隨著燃油車輛對環境污染的日益加劇及公共交通對乘車舒適性的愈加重視，電動車輛以其低污染、低運營成本等優勢被廣泛使用。電動車在公交和物流行業大量普及，也將成為未來城鎮公交物流車的主力。

現有技術中，公交、物流及環衛等專用領域的電動車輛（以下簡稱專用車輛），由于其運營過程存在集中管理、統一充電、夜間主充、日間補電等特點，傳統離散的設施接入方式效率低下，接入流程繁瑣，夜間無法做到無人刷卡統一充電享受谷電價優惠，同時先充值后充電的結算方式也不適用于公交公司、物流公司等企業需求。傳統的賬戶鑒權方式也比較復雜，極大地影響了公交、物流等專用充電用戶的使用體驗。

為提升充電站運營服務管理能力，針對公交、物流、出租、環衛等專用領域車輛的特殊場景提供充電設施的建設、運營、管理、統計分析服務，簡化專用車輛用戶充電流程，滿足“充電更簡單、管理更明晰、結算更迅速”的需要，本文設計一種專用充電服務平臺，實現充電設施整站一鍵自動接入，車輛充電即插即充，運營商與用戶便捷結算等功能，滿足了充電用戶和運營商的需求。

1 現狀分析

本文調研走訪了山東、浙江兩個省電動汽車服務公司，濟南市、合肥市兩個公交集團，以及合肥邵大郢、湖州童裝城、濟南漿水泉3個公交場站，了解了目前專用車輛或使用傳統的離散樁接入的方式接入通用平臺，平臺既為專用車輛服務，也為社會車輛服務；又或由專用車輛單位獨立運營，使用站級系統自用自充不接入平臺的方式，缺少線上計量和結算手段，缺乏充電設施專業的運營平臺和設備維護技術。傳統離散樁和專用站特點對比見表1。

表1 傳統離散樁和專用站特點對比

由于服務客戶特性不同，相比傳統充電用戶離散樁的充電場景，專用充電場站在“接入方式”“充電控制”“結算模式”上均存在較大差異：

1）傳統充電面向社會公眾，范圍廣泛且不確定，而專用站面向固定客戶，服務對象明確。

2）傳統充電用戶需在平臺充值，專用站無須預充值；社會充電用戶充電啟動時需在平臺鑒權，而專用站以合同約定的方式來確保收入安全，站級系統通過白名單來鑒權。

3）傳統充電用戶單次充電單次結算，專用站集中充電統一結算；專用站的結算為企業間的行為，可采用多種計費模式（如充電訂單累加、關口表計量、服務費套餐等）。

4）傳統充電用戶統一充值到平臺，各運營商與平臺進行清分結算才能獲取充電收益；專用站用戶和充電場景相對固定，專用站公交用戶可直接與運營商結算。

5）傳統充電場景使用單樁接入，專用站充電設施建設相對集中，使用整站接入的方式。

2 專用充電平臺方案設計

2.1 總體業務設計

基于對專用場站的業務需求梳理，綜合全國范圍內多場站調研的實際結果，將專用場站的關鍵業務歸結為“整站接入”“白名單充電”“統一結算”及“專用車輛統計”四項業務；關于“運營商”“平臺總部”和“站級系統”“專用站平臺”之間關系如圖1所示。

圖1 專用站總體業務概述

2.2 職責劃分

以“各司其責、簡單易用”為指導原則，在上述業務方案中，平臺總部主要完成審批決策、統計考評、數據服務等工作；運營商主要完成建設運維、業務開拓、結算控制、設計商業模式等相關工作。平臺主要負責數據存儲和規范業務流程；站級系統主要負責充電控制及提供結算依據。如圖2所示。

3 系統整體框架

總體技術架構如圖3所示。

系統技術架構設計劃分為五層，具體如下：

1）通信協議層。構建支持HTTP/HTTPS協議、TCP/IP協議、MQTT協議、REST協議、SOAP協議及聚合支付協議等通信協議的服務。

2）數據存儲層。基于分布式關系型數據庫（distribute relational database service, DRDS）實現關系型數據分布式部署；基于非結構化數據庫實現文件訪問，降低技術應用難度，提高應用效率。

圖2 專用站各方職責示意圖

3）中間組件層。基于數據庫加密組件、分布式服務總線、RocketMQ消息隊列服務、遠程RPC接口組件等進行系統常規業務功能實現，提高系統技術規范性。

4）業務邏輯層。在中間組件層提供的技術條件下，采用微服務思路實現系統業務功能，功能服務組合成模塊微服務集合，最終形成專用充電服務管理業務模塊微服務中心。

圖3 專用站總體技術架構

5）Web應用層。以瀏覽器網站作為系統展示應用入口。

4 關鍵流程

4.1 整站接入業務

專用場站場景下，以站點為單位，將“場站”“充電樁”信息匯總后統一接入平臺。整站接入具有以下優點：

1）充電設施批量接入平臺。由站級系統統一發起接入申請，充電樁無須逐個接入。

2）資產碼與充電設施的自動對應。按照站級系統與平臺交互的業務規則進行模型設計，實現平臺下發資產碼的自動對應，減少配置工作量。

3）復用已有接入流程。在目前單樁接入流程基礎上進行微調，即可實現整站的統一接入。

充電設施的整個接入流程如圖4所示。

1）站點和接入設施信息錄入。運營商接入人員在專用站平臺網站將需要接入的站點信息和充電設施數目、類型進行錄入，完成平臺站點的建站申請，平臺存儲站點信息數據，等待審核。

2）站點信息審核。平臺管理人員審核充電站點的建站信息、審核接入的充電設施數目類型等基本信息。

3）平臺生成注冊碼和密鑰。管理人員審核建站信息通過后，生成站點對應的接入密鑰和設施注冊碼，并按照申請的充電設施數目自動生成N個注冊碼，可以通過平臺（接入APP等）進行查看。

4）站點接入密鑰線下分發。平臺將生成的站點接入密鑰以線下發放的形式分發給各個站級系統管理人員。

圖4 整站接入業務流程

5）站級系統激活認證。站級系統使用平臺分發的密鑰和資產碼，向平臺進行鑒權，完成激活和認證。

6）站級系統配置站內設施注冊碼。站級系統按照平臺生成的站內充電設施的注冊碼，在站級系統進行錄入，配置充電設施和注冊碼對應信息。

7）站級系統獲取資產碼。站級系統完成充電設施和注冊碼的綁定后，批量將站內充電設施的注冊碼上傳給平臺中心鑒權，鑒權通過后獲得資產碼和注冊碼的對應關系列表。

8）站級系統更新設施和資產碼對應關系。站級系統按照注冊碼和資產碼的申請對應關系，更新充電設施和資產碼的對應關系，完成充電設施的資產碼綁定，完成資產接入。

4.2 白名單充電業務

白名單充電業務是專用車輛使用白名單憑證申請啟動充電，經過站級系統鑒權后開啟充電的專用服務，白名單充電業務具有以下優點：

1）簡化充電流程。用戶啟動充電直接在充電設施上點擊“確認”即可，完成充電后，無須支付結算。

2）簡化數據傳輸流程。站級系統本地完成鑒權，充電啟動數據流程和結束數據流程得到簡化。

3）降低充電設施離線率。站級系統和充電設施使用本地局域網，網絡可靠性更高，提升了充電設施的可使用率。

需要說明的是，使用白名單充電業務的需使用車輛管理模塊將車輛的基礎信息錄入到專用站平臺數據庫，具體包括電動汽車型號、所屬公司、所屬公交線路、BMS編號、車牌號碼、車架號、公交司機和所屬用戶等信息。由于車輛信息管理為常規信息錄入，本文不再展開描述。

具體流程如圖5所示。

圖5 白名單充電業務流程

1）車輛準備充電。用戶將充電槍與車輛連接完成后，系統根據用戶使用的充電方式開始進入不同流程。

2）用戶確認充電方式。為了保證用戶充電安全，在開啟充電時需要用戶確認，同時指明用戶使用的充電方式。

3）充電設施上送充電身份標識。車輛BMS與充電設施建立通信，充電設施獲取車輛的相關充電參數后將車輛充電身份標識上送給站級系統，站級系統判斷是否收到車輛充電身份標識。

4）站級系統檢測車輛惟一標識是否有效。站級系統如果收到了車輛的充電身份標識參數，就在本地白名單中進行查詢，檢查車輛的充電身份標識是否合法有效。

5）車輛未在白名單中。如果站級系統收到的車輛充電身份標識不是當前站點有效的白名單憑證，則站級系統告知充電設施白名單充電方式啟動失敗原因：車輛未在白名單中。

6）站級系統允許充電設施啟動。如果車輛惟一標識在白名單中，且有效，則站級系統通知充電設施可以允許啟動充電。

7）進入啟動充電子流程。充電設施開始進入啟動充電子流程。

8）充電設施上送專用卡號。如果用戶使用專用卡充電，設施上送用戶刷卡的專用卡號給站級系統。進入流程③交由站級系統判斷專用卡是否為白名單憑證。

9）站級系統檢測專用卡號是否為白名單憑證。站級系統在收到充電設施上送的充電卡卡號之后，在本地白名單中進行查詢，檢查充電卡卡號是否為有效的白名單憑證。如果是，則進入站級系統允許啟動充電流程⑤。

4.3 統一結算業務

站級系統基于設定好的結算模式，按照結算周期（日、周、月、季、年）統計生成賬單，同時可以生成周期（約定的結算周期）報表，一次性地統一確認簽字，簡化紙質簽單記錄流程，對賬更便捷。

專用站的充電用戶按照協議周期對充電消費訂單進行統一財務結算；公交公司與運營商直接結算，縮短了結算周期。具體流程如圖6所示。

圖6 統一結算業務流程圖

1）專用車輛充電。充電用戶下的車輛在專用站點充電，站級系統存儲并記錄用戶充電過程信息和充電交易記錄。

2）站級系統形成賬單。站級系統按周期根據結算憑據形成賬單，結算憑據一般包括用戶的充電記錄、站內電表數據、合同約定的服務費等。

3）站級系統上送賬單和憑據。站級系統將統計生成的賬單和結算憑據上送給平臺，由平臺統一存儲管理。

4）用戶錄入轉賬付款憑據。充電用戶按照賬單金額向運營商賬戶轉賬，同時將銀行流水號錄入專用站平臺網站，形成付款記錄，待運營商財務審核。

5）運營商財務審核轉賬信息。運營商財務確認收到轉賬后，登錄專用站平臺，確認付款記錄，完成付款審核。

6）運營商財務上傳發票結算信息。運營商財務在確認充電用戶付款后，按照付款金額開具發票，將發票信息上傳到專用站平臺，供充電用戶下載使用。

7）完成用戶結算流程。開始下一個用戶結算周期。

4.4 專用車輛統計業務

專用車輛統計業務是在用戶指定時間范圍內對車輛的充電次數、充電電量、充電金額和車輛平均能耗比進行分析統計。為專用充電用戶提供單車考核數據支撐，滿足公交公司對能耗考核指標的數據支持。能耗比計算如下：

5 專用站平臺示范應用

本系統的開發工具為IntelliJ IDEA 2018.3.5 x64；操作系統為Windows 10；開發語言為Java、JavaScript；數據庫系統為MySQL；數據總線為RocketMQ；遠程RPC組件為Alibaba HSF；生產服務器環境為Linux、Ali-Tomcat7；客戶端操作系統為Windows7、Windows8、Windows10、WindowsXP等；客戶端瀏覽器為IE 10、Chrome、360瀏覽器等。

專用充電服務平臺已成功地將安徽省合肥市某充電站的20臺樁作為試點批量接入，目前正在穩定運行。站點自2019年8月21日接入到2019年8月29日試運營期間，充電共計482次，累計充電電量33 511.67kW?h。

下面通過示范站點的接入方式、充電流程、結算方式等方面對比分析傳統平臺和專用充電平臺，見表2。

表2 采用傳統平臺和專用平臺對比

從表2可以看出，專用充電平臺更加貼合專用站點的建設、運營場景，具體表現為：

1）接入硬件成本方面，傳統充電平臺使用單樁接入，每個充電樁配套接入設備的價格為3 000～4 000元，專用充電平臺根據專用站點集中建設這一特點，使用站級系統將站點下充電設施接入平臺，節省了接入設備，降低了接入成本。

2）接入調試時間方面，傳統充電平臺接入時，操作員需要對每個樁申請注冊碼、手工配置注冊碼、等待審批資產碼最終完成接入。單個設施流程約需要0.3個工作日。專用站平臺使用一鍵自動接入的方式，使用站級系統統一配置充電設施編號，由站級系統負責申請注冊碼、寫入充電設施配置信息、審核完畢后自動記錄資產碼信息。自動化操作降低了接入調試的工作量，整站操作在1個工作日即可完成。

3）充電操作時長方面，傳統充電平臺啟動充電時需平臺遠程身份鑒權和充電前的用戶密碼校驗，充電完成后需要充電結算，操作流程大約需要2～3min。而專用充電平臺基于站級系統白名單充電，正常情況下連接車輛即可啟動充電，整個操作流程只需要30s～1min，操作更加便捷，同時方便夜間使用谷時段集中批量啟動充電。

4）設施離線率方面，傳統充電平臺充電需要平臺鑒權，使用無線4G方式與平臺通信，存在一定的離線率，加上服務器維護、光纖物理通道維護等問題，以本次市場調研的情況統計，設施離線率約在3%～5%。而專用充電站點集中建設，站級系統與充電設施之間通信使用有線局域網方式，同時站級系統可以獨立鑒權啟動設施，在試運行期間設施離線率為0，有效地降低了設施離線率。

5）結算模式方面，傳統充電平臺收取充電用戶費用后，與運營商清分結算需要1個月左右。而專用充電平臺支持多種結算方式，運營商直接與充電用戶結算，1周內即可完成結算過程。

專用充電服務平臺實現了對公交、物流等專用車輛充電設施的集中統一管理，優化了接入流程，簡化了用戶充電操作，改善了設施運營商與充電用戶的結算模式，增強了用戶對車輛的信息掌控情況。很好地滿足了專用充電站點的信息化管理的需求，專用充電服務平臺網站使用界面如圖7所示。

圖7 專用充電服務平臺網站界面

6 結論

本文通過對專用車輛充電服務平臺的設計研究，搭建了專用充電車輛的充電平臺，很好地解決了專用充電車輛在推廣發展過程中的一系列瓶頸問題，提升了專用車輛充電設施的接入效率，簡化了專用車輛用戶的充電操作流程。為建設好面向專用車輛充電服務平臺，并對提升公交、物流電動汽車在國內的使用效率與推動其健康發展發揮至關重要的作用。

以上研究成果發表在2021年第3期《電氣技術》，論文標題為“一種專用充電平臺方案的關鍵技術實現”，作者為周山虎、郭葳 等。