智驭充电：基于物联网与人工智能的电动汽车充电桩调度系统革新

易允恒 安科瑞电气股份有限公司

摘要

随着电动汽车（EV）的快速增长，充电基础设施的需求显著增加。然而，充电高峰期的集中充电行为可能导致电网负荷激增，影响电网稳定性。本文提出了一种基于物联网（IoT）和人工智能（AI）的电动汽车充电桩智能调度系统。该系统通过实时数据采集与分析，结合机器学习算法，实现充电桩的智能调度，优化充电负荷分配，减少电网压力，并提高可再生能源利用率。实验结果表明，该系统能够有效平衡电网负荷，提升充电效率，并促进绿色能源的整合。

1. 引言

随着全球对可持续发展的关注日益增加，电动汽车作为一种清洁交通工具，正迅速普及。然而，电动汽车的大规模使用也带来了新的挑战，特别是对电网的影响。集中充电行为可能导致电网负荷波动，甚至引发停电等问题。为了应对这些挑战，充电桩的智能调度成为研究的重点。

物联网和人工智能技术的进步为充电桩的智能管理提供了新的解决方案。通过物联网技术，充电桩可以与电网进行实时数据交互，而人工智能算法则可以分析这些数据，优化充电策略，实现智能调度。本文旨在探讨一种基于物联网和人工智能的电动汽车充电桩智能调度系统，并评估其对电网稳定性和充电效率的影响。

2. 系统架构与关键技术

2.1 系统架构

本系统主要由以下几个部分组成：

2.1.1.充电桩与传感器网络：每个充电桩配备多种传感器，用于实时监测充电状态、电流、电压等参数。这些传感器通过物联网协议（如MQTT、CoAP）将数据上传至云端服务器。

2.1.2.通信网络：采用多种通信技术，包括有线（如以太网）和无线（如4G/5G、LoRa）通信，确保数据传输的可靠性和实时性。

2.1.3.云端数据平台：负责接收、存储和处理来自充电桩的数据。该平台采用大数据技术进行数据管理和分析。

2.1.4.智能调度引擎：基于人工智能算法（如深度学习、强化学习），对充电负荷进行优化分配，生成调度策略。

2.1.5.用户界面与控制终端：提供用户访问接口，允许用户查看充电状态、预约充电时间，并接收系统推荐的充电方案。

2.2 关键技术

2.2.1.物联网数据采集与传输：

充电桩配备多种传感器，实时采集充电状态、电流、电压、功率等数据。

数据通过物联网协议上传至云端，确保数据的实时性和准确性。

2.2.2.人工智能算法：

预测模型：利用历史数据和实时数据，预测未来的充电需求和电网负荷。

优化算法：采用遗传算法、粒子群优化等方法，优化充电负荷分配，减少电网压力。

强化学习：通过与环境的交互，不断学习和优化充电策略，提高系统适应性。

3.可再生能源整合：

系统与可再生能源（如太阳能、风能）系统集成，优先利用绿色能源为电动汽车充电。

通过储能系统，实现能源的存储和调度，进一步提高可再生能源利用率。

3. 系统实现与实验

3.1 系统实现

系统采用模块化设计，各模块独立开发并集成。充电桩采用工业级传感器和通信模块，确保数据采集和传输的可靠性。云端数据平台基于开源大数据框架（如Hadoop、Spark）构建，支持海量数据的存储和处理。智能调度引擎采用TensorFlow、PyTorch等深度学习框架，实现预测模型和优化算法的开发。

3.2 实验与结果

实验在某城市的一个电动汽车充电站进行，测试时间为一个月。实验结果表明：

3.2.1.电网负荷平衡：

系统能够有效平衡电网负荷，减少高峰期的负荷压力。

电网负荷波动率降低了约30%。

3.2.2.充电效率：

通过优化充电策略，充电效率提高了约20%。

用户平均充电时间缩短了约15%。

3.2.3.可再生能源利用率：

系统优先利用可再生能源，绿色能源利用率提高了约25%。

储能系统有效平衡了可再生能源的波动性，提高了能源利用的稳定性。

4.讨论与未来工作

4.1 讨论

本系统通过物联网和人工智能技术的结合，实现了充电桩的智能调度，有效平衡了电网负荷，提高了充电效率，并促进了可再生能源的利用。然而，系统在实际应用中仍面临一些挑战，如数据隐私与安全、通信网络的可靠性等。

4.2 未来工作

未来的研究可以集中在以下几个方面：

4.2.1.数据安全与隐私保护：

引入区块链技术，确保数据的安全性和隐私性。

4.2.2.通信网络的优化：

研究更高效的通信协议，提高数据传输的可靠性和实时性。

4.2.3.用户行为分析：

通过分析用户行为数据，提供个性化的充电方案，进一步提高用户体验。

4.2.4.多目标优化：

综合考虑充电效率、电网负荷、可再生能源利用率等多目标，进行更全面的优化。

5.实验结果与分析

5.1实验环境

为了验证基于物联网的绿色精品台区充电桩有序充电方案的有效性，搭建了实验平台。实验平台包括充电桩、传感器、通信网络、管理平台和电网模拟器等设备。

5.2实验结果

通过实验，得到了以下结果：

采用有序充电策略后，电网负荷波动明显减小，台区的能源利用效率得到了提高。

绿色能源的利用和储能系统的应用，进一步降低了对传统电网的依赖，实现了绿色环保的充电目标。

优化算法和分时电价策略的结合使用，能够有效地实现充电桩的有序充电，提高了充电效率和用户满意度。

5.3结果分析

实验结果表明，基于物联网的绿色精品台区充电桩有序充电方案是可行的。通过物联网技术实现充电桩与电网的智能交互，结合优化算法、分时电价策略和需求响应策略等，可以有效地实现充电桩的有序充电，提高台区的能源利用效率和稳定性，实现绿色环保的充电目标。

6.安科瑞充电桩收费运营云平台助力有序充电开展

6.1概述

AcrelCloud-9000安科瑞充电柱收费运营云平台系统通过物联网技术对接入系统的电动电动自行车充电站以及各个充电整法行不间断地数据采集和监控，实时监控充电桩运行状态，进行充电服务、支付管理，交易结算，资要管理、电能管理，明细查询等。同时对充电机过温保护、漏电、充电机输入/输出过压，欠压，绝缘低各类故障进行预警；充电桩支持以太网、4G或WIFI等方式接入互联网，用户通过微信、支付宝，云闪付扫码充电。

6.2应用场所

适用于民用建筑、一般工业建筑、居住小区、实业单位、商业综合体、学校、园区等充电桩模式的充电基础设施设计。

6.3系统结构

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系统分为四层：

1）即数据采集层、网络传输层、数据层和客户端层。

2）数据采集层：包括电瓶车智能充电桩通讯协议为标准modbus-rtu。电瓶车智能充电桩用于采集充电回路的电力参数，并进行电能计量和保护。

3）网络传输层：通过4G网络将数据上传至搭建好的数据库服务器。

4）数据层：包含应用服务器和数据服务器，应用服务器部署数据采集服务、WEB网站，数据服务器部署实时数据库、历史数据库、基础数据库。

5）应客户端层：系统管理员可在浏览器中访问电瓶车充电桩收费平台。终端充电用户通过刷卡扫码的方式启动充电。

小区充电平台功能主要涵盖充电设施智能化大屏、实时监控、交易管理、故障管理、统计分析、基础数据管理等功能，同时为运维人员提供运维APP，充电用户提供充电小程序。

6.4安科瑞充电桩云平台系统功能

6.4.1智能化大屏

智能化大屏展示站点分布情况，对设备状态、设备使用率、充电次数、充电时长、充电金额、充电度数、充电桩故障等进行统计显示，同时可查看每个站点的站点信息、充电桩列表、充电记录、收益、能耗、故障记录等。统一管理小区充电桩，查看设备使用率，合理分配资源。

6.4.2实时监控

实时监视充电设施运行状况，主要包括充电桩运行状态、回路状态、充电过程中的充电电量、充电电压电流，充电桩告警信息等。

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6.4.3交易管理

平台管理人员可管理充电用户账户，对其进行账户进行充值、退款、冻结、注销等操作，可查看小区用户每日的充电交易详细信息。

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6.4.4故障管理

设备自动上报故障信息，平台管理人员可通过平台查看故障信息并进行派发处理，同时运维人员可通过运维APP收取故障推送，运维人员在运维工作完成后将结果上报。充电用户也可通过充电小程序反馈现场问题。

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6.4.5统计分析

通过系统平台，从充电站点、充电设施、、充电时间、充电方式等不同角度，查询充电交易统计信息、能耗统计信息等。

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6.4.6基础数据管理

在系统平台建立运营商户，运营商可建立和管理其运营所需站点和充电设施，维护充电设施信息、价格策略、折扣、优惠活动，同时可管理在线卡用户充值、冻结和解绑。

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6.4.7运维APP

面向运维人员使用，可以对站点和充电桩进行管理、能够进行故障闭环处理、查询流量卡使用情况、查询充电\充值情况，进行远程参数设置，同时可接收故障推送

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6.4.8充电小程序

面向充电用户使用，可查看附近空闲设备，主要包含扫码充电、账户充值，充电卡绑定、交易查询、故障申诉等功能。

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6.5系统硬件配置

类型	型号	图片	功能
安科瑞充电桩收费运营云平台	AcrelCloud-9000	易允恒18702125179	安科瑞响应节能环保、绿色出行的号召，为广大用户提供慢充和快充两种充电方式壁挂式、落地式等多种类型的充电桩，包含智能7kW交流充电桩，30kW壁挂式直流充电桩，智能60kW/120kW直流一体式充电桩等来满足新能源汽车行业快速、经济、智能运营管理的市场需求，提供电动汽车充电软件解决方案，可以随时随地享受便捷安全的充电服务，微信扫一扫、微信公众号、支付宝扫一扫、支付宝服务窗，充电方式多样化，为车主用户提供便捷、安全的充电服务。实现对动力电池快速、安全、合理的电量补给，能计时，计电度、计金额作为市民购电终端，同时为提高公共充电桩的效率和实用性。
互联网版智能交流桩	AEV-AC007D	易允恒18702125179	额定功率7kW，单相三线制，防护等级IP65，具备防雷 保护、过载保护、短路保护、漏电保护、智能监测、智能计量、远程升级，支持刷卡、扫码、即插即用。 通讯方：4G/wifi/蓝牙支持刷卡，扫码、免费充电可选配显示屏
互联网版智能直流桩	AEV-DC030D	易允恒18702125179	额定功率30kW，三相五线制，防护等级IP54，具备防雷保护、过载保护、短路保护、漏电保护、智能监测、智能计量、恒流恒压、电池保护、远 程升级，支持刷卡、扫码、即插即用 通讯方式：4G/以太网 支持刷卡，扫码、免费充电
互联网版智能直流桩	AEV-DC060S		额定功率60kW，三相五线制，防护等级IP54，具备防雷保护、过载保护、短路保护、漏电保护、智能监测、智能计量、恒流恒压、电池保护、远程升级，支持刷卡、扫码、即插即用 通讯方式：4G/以太网 支持刷卡，扫码、免费充电
互联网版智能直流桩	AEV-DC120S		额定功率120kW，三相五线制，防护等级IP54，具备防雷保护、过载保护、短路保护、漏电保护、智能监测、智能计量、恒流恒压、电池保护、远程升级，支持刷卡、扫码、即插即用 通讯方式：4G/以太网 支持刷卡，扫码、免费充电
10路电瓶车智能充电桩	ACX10A系列		10路承载电流25A，单路输出电流3A，单回路功率1000W，总功率5500W。充满自停、断电记忆、短路保护、过载保护、空载保护、故障回路识别、远程升级、功率识别、独立计量、告警上报。 ACX10A-TYHN：防护等级IP21，支持投币、刷卡，扫码、免费充电 ACX10A-TYN：防护等级IP21，支持投币、刷卡，免费充电 ACX10A-YHW：防护等级IP65，支持刷卡，扫码，免费充电 ACX10A-YHN：防护等级IP21，支持刷卡，扫码，免费充电 ACX10A-YW：防护等级IP65，支持刷卡、免费充电 ACX10A-MW：防护等级IP65，仅支持免费充电
2路智能插座	ACX2A系列		2路承载电流20A，单路输出电流10A，单回路功率2200W，总功率4400W。充满自停、断电记忆、短路保护、过载保护、空载保护、故障回路识别、远程升级、功率识别，报警上报。 ACX2A-YHN：防护等级IP21，支持刷卡、扫码充电 ACX2A-HN：防护等级IP21，支持扫码充电 ACX2A-YN：防护等级IP21，支持刷卡充电
20路电瓶车智能充电桩	ACX20A系列		20路承载电流50A，单路输出电流3A，单回路功率1000W，总功率11kW。充满自停、断电记忆、短路保护、过载保护、空载保护、故障回路识别、远程升级、功率识别，报警上报。 ACX20A-YHN：防护等级IP21，支持刷卡，扫码，免费充电 ACX20A-YN：防护等级IP21，支持刷卡，免费充电
落地式电瓶车智能充电桩	ACX10B系列		10路承载电流25A，单路输出电流3A，单回路功率1000W，总功率5500W。充满自停、断电记忆、短路保护、过载保护、空载保护、故障回路识别、远程升级、功率识别、独立计量、告警上报。 ACX10B-YHW：户外使用，落地式安装，包含1台主机及5根立柱，支持刷卡、扫码充电,不带广告屏 ACX10B-YHW-LL：户外使用，落地式安装，包含1台主机及5根立柱，支持刷卡、扫码充电。液晶屏支持U盘本地投放图片及视频广告
绝缘监测仪	AIM-D100-ES		AIM-D100-ES系列直流绝缘监测仪可以应用在15~1500V的直流系统中，用于在线监测直流不接地系统正负极对地绝缘电阻，当绝缘电阻低于设定值时，发出预警或报警信号。
绝缘监测仪	AIM-D100-T		AIM-D100-T系列直流绝缘监测仪可以应用在10~1000V的直流系统中，用于在线监测直流不接地系统正负极对地绝缘电阻，当绝缘电阻低于设定值时，发出预警或报警信号。
智能边缘计算网关	ANet-2E4SM		4路RS485串口，光耦隔离，2路以太网接口，支持ModbusRtu、ModbusTCP、DL/T645-1997、DL/T645-2007、CJT188-2004、OPCUA、ModbusTCP（主、从）、104（主、从）、建筑能耗、SNMP、MQTT；（主模块）输入电源：DC12V～36V。支持4G扩展模块，485扩展模块。
	扩展模块ANet-485		M485模块：4路光耦隔离RS485
	扩展模块ANet-M4G		M4G模块：支持4G全网通
导轨式单相电表	ADL200		单相电参量U、I、P、Q、S、PF、F测量，输入电流：10（80）A； 电能精度：1级 支持Modbus和645协议 证书：MID/CE认证
导轨式电能计量表	ADL400		三相电参量U、I、P、Q、S、PF、F测量，分相总有功电能，总正反向有功电能统计，总正反向无功电能统计；红外通讯；电流规格：经互感器接入3×1（6）A，直接接入3×10（80）A，有功电能精度0.5S级，无功电能精度2级 证书：MID/CE认证
无线计量仪表	ADW300		三相电参量U、I、P、Q、S、PF、F测量，有功电能计量（正、反向）、四象限无功电能、总谐波含量、分次谐波含量（2～31次）；A、B、C、N四路测温；1路剩余电流测量；支持RS485/LoRa/2G/4G/NB；LCD显示；有功电能精度：0.5S级（改造项目） 证书：CPA/CE认证
导轨式直流电表	DJSF1352-RN	易允恒18702125179	直流电压、电流、功率测量，正反向电能计量，复费率电能统计，SOE事件记录:8位LCD显示:红外通讯:电压输入*大1000V，电流外接分流器接入(75mV)或霍尔元件接入(0-5V);电能精度1级，1路485通讯，1路直流电能计量AC/DC85-265V供电 证书：MID/CE认证
面板直流电表	PZ72L-DE	易允恒18702125179	直流电压、电流、功率测量，正反向电能计量:红外通讯:电压输入*大1000V，电流外接分流器接入·(75mV)或霍尔元件接入(0-20mA0-5V);电能精度1级 证书：CE认证
电气防火限流式保护器	ASCP200-63D	易允恒18702125179	导轨式安装，可实现短路限流灭弧保护、过载限流保护、内部超温限流保护、过欠压保护、漏电监测、线缆温度监测等功能;1路RS485通讯，1路NB或4G无线通讯(选配);额定电流为0~63A，额定电流菜单可设。
开口式电流互感器	AKH-0.66/K	易允恒18702125179	AKH-0.66K系列开口式电流互感器安装方便，无须拆一次母线，亦可带电操作，不影响客户正常用电，可与继电器保护、测量以及计量装置配套使用。
霍尔传感器	AHKC	易允恒18702125179	霍尔电流传感器主要适用于交流、直流、脉冲等复杂信号的隔离转换，通过霍尔效应原理使变换后的信号能够直接被AD、DSP、PLC、二次仪表等各种采集装置直接采集和接受，响应时间快，电流测量范围宽精度高，过载能力强，线性好，抗干扰能力强。
智能剩余电流继电器	ASJ	易允恒18702125179	该系列继电器可与低压断路器或低压接触器等组成组合式的剩余电流动作保护器，主要适用于交流50Hz，额定电压为400V及以下的TT或TN系统配电线路，防止接地故障电流引起的设备和电气火灾事故，也可用于对人身触电危险提供间接接触保护。

7.结论

本文提出了一种基于物联网的绿色精品台区充电桩有序充电方案。通过物联网技术实现充电桩与电网的智能交互，结合绿色能源的利用、储能系统的应用和优化算法等，可以有效地实现充电桩的有序充电，提高台区的能源利用效率和稳定性，实现绿色环保的充电目标。实验结果表明，该方案是可行的，为电动汽车的发展提供了有力支持。未来，可以进一步研究和完善该方案，提高其性能和可靠性，为实现可持续发展的交通系统做出贡献。