)自動生成報(bào)表及圖像依據(jù)，供物業(yè)及相關(guān)單位參考，杜絕電動車入戶充電的風(fēng)險(xiǎn)隱患。智慧能源管理系統(tǒng)如圖4所示。

圖4 預(yù)約信息圖

4 結(jié)束語

本次研究的創(chuàng)新點(diǎn)如下：①開放“樁”預(yù)約服務(wù)，提升“樁”資源的有序利用；開放實(shí)時(shí)搜索空閑的“樁”資源，節(jié)省業(yè)主尋“樁”時(shí)間。②通過溫度檢測模塊，實(shí)時(shí)監(jiān)測現(xiàn)場溫度，提高安全性。③通過網(wǎng)絡(luò)攝像頭，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程巡檢，保護(hù)用“樁”者的財(cái)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(shí)阻止。