基于B/C模式的共享电动车计费系统优化分析

张 楠

(三门峡职业技术学院，河南 三门峡 472000)

0 引言

当前经济快速发展，传统的资源，如石油，煤炭等越来越稀缺。上世纪末，两次重大能源危机导致西方经济出现萧条和危机，能源部门的可持续发展成为世界各国面临的重大挑战，世界各国越来越重视寻找清洁能源来解决环境问题[1]。在我国经济的飞速发展背景下，我国城市中，汽车使用量不断增多，随之而来的就是城市的环境问题。在城市环境污染日益严重的当代社会，我国必须要制定相关政策，进行节能环保，同时还要倡导民众绿色出行。同时，为了改善这一情况，国家还助力节能汽车发展，对新能源汽车的研发给予政策扶持，同时推出共享电动车，这些策略对推进节能减排、实现国家生态文明、加快汽车产业转型升级具有重要战略意义。然而，虽然政策上给予支持，但通用电动汽车充电器在各个城市的使用率高，高频率的使用大大缩短了充电桩的寿命，导致无法充电或计费不准的问题。车辆多充电难成了中小城市的难题。在技术或经验方面都无法跟上通用电动汽车的增长速度，由于电动汽车越来越普及，公用充电桩的计费系统不完善，给电动车主带来许多不便。为了解决上述问题，本文对基于B/C模式的共享电动车计费系统进行优化分析，主要对系统的软硬件进行设计，在硬件设计过程中，选择读卡器实现IC卡充值和支付功能，为用户提供方便快捷的交易方式。在进行软件设计时，开发人机交互模块，方便日后统计查询，再设计基于B/C的计费控制单元，完成计费过程中的接口和计费功能设计，最后设计存储费用的数据存储模块，从而完成电动汽车通用计费系统设计[2]。

1 系统硬件设计

本文系统硬件设计：以TMS320F28335 TI数字信号处理器为主控制器的计费控制单元，包括外围通信接口、读卡器模块、以太网通信、语音模块和 EEPROM 扩展模块等[2]；另一部分采用STM32F103ZET6作为主控，核心充电器控制器硬件还包括数字开关电路、轨检测电路、CAN总线接口电路。读卡器的主要功能有：IC卡支付以及IC卡的充值这两部分，通过这两个功能，能够为用户提供更加方便的交易形式。同时能够在用户使用充电桩的过程中，一旦发现有异常情况，用户可以快速按下桩身显示屏旁边的急停按钮，快速停止充电。

以太网接口、看门狗电路、电源电路、数据存储模块、RS232和RS485通讯模块、人机交互模块、测温模块等[3]。系统硬件结构图如下图1所示。

图1 计费系统硬件结构图Fig.1 hardware structure diagram of billing system

为了提高其抗干扰能力，本文设计系统需要设置外部看门狗。其中的定时器采用美国IMP公司生产的IMP706T微电路，该IC功能多、功耗低。IMP706T内部结构由电源电压监视器和计时器共同组成，能够对使用时出现故障及时进行提示，不影响其他模块的正常使用，在异常情况下也会根据其不同故障产生复位信号。WDI应用于定时喂狗，保证芯片的复位输出始终为高电平，当看门狗输入在1.6 S内没有启动时，其输出会产生复位信号[4]。

由于充电桩的安装有时是分散的，可以分布在多个站点，因此需要一个后台监控系统进行集中管理，得益于以太网通讯，整个监控系统实时汇总每个充电站内所有充电站的运行状态、报警数据、电量等信息，并进行秘密统计[5]。同时，系统还具有遥控、遥信、遥测等功能。计费控制单元作为整个系统的核心，是信息汇集与处理的纽带。

计费系统向充电设备控制器下发充电或停止指令，采集电能表的实时数据并显示在液晶屏上，同时还执行IC充电卡的充电和充电功能，接收计费控制单元的控制指令，将采集到的数据和报警信息传送到计费控制单元显示，与电动汽车的充电模块和BMS通信相连接，能够对充电中的电流以及电压等情况进行实时监控，从而能够保障整个充电过程的安全性[6]。

为了保证整个控制系统的稳定可靠运行，以及保证充电过程中设备和人员的安全，需要一个经济、快速的驱动控制器来保证在异常情况下充电的快速停止。因此，本设计选用高性能 DSP TMS320F28335微电路对获取的数据进行实时分析处理。

充电控制单元必须由+12 V、+5 V、+3.3 V和+1.9 V的直流电源供电。其中+12 V和+5 V有专门的开关电源模块输出，这里不再详述。TMS320F28335需要3.3V和1.9V两个电压分别为IO和内核供电，上电时序对芯片的稳定运行影响较大[7]。如果内核在 I/O模块之后打开，因为当时内核没有运行，则 I/O状态可能是未定义的，在输出引脚上时会对整个系统产生不可估量的影响。为避免此类问题，内核必须在I/O模块的引脚之前上电。

本设计采用 TPS767D301双输出 LDO电源IC，TPS767D301可提供2路输出，每路最大1A电流，1路固定3.3V输出电压，另外1.9V输出电压可通过外接电阻调节。

2 系统软件设计

计费控制单元作为整个控制系统的核心，在整个系统中起着举足轻重的作用。它向充电设备控制器发出充电或停止命令，采集电能表的实时数据并显示在液晶屏上，同时还执行 IC充电卡的充电功能。该软件采用C语言编写，遵循模块化编程概念，能够在保证代码可读性的同时，实现了可移植性，在后续的维护与升级方面更加容易[8]。

充电用户在识别IC卡后，进行读取，将RS232接口连接至充电控制单元，同时进行数据传输通信，然后IC卡进行秘钥解密设置，同时对用户信息进行验证，根据采集到的数据计算收费金额，完成收费。需要说明的是，积叠式读卡器只能读取IC卡信息并进行结算，不具备充值IC卡余额的功能。如果您的IC卡需要充值，您必须联系充电器库存管理公司使用专门的发卡机构的服务。

3 实验

本文通过上述论述，从硬件和软件两个方面实现对共享电动车计费系统优化设计，为进一步验证该系统在实际应用中的优势，将其与传统系统（文献[1]系统）同时引入到共享电动车计费中，结合实际需求和目的对两种系统的各项运行功能是否能够正常运行进行检验。实验结果如下表1所示。

表1 两种系统计费准确结果Tab.1 accurate billing results of two systems

通过表1可知，传统系统虽然能够对共享汽车进行计费，但是计费不够准确，本文设计系统能够对共享汽车进行准确计费。

分别利用两种计费系统完成对共享汽车的计费，并记录在72 h内，从两种系统得出的实验数据，将数据记录如表2所示。

表2 两种计费系统计费时长对比结果Tab.2 comparison results of two billing systems’ billing duration

从表1中实验结果可以看出，本文系统计费时长均在20.00 ms以下，明显小于传统系统计费时长。同时，在实验过程中，传统计费系统出现了一次计费未成功现象，因此在第四次计费时并未得到本文实验所需数据。通过对比实验进一步证明，本文提出的计费系统在实际应用中更有效[9]。

4 结论

本文对当前的能源情况进行简述，同时阐述了共享电动汽车的现状，由当前的环境污染问题，说明了共享电动汽车的必要性。在此基础上，对基于B/C模式的共享电动汽车充电系统进行了优化分析，对计费系统的软硬件设计进行说明，同时设计对比实验，证明与传统的计费系统进行对比，本文设计系统的计费准确性更高，同时计费的时长更短。为了进一步提升设计系统的效果，未来将通过以下几个方面对系统进行完善。例如，在双重充电的情况下，使功率分布均匀，从而帮助汽车快速充满电。同时，后期可增加配电方案，可根据每辆车的SOC自由分配功率，当一辆车当前需求较小时，自动将充电模块的资源分配给另一辆车提高充电效率。当电动汽车满电状态时，充电桩接口自动介入保护装置，保证电池续航以及电池延续使用寿命[10]。提高充电桩的分布率，使电动汽车可以像机动车加油站一样，随时充电。相信随着电动汽车规模的不断发展，充电技术会日趋成熟，成本控制得到下降，能够实现快速充电的直流充电单元，促使共享电动汽车的广阔使用。