基于云平台的电动汽车充电管理主站研究

／石家庄科林电气股份有限公司 张成锁／

基于云平台的电动汽车充电管理主站研究

／石家庄科林电气股份有限公司 张成锁／

随着电动汽车的普及，充电难的问题越来越凸显，本文提出了采用云平台的方式进行管理，详细讲解了整体思路、技术方案、关键技术、实施效果，并简述了系统主站各个组成部分及各自的作用，为充电管理系统的搭建运行提供了必要的技术依据。

云平台；电动汽车；充电管理

0 引言

目前，新能源汽车已进入“十三五”开局之年，据统计，截至2016年4月，国家及地方共出台新能源汽车相关政策58项，其中国家出台15项，地方出台43项。现在，公共充电设施数量不足、分布不均等问题仍制约着我国新能源汽车的发展。在全球能源危机和环境危机严重的大背景下，我国政府积极推进新能源汽车的应用与发展，合理分配电动汽车充电资源具有非常重要的社会效益和经济效益。

1 总体思路

通过管理云平台，实现对分散在全国各地的充电桩进行数据监控、远程维护，并支持远程参数设定、远程升级，实现智能管理、智能运营、智能监控。支持PC浏览器、手机/平板APP客户端接入访问，在线查看充电桩状态信息。基于在线地图的图层标注、定位技术，实现充电站（桩）在线显示、查询及导航功能。

1.1 需要解决的问题

1）实现动态接受大量充电桩同主站的连接，保证海量数据的可靠接入；2）互联网云平台有方便快捷的特点，同时也有非法登录、恶意破解等网络问题，如何保证身份合法性，保障系统安全性；3）个人车主查询充电站、自动设置导航路线，解决找桩问题；4）通过采集监测充电桩、充电站及整个线路的用电负荷，由管理云平台引导用户到负载较轻线路充电，实现线路的负载均衡。

1.2 研究内容

1）研究负载均衡和服务器集群技术，保证海量数据的安全接入。2）研究在线地图的图层标注、定位技术，充电站（桩）在线显示、查询及导航功能。3）研究动态随机短信验证+IP注册授权双重模式技术，确保系统安全性。4）研究手机等移动客户端 Android/iOS开发技术，基于支付宝、微信钱包的在线安全支付、充值。5）研究费控及结费技术，保证充电桩计费准确性。6）研究充电桩、充电站及整个线路的用电负荷，实现电网线路的负载均衡。7）研究SM1加密技术，保证充电桩用户卡及传输数据安全性。

2 技术方案

系统整体架构图如图1所示。

采集服务器集群：采用负载均衡动态连接的方式，通过互联网采集现场运行数据。其中，负载均衡服务器收到充电桩的连接请求后，通过负载算法动态分配连接的采集服务器，保持采集服务器负载均衡，不至于满负荷运转导致瘫痪。采集服务软件动态接受远程连接后，首先通过充电桩地址和校验密钥验证来连接数据的合法性，避免非法恶意连接，导致数据不安全。

数据存储服务器：采用MySQL数据库，基于MySQL Cluster集群技术，实现数据的并发存储。通过MySQL Cluster集群技术，可解决数据库访问、存储并发瓶颈问题，通过增加服务器来扩大集群，增加并发处理节点，实现高速访问，存储处理，提高访问效率。

支付服务器：通过与支付宝、微信合作，注册为正式商户，采用安全的支付接口，通过移动客户端发起支付操作，在服务器端通过与支付宝、微信快速、安全的回调机制保证支付交易的原子性。

对账服务器：定期从支付宝、微信系统获取对账文件，通过与系统中用户的充值记录对比，处理单边帐记录，对账中心是对支付中心的一个验证和有效补充，进一步确保交易数据的完整性。

计费服务器：车主扫码并确认充电后，充电桩工作，定时上报用户充电消费数据，通过APP可以查看到当前充电电量、电费，充电结束后，由计费中心根据电量、峰谷电价，实时计算用户消费金额、扣减用户的剩余金额，并生成消费交易记录，供历史数据查询，对账使用。

图1 系统整体架构图

结算服务器：用户充电后生成了对应的消费交易记录，系统定期计算加盟商的所有充电桩累计充电记录，生成月结算报表，加盟商核对无误后、由财务结算中心根据协议约定给加盟商打款。

充电桩运维管理Web：运维管理系统通过互联网进行在线发布，采用Tomcat 6.0作为Web服务应用。负责建立充电桩通讯通道、费率档案运营商档案、操作员档案。为充电桩运营商建立充电站、充电桩、参数设置、手工召测、工况查询等维护信息。查询车主充值、充电记录、对账查询、结算查询、挂失充电卡、车主状态维护等工作。

充电桩门户Web：门户Web提供APP下载、加盟说明、充电桩规格；加盟商登录后可以查询充电桩当前状态信息、历史充电记录、资金对账；车主登录后可以完善个人信息、查询充电记录、充值记录。

移动客户端APP：APP提供自注册账号、完善本人信息、在线充值、在线充电、查询充值记录、查询充电记录、地图导航、附近电站等。

整个互联网+管理云平台充分考虑了资金账务的安全、恶意攻击的安全性、大量数据接入、大量用户访问的并发性、处理效率等多方面问题，在安全性、可扩展性、高可靠性进行了充分考虑和论证。整个系统采用分布式、模块化设计，可动态增加业务应用而不影响已有应用。软件架构如图2所示。

图 2 软件系统架构图

采用的技术：项目采用C++语言实现数据采集、业务处理等后台应用，采用Java语言、Jsp技术、Ajax异步访问技术、HTTP通信技术、DIV+CSS网页布局技术、JSP+Structs+Hibernat+Ajax开发架构实现。

硬件设备：运营平台包括采集服务器、数据存储服务器、Web发布服务器，支付服务器、计费服务器、结算服务器、对账服务器、网络交换机、负载均衡服务器、安全防御装置、防火墙等若干设备。

现场设备：若干充电桩桩体及数据采集器设备。

3 关键技术

1）基于负载均衡服务器集群模式，构建了采集、业务、数据服务器集群的应用架构，保证海量数据接入的稳定性、完整性。采用数据库双机冗余技术，实现热备切换，保证系统稳定运行。2）采用充电桩计费、计费服务器扣费方式，充电桩实时算费，充电结束后由计费服务器统一运算、校验、扣除交易金额、生成消费记录。3）实现加盟商自动结算，根据充电流水账单，自定义预设结算周期，结算服务中心定时自动结算运营费用给加盟运营商，并生成结算账单。4）移动充值、监测技术，通过支付宝、微信钱包接口实现手持设备充值业务，通过APP客户端实现充电数据的在线显示和查询功能。5）有效监控充电桩运行状态，采集服务器实时更新充电桩在线状态、充电/空闲状态，自动为车主寻找周边空闲充电桩，实现精确导航服务。6）安全的Web防御机制，通过“动态随机短信验证+IP注册授权双重模式”的安全认证模式，任何登入系统的操作员必须通过身份认证，保证用户身份合法性，保障系统安全性。7）通过监测用电负荷进行短期负荷预测，利用空余容量实现电动车智能充电管理。8）采集充电线路三相电流，智能安排电动车停放及充电次序，实现三相电流平衡调节。

4 实施效果

本项目基于云数据中心，通过互联网采集充电桩的实时数据、运行工况。采用分时计费模式，实现错峰用电，指导用户合理用电，改善了局部电网运行质量。通过远程智能运维，方便了系统的调试，减少了充电桩升级的工作量。通过互联网在线监测分布式充电站当前充电信息、运行信息、状态信息、告警信息，实时发现、预测系统故障，把问题消灭在萌芽期。通过APP与充电卡双模操作，实现双路充电的无缝自动切换，给用户带来多样性、可选择性的充电体验。

本系统的建设能够有效推动电动汽车充电桩、互联网产业的技术水平，解决电动汽车充电桩互联网监控维护困难的问题，实现实时在线监测。智能化运维服务，保证充电桩高可靠、高质量运行，同时能够带动充电桩相关产业的技术创新与发展。