基于B/C模式的共享電動車計費系統優化分析

張 楠

(三門峽職業技術學院，河南 三門峽 472000)

0 引言

當前經濟快速發展，傳統的資源，如石油，煤炭等越來越稀缺。上世紀末，兩次重大能源危機導致西方經濟出現蕭條和危機，能源部門的可持續發展成為世界各國面臨的重大挑戰，世界各國越來越重視尋找清潔能源來解決環境問題[1]。在我國經濟的飛速發展背景下，我國城市中，汽車使用量不斷增多，隨之而來的就是城市的環境問題。在城市環境污染日益嚴重的當代社會，我國必須要制定相關政策，進行節能環保，同時還要倡導民眾綠色出行。同時，為了改善這一情況，國家還助力節能汽車發展，對新能源汽車的研發給予政策扶持，同時推出共享電動車，這些策略對推進節能減排、實現國家生態文明、加快汽車產業轉型升級具有重要戰略意義。然而，雖然政策上給予支持，但通用電動汽車充電器在各個城市的使用率高，高頻率的使用大大縮短了充電樁的壽命，導致無法充電或計費不準的問題。車輛多充電難成了中小城市的難題。在技術或經驗方面都無法跟上通用電動汽車的增長速度，由于電動汽車越來越普及，公用充電樁的計費系統不完善，給電動車主帶來許多不便。為了解決上述問題，本文對基于B/C模式的共享電動車計費系統進行優化分析，主要對系統的軟硬件進行設計，在硬件設計過程中，選擇讀卡器實現IC卡充值和支付功能，為用戶提供方便快捷的交易方式。在進行軟件設計時，開發人機交互模塊，方便日后統計查詢，再設計基于B/C的計費控制單元，完成計費過程中的接口和計費功能設計，最后設計存儲費用的數據存儲模塊，從而完成電動汽車通用計費系統設計[2]。

1 系統硬件設計

本文系統硬件設計：以TMS320F28335 TI數字信號處理器為主控制器的計費控制單元，包括外圍通信接口、讀卡器模塊、以太網通信、語音模塊和 EEPROM 擴展模塊等[2]；另一部分采用STM32F103ZET6作為主控，核心充電器控制器硬件還包括數字開關電路、軌檢測電路、CAN總線接口電路。讀卡器的主要功能有：IC卡支付以及IC卡的充值這兩部分，通過這兩個功能，能夠為用戶提供更加方便的交易形式。同時能夠在用戶使用充電樁的過程中，一旦發現有異常情況，用戶可以快速按下樁身顯示屏旁邊的急停按鈕，快速停止充電。

以太網接口、看門狗電路、電源電路、數據存儲模塊、RS232和RS485通訊模塊、人機交互模塊、測溫模塊等[3]。系統硬件結構圖如下圖1所示。

圖1 計費系統硬件結構圖Fig.1 hardware structure diagram of billing system

為了提高其抗干擾能力，本文設計系統需要設置外部看門狗。其中的定時器采用美國IMP公司生產的IMP706T微電路，該IC功能多、功耗低。IMP706T內部結構由電源電壓監視器和計時器共同組成，能夠對使用時出現故障及時進行提示，不影響其他模塊的正常使用，在異常情況下也會根據其不同故障產生復位信號。WDI應用于定時喂狗，保證芯片的復位輸出始終為高電平，當看門狗輸入在1.6 S內沒有啟動時，其輸出會產生復位信號[4]。

由于充電樁的安裝有時是分散的，可以分布在多個站點，因此需要一個后臺監控系統進行集中管理，得益于以太網通訊，整個監控系統實時匯總每個充電站內所有充電站的運行狀態、報警數據、電量等信息，并進行秘密統計[5]。同時，系統還具有遙控、遙信、遙測等功能。計費控制單元作為整個系統的核心，是信息匯集與處理的紐帶。

計費系統向充電設備控制器下發充電或停止指令，采集電能表的實時數據并顯示在液晶屏上，同時還執行IC充電卡的充電和充電功能，接收計費控制單元的控制指令，將采集到的數據和報警信息傳送到計費控制單元顯示，與電動汽車的充電模塊和BMS通信相連接，能夠對充電中的電流以及電壓等情況進行實時監控，從而能夠保障整個充電過程的安全性[6]。

為了保證整個控制系統的穩定可靠運行，以及保證充電過程中設備和人員的安全，需要一個經濟、快速的驅動控制器來保證在異常情況下充電的快速停止。因此，本設計選用高性能 DSP TMS320F28335微電路對獲取的數據進行實時分析處理。

充電控制單元必須由+12 V、+5 V、+3.3 V和+1.9 V的直流電源供電。其中+12 V和+5 V有專門的開關電源模塊輸出，這里不再詳述。TMS320F28335需要3.3V和1.9V兩個電壓分別為IO和內核供電，上電時序對芯片的穩定運行影響較大[7]。如果內核在 I/O模塊之后打開，因為當時內核沒有運行，則 I/O狀態可能是未定義的，在輸出引腳上時會對整個系統產生不可估量的影響。為避免此類問題，內核必須在I/O模塊的引腳之前上電。

本設計采用 TPS767D301雙輸出 LDO電源IC，TPS767D301可提供2路輸出，每路最大1A電流，1路固定3.3V輸出電壓，另外1.9V輸出電壓可通過外接電阻調節。

2 系統軟件設計

計費控制單元作為整個控制系統的核心，在整個系統中起著舉足輕重的作用。它向充電設備控制器發出充電或停止命令，采集電能表的實時數據并顯示在液晶屏上，同時還執行 IC充電卡的充電功能。該軟件采用C語言編寫，遵循模塊化編程概念，能夠在保證代碼可讀性的同時，實現了可移植性，在后續的維護與升級方面更加容易[8]。

充電用戶在識別IC卡后，進行讀取，將RS232接口連接至充電控制單元，同時進行數據傳輸通信，然后IC卡進行秘鑰解密設置，同時對用戶信息進行驗證，根據采集到的數據計算收費金額，完成收費。需要說明的是，積疊式讀卡器只能讀取IC卡信息并進行結算，不具備充值IC卡余額的功能。如果您的IC卡需要充值，您必須聯系充電器庫存管理公司使用專門的發卡機構的服務。

3 實驗

本文通過上述論述，從硬件和軟件兩個方面實現對共享電動車計費系統優化設計，為進一步驗證該系統在實際應用中的優勢，將其與傳統系統（文獻[1]系統）同時引入到共享電動車計費中，結合實際需求和目的對兩種系統的各項運行功能是否能夠正常運行進行檢驗。實驗結果如下表1所示。

表1 兩種系統計費準確結果Tab.1 accurate billing results of two systems

通過表1可知，傳統系統雖然能夠對共享汽車進行計費，但是計費不夠準確，本文設計系統能夠對共享汽車進行準確計費。

分別利用兩種計費系統完成對共享汽車的計費，并記錄在72 h內，從兩種系統得出的實驗數據，將數據記錄如表2所示。

表2 兩種計費系統計費時長對比結果Tab.2 comparison results of two billing systems’ billing duration

從表1中實驗結果可以看出，本文系統計費時長均在20.00 ms以下，明顯小于傳統系統計費時長。同時，在實驗過程中，傳統計費系統出現了一次計費未成功現象，因此在第四次計費時并未得到本文實驗所需數據。通過對比實驗進一步證明，本文提出的計費系統在實際應用中更有效[9]。

4 結論

本文對當前的能源情況進行簡述，同時闡述了共享電動汽車的現狀，由當前的環境污染問題，說明了共享電動汽車的必要性。在此基礎上，對基于B/C模式的共享電動汽車充電系統進行了優化分析，對計費系統的軟硬件設計進行說明，同時設計對比實驗，證明與傳統的計費系統進行對比，本文設計系統的計費準確性更高，同時計費的時長更短。為了進一步提升設計系統的效果，未來將通過以下幾個方面對系統進行完善。例如，在雙重充電的情況下，使功率分布均勻，從而幫助汽車快速充滿電。同時，后期可增加配電方案，可根據每輛車的SOC自由分配功率，當一輛車當前需求較小時，自動將充電模塊的資源分配給另一輛車提高充電效率。當電動汽車滿電狀態時，充電樁接口自動介入保護裝置，保證電池續航以及電池延續使用壽命[10]。提高充電樁的分布率，使電動汽車可以像機動車加油站一樣，隨時充電。相信隨著電動汽車規模的不斷發展，充電技術會日趨成熟，成本控制得到下降，能夠實現快速充電的直流充電單元，促使共享電動汽車的廣闊使用。