充电桩接入车联网平台 自动检测认证系统的研究与设计(图文)

 韩庆雯，赵越，张世通

（北京国新智电新能源科技有限责任公司，北京朝阳100102）

　　摘要：基于物联管理平台的自动检测认证系统就是为提升充电桩接入车联网平台的速度、推进充电桩建设、提高充电桩利用率的基础性平台系统，该系统对充电桩接入车联网平台前的注册能力、接入后的充电能力、充电过程中的数据上送能力、出现故障时的故障上报能力等进行相关检测标准的制定，以及针对这几种能力的检测，通过后能够自动生成检测认证报告。通过自动检测认证系统的检测，车联网平台能够保障接入充电桩的正常使用，减少用户使用过程中出现故障，提高平台用户的留存率，同时也减轻了充电桩企业出厂前对设备的检测工作，节约了充电桩企业的检测成本。

　　关键词：充电桩；物联管理平台；检测认证系统；车联网

　　中图分类号：TM727 

　　2020 年新冠疫情发生以来，党中央提出了加快新型基础设施建设的发展战略，国家电网有限公司党组认真落实党中央的决策部署，明确提出“一个共识、五个加快”的要求，全力推进充电桩建设[1]。在平台建设方面，国家电网有限公司已建成基于物联网技术的全国统一的智慧车联网平台，截至2020年11 月，国网智慧车联网平台累计接入的充电桩达到103 万个，服务的用户数达到550 万人，形成了覆盖全国的电动汽车统一充电网络[2]。

　　随着业务发展，充电桩设备接入场景越来越多，充电桩设备种类也非常多，包括TCU交/直流桩、有序充电桩、V2G 桩、岸电桩、海港桩、分布式储能、电采暖、专用站、光储充站等，除此之外还包括充电桩周边的地锁等智能设备；接入方式也有多种，主要有TCU接入、网联接入、SDK接入、协议接入、能源控制器接入等[3-5]。充电桩企业出厂的充电设备要经过严格的检测标准才能接入智慧车联网平台，如何使充电桩企业生产的充电设备依据相关的检测标准快速接入车联网平台，成为亟待解决的问题。

　　1 自动检测认证系统需求分析

　　在公司层面，基于物联管理平台的自动检测认证系统能够对充电桩等物联设备进行更规范化的接入、精细化的运营，是智慧车联网平台在激烈的市场竞争中保持优势的有力武器[6]。基于物联管理平台的自动检测认证系统是物联网技术在充电桩管理和运营领域的具体表现，也是行业未来发展的趋势。

　　在社会层面，基于物联管理平台的自动检测认证系统能够推进充电桩建设、提高充电桩接入平台的速度，做到充电设施的精细化运营，是各类充电桩能够高效入网并为用户提供优质充电服务的保障系统[7-8]，能够带动社会资本共同参与充电设施的投资建设，并营造良好接入运营环境，从而推动全社会充电桩的建设发展。

　　1.1 必要性分析

　　充电桩企业生产的充电设备要经过严格的检测才能接入车联网平台，为解决桩企出厂前接入平台检测认证的问题，基于物联管理平台的自动检测认证系统能够实现自动检测认证功能，满足充电桩设备出厂后，进行自动测试认证相关功能，包含充电停机、故障上传校验、通断电校验、策略验证等。

　　对于接入自动检测认证系统的充电桩设备，基于物联网的自动检测认证系统能够形成针对该设备的检测档案，根据每项测试结果生成详细的测试记录，基于测试结果形成最终权威性的测试报告，支撑车联网平台对接入充电设备的质量把控和追溯，从而降低充电桩接入车联网平台的故障率[9]。

　　1.2 效益分析

　　基于物联管理平台的自动检测认证系统可以满足充电桩设备出厂后，按照系统制定的检测标准进行接入测试，并自动生成相应的检测报告，从而解决充电桩设备在接入车联网平台前出现的各种质量问题[10]，缩短接入时间。通过自动检测认证系统的检测，车联网平台能够保障接入的充电桩正常使用，减少用户在使用过程中出现的故障，从而提高平台用户的留存率，同时也减轻了桩企出厂前对设备的检测工作，节约了充电桩企业的检测成本。

　　2 自动检测认证系统架构设计

　　2.1 业务架构

　　自动检测认证系统服务的对象为充电桩企业人员、检测工作人员、第三方机构人员。检测工作人员根据制定的各项检测标准对新接入的充电桩进行检测，检测结束后充电桩企业人员能够查看测试结果和检测报告，第三方机构人员可根据自动检测认证系统的检测指标项和测试报告，开具型式试验报告。该系统对充电桩接入车联网平台前的注册能力、接入后的充电能力、充电过程中的数据上送能力、出现故障时的故障上报能力进行检测，详细的功能视图如图1所示。

图1 自动检测认证系统功能视图

　　2.2 系统架构

　　自动检测认证系统整体由用户层、业务层、数据层、接入层构成。支撑层主要由权限管理系统、物联管理平台系统、采集量测系统等进行支撑，其中权限管理系统进行用户、角色、资源的权限设计，物联管理平台系统是对采集量测系统上传的数据进行接收并解析处理；采集量测系统接收充电设备采集的数据并通过网络上送；数据层主要是对业务层提供数据支撑；业务层为用户层提供详细的页面展示，详细的系统架构如图2 所示。

图2 自动检测认证系统系统架构图

　　2.3 数据架构

　　检测认证的数据主要分为结构化数据、非结构化数据两大部分，非结构化数据包含文件、图片、固件升级包等数据；结构化数据包括注册数据、认证数据、交易数据、充电数据、充电桩属性数据、基础支撑数据等。系统中的非结构化数据和结构化数据共同支撑系统的稳定运行，自动检测认证系统的数据架构图如图3 所示。

图3 自动检测认证系统数据架构图

　　3 自动检测认证系统业务功能设计

　　3.1 信息管理

　　3.1.1 充电桩企业信息维护

　　检测认证系统对即将进行检测认证的充电桩进行信息维护包括充电桩所属企业信息、充电桩出厂编码、充电桩固件版本等充电桩信息，后续所有检测都是基于此维护的信息进行开展。

　　3.1.2 检测指标信息维护

　　该项功能是对充电桩设备检测指标的信息进行维护，包括各个检测指标的最大值、最小值、正常范围值等。

　　3.2 注册能力检测

　　三元组是指设备编码、设备密钥、产品密钥。注册能力检测是对充电桩获取三元组能力的检测以及对接入平台的充电桩验证三元组是否合法。

　　3.2.1 三元组管理

　　从平台获取检测认证的充电桩产品三元组信息进行管理并与待检测的充电桩出厂编码进行绑定。

　　3.2.2 获取三元组

　　待检测的充电桩首次上电后，带有出厂编码的充电桩设备主动请求检测认证系统获取三元组，检测认证系统根据设备请求携带的出厂编码，查询到对应的三元组并返回给充电桩设备，充电桩设备拿到三元组后，主动连接到物联管理平台，同时设备指示灯变绿，检测认证系统查询设备状态显示在线，即初步完成设备的注册，验证注册状态的步骤为：桩未通电时、枪的状态空闲、证明已经注册。桩通电时，枪的状态为未知，证明未注册。桩未通电时，枪时离线状态，证明桩注册。

　　3.2.3 SN 导入

　　SN指的是设备的出厂编码，检测认证系统支持待检测充电桩设备的批量导入获取三元组，首先下载导入模板，将设备编码批量输入模板，上传到检测认证系统，完成批量充电桩设备与三元组的绑定。

　　3.3 充电检测

　　充电检测根据场景需要分为普通充电检测、有序充电检测，该检测通过对充电过程中不同状态指标的检测完成充电检测。

　　3.3.1 普通充电检测

　　普通充电检测的充电模式检测分为：不做限制充电、限制金额的充电、限制电量的充电、限制SOC充电、限制充电时常、限制功率的充电，分别在以上模式下进行充电的检验。

　　分别在用户主动停止、余额不足、预付金额消费完毕、车联网平台检测充电能力异常、充电枪未在充电中条件下，测试充电桩设备是否能够正常结束充电，是否成功上送充电交易；不成功的情况下是否有相应提示。

　　3.3.2 有序充电检测

　　有序充电在进行充电检测前需要进行有序策略配置，策略配置成功后开始进行充电操作，充电时分别进行限制金额模式、限制电量模式、限制SOC充电模式、限制充电时长模式、限制功率模式进行充电验证，充电过程中查看指示灯的变化状态；分别在余额不足的条件、预付金额消费完毕的条件、用户主动停止的条件下进行结束充电操作，查看检测认证系统是否接收到充电桩上送的充电异常信息。

　　3.4 配置管理

　　配置管理包含充电桩设备属性的配置、充电策略的配置、计费模型的配置。

　　3.4.1 设备属性配置

　　设备属性配置包括充电设备实时监测属性上报频率、充电枪充电中实时间监测属性上报频率、充电枪非充电中实时监测属性上报频率、故障告警全信息上传频率、充电设备交流电能表底值监测属性上报频率、充电设备直流输出电能表底值监测属性上报频率、地锁监测上送频率、门锁监测上送频率、充电桩离线后可充电时长等属性。

　　3.4.2 充电策略配置

　　根据“尖、峰、平、谷”4 个时间段配置不同的充电策略，各个时间段电费情况不一样，收取的服务费金额也不一样。通过配置不同的时间段策略，验证充电费用是否正确。

　　3.4.3 计费模型配置

　　目前电费模型在平台分为充电桩电价计费模型和充电桩服务费计费模型，充电桩侧计费模型不同，充电结束时收取的最终费用也不同，通过配置不同的计费模型，验证充电费用是否正确。

　　3.5 充电检测

　　交易检测是检测认证系统检测项的核心，检测的内容是充电桩在充电过程中上送的数据是否正常。查看充电时间段产生的数据，在某个充电时间段产生的数据如电量、功率、充电费用。

　　3.6 异常检测

　　异常检测包含故障上送和充电异常订单两个功能项，其中故障上送是充电桩将实时监测到的异常状态数据发送到检测认证系统。

　　3.6.1 故障上送

　　检测系统会实时监控桩的状态，监控桩的心跳情况，充电桩每10 min 会自动给检测系统发送心跳状态，超过10 min 未检测到桩的心跳，在通电的情况下则认为此桩出现了故障。

　　3.6.2 充电异常订单

　　该功能项提供按订单编号、设备编码、时间范围进行充电异常订单的查询。

　　3.7 固件升级检测

　　固件是充电桩的软件部分，是充电桩与平台连接的“大脑”，随着时间的推移，平台会定期更新固件程序，因此自动检测认证系统对固件升级的检测非常重要。

　　3.7.1 固件升级检测

　　首先在自动检测认证系统上传固件信息包括固件名称、模块名称、固件版本信息、固件文件。然后对充电桩设备进行升级操作，升级过程中查看升级状态，共包括待升级、升级成功、升级失败3种状态。

　　单个充电桩设备升级成功后，需进行批量充电桩设备的升级检测。

　　3.8 查询管理

　　该功能是对测试记录进行查询包括订单列表查询和设备日志查询。

　　3.8.1 订单列表查询

　　该功能项提供按订单编码、订单状态、时间范围查询订单列表，订单详情页中包含订单状态、启动方式、尖峰平谷电量、总电量、电能表总起示值、总止示值、总电费、总服务费、尖峰平谷电费、尖峰平谷服务费、计量计费模型、停止原因等。

　　3.8.2 设备日志查询

　　该功能提供按设备编码、枪号、时间范围进行充电桩设备接入检测系统的日志查询，其中详情页包含该日志的起始时间、结束时间，以及具体报文内容。

　　3.9 认证报告

　　检测认证系统完成各项功能检测后，生成检测认证报告，该报告包含的内容：扫码注册能力、充电桩开始充电能力、充电是否成功、充电桩结束充电能力、充电交易能力、故障上送能力、固件升级能力、配置策略能力，每一项通过后打上相应的标识，证明符合预期检测能力。

　　4 结束语

　　本文首先对电动汽车充电行业的背景进行了介绍，然后根据自动检测认证系统的需求分析，对基于物联网平台的自动认证系统的架构设计进行了详细阐述，包括业务架构、系统架构、数据架构，最后详细的介绍了自动检测认证系统的功能设计。通过自动检测认证系统的建设，一方面能够实现充电桩在出厂测试之前的全量接入检测，从而使充电桩在接入车联网平台时，提前解决各种接入问题，提升用户的使用体验；另一方面能够对已出厂的充电桩设备质量情况进行记录，对出厂的充电桩设备质量进行把控，同时也有利于业务人员通过系统对充电桩的接入过程存在的问题进行界定和追溯。

　　参考文献

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　　[3] 刘永相, 徐华池, 江冰, 程青, 徐庆强, 冯义. 基于充电网络与车联网平台的能源互联网生态体系研究[J]. 全球能源互联网, 2019, 2(05): 492-501.

　　[4] 鲁玺. 现代能源互联网生态体系研究——基于充电网络与车联网平台[J]. 粘接, 2020, 43(09): 153-156.

　　[5] 杨婷. 电动汽车充电桩数据采集及监控[J]. 计算机产品与流通, 2020(10): 272.

　　[6] 王赞, 陈光, 董晓, 沈国辉, 刘群, 秦俭, 李晓光, 张世坤. 基于工业互联网的智慧能源服务系统架构研究[J]. 电力系统保护与控制, 2020, 48(03): 77-83.

　　[7] 宋忠财. 电动汽车充电设施检测技术及故障分析[J]. 汽车实用技术, 2019(05): 35-36.

　　[8] 李苗. 电动汽车充电桩故障诊断与检测[J]. 汽车实用技术, 2019(04): 162-163.

　　[9] 徐广腾, 杜科, 张涛, 周成龙. 电动汽车充电设施检测技术及故障分析[J]. 供用电, 2018, 35(10): 19-24+43.

　　[10] 孟建中. 电动汽车智能充电装置状态检测和故障诊断技术[D]. 合肥工业大学, 2018.

　　作者简介

　　韩庆雯（1983—），女，研究方向为软件架构设计、系统集成。

　　赵越(1986—)，男，研究方向为电力信息化。

　　张世通（1988—），男，研究方向为电力信息化、电力大数据。

来源：《农村电气化》2021年第2期总第405期