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淺談基于無線網(wǎng)絡(luò)的電動(dòng)汽車充電樁系統(tǒng)應(yīng)用與研究
閱讀：784 發(fā)布時(shí)間：2021-4-2
摘要：針對(duì)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(jì)一種基于無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的電動(dòng)汽車充電樁控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)能在多種復(fù)雜環(huán)境下正常工作，能有效管理和控制電動(dòng)汽車充電，用戶體驗(yàn)良好。
關(guān)鍵詞：充電樁；自動(dòng)化控制；無線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用
引言
電動(dòng)汽車充電樁是由充電控制單元和支付管理這兩個(gè)部分組成，充電控制部分主要負(fù)責(zé)充電電源模塊的功率變換輸出控制,支付管理部分主要負(fù)責(zé)完成用戶信息登錄、電量計(jì)量、費(fèi)用結(jié)算、支付管理等功能?，F(xiàn)有充電樁組成部分之間相互交錯(cuò)融合，并未能實(shí)現(xiàn)充電控制與支付管理業(yè)務(wù)之間的*獨(dú)立分離，使得充電樁產(chǎn)品的擴(kuò)展性能差，不利于系統(tǒng)集成,同時(shí)也增加運(yùn)營成本。
現(xiàn)有充電樁組成示意圖
一、電動(dòng)汽車充電樁的通訊方式
電動(dòng)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(dòng)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(diǎn)是設(shè)計(jì)簡單、數(shù)據(jù)傳輸可靠、網(wǎng)絡(luò)容量大,缺點(diǎn)是布網(wǎng)布線復(fù)雜，施工成本高，擴(kuò)展性差，難于維護(hù)。
2、無線方式主要是采用移動(dòng)運(yùn)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。無線方式的優(yōu)點(diǎn)是：成本低、施工周期短、適應(yīng)性強(qiáng)、擴(kuò)展性好、易于擴(kuò)展和維護(hù)。
因此，設(shè)計(jì)基于無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的電動(dòng)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(jī)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)。
二、新型汽車充電樁系統(tǒng)組成
基于無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的電動(dòng)汽車充電樁控制系統(tǒng)由硬件系統(tǒng)，Android系統(tǒng)，應(yīng)用層軟件，組網(wǎng)實(shí)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(hù)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(biāo)準(zhǔn)接a,可以滿足工業(yè)、醫(yī)療、樓宇自動(dòng)化等多種產(chǎn)品需求。另外,根據(jù)國標(biāo)GB/T20234.1-2015電動(dòng)汽車傳導(dǎo)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(jì)直流充電樁的控制弓I導(dǎo)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(jì)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(dòng)程序，如觸摸屏通信，打卡機(jī)通信，485底層通信等。
Andmid應(yīng)用程序框架分為應(yīng)用層、應(yīng)用框架層、系統(tǒng)運(yùn)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(yīng)用層軟件對(duì)應(yīng)的就是框架里的應(yīng)用層。應(yīng)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?？蛻舳耸腔贏ndmid手機(jī)開發(fā)的APP服務(wù)平臺(tái)，充分利用LBS（位置服務(wù)）技術(shù)和地圖服務(wù),實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)定位、目的地導(dǎo)航、充電樁信息査詢、預(yù)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(jié)算等。
在組網(wǎng)實(shí)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(biāo)準(zhǔn)，能夠?yàn)闊o線就地組網(wǎng)提供基礎(chǔ)支持，而在局域網(wǎng)中各個(gè)充電樁就成為其網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。集成無線AP技術(shù)，用于實(shí)現(xiàn)充電設(shè)備間通過超信號(hào)來進(jìn)行橋接中繼的功能，且不會(huì)影響無線的覆蓋范圍。
三、系統(tǒng)測試驗(yàn)證
對(duì)充電樁下位機(jī)硬件、后臺(tái)管理系統(tǒng)、手機(jī)客戶端APP進(jìn)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(tái)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(jī)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(yàn)證，充電樁的各項(xiàng)功能均滿足設(shè)計(jì)要求，而且操作方便，便于后臺(tái)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(yùn)營管理平臺(tái)
1、系統(tǒng)架構(gòu)
安科瑞Acrelcloud-充電樁收費(fèi)運(yùn)營云平臺(tái)系統(tǒng)通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)接入系統(tǒng)的充電樁站點(diǎn)和各個(gè)充電樁進(jìn)行不間斷地?cái)?shù)據(jù)采集和監(jiān)控，同時(shí)對(duì)各類故障如充電機(jī)過溫保護(hù)、充電機(jī)輸入輸出過壓、欠壓、絕緣檢測故障等一系列故障進(jìn)行預(yù)警；用戶通過小程序掃描二維碼，進(jìn)行支付后，系統(tǒng)發(fā)起充電請(qǐng)求，控制二維碼對(duì)應(yīng)的充電樁完成電動(dòng)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(jìn)行直連。云平臺(tái)包含了充電收費(fèi)和充電樁運(yùn)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(yùn)行監(jiān)測，充電樁異常交易監(jiān)測。
交易結(jié)算：充電價(jià)格策略管理，預(yù)收費(fèi)管理，賬單管理，營收和財(cái)務(wù)相關(guān)報(bào)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(dǎo)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(chǔ)和解析
變壓器監(jiān)控：監(jiān)控充電站變壓器負(fù)荷，每個(gè)充電站配備一塊ARCM300T無線表，超負(fù)荷時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)對(duì)充電樁的進(jìn)行調(diào)度管理，即當(dāng)負(fù)荷超過百分之五十時(shí)，系統(tǒng)會(huì)限制新增開始充電的充電樁的功率，降為百分之五十，當(dāng)變壓器負(fù)荷超過百分之八十時(shí)，系統(tǒng)將不允許新增充電樁開始充電，直到負(fù)荷下降為止。
2、平臺(tái)功能
2.1平臺(tái)登錄
在瀏覽器打開云平臺(tái)鏈接、輸入賬戶名和權(quán)限密碼，進(jìn)行登錄，防止未授權(quán)人員瀏覽有關(guān)信息。
2.2平臺(tái)首頁
平臺(tái)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(shí)長，累計(jì)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(shí)長，以及相應(yīng)的環(huán)比增長和同比增長以及樁、站分布地圖導(dǎo)航、本月充電統(tǒng)計(jì)。
2.3實(shí)時(shí)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(dāng)日充電總次數(shù)、總電量、總時(shí)長，進(jìn)行負(fù)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(shí)長和累計(jì)充電電量、累計(jì)充電次數(shù)、累計(jì)充電時(shí)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(diǎn)擊后可以加入到小程序列表，如下圖所示
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(shí)，會(huì)進(jìn)入這個(gè)頁面，需要用戶授權(quán)登錄才可以進(jìn)入小程序主功能頁面，如圖所示：
主功能頁
初次進(jìn)入主功能頁時(shí)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(dāng)前所在區(qū)域的充電站，查看充電站信息，可以進(jìn)行掃碼充電操作，地圖導(dǎo)航等。
充電
掃描充電槍上的二維碼，如果當(dāng)前充電樁可用即可進(jìn)入充電選擇頁面，可以查看到當(dāng)前的充電站名稱、充電槍名稱，以及當(dāng)前的賬戶余額，電價(jià)和預(yù)計(jì)可充電量等數(shù)據(jù)，還可以查看當(dāng)前賬戶的歷史充電記錄。充電方式分為按時(shí)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(jìn)進(jìn)行評(píng)價(jià)。
個(gè)人信息
個(gè)人信息可以顯示當(dāng)前登錄賬號(hào)的昵稱和余額，同時(shí)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(tái)服務(wù)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(qǐng)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(diǎn)數(shù)的不同，分別如下：
3.2現(xiàn)場推薦硬件配置清單：
五、結(jié)束語
伴商畐用戶驀求的不斷升級(jí)，開發(fā)應(yīng)用無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的電動(dòng)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(shí)現(xiàn)技術(shù)創(chuàng)新，能夠?yàn)橛脩魩砀玫姆?wù)，提升用戶使用的便捷度。
參考文獻(xiàn)
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