智能化电动汽车充电服务平台的设计

许林　张腾飞　梁旭

摘要：针对迅猛发展的多样化的电动汽车充电服务需求，提出一种智能化电动汽车充电服务平台设计方案。将系统功能模块划分为智能充电终端、充电管理网络和充电大数据应用等三个模块。利用充电桩，通信计算机，云计算服务器建立平台的基础硬件系统，采用CAN总线，RS-485，TPC/IP：（～GPRS建立平台的通信系统，使用OpenStack架构建立平台的充电管理网络系统，借助前台开发语言建立平台的有线或无线智能终端系统。实践表明，充电平台的设计方案技术路线正确、切实可行。

关键词：充电服务；充电管理网络；智能终端；openstack架构

中图分类号：TP399

文献标志码：A

文章编号：1006-8228（2017）01-24-03

0.引言

受益于新能源汽车应用的快速增长，我国新能源汽车充电设施行业将面临巨大的发展空间，目前充电设施供需之间的矛盾日益突出，无法满足用户日益增长的充电服务需求。现有的一些充电设施分布零散，不便统一管理；已积累的一些充电数据，还没有深入研究的价值，不能给未来的充电服务提供很好的规划。本着服务地方充电设施产业，考虑用户的充电服务需求和企业用户业务运营管理的大数据价值需求，以“互联网+”模式为驱动，基于互联网、物联网技术，大数据技术，将充电设施与互联网紧密结合，搭建智能化电动汽车充电服务平台云平台，具有重要的经济和社会意义。

1.系统的主要功能和特点

本系统积极抓住了中国新能源汽车迅速崛起的机遇，用互联网+思维建设和运营“智能化电动汽车充电服务平台”，为新能源汽车设备制造商和终端用户提供充电运营服务。经过前期需求分析，建立系统的功能模块如下。

（1）智能充电终端软件模块。针对充电设备生产企业的迫切需求，开发充电预约，充电操作、充电控制、充电支付等软件服务模块，形成可定制用户充电APP，满足客户的需求。

（2）充电管理网络模块。选用合适的云平台解决方案来对存储海量充电数据，设计管理系统对充电服务进行管理，并提供及时的通信服务需求。

（3）充电大数据应用模块。利用充电桩运行时产生的生产运行数据和运营管理数据，利用数据分析挖掘价值，对企业用户提供充电桩的状态监测与预警、故障抢修、客户分析和企业整体运营调度等服务，同时还可以为用户提供常用充电桩区域的平均用电状况、峰谷时段分布等信息让用户根据实时情况选择充电时间，优化充电桩的使用分配等。

本系统特点和优势如下：①以充电桩作为电动汽车互联网的入口开展服务，建立了充电企业和终端客户的紧密联系；②可以深挖电动汽车充电运营的大数据价值，为未来不同客户潜在服务打下基础；③打造新能源汽车产业链生态系统，为产业链提供服务，引领电动汽车充电行业的发展。

2.系统平台设计

针对不同的充电服务需求，设计统一的充电服务云平台，设计多样化可定制的前台服务软件模块和大数据管理和应用系统，是本系统建设成败的关键。因此在互联网、电网系统基础之上的，设计系统层次结构为基础设施层、网络层、应用层构成，如图1所示。

（1）基础设施层：由各种型号充电桩在各个区域布点，建立起一个充电桩区域网，并利用充电管理系统模块中的云平臺进行后台数据管理。

（2）网络层：为了实现充电桩后台管理系统实时与充电桩通信，后台管理系统和终端用户进行通信，需要采用不同的网络通信协议来实现连接。

（3）应用层：本层次利用数据挖掘技术对海量数据和信息进行分析和处理，将分类整理好的数据传输至控制台，并开发可定制用户充电APP，提供充电服务，满足用户充电需求。

3.系统功能模块设计

3.1基础设施层设计

基础设施层主要包括充电桩设备网的构建和云管理系统的构建。即将充电站的各个充电桩和以总线的形式和通信计算机互联，建立起一个充电桩区域网，将通信计算机以网络协议的形式和云管理中心计算机互联形成充电管理网络。

云管理计算机系统主要采用OpenStack方案建立云管理软硬件系统，提供基础架构服务（IaaS），由通讯、存储、云计算与后台维护等模块组成。通讯模块用于实现系统中各个组件问的信息交换，保证信息的可靠性、实时性和一致性；存储模块支持结构化及非结构化数据结构的信息存储服务；云计算模块提供了实现利用计算机集群进行大规模并行计算的运行机制；后台维护模块提供Web界面工具支持，可以其配置、启动、停止充电桩服务，是一个跨平台、可扩展的对计算机集群及其各节点上运行的资源及服务进行自动化智能管理、调度和监控的系统。

3.2网络通信层的设计

以通信计算机为主机，用充电桩作为从机。其接口连接图如图2。由于PC机默认的只带有RS232接口，通过RS485转换电路将PC机串口RS232信号转换成RS485信号，可以得到PC上位机的RS485电路。

充电桩通过CAN网络与电动汽车通信，获取电动汽车电池类型及系统参数、充电过程中的参数，通过RS485网络与通信计算机进行通信，实现充电模块状态监测与充电控制，如图3所示。中心计算机与智能电表通信，获取计量信息，通过TCP/IP协议将数据传至云平台，进行计费处理，并将最终数据通过CAN网络传递给用户，完成充电计费与充电过程的联动控制。

3.3应用层设计

应用层设计的关键是充电大数据采集和挖掘。首先采集充电桩工作的电力数据、充电桩设备数据、电动汽车数据、用户APP数据，分别建立电动汽车数据库、不同类别电动汽车充电行为数据库、充电桩行为数据库、个人用户充电行为数据库；然后运用数据统计、数据分类和聚类等数据挖掘技术，挖掘有价值的信息，提供给不同类型的用户使用，其功能示意图如图4所示。

4.结束语

本系统提出了以电动汽车充电桩为入口的充电服务平台设计方案，讨论了系统的功能需求，给出了系统详细的功能模块和具体设计路线图。该设计可以有效解决不同用户问的多样化价值服务需求，进一步促进充电设施产业进一步发展，具有一定的经济和社会价值。未来将按照软件工程的开发规范对系统进行平台设计和实现，以满足用户不断变化的需求。