韓 振

(上海華建工程建設咨詢有限公司, 上海 200041)

0 引 言

近年來,隨著電動汽車的快速發(fā)展,與其配套的電動汽車充電基礎設施成為國家和地方基礎建設的重要環(huán)節(jié)。2016年8月,上海市交通委發(fā)出了《關于進一步加強本市電動汽車充電基礎設施規(guī)劃建設運營管理的通知》(簡稱“通知”),旨在進一步加強充電設施科學規(guī)劃建設和運營管理,促進電動汽車的有序發(fā)展。本文以某中心項目按此要求開展工程設計為例,通過實際工程項目設計,探討電動汽車充電樁監(jiān)控及管理系統(tǒng)應用與分析。

1 項目概況

某項目總建筑面積119 447 m2,其中地下建筑面積42 000 m2,地上建筑面積77 447 m2。地上由1#～16#樓16棟單體建筑組成,均直通地下室。2層地下室,均為非機動車庫、機動車庫、設備機房等。1#～3#樓為高層住宅,4#樓為高層商業(yè)辦公,5#～16#樓為多層辦公。機動車停車數(shù)為706輛,為大型Ⅰ類汽車庫。

根據(jù)“通知”要求,住宅配建停車位應100%建設充電設施或預留充電設施安裝條件,商場、辦公等公共建筑配建停車位應不低于充電設施專項規(guī)劃明確的配建比列要求。經(jīng)上海市浦東新區(qū)建交委批復,該項目機動車位應設置預留或建設充電樁車位不少于236個,其中應不少于65個車位建設充電設施。

2 充電樁的設計選取與設置

經(jīng)過研究分析,最終在地下車庫總計選取236個車位作為充電裝車位。其中65個充電樁車位要建設充電樁設施,在項目建設完成后,能夠滿足建交委的驗收標準,實際運行能夠投入使用。剩余的171個充電樁車位僅按要求預留充電設施、管線橋架、配電設施、電力容量等。經(jīng)過與建筑專業(yè)的共同方案設計,業(yè)主從自身需求出發(fā)對比選取,確定方案為在-1F靠近機動車出口附近設置此65個充電樁車位。其中,51個充電樁車位設置為7 kW交流充電樁,剩余14個充電樁車位設置為60 kW直流充電樁。

2.1 7 kW交流充電樁的選取

7 kW交流充電樁按安裝方式分為落地式、立柱式、壁掛式。落地式一般體積大、重量重、下設基礎,不適合中小功率。根據(jù)該項目車位特點,選用體積小、重量輕,可以直接掛墻安裝的壁掛式或無法依靠的立柱式7 kW交流充電樁。7 kW交流充電樁配備了友好的人機操作界面,具有控制、計費和通信等功能。

立柱式7 kW交流充電樁如圖1所示。

圖1 立柱式7 kW交流充電樁

立柱式7 kW交流充電樁參數(shù)如表1所示。

表1 立柱式7 kW交流充電樁參數(shù)

2.2 60 kW直流充電樁的選取

60 kW直流充電樁具有快充和慢充特點,一般體積較大、重量重,適用于公共場所的電動汽車充電,通常為落地安裝。60 kW直流充電樁選取一體式直流充電機,由一體式充電機及充電連接器組成,其中包括充電系統(tǒng)、采樣系統(tǒng)、人機交換系統(tǒng)、保護系統(tǒng)及控制系統(tǒng)。

60 kW直流充電樁如圖2所示。

圖2 60 kW直流充電樁

60 kW直流充電樁參數(shù)如表2所示。

表2 60 kW直流充電樁參數(shù)

2.3 充電樁車位安裝

7 kW交流充電樁按“一位一樁”即1機一槍,60 kW直流充電樁按“兩位一樁”即1機雙槍。根據(jù)平面車位分布特點,7 kW交流充電樁均按集中布置結(jié)合后面布置的原則,并設置防撞措施。充電樁的外廓距離充電車位的凈距要求不小于0.4 m,操作及檢修距離不小于0.8 m。壁掛式安裝的7 kW交流充電樁設備中心距地面按1.5 m;落地式充電設備設有混凝土基礎,基礎高度高出地面不小于0.2 m。

2.4 充電樁的安裝分布

根據(jù)車位特點,中間背靠背充電車位,設置立柱式7 kW交流充電樁。下面靠墻區(qū)域設置60 kW落地式直流充電樁和壁掛式7 kW交流充電樁。

立柱式充電樁布置圖如圖3所示。

圖3 立柱式充電樁布置圖

落地式和壁掛式充電樁布置圖如圖4所示。

圖4 落地式和壁掛式充電樁布置圖

3 充電樁監(jiān)控及管理系統(tǒng)應用與分析

充電樁監(jiān)控系統(tǒng)由充電監(jiān)控、供電監(jiān)控及安防監(jiān)控等構(gòu)成,并具備數(shù)據(jù)遠傳接口。公共場所的電動汽車充電設施根據(jù)規(guī)模設置監(jiān)控系統(tǒng),居住小區(qū)自用的電動汽車充電設施可不設監(jiān)控系統(tǒng)。公共場所設置充電監(jiān)控系統(tǒng)具有方便管理、保證人身和設備安全,確保充電設置正常運行等特點。監(jiān)控系統(tǒng)宜設監(jiān)控室,并宜與充電場所靠近設置[1-2]。另外,監(jiān)控獨立設置。

3.1 充電監(jiān)控系統(tǒng)功能

該項目充電監(jiān)控系統(tǒng)功能如下。

(1)具備對充電設備進行監(jiān)測、控制、保護以及數(shù)據(jù)處理并和存儲、事故狀態(tài)下的緊急處理等功能。

(2)具備對車載充電機運行監(jiān)視和對電動汽車儲能單元儲能狀態(tài)監(jiān)視等功能。

(3)具備兼容性和擴展性,以滿足不動類型充電設備接入以及充電設施規(guī)模擴容等。

(4)可以接受時鐘同步系統(tǒng)對時,以保證系統(tǒng)時間的一致性。

3.2 供電監(jiān)控系統(tǒng)主要功能

供電監(jiān)控系統(tǒng)主要功能是可采集充電設施的開關狀態(tài)、保護信號、電壓、電流、有功功率、無功功率、功率因數(shù)、諧波、電能計量信息等[3]。

3.3 充電樁監(jiān)控系統(tǒng)配置

充電樁監(jiān)控系統(tǒng)配置如表3所示。

按表3的要求,該項目設置充電樁監(jiān)控及管理系統(tǒng)。

表3 充電樁監(jiān)控系統(tǒng)配置

3.4 充電樁監(jiān)控及管理系統(tǒng)架構(gòu)

充電樁監(jiān)控系統(tǒng)由控制層、網(wǎng)絡設備和間隔層構(gòu)成,系統(tǒng)采用單網(wǎng)結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)配置設備:控制層設備,包括服務器、工作站、打印機等;間隔層設備,包括充電機監(jiān)控單元、視頻監(jiān)控和安防監(jiān)控單元;網(wǎng)絡設備,包括網(wǎng)絡交換機、通信網(wǎng)關、光電轉(zhuǎn)換設備、光纜等。

3.5 充電樁監(jiān)控系統(tǒng)圖

充電樁監(jiān)控系統(tǒng)圖如圖5所示。

圖5 充電樁監(jiān)控系統(tǒng)圖

3.6 充電樁監(jiān)控管理系統(tǒng)平臺

3.6.1 概述

充電樁監(jiān)控管理系統(tǒng)平臺為充電樁運營商提供便捷的設備管理、故障分析和高品質(zhì)的充電運營服務,同時也為車主提供優(yōu)質(zhì)的充電服務;實現(xiàn)設備通信集中接入、設備狀態(tài)集中監(jiān)控、用戶權(quán)限集中管理、財務分析集中統(tǒng)計、車主服務個性化適配。

3.6.2 系統(tǒng)平臺

系統(tǒng)平臺包括運營商管理平臺、企業(yè)主管理平臺、用戶卡管理平臺、移動 APP 平臺。其中移動 APP 平臺包含 IOS 端 APP、Android 端 APP、微信公眾號、微信小程序。

3.6.3 系統(tǒng)拓撲圖

系統(tǒng)基于當前主流微服務架構(gòu) SpringCloud搭建,采用B/S的服務框架模式,提供Web的管理平臺,可以便捷地在多終端進行管理;同時具備公眾號和APP多維度使用充電服務,可最大化地為車主提供差異性需求的充電服務,兼具對充電卡的統(tǒng)一管理,能夠為充電運營商提供一體化的SaaS軟件服務。

圖6 系統(tǒng)拓撲圖

3.6.4 功能模塊

(1)服務器:包含系統(tǒng)主應用、主庫Mysql、緩存 Redis、文件存儲庫 mongodb、消息中間件MQTT/RabbitMQ,提供系統(tǒng)運行的基礎應用環(huán)境,可單機部署/集群部署,可部署在公有云/私有云/局域網(wǎng)。

(2)用戶卡管理平臺:提供發(fā)卡、充值服務;發(fā)卡配備用戶卡注冊服務器,充值對應用戶卡進行充值操作;提供充電卡掛失、補卡、退卡功能和卡片丟失管理,掛失卡、被補卡、被退卡將無法繼續(xù)使用,其中掛失卡通過解掛之后,可以恢復正常使用。

(3)Web管理平臺:對充電站、充電樁的信息進行管理;對充電費用單價以及預約費、停車費進行設置管理;實現(xiàn)APP運營管理、企業(yè)好管理、運營商管理、實時監(jiān)控管理、自動退款管理。

3.6.5 系統(tǒng)內(nèi)容

(1)后臺服務:后臺服務主要由微服務架構(gòu)的應用服務結(jié)構(gòu),包含服務注冊、發(fā)現(xiàn),配置管理,監(jiān)控管理,調(diào)用鏈跟蹤,日志分析,消息隊列,以及相應的微服務模塊和相對應的緩存,數(shù)據(jù)庫(DB)組成的微服務集群。

(2)微服務集群按照功能模塊進行劃分,目前分為10個微服務,分別是APP服務、權(quán)限管理、運營管理、互聯(lián)互通、設備監(jiān)控、卡管理、企業(yè)管理、文件管理、協(xié)議解析、市政通信。

(3)邊緣服務是前端服務和后臺服務交互的服務中心,核心是API網(wǎng)關,通過網(wǎng)關將前端服務的請求轉(zhuǎn)發(fā)到相應的服務模塊。同時通過路由服務根據(jù)實際要求對網(wǎng)關進行監(jiān)控、限流,并且達到負載均衡的作用。

(4)前端服務面向用戶方。包括瀏覽器、移動APP應用(微信公眾號/APP/微信小程序)、客戶端軟件、第三方互聯(lián)互通的APP應用。

(5)充電管理:實時查看充電設備的充電狀態(tài)、充電電壓、充電電流、充電時間、充電金額、充電剩余時間、SOC值、卡上剩余金額等信息。

4 結(jié) 語

充電樁監(jiān)控及管理系統(tǒng)是保證充電樁正常用電、安全用電的重要環(huán)節(jié),同時能夠為使用帶來較多便利。通過充電監(jiān)控、供電監(jiān)控、視頻監(jiān)控三套系統(tǒng),系統(tǒng)能夠?qū)崟r對充電設施、車載充電機、電動汽車儲能各環(huán)節(jié)單元顯示充電電壓、充電電流、充電狀態(tài)等多重信息。全套系統(tǒng)中的間隔層進行采集、網(wǎng)絡設備的傳輸、控制層的遠程控制,形成全閉合鏈的高效系統(tǒng)。一方面能夠保證充電、供電的安全,提供物防方面的安全,另一方面為業(yè)主在對充電樁管理、收費管理上提供了有效的系統(tǒng)平臺。