淺談基于無線網(wǎng)絡的電動汽車充電樁系統(tǒng)應用與研究
發(fā)布時間：2021-03-29瀏覽次數(shù)：1405返回列表
李茜
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
摘要：針對在新能源汽車充電樁產(chǎn)業(yè)發(fā)展過程中存在的通信不兼容的問題，設計一種基于無線網(wǎng)絡技術的電動汽車充電樁控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)能在多種復雜環(huán)境下正常工作，能有效管理和控制電動汽車充電，用戶體驗良好。
關鍵詞：充電樁；自動化控制；無線網(wǎng)絡應用
引言
電動汽車充電樁是由充電控制單元和支付管理這兩個部分組成，充電控制部分主要負責充電電源模塊的功率變換輸出控制,支付管理部分主要負責完成用戶信息登錄、電量計量、費用結算、支付管理等功能。現(xiàn)有充電樁組成部分之間相互交錯融合，并未能實現(xiàn)充電控制與支付管理業(yè)務之間的完全分離，使得充電樁產(chǎn)品的擴展性能差，不利于系統(tǒng)集成,同時也增加運營成本。
現(xiàn)有充電樁組成示意圖
一、電動汽車充電樁的通訊方式
電動汽車充電樁作為電網(wǎng)配用電側，其結構的特殊性決定了其通信方式需要與配電網(wǎng)自動化一起綜合考慮。在不同的區(qū)域和條件下，其通信方式主要有有線和無線兩種：
1、有線方式主要以工業(yè)串行總線（CAN總線、RS485、RS232）和有線以太網(wǎng)（光纖、RJ45接口線）為主,有線方式的主要優(yōu)點是設計簡單、數(shù)據(jù)傳輸可靠、網(wǎng)絡容量大,缺點是布網(wǎng)布線復雜，施工成本高，擴展性差，難于維護。
2、無線方式主要是采用移動運營商提供的無線網(wǎng)絡數(shù)據(jù)服務，如:無線WiFi.GPRS,4G網(wǎng)絡等。無線方式的優(yōu)點是：成本低、施工周期短、適應性強、擴展性好、易于擴展和維護。
因此，設計基于無線網(wǎng)絡技術的電動汽車充電樁控制系統(tǒng)，能夠簡化系統(tǒng)通信方式，用戶可以通過在客戶端建立APP,完成充電樁控制以及云端服務器之間的數(shù)據(jù)通信,完成智能化充電和支儺理等業(yè)務。
二、新型汽車充電樁系統(tǒng)組成
基于無線網(wǎng)絡技術的電動汽車充電樁控制系統(tǒng)由硬件系統(tǒng)，Android系統(tǒng)，應用層軟件，組網(wǎng)實現(xiàn)四大部分共同組成。
硬件系統(tǒng)是由MCU處理器、控制單元、RST85接口、CAN通信接口、以太網(wǎng)接口、保護電路等部分組成。使用的MCU是STM32F107系列芯片，集成各種高性能工業(yè)標準接a,可以滿足工業(yè)、醫(yī)療、樓宇自動化等多種產(chǎn)品需求。另外,根據(jù)國標GB/T20234.1-2015電動汽車傳導充電用連接裝置中的充電模式4、連接方式C的充電接口方式要求設計直流充電樁的控制弓I導電路。
從Android系統(tǒng)來看，是基于Linux開放源代碼的系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用了客戶端/服務端的程序架構：客戶端用于與用戶之間的直接交互，服務端則完成程序計算，提供基礎數(shù)據(jù)和服務。該系統(tǒng)無需大幅修改Android系統(tǒng)代碼，只需修改Linux內(nèi)核代碼，增加部分接口驅(qū)動程序，如觸摸屏通信，打卡機通信，485底層通信等。
Andmid應用程序框架分為應用層、應用框架層、系統(tǒng)運行庫層和Linux內(nèi)核層。在本文描述的充電樁控制系統(tǒng)中,應用層軟件對應的就是框架里的應用層。應用層軟件為系統(tǒng)管理人員提供操作服務系統(tǒng)，用于管理系統(tǒng)賬戶，充電IC卡以及充電樁體等信息。客戶端是基于Andmid開發(fā)的APP服務平臺，充分利用LBS（位置服務）技術和地圖服務,實現(xiàn)實時定位、目的地導航、充電樁信息査詢、預約充電等功能,并能獲取充電樁的狀態(tài)信息,例如是否有空閑的充電樁、目前狀態(tài)、以及支付結算等。
在組網(wǎng)實現(xiàn)方面，該系統(tǒng)釆用的是無線通信與無線中繼技術，能夠全覆蓋充電樁，充電樁體上集成無線通信模塊,支持IEEE802.il協(xié)議標準，能夠為無線就地組網(wǎng)提供基礎支持，而在局域網(wǎng)中各個充電樁就成為其網(wǎng)絡節(jié)點。集成無線AP技術，用于實現(xiàn)充電設備間通過超信號來進行橋接中繼的功能，且不會影響無線的覆蓋范圍。
三、系統(tǒng)測試驗證
對充電樁下位機硬件、后臺管理系統(tǒng)、客戶端APP進行測試。硬件測試內(nèi)容包括：觸摸屏顯示界面、急停按鍵功能、以及直流接觸器工作切換控制等；后臺管理系統(tǒng)測試內(nèi)容包括：用戶信息、參數(shù)設置、充電狀態(tài)等；客戶端測試內(nèi)容包括：掃碼登陸、選擇充電模式、電量數(shù)據(jù)顯示和充電控制等功能。經(jīng)過測試驗證，充電樁的各項功能均滿足設計要求，而且操作方便，便于后臺管理，充電功率能滿足各種不同用戶需求。
四、安科瑞充電樁運營管理平臺
1、系統(tǒng)架構
安科瑞Acrelcloud-充電樁收費運營云平臺系統(tǒng)通過物聯(lián)網(wǎng)技術對接入系統(tǒng)的充電樁站點和各個充電樁進行不間斷地數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控，同時對各類故障如充電機過溫保護、充電機輸入輸出過壓、欠壓、絕緣檢測故障等一系列故障進行預警；用戶通過微信小程序掃描二維碼，進行支付后，系統(tǒng)發(fā)起充電請求，控制二維碼對應的充電樁完成電動汽車的充電過程。
充電樁可選配WIFI模塊或GPRS模塊接入互聯(lián)網(wǎng)，配合加密技術和秘鑰分發(fā)技術，基于TCP/IP的數(shù)據(jù)交互協(xié)議，與云端進行直連。云平臺包含了充電收費和充電樁運營的所有功能，具體功能如下：
資源管理：充電站檔案管理，充電樁檔案管理，用戶檔案管理，充電樁運行監(jiān)測，充電樁異常交易監(jiān)測。
交易結算：充電價格策略管理，預收費管理，賬單管理，營收和財務相關報表
用戶管理：用戶注冊，用戶登錄，用戶帳戶管理，消息管理
充電服務：充電設施搜索，充電設施查看，地圖尋址，在線自助支付充電，充電結算，導航等
微信小程序：掃碼充電，賬單支付等功能
數(shù)據(jù)服務：數(shù)據(jù)采集，短信提醒，數(shù)據(jù)存儲和解析
變壓器監(jiān)控：監(jiān)控充電站變壓器負荷，每個充電站配備一塊ARCM300T無線表，超負荷時系統(tǒng)自動對充電樁的進行調(diào)度管理，即當負荷超過百分之五十時，系統(tǒng)會限制新增開始充電的充電樁的功率，降為百分之五十，當變壓器負荷超過百分之八十時，系統(tǒng)將不允許新增充電樁開始充電，直到負荷下降為止。
2、平臺功能
2.1平臺登錄
在瀏覽器打開云平臺鏈接、輸入賬戶名和權限密碼，進行登錄，防止未授權人員瀏覽有關信息。
2.2平臺首頁
平臺首頁總覽每天的開戶數(shù)、充值金額、充電金額、充電度數(shù)、充電次數(shù)、充電時長，累計的開戶數(shù)、充值金額、充電金額、充電度數(shù)、充電次數(shù)、充電時長，以及相應的環(huán)比增長和同比增長以及樁、站分布地圖導航、本月充電統(tǒng)計。
2.3實時監(jiān)控
充電站監(jiān)控
充電站監(jiān)控頁面監(jiān)視用戶充電槍總數(shù)、正在充電的槍數(shù)、空閑槍數(shù)、插槍數(shù)量、故障槍數(shù)量等，匯總了用戶擁有各樁的當日充電總次數(shù)、總電量、總時長，進行負荷限制、故障查詢。
充電槍監(jiān)控
充電樁監(jiān)控頁面充電槍的基本信息、今日充電電量、今日充電次數(shù)、今日充電時長和累計充電電量、累計充電次數(shù)、累計充電時長等、充電電壓電流等參數(shù)。
2.4微信小程序
搜索與使用
微信小程序可以通過掃描二維碼和微信文字搜索找到，點擊后可以加入到小程序列表，如下圖所示
授權登錄界面
用戶通過搜索或者掃碼等途徑初次打開小程序時，會進入這個頁面，需要用戶授權登錄才可以進入小程序主功能頁面，如圖所示：
主功能頁
初次進入主功能頁時需要授權定位才可以使用地圖相關功能，在地圖上查看到當前所在區(qū)域的充電站，查看充電站信息，可以進行掃碼充電操作，地圖導航等。
充電
掃描充電槍上的二維碼，如果當前充電樁可用即可進入充電選擇頁面，可以查看到當前的充電站名稱、充電槍名稱，以及當前的賬戶余額，電價和預計可充電量等數(shù)據(jù)，還可以查看當前賬戶的歷史充電記錄。充電方式分為按時間充電、按金額充電、按電量充電這三種方式。充電結束可以進進行評價。
個人信息
個人信息可以顯示當前登錄賬號的昵稱和余額，同時包括、充值、充值記錄查詢、賬單查詢、充電記錄查詢、設置支付密碼等功能
3、硬件配置
3.1平臺服務器：建議按照我方推薦配置購買，或者客戶自己租用阿里云資源。
推薦硬件配置清單：（如申請阿里云可忽略）
若客戶自己租用阿里云服務器，服務器配置根據(jù)充電槍點數(shù)的不同，分別如下：
3.2現(xiàn)場推薦硬件配置清單：
五、結束語
伴商畐用戶驀求的不斷升級，開發(fā)應用無線網(wǎng)絡技術的電動汽車充電樁產(chǎn)品已成為行業(yè)發(fā)展的必然要求。充分利用無線網(wǎng)絡技術來解決充電樁的使用問題，實現(xiàn)技術創(chuàng)新，能夠為用戶帶來好的服務，提升用戶使用的便捷度。
參考文獻
[1]李曉華，錢虹.新能源汽車行業(yè)技術瓶頸及發(fā)展趨勢.電源技術
[2]陳群貞.基于無線網(wǎng)絡的電動汽車充電樁控制系統(tǒng)應用
[3]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊.2020.06版
作者簡介：李茜，女，現(xiàn)任于安科瑞電氣股份有限公司，主要從事電瓶車充電樁的研發(fā)和應用，Email:3008713918@qq.com，：，QQ:3008713918
