基于物聯(lián)網(wǎng)的電動車智能充電系統(tǒng)分析

吳文昊 賈志云 劉源

（西安特銳德智能充電科技有限公司，陜西 西安 710000）

引言

隨著科技的發(fā)展，電動汽車已成為當(dāng)前主流趨勢，電動汽車以其節(jié)能環(huán)保、噪音小、效率高、結(jié)構(gòu)簡單、使用維修方便等特點被人們所喜愛。利用物聯(lián)網(wǎng)和智能充電系統(tǒng)的緊密結(jié)合，能有效地解決電動車智能充電的諸多問題，值得推廣應(yīng)用。

一、系統(tǒng)整體方案設(shè)計

物聯(lián)網(wǎng)下電動汽車智能充電系統(tǒng)方案主要設(shè)計中控網(wǎng)關(guān)、服務(wù)器、移動端APP、以及智能充電節(jié)點等方面的內(nèi)容，其中中控網(wǎng)關(guān)與服務(wù)器連接通常使用4G 網(wǎng)絡(luò)，而中控網(wǎng)關(guān)與智能充電節(jié)點連接需要使用LoRa 無線傳輸電路。電動汽車智能充電系統(tǒng)設(shè)計框架如圖1 所示：

物聯(lián)網(wǎng)下的電動汽車智能充電系統(tǒng)主要通過智能充電樁來實現(xiàn)，所以系統(tǒng)整體方案設(shè)計中的智能充電節(jié)點指代智能充電樁，如何將智能充電樁與中控網(wǎng)關(guān)進(jìn)行連接成為主要問題。只要通過中控網(wǎng)關(guān)控制智能充電樁，就可以通過移動端APP 智能控制電動汽車進(jìn)行充電。

二、硬件設(shè)計

（一）硬件系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)

基于物聯(lián)網(wǎng)的電動汽車智能充電系統(tǒng)硬件系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)主要由智能充電系統(tǒng)和中控網(wǎng)關(guān)兩部分組成。其中智能充電節(jié)點硬件系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)需要分別設(shè)計LoRa無線傳輸模塊、聲光報警、電源模塊、控制器、充電控制模塊、電能檢測模塊、電流錳銅采樣與電壓跨接采樣等內(nèi)容。而中控網(wǎng)關(guān)結(jié)構(gòu)需要分別設(shè)計控制器、4G 通訊模塊、人機(jī)交互模塊、Lora無線傳輸模塊、聲光報警、電源模塊等內(nèi)容。

（二）智能充電節(jié)點電能檢測電路

物聯(lián)網(wǎng)下電動汽車智能充電系統(tǒng)中智能充電節(jié)點為智能充電樁，所以智能充電節(jié)點電能檢測電路就是智能充電樁的電能檢測電路。智能充電樁不像傳統(tǒng)的充電樁一樣使用電流互感器檢測電路中的電流，因為這種檢測方式只能通過AD 轉(zhuǎn)換采集電路中的電流，但是卻無法對電路中的電壓和功率進(jìn)行檢測，這種方式控制電動汽車智能充電系統(tǒng)存在安全隱患。智能充電樁應(yīng)該選擇使用單項電能計量芯片，同時對電路中的電流、電壓、功率等參數(shù)進(jìn)行檢測，這樣的電動汽車智能充電系統(tǒng)的風(fēng)險較低[1]。

（三）LoRa 無線傳輸電路

物聯(lián)網(wǎng)下電動汽車智能充電系統(tǒng)的硬件傳輸?shù)木€路應(yīng)該選擇使用LoRa 無線傳輸電路，該傳輸電路與控制器相互連接可以通過中控網(wǎng)關(guān)實現(xiàn)對智能充電樁的控制。LoRa 無線傳輸電路在智能充電系統(tǒng)中起無線中繼的作用，很多地點的信號不好。如果采用其他類型的傳輸電路無法保證中控網(wǎng)關(guān)的通訊信號穩(wěn)定，中控網(wǎng)關(guān)無法接收到傳輸電路的信號，最后無法通過中控網(wǎng)關(guān)控制智能充電樁。

（四）中控網(wǎng)關(guān)4G 傳輸電路

物聯(lián)網(wǎng)下電動汽車智能充電系統(tǒng)中控網(wǎng)關(guān)的傳輸電路硬件設(shè)計應(yīng)該選擇使用4G 傳輸電路，4G 傳輸當(dāng)前屬于主要傳輸方式，在5G 網(wǎng)絡(luò)并未普及之前4G 傳輸電路是電動汽車智能充電系統(tǒng)中控網(wǎng)關(guān)傳輸電路的最佳選擇，待5G 完全普及之后物聯(lián)網(wǎng)下的電動汽車智能充電系統(tǒng)可以對傳輸電路進(jìn)行更新。

三、通信協(xié)議設(shè)計

（一）充電節(jié)點與中控網(wǎng)關(guān)通信協(xié)議

物聯(lián)網(wǎng)下電動汽車智能充電系統(tǒng)中充電節(jié)點與中控網(wǎng)關(guān)通訊協(xié)議的設(shè)計是必要的。如果將中控網(wǎng)關(guān)當(dāng)作電動汽車智能充電系統(tǒng)的大腦，則充電節(jié)點即電動汽車智能充電系統(tǒng)的充電節(jié)點，物聯(lián)網(wǎng)下充電節(jié)點為智能充電樁，所以選擇合適的通訊協(xié)議保證中控網(wǎng)關(guān)與智能充電樁的信息數(shù)據(jù)傳輸是非常重要的，中控網(wǎng)關(guān)可以通過信息數(shù)據(jù)控制智能充電樁，整個電動汽車充電系統(tǒng)才能實現(xiàn)智能化。

（二）中控網(wǎng)關(guān)和服務(wù)器通信協(xié)議

基于物聯(lián)網(wǎng)電動汽車智能充電系統(tǒng)中控網(wǎng)關(guān)和服務(wù)器通信協(xié)議的設(shè)計同樣是非常重要的，服務(wù)器是中控網(wǎng)關(guān)與移動端APP 相互連接的節(jié)點，無論是中控網(wǎng)關(guān)向移動端傳遞智能充電樁的狀態(tài)信息還是移動端APP 向智能充電樁發(fā)布命令，都需要通過中控網(wǎng)關(guān)和服務(wù)器來實行，所以中控網(wǎng)關(guān)和服務(wù)器通信協(xié)議必須合理選擇，保證其數(shù)據(jù)傳輸?shù)馁|(zhì)量和速度[2]。

四、軟件設(shè)計

（一）智能充電節(jié)點軟件

物聯(lián)網(wǎng)下智能充電節(jié)點即智能充電樁，而電動汽車智能充電系統(tǒng)需要為智能充電樁設(shè)計充電軟件，讓其按照電動汽車的電量情況決定是否繼續(xù)充電，同時充電過程中發(fā)生意外應(yīng)該由軟件進(jìn)行處理。

（二）中控網(wǎng)關(guān)軟件

物聯(lián)網(wǎng)下電動汽車智能充電系統(tǒng)中控網(wǎng)關(guān)軟件需要充分記錄智能充電樁的位置、充電時間、充電狀態(tài)等信息，然后再將中控網(wǎng)關(guān)軟件傳輸?shù)男畔⑼降椒?wù)器中，最后移動端APP 即可通過中控網(wǎng)關(guān)實現(xiàn)對電動汽車充電系統(tǒng)的智能化控制。

（三）移動端軟件

電動汽車智能充電系統(tǒng)需要設(shè)計移動端軟件，方便對異常充電情況進(jìn)行處理，同時還能根據(jù)充電時間和位置對其進(jìn)行收費，當(dāng)前掃碼充電、充電樁分布地圖查詢等功能均可通過移動端軟件來實現(xiàn)。

結(jié)論

總之，基于物聯(lián)網(wǎng)的電動汽車智能充電系統(tǒng)需要從硬件、通訊協(xié)議和軟件三個方面進(jìn)行設(shè)計，在設(shè)計之前應(yīng)該先對系統(tǒng)整體方案進(jìn)行設(shè)計，這樣才能保證硬件、通信協(xié)議和軟件能夠與物聯(lián)網(wǎng)完美結(jié)合，從而實現(xiàn)電動汽車智能充電。