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淺談基於無線網絡的電動汽車充電樁係統應用與研究

更新日期：2021-09-22瀏覽：1352次

簡婷

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摘要：針對在新能源汽車充電樁產(chan) 業(ye) 發展過程中存在的通信不兼容的問題，設計一種基於(yu) 無線網絡技術的電動汽車充電樁控製係統。該係統能在多種複雜環境下正常工作，能有效管理和控製電動汽車充電，用戶體(ti) 驗良好。

關(guan) 鍵詞：充電樁；自動化控製；無線網絡應用

引言

電動汽車充電樁是由充電控製單元和支付管理這兩(liang) 個(ge) 部分組成，充電控製部分主要負責充電電源模塊的功率變換輸出控製,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。現有充電樁組成部分之間相互交錯融合，並未能實現充電控製與(yu) 支付管理業(ye) 務之間的*獨立分離，使得充電樁產(chan) 品的擴展性能差，不利於(yu) 係統集成,同時也增加運營成本。

現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(wei) 電網配用電側(ce) ，其結構的特殊性決(jue) 定了其通信方式需要與(yu) 配電網自動化一起綜合考慮。在不同的區域和條件下，其通信方式主要有有線和無線兩(liang) 種：

1、有線方式主要以工業(ye) 串行總線（CAN總線、RS485、RS232）和有線以太網（光纖、RJ45接口線）為(wei) 主,有線方式的主要優(you) 點是設計簡單、數據傳(chuan) 輸可靠、網絡容量大,缺點是布網布線複雜，施工成本高，擴展性差，難於(yu) 維護。

2、無線方式主要是采用移動運營商提供的無線網絡數據服務，如:無線WiFi.GPRS,4G網絡等。無線方式的優(you) 點是：成本低、施工周期短、適應性強、擴展性好、易於(yu) 擴展和維護。

因此，設計基於(yu) 無線網絡技術的電動汽車充電樁控製係統，能夠簡化係統通信方式，用戶可以通過在手機客戶端建立APP,完成充電樁控製以及雲(yun) 端服務器之間的數據通信,完成智能化充電和支儺(nuo) 理等業(ye) 務。

二、新型汽車充電樁係統組成

基於(yu) 無線網絡技術的電動汽車充電樁控製係統由硬件係統，androids係統，應用層軟件，組網實現四大部分共同組成。

硬件係統是由MCU處理器、控製單元、RST85接口、CAN通信接口、以太網接口、保護電路等部分組成。使用的MCU是STM32F107係列芯片，集成各種高性能工業(ye) 標準接a,可以滿足工業(ye) 、醫療、樓宇自動化等多種產(chan) 品需求。另外,根據國標GB/T20234.1-2015電動汽車傳(chuan) 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製弓I導電路。

從(cong) androids係統來看，是基於(yu) Linux開放源代碼的係統。該係統采用了客戶端/服務端的程序架構：客戶端用於(yu) 與(yu) 用戶之間的直接交互，服務端則完成程序計算，提供基礎數據和服務。該係統無需大幅修改androids係統代碼，隻需修改Linux內(nei) 核代碼，增加部分接口驅動程序，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(wei) 應用層、應用框架層、係統運行庫層和Linux內(nei) 核層。在本文描述的充電樁控製係統中,應用層軟件對應的就是框架裏的應用層。應用層軟件為(wei) 係統管理人員提供操作服務係統，用於(yu) 管理係統賬戶，充電IC卡以及充電樁體(ti) 等信息。客戶端是基於(yu) Andmid手機開發的APP服務平台，充分利用LBS（位置服務）技術和地圖服務,實現實時定位、目的地導航、充電樁信息査詢、預約充電等功能,並能獲取充電樁的狀態信息,例如是否有空閑的充電樁、目前狀態、以及支付結算等。

在組網實現方麵，該係統釆用的是無線通信與(yu) 無線中繼技術，能夠全覆蓋充電樁，充電樁體(ti) 上集成無線通信模塊,支持IEEE802.il協議標準，能夠為(wei) 無線就地組網提供基礎支持，而在域網中各個(ge) 充電樁就成為(wei) 其網絡節點。集成無線AP技術，用於(yu) 實現充電設備間通過超信號來進行橋接中繼的功能，且不會(hui) 影響無線的覆蓋範圍。

三、係統測試驗證

對充電樁下位機硬件、後台管理係統、手機客戶端APP進行測試。硬件測試內(nei) 容包括：觸摸屏顯示界麵、急停按鍵功能、以及直流接觸器工作切換控製等；後台管理係統測試內(nei) 容包括：用戶信息、參數設置、充電狀態等；手機客戶端測試內(nei) 容包括：掃碼登陸、選擇充電模式、電量數據顯示和充電控製等功能。經過測試驗證，充電樁的各項功能均滿足設計要求，而且操作方便，便於(yu) 後台管理，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台

1、係統架構

安科瑞Acrelcloud-充電樁收費運營雲(yun) 平台係統通過物聯網技術對接入係統的充電樁站點和各個(ge) 充電樁進行不間斷地數據采集和監控，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、絕緣檢測故障等一係列故障進行預；用戶通過微信小程序掃描二維碼，進行支付後，係統發起充電請求，控製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模塊接入互聯網，配合加密技術和秘鑰分發技術，基於(yu) TCP/IP的數據交互協議，與(yu) 雲(yun) 端進行直連。雲(yun) 平台包含了充電收費和充電樁運營的所有功能，具體(ti) 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，充電樁運行監測，充電樁異常交易監測。

交易結算：充電價(jia) 格策略管理，預收費管理，賬單管理，營收和財務相關(guan) 報表

用戶管理：用戶注冊(ce) ，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

數據服務：數據采集，短信提醒，數據存儲(chu) 和解析

變壓器監控：監控充電站變壓器負荷，每個(ge) 充電站配備一塊ARCM300T無線表，超負荷時係統自動對充電樁的進行調度管理，即當負荷超過百分之五十時，係統會(hui) 限製新增開始充電的充電樁的功率，降為(wei) 百分之五十，當變壓器負荷超過百分之八十時，係統將不允許新增充電樁開始充電，直到負荷下降為(wei) 止。

2、平台功能

2.1平台登錄

在瀏覽器打開雲(yun) 平台鏈接、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(guan) 信息。

2.2平台首頁

平台首頁總覽每天的開戶數、充值金額、充電金額、充電度數、充電次數、充電時長，累計的開戶數、充值金額、充電金額、充電度數、充電次數、充電時長，以及相應的環比增長和同比增長以及樁、站分布地圖導航、本月充電統計。

2.3實時監控

充電站監控

充電站監控頁麵監視用戶充電槍總數、正在充電的槍數、空閑槍數、插槍數量、故障槍數量等，匯總了用戶擁有各樁的當日充電總次數、總電量、總時長，進行負荷限製、故障查詢。

充電槍監控

充電樁監控頁麵充電槍的基本信息、今日充電電量、今日充電次數、今日充電時長和累計充電電量、累計充電次數、累計充電時長等、充電電壓電流等參數。

2.4微信小程序

搜索與(yu) 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，點擊後可以加入到小程序列表，如下圖所示

授權登錄界麵

用戶通過搜索或者掃碼等途徑初次打開小程序時，會(hui) 進入這個(ge) 頁麵，需要用戶授權登錄才可以進入小程序主功能頁麵，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(guan) 功能，在地圖上查看到當前所在區域的充電站，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麵，可以查看到當前的充電站名稱、充電槍名稱，以及當前的賬戶餘(yu) 額，電價(jia) 和預計可充電量等數據，還可以查看當前賬戶的曆史充電記錄。充電方式分為(wei) 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(jia) 。