基于物联网的电动汽车智能充电系统

张世军

摘 要：随着电动汽车的普及，智能充电技术也受到了广泛关注，如何设计出可靠、安全的充电系统是解决电动汽车高压安全和延长续驶里程的关键技术。本文基于物联网的电动汽车智能充电系统进行探讨。

关键词：电动汽车 智能充电 充电桩

电动汽车是未来陆地交通工具发展的必然趋势，大量无序的充电行为必然会对已有的电网可靠运行造成各种消极性影响，例如：大范围的电动汽车无序充电会加大电网的峰谷差，造成电网调度困难性变大，而使得电压或者电流发生畸变，严重的甚至会造成电力设备的损伤。所以正确的引导与管理电动汽车充电行为势在必行。

1当前电动汽车充电现状

在电动汽车充电设施推进普及过程中，亟需突破的难点之一就是充电站桩数据联网及统一管理的问题。电力管理部门需要将各个充电站桩的数据进行联网汇总，为智能电网建设提供有效数据，并实现充电站桩的远程管理。然而在实施过程中经常会遇到以下难点：

1.1充电站桩地理位置分散，与管理中心平台具有一定的空间距离，采取有线网络通信较为困难。

1.2不同生产方的充电站桩设备所支持的通信协议各不相同，管理中心平台不能很好的与充电站桩设备直接通信，从而不便于数据汇总。

基于以上两个难点，可见搭建物联网的电动汽车智能通信桥梁尤为重要。

2系统总体架构设计

系统设计可以采用模块化设计，每个电动车停车场管理系统由一个控制中心和若干个充电控制端组成，充电控制端和控制中心通过Can总线通信，充电控制端的个数根据停车场规模来布置，每一个停车位布置一个充电控制器，场内摄像头由控制中心控制其视频采集工作，摄像头的个数也可以支持多个，可根据停车场规模布置。控制中心采用嵌入式系统实现，其中主要包括一个视频采集卡设备和一个CC2530有源RFID定位标签读卡器设备，这两个设备一个负责视频采集工作，一个负责自动标签读取和对停车场内车辆定位和充费刷卡，当车辆移动超出一定范围时会启动报警程序，用户可以通过车载标签进行自动充电计费和缴费；充电控制器主要是基于达盛科技的E_play平台开发的，控制器通过一个电流监控传感器实时采集链接电动车充电器的电流信息，同时通过充电控制驱动自动调节充电电流，充电完成后控制器自动计算电量并反馈到控制中心。同时控制中心具有网络交互功能，每个控制中心的用户数据保存在网络数据服务器中，所有部署了该系统的停车场内的所有用户信息都可以进行共享，用户可以在任何一个部署了该系统的停车场内进行刷卡充电和相关服务。

通过对现有的电动汽车停车场管理需求和实地调研分析，系统功能设计可以主要由智能充电功能、车辆防盗报警功能、充电计费管理功能和视频实时监控功能四个主功能模块构成。其中，智能充电功能主要实现了对电动车的充电控制，能够实现对其充电进行自主调节和充电过程中的电量计算；车辆防盗报警功能，主要实现对了对电动车的防盗监控，当电动车在未解锁的状态下移动后会发出报警信息并通知用户；充电计费管理功能，主要是实现了对停车场内充电的电动车的自动计费管理，包括用户注册、用户缴费和自动扣费等；视频实时监控功能，实现了对停车场内的车辆进行实时视频监控。

3系统功能

3.1 智能充电功能

充电端能够给电动车实现智能充电，自动检测电动车电量，判断电动车电量状态，根据其状态控制其充电电流，并且对其充电过程中所使用的电量进行统计并反馈到控制中心，控制中心最终根据充电用户的账户信息对其进行计费管理。

3.2 车辆防盗报警功能

用户开着带有标签的电动汽车进入停车场内时，系统能自动识别车辆标签信息，向用户手机发送取车密码，用户进入停车场停好车将充电电源插上充电端之后，系统通过控制中心反馈过来的信息设置其在线，如果用户需要取车，这时候需要在充电控制端输入取车密码才可以安全解锁取车，如果不输入控制密码就取车，系统将会报警，同时系统将异常情况通过网络发送到用户手机。

3.3 充電计费管理功能

用户充电过程中系统自动监测用户所使用的电量并对其注册的账户内的消费进行扣除，达到自动计费管理的目的，同时用户还可以通过管理端进行缴费。

3.4 实时视频监控功能

系统能够通过视频实时监控停车场内信息。

4系统的详细设计与实现

由于系统采用模块化设计思想对其进行设计，在硬件设计上主要包括控制中心端的硬件设计和充电控制器硬件设计两个硬件模块。

控制中心主要由电源供电模块、DM9000以太网模块、视频采集卡模块和CC2530射频标签读卡器模块组成，其中电源模块负责为系统的控制器和各个功能模块供电，将外部220 V交流电转为系统所需的5 V直流电；DM9000以太网模块主要为控制中心提供网络硬件支持，通过该模块控制中心能够接入互联网访问系统数据中心的数据库；CC2530射频标签读卡器模块主要实现对射频标签的识别和数据读取。视频采集卡模块主要支持视频采集链接摄像头。由于控制中心采用的控制芯片ARM6410是球面封装，其PCB自主设计费用高，没有专业的硬件设计基础是很难稳定实现其电路设计的，系统在这部分的实现主要是通过购买现成的电路模块搭建系统而成。

5结论

该充电系统平台方案可以满足电动汽车充电要求，充电方案充分考虑了充电操作方便性及整车高压安全等方面因素，结合目前中国现有充电基础设施状况，全面考虑了实际操作时可能出现的问题，在整车充电系统中制定了相应的应对策略。对驾驶员来说，操作上除了充电时间较长外与传统车相比要求更低。为电动汽车大批量上市提供了有力保障，大大推进了市场化进程。同时该充电方案可应用在所有类型的电动汽车上，实现了物联网电动汽车智能充电方案的平台化。

参考文献

[1] 赵春明，贾俊国，罗怀平.电动汽车传导充电用连接装置[M].北京：中国标准出版社（第3版），2012：3-9.

[2] 随顺科，孙长江.基于DSP的智能充电系统在电动汽车中的应用研究[J].制造业自动化，2011（13）：126-128.