電動(dòng)汽車(chē)有序充電智能管控軟件平臺(tái)設(shè)計(jì)

劉勇 劉元彬 趙書(shū)民 岳仁峰 孟令杰 李海龍

摘 ?要：為了打造便捷生活，實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶充電信息的精確采集、充電狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，該文基于電動(dòng)汽車(chē)立體車(chē)庫(kù)智能管控系統(tǒng)，設(shè)計(jì)并開(kāi)發(fā)電動(dòng)汽車(chē)有序充電智能管控軟件平臺(tái)。該軟件由電動(dòng)汽車(chē)有序充電后臺(tái)管理軟件和微信小程序兩部分構(gòu)成，旨在實(shí)現(xiàn)全面、高效的充電管理。電動(dòng)汽車(chē)有序充電后臺(tái)管理軟件作為整個(gè)系統(tǒng)的核心，主要包括基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理模塊、有序充電管理模塊、充電數(shù)據(jù)管理模塊。微信小程序作為前端工具，主要服務(wù)于電車(chē)用戶。用戶可以通過(guò)小程序錄入電車(chē)用戶的充電需求信息、車(chē)輛信息等，還能隨時(shí)查詢(xún)電車(chē)充電過(guò)程狀態(tài)信息等，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)多網(wǎng)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一調(diào)度、統(tǒng)一監(jiān)控和統(tǒng)一管理，實(shí)現(xiàn)智能立體車(chē)庫(kù)高效、安全運(yùn)營(yíng)。

關(guān)鍵詞：新能源；有序充電；微信小程序；智能管控；軟件設(shè)計(jì)

中圖分類(lèi)號(hào)：U491.8 ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2024）18-0049-04

Abstract： In order to create a convenient life and realize the accurate collection of users' charging information and real-time monitoring of charging status， this paper designs and develops an intelligent control software platform for orderly charging of electric vehicles based on the intelligent management and control system of electric vehicle three-dimensional garage. The software is composed of electric vehicle orderly charging background management software and WeChat Mini Programs， which aims to achieve comprehensive and efficient charging management. As the core of the whole system， the electric vehicle orderly charging background management software mainly includes basic data management module， orderly charging management module and charging data management module. As a front-end tool， WeChat Mini Program mainly serves tram users. Users can input tram users' charging demand information and vehicle information through Mini Program， and can also query tram charging process status information at any time， so as to realize unified scheduling， unified monitoring and unified management of multi-network data， and realize efficient and safe operation of intelligent three-dimensional garage.

Keywords： new energy; orderly charging; WeChat Mini Program; intelligent management and control; software design

進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，新能源汽車(chē)因?yàn)槿趨R了新能源、新材料和互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和人工智能等多種變革性技術(shù)，對(duì)建設(shè)清潔美麗世界、構(gòu)建人類(lèi)命運(yùn)共同體具有重要意義，得到了大力推廣[1]。新能源汽車(chē)的充電基礎(chǔ)設(shè)施是新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的重要組成部分，是新能源汽車(chē)最重要的配套基礎(chǔ)設(shè)施[2]。目前各種充電設(shè)施內(nèi)部車(chē)輛信息網(wǎng)、充電設(shè)備物聯(lián)網(wǎng)、電網(wǎng)等多套系統(tǒng)之間存在信息共享困難、數(shù)據(jù)種類(lèi)繁多、系統(tǒng)動(dòng)態(tài)異構(gòu)及信息孤島現(xiàn)象嚴(yán)重等問(wèn)題[3]。如何實(shí)現(xiàn)多網(wǎng)融合，并研發(fā)電動(dòng)汽車(chē)立體車(chē)庫(kù)智能管控軟件平臺(tái)及移動(dòng)客戶端，打造便捷生活，實(shí)施“互聯(lián)網(wǎng)+”信息惠民工程，是本項(xiàng)目的最終落腳點(diǎn)。

1 ?電動(dòng)汽車(chē)立體車(chē)庫(kù)智能管控軟件平臺(tái)

智能管控系統(tǒng)由基礎(chǔ)負(fù)荷預(yù)測(cè)算法、有序充電算法、智能管控裝置和智能管控軟件4部分構(gòu)成。基礎(chǔ)負(fù)荷預(yù)測(cè)算法是利用歷史負(fù)荷對(duì)未來(lái)24 h的區(qū)域負(fù)荷進(jìn)行預(yù)測(cè)，主要目的是為有序充電算法提供未來(lái)時(shí)間的可用負(fù)荷容量。有序充電算法是本系統(tǒng)的核心，主要目的是實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)汽車(chē)充電的優(yōu)化控制，實(shí)現(xiàn)負(fù)荷的移峰填谷和降低充電費(fèi)用。智能管控裝置由數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換單元（DTU）和充電管理控制器組成，DTU通過(guò)485接口與每臺(tái)充電樁中的充電控制器及小區(qū)基礎(chǔ)負(fù)荷總電度量表進(jìn)行通信，通過(guò)以太網(wǎng)接口與服務(wù)器進(jìn)行通信，來(lái)中轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)；充電管理控制器的主要功能是控制充電樁的通斷和采集充電狀態(tài)信息。

電動(dòng)汽車(chē)有序充電智能管控軟件主要由電動(dòng)汽車(chē)有序充電后臺(tái)管理軟件和微信小程序構(gòu)成。電動(dòng)汽車(chē)有序充電后臺(tái)管理軟件包括基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理、有序充電管理、充電數(shù)據(jù)管理等功能。微信小程序的主要功能是錄入電車(chē)用戶充電需求信息、車(chē)輛信息，查詢(xún)電車(chē)充電過(guò)程狀態(tài)信息和提醒電車(chē)用戶充電完成，軟件總體架構(gòu)如圖1所示。

2 ?電動(dòng)汽車(chē)有序充電后臺(tái)管理軟件

電動(dòng)汽車(chē)有序充電后臺(tái)管理軟件的開(kāi)發(fā)主要基于Java、JavaScript、CSS和HTML編程語(yǔ)言[4]，其開(kāi)發(fā)的主要平臺(tái)為配備Windows 11操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)，同時(shí)搭載了Intel（R） Core（TM） i5-13500 CPU與NVIDIA GeForce GTX 3050 GPU。采用IDEA和vscode為代碼編輯器及運(yùn)行平臺(tái)，并基于Anaconda創(chuàng)建并管理了Python的編譯環(huán)境和各類(lèi)庫(kù)函數(shù)。

電動(dòng)汽車(chē)有序充電后臺(tái)管理軟件監(jiān)控大屏界面如圖2所示，本界面通過(guò)在瀏覽器地址欄中輸入http：//localhost：8001進(jìn)入，本界面是對(duì)總體充電樁狀態(tài)的顯示，如充電樁的飽和比例、運(yùn)行占比、流量監(jiān)控、充電數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和所在相線，以及各個(gè)充電樁在充電狀態(tài)時(shí)的充電功率、已充電量、當(dāng)前荷電狀態(tài)（SOC）。

充電狀態(tài)后臺(tái)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)界面如圖3所示，本界面也是本系統(tǒng)的主界面。界面右側(cè)有頁(yè)面導(dǎo)航窗口（可隱藏），能夠進(jìn)行界面切換。本界面顯示1～200號(hào)充電樁圖標(biāo)。每一個(gè)圖標(biāo)能夠顯示充電樁編號(hào)、所在相位、通信狀態(tài)（正常/無(wú)連接）、運(yùn)行狀態(tài)（正常運(yùn)行/限流/待機(jī)/異常/快速充電）、充電電流和充電功率。本界面上方顯示有正常充電的充電樁數(shù)量，待機(jī)的充電樁數(shù)量，限流充電的充電樁數(shù)量，異常充電的充電樁數(shù)量，快速充電的充電樁數(shù)量，接在A相上的充電樁數(shù)量，接在B相上的充電樁數(shù)量，接在C相上的充電樁數(shù)量。并能夠通過(guò)點(diǎn)擊顯示框，找到對(duì)應(yīng)狀態(tài)的充電樁圖標(biāo)。

點(diǎn)擊充電樁圖標(biāo)后將顯示充電樁子界面，本界面顯示充電樁編號(hào)。界面需要顯示如圖4所示的所有參數(shù)信息，并設(shè)有“快速充電”“限流充電”和“停止充電”按鈕。

“快速充電”：點(diǎn)擊“快速充電”按鈕后，當(dāng)前充電樁不再接受有序充電算法的調(diào)度控制，使其一直保持在最大電流充電狀態(tài)。本狀態(tài)只有在充電樁為“正常充電”或者“限流充電”狀態(tài)時(shí)才可使用，其他狀態(tài)點(diǎn)擊無(wú)效。

“限流充電”：點(diǎn)擊“限流充電”按鈕后，當(dāng)前充電樁不再接受有序充電算法的調(diào)度控制，使其一直保持在最小電流充電狀態(tài)。本狀態(tài)只有在充電樁為“正常充電”或者“快速充電”狀態(tài)時(shí)才可使用，其他狀態(tài)點(diǎn)擊無(wú)效。

“停止充電”：點(diǎn)擊“停止充電”按鈕后，充電樁進(jìn)入“待機(jī)”狀態(tài)，再次充電時(shí)，需要重新刷卡并在微信小程序中重新配置。本狀態(tài)只有在充電樁為“快速充電”“正常充電”或者“限流充電”狀態(tài)時(shí)才可使用，其他狀態(tài)點(diǎn)擊無(wú)效。

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理界面，包括“充電樁管理”“用戶管理”“品牌數(shù)據(jù)庫(kù)”“車(chē)型數(shù)據(jù)庫(kù)”4個(gè)子界面?！俺潆姌豆芾怼弊咏缑婺軌?qū)Τ潆姌哆M(jìn)行新增、查詢(xún)、編輯和刪除等操作，能夠進(jìn)行編輯的參數(shù)有“充電樁編號(hào)”“通信地址”“充電樁所在相位”“充電樁型號(hào)”和“最大功率”，并能根據(jù)“充電樁編號(hào)”和“充電樁所在相位”進(jìn)行查詢(xún)；“用戶管理”子界面能夠?qū)τ脩粜畔⒑陀脩魵v史充電記錄進(jìn)行新增、查詢(xún)、編輯和刪除等操作，并能夠根據(jù)賬號(hào)或者手機(jī)號(hào)查詢(xún)充電用戶；“品牌數(shù)據(jù)庫(kù)”子界面能夠?qū)?shù)據(jù)庫(kù)中的車(chē)輛品牌進(jìn)行新增、查詢(xún)、編輯和刪除等操作，并能夠品牌名稱(chēng)進(jìn)行查詢(xún)；“車(chē)型數(shù)據(jù)庫(kù)”子界面能夠?qū)?shù)據(jù)庫(kù)中的車(chē)輛型號(hào)進(jìn)行新增、查詢(xún)、編輯和刪除等操作。

常規(guī)負(fù)荷數(shù)據(jù)管理界面如圖5所示，包括“充電樁歷史數(shù)據(jù)”和“負(fù)荷預(yù)測(cè)”2個(gè)子界面。在“充電樁歷史數(shù)據(jù)”界面中，可以根據(jù)時(shí)間區(qū)間、設(shè)備、數(shù)據(jù)類(lèi)型進(jìn)行查詢(xún)。查詢(xún)?cè)O(shè)備包括充電樁負(fù)荷和基礎(chǔ)負(fù)荷，其中充電樁的參數(shù)類(lèi)型包括充電樁功率、充電樁電流、充電樁電壓；基礎(chǔ)負(fù)荷的參數(shù)類(lèi)型包括小區(qū)總的基礎(chǔ)負(fù)荷、小區(qū)基礎(chǔ)負(fù)荷A相負(fù)荷、小區(qū)基礎(chǔ)負(fù)荷B相負(fù)荷、小區(qū)基礎(chǔ)負(fù)荷C相負(fù)荷。在統(tǒng)計(jì)圖中，橫軸為時(shí)間，縱軸為所查詢(xún)的參數(shù)值。在“負(fù)荷預(yù)測(cè)”界面中，根據(jù)小區(qū)歷史基礎(chǔ)負(fù)荷數(shù)據(jù)對(duì)24 h內(nèi)的小區(qū)基礎(chǔ)負(fù)荷進(jìn)行預(yù)測(cè)，并在界面中進(jìn)行可視化顯示。

3 ?電動(dòng)汽車(chē)有序充電微信小程序

充電小程序的完成主要使用了HBuilder（uniapp）和微信開(kāi)發(fā)者工具[5]。開(kāi)發(fā)的主要平臺(tái)為配備Windows 10操作系統(tǒng)的個(gè)人計(jì)算機(jī)，同時(shí)搭載了Intel（R） Core（TM） i7-9700 CPU與NVIDIA GeForce GTX 1650 GPU。采用HBuilder 為代碼編輯器及微信開(kāi)發(fā)者工具為運(yùn)行平臺(tái)。

如圖6所示，新用戶可以通過(guò)微信快速登錄。首先跳轉(zhuǎn)到微信小程序首頁(yè)，首次登錄需要用戶在我的信息→我的車(chē)輛中添加車(chē)輛信息。

頁(yè)面下方有“充電信息”“我要充電”“我的信息”導(dǎo)航窗口，能夠進(jìn)入對(duì)應(yīng)的界面。

如圖7所示，用戶在“我要充電”界面，需輸入相關(guān)信息然后進(jìn)行有序充電，其中“車(chē)牌”通過(guò)選擇已經(jīng)添加入車(chē)輛信息，“車(chē)型”和“電池容量”根據(jù)已經(jīng)添加車(chē)輛信息自動(dòng)完成輸入，“充電樁ID”由用戶輸入或掃描二維碼自動(dòng)填充，“初始SOC”“提車(chē)SOC”和“提車(chē)時(shí)間”需由用戶輸入?！疤彳?chē)SOC”與“提車(chē)時(shí)間”支持后續(xù)更改。點(diǎn)擊“有序充電”按鈕后，“有序充電”按鈕變?yōu)椤案略O(shè)置”按鈕。

如圖8所示，用戶在“充電管理”界面選擇正在充電的任務(wù)，可以查看當(dāng)前任務(wù)的相關(guān)信息，包括車(chē)輛型號(hào)、車(chē)牌、充電樁編號(hào)、當(dāng)前充電功率、當(dāng)前充電電流、當(dāng)前SOC、預(yù)計(jì)完成時(shí)間和已充電量。“問(wèn)號(hào)”：點(diǎn)擊“問(wèn)號(hào)”按鈕，將彈出對(duì)相關(guān)概念的解釋說(shuō)明?！巴Ｖ钩潆姟保狐c(diǎn)擊“停止充電”按鈕，充電樁進(jìn)入“待機(jī)”狀態(tài)，再次充電時(shí)，需要重新刷卡并在微信小程序中重新配置。

4 ?結(jié)束語(yǔ)

本系統(tǒng)是基于于電動(dòng)汽車(chē)立體車(chē)庫(kù)智能管控系統(tǒng)進(jìn)行開(kāi)發(fā)的電動(dòng)汽車(chē)有序充電智能管控軟件平臺(tái)。電動(dòng)汽車(chē)有序充電后臺(tái)管理軟件可以實(shí)現(xiàn)對(duì)充電樁的遠(yuǎn)程監(jiān)控和管理，確保充電樁的正常運(yùn)行和充電服務(wù)的順利進(jìn)行；微信小程序則為用戶提供了便捷的充電服務(wù)預(yù)約和支付功能，提高了充電服務(wù)的便利性和用戶體驗(yàn)。該平臺(tái)結(jié)合了后臺(tái)管理和用戶端功能，實(shí)現(xiàn)了對(duì)電動(dòng)車(chē)充電服務(wù)的全面管控和優(yōu)化，為用戶和運(yùn)營(yíng)商提供了更加便捷和高效的充電服務(wù)體驗(yàn)。

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