充电桩的采集与监控系统和充电桩的制作方法

本发明涉及电力通信领域，具体而言，涉及一种充电桩的采集与监控系统和充电桩。

背景技术：

国务院印发的《节能与新能源汽车产业发展规划(2012—2020年)》中提出2012—2020年新能源汽车发展的主要工作包括加快推广应用和试点示范，积极推进充电设施建设，要科学规划，加强技术开发，探索有效的商业运营模式，积极推进充电设施建设，适应新能源汽车产业化发展的需要。加快制定充电设施设计、建设、运行管理规范及相关技术标准，研究开发充电设施接网、监控、计量、计费设备和技术，开展车网融合技术研究和应用，探索新能源汽车作为移动式储能单元与电网实现能量和信息双向互动的机制。探索商业运营模式，积极吸引社会资金参与，根据当地电力供应和土地资源状况，因地制宜建设慢速充电桩、公共快速充换电等设施。鼓励成立独立运营的充换电企业，建立分时段充电定价机制，逐步实现充电设施建设和管理市场化、社会化。但是当前电动汽车运营管理平台中涉及到充电桩本体、采集装置、用户充值系统都采用单一的以充电所使用的电能为依据向用户收取充电电费，从而导致收费不准确。

针对现有技术中不能对一定范围内的充电桩进行集中监控的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

技术实现要素：

本发明实施例提供了一种充电桩的采集与监控系统和充电桩，以至少解决现有技术中不能对一定范围内的充电桩进行集中监控的技术问题。

根据本发明实施例的一个方面，提供了一种充电桩的采集与监控系统，包括：数据采集系统，用于采集与所述数据采集系统通信的充电桩的运行参数；数据管理系统，与所述数据采集系统相连，用于存储与所述数据采集系统通信的充电桩的运行参数，并在与所述数据采集系统通信的充电桩的运行参数异常的情况下发出告警信息。

根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种充电桩，包括上述充电桩的采集与监控系统。

在本发明实施例中，采用数据采集系统采集充电桩的运行参数，通过数据管理系统存储充电桩的运行参数，并在充电桩的运行参数异常的情况下发出告警信息，从而实现了对充电桩的采集与监控，进而解决了现有技术中不能对一定范围内的充电桩进行集中监控技术问题。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明实施例的充电桩的采集与监控系统的示意图；

图2是根据本发明实施例的一种可选的运营系统通讯接口及协议的示意图；

图3是本发明实施例的一种可选的充电桩的采集与监控系统的总体架构；

图4是根据本发明实施例的一种系统结构与功能模块之间的关系示意图；

图5是根据本发明实施例的一种可选的采集与监控系统的示意图；

图6是根据本发明实施例的一种可选的三层结构示意图；

图7是根据本发明实施例的一种可选的软件组织的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

实施例1

根据本发明实施例，提供了一种充电桩的采集与监控系统的实施例，图1是根据本发明实施例的充电桩的采集与监控系统的示意图，如图1所示，该系统包括：

数据采集系统10，用于采集与所述数据采集系统通信的充电桩的运行参数。

数据管理系统20，与所述数据采集系统相连，用于存储与所述数据采集系统通信的充电桩的运行参数，并在与所述数据采集系统通信的充电桩的运行参数异常的情况下发出告警信息。

由上可知，本申请上述方案采用数据采集系统采集充电桩的运行参数，通过数据管理系统存储充电桩的运行参数，并在充电桩的运行参数异常的情况下发出告警信息，从而实现了对充电桩的采集与监控，进而解决了现有技术中不能对一定范围内的充电桩进行集中监控技术问题。并且上述系统提供网页方式浏览实时和历史运行情况的可扩展能力。向上与运营系统相连进行数据上报，同时接收下发的各种控制、调节等命令，下发到集中器。当前采集系统要满足分时电价和分时服务费的支持，需要改造采集系统架构，支持实时交互的数据交互方式；需要更新前置服务器和数据服务器，提升硬件性能，满足在容纳全部充电桩设备的环境下，实时下发命令处理时间小于3秒的要求。

可选的，根据本申请上述实施例，所述数据采集系统包括：

前置服务器集群，所述前置服务器集群用于向与所述数据采集系统通信的充电桩下发预设的资源处理模型，其中，所述预设的资源处理模型用于表征不同时间段内充电桩消耗的电量与资源的对应关系。

可选的，根据本申请上述实施例，数据采集系统包括：

系统管理模块，用于定义采集器的分类种类，并设置数据采集系统的参数，其中，数据采集系统的参数包括：数据存储路径，通信口的工作模式及工作参数，在网络中的工作方式、工作参数、主站的IP地址，以及用户管理口令。

可选的，根据本申请上述实施例，数据采集系统还包括：

采集器管理模块，用于设置充电桩的采集器的信息参数，工作参数以及通信参数。

可选的，根据本申请上述实施例，数据采集系统还包括：

信息管理模块，用于建立并维护充电站、充电桩的信息，输入管理电表信息参数、输入管理相关电表的工作参数，通信任务管理功能。

可选的，根据本申请上述实施例，数据采集系统还包括：

通信监控模块，用于通过人机界面操作，调回指定采集器的抄表数据和对指定采集器参数进行设置，并通过通信监控平台动态实时监控系统所有通信信道的通信状态和预设通道的收发数据状态。

可选的，根据本申请上述实施例，数据采集系统还包括：

信息查询模块，用于查询数据库中存储的充电桩的电量数据信息、运行日志和通信日志。

可选的，根据本申请上述实施例，数据采集系统还包括：

数据通信模块，用于根据新国网Q/GDW 376.1协议通过电话网、GSM无线电、GPRS、局域网进行充电桩与数据采集系统的通信。

可选的，根据本申请上述实施例，数据采集系统还包括：

数据存储控制模块，用于对获取的数据进行打包，上传至预设的处理模块。

可选的，根据本申请上述实施例，数据管理系统包括：

安全控制模块下，用于对预设的操作设置口令，在接收到的口令与预设口令相同的情况允许进行预设的操作。

可选的，根据本申请上述实施例，数据采集系统还包括：

错误处理模块，用于在数据管理系统发出告警信息的情况下进行纠错处理，其中，纠错处理包括：对于通信中出现的错误通过重复发送的方法纠错，对于重复发送无效的通信错误，采用发送复位帧恢复正常的通信。

可选的，根据本申请上述实施例，上述数据管理系统包括：

监视模块，用于通过显示器对主要充电桩的运行参数进行显示，并应能显示充电桩的通信状态和通信报文。

报警模块，用于在充电桩的运行参数异常的情况下发出告警信息。

可选的，根据本申请上述实施例，数据管理系统包括：

自诊断模块，用于当充电桩运行时，定时进行自诊断，当诊断出故障时应能自动闭锁或退出故障单元及设备，并发出告警信号；

备份与恢复模块，用于提供应用软件和数据库的备份与恢复工具，当设备冗余配置时，或在线设备发生硬、软件故障时自动切换至备用设备。

在一种可选的实施例中，为了实现上述方案，可以对充电桩的监控系统进行如下改造：

(1)通讯主站需要实现的基本功能如下：

实现通过GPRS与集中器通信，并支持集中器的实时在线。

支持376.1规约。

应能监视集中器设备的运行状况和通讯状态、通信报文，并实时显示。

支持主站支持集中器版和无线模块本信息的查询

支持结算设备版本信息的查询

实现设置和查询集中器参数。

实现设置和查询抄表档案参数。

实时接收运营管理系统中的黑名单设置和白名单设置信息。

保存黑名单列表，并将列表发送到集中器中。如黑名单列表有更新，确保能及时更新集中器中的黑名单列表。

支持充电桩进行黑名单查询

每天校对集中器时钟。

接收集中器上报的电能表示值，并入库保存。

查询上报的电能示值、电流、电压等

将电能表上报的电能示值转发给计费系统。

实时接收桩上报的用户卡充电的结算信息，并实时转发至和计费系统。

支持结算设备通过终端向主站查询充电卡的结算信息

读取未上传的历史结算记录

当电价有变动时，保存计费系统发来的新电价，并发送到集中器中。

远程升级集中器程序。

保存集中器的通讯报文

接收充电桩的事件信息并入库。

集中器的上下线记录

多点同时上传数据稳定性

(2)新增扩展数据采集和处理功能

扩展采集和处理功能，实现对充电桩、充电桩集中器和站级系统实时模拟量、开关量的支持。

增加系统转发运营系统命令的功能，命令包括：下发充电费率表，服务费率表，黑名单。

扩展应用服务器功能，可从采集前置获取以下信号：

控制策略、运行方式切换；控制器参数下发。

充电桩工作状态，充电过程明细，充电结算明细。

充换电站内设备运行相关信息，包括电量统计、电流、电压等。

(3)新增监视和报警功能，

监控系统的监视功能满足下列要求：

通过显示器对主要电气设备运行参数和设备状态进行监视，应能监视各设备的通信状态和通信报文，并实时显示。

电池管理系统上送监控系统的遥测量和告警量须有专门的界面显示和告警窗口。

能量转换系统上送监控系统的遥测量和告警量须有专门的界面显示和告警窗口。

监控系统的报警功能满足下列要求：

采集的模拟量发生越限、数字量变位及计算机系统自诊断故障时能进行报警处理。

事故报警信息应能分层、分级、分类处理，能现场灵活配置报警的处理方式。

在监控画面上应能对指定设备和测点进行方便的报警抑制和恢复。

事故报警可通过手动和自动方式进行确认。

重要模拟量越限或发生断路器跳闸、电池模块单元严重过温、过流、能量转换系统装置故障等事故时，应自动推出相关事故报警画面和提示信息，并自动启动事件记录打印机。

报警方式应直观、醒目，可伴有声、光、色等效果。

(4)新增控制与调节功能

控制范围：运营系统更新的各项费率表进行下发；运营系统更新的黑名单等信息列表进行下发。

控制方式：由运营系统触发，采集与监控系统负责执行各自的下发流程，并进行回读校验。

控制原则：

控制应分层分级，按优先级由高到低，控制操作与调节应具有：操作权限检查、同一时刻操作的唯一性检查、位置检查等安全措施。

(5)新增采集与监控前置系统人机界面与操作支持

人机界面应满足下列要求：

能按要求对各种参数进行设置，具备按一定权限对设备参数、模拟量限值及开关量状态进行修改的功能，并予以记录。

画面的调用方式应满足灵活可、响应速度快的原则；画面的调用应有自动和召唤两种方式，自动方式用于事故、故障及过程监视等情况，召唤方式为运行人员随机调用。

应给不同职责的运行管理人员不同的安全等级操作权限。

操作功能应满足下列要求：

操作方式除满足基本控制、调节功能外，还应包括操作记录打印、报警及监视处理等辅助功能。

应能按要求对站内设备及其他就地监控设备的各种功能进行投退以及对信号进行远方确认和复归。

维护功能：可实现对屏幕画面、制表打印和数据库的修改、扩充等维护功能；可对信息量进行分层、分级、分类设置。

(6)新增其他功能的扩展

采集与监控系统应该具备下列统计与计算功能：

应能对各个站点的电流、电压、频率、功率等进行统计分析。

应能对各个站点的运行时间(总时间、充电时间)进行统计。

对其他纳入监控系统范围的监控设备的正常操作、事故跳闸次数、设备的投退、通道异常、设备的运行时间及各种操作进行分类自动记录和统计。

采集与监控系统宜具备下列系统自诊断及自恢复功能：

系统在线运行时，应能对本系统的软硬件定时进行自诊断，当诊断出故障时应能自动闭锁或退出故障单元及设备，并发出告警信号。

应提供应用软件和数据库的备份与恢复工具。当设备冗余配置时，在线设备发生硬、软件故障应能自动切换至备用设备。

各类有冗余配置的设备应能自动切换至备用设备。

(7)运营系统通信接口及协议调整及改造

图2是根据本发明实施例的一种可选的运营系统通讯接口及协议的示意图，如图2所示，采集与监控系统承担全局大系统的数据流转，是整个大系统的数据中枢，按照系统上行下行数据可以分为：

采集与监控系统与充换电站站级系统之间应以太网连接，增加对采用基于TCP/IP协议的《运营系统与站级系统间的通信规约》(IEC104框架)的支持。

采集与监控系统与充电桩集中器的通信规约遵循Q/GDW376.1规范，通过GPRS专网信道进行通信，扩展Q/GDW376.1规约，支持分时服务费下发。

采集与监控系统与上级运营管理系统通过数据库接口中间件进行通信；改造后采集与监控系统继续保持以下服务：具备上行信道，保持与原统推运营系统的转发功能不变；上级运营管理系统之间通过数据接口同步资产信息；支持原有集中器的上行通信规约。

对于其他可拓展的设备，可以通过以太网(http协议或IEC104规约)和采集与监控系统通信。

入库及计算系统能满足以下功能要求：能将主站系统通讯回来的电能示值、电压、电流以及设备运行状态进行入库。对设备运行状态进行分析汇总，以备份分析监控子系统使用。对表的示值进行计算、汇总，计算出各表、各充电桩、各充电站、各管理单位的日、月、年的用电量，电量计算需支持换表处理。

可选的，根据本申请上述实施例，系统还包括：

统计模块，用于每个充电桩的电流、电压、频率、功率等进行统计、对每个充电桩的运行时间进行统计，并对充电桩的正常操作、事故跳闸次数、设备的投退、通道异常、设备的运行时间进行分类和统计。

图3是本发明实施例的一种可选的充电桩的采集与监控系统的总体架构，在一种可选的实施例中，该充电桩的采集与监控系统通过多个采集终端采用RS485分别与多个充电桩相连(充电桩1、充电桩2……充电桩n)，采集终端通过通讯信道(PSTN有线网、以太网、无线GSM拨号网或GPRS分组交换网)以及双机热备通讯前置服务器将数据传输至网络交换机，将数据由网络交换机传输至后端服务器(数据库服务器、运算服务器、Web服务器、监控工作站以及Web工作站)，与网络交换机相连的还包括防火墙，防火墙通过路由器接入网络，通过网络与远程共组站的控制终端相连。

图4是根据本发明实施例的一种系统结构与功能模块之间的关系示意图。在通信软件系统中采用多线程和功能模块化的系统结构。应用程序是由主线程和若干个子线程组成。系统功能的实现采用模块化设计结构，不同功能模块组成不同的信息类。

系统主线程是系统的核心部分，它实现了系统的主控功能及人机交互功能，其所包含的功能模块有：系统启动初始化功能、系统参数设置、采集管理功能、采集器及相关电表参数的设置管理功能、通信参数控制管理功能、数据查询功能、通信监控功能。子线程主要实现的是无需人工干预，自动启动完成的定时功能、实时响应功能。

系统中设置的子线程主要有：通信任务管理子线程、针对每个通信端口的接收子线程和发送子线程、通信过程监控子线程、数据文件存储子线程。线程与线程之间的数据信息传递是靠线程之间消息传递完成。

图5是根据本发明实施例的一种可选的采集与监控系统的示意图，在该示例中，采集与监控系统采用C/S+B/S的系统架构，由数据采集系统、数据库管理系统组成，其中，数据采集系统中包括前置服务器集群，用于向充电桩下发预设的资源处理模型(收费表)、黑白名单等信息，并获取充电桩的计量、电度以及资源处理结果(结算信息实)；时策略中间件用于多个前置服务器进行交互。数据采集系统实现对全部对象的接入和数据采集。数据库管理系统采用商用数据库，进行参数、历史数据的存储。改造后的采集与监控系统的物理架构分为三层：应用层、网络层、采集对象层，图6是根据本发明实施例的一种可选的三层结构示意图，应用层包括前置运算服务器、数据服务器、存储服务器以及监控工作站，主要用于提供网络任意端上应用程序之间的接口，实现对设备状态数据、计算信息、下行命令的处理。网络层包括以太网、光纤以及前置服务器，用于数据透明传输，可实现设备运行信息、设备运行控制命令的传输，包括VPN信道处理，光纤内网网关等。采集对象层(图中未示出)负责识别、采集整个系统所有设备(充换电站和充电桩)的运行等数据，实现对设备进行监视和控制的基础数据支持。采集与监控系统的软件组织结构调整为三部分：基础平台，支撑平台和上层应用，设计中减少了三层之间的功能耦合，提高系统执行效率。

图7是根据本发明实施例的一种可选的软件组织的结构示意图，下面结合图7对一种可选的软件组织架构进行描述。

(1)基础平台主要由硬件设备(服务器、PC、网络设备)、操作系统(Linux/Windows/Unix)、关系数据库(Oracle/SQLServer/MySQL)构成。

基础平台为支撑平台、应用软件提供运行的基础条件。

(2)支撑平台构建在基础平台之上，主要包括：网络通信中间件(消息总线、服务总线)、图形系统、实时数据库、历史数据库、前置系统、工作流、事件告警、系统管理、WEB发布等基础服务构成。

支撑平台的的各项基础服务可以被应用软件调用，为应用软件提供基本的采集、展示、存储、发布等功能。

(3)上层应用主要包括以下几方面的内容：

数据对外交互接口：主要包括充换电设备状态信息更新、工作参数信息更新、报警和保护事件更新、下行命令状态更新、结算信息更新等。

系统管理接口：主要提供对采集监控系统进行配置的接口，适应对采集对象进行增、删、查、改的需求。具有完善的用户管理和权限管理功能，对用户进行授权和认证的功能，定义用户对设备的操作权限、访问数据的权限和使用程序的权限。具有分布式网络管理功能，在线监视网络上节点的状态和进程，进行网络节点配置。具有系统自诊断和自启动管理功能。

人机接口：提供报文实时监视、分析功能；提供数据的图形化展示功能等。提供一套全图形报表编辑、打印、管理系统，用于生成历史数据和实时数据报表。

(4)数据采集子系统完成终端的数据采集及信息通信的功能，并将接收到的数据通过网络通信方式写入到系统的实时数据库中。

(5)数据类型：系统可采集接收处理各种数据类型

(6)数据处理：从终端采集的数据及相关自动化系统转发获得的实时数据，应立刻被处理并存储到实时数据库中。对所有这些数据处理和存储时，不管数据来自终端还是来自其它信息源系统，其来源对用户和应用功能应是透明的。

经过数据处理的数据成为系统中各项应用功能的基础及源泉。除了对数据处理以外，还应对所有数据打上质量标签，以标明其可信度。

(7)工作流：工作流管理系统指运行在一个或多个工作流引擎上用于定义、实现和管理工作流运行的一套软件系统，它与工作流执行者(人、应用)交互，推进工作流实例的执行，并监控工作流的运行状态。

(8)事件告警：提供丰富的告警动作和告警行为。告警动作包括语音报警、音响报警、推画面报警、打印报警、中文短消息报警、需人工确认报警、上告警窗、登录告警库等，新增告警行为用户可以自定义。

实施例2

根据本发明实施例，提供了一种充电桩，包括实施例1中任意一种充电桩的采集与监控系统。

本申请上述方案中的充电桩包括的充电桩的采集与监控系统采用数据采集系统采集充电桩的运行参数，通过数据管理系统存储充电桩的运行参数，并在充电桩的运行参数异常的情况下发出告警信息，从而实现了对充电桩的采集与监控，进而解决了现有技术中不能对一定范围内的充电桩进行集中监控技术问题。并且上述系统提供网页方式浏览实时和历史运行情况的可扩展能力。向上与运营系统相连进行数据上报，同时接收下发的各种控制、调节等命令，下发到集中器。当前采集系统要满足分时电价和分时服务费的支持，需要改造采集系统架构，支持实时交互的数据交互方式；需要更新前置服务器和数据服务器，提升硬件性能，满足在容纳全部充电桩设备的环境下，实时下发命令处理时间小于3秒的要求。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。