王東方 郭 偉 于全成 石 琦

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電動汽車快充站智能運維管理解決方案

王東方1郭 偉1于全成2石 琦2

（1. 機械工業(yè)信息中心，北京 100823；2. 北京國電智源科技有限公司，北京 100025）

本文針對電動汽車快速充電站（以下簡稱快充站）運維管理存在的問題提出一個智能化互動解決方案。通過當(dāng)前成熟的安防技術(shù)、互動手段及新能源技術(shù)的智能整合，結(jié)合傳感器物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)搭建一個分布式、智能化網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程運維管理服務(wù)系統(tǒng)，更高效、便捷的對快充站進(jìn)行運維管理，提升服務(wù)質(zhì)量。同時通過數(shù)據(jù)可視化及數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，對運維數(shù)據(jù)進(jìn)行智能化分析，為快充站長期運營管理提供決策參考。

快充站；智能化互動；運維；視頻異動

隨著國家對新能源汽車的宣傳推廣和政策支持，越來越多的人開始選擇新能源汽車作為代步工具。與此同時，物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)在新能源領(lǐng)域的深入應(yīng)用對充電設(shè)施的建設(shè)運營也提出了新的需求，要求充電站提升網(wǎng)絡(luò)運營安全性和服務(wù)便捷性，實現(xiàn)服務(wù)質(zhì)量多渠道保障、服務(wù)問題準(zhǔn)現(xiàn)場解決。

當(dāng)前快充站的運維管理依然以人工現(xiàn)場處理為主，本方案立足于建設(shè)一個覆蓋快充站管理中心、快充站點、重點和非重點設(shè)備區(qū)域，支持監(jiān)控運維網(wǎng)帶外通訊，支持監(jiān)控運維網(wǎng)獨立自供電運行，集動力、環(huán)境、視頻、設(shè)備、安防、消防綜合監(jiān)測、調(diào)控、監(jiān)視軟硬件平臺于一體的分布式、智能化網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程運維管理系統(tǒng)。根據(jù)在建或者已建成的電動汽車快充站建設(shè)情況，著重從用戶使用的角度考慮，提高服務(wù)整體水平；利用當(dāng)前成熟的方案和產(chǎn)品，充分發(fā)掘產(chǎn)品的互動性，達(dá)到對整體運營環(huán)境及設(shè)備可選擇、可控制的目的。

1 設(shè)計

系統(tǒng)由智能安防、智能交互、新能源供電系統(tǒng)、云智控服務(wù)平臺等組成，同時充分考慮系統(tǒng)擴(kuò)展性及增值運營業(yè)務(wù)。

1.1 智能安防

利用云計算技術(shù)，整合當(dāng)前快充站已有的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，搭建快充站氣象站及智能消防體系，利用數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)、云存儲等手段，通過互聯(lián)網(wǎng)公網(wǎng)定向傳輸、VPN、CDN等多種渠道，實現(xiàn)與現(xiàn)有（或新建）監(jiān)控中心聯(lián)通，到達(dá)對充電站的實時及觸發(fā)式監(jiān)控。

1.2 智能交互

智能交互設(shè)備是智控服務(wù)平臺核心組件，是用戶操作的核心窗口，能夠?qū)崿F(xiàn)充電設(shè)施故障申報、車位管理、智能語音互動及協(xié)助、廣告投放等核心功能及附加增值業(yè)務(wù)，系統(tǒng)由智能互動終端、智能地鎖、車輛識別等自動智能感應(yīng)設(shè)備組成。同時為更好的提升資源利用率及用戶滿意度，在當(dāng)前智能手機普及的情況下，利用SaaS級社會化客戶關(guān)系管理平臺（暨微信公眾號）對數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行展示，對關(guān)鍵信息實現(xiàn)實時推送，最大限度實現(xiàn)人、車、站的閉環(huán)交互。

1.3 新能源供電系統(tǒng)

在快充站充分利用太陽能、風(fēng)能，加上市電構(gòu)成三能一體的供電系統(tǒng)，可實現(xiàn)對站內(nèi)本系統(tǒng)涉及的照明、監(jiān)控、傳感器、大屏等獨立供電。系統(tǒng)是集風(fēng)能、太陽能及蓄電池等多種能源發(fā)電技術(shù)及系統(tǒng)智能控制技術(shù)為一體的復(fù)合可再生能源發(fā)電系統(tǒng)。系統(tǒng)可根據(jù)現(xiàn)場氣象條件及需求進(jìn)行靈活組合搭建，可設(shè)計為風(fēng)光互補發(fā)電、風(fēng)能獨立發(fā)電、太陽能獨立發(fā)電3種發(fā)電系統(tǒng)。為確保供電可靠性系統(tǒng)接入市電，并實現(xiàn)無間隙切換，保證自用電在長效可靠的狀態(tài)下穩(wěn)定的工作。

1.4 云智控服務(wù)平臺

從智能安防、智能交互終端產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信息匯集到智能服務(wù)平臺進(jìn)行集中處理，對車輛狀態(tài)、快充站整體運營環(huán)境等進(jìn)行梳理分析，并通過多種渠道反饋至系統(tǒng)管理側(cè)人員或電動汽車用戶。系統(tǒng)構(gòu)架圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)構(gòu)架圖

2 功能

2.1 智能安防

1）可視化智能監(jiān)控（如圖2所示）。由安裝在各快充站智能管控終端、高清攝像頭、行為探測器和服務(wù)器軟件等組成。當(dāng)有預(yù)制告警事件觸發(fā)系統(tǒng)設(shè)置的安全閥值，實時通過光纖或3G/4G移動網(wǎng)絡(luò)將充電站運行狀況的異動圖像實時傳送給集中管理中心。與此同時，在智能管控終端的硬盤上錄制所采集的多路高清視頻數(shù)據(jù)，以備事后回放和查詢使用。

2）環(huán)境監(jiān)測預(yù)警。采用物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)設(shè)計，結(jié)合各傳感器、控制器可對各充電站的環(huán)境信息進(jìn)行集中監(jiān)測采集，不僅實現(xiàn)本地環(huán)境信息的可視化，還可通過光纖或3G/4G移動網(wǎng)絡(luò)將充電站周邊運行狀況的環(huán)境信息實時傳送給集中管理中心。

圖2 可視化智能監(jiān)控

3）智能消防監(jiān)控報警。使用高靈敏度的火情數(shù)據(jù)傳感器，通過布置在充電樁內(nèi)部的數(shù)據(jù)采集裝置，監(jiān)測環(huán)境溫度、氣體成分等信息，智能判斷內(nèi)部火災(zāi)情況，可早期探測到火災(zāi)并按各種警報預(yù)案進(jìn)行上報，以便采取一系列的干預(yù)動作（如預(yù)降溫、傳遞信號至控制系統(tǒng)）。

4）周界防護(hù)預(yù)警。為避免人員因環(huán)境不熟悉或好奇等因素而產(chǎn)生安全隱患，需要在敏感、危險區(qū)域進(jìn)行周界預(yù)警防范措施。當(dāng)有人員侵入該區(qū)域時，實時觸發(fā)報警信號（震動、紅外光波，動態(tài)偵測等），通過聯(lián)動報警廣播，對侵入人員進(jìn)行語音警示，進(jìn)而制止侵入人員的后續(xù)行為。

2.2 智能交互

用戶進(jìn)入快充站時，交互終端會自動播放“歡迎使用綠色清潔能源”的歡迎詞。由于電動汽車的充電需要較長的時間，因此在此期間可以利用互動終端的液晶屏和大尺寸全彩LED屏進(jìn)行便民信息、促銷信息、公益信息和廣告信息的發(fā)布，既解決了充電等待的問題，又為快充站提供了增值業(yè)務(wù)。系統(tǒng)通過云平臺利用互聯(lián)網(wǎng)對發(fā)布信息進(jìn)行遠(yuǎn)程集中式監(jiān)控和管理，可以快速、靈活、安全的完成發(fā)布內(nèi)容的更新，運維成本低、效率高。同時采用微信公眾號進(jìn)行交互形成互動閉環(huán)。

2.3 新能源

光伏系統(tǒng)太陽能電池板安裝于快充站車棚頂部，配置多晶硅組件太陽能電池板。

風(fēng)機系統(tǒng)采用組合式垂直軸風(fēng)力發(fā)電機和太陽能電池產(chǎn)生的電能起互相補充對蓄電池進(jìn)行充電，為站內(nèi)照明、LED屏幕及監(jiān)控等系統(tǒng)供電，如圖3所示。

儲能單元電芯采用磷酸鐵鋰電池，具有比能量高、循環(huán)壽命長、效率高、自放電率低、安全無污染等特點。容量根據(jù)站點實際情況進(jìn)行設(shè)定。

圖3 風(fēng)、光儲能

3 平臺

3.1 站點及設(shè)備

對快充站的名稱、地址、管理歸屬單位、責(zé)任人基本信息（聯(lián)系人、聯(lián)系方式、所在單位等）、站內(nèi)充電樁的型號、數(shù)量、規(guī)格、車位、地鎖等信息的維護(hù)，以便于快充站的基本信息展示和管理。同 時，可對快充站附近輔助設(shè)施進(jìn)行標(biāo)注，如銀行、ATM 機、超市、咖啡廳等。

3.2 可視化

對快充站環(huán)境數(shù)據(jù)、空氣質(zhì)量進(jìn)行分析及可視化展現(xiàn)，支持時間周期、快充站、圖表結(jié)合的形式進(jìn)行查詢、統(tǒng)計及分析，分別如圖4和圖5所示。

圖4 快充站環(huán)境數(shù)據(jù)

圖5 快充站空氣質(zhì)量統(tǒng)計

1）根據(jù)各充電站現(xiàn)場需要配置1—4路高清數(shù)字?jǐn)z像機；

2）根據(jù)需要配置對現(xiàn)場音頻的采集；

3）智能互動管控終端提供GPS/北斗雙模式定位；

4）通過3G/4G模塊進(jìn)行無線移動傳輸，支持FDD/TD-LTE4G網(wǎng)絡(luò)/WCDMA等3G網(wǎng)絡(luò)；

5）可通過無線網(wǎng)絡(luò)，對快充站異動情況進(jìn)行可視化監(jiān)控。

根據(jù)實際狀況設(shè)定視頻預(yù)覽狀態(tài)，支持實時播放多個快充站的現(xiàn)場視頻監(jiān)控，如圖6所示。

圖6 快充站異動畫面

3.3 增值業(yè)務(wù)

智能交互終端上的信息發(fā)布展示均可實現(xiàn)信息投放，包括如下。

1）便民類服務(wù)信息。如附近路況（道路封閉、限行、擁堵情況）、幾日天氣預(yù)報；附近消費基礎(chǔ)設(shè)施提示：對周邊的超市、銀行、咖啡廳等進(jìn)行簡練播報。便于用戶在充電期間合理安排時間。

2）廣告類消息。系統(tǒng)平臺對投放的信息進(jìn)行維護(hù)管理，可遠(yuǎn)程對投放的內(nèi)容進(jìn)行動態(tài)更新；投放與電動車息息相關(guān)的廣告類信息，如電動車應(yīng)急救援信息、電動車保養(yǎng)等。

3.4 運營評估

通過長期的數(shù)據(jù)積累，根據(jù)充電站內(nèi)充電樁的充換電次數(shù)、車主充電時長等數(shù)據(jù)，分析充電樁的健康狀態(tài)，建設(shè)適合度、用戶行為、使用趨勢等，根據(jù)車主在充電期間通過互動裝置主動信息反饋內(nèi)容，得出充電站服務(wù)提升空間。并按照一定時間段統(tǒng)計不同充電站環(huán)比、等比范圍內(nèi)的各項指標(biāo)，對充電站的維護(hù)及建設(shè)提供數(shù)據(jù)支撐。

通過系統(tǒng)各個模塊抓取數(shù)據(jù)，根據(jù)快充站管理需求設(shè)計出多種數(shù)據(jù)統(tǒng)計表并形成圖形化數(shù)據(jù)分析，比如柱狀圖、餅狀圖等。例如訪客分析等。

通過充電站內(nèi)的交易信息，分析充電站的經(jīng)濟(jì)效益和相關(guān)成本回收周期等。

4 結(jié)論

該方案通過云智控平臺將各個子系統(tǒng)有機結(jié)合起來，將各接入站點的信息進(jìn)行有序互聯(lián)，統(tǒng)一管理，實現(xiàn)對快充站監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集，并通過最新數(shù)據(jù)展現(xiàn)技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)管理查詢，報表展現(xiàn)，在省電力公司實施完成后取得了較好的成效。

[1] 國家電網(wǎng)公司. Q/GDW 10423—2016 電動汽車充換電設(shè)施典型設(shè)計[S].

[2] 國家電網(wǎng)公司. 電動汽車充電設(shè)施建設(shè)指導(dǎo)意見[M]. 北京: 中國電力出版社, 2010.

[3] 國家電網(wǎng)公司. Q/GDW 236—2009 電動汽車充電站通用要求[S].

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[5] 吳敏. 基于光/儲一體化智能逆變器的家庭能效管理策略的研究[J]. 2015, 16(11): 44-47.

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[7] GB 8566—88. 計算機軟件開發(fā)規(guī)范[S].

[8] GA/T 367—2001. 視頻安防監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)要求[S].

[9] 中華人民共和國電力工業(yè)部. DL 476—92 電力系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)通信應(yīng)用層協(xié)議[S].

[10] GB/T 19596—2004. 電動汽車術(shù)語[S].

[11] 中華人民共和國電力工業(yè)部. DL 476—92 電力系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)通信應(yīng)用層協(xié)議[S].

[12] GB/T 17963. 信息技術(shù)開放系統(tǒng)互連網(wǎng)絡(luò)層安全協(xié)議[S].

Intelligent operation and maintenance management solution for fast charging station of electric vehicle

Wang Dongfang1Guo Wei1Yu Quancheng2Shi Qi2

(1. Machinery Industry Information Center, Beijing 100823;2. Beijing Guodian Zhiyuan Technology Co., Ltd, Beijing 100025)

Aiming at the problems existing in the operation and maintenance management of the fast charging station of electric vehicles, this paper proposes an intelligent interactive solution. Through the current mature security technology, interactive means and the intelligent integration of new energy technology, a distributed and intelligent network remote operation and maintenance management system is built in combination with the sensor network technology. It is more efficient and convenient to carry out the operation and maintenance management of fast charging station, and improve the quality of service. At the same time, through data visualization and data mining technology, the operation and maintenance data are intelligently analyzed, providing reference for long term operation management of fast charging station.

fast charging station; intelligent interaction; peration and maintenance; video shift

2018-06-19

王東方（1981-），男，河南省封丘人，本科，工程師，主要從事IT項目管理工作。