【技术栈】基于Java语言的充电桩系统

原创于 2025-11-06 13:26:26 发布 · 568 阅读

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#java #开发语言

随着新能源汽车的快速普及，充电桩作为关键基础设施迎来了爆发式增长。基于 Java 语言构建的充电桩系统凭借其跨平台性、高可靠性和强大的生态支持，成为行业主流选择。本文将深入剖析该系统的架构设计、核心模块及关键技术实现。

一、系统架构设计

（一）整体架构分层

充电桩系统采用典型的四层架构设计，确保系统高内聚、低耦合：

感知层
- 包含充电桩设备、传感器（电压 / 电流传感器、温度传感器）、计量电表等物理设备
- 通过 Modbus、CAN 总线等协议实现设备数据采集
- 支持充电桩状态监控（空闲 / 充电 / 故障）和远程控制
网络层
- 通信方式多样化：4G/5G、NB-IoT、以太网
- 采用 MQTT 协议实现设备与平台的双向通信
- 基于 Netty 框架构建高性能通信服务
平台层
- 基于 Spring Cloud 微服务架构
- 包含设备管理、用户管理、订单管理、计费结算等核心服务
- 采用 Docker 容器化部署，Kubernetes 编排
应用层
- 面向用户的 APP / 小程序
- 运营商管理后台
- 开放 API 接口供第三方系统集成

（二）技术选型

java

// 核心框架依赖
<dependencies>
    <!-- Spring Boot -->
    <dependency>
        <groupId>org.springframework.boot</groupId>
        <artifactId>spring-boot-starter-web</artifactId>
    </dependency>
    
    <!-- Spring Cloud -->
    <dependency>
        <groupId>org.springframework.cloud</groupId>
        <artifactId>spring-cloud-starter-netflix-eureka-server</artifactId>
    </dependency>
    
    <!-- 数据持久化 -->
    <dependency>
        <groupId>org.mybatis.spring.boot</groupId>
        <artifactId>mybatis-spring-boot-starter</artifactId>
    </dependency>
    
    <!-- 消息队列 -->
    <dependency>
        <groupId>org.springframework.kafka</groupId>
        <artifactId>spring-kafka</artifactId>
    </dependency>
    
    <!-- 缓存 -->
    <dependency>
        <groupId>org.springframework.boot</groupId>
        <artifactId>spring-boot-starter-data-redis</artifactId>
    </dependency>
</dependencies>

二、核心模块实现

（一）设备管理模块

负责充电桩的全生命周期管理，包括注册、配置、监控和维护。

// 充电桩实体类
@Data
@TableName("charging_pile")
public class ChargingPile {
    private Long id;
    private String pileCode;
    private String stationId;
    private Integer pileType; // 1:直流 2:交流
    private Integer status;   // 0:离线 1:空闲 2:充电中 3:故障
    private BigDecimal power; // 功率(KW)
    private String ipAddress;
    private Date createTime;
    private Date updateTime;
}

// 设备状态同步服务
@Service
public class DeviceStatusService {
    
    @Autowired
    private ChargingPileMapper pileMapper;
    
    @Autowired
    private RedisTemplate<String, Object> redisTemplate;
    
    // 处理设备状态变更消息
    public void handleStatusChange(String pileCode, Integer status) {
        // 更新数据库
        ChargingPile pile = pileMapper.selectByCode(pileCode);
        pile.setStatus(status);
        pileMapper.updateById(pile);
        
        // 更新缓存
        redisTemplate.opsForHash().put("charging_pile_status", pileCode, status);
        
        // 推送实时通知
        pushRealTimeNotification(pileCode, status);
    }
    
    private void pushRealTimeNotification(String pileCode, Integer status) {
        // 使用WebSocket或MQ推送状态变更通知
    }
}

（二）充电交易模块

实现充电订单创建、支付处理和充电过程管理。

// 充电订单服务
@Service
public class ChargeOrderService {
    
    @Autowired
    private OrderMapper orderMapper;
    
    @Autowired
    private PaymentService paymentService;
    
    @Autowired
    private DeviceControlService deviceControlService;
    
    // 创建充电订单
    @Transactional
    public ChargeOrder createOrder(String userId, String pileCode, Integer chargeType) {
        // 1. 创建订单
        ChargeOrder order = new ChargeOrder();
        order.setOrderNo(generateOrderNo());
        order.setUserId(userId);
        order.setPileCode(pileCode);
        order.setChargeType(chargeType);
        order.setStatus(OrderStatus.PENDING_PAYMENT.getCode());
        order.setCreateTime(new Date());
        
        orderMapper.insert(order);
        
        // 2. 预授权支付
        boolean payResult = paymentService.preAuth(userId, order.getOrderNo(), order.getAmount());
        
        if (payResult) {
            // 3. 启动充电桩
            deviceControlService.startCharging(pileCode, order.getOrderNo());
            order.setStatus(OrderStatus.CHARGING.getCode());
            orderMapper.updateById(order);
        } else {
            order.setStatus(OrderStatus.PAYMENT_FAILED.getCode());
            orderMapper.updateById(order);
            throw new BusinessException("支付预授权失败");
        }
        
        return order;
    }
    
    // 结束充电
    public void stopCharging(String orderNo) {
        // 获取订单信息
        ChargeOrder order = orderMapper.selectByOrderNo(orderNo);
        
        // 停止充电桩
        deviceControlService.stopCharging(order.getPileCode());
        
        // 计算费用
        calculateFee(order);
        
        // 完成支付
        paymentService.confirmPayment(orderNo);
        
        // 更新订单状态
        order.setStatus(OrderStatus.COMPLETED.getCode());
        order.setEndTime(new Date());
        orderMapper.updateById(order);
    }
}

（三）计费结算模块

支持多种计费策略（按时间、按电量、阶梯电价）和实时费用计算。

// 计费服务接口
public interface BillingService {
    
    // 计算充电费用
    BigDecimal calculateFee(String orderNo, Date startTime, Date endTime, 
                           BigDecimal power, Integer chargeType);
    
    // 应用电价策略
    BigDecimal applyPricePolicy(Date chargeTime, BigDecimal power);
}

// 计费服务实现
@Service
public class BillingServiceImpl implements BillingService {
    
    @Autowired
    private PricePolicyMapper policyMapper;
    
    @Override
    public BigDecimal calculateFee(String orderNo, Date startTime, Date endTime, 
                                  BigDecimal power, Integer chargeType) {
        // 计算充电时长(小时)
        long duration = endTime.getTime() - startTime.getTime();
        double hours = duration / (1000.0 * 3600);
        
        // 计算充电电量
        BigDecimal energy = power.multiply(BigDecimal.valueOf(hours));
        
        // 应用电价策略
        BigDecimal unitPrice = applyPricePolicy(startTime, power);
        
        // 计算费用
        return energy.multiply(unitPrice);
    }
    
    @Override
    public BigDecimal applyPricePolicy(Date chargeTime, BigDecimal power) {
        // 获取当前时间的电价策略
        PricePolicy policy = policyMapper.selectCurrentPolicy(chargeTime);
        
        if (policy.getPolicyType() == 1) {
            // 固定电价
            return policy.getUnitPrice();
        } else if (policy.getPolicyType() == 2) {
            // 峰谷电价
            return getPeakValleyPrice(chargeTime, policy);
        } else {
            // 阶梯电价
            return getStepPrice(power, policy);
        }
    }
    
    // 峰谷电价计算
    private BigDecimal getPeakValleyPrice(Date chargeTime, PricePolicy policy) {
        // 根据时间判断峰、平、谷时段
        // 返回对应时段的电价
        // 实现略...
    }
    
    // 阶梯电价计算
    private BigDecimal getStepPrice(BigDecimal power, PricePolicy policy) {
        // 根据用电量计算阶梯电价
        // 实现略...
    }
}