基于物聯網的電動車智能充電系統分析

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

隨著科技的發展，電動汽車已成為當前主流趨勢，電動汽車以其節能環保、噪音小、效率高、結構簡單、使用維修方便等特點被人們所喜愛。利用物聯網和智能充電系統的緊密結合，能有效地解決電動車智能充電的諸多問題，值得推廣應用。

一、系統整體方案設計

物聯網下電動汽車智能充電系統方案主要設計中控網關、服務器、移動端APP、以及智能充電節點等方面的內容，其中中控網關與服務器連接通常使用4G 網絡，而中控網關與智能充電節點連接需要使用LoRa 無線傳輸電路。電動汽車智能充電系統設計框架如圖1 所示：

物聯網下的電動汽車智能充電系統主要通過智能充電樁來實現，所以系統整體方案設計中的智能充電節點指代智能充電樁，如何將智能充電樁與中控網關進行連接成為主要問題。只要通過中控網關控制智能充電樁，就可以通過移動端APP 智能控制電動汽車進行充電。

二、硬件設計

（一）硬件系統整體結構

基于物聯網的電動汽車智能充電系統硬件系統整體結構主要由智能充電系統和中控網關兩部分組成。其中智能充電節點硬件系統整體結構需要分別設計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容。而中控網關結構需要分別設計控制器、4G 通訊模塊、人機交互模塊、Lora無線傳輸模塊、聲光報警、電源模塊等內容。

（二）智能充電節點電能檢測電路

物聯網下電動汽車智能充電系統中智能充電節點為智能充電樁，所以智能充電節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行檢測，這種方式控制電動汽車智能充電系統存在安全隱患。智能充電樁應該選擇使用單項電能計量芯片，同時對電路中的電流、電壓、功率等參數進行檢測，這樣的電動汽車智能充電系統的風險較低[1]。

（三）LoRa 無線傳輸電路

物聯網下電動汽車智能充電系統的硬件傳輸的線路應該選擇使用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關實現對智能充電樁的控制。LoRa 無線傳輸電路在智能充電系統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關的通訊信號穩定，中控網關無法接收到傳輸電路的信號，最后無法通過中控網關控制智能充電樁。

（四）中控網關4G 傳輸電路

物聯網下電動汽車智能充電系統中控網關的傳輸電路硬件設計應該選擇使用4G 傳輸電路，4G 傳輸當前屬于主要傳輸方式，在5G 網絡并未普及之前4G 傳輸電路是電動汽車智能充電系統中控網關傳輸電路的最佳選擇，待5G 完全普及之后物聯網下的電動汽車智能充電系統可以對傳輸電路進行更新。

三、通信協議設計

（一）充電節點與中控網關通信協議

物聯網下電動汽車智能充電系統中充電節點與中控網關通訊協議的設計是必要的。如果將中控網關當作電動汽車智能充電系統的大腦，則充電節點即電動汽車智能充電系統的充電節點，物聯網下充電節點為智能充電樁，所以選擇合適的通訊協議保證中控網關與智能充電樁的信息數據傳輸是非常重要的，中控網關可以通過信息數據控制智能充電樁，整個電動汽車充電系統才能實現智能化。

（二）中控網關和服務器通信協議

基于物聯網電動汽車智能充電系統中控網關和服務器通信協議的設計同樣是非常重要的，服務器是中控網關與移動端APP 相互連接的節點，無論是中控網關向移動端傳遞智能充電樁的狀態信息還是移動端APP 向智能充電樁發布命令，都需要通過中控網關和服務器來實行，所以中控網關和服務器通信協議必須合理選擇，保證其數據傳輸的質量和速度[2]。

四、軟件設計

（一）智能充電節點軟件

物聯網下智能充電節點即智能充電樁，而電動汽車智能充電系統需要為智能充電樁設計充電軟件，讓其按照電動汽車的電量情況決定是否繼續充電，同時充電過程中發生意外應該由軟件進行處理。

（二）中控網關軟件

物聯網下電動汽車智能充電系統中控網關軟件需要充分記錄智能充電樁的位置、充電時間、充電狀態等信息，然后再將中控網關軟件傳輸的信息同步到服務器中，最后移動端APP 即可通過中控網關實現對電動汽車充電系統的智能化控制。

（三）移動端軟件

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

結論

總之，基于物聯網的電動汽車智能充電系統需要從硬件、通訊協議和軟件三個方面進行設計，在設計之前應該先對系統整體方案進行設計，這樣才能保證硬件、通信協議和軟件能夠與物聯網完美結合，從而實現電動汽車智能充電。