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技術文章

淺談基于無線網絡的電動汽車充電樁系統應用與研究

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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業發展過程中存在的通信不兼容的問題,設計一種基于無線網絡技術的電動汽車充電樁控制系統。該系統能在多種復雜環境下正常工作,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?,F有充電樁組成部分之間相互交錯融合,并未能實現充電控制與支付管理業務之間的完全獨立分離,使得充電樁產品的擴展性能差,不利于系統集成,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電網配用電側,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種:
 
1、有線方式主要以工業串行總線(CAN總線、RS485、RS232)和有線以太網(光纖、RJ45接口線)為主,有線方式的主要優點是設計簡單、數據傳輸可靠、網絡容量大,缺點是布網布線復雜,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絡數據服務,如:無線WiFi.GPRS,4G網絡等。無線方式的優點是: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,設計基于無線網絡技術的電動汽車充電樁控制系統,能夠簡化系統通信方式,用戶可以通過在手機客戶端建立APP,完成充電樁控制以及云端服務器之間的數據通信,完成智能化充電和支儺理等業務。
 
二、新型汽車充電樁系統組成
      基于無線網絡技術的電動汽車充電樁控制系統由硬件系統,Android系統,應用層軟件,組網實現四大部分共同組成。
      硬件系統是由MCU處理器、控制單元、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系列芯片,集成各種高性能工業標準接a,可以滿足工業、醫療、樓宇自動化等多種產品需求。另外,根據國標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系統來看,是基于Linux開放源代碼的系統。該系統采用了客戶端/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,提供基礎數據和服務。該系統無需大幅修改Android系統代碼,只需修改Linux內核代碼,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應用程序框架分為應用層、應用框架層、系統運行庫層和Linux內核層。在本文描述的充電樁控制系統中,應用層軟件對應的就是框架里的應用層。應用層軟件為系統管理人員提供操作服務系統,用于管理系統賬戶,充電IC卡以及充電樁體等信息??蛻舳耸腔贏ndmid手機開發的APP服務平臺,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,并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。
      在組網實現方面,該系統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協議標準,能夠為無線就地組網提供基礎支持,而在局域網中各個充電樁就成為其網絡節點。集成無線AP技術,用于實現充電設備間通過超信號來進行橋接中繼的功能,且不會影響無線的覆蓋范圍。
 
三、系統測試驗證
      對充電樁下位機硬件、后臺管理系統、手機客戶端APP進行測試。硬件測試內容包括: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;后臺管理系統測試內容包括:用戶信息、參數設置、充電狀態等;手機客戶端測試內容包括:掃碼登陸、選擇充電模式、電量數據顯示和充電控制等功能。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、系統架構

      
      安科瑞Acrelcloud-充電樁收費運營云平臺系統通過物聯網技術對接入系統的充電樁站點和各個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,系統發起充電請求,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模塊接入互聯網,配合加密技術和秘鑰分發技術,基于TCP/IP的數據交互協議,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,充電樁運行監測,充電樁異常交易監測。
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
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,數據存儲和解析
變壓器監控:監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,系統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、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
      充電站監控頁面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,進行負荷限制、故障查詢。

充電槍監控
      充電樁監控頁面充電槍的基本信息、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,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據,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器,服務器配置根據充電槍點數的不同,分別如下:
 
3.2現場硬件配置清單:

 
五、結束語
      伴商畐用戶驀求的不斷升級,開發應用無線網絡技術的電動汽車充電樁產品已成為行業發展的必然要求。充分利用無線網絡技術來解決充電樁的使用問題,實現技術創新,能夠為用戶帶來更好的服務,提升用戶使用的便捷度。
 
 
參考文獻
[1]李曉華,錢虹.新能源汽車行業技術瓶頸及發展趨勢.電源技術
[2]陳群貞.基于無線網絡的電動汽車充電樁控制系統應用
[3]安科瑞企業微電網設計與應用手冊.2020.06版
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