基于互联网的充电桩管理系统的制作方法

1.本发明涉及充电桩技术领域，特别是涉及基于互联网的充电桩管理系统。


背景技术：

2.发展新能源电动汽车是中国的重要产业政策，是实施可持续发展和新型能源发展的关键决策。电动汽车能源供给方式目前有换电、常规充电、快速充电。电动汽车充电桩主要分为交流充电桩、直流充电桩。直流充电桩：直流电动汽车充电站，俗称就是“快充”，它是固定安装在电动汽车外，与交流电网连接，可以为电动汽车动力电池提供直流电源的供电装置。交流充电桩：交流电动汽车充电桩，俗称就是“慢充”，固定安装在电动汽车外、与交流电网连接，为电动汽车车载充电机提供交流电源的供电装置。
3.为了推动电动汽车产业的发展，电动汽车充电桩在提供安全、方便的充电服务的基础上，通过现代化的技术手段和管理方法对充电桩实施统一监控，实现充电桩管理和控制的自动化，构建完善、高效的充电桩管理系统，是促进新能源电动汽车产业的大规模发展的难点问题之一。


技术实现要素：

4.本发明目的在于提供基于互联网的充电桩管理系统，该充电桩管理系统提供了完善的配电监控、充电监控、安全防护监控等功能，完成对充电桩设备、配电设备及其他设备的集中监视和控制管理；对充电桩实施统一监控，实现充电桩管理和控制的自动化，建立完善、高效的充电桩管理方法。
5.为此，本发明的技术方案是，基于互联网的充电桩管理系统，主要包括配电监控子系统、充电监控子系统、安全防护监控子系统和设备管理子系统；配电监控子系统用于完成配电网自动化数据采集、数据计算处理、控制操作、保护信息处理、事件报警以及向上级配电调度系统转发功能；充电监控子系统主要完成采集、处理、存储来自直流或交流充电桩的实时运行数据以及电动汽车动力电池的实时参数；获取电能计量表信息，完成充电计费和充电过程的联动控制；安全防护监控子系统完成充电站的视频监控以及消防、门禁和周界安全的监控，当充电桩、配变系统或其他人员设备发生预定事件或异常事件时可以实时控制安全防护系统，把现场情况传送回监控室，实现安全防护联动监控；设备管理子系统主要完成配电设备、充电桩、电动汽车的台账管理、运行记录、维护记录。
6.优选地，基于互联网的充电桩管理系统从结构上可以分为站控层、通信层、设备层。
7.优选地，站控层主要由数据服务器、前置通信服务器以监控、安全防护、计费工作站组成；主要完成数据采集、处理、存储，图形化数据展示以及遥控、负荷调控功能；
通信层主要由通信管理机、计量管理机、数据集中器、安全防护服务器组成，主要完成数据转发与控制命令的下达；设备层主要由直流充电桩、交流充电桩、保护测控装置、安全防护设备组成，实现原始数据采集、就地操作执行功能。
8.优选地，系统采用分层融合方法，设备层、通信层及站控层分别只对相关异构数据进行整合及模型转换，减少异构数据融合的工作量及层与层之间交互的信息量；对站内各类数据进行特征分析，建立统一的信息模型。
9.优选地，监控后台与数据集中器之间通过工业以太网或以gprs/cdma专网方式连接，数据集中器与充电桩之间采用现场总线通信。
10.优选地，保护测控装置通过现场总线或工业以太网与通信管理机连接，由通信管理机完成配电数据的收集、转发；数据集中器与充电桩之间采用现场总线通信；安全防护服务器与摄像头、传感器之间通过canrs-485总线、以太网、同轴电缆的方式连接；监控后台与数据集中器、通信管理机、安全防护服务器之间通过工业以太网连接。
11.优选地，基于互联网的充电桩管理系统软件体系结构可以分为系统平台层、支撑服务层、公共服务层、应用层。
12.优选地，系统平台层兼容unix、linux、windows操作系统，支持跨平台和混合平台操作。
13.优选地，支撑服务层主要为系统提供实时、历史数据库服务和通用的网络通信支撑平台，通信平台应基于标准的网络互联协议tcp/ip，以提高网络通信及异种操作系统平台数据交换的可靠性；公共服务层在支撑服务层的基础上实现了数据采集、数据处理、事件服务、插件管理、报表服务、图形平台、系统管理、权限服务；应用层主要是通过公共服务层提供的各类功能模块搭建出不同的应用系统，或者通过插件服务来根据不同应用进行相关的功能扩展；最终实现不同业务数据的浏览、分析处理、报表统计、图形化展示控制交互操作。
14.优选地，基于互联网的充电桩管理系统监控的设备包括各类充电桩、智能电表、配变、开关、保护测控装置、有源滤波及无功补偿装置、视频摄像头、传感器、门禁装置。
15.本发明的有益效果是，该系统的设计以统一的支撑平台为基础、规范的接口为根本、合理的通信架构作保障。充电桩监控涉及的设备采集方式多样，有can 总线、rs-485 总线、tcp/ip、无线等多种通信方式；充电过程历史数据、充电记录、维护记录数据的存储；实现多个监控、管理子系统在同一操作平台上的融合；实现安全防护子系统与充电桩、配电设施监控等子系统的实时联动。该充电桩管理系统提供了完善的配电监控、充电监控、安全防护监控等功能，完成对充电桩设备、配电设备及其他设备的集中监视和控制管理；对充电桩实施统一监控，实现充电桩管理和控制的自动化，建立完善、高效的充电桩管理方法。
附图说明
16.图1是本发明基于互联网的充电桩管理系统从结构上分为站控层、通信层、设备层的示意图；图2是本发明各设备之间的通信网络示意图；
图3是本发明基于互联网的充电桩管理系统从软件体系结构分为系统平台层、支撑服务层、公共服务层、应用层的示意图。
具体实施方式
17.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
18.需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件所必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
19.此外，应当理解，为了便于描述，附图中所示出的各个部件的尺寸并不按照实际的比例关系绘制，例如某些层的厚度或宽度可以相对于其他层有所夸大。
20.应注意的是，相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义或说明，则在随后的附图的说明中将不需要再对其进行进一步的具体讨论和描述。
21.如图1-3所示，本发明基于互联网的充电桩管理系统的实施例，主要包括配电监控子系统、充电监控子系统、安全防护监控子系统和设备管理子系统。
22.配电监控子系统：配电监控子系统用于完成配电网自动化数据采集、数据计算处理、控制操作、保护信息处理、事件报警以及向上级配电调度系统转发等功能；另外，配电监控对有源滤波及无功补偿装置进行实时监控，设置运行参数，采集其投切前后电网谐波相关数据，了解当前电网的电能质量。
23.充电监控子系统：充电监控子系统主要完成采集、处理、存储来自直流或交流充电桩的实时运行数据以及电动汽车动力电池的实时参数；获取电能计量表信息，完成充电计费和充电过程的联动控制。完成充电事件记录、报警处理、充电设施智能负荷调控、向上级监控转发等功能，为充电设施安全、可靠、经济运行提供保障手段。
24.安全防护监控子系统：安全防护监控子系统完成充电站的视频监控以及消防、门禁和周界安全的监控，当充电桩、配变系统或其他人员设备发生预定事件或异常事件时可以实时控制安全防护系统，把现场情况传送回监控室，实现安全防护联动监控，使用户能够及时响应确保人员与设备的安全。
25.设备管理子系统：设备管理子系统主要完成配电设备、充电桩、电动汽车等设备的台账管理、运行记录、维护记录等。其中充电信息管理完成充电桩的运行数据的存储与统计分析；车辆台账信息管理用于存储统计车型配置信息、充电时长的记录等信息。
26.基于互联网的充电桩管理系统从结构上可以分为站控层、通信层、设备层，其结构如图1所示。
27.站控层主要由数据服务器、前置通信服务器以监控、安全防护、计费工作站组成；主要完成数据采集、处理、存储，图形化数据展示以及遥控、负荷调控等控制功能。
28.通信层主要由通信管理机、计量管理机、数据集中器、安全防护服务器等组成，主
要完成数据转发与控制命令的下达。
29.设备层主要由直流充电桩、交流充电桩、保护测控装置、安全防护设备等组成，实现原始数据采集、就地操作执行等功能。
30.为实现多系统的充分集成和高度融合，系统采用分层融合方法，设备层、通信层及站控层分别只对相关异构数据进行整合及模型转换，减少异构数据融合的工作量及层与层之间交互的信息量；对站内各类数据进行特征分析，建立统一的信息模型。实现数据的一致性解释，实现充电监控系统、计量计费系统、配电监控系统和安全防护监控系统的融合。
31.由于电动汽车充电设施安装在室外，电磁干扰较大，环境较为恶劣，因此需要慎重选择其通信方式。该系统在各设备内部通信主要应采用现场总线方式以确保其抗干扰性，并通过设置各类通信控制器、管理机来完成各分类设备信息的集中，最后监控后台与充电设施采用工业以太网方式通信，实现所有数据的采集。
32.交流充电桩通常分散布置于小区、停车场、街道沿线等各类停车位。如图2所示，监控后台与数据集中器之间通过工业以太网或以gprs/cdma专网方式连接，数据集中器与充电桩之间采用现场总线(canrs-485等)通信。
33.保护测控装置通过现场总线或工业以太网与通信管理机连接，由通信管理机完成配电数据的收集、转发；数据集中器与充电桩之间采用现场总线通信；安全防护服务器与摄像头、传感器等现场设备之间通过canrs-485总线、以太网、同轴电缆等方式连接；监控后台与数据集中器、通信管理机、安全防护服务器之间通过工业以太网连接。
34.如图3所示，基于互联网的充电桩管理系统从软件体系结构可以分为系统平台层、支撑服务层、公共服务层、应用层。
35.系统平台层，为适应不同地区、不同用户的要求，基于互联网的充电桩管理系统兼容unix、linux、windows等多种主流操作系统，支持跨平台和混合平台操作。
36.支撑服务层，支撑服务层主要为系统提供实时、历史数据库服务和通用的网络通信支撑平台，通信平台应基于标准的网络互联协议tcp/ip，以提高网络通信及异种操作系统平台数据交换的可靠性。具备统一的数据传输接口、数据库访问接口以及控制命令接口等，使上层的应用服务开发可以专注于业务功能的实现，而无需关心底层的通信和交互细节。
37.支撑服务层，支撑服务层为增强系统的开放性和可扩展性建立统一规范的底层交互平台，实现其与业务层的分离。
38.支撑服务平台为跨平台的通用网络通信平台，提高了网络通信及异种操作系统平台数据交换的可靠性，封装提供了 tcp、udp、多播等多种通信接口；建立了统一的数据传输接口实现系统内部数据交互的规范化；开发了统一的控制命令接口实现控制与设备的无关性，各种应用可以利用这一接口实现对现场设备的各类控制操作，而无需关心设备具体的类型、生产厂家及型号等实现并提供统一的数据库访问接口，上层服务或应用可以通过这一接口透明访问实时数据库和历史数据库数据。
39.公共服务层，公共服务层在支撑服务层的基础上实现了数据采集、数据处理、事件服务、插件管理、报表服务、图形平台、系统管理、权限服务等。把各类行业应用共同的需要抽象出来，实现并提供统一的服务接口，由各个应用系统实现共享，以提高代码复用性，也为公用服务的开发维护提供便利。
40.公共服务层包括图形支撑服务、插件管理服务、数据采集服务、数据处理服务、事件服务、权限服务、报表服务、系统管理等。
41.为实现监控系统的跨平台功能，图形支撑服务选用与操作系统无关的开发包 qt 作为图形底层支持平台，包括图形组态软件和人机操作界面软件2 部分。图形组态软件包括画面分层、图形导航、设备动画关联、视频曲线、棒图、自动绘图、拓扑扫描、元件定义、插件定义，以及其他常规图形功能，系统利用这些工具可以方便地实现复杂监控图形。
42.采用 opengl 技术实现系统可视化操作开发过程如下:首先开发基本元件模型库，再通过基本元件组合成各种不同设备图元，并根据业务需要设置图元的不同动作，再加以不同场景的渲染，用三维技术实现对充电过程的可视化监控。人机操作界面软件在此基础上整合其他业务应用功能，构筑不同业务监控人机操作界面。
43.插件管理服务，为增强扩展性，系统实现了插件机制，用户根据不同业务需求遵循系统插件接口定义可以二次开发出不同插件，构造出各种不同的监控系统。这样在系统发布后需要扩充时，就不必重新编译，只需要增加或修改插件即可。这样也有利于系统的稳定性各个插件模块只要符合系统提出的插件设计规范就能从其宿主服务中动态获取监控数据，从而相对独立地运行于监控系统中。
44.数据采集、处理服务，数据采集处理服务建立在网络通信平台的基础上，为实现对大量设备的同时通信，系统采用多线程并行处理方式，完成对各类数据的采集、命令下发等功能；并根据设备类型采用不同的协议插件来解释数据，处理后以统一的熟数据格式提供给上层应用实现了应用与设备类型的无关性。
45.其他服务，通过对业务应用的分析，系统对公用功能进行抽象，为上层应用还提供了多种其他公共服务，如事件服务、权限服务、报表服务、系统管理等为实现对不同业务子系统的用户分类和操作权限管理，系统实现了权限分组分级管理，对不同组的不同用户设定不同的操作权限。
46.事件服务采用分发机制，并行处理系统的各类事件处理任务，以保证事件处理的及时响应；主要完成状态变位、异常告警、保护动作、测量量越限、用户操作等类型事件的处理、存储，提供了声音、视频、图形、文字等多种告警方式。
47.报表服务通过设置模板，提供各类数据的报表汇总功能，用户可以根据业务需要自定义各种格式的报表，并可提供 web 报表服务。
48.应用层，应用层主要是通过公共服务层提供的各类功能模块搭建出不同的应用系统，或者通过插件服务来根据不同应用进行相关的功能扩展；最终实现不同业务数据的浏览、分析处理、报表统计、图形化展示控制交互操作等。
49.应用系统，在支撑服务层与公共服务层基础上，应用系统通过实时/历史充电曲线、视频监控等插件，实现了配电监控、充电监控、安全防护监控、设备管理等功能。同时，将各应用子系统在统一平台上有机整合，协同一致地为充电桩的监控管理目标服务。
50.基于互联网的充电桩管理系统监控的设备包括各类充电桩、智能电表、配变、开关、保护测控装置、有源滤波及无功补偿装置、视频摄像头、传感器、门禁装置等。
51.基于互联网的充电桩管理系统，实施的电动汽车充电桩的自动化监控是一项繁杂的系统工程，涉及多个专业的设备监控及运行要求。该系统的设计以统一的支撑平台为基础、规范的接口为根本、合理的通信架构作保障。充电桩监控涉及的设备采集方式多样，有
can 总线、rs-485 总线、tcp/ip、无线等多种通信方式；充电过程历史数据、充电记录、维护记录数据的存储；实现多个监控、管理子系统在同一操作平台上的融合；实现安全防护子系统与充电桩、配电设施监控等子系统的实时联动。该充电桩管理系统提供了完善的配电监控、充电监控、安全防护监控等功能，完成对充电桩设备、配电设备及其他设备的集中监视和控制管理；对充电桩实施统一监控，实现充电桩管理和控制的自动化，建立完善、高效的充电桩管理方法。
52.基于互联网的充电桩管理系统具备人机操作界面友善、易扩展的系统，能够促进电动汽车产业的大规模发展。另外通过与配电网自动化等系统相结合，采用合适的调控策略，对区域内的充电桩进行调控，在有效利用电网资源的同时，减少对电网的影响。
53.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

技术特征：
1.基于互联网的充电桩管理系统，其特征是，主要包括配电监控子系统、充电监控子系统、安全防护监控子系统和设备管理子系统；所述配电监控子系统用于完成配电网自动化数据采集、数据计算处理、控制操作、保护信息处理、事件报警以及向上级配电调度系统转发功能；所述充电监控子系统主要完成采集、处理、存储来自直流或交流充电桩的实时运行数据以及电动汽车动力电池的实时参数；获取电能计量表信息，完成充电计费和充电过程的联动控制；所述安全防护监控子系统完成充电站的视频监控以及消防、门禁和周界安全的监控，当充电桩、配变系统或其他人员设备发生预定事件或异常事件时可以实时控制安全防护系统，把现场情况传送回监控室，实现安全防护联动监控；所述设备管理子系统主要完成配电设备、充电桩、电动汽车的台账管理、运行记录、维护记录。2.根据权利要求1所述的基于互联网的充电桩管理系统，其特征在于，所述系统从结构上可以分为站控层、通信层、设备层。3.根据权利要求2所述的基于互联网的充电桩管理系统，其特征在于，所述站控层主要由数据服务器、前置通信服务器以监控、安全防护、计费工作站组成；主要完成数据采集、处理、存储，图形化数据展示以及遥控、负荷调控功能；所述通信层主要由通信管理机、计量管理机、数据集中器、安全防护服务器组成，主要完成数据转发与控制命令的下达；所述设备层主要由直流充电桩、交流充电桩、保护测控装置、安全防护设备组成，实现原始数据采集、就地操作执行功能。4.根据权利要求3所述的基于互联网的充电桩管理系统，其特征在于，所述系统采用分层融合方法，所述设备层、通信层及站控层分别只对相关异构数据进行整合及模型转换，减少异构数据融合的工作量及层与层之间交互的信息量；对站内各类数据进行特征分析，建立统一的信息模型。5.根据权利要求1所述的基于互联网的充电桩管理系统，其特征在于，监控后台与数据集中器之间通过工业以太网或以gprs/cdma专网方式连接，数据集中器与充电桩之间采用现场总线通信。6.根据权利要求1所述的基于互联网的充电桩管理系统，其特征在于，保护测控装置通过现场总线或工业以太网与通信管理机连接，由通信管理机完成配电数据的收集、转发；数据集中器与充电桩之间采用现场总线通信；安全防护服务器与摄像头、传感器之间通过canrs-485总线、以太网、同轴电缆的方式连接；监控后台与数据集中器、通信管理机、安全防护服务器之间通过工业以太网连接。7.根据权利要求1所述的基于互联网的充电桩管理系统，其特征在于，所述系统的软件体系结构可以分为系统平台层、支撑服务层、公共服务层、应用层。8.根据权利要求7所述的基于互联网的充电桩管理系统，其特征在于，所述系统平台层兼容unix、linux、windows操作系统，支持跨平台和混合平台操作。9.根据权利要求7所述的基于互联网的充电桩管理系统，其特征在于，所述支撑服务层主要为系统提供实时、历史数据库服务和通用的网络通信支撑平台，通信平台应基于标准
的网络互联协议tcp/ip，以提高网络通信及异种操作系统平台数据交换的可靠性；公共服务层在支撑服务层的基础上实现了数据采集、数据处理、事件服务、插件管理、报表服务、图形平台、系统管理、权限服务；应用层主要是通过公共服务层提供的各类功能模块搭建出不同的应用系统，或者通过插件服务来根据不同应用进行相关的功能扩展；最终实现不同业务数据的浏览、分析处理、报表统计、图形化展示控制交互操作。10.根据权利要求1所述的基于互联网的充电桩管理系统，其特征在于，所述系统监控的设备包括各类充电桩、智能电表、配变、开关、保护测控装置、有源滤波及无功补偿装置、视频摄像头、传感器、门禁装置。

技术总结
本发明公开了基于互联网的充电桩管理系统，涉及充电桩技术领域，主要包括配电监控、充电监控、安全防护监控和设备管理子系统；该系统的设计以统一的支撑平台为基础、规范的接口为根本、合理的通信架构作保障。充电桩监控涉及的设备采集方式多样；充电过程历史数据、充电记录、维护记录数据的存储；实现多个监控、管理子系统在同一操作平台上的融合；实现安全防护子系统与充电桩、配电设施监控等子系统的实时联动。该系统提供了完善的配电监控、充电监控、安全防护监控等功能，完成对充电桩设备、配电设备及其他设备的集中监视和控制管理；对充电桩实施统一监控，实现充电桩管理和控制的自动化，建立完善、高效的充电桩管理方法。高效的充电桩管理方法。高效的充电桩管理方法。


技术研发人员：张威 薛海涛 房红利 牛海超 郭小玲 朱倍倍 樊崇
受保护的技术使用者：北京金冠智能电气科技有限公司
技术研发日：2023.05.26
技术公布日：2023/6/27