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)一種基于無(wú)線(xiàn)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(hù)體驗(yàn)良好。
現(xiàn)有充電樁組成示意圖
一、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(xiàn)和無(wú)線(xiàn)兩種：
1、有線(xiàn)方式主要以工業(yè)串行總線(xiàn)（CAN總線(xiàn)、RS485、RS232）和有線(xiàn)以太網(wǎng)（光纖、RJ45接口線(xiàn)）為主,有線(xiàn)方式的主要優(yōu)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(xiàn)復(fù)雜，施工成本高，擴(kuò)展性差，難于維護(hù)。
2、無(wú)線(xiàn)方式主要是采用移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商提供的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)服務(wù)，如:無(wú)線(xiàn)WiFi.GPRS,4G網(wǎng)絡(luò)等。無(wú)線(xiàn)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(wú)線(xiàn)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(hù)可以通過(guò)在手機(jī)客戶(hù)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(xiàn)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(mǎn)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(guó)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(hù)端/服務(wù)端的程序架構(gòu)：客戶(hù)端用于與用戶(hù)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(hù)，充電IC卡以及充電樁體等信息。客戶(hù)端是基于Andmid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(xiàn)通信與無(wú)線(xiàn)中繼技術(shù)，能夠全覆蓋充電樁，充電樁體上集成無(wú)線(xiàn)通信模塊,支持IEEE802.il協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，能夠?yàn)闊o(wú)線(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(hù)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(hù)信息、參數(shù)設(shè)置、充電狀態(tài)等；手機(jī)客戶(hù)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(mǎn)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(mǎn)足各種不同用戶(hù)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)故障等一系列故障進(jìn)行預(yù)警；用戶(hù)通過(guò)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(hù)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(hù)管理：用戶(hù)注冊(cè)，用戶(hù)登錄，用戶(hù)帳戶(hù)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(xiàn)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(wú)線(xiàn)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(hù)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(yè)
平臺(tái)首頁(yè)總覽每天的開(kāi)戶(hù)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)戶(hù)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(hù)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(hù)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)。
2.4小程序
搜索與使用
小程序可以通過(guò)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(hù)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(hù)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(hù)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(hù)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(hù)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(hù)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(hù)驀求的不斷升級(jí)，開(kāi)發(fā)應(yīng)用無(wú)線(xiàn)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(xiàn)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?hù)帶來(lái)更好的服務(wù)，提升用戶(hù)使用的便捷度。
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