基于OCPP的汽车充电桩系统与后台管理系统设计与实现

陕西理工大学机械工程学院 杜明明 崔立堃 冯绪永 王承祥

在信息化时代,电动汽车充电桩的发展也非常迅速,然而,充电桩基础设施的缺乏和系统的不健全是目前大规模采用电动汽车的主要障碍之一,在充电桩系统中,软件系统和硬件系统之间的信息交换能力是充电桩发展的一个关键因素。运用Web前端技术搭建出客户端界面,接着运用MySQL技术、JDK项目构建技术和Maven项目管理工具等技术搭建出可以和客户端交互基于的服务器,最后通过验证证明基于OCPP设计的系统能够进行快速、准确的通信,能够达到预期的设计目标。

0 前言

随着我国经济持续快速发展,城市机动车数量越来越多,这也导致汽车尾气对环境造成的污染越来越严重。中国要走节能环保、绿色出行的道路,一定要大力发展节能汽车、新能源汽车[1],以及基础设施建设的大力发展,所以充电桩的建设发展需求必然大幅增加。目前,国家电网,南方电网,特来电能等多数国内充电设备生产厂商和运营商多采用以104协议作为基础协议,并对其进行一定程度上的修改。其数据量很小,但是易读性较差,而且缺少拓展性。OCPP(开放充电通讯协议)尝试构建出一种免费的开放标准,它是一种通用的开放通讯协议,它用于解决私营充电网络带来的私有性的挑战[2-3],统一的通讯标准可以使不同的CSMS和CS达到高度的互联互通,因此对于整个电动汽车市场都是一个优势。本文在对OCPP进行研究后,基于Linux下的Ubuntu操作系统[4-6]实现了OCPP通信功能,经过验证,各个功能均可以达到良好的交互,拟为后续汽车充电桩的通信模式和管理方式提供借鉴意义。

1 OCPP v1.6

OCPP为CS与各种不同的CSMS(充电站管理系统)间提供了一种统一的通讯手段。该协议的架构能支持来自不同供应商的CSMS与所有的CS点互相连接[7]。OCPP的目标是为充电站和充电站管理系统之间的通信方法提供统一的解决方案。OCPP 1.6引入了一些新功能,包括智能充电,并在支持SOAP格式之后开始支持基于WebSocket的JSON应用格式[8]。JSON是一种轻量的数据集交换格式,采用完全独立于编程语言的文本格式来存储和表示数据,具有简洁和清晰的层次结构,易于开发者编写、阅读和检查,也易于机器解析和生成,传输速度快等特点,正成为Web上最流行的数据交换格式之一[9-12]。

2 OCPP功能代码实现

2.1 授权

该功能块描述了与授权相关的功能,它包含了对用户进行授权的不同方式,在线或离线授权,以及授权请求消息处理行为、授权缓存功能等。当用户希望将电动汽车从充电站拔出时,充电站需要验证用户是发起充电的用户,或者用户是同一组用户,从而允许终止充电。电动汽车司机插入电动汽车与充电站之间的充电电缆。充电站发送状态通知请求和充电事件请求(事件类型=已启动),以通知CSMS有关已插入电缆的信息,电动汽车司机按下开始按钮开始充电。

2.2 充电请求

在OCPP1.6中,这是由CSMS完成的,充电站生成的充电ID对于该充电站必须是唯一的,在充电站的生命周期内,它永远不应使用两次相同的充电ID。EV驾驶员将其“EV”停在带有停车位占用检测器的充电站,这将触发检测器,充电站发送充电请求(事件类型=已启动),通知CSMS有关已开始的充电,CSMS响应充电响应,确认已收到充电事件请求。

2.3 CS停止充电请求

该用例描述了电动汽车司机如何停止充电,通知CSMS充电站的充电已停止。当停车位占用不再检测到电动车时,停止充电。充电站停车场占用检测器停止检测电动汽车充电站发送充电事件请求(事件类型=已结束),通知CSMS有关已结束的充电。

2.4 启动请求

启动通电后,充电站将向充电站管理系统发送启动通知的请求,其中包含有关其配置的信息。充电站管理系统应响应来指示是否接受该充电站。每次启动或重新启动时,充电站都应发送一个启动通知请求。当充电站管理系统接收到充电站启动通知的请求后,充电站管理系统会对充电站的请求进行响应,其中包含充电站管理系统的当前时间、间隔和状态,其中状态主要有三种类型:(1)Accepted;(2)Pending;(3)Refused。

3 充电站及管理系统设计

3.1 客户端的设计

以OCPP1.6协议为基础搭建充电站客户端,目的是使充电站管理系统和充电站可以进行正常的连接和相互通信。本文客户端的搭建还涉及到UI界面的运行,用到的技术主要是HTML超文本标记语言,因为现代浏览器对HTML错误的容错率很高,并采用启发式方法来默默地纠正错误,正是由于这些错误纠正启发式方法的存在,网页的呈现速度可能会更慢[13]。如图1所示的OCPP客户端的UI操作界面。

图1 客户端UI界面Fig.1 Client UI interface

3.2 实现Steve服务器的实现

通过运用MySQL数据库技术、Maven项目管理技术、JDK构建技术等核心技术搭建的服务器运行环境来构建Steve服务器。服务器登录界面如图2所示。

图2 服务器登录界面Fig.2 Server login interface

4 客户端和服务器端交互

通过所搭建的Steve服务器,结合OCPP中所涉及的功能块的工作原理,最后成功地实现了功能,并且可以很好地进行工作。图3展示了后台管理系统的关于充电桩充电的信息。

图3 后台管理界面Fig.3 Backstage management interface

5 结论

从OCPP在充电桩和充电站管理系统的通信中扮演着越来越重要的作用出发,以该协议为参考基础进行了功能模块的研究,接着运用项目构建工具、MySql数据库技术、Maven等技术搭建设计出服务器;运用Web前端技术设计出客户端运行界面,最后应用WebSocket协议把客户端连接到服务器。通过连接良好的两端进一步验证各个OCPP功能块。经过多次验证,证明了所设计的系统运行稳定,响应及时,能达到预期设计目标,同样也为以后充电桩通讯协议应用OCPP提供了一种可行性的框架思路。

引用

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[2] Alcaraz C,Lopez J,Wolthusen S.OCPP Protocol:Security Threats and Challenges[J].IEEE Transactions on Smart Grid,2017(99):1.

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