基于物联网的电动汽车充电场站智慧化管理方法及系统

技术领域

本发明属于电动汽车充电管理技术领域，尤其涉及一种基于物联网的电动汽车充电场站智慧化管理方法及系统。

背景技术

目前，发展电动汽车能够加快燃油替代，减少汽车尾气碳排放，对保障能源安全、促进节能减排、防治大气污染、推动我国从汽车大国迈向汽车强国具有重要意义。随着电动汽车产业发展的不断加快，我国的电动汽车保有量越来越高，作为电动汽车最重要的充电基础设施之一，充电设施安全可靠、方便有效地为用户提供充电服务显得尤为重要。

目前，充电桩主要通过有线网络、无线网络等方式进行数据通信传输，借助云端的后台管理系统进行充电设备的管理、用户识别及计费管理，最终实现对用户的充电服务，对网络的依赖度较高，若出现通信故障的情况，就会造成有电不能充的现象，影响充电桩的正常使用，给用户的正常充电服务造成很大影响；另外，所有充电场站中对设备、人员、车辆缺乏统一的调度、监控和管理，场站整体协调性差，智慧化低，运维成本高，用户体验不好。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：1、现有充电场站过度依赖外部网络，无网络即不能提供充电服务；2、本地化数据不能进行存储和边缘计算，无法快速响应用户充电需求；3、现有充电管理系统主要完成充电业务处理功能，而对充电设备远程数据采集运维、充电场站环境监控等缺乏管控，造成电动汽车到站因设备故障不能充电，充电场站需要安排大量人员值守增加运营成本等问题；4、现有充电场站主要完成充电业务数据收集处理，而对电动汽车运行数据、充电桩运营数据、电气设备状态数据、场站环境数据等缺乏整体数据采集，不能进行深度数据分析，影响充电场站智慧化管理、无人化值守实施。

解决以上问题及缺陷的难度为：

1、由于现有充电桩的运营管理系统都是云端部署，用户通常是扫二维码进行充电结算，即使采用VIN、刷卡等进行充电，鉴于用户注册数据存储在云端而本地无用户数据信息，所以无外部网络就不能提供充电服务是现有充电桩的天然缺陷；2、电力设备运行状态、环境视频监控等数据量巨大，如果实时同步到云端占用流量多、存储空间大、费用高昂，现有的充电场站没有本地数据存储服务器，硬件环境不具备解决全域数据采集和共享；3、基于对数据的非全面采集存储，后续的智慧远程运维、深度数据挖掘学习、场站智慧化管理等在现有场站技术条件下几乎难以实现的。

解决以上问题及缺陷的意义为：

1、解决无外网通信情况下的电动汽车充电问题，实现有电既能充，提升充电站对用户服务能力和用户体验；2、通过本地化的集中数据收集存储处理，保证了场站管理的可追溯性，并能够通过深度数据挖掘学习，实现设备智能运维和无人值守智慧化管理。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于物联网的电动汽车充电场站智慧化管理方法及系统。

本发明是这样实现的，一种基于物联网的电动汽车充电场站智慧化管理系统，包括：

数据采集层、桩站本地生产运营管理系统和充电场站云平台管理系统；

数据采集层，包括充电设备数据采集模块、充电场站环境数据采集模块以及充电场站行为数据采集模块；用于采集充电设备、充电场站的环境以及行为数据；

桩站本地生产运营管理系统，用于对采集的数据进行传输、归集、处理、分发以及存储；

充电场站云平台管理系统，用于接收由数据分发器DCT直传底层设备数据和所述桩站生产运营管理系统处理后的运营、管理数据；用于对分布在不同区域的充电场站进行管理调度，信息追溯和数据分析，进行充电场站智慧化管理。

进一步，所述数据采集层包括：

充电设备数据采集模块，用于采集充电桩和电动汽车的运行状态数据，包括收集电动汽车BMS采集的汽车状态数据、充电桩电压、电流、温度、水位、位移、烟感、视频及其他设备装置数据；

充电场站环境数据采集模块，用于采集充电场站的环境数据，所述充电场站的环境数据包括门禁人脸识别、车牌识别、环境热成像、光纤周界监控及其他环境数据；

充电场站行为数据采集模块，用于采集包括车辆进入场站停放过程、充电过程、费用结算及其他业务数据。

进一步，所述桩站本地生产运营管理系统包括：

数据传输模块，用于将数据采集层采集的数据实时通过有线宽带、光纤、RS485、无线WIFI、LORA、蓝牙、4G/5G移动通信网络等传输至本地服务器；同时将数据采集层采集的关键数据传输至充电场站云平台管理系统；

数据处理模块，用于利用数据集中分发器DCT按照数据属性、类型、标志、网络状态进行处理和分发；

数据存储模块，用于将数据采集层采集的所有数据进行本地存储；关键数据传到云端，若外网故障，则待网络恢复后自动同步；

管理模块，用于在离线模式下对用户的充电计费管理。

进一步，所述桩站生产运营管理系统还包括：

设置于每台充电桩终端的微控制单元，用于对充电设备状态和充电车辆行为进行数据采集和边缘计算，当发现充电设备、车辆异常时，按照预设逻辑和AI深度学习结果进行实时自动处理，记录处理过程，并将信息同步到本地服务器和云端服务器；同时，用于执行上层系统传入的控制命令以及充电场站的远程智慧运维管理。

进一步，所述数据集中分发器DCT终端包括采集单元和规约转换单元；

所述DCT采集单元，用于通过通信介质收集底层传感器的数据并进行存储；同时用于通过通信介质下发各类来自本地服务器和云端的控制命令，到终端设备进行执行；

所述DCT转换单元，用于不同通信规约之间进行转换和镜像。

进一步，所述通信介质包括无线、有线、电力线载波、光纤。

进一步，所述通信规约包括：根据需求在PLC通信、LoRa通信、微功率无线通信、NB-IOT通信及其他下行通信方式之间进行实时转换。

本发明的另一目的在于提供一种基于物联网的电动汽车充电场站智慧化管理方法包括：

步骤一，数据采集层汇集设备状态数据、业务经营数据、环境监控数据，并将汇集的数据传输至桩站本地生产运营管理系统；

步骤二，桩站本地生产运营管理系统在外部网络正常情况下将关键数据利用网络传输至充电场站云平台管理系统，同时将视频监控数据以及设备连续状态数据利用本地服务器进行存储；

步骤三，充电场站云平台管理系统通过收集到的不同地点的充电场站数据，对数据进行分析和处理、深度数据挖掘学习，形成智慧化充电场站管控策略、用户数据信息、软件升级、共有信息标准规范下发至本地服务器，进行数据同步。

本发明的另一目的在于提供一种接收用户输入程序存储介质，所存储的计算机程序使电子设备执行所述基于物联网的电动汽车充电场站智慧化管理方法包括下列步骤：

步骤一，数据采集层汇集设备状态数据、业务经营数据、环境监控数据，并将汇集的数据传输至桩站生产运营管理系统；

步骤二，桩站生产运营管理系统在外部网络正常情况下将关键数据利用网络传输至充电场站云平台管理系统，同时将视频监控数据以及设备连续状态数据利用本地服务器进行存储；

步骤三，充电场站云平台管理系统通过收集到的不同地点的充电场站数据，对数据进行分析和处理、深度数据挖掘学习，形成智慧化充电场站管控策略、用户数据信息、软件升级、共有信息标准规范下发至本地服务器，进行数据同步。

本发明另一目的在于提供一种信息数据处理终端，所述信息数据处理终端包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行所述基于物联网的电动汽车充电场站智慧化管理方法。

结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：本发明基于物联网技术，通过安装在充电桩前端的视频摄像头识别电动汽车用户的车牌和人脸，与存储在本地的注册用户数据库和本地服务器数据比对，为用户提供充电服务。

本发明通过安装在充电桩端的传感器采集数据，能够获取充电桩的工作状态和设备状态信息，与部署在充电场站周围的监控摄像头采集环境数据，能够实现对充电场站的无人值守管理，降低管理成本。

本发明部署的本地化计费管理系统，然后在通讯恢复后及时与后台管理主站系统实现信息同步，实现了离线数据与在线数据的汇合统一。

本发明通过部署的本地化生产管理系统及后台管理主站系统，实现了无网络环境下对用户持续进行充电服务。

本发明是基于物联网技术，通过安装在充电设备上的传感器，采集设备工作的电流、电压、温度、位移等物理量，利用智能视频监控摄像头热成像技术获取环境火灾、异物闯入等异常数据，通过视频识别人脸、车牌等监控充电场站人车行为数据，这些数据通过部署在本地的有线局域网汇集到本地服务器，本地服务器中安装了本地化信息管理系统，实现各类数据的融合处理，保障在无网络情况下实现对用户的正常充电服务，解决充电设施在无网络模式下的“独立”运行，同时在外部网络恢复后自动与云端数据同步，达到远程信息共享和本地化边缘快速计算的管理协同。

本发明解决了充电场站的本地化信息管理问题，解决在实践中充电场站过度依赖外部网络，无网络即不能提供充电服务，同时，本地化数据不能进行存储和边缘计算，以快速响应用户充电需求，实现场站设备安全监控和智能运维等。

附图说明

图1是本发明实施例提供的基于物联网的电动汽车充电场站智慧化管理系统架构图。

图2是本发明实施例提供的基于物联网的电动汽车充电场站智慧化管理系统结构示意图；

图中：1、数据采集层；2、桩站生产运营管理系统；3、充电场站云平台管理系统。

图3是本发明实施例提供的充电桩边缘计算模块架构图。

图4是本发明实施例提供的基于物联网的电动汽车充电场站智慧化管理方法原理图。

图5是本发明实施例提供的基于物联网的电动汽车充电场站智慧化管理方法流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于物联网的电动汽车充电场站智慧化管理方法及系统，下面结合附图对本发明作详细的描述。

如图1-图2所示，本发明实施例提供的基于物联网的电动汽车充电场站智慧化管理系统包括：

数据采集层1、桩站本地生产运营管理系统2和充电场站云平台管理系统3；

数据采集层1，包括充电设备数据采集模块、充电场站环境数据采集模块以及充电场站行为数据采集模块；用于采集充电设备、充电场站的环境以及行为数据；

桩站本地生产运营管理系统2，用于对采集的数据进行传输、处理、分发以及存储；

充电场站云平台管理系统3，用于接收由数据分发器DCT直传底层设备数据和所述桩站本地生产运营管理系统处理后的运营、管理数据；用于对分布在不同区域的充电场站进行管理调度，信息追溯和数据分析，进行充电场站智慧化管理。

本发明实施例提供的数据采集层1包括：

充电设备数据采集模块，用于采集充电桩和电动汽车的运行状态数据，包括电动汽车BMS采集的汽车状态数据、充电桩电压、电流、温度、水位、位移、烟感、视频及其他设备数据；

充电场站环境数据采集模块，用于采集充电场站的环境数据，所述充电场站的环境数据包括门禁人脸识别、车牌识别、环境热成像、光纤周界监控及其他环境数据；

充电场站行为数据采集模块，用于采集包括车辆进入场站停放过程、充电过程、费用结算及其他业务数据。

本发明实施例提供的桩站生产运营管理系统包2括：

数据传输模块，用于将数据采集层采集的数据实时通过有线宽带、光纤、RS485、无线WIFI、LORA、蓝牙、4G/5G移动通信网络等传输至本地服务器；同时将数据采集层采集的关键数据传输至充电场站云平台管理系统；

数据处理模块，用于利用数据集中分发器DCT按照数据属性、类型、标志、网络状态进行处理和分发；

数据存储模块，用于将数据采集层采集的所有数据进行本地存储；关键数据传到云端，若外网故障，则待网络恢复后自动同步；

管理模块，用于在离线模式下对用户的充电计费管理。

如图3所示，本发明实施例提供的桩站本地生产运营管理系统2还包括：

设置于每台充电桩终端的微控制单元，用于对充电设备状态和充电车辆行为进行数据采集和边缘计算，当发现充电设备、车辆异常时，进行实时自动处理，记录处理过程，并将信息同步到本地服务器和云端服务器；同时，用于执行上层系统传入的控制命令以及充电场站的远程智慧运维管理。

本发明实施例提供的数据集中分发器DCT终端包括采集单元和规约转换单元；

DCT采集单元，用于通过通信介质收集底层传感器的数据并进行存储；同时用于通过通信介质下发各类来自本地服务器和云端的控制命令，到终端设备进行执行；

DCT转换单元，用于不同通信规约之间进行转换。

本发明实施例提供的通信介质包括无线、有线、电力线载波、光纤、物联网等。

本发明实施例提供的通信规约包括：根据需求在PLC通信、LoRa通信、微功率无线通信、NB-IOT通信及其他下行通信方式之间进行实时转换。

如图4-图5所示，本发明实施例提供的基于物联网的电动汽车充电场站智慧化管理方法包括：

S101，数据采集层汇集设备状态数据、业务经营数据、环境监控数据，并将汇集的数据传输至桩站生产运营管理系统；

S102，桩站生产运营管理系统在外部网络正常情况下将关键数据利用网络传输至充电场站云平台管理系统，同时将视频监控数据以及设备连续状态数据利用本地服务器进行存储；

S103，充电场站云平台管理系统通过收集到的不同地点的充电场站数据，对数据进行分析和处理，将收集到的用户数据信息、软件升级、共有信息标准规范下发至本地服务器，进行数据同步。

下面结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步说明。

实施例1：

本发明是基于物联网技术，通过安装在充电设备上的传感器，采集设备工作的电流、电压、温度、位移等物理量，利用智能视频监控摄像头热成像技术获取环境火灾、异物闯入等异常数据，通过视频识别人脸、车牌等监控充电场站人车行为数据，这些数据通过部署在本地的有线局域网汇集到本地服务器，本地服务器中安装了本地化信息管理系统，实现各类数据的融合处理，保障在无网络情况下实现对用户的正常充电服务，解决充电设施在无网络模式下的“独立”运行，同时在外部网络恢复后自动与云端数据同步，达到远程信息共享和本地化边缘快速计算的管理协同。本方案具有如下几个要点：

1.充电设施安装有温度、湿度、电量、位移、水位等传感器，并具备网络通讯模块。作为本地化通讯的基础功能模块，实现与本地服务器的本地化通讯。

2.充电设施具有本地中央处理单元和一定数据存储器，能够对本地的车、桩、网、人行为数据进行处理优化，并将结果向本地服务器发送。

3.部署本地化充电场站智慧管理系统。在无网络条件下，实现“离线”模式下对用户的充电计费管理，并将用户信息、充电信息实现本地化存储，待后续网络连接正常后与管理主站进行数据同步。

4.云端信息系统实现信息同步管理功能。在侦测到网络连接正常后，系统发出指令重新上线进行远程数据同步，实现充电数据的智慧协同管理。

5.用户端手机APP部署本地存储及系统同步功能。用户端手机APP开发部署系统同步功能，在管理主站数据同步完成后，推送订单信息至用户，完成用户充电订单的最终结算。

实施例2：

一种基于物联网技术的电动汽车充电场站智慧化管理方法及系统，分为三层结构：数据采集层、桩站生产运营管理系统和充电场站云平台管理系统三大部分组成。

其中数据采集层涉及到三类数据采集：一是充电设备数据采集，即充电桩和电动汽车的运行状态数据，包括电动汽车BMS(电池管理系统，Battery Management System)传出的汽车状态数据、充电桩电压、电流、温度、水位、位移、烟感、视频等设备数据；二是充电场站的环境数据，包括门禁人脸识别、车牌识别、环境热成像、光纤周界监控等环境数据；三是充电场站经营和行为数据，包括车辆进入场站停放过程、充电过程、费用结算等业务数据。三类数据采集后，关键数据将在本地进行储存处理，进行边缘计算，满足实时用户需求和异常状况响应。

桩站生产运营管理系统是本发明的第二层结构，其工作过程是：数据采集层将三类数据采集后，实时通过有线宽带、光纤、RS485、无线WIFI、LORA、蓝牙、4G/5G移动通信网络等传输到本地数据集中分发器DCT，DCT按照数据属性、类型、标志、网络状态等进行处理和分发，所有数据本地存储，关键数据传到云端，若外网故障，则待网络恢复后自动同步。

充电场站云平台管理系统是本发明的第三层结构，其作用是接收由数据分发器DCT直传底层设备数据和第二层服务器处理后的运营、管理数据，云端部署了充电场站大数据信息管理系统，对分布在不同区域的充电场站进行管理调度，信息追溯和数据分析，实现充电场站智慧化管理。

本发明所述的数据集中分发器DCT终端包括采集单元和规约转换单元两部分。

DCT采集单元是收集底层传感器的数据，一方面完成数据采集工作，进行存储，另一方面下发各类来自本地服务器和云端的控制命令，到终端设备进行执行，如接通或断开充电电路空气开关等。通信介质可以是无线、有线、电力线载波以及光纤等，可选PLC通信、LoRa通信、微功率无线通信、NB-IOT通信等，支持拓展。上行通道支持国家电网公司企业标准Q/GDW 1376.1-2013通信协议。

DCT转换单元主要用于不同通信规约之间进行转换，通信规约视实际需求在PLC通信、LoRa通信、微功率无线通信、NB-IOT通信等下行通信方式之间进行实时转换。

本发明是解决充电场站的本地化信息管理问题，解决在实践中充电场站过度依赖外部网络，无网络即不能提供充电服务，同时，本地化数据不能进行存储和边缘计算，以快速响应用户充电需求，实现场站设备安全监控和智能运维等。

如图4所示的系统实现流程中，基础数据采集单元汇集设备状态数据、业务经营数据、环境监控数据，然后将上述数据经过数据转换与信息传输单元传输到本地化生产运营管理系统，本地化生产运营管理系统形成单个充电场站自我管理体系，实现场站的信息化管理和保证在无外部网络情况下能够对充电用户提供服务，并记录各项业务数据、设备数据和环境数据。在外部网络正常情况下，关键数据将通过网络传输到充电场站云端信息管理系统，大量的视频监控数据，设备连续状态数据等则存储本地，避免占用网络和云端存储资源。场站管理云端系统通过收集到的不同地点的充电场站数据，然后对数据进行分析和处理，把收集到的用户数据信息、软件升级、共有信息标准规范等下发到本地，实现数据同步。

在每台充电桩终端安装有微控制单元(MCU)，其系统结构如图3所示，能够对充电设备状态和充电车辆行为进行数据采集和边缘计算，当发现充电设备、车辆异常时，能立即进行实时自动处理，记录处理过程，并将信息同步到本地服务器和云端服务器。同时，微控制单元还能执行上层系统传入的控制命令，比如升级本地软件、切断充电电源等，实现对充电场站的远程智慧运维管理。

本发明的核心内容在50多个充电场站进行实施，并在南方电网电动汽车充电领域进行了推广应用，建立了充电大数据信息管理系统平台，有效解决了山区通信不畅情况下的用户电动汽车充电问题；依托本发明的科技项目获得了服务业创新发展十大工程重点项目资金支持，创新成果得到了市场的认可。

在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”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，而不是指示或暗示所指的装置或元件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。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

应当注意，本发明的实施方式可以通过硬件、软件或者软件和硬件的结合来实现。硬件部分可以利用专用逻辑来实现；软件部分可以存储在存储器中，由适当的指令执行系统，例如微处理器或者专用设计硬件来执行。本领域的普通技术人员可以理解上述的设备和方法可以使用计算机可执行指令和/或包含在处理器控制代码中来实现，例如在诸如磁盘、CD或DVD-ROM的载体介质、诸如只读存储器(固件)的可编程的存储器或者诸如光学或电子信号载体的数据载体上提供了这样的代码。本发明的设备及其模块可以由诸如超大规模集成电路或门阵列、诸如逻辑芯片、晶体管等的半导体、或者诸如现场可编程门阵列、可编程逻辑设备等的可编程硬件设备的硬件电路实现，也可以用由各种类型的处理器执行的软件实现，也可以由上述硬件电路和软件的结合例如固件来实现。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。