淺談基于無線網(wǎng)絡(luò)的電動汽車充電樁系統(tǒng)應用與研究

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(shè)計一種基于無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)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(guān)鍵詞：充電樁；自動化控制；無線網(wǎng)絡(luò)應用

 

      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(jié)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(wù)之間的*獨立分離，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

      電動汽車充電樁作為電網(wǎng)配用電側(cè)，其結(jié)構(gòu)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,有線方式的主要點是設(shè)計簡單、數(shù)據(jù)傳輸可靠、網(wǎng)絡(luò)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(luò)數(shù)據(jù)服務(wù)，如:無線WiFi.GPRS,4G網(wǎng)絡(luò)等。無線方式的點是：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(shè)計基于無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的電動汽車充電樁控制系統(tǒng)，能夠簡化系統(tǒng)通信方式，用戶可以通過在手機客戶端建立APP,完成充電樁控制以及云端服務(wù)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(wù)。

 

      基于無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)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)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(shè)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(wù)端的程序架構(gòu)：客戶端用于與用戶之間的直接交互，服務(wù)端則完成程序計算，提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和服務(wù)。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(wù)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手機開發(fā)的APP服務(wù)平臺，充分利用LBS（位置服務(wù)）技術(shù)和地圖服務(wù),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、目狀態(tài)、以及支付結(jié)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(shù)，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(chǔ)支持，而在局域網(wǎng)中各個充電樁就成為其網(wǎng)絡(luò)節(jié)點。集成無線AP技術(shù)，用于實現(xiàn)充電設(shè)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。

 

      對充電樁下位機硬件、后臺管理系統(tǒng)、手機客戶端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(shè)置、充電狀態(tài)等；手機客戶端測試內(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(shè)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。

 

1、系統(tǒng)架構(gòu)

      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(shù)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(shù)和秘鑰分發(fā)技術(shù)，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(jié)算：充電價格策略管理，預收費管理，賬單管理，營收和財務(wù)相關(guān)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(wù)：充電設(shè)施搜索，充電設(shè)施查看，地圖尋址，在線自助支付充電，充電結(jié)算，導航等

小程序：掃碼充電，賬單支付等功能

數(shù)據(jù)服務(wù)：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(quán)限密碼，進行登錄，防止未授權(quán)人員瀏覽有關(guān)信息。

2.2平臺頁

      平臺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小程序

搜索與使用

      小程序可以通過掃描二維碼和文字搜索找到，點擊后可以加入到小程序列表

授權(quán)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(quán)登錄才可以進入小程序主功能頁面

主功能頁

      初次進入主功能頁時需要授權(quán)定位才可以使用地圖相關(guān)功能，在地圖上查看到當所在區(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，如果當充電樁可用即可進入充電選擇頁面，可以查看到當?shù)某潆娬久Q、充電槍名稱，以及當?shù)馁~戶余額，電價和預計可充電量等數(shù)據(jù)，還可以查看當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(jié)束可以進進行評價。 

個人信息

      個人信息可以顯示當?shù)卿涃~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(shè)置支付密碼等功能

 

3、硬件配置

3.1平臺服務(wù)器：建議按照我方配置購買，或者客戶自己租用阿里云資源。

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(wù)器，服務(wù)器配置根據(jù)充電槍點數(shù)的不同，分別如下：

 

3.2現(xiàn)場硬件配置清單：

 

      伴商畐用戶驀求的不斷升級，開發(fā)應用無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)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(luò)技術(shù)來解決充電樁的使用問題，實現(xiàn)技術(shù)創(chuàng)新，能夠為用戶帶來好的服務(wù)，提升用戶使用的便捷度。

 

 

[1]李曉華，錢虹.新能源汽車行業(yè)技術(shù)瓶頸及發(fā)展趨勢.電源技術(shù)

[2]陳群貞.基于無線網(wǎng)絡(luò)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(shè)計與應用手冊.2020.06版