基于物聯(lián)網(wǎng)的電動(dòng)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(dòng)汽車已成為當(dāng)前主流趨勢(shì)，電動(dòng)汽車以其節(jié)能環(huán)保、噪音小、效率高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用維修方便等特點(diǎn)被人們所喜愛(ài)。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(dòng)車智能充電的諸多問(wèn)題，值得推廣應(yīng)用。

一、系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì)

物聯(lián)網(wǎng)下電動(dòng)汽車智能充電系統(tǒng)方案主要設(shè)計(jì)中控網(wǎng)關(guān)、服務(wù)器、移動(dòng)端APP、以及智能充電節(jié)點(diǎn)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(diǎn)連接需要使用LoRa 無(wú)線傳輸電路。電動(dòng)汽車智能充電系統(tǒng)設(shè)計(jì)框架如圖1 所示：

物聯(lián)網(wǎng)下的電動(dòng)汽車智能充電系統(tǒng)主要通過(guò)智能充電樁來(lái)實(shí)現(xiàn)，所以系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì)中的智能充電節(jié)點(diǎn)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(wèn)題。只要通過(guò)中控網(wǎng)關(guān)控制智能充電樁，就可以通過(guò)移動(dòng)端APP 智能控制電動(dòng)汽車進(jìn)行充電。

二、硬件設(shè)計(jì)

（一）硬件系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)

基于物聯(lián)網(wǎng)的電動(dòng)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(diǎn)硬件系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)需要分別設(shè)計(jì)LoRa無(wú)線傳輸模塊、聲光報(bào)警、電源模塊、控制器、充電控制模塊、電能檢測(cè)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(jì)控制器、4G 通訊模塊、人機(jī)交互模塊、Lora無(wú)線傳輸模塊、聲光報(bào)警、電源模塊等內(nèi)容。

（二）智能充電節(jié)點(diǎn)電能檢測(cè)電路

物聯(lián)網(wǎng)下電動(dòng)汽車智能充電系統(tǒng)中智能充電節(jié)點(diǎn)為智能充電樁，所以智能充電節(jié)點(diǎn)電能檢測(cè)電路就是智能充電樁的電能檢測(cè)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(cè)電路中的電流，因?yàn)檫@種檢測(cè)方式只能通過(guò)AD 轉(zhuǎn)換采集電路中的電流，但是卻無(wú)法對(duì)電路中的電壓和功率進(jìn)行檢測(cè)，這種方式控制電動(dòng)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(xiàng)電能計(jì)量芯片，同時(shí)對(duì)電路中的電流、電壓、功率等參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，這樣的電動(dòng)汽車智能充電系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)較低[1]。

（三）LoRa 無(wú)線傳輸電路

物聯(lián)網(wǎng)下電動(dòng)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(wú)線傳輸電路，該傳輸電路與控制器相互連接可以通過(guò)中控網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)對(duì)智能充電樁的控制。LoRa 無(wú)線傳輸電路在智能充電系統(tǒng)中起無(wú)線中繼的作用，很多地點(diǎn)的信號(hào)不好。如果采用其他類型的傳輸電路無(wú)法保證中控網(wǎng)關(guān)的通訊信號(hào)穩(wěn)定，中控網(wǎng)關(guān)無(wú)法接收到傳輸電路的信號(hào)，最后無(wú)法通過(guò)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(dòng)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(jì)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(dòng)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(dòng)汽車智能充電系統(tǒng)可以對(duì)傳輸電路進(jìn)行更新。

三、通信協(xié)議設(shè)計(jì)

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

物聯(lián)網(wǎng)下電動(dòng)汽車智能充電系統(tǒng)中充電節(jié)點(diǎn)與中控網(wǎng)關(guān)通訊協(xié)議的設(shè)計(jì)是必要的。如果將中控網(wǎng)關(guān)當(dāng)作電動(dòng)汽車智能充電系統(tǒng)的大腦，則充電節(jié)點(diǎn)即電動(dòng)汽車智能充電系統(tǒng)的充電節(jié)點(diǎn)，物聯(lián)網(wǎng)下充電節(jié)點(diǎn)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(guò)信息數(shù)據(jù)控制智能充電樁，整個(gè)電動(dòng)汽車充電系統(tǒng)才能實(shí)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(dòng)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(jì)同樣是非常重要的，服務(wù)器是中控網(wǎng)關(guān)與移動(dòng)端APP 相互連接的節(jié)點(diǎn)，無(wú)論是中控網(wǎng)關(guān)向移動(dòng)端傳遞智能充電樁的狀態(tài)信息還是移動(dòng)端APP 向智能充電樁發(fā)布命令，都需要通過(guò)中控網(wǎng)關(guān)和服務(wù)器來(lái)實(shí)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(jì)

（一）智能充電節(jié)點(diǎn)軟件

物聯(lián)網(wǎng)下智能充電節(jié)點(diǎn)即智能充電樁，而電動(dòng)汽車智能充電系統(tǒng)需要為智能充電樁設(shè)計(jì)充電軟件，讓其按照電動(dòng)汽車的電量情況決定是否繼續(xù)充電，同時(shí)充電過(guò)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(dòng)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(shí)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(dòng)端APP 即可通過(guò)中控網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)汽車充電系統(tǒng)的智能化控制。

（三）移動(dòng)端軟件

電動(dòng)汽車智能充電系統(tǒng)需要設(shè)計(jì)移動(dòng)端軟件，方便對(duì)異常充電情況進(jìn)行處理，同時(shí)還能根據(jù)充電時(shí)間和位置對(duì)其進(jìn)行收費(fèi)，當(dāng)前掃碼充電、充電樁分布地圖查詢等功能均可通過(guò)移動(dòng)端軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)。

結(jié)論

總之，基于物聯(lián)網(wǎng)的電動(dòng)汽車智能充電系統(tǒng)需要從硬件、通訊協(xié)議和軟件三個(gè)方面進(jìn)行設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)之前應(yīng)該先對(duì)系統(tǒng)整體方案進(jìn)行設(shè)計(jì)，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(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車智能充電。