一种电动汽车充电桩智能边缘监测装置及方法与流程

本发明属于区域配电网内的电动汽车充电桩集群远程监测，尤其涉及一种电动汽车充电桩智能边缘监测装置及方法，更具体的涉及一种基于云边融合的电动汽车充电桩智能边缘监测装置及方法。

背景技术：

1、云边融合计算技术是指建立云层与边缘计算过程数据互联互通，动态调配计算资源，实现云层高通量计算能力和边缘层高时效计算能力分布协同的技术，可满足泛在网络所带来的指数级数据计算需求和低时延应用场景所提出的毫秒级计算响应需求。

2、随着电动汽车市场的扩大，充电基础设施的建设成为关键的支撑因素。电动汽车充电桩的数量急剧增加，需要一种智能监测系统来确保其高效运行、可靠性和用户满意度。

3、由于目前普遍地区缺乏充电桩智能监测装置，为电动汽车的发展带来了很多不利的影响，比如，难以检测充电桩的故障或异常情况，导致充电桩长时间不可用，影响用户体验；能耗管理不精确，缺乏对充电桩电能消耗情况的实时监测，导致充电桩的能耗不受控制，增加运营成本；难以实时了解充电桩的使用情况和用户需求，无法及时了解充电桩的空闲情况、充电速度等信息；难以根据实时需求进行能源调度和管理，导致在充电需求较低时仍然运行高功率充电桩，增加了能源浪费。

4、针对现有缺乏充电桩智能监测装置的情况，通常采取如下的解决办法：

5、运营商或维护人员定期对充电桩进行巡检和维护，通过人工服务中心或客户支持团队接受用户的反馈和投诉。但是这是一种基础的充电桩管理方式，无法实时监测和解决具体问题，并且这种方式存在时延，无法在第一时间及时应对突发性的故障或异常，给用户带来很大不便，也给维护人员的工作造成较大负担。

技术实现思路

1、针对上述现有技术中存在的不足之处，本发明提供了一种电动汽车充电桩智能边缘监测装置及方法。其目的是为了实现电动汽车充电桩集群的远程智能监测，提高系统检测精度；减轻人力消耗，减少运营成本，加快系统响应速度的的发明目的。

2、本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：

3、一种电动汽车充电桩智能边缘监测装置，包括：传感器接口电路、a/d转换器、数据存储电路、边缘计算机、通讯电路、智能监测电路及v2g充放电控制电路；所述传感器接口电路的输出端与a/d转换器相连接，a/d转换器的输出端与数据存储电路相连接，数据存储电路的输入端与边缘计算机相连接，边缘计算机的输出端与通讯电路相连接，通讯电路的输入端与智能监测电路相连接，智能监测电路的输出端与v2g充放电控制电路通过数字接口相连接。

4、更进一步的，包括功率状态感知模块、边缘计算模块、云边通信模块、智能监测模块及v2g充放电控制模块；其中，功率状态感知模块与边缘计算模块相连接；边缘计算模块与云边通信模块相连接；云边通信模块分别与云端相连接、智能监测模块相连接；智能监测模块与v2g充放电控制模块相连接；v2g充放电控制模块控制充电站的充电桩。

5、更进一步的，所述功率状态感知模块包括：电流检测与采集单元；电压检测与采集单元；温度检测与采集单元；湿度检测与采集单元；运动状态检测与采集单元；各单元之间为并行关系；其中，电流检测与采集单元用于采集和读取电流信号；电压检测与采集单元用于采集和读取电压信号；温度检测与采集单元用于采集和读取温度信号；湿度检测与采集单元用于采集和读取湿度信号；运动状态检测与采集单元用于读取电动汽车运动状态。

6、更进一步的，所述边缘计算模块包括：多源数据辨析单元；实时分析与决策单元；安全与隐私保护单元；数据存储单元；远程管理与监控单元；错误处理与日志单元；其中，多源数据辨析单元用于对来自多尔数据源的数据进行辨析和整合，将数据进行处理和归类；实时分析与决策单元用于对实时数据进行分析和处理；安全与隐私保护单元用于保护数据的安全性和隐私性；数据存储单元用于存储数据，提供数据的持久化存储和管理功能；错误处理与日志单元用于处理系统运行过程中的错误和异常情况，记录日志信息并进行错误诊断和处理；

7、所述云边通信模块包括：数据传输单元；无线通信技术的驱动和协议；通信协议处理单元；数据安全与隐私单元；远程命令与控制单元；错误处理与日志单元；其中，数据传输单元用于传输数据；无线通信技术的驱动和协议用于提供无线通信所需的硬件和软件支持；通信协议处理单元用于处理通信过程中所使用的协议；数据安全与隐私单元用于提供数据的加密安全功能；远程命令与控制单元用于允许通过远程方式发送命令或控制指令；错误处理与日志单元用于监测和处理通信过程中的错误，记录日志并提供诊断信息，帮助识别和解决通信或系统问题；

8、所述智能监测模块包括：充电桩管理单元；实时监测单元；数据评估与状态划分单元；用户界面单元；警报单元；历史数据存储单元；其中，充电桩管理单元用于显示每个充电桩的详细信息；实时监测单元用于监测电动汽车和充电桩的实时状态；数据评估与状态划分单元用于对电动汽车的soc进行等级划分；用户界面单元用于与前端相连，和用户进行信息交互；警报单元用于在充电桩出现故障问题的情况下发出警报；历史数据存储单元用于存储30天内的有效数据；

9、所述v2g充放电控制模块包括：充电控制单元；放电控制单元；充电协议和通信协议；能量管理单元；电网互联网关；其中，充电控制单元和放电控制单元用于控制充电桩的充放电；充电协议和通信协议用于定义不同设备之间进行通信和数据交换的规则和标准；电网互联网关用于监测电网状态，管理电能流动。

10、更进一步的，所述功率状态感知模块，用于通过感知周围环境和充电桩的状态，以提供实时、准确的电动汽车充电过程中的关键数据，包括：

11、（1）通过传感器，采集电流、电压、温度、湿度模拟信号和电动汽车运动状态信号，经过模数转换过程，将模拟信号转换成相应的数字信号；

12、（2）使用记录设备，将实时监测得到的功率状态数据进行记录；

13、所述边缘计算模块用于在边缘侧进行实时数据处理，将计算任务从云端转移到设备附近，包括：

14、（1）边缘设备通过网络连接到边缘计算节点，从周边的传感器或设备中获取数据；

15、（2）在边缘设备或边缘节点上进行实时数据处理；

16、（3）将多个边缘设备传来的数据进行整合，以获取更全面的信息；

17、所述云边通信模块用于实现设备之间和设备与云端之间的高效、可靠的数据传输和通信，包括：

18、（1）边缘设备通过5g互联网连接到云端服务器，构建一个http请求；

19、（2）边缘设备通过建立的连接将http请求发送到云端，云端在收到请求后进行处理，构建http响应；

20、（3）云端将构建完成的http响应通过网络传输回边缘设备，边缘设备根据http响应的内容进行处理；

21、所述智能监测模块用于对电动汽车充电桩进行管理，显示每个充电桩的详细信息，并且显示充电桩的状态和传感器所采集到的数据，对以上指标进行评估，划分电动汽车状态等级，包括：

22、（1）对电池健康进行监测；

23、（2）对充电速率、效率进行监测；

24、（3）对充电过程中电池温度进行监测；

25、（4）根据监测结果，划分电动汽车状态等级，包括：满电、电量充足、电量正常、电量低及电量不足。

26、更进一步的，所述多源数据辨析单元用于通过整合来自边端的多元信息，实现对充电桩系统的全方位数据视角监测，包括：

27、（1）整合传感器所采集的电动汽车充电状态多源信息；

28、（2）对数据进行特征提取与选择，识别并提取重要数据特征，降低数据的维度；

29、（3）对数据进行实时检测和纠正异常，使用if算法检测数据异常值，使用三次样条插值方法对数据进行修正。

30、更进一步的，所述使用if算法检测数据异常值，包括：

31、步骤3.1从数据采集中随机选择多个特征值来构建特征空间；

32、步骤3.2在极值范围内随机划分特征值，构建隔离树以形成隔离林；

33、步骤3.3计算异常点的得分，异常值相较于正常数据差别越大，异常值的得分越高；对于数据异常值使用三次样条插值方法对异常数据进行修正，如下式所示：

34、

35、上式中，，，，是通过插值点计算得到的系数，x为自变量，xi为自变量区间内的一点。

36、一种电动汽车充电桩智能边缘监测方法，包括以下步骤：

37、步骤1.数据采集，通过功率状态感知模块，借助充电桩上的传感器对关键电力参数和充电桩运行状态进行数据采集；

38、步骤2.数据预筛选，通过边缘计算模块对数据质量进行初步分析，并提取出关键特征；

39、步骤3.通过基于5g通信协议的云边通信模块将预筛选后的数据上传至云端；

40、步骤4.通过智能监测模块，实现对采集到的数据的实时监测；

41、步骤5.通过v2g充放电控制模块，基于电动汽车充电状态和电网负荷情况，对上传的数据进行调度。

42、更进一步的，所述的一种电动汽车充电桩智能边缘监测装置，包括：

43、数据采集模块，用于通过功率状态感知模块，借助充电桩上的传感器对关键电力参数和充电桩运行状态进行数据采集；

44、关键特征提取模块，用于进行数据预筛选，通过边缘计算模块对数据质量进行初步分析，并提取出关键特征；

45、上传模块，用于通过基于5g通信协议的云边通信模块将预筛选后的数据上传至云端；

46、监测模块，用于通过智能监测模块，实现对采集到的数据的实时监测；

47、调度模块，用于通过v2g充放电控制模块，基于电动汽车充电状态和电网负荷情况，对上传的数据进行调度；

48、所述监测装置，用于实现所述的一种电动汽车充电桩智能边缘监测方法的步骤。

49、一种计算机设备，包括存储介质、处理器及存储在存储介质上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现所述的一种电动汽车充电桩智能边缘监测方法的步骤。

50、一种计算机存储介质，所述计算机存储介质上存有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述的一种电动汽车充电桩智能边缘监测方法的步骤。

51、本发明具有以下有益效果及优点：

52、本发明能够实现云边协同的充电桩规模化远程监测，建立云层与边缘层计算过程的数据互联互通，动态调配计算资源，提高系统检测精度，加快系统响应速度。

53、本发明还运用了边缘计算，极大减少了无效数据的传输量，在缓解运算中心的运算压力的同时也提高了系统的响应速度；另一方面，本发明研制了一种基于云边融合的电动汽车充电桩智能边缘检测装置，可以极大减轻人力的消耗，同时，使系统的检测精度得到显著的提高。

54、本发明由于采用了多源数据辨析模块，通过整合来自边端的多元信息，实现了对充电桩系统的全方位数据视角监测，并采用隔离森林算法对异常数据进行检测，有效保证数据传输的时效性和可靠性。