浅谈基于无线网络的电动汽车充电桩系统应用与研究

引言
      电动汽车充电桩是由充电控制单元和支付管理这两个部分组成，充电控制部分主要负责充电电源模块的功率变换输出控制,支付管理部分主要负责完成用户信息登录、电量计量、费用结算、支付管理等功能。现有充电桩组成部分之间相互交错融合，并未能实现充电控制与支付管理业务之间的完全独立分离，使得充电桩产品的扩展性能差，不利于系统集成,同时也增加运营成本。

现有充电桩组成示意图
一、电动汽车充电桩的通讯方式
      电动汽车充电桩作为电网配用电侧，其结构的特殊性决定了其通信方式需要与配电网自动化一起综合考虑。在不同的区域和条件下，其通信方式主要有有线和无线两种：
 
1、有线方式主要以工业串行总线（CAN总线、RS485、RS232）和有线以太网（光纤、RJ45接口线）为主,有线方式的主要优点是设计简单、数据传输可靠、网络容量大,缺点是布网布线复杂，施工成本高，扩展性差，难于维护。
 
2、无线方式主要是采用移动运营商提供的无线网络数据服务，如:无线WiFi.GPRS,4G网络等。无线方式的优点是：成本低、施工周期短、适应性强、扩展性好、易于扩展和维护。
因此，设计基于无线网络技术的电动汽车充电桩控制系统，能够简化系统通信方式，用户可以通过在手机客户端建立APP,完成充电桩控制以及云端服务器之间的数据通信,完成智能化充电和支傩理等业务。
 
二、新型汽车充电桩系统组成
      基于无线网络技术的电动汽车充电桩控制系统由硬件系统，Android系统，应用层软件，组网实现四大部分共同组成。
      硬件系统是由MCU处理器、控制单元、RST85接口、CAN通信接口、以太网接口、保护电路等部分组成。使用的MCU是STM32F107系列芯片，集成各种高性能工业标准接a,可以满足工业、医疗、楼宇自动化等多种产品需求。另外,根据国标GB/T20234.1-2015电动汽车传导充电用连接装置中的充电模式4、连接方式C的充电接口方式要求设计直流充电桩的控制弓I导电路。
      从Android系统来看，是基于Linux开放源代码的系统。该系统采用了客户端/服务端的程序架构：客户端用于与用户之间的直接交互，服务端则完成程序计算，提供基础数据和服务。该系统无需大幅修改Android系统代码，只需修改Linux内核代码，增加部分接口驱动程序，如触摸屏通信，打卡机通信，485底层通信等。
      Andmid应用程序框架分为应用层、应用框架层、系统运行库层和Linux内核层。在本文描述的充电桩控制系统中,应用层软件对应的就是框架里的应用层。应用层软件为系统管理人员提供操作服务系统，用于管理系统账户，充电IC卡以及充电桩体等信息。客户端是基于Andmid手机开发的APP服务平台，充分利用LBS（位置服务）技术和地图服务,实现实时定位、目的地导航、充电桩信息査询、预约充电等功能,并能获取充电桩的状态信息,例如是否有空闲的充电桩、目前状态、以及支付结算等。
      在组网实现方面，该系统釆用的是无线通信与无线中继技术，能够全覆盖充电桩，充电桩体上集成无线通信模块,支持IEEE802.il协议标准，能够为无线就地组网提供基础支持，而在局域网中各个充电桩就成为其网络节点。集成无线AP技术，用于实现充电设备间通过超信号来进行桥接中继的功能，且不会影响无线的覆盖范围。
 
三、系统测试验证
      对充电桩下位机硬件、后台管理系统、手机客户端APP进行测试。硬件测试内容包括：触摸屏显示界面、急停按键功能、以及直流接触器工作切换控制等；后台管理系统测试内容包括：用户信息、参数设置、充电状态等；手机客户端测试内容包括：扫码登陆、选择充电模式、电量数据显示和充电控制等功能。经过测试验证，充电桩的各项功能均满足设计要求，而且操作方便，便于后台管理，充电功率能满足各种不同用户需求。
 
四、安科瑞充电桩运营管理平台
1、系统架构

      
      安科瑞Acrelcloud-充电桩收费运营云平台系统通过物联网技术对接入系统的充电桩站点和各个充电桩进行不间断地数据采集和监控，同时对各类故障如充电机过温保护、充电机输入输出过压、欠压、绝缘检测故障等一系列故障进行预警；用户通过微信小程序扫描二维码，进行支付后，系统发起充电请求，控制二维码对应的充电桩完成电动汽车的充电过程。
充电桩可选配WIFI模块或GPRS模块接入互联网，配合加密技术和秘钥分发技术，基于TCP/IP的数据交互协议，与云端进行直连。云平台包含了充电收费和充电桩运营的所有功能，具体功能如下：
资源管理：充电站档案管理，充电桩档案管理，用户档案管理，充电桩运行监测，充电桩异常交易监测。
交易结算：充电价格策略管理，预收费管理，账单管理，营收和财务相关报表
用户管理：用户注册，用户登录，用户帐户管理，消息管理
充电服务：充电设施搜索，充电设施查看，地图寻址，在线自助支付充电，充电结算，导航等
微信小程序：扫码充电，账单支付等功能
数据服务：数据采集，短信提醒，数据存储和解析
变压器监控：监控充电站变压器负荷，每个充电站配备一块ARCM300T无线表，超负荷时系统自动对充电桩的进行调度管理，即当负荷超过百分之五十时，系统会限制新增开始充电的充电桩的功率，降为百分之五十，当变压器负荷超过百分之八十时，系统将不允许新增充电桩开始充电，直到负荷下降为止。
 
2、平台功能
2.1平台登录
      在浏览器打开云平台链接、输入账户名和权限密码，进行登录，防止未授权人员浏览有关信息。

2.2平台首页
      平台首页总览每天的开户数、充值金额、充电金额、充电度数、充电次数、充电时长，累计的开户数、充值金额、充电金额、充电度数、充电次数、充电时长，以及相应的环比增长和同比增长以及桩、站分布地图导航、本月充电统计。

2.3实时监控
充电站监控
      充电站监控页面监视用户充电枪总数、正在充电的枪数、空闲枪数、插枪数量、故障枪数量等，汇总了用户拥有各桩的当日充电总次数、总电量、总时长，进行负荷限制、故障查询。

充电枪监控
      充电桩监控页面充电枪的基本信息、今日充电电量、今日充电次数、今日充电时长和累计充电电量、累计充电次数、累计充电时长等、充电电压电流等参数。

 
2.4微信小程序
搜索与使用
      微信小程序可以通过扫描二维码和微信文字搜索找到，点击后可以加入到小程序列表，如下图所示



授权登录界面
      用户通过搜索或者扫码等途径初次打开小程序时，会进入这个页面，需要用户授权登录才可以进入小程序主功能页面，如图所示：


主功能页
      初次进入主功能页时需要授权定位才可以使用地图相关功能，在地图上查看到当前所在区域的充电站，查看充电站信息，可以进行扫码充电操作，地图导航等。



充电
      扫描充电枪上的二维码，如果当前充电桩可用即可进入充电选择页面，可以查看到当前的充电站名称、充电枪名称，以及当前的账户余额，电价和预计可充电量等数据，还可以查看当前账户的历史充电记录。充电方式分为按时间充电、按金额充电、按电量充电这三种方式。充电结束可以进进行评价。



 
个人信息
      个人信息可以显示当前登录账号的昵称和余额，同时包括、充值、充值记录查询、账单查询、充电记录查询、设置支付密码等功能



 
3、硬件配置
3.1平台服务器：建议按照我方推荐配置购买，或者客户自己租用阿里云资源。
推荐硬件配置清单：（如申请阿里云可忽略）

 
若客户自己租用阿里云服务器，服务器配置根据充电枪点数的不同，分别如下：
 
3.2现场推荐硬件配置清单：

 
五、结束语
      伴商畐用户驀求的不断升级，开发应用无线网络技术的电动汽车充电桩产品已成为行业发展的必然要求。充分利用无线网络技术来解决充电桩的使用问题，实现技术创新，能够为用户带来更好的服务，提升用户使用的便捷度。
 
 
参考文献
[1]李晓华，钱虹.新能源汽车行业技术瓶颈及发展趋势.电源技术
[2]陈群贞.基于无线网络的电动汽车充电桩控制系统应用
[3]安科瑞企业微电网设计与应用手册.2020.06版
 
作者简介：王蒙蒙，女，现任于安科瑞电气股份有限公司，主要从事电瓶车充电桩的研发和应用，