基于物聯(lián)網(wǎng)的電動汽車智能充電系統(tǒng)

張世軍

摘 要：隨著電動汽車的普及，智能充電技術(shù)也受到了廣泛關(guān)注，如何設(shè)計出可靠、安全的充電系統(tǒng)是解決電動汽車高壓安全和延長續(xù)駛里程的關(guān)鍵技術(shù)。本文基于物聯(lián)網(wǎng)的電動汽車智能充電系統(tǒng)進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞：電動汽車 智能充電 充電樁

電動汽車是未來陸地交通工具發(fā)展的必然趨勢，大量無序的充電行為必然會對已有的電網(wǎng)可靠運行造成各種消極性影響，例如：大范圍的電動汽車無序充電會加大電網(wǎng)的峰谷差，造成電網(wǎng)調(diào)度困難性變大，而使得電壓或者電流發(fā)生畸變，嚴(yán)重的甚至?xí)斐呻娏υO(shè)備的損傷。所以正確的引導(dǎo)與管理電動汽車充電行為勢在必行。

1當(dāng)前電動汽車充電現(xiàn)狀

在電動汽車充電設(shè)施推進(jìn)普及過程中，亟需突破的難點之一就是充電站樁數(shù)據(jù)聯(lián)網(wǎng)及統(tǒng)一管理的問題。電力管理部門需要將各個充電站樁的數(shù)據(jù)進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)匯總，為智能電網(wǎng)建設(shè)提供有效數(shù)據(jù)，并實現(xiàn)充電站樁的遠(yuǎn)程管理。然而在實施過程中經(jīng)常會遇到以下難點：

1.1充電站樁地理位置分散，與管理中心平臺具有一定的空間距離，采取有線網(wǎng)絡(luò)通信較為困難。

1.2不同生產(chǎn)方的充電站樁設(shè)備所支持的通信協(xié)議各不相同，管理中心平臺不能很好的與充電站樁設(shè)備直接通信，從而不便于數(shù)據(jù)匯總。

基于以上兩個難點，可見搭建物聯(lián)網(wǎng)的電動汽車智能通信橋梁尤為重要。

2系統(tǒng)總體架構(gòu)設(shè)計

系統(tǒng)設(shè)計可以采用模塊化設(shè)計，每個電動車停車場管理系統(tǒng)由一個控制中心和若干個充電控制端組成，充電控制端和控制中心通過Can總線通信，充電控制端的個數(shù)根據(jù)停車場規(guī)模來布置，每一個停車位布置一個充電控制器，場內(nèi)攝像頭由控制中心控制其視頻采集工作，攝像頭的個數(shù)也可以支持多個，可根據(jù)停車場規(guī)模布置。控制中心采用嵌入式系統(tǒng)實現(xiàn)，其中主要包括一個視頻采集卡設(shè)備和一個CC2530有源RFID定位標(biāo)簽讀卡器設(shè)備，這兩個設(shè)備一個負(fù)責(zé)視頻采集工作，一個負(fù)責(zé)自動標(biāo)簽讀取和對停車場內(nèi)車輛定位和充費刷卡，當(dāng)車輛移動超出一定范圍時會啟動報警程序，用戶可以通過車載標(biāo)簽進(jìn)行自動充電計費和繳費；充電控制器主要是基于達(dá)盛科技的E_play平臺開發(fā)的，控制器通過一個電流監(jiān)控傳感器實時采集鏈接電動車充電器的電流信息，同時通過充電控制驅(qū)動自動調(diào)節(jié)充電電流，充電完成后控制器自動計算電量并反饋到控制中心。同時控制中心具有網(wǎng)絡(luò)交互功能，每個控制中心的用戶數(shù)據(jù)保存在網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)服務(wù)器中，所有部署了該系統(tǒng)的停車場內(nèi)的所有用戶信息都可以進(jìn)行共享，用戶可以在任何一個部署了該系統(tǒng)的停車場內(nèi)進(jìn)行刷卡充電和相關(guān)服務(wù)。

通過對現(xiàn)有的電動汽車停車場管理需求和實地調(diào)研分析，系統(tǒng)功能設(shè)計可以主要由智能充電功能、車輛防盜報警功能、充電計費管理功能和視頻實時監(jiān)控功能四個主功能模塊構(gòu)成。其中，智能充電功能主要實現(xiàn)了對電動車的充電控制，能夠?qū)崿F(xiàn)對其充電進(jìn)行自主調(diào)節(jié)和充電過程中的電量計算；車輛防盜報警功能，主要實現(xiàn)對了對電動車的防盜監(jiān)控，當(dāng)電動車在未解鎖的狀態(tài)下移動后會發(fā)出報警信息并通知用戶；充電計費管理功能，主要是實現(xiàn)了對停車場內(nèi)充電的電動車的自動計費管理，包括用戶注冊、用戶繳費和自動扣費等；視頻實時監(jiān)控功能，實現(xiàn)了對停車場內(nèi)的車輛進(jìn)行實時視頻監(jiān)控。

3系統(tǒng)功能

3.1 智能充電功能

充電端能夠給電動車實現(xiàn)智能充電，自動檢測電動車電量，判斷電動車電量狀態(tài)，根據(jù)其狀態(tài)控制其充電電流，并且對其充電過程中所使用的電量進(jìn)行統(tǒng)計并反饋到控制中心，控制中心最終根據(jù)充電用戶的賬戶信息對其進(jìn)行計費管理。

3.2 車輛防盜報警功能

用戶開著帶有標(biāo)簽的電動汽車進(jìn)入停車場內(nèi)時，系統(tǒng)能自動識別車輛標(biāo)簽信息，向用戶手機(jī)發(fā)送取車密碼，用戶進(jìn)入停車場停好車將充電電源插上充電端之后，系統(tǒng)通過控制中心反饋過來的信息設(shè)置其在線，如果用戶需要取車，這時候需要在充電控制端輸入取車密碼才可以安全解鎖取車，如果不輸入控制密碼就取車，系統(tǒng)將會報警，同時系統(tǒng)將異常情況通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到用戶手機(jī)。

3.3 充電計費管理功能

用戶充電過程中系統(tǒng)自動監(jiān)測用戶所使用的電量并對其注冊的賬戶內(nèi)的消費進(jìn)行扣除，達(dá)到自動計費管理的目的，同時用戶還可以通過管理端進(jìn)行繳費。

3.4 實時視頻監(jiān)控功能

系統(tǒng)能夠通過視頻實時監(jiān)控停車場內(nèi)信息。

4系統(tǒng)的詳細(xì)設(shè)計與實現(xiàn)

由于系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計思想對其進(jìn)行設(shè)計，在硬件設(shè)計上主要包括控制中心端的硬件設(shè)計和充電控制器硬件設(shè)計兩個硬件模塊。

控制中心主要由電源供電模塊、DM9000以太網(wǎng)模塊、視頻采集卡模塊和CC2530射頻標(biāo)簽讀卡器模塊組成，其中電源模塊負(fù)責(zé)為系統(tǒng)的控制器和各個功能模塊供電，將外部220 V交流電轉(zhuǎn)為系統(tǒng)所需的5 V直流電；DM9000以太網(wǎng)模塊主要為控制中心提供網(wǎng)絡(luò)硬件支持，通過該模塊控制中心能夠接入互聯(lián)網(wǎng)訪問系統(tǒng)數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)庫；CC2530射頻標(biāo)簽讀卡器模塊主要實現(xiàn)對射頻標(biāo)簽的識別和數(shù)據(jù)讀取。視頻采集卡模塊主要支持視頻采集鏈接攝像頭。由于控制中心采用的控制芯片ARM6410是球面封裝，其PCB自主設(shè)計費用高，沒有專業(yè)的硬件設(shè)計基礎(chǔ)是很難穩(wěn)定實現(xiàn)其電路設(shè)計的，系統(tǒng)在這部分的實現(xiàn)主要是通過購買現(xiàn)成的電路模塊搭建系統(tǒng)而成。

5結(jié)論

該充電系統(tǒng)平臺方案可以滿足電動汽車充電要求，充電方案充分考慮了充電操作方便性及整車高壓安全等方面因素，結(jié)合目前中國現(xiàn)有充電基礎(chǔ)設(shè)施狀況，全面考慮了實際操作時可能出現(xiàn)的問題，在整車充電系統(tǒng)中制定了相應(yīng)的應(yīng)對策略。對駕駛員來說，操作上除了充電時間較長外與傳統(tǒng)車相比要求更低。為電動汽車大批量上市提供了有力保障，大大推進(jìn)了市場化進(jìn)程。同時該充電方案可應(yīng)用在所有類型的電動汽車上，實現(xiàn)了物聯(lián)網(wǎng)電動汽車智能充電方案的平臺化。

參考文獻(xiàn)

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