别只盯着充电枪：聊聊一个真正“能赚钱、能扩展、能运维”的智慧充电桩系统架构
大家好，我是 Echo_Wish。
这两年只要你和“新能源”“智慧城市”“物联网”沾点边，大概率都绕不开一个词：智慧充电桩。
但我想先泼一盆不太凉的水：
90% 的“智慧充电桩系统”，死得不是硬件，而是架构。
桩能连上网、能扫码、能扣钱，这只是及格线。
真正难的是：
- 桩越来越多
- 车主越来越急
- 运营方越来越精打细算
- 运维人越来越想下班
今天咱就不搞学术那一套，站在“系统要长期活着”的角度，把智慧充电桩系统的架构从头到尾聊清楚。
一、先统一认知：智慧充电桩 ≠ 插座 + App
很多方案一上来就画图：
- 用户 App
- 后台
- 充电桩
然后就结束了。
我一般会追问一句：
“那高峰期几万根枪同时心跳，你打算怎么扛？”
一个成熟的智慧充电桩系统，至少要解决 6 类问题：
- 设备接入（桩怎么稳定在线）
- 实时控制（启停、功率、限流）
- 计费与结算（准、可追溯）
- 高并发通信（不是 HTTP 就能搞定）
- 运维与监控（不然全靠人工）
- 平台扩展性（不推倒重来）
二、整体架构先给你一张“能落地”的
我习惯把智慧充电桩系统拆成 五层结构：
┌───────────────┐
│ 用户与运营层 │ App / 小程序 / 运营后台
└───────────────┘
↓
┌───────────────┐
│ 业务平台层 │ 订单 / 计费 / 策略 / 结算
└───────────────┘
↓
┌───────────────┐
│ 消息与控制层 │ MQTT / WebSocket / 指令调度
└───────────────┘
↓
┌───────────────┐
│ 设备接入层 │ 协议解析 / 状态同步
└───────────────┘
↓
┌───────────────┐
│ 充电桩与电表 │ 真实世界
└───────────────┘
👉 记住一句话：
“平台是慢的，设备是快的，中间必须有缓冲层。”
三、设备接入层：别用 HTTP 折磨自己
1️⃣ 为什么充电桩一定要“长连接”？
充电桩不是 App，它有几个天然特点：
- 常年在线
- 状态变化频繁
- 网络环境不稳定（地下车库你懂的）
所以90% 的靠谱方案，都会选：
- MQTT
- 或者 TCP + 私有协议
一个极简的 MQTT 设备上报示例
{
"deviceId": "CP-001",
"timestamp": 1736928000,
"status": "CHARGING",
"voltage": 380,
"current": 32,
"power": 12.16
}
服务端要做的不是“处理”，而是：
- 先接住
- 先存下来
- 先不阻塞设备
2️⃣ 设备协议，一定要“版本化”
这是我踩过的血坑之一。
{
"protocolVersion": "1.2",
"payload": {
... }
}
原因很简单：
桩是 5 年资产，系统是 1 年迭代。
你不做协议兼容，后面升级一次，就能把老桩全干趴下。
四、消息与控制层：这是整个系统的“神经系统”
这一层，决定了你系统的上限。
我一般会拆成三类通道：
1️⃣ 上行：状态 & 心跳（高频）
- 每 5~15 秒一次
- 只做轻处理
- 异步写入时序库
2️⃣ 下行：控制指令（低频但关键）
{
"cmd": "START_CHARGE",
"orderId": "ORD-20250101",
"limitPower": 20
}
重点只有一个：一定要有 ACK 和超时机制。
def send_cmd(device_id, cmd):
publish(cmd)
if not wait_ack(timeout=3):
retry_or_fail()
不然你永远不知道：
- 是桩没收到
- 还是收到了没执行
- 还是执行了但没回
3️⃣ 事件流：给后端“解耦用的”
我非常推荐把：
- 开始充电
- 结束充电
- 异常断电
- 电量突变
都作为事件丢进消息队列。
这样一来：
- 计费系统
- 监控系统
- 告警系统
互不影响。
五、业务平台层：别一上来就写“大而全”
这是最容易写崩的地方。
我建议拆成几个清晰的子域
1️⃣ 订单域（充一次电 = 一个生命周期）
CREATED → STARTING → CHARGING → FINISHED → SETTLED
2️⃣ 计费域（一定要“可回算”）
fee = energy_kwh * price_per_kwh + service_fee
关键点：
- 电量来源要可追溯
- 单价要带版本
- 每一次结算都要可重算
3️⃣ 策略域（这是“智慧”的核心）
比如：
- 分时电价
- 功率动态限流
- 站点负载保护
if station_load > threshold:
limit_power(device_id, 15)
👉 很多系统“看起来不智慧”，
本质是策略写死在代码里。
六、数据层：别只想着存，先想怎么“查账”
智慧充电桩，天然是强数据系统。
我一般会建议：
- 关系型数据库：订单、结算、配置
- 时序数据库：电压、电流、功率
- 对象存储：日志、原始报文
一个真实建议
计费相关数据，宁愿多存一份，也别指望“算一次就对”。
七、运维与监控：不做这层，后面全靠人扛
必须要有的三样东西：
1️⃣ 设备在线率监控
- 心跳超时
- 批量掉线告警
2️⃣ 充电成功率
- 启动失败率
- 异常中断率
3️⃣ 钱对不对
- 电量 vs 账单
- 订单 vs 结算
👉 所有“智慧系统”，最后都得落在“算账算得清”。
八、我自己的几点真实感受
做过智慧充电桩系统之后，我有几个很深的体会：
- 这不是一个“App 项目”
- 这是一个长期运营系统
- 架构设计要为“未来不确定性”买单
很多系统第一年看起来都不错，
但第二年开始：
- 桩型号多了
- 运营模式变了
- 政策改了
架构扛不住，就只能重来。
结尾
如果你现在正在做、或者准备做智慧充电桩系统，我想送你一句话：
“别急着追‘智慧’，先保证系统‘不掉线、不算错、不难扩’。”
把这些打牢了，
智慧自然就长出来了。
