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淺談基于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的電動(dòng)汽車(chē)充電樁系統(tǒng)應(yīng)用與研究

更新時(shí)間:2021-03-31 點(diǎn)擊次數(shù): 1398次

劉細(xì)鳳

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定201801
 
摘要:針對(duì)在新能源汽車(chē)充電樁產(chǎn)業(yè)發(fā)展過(guò)程中存在的通信不兼容的問(wèn)題,設(shè)計(jì)種基于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的電動(dòng)汽車(chē)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(chē)充電,用戶體驗(yàn)良好。
關(guān)鍵詞:充電樁;自動(dòng)化控制;無(wú)線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用
 
引言
      電動(dòng)汽車(chē)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(yíng)成本。
現(xiàn)有充電樁組成示意圖
、電動(dòng)汽車(chē)充電樁的通訊方式
      電動(dòng)汽車(chē)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(wú)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(diǎn)是設(shè)計(jì)簡(jiǎn)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(wú)線方式主要是采用移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商提供的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)服務(wù),如:無(wú)線WiFi.GPRS,4G網(wǎng)絡(luò)等。無(wú)線方式的點(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(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的電動(dòng)汽車(chē)充電樁控制系統(tǒng),能夠簡(jiǎn)化系統(tǒng)通信方式,用戶可以通過(guò)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(chē)充電樁系統(tǒng)組成
      基于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的電動(dòng)汽車(chē)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)、、樓宇自動(dòng)化等多種產(chǎn)品需求。另外,根據(jù)標(biāo)GB/T20234.1-2015電動(dòng)汽車(chē)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(lái)看,是基于Linux開(kāi)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(wú)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(kù)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(kāi)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(xún)、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(wú)線通信與無(wú)線中繼技術(shù),能夠全覆蓋充電樁,充電樁體上集成無(wú)線通信模塊,支持IEEE802.il協(xié)議標(biāo)準(zhǔn),能夠?yàn)闊o(wú)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(wú)線AP技術(shù),用于實(shí)現(xiàn)充電設(shè)備間通過(guò)超信號(hào)來(lái)進(jìn)行橋接中繼的功能,且不會(huì)影響無(wú)線的覆蓋范圍。
 
三、系統(tǒng)測(cè)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(cè)試。硬件測(cè)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(cè)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(cè)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(guò)測(cè)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(yíng)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(yíng)云平臺(tái)系統(tǒng)通過(guò)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(lèi)故障如充電機(jī)過(guò)溫保護(hù)、充電機(jī)輸入輸出過(guò)壓、欠壓、絕緣檢測(cè)故障等系列故障進(jìn)行預(yù)警;用戶通過(guò)VX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(chē)的充電過(guò)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(yíng)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(cè),充電樁異常交易監(jiān)測(cè)。
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(yíng)收和財(cái)務(wù)相關(guān)報(bào)表
用戶管理:用戶注冊(cè),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
VX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)充電站配備塊ARCM300T無(wú)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(guò)百分之五十時(shí),系統(tǒng)會(huì)限制新增開(kāi)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(guò)百分之八十時(shí),系統(tǒng)將不允許新增充電樁開(kāi)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(kāi)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)頁(yè)
      平臺(tái)頁(yè)總覽每天的開(kāi)HU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(zhǎng),累計(jì)的開(kāi)HU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(zhǎng),以及相應(yīng)的環(huán)比增長(zhǎng)和同比增長(zhǎng)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(yè)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(zhǎng),進(jìn)行負(fù)荷限制、故障查詢(xún)。
充電槍監(jiān)控
      充電樁監(jiān)控頁(yè)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(zhǎng)和累計(jì)充電電量、累計(jì)充電次數(shù)、累計(jì)充電時(shí)長(zhǎng)等、充電電壓電流等參數(shù)。
 
2.4VX小程序
搜索與使用
      VX小程序可以通過(guò)掃描二維碼和VX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(guò)搜索或者掃碼等途徑初次打開(kāi)小程序時(shí),會(huì)進(jìn)入這個(gè)頁(yè)面,需要用戶授權(quán)登錄才可以進(jìn)入小程序主功能頁(yè)面,如圖所示:
主功能頁(yè)
      初次進(jìn)入主功能頁(yè)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(yè)面,可以查看到當(dāng)前的充電站名稱(chēng)、充電槍名稱(chēng),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(chēng)和余額,同時(shí)包括、充值、充值記錄查詢(xún)、賬單查詢(xún)、充電記錄查詢(xún)、設(shè)置支付密碼等功能
 
3、硬件配置
3.1平臺(tái)服務(wù)器:建議按照我方配置購(gòu)買(mǎi),或者客戶自己租用阿里云資源。
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(chǎng)硬件配置清單:
 
五、結(jié)束語(yǔ)
      伴商畐用戶驀求的不斷升級(jí),開(kāi)發(fā)應(yīng)用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的電動(dòng)汽車(chē)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(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來(lái)解決充電樁的使用問(wèn)題,實(shí)現(xiàn)技術(shù)創(chuàng)新,能夠?yàn)橛脩魩?lái)更好的服務(wù),提升用戶使用的便捷度。
 
 
參考文獻(xiàn)
[1]李曉華,錢(qián)虹.新能源汽車(chē)行業(yè)技術(shù)瓶頸及發(fā)展趨勢(shì).電源技術(shù)
[2]陳群貞.基于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的電動(dòng)汽車(chē)充電樁控制系統(tǒng)應(yīng)用
[3]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè).2020.06版
 
作者簡(jiǎn)介:劉細(xì)鳳,女,現(xiàn)任于安科瑞電氣股份有限公司,主要從事電瓶車(chē)充電樁的研發(fā)和應(yīng)用

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