基于云平臺的充電樁智能管理系統及移動應用開發

付萍萍， 鄭富永， 王華， 李敏， 于仕

(國網江西省電力有限公司信息通信分公司， 江西， 南昌 330077)

0 引言

近年來，電動汽車在國家政策推動下獲得了極大的發展。據統計，2020年全球電動汽車與混合動力汽車的銷量達到324萬輛[1]，較去年增長43%。2020年11月國務院發布新能源汽車產業發展規劃，明確到2025年新能源汽車銷售量達到銷售總量的20%左右[2]。基于電力的新能源電動汽車已經成為汽車產業未來發展的必然趨勢。

為了滿足日益增長的電動汽車對充電設施建設和管理使用需求，同時滿足對其智能化監控和智能化使用，亟需開發智能化的監控管理系統[3]，高效的監控管理平臺能夠有效促進電動汽車產業的發展[4]。本文設計并實現了基于云平臺的充電樁管理系統與移動智能應用平臺。系統管理端實現了遠程管理、監控電樁的運行、分析電樁交易、修復電樁故障、回復用戶評論等功能；用戶端實現定位功能、查詢充電樁、管理用戶信息等功能。基于云平臺、PHP、Apache等技術實現服務器后端，基于Android移動應用開發、JavaScript等技術實現移動平臺與瀏覽器的前端。測試結果表明，基于云平臺的充電樁管理系統能夠實現上述設計的功能，為充電樁的智能管理提供技術支撐。

1 相關工作

1.1 電動汽車與充電樁的發展現狀

目前，國內新能源汽車發展迅速，電動汽車充電基礎設置體系也在不斷完善。目前國內已建成或者在建的電動汽車充電設施主要有充電站和充電樁。目前，電動汽車充電樁的智能化管理和使用具有一定的滯后性，亟需打造一體化的充電平臺管理系統[5]。

為了滿足大規模的家用電動汽車用戶即時方便充電的需求，分布式充電樁是一種較好的模式，在住宅小區或商業大廈的專用停車場內安裝一定數量的智能充電樁提供交流電源接口，為電動汽車提供便利的充電服務[6]。

1.2 充電樁管理平臺的問題

盡管近年來我國新能源汽車行業獲得了較大發展，但是電動汽車充電樁的管理仍存在問題，主要包括：規劃布局不完善、充電樁數量較少、管理服務不成熟等，另外缺乏有效統籌管理的私人充電樁的大量涌入，增加管理成本的同時導致了高比例的充電樁閑置率，造成車主充電難，運營商盈利難的困境。

如何構建合理有效的電動汽車充電樁資源配置平臺，合理監控和管理充電樁資源，充分調動各市場主體的資源優勢并提高閑置充電樁的使用率，是目前亟待解決的問題[7]。

1.3 充電樁管理的業務需求

位置不同的充電樁構成了電動汽車充電網絡，其基本特征是數量較多且地理位置分散[8]。多數充電樁設備運行環境苛刻，長時間在濕度、溫差較大的環境下工作。因此需要及時掌握充電樁的運行狀態，以保障充電設備平穩、可靠運行。

充電樁管理系統還需要對設備運營過程進行管理，涉及充電設施的資產管理、充電樁充電監視及相關參數的設置管理、用戶個人信息管理(充值，解鎖，注銷)等。充電樁管理系統的主要功能包含：遠程監控、遠程控制、計費管理、用戶管理和資產分析。

2 系統設計與架構

2.1 功能結構設計

充電樁管理平臺需要實現對用戶的信息管理以及對用戶交易數據進行統計分析，充電樁運行信息監控，充電樁基本信息管理等服務。本文基于云平臺的充電樁管理平臺系統的功能結構如圖1所示。

圖1 系統功能結構圖

系統的主要角色是管理員與用戶。其中，管理員的功能為遠程管理充電樁的基本信息，監控其運行狀態；管理交易記錄，進行查詢、統計與分析；管理用戶信息以及回復評論與用戶交互。用戶的功能為查詢充電樁位置并提供導航信息；進行充電樁用電交易，包括充值、解鎖、計費扣費等；注冊賬號并管理個人信息；發布評論提出意見與建議。

2.2 通信架構設計

由于充電樁分布較為分散，充電樁管理系統需要遠程控制不同地點的充電樁，同時為管理端和服務端提供服務[8]。系統既保證所有充電設備信息、用戶交易信息等能夠有效上傳，又需要降低通信成本[9]。為此本文設計了相關設備的通信架構，如圖2所示。

圖2 系統通信架構設計圖

依據充電樁所在的位置，位于路邊或街道等地分散的充電樁通過3G、4G及專網等與系統服務器進行通信[10]；位于停車場、小區、充電站等充電樁較為集中的場所，使用集中器裝置將區域所屬充電樁信息通過專用網絡與服務器進行連接，以此提高通信效率。

2.3 系統架構設計

基于當前用戶的實際需求與技術發展，系統使用B/S結構與C/S結構相結合的方式，系統架構如圖3所示。系統的管理端采用基于HTML與JavaScript技術實現的B/S結構；用戶端采用基于C/S結構實現移動智能應用程序。后端則選用PHP技術實現業務邏輯代碼，使用云平臺與Apache服務器部署代碼。

圖3 系統框架圖

3 系統實現

3.1 云服務器配置

系統租用阿里云服務器，原型配置信息如表1所示。

表1 云服務器配置信息

3.2 用戶端主要功能實現

(1) 動態驗證碼的生成

用戶登錄系統時，為了防止登錄系統請求的頻率過高，同時防止腳本暴力破解，除了輸入用戶名與密碼外，還需輸入動態驗證碼進行驗證，功能示意圖如圖4所示。

圖4 驗證碼生成功能圖

(2) 充電樁位置搜索

系統提供檢索指定位置附近充電樁的功能，用戶通過輸入關鍵詞檢索目的地周圍的充電樁，并選擇相應地點規劃最優的行駛路徑。

該功能基于高德地圖提供API實現，該用例的時序圖如圖5所示。首先調用高德地圖提供的inputTips類的Inputtips.InputtipsListener接口來監聽輸入的位置關鍵詞，然后在所有可能的位置中選擇前6條記錄，存入ArrayList中并使用Android的Listview控件中顯示。接著對Listview綁定點擊事件監聽，當用戶點擊相應位置信息的時，調用Listview的getChildAt方法，取出選中的位置信息，將位置信息的值傳入搜索框，供下一步路徑規劃使用，同時清除Listview的內容。

圖5 充電樁位置搜索的時序圖

同時，系統的充電樁位置搜索功能示意圖如圖6所示。可以根據輸入地點前綴，匹配多個地址。

圖6 充電樁位置搜索功能示意圖

(3) 評論發表

系統提供發表評論的功能，用戶可以通過評論對系統或充電樁提出意見與建議，管理員可以在管理平臺上查看用戶評論，及時了解用戶體驗，如圖7所示。

圖7 評論功能示意圖

(4) 定位及路徑導航測試

系統提供路線導航功能，用戶搜索充電樁目的地后，系統從數據庫讀出選中充電樁的位置信息，給出從當前位置到目的地的可行路線，并提供實時導航幫助用戶抵達充電樁。

該功能基于高德地圖API實現，該用例的時序圖如圖8所示。系統后端接收到用戶選擇的充電站的位置信息后，使用高德地圖API提供的AMap.Marker類為該充電樁創建一個標記點對象。接著，通過Android API的LocationManager讀取用戶的當前位置信息，將當前位置信息與標記點對象的信息作為規劃路徑的起點和終點，調用高德地圖API的Driving.search函數來進行行駛路徑的規劃，將路徑規劃結果顯示在地圖上。

圖8 定位及路徑導航的時序圖

用戶定位與路徑導航的功能如圖9所示。通過高德導航，推薦至充電樁的最佳路徑供用戶選擇。

圖9 定位及路徑導航功能示意圖

3.3 管理員主要功能實現

(1) 充電樁管理與維護

系統提供充電樁管理與維護功能，管理員將新設施的基本信息添加到數據庫中，對新設施進行監控和管理，充電站及充電樁添加功能測試如圖10所示。

圖10 充電樁信息維護示意圖

(2) 交易數據分析與可視化

充電樁管理平臺能夠查詢所有充電站發生的交易數據，系統基于highcharts插件實現了交易數據可視化功能，通過直方圖或圓餅圖等展示交易數據詳情，如圖11所示。圖11使用直方圖顯示了每日交易次數。

圖11 直方圖交易數據統計可視化

4 總結

本文設計并實現了充電樁管理平臺和用戶服務平臺的功能，設計實現了管理員的電樁管理平臺，實現了遠程管理和監控電樁的運行，查看和分析電樁交易，查看和通知修復電樁故障等功能;完成了基于Android的應用開發，實現了定位功能與路線規劃、查詢充電樁、管理用戶信息等功能。系統可為電動汽車智能化發展提供技術支撐。