基于云平臺(tái)的智能充電服務(wù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

田勇

【摘要】新能源清潔能源汽車(chē)是汽車(chē)行業(yè)的發(fā)展方向，其中電動(dòng)汽車(chē)更是國(guó)內(nèi)外主要的研究方向，在擁有零污染、零噪音、駕駛簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，電動(dòng)汽車(chē)的續(xù)航方式仍在探索之中。本文圍繞電動(dòng)汽車(chē)（EV）充電技術(shù)、基于云平臺(tái)的電動(dòng)汽車(chē)智能充電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及主要功能、電動(dòng)汽車(chē)智能充電系統(tǒng)的性能測(cè)試三個(gè)方面展開(kāi)討論，介紹并驗(yàn)證充電樁充電與服務(wù)云平臺(tái)相結(jié)合的服務(wù)方式，為解決電動(dòng)汽車(chē)?yán)m(xù)航方式提供參考。

【關(guān)鍵詞】電動(dòng)汽車(chē) 云平臺(tái) 智能充電系統(tǒng)

引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對(duì)于能源的消耗越來(lái)越大，常規(guī)實(shí)化燃料作為一種不可再生能源，儲(chǔ)量有限，必將越用越少，使用中還會(huì)對(duì)大氣造成了很大程度的污染。目前，很多國(guó)家和科研機(jī)構(gòu)正在積極致力于電動(dòng)汽車(chē)的研發(fā)與生產(chǎn)，我國(guó)的汽車(chē)行業(yè)在汽油發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域落后于外國(guó)，正積極加快電動(dòng)汽車(chē)的研發(fā)，因?yàn)槠鸩捷^早，有彎道超車(chē)的趨勢(shì)，而且電動(dòng)汽車(chē)已經(jīng)成為節(jié)能減排與改善地球環(huán)境的必然趨勢(shì)。

電動(dòng)汽車(chē)憑借其零污染、零噪音、駕駛簡(jiǎn)單的優(yōu)勢(shì)一度成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)，但是，電動(dòng)汽車(chē)?yán)m(xù)航能力弱、以及充電不方便等缺點(diǎn)也成為現(xiàn)實(shí)大范圍使用的障礙。目前電動(dòng)汽車(chē)采用蓄電池作為動(dòng)力來(lái)源，當(dāng)電壓低時(shí)，就必須進(jìn)行電能補(bǔ)給，否則電池壽命將會(huì)受到很大影響。

本系統(tǒng)的研究將解決電動(dòng)汽車(chē)、電動(dòng)車(chē)臨時(shí)充電的問(wèn)題，還能夠?qū)?dòng)力電池進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)提示、自動(dòng)充電斷電切換，具有人性化的人機(jī)交互界面和完善的通訊能力。確保用戶操作簡(jiǎn)便實(shí)現(xiàn)智能化。

一、電動(dòng)汽車(chē)（EV）充電技術(shù)

目前，電動(dòng)汽車(chē)（EV）充電的方法主要有：

1、接觸式充電。接觸式樁充電將交流電經(jīng)過(guò)整流器轉(zhuǎn)換為直流電，向電動(dòng)汽車(chē)的動(dòng)力電池組直接充電。接觸式充電樁技術(shù)成熟，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，價(jià)格便宜。但充電時(shí)要用小電流充電，充電時(shí)間長(zhǎng)，安全性較差。

2、感應(yīng)式充電。感應(yīng)式車(chē)載充電器充電時(shí)間較短，不需要用插頭和插座接觸，安全性較好。但只能在裝有感應(yīng)式充電站的地方，和裝有感應(yīng)充電裝置的電動(dòng)汽車(chē)，才能進(jìn)行感應(yīng)充電。目前使用較不方便，充電時(shí)，會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)損耗，效率較低，造價(jià)也較高

3、更換電池組。這種充電方法為每一輛電動(dòng)汽車(chē)準(zhǔn)備了兩組蓄電池，一組為電動(dòng)汽車(chē)提供電源的同事，另一組處于地面充電狀態(tài)，當(dāng)車(chē)載電池組電量不足的時(shí)候，可以及時(shí)地拆下并更換已經(jīng)充足電量的電池組。這種方式能夠?qū)崿F(xiàn)最短時(shí)間的充電過(guò)程。但是需要建設(shè)大量的電池更換站，需要大量人員進(jìn)行維護(hù)。投資成本大，智能化程度低，不予采用。

本研究只考慮交流220V、380V充電樁的監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

二、基于云平臺(tái)的智能電動(dòng)汽車(chē)充電服務(wù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)主要包括智能云平臺(tái)、智能充電裝置和智能終端APP等三大部分。其中云平臺(tái)包括智能充電調(diào)度系統(tǒng)、管理系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)庫(kù)。充電調(diào)度系統(tǒng)可根據(jù)用戶和充電樁需求不同，可以調(diào)用多種充電策略，并為用戶推薦最合適的充電方案，方便用戶充電。管理系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)充電和用戶的信息管理;數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和更新。智慧充電裝置安裝有物聯(lián)網(wǎng)感知模塊、控制模塊和Wifi模塊，提供數(shù)據(jù)采集、互聯(lián)網(wǎng)和充電控制功能。用戶主要是移動(dòng)端APP用戶，可為其提供便捷的充電服務(wù)。

充電樁充電管理云平臺(tái)基于WEB網(wǎng)頁(yè)對(duì)電動(dòng)汽車(chē)充電樁進(jìn)行有效地監(jiān)控和管理。平臺(tái)對(duì)充電信息、故障信息及運(yùn)營(yíng)信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)顯示，根據(jù)長(zhǎng)時(shí)間的重要的數(shù)據(jù)積累為分析基礎(chǔ)，為用戶提供維護(hù)保養(yǎng)電動(dòng)汽車(chē)的依據(jù)。主要功能為：監(jiān)控充電狀態(tài);查詢充電記錄、定時(shí)上報(bào)狀態(tài)記錄、交易支付記錄、故障歷史記錄;對(duì)充電歷史記錄從不同角度統(tǒng)計(jì)分析，使用圖標(biāo)結(jié)合方式直觀對(duì)比查看;用戶充電管理業(yè)務(wù)，包括分時(shí)電價(jià)，預(yù)約價(jià)格，用戶卡操作，車(chē)輛信息等。

智能充電裝置不再僅限于充電、計(jì)量、保護(hù)，智能性也在不斷地提高。客戶的移動(dòng)終端可以控制充電裝置的啟停，結(jié)合用戶的充電條件，充電裝置可將信息上傳服務(wù)器并在APP界面展示充電的信息。智能充電裝置有幾部分組成。MCU單元負(fù)責(zé)控制整個(gè)充電裝置的指令發(fā)送及信息的發(fā)布，使用的芯片為性價(jià)比極高的CORTEX-MO系列，通過(guò)串口或SPI總線實(shí)現(xiàn)與WIFI通信模塊之間的通信，借助485總線實(shí)現(xiàn)與數(shù)字電能表之間的通信，借助I2C總線實(shí)現(xiàn)與FLASH存儲(chǔ)單元之間的通信，將平臺(tái)數(shù)據(jù)與充電裝置結(jié)合，實(shí)現(xiàn)APP連接下的遠(yuǎn)程控制以及安全問(wèn)題的上報(bào)。

智能終端APP客戶端支持Android V2.3.3及以上系統(tǒng)的，整體按照C/S體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，多層次體系結(jié)構(gòu)，提升靈活性能以及擴(kuò)展性能。多層體系包括視圖層、業(yè)務(wù)邏輯層和業(yè)務(wù)實(shí)體層三層。第一層視圖層，實(shí)現(xiàn)與用戶交互，根據(jù)用戶的請(qǐng)求進(jìn)行響應(yīng)，并對(duì)業(yè)務(wù)邏輯層的接口進(jìn)行調(diào)用。第二層業(yè)務(wù)邏輯層主要負(fù)責(zé)具體業(yè)務(wù)邏輯的完成、具體包括讀取服務(wù)器發(fā)出的數(shù)據(jù)請(qǐng)求以及本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)。第三層業(yè)務(wù)實(shí)體層主要包含每個(gè)業(yè)務(wù)實(shí)體對(duì)網(wǎng)關(guān)服務(wù)發(fā)出的數(shù)據(jù)請(qǐng)求以及數(shù)據(jù)解析請(qǐng)求。

三、電動(dòng)汽車(chē)智能充電系統(tǒng)的性能測(cè)試

經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，電動(dòng)汽車(chē)智能充電系統(tǒng)能夠滿足智能充電及監(jiān)控管理的要求，并且具備電池的維護(hù)和保養(yǎng)功能，實(shí)現(xiàn)了用戶注冊(cè)、繳費(fèi)、余額查詢、遠(yuǎn)程實(shí)施監(jiān)控查看充電狀態(tài)、預(yù)約充電等便捷充電服務(wù)。隨著使用頻率和充電次數(shù)的增加，必將積累更多的充電和使用信息，通過(guò)大量的數(shù)據(jù)分析可為用戶提供更加智能的充電和維護(hù)保養(yǎng)方案。

參考文獻(xiàn)：

[1]徐木政 . 基于嵌入式 ARM 的電動(dòng)汽車(chē)智能充電系統(tǒng)的設(shè)計(jì) [J]. 淮海工學(xué)院學(xué)報(bào) （ 自然科學(xué)版 ），2018，27（01）：30-33.

[2]趙慧娟 . 淺析電動(dòng)汽車(chē)充電樁系統(tǒng)設(shè)計(jì) [J]. 電腦知識(shí)與技術(shù) ，2017， 13（30）：255-256.

[3]張然 ， 牛榮義 ， 張建洲 . 基于智能服務(wù)網(wǎng)絡(luò)的電動(dòng)汽車(chē)充電 產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢(shì)研究 [J]. 機(jī)械制造與自動(dòng)化 ，2018，47（03）：241-244.

[4]李洪峰 ， 李紅霞 ， 陳志剛 ， 李志超 ， 徐鵬 . 一種新型電動(dòng)汽車(chē)充電樁技術(shù)方案探討 [J]. 電力系統(tǒng)保護(hù)與控制 ，2017，45?（6）：142-147.

[5]王旭 ， 齊向東 . 電動(dòng)汽車(chē)智能充電樁的設(shè)計(jì)與研究 [J]. 廣西電力 . 機(jī)電工程 ，2014，31（3）：393-396.