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精选电动汽车智能充电桩控制系统解决方案


作者: 本站采编 来源:电子发烧友 2016-10-27 10:53:40
摘要:中国科技部部长万钢曾表示,政府支持国内汽车企业开发替代能源汽车,旨在2010年在10个城市有60000辆替代能源汽车上路。随着人们环保意识的增强,世界各国对能源汽车的推广支持,能源汽车在未来汽车市场将占据重要地位,如果说过去充电站等配套设施的不完备在一定程度上限制了电动汽车发展的话,那么这一问题正在逐步得到解决。

  中国科技部部长万钢曾表示,政府支持国内汽车企业开发替代能源汽车,旨在2010年在10个城市有60000辆替代能源汽车上路。随着人们环保意识的增强,世界各国对能源汽车的推广支持,能源汽车在未来汽车市场将占据重要地位,如果说过去充电站等配套设施的不完备在一定程度上限制了电动汽车发展的话,那么这一问题正在逐步得到解决。

  据媒体新闻报道福建、浙江、吉林、安徽、江苏、山西、江西、山东等国内大多省份已陆续建立起电动汽车充电站。围绕为电动汽车充电这块巨大“蛋糕”的激烈竞争已悄然启幕。最初,电动汽车普及与充电站的建设问题,是一个“先有鸡还是先有蛋”的问题。在新能源领域,当电池作为关键部件和技术取得突破性进展之后,充电站作为推广瓶颈被期待。

  电动汽车充电桩采用的是交、直流供电方式,不需要加油,避免了排放尾气、污染环境,符合以低碳为核心元素的中国未来城市发展理念。

  一、电动汽车充电桩终端控制解决方案

  1、系统概述

  日前,杭州平望收集采纳了国内多个省市的电动汽车充电站设计需求,携手国内多家电动汽车充电站厂商,研发设计出基于ARM架构的自助智能电动汽车充电桩终端控制方案及产品。

  2、电动汽车充电解决方案框图 

  上图为根据充电站系统需求而设计出的电动汽车充电桩解决方案功能结构图,其中充电柜终端的主要功能是数据采集、充电控制、计价结算、数据传送、参数设置、显示和操作,其次是广告、宣传功能。从构成图可以看到,控制器需要与充电单元连接,实现对汽车电池的电量检测、充电控制,一般用串口联接。要实现刷卡消费,需要用一串口联接读卡器,若需要打印单据,则需要串口与打印机联接。

  电动汽车充电站一般建立在户外道路旁边,高温、灰尘、潮湿都成为充电桩终端的隐患,而针对这些隐患,杭州平望采用工业级设计理念,所有选择的配件和材料都能到达相关的温度和使用寿命的指标,从而解决此类问题的后顾之忧。电动汽车充电桩控制方案可实现车主自由对充电终端进行操作,从而检测汽车电量以及对电动汽车进行充电,并可通过自助充值卡进行刷卡充电并打印出单据。

  3、电动汽车充电桩方案产品特点:

  采用高亮度、宽视角的工业级液晶显示屏

  整机无风扇散热,从而避免了因为风扇问题而造成死机

  时尚且安全的工业级设计

  采用板载FLASH和CF卡或SD卡,主要用途在于安装操作系统和存放广告内容

  使用220V输入,内置开关电源,变换成12V供主板使用

  服务器可通过以太网对各自助充电终端进行控制

  可实现自助刷卡充电服务以及消费单据打印

  自动切换广告播放系统

  全触摸语音提示操作界面

  4、电动汽车充电桩方案设计优势

  液晶屏:采用高亮度、宽视角的宽温工业液晶屏;

  触摸控制:选用高品质电阻触摸屏,可以在频繁使用和多灰尘环境下不发生游离和失灵。并且能在表面划伤的情况下能继续工作;

  存储:主要用以安装操作系统以及存储广告,采用工业级固态硬盘,具有高抗振、防尘、发热量低等特点,采用与主板固定设计,从而避免系统不稳定等因素;

  电源:采用220V电源输入,并可选择宽压型电源。

  结构: 根据需求和其使用环境,机箱采用铝合金面板+钣金后盖制作,具有坚固、抗震性能好、散热快、防尘防溅等特点,面板直接用铝合金拉丝纹或细砂纹,银灰色氧化处理,在阳光下不吸热,以免夏天温度过热,内部温量散不出去。控制器会采用嵌入式安装,要求前面板达到IP65防护,后盖可以有适当的散热孔。安装采用4卡扣固定。

  二、充电桩控制系统解决方案

  本方案描述的是EPC-9200工控主板在电动汽车充电桩系统中的应用。厂商采用我司的方案能快速地实现充电桩的组装,迅速占领市场。

  1、 方案概述

  充电桩内部设备较多,且大部分是RS-232接口,如果每一个设备都使用一条电缆接到工控主板上,则会使内部电路相当复杂,可靠性和电磁兼容性也会大打折扣。采用CAN总线通信,可以降低信号线复杂度,还可方便扩展更多设备。使用广州致远电子股份有限公司的EPC-9200产品方案如下图2.1 所示。

  图1 充电桩系统方案

  充电桩数据处理、人机交互主要通过EPC-9200工控主板来实现。它采用Cortex-A8构架,工作频率达800MHz,预装WinCE或linux操作系统。主要优势如下:

  接口丰富:板载6路RS-232、2路CANBus;数据处理、通讯能力强,CAN驱动程序稳定可靠,总线负载高时不丢帧;

  1路10/100M以太网接口;直接支持LCD显示,支持分辨率可达1366×768,可用于软件UI及广告播放;

  支持大尺寸触摸屏;音频接口(支持音频输出与麦克风输入);

  SD卡接口;工控板所有元器件均符合工业级-40~+85℃要求。

  3. 关键指标

  1、CAN稳定通讯

  在充电桩中的开发,通过CAN与汽车的电池系统控制及信息交互是产品中核心功能,所以在这CAN通讯过程中不丢帧是至关重要的。EPC-9200产品采用 TI的AM3352处理器,内部集成CAN控制器,CAN控制器的数据包硬件FIFO具有64帧数据包缓冲能力,硬件通讯上毫无瓶颈。并且产品的CAN驱动,经过多年的CAN总线行业经验进行优化设计,能做到总线高负载率情况下不丢帧!

  2、视频播放

  通用的户外小型广告机采用720х576以上分辨率,采用EPC-9200工控板可以支持最高1366х768的高清分辨显示,可满足充电桩上的图片及广告显示要求。

  3、消费单据打印

  打印的数据主要为消费内容,要求小型化,打印速度快,可靠性高,打印字符清晰等特性。广州周立功推出的ZY-TP12微打采用行式热敏技术,具备上述要求,并采用串口RS-232进行通讯,简单而功能强大。

  4、刷卡记录交易信息

  用户通过非接触式 IC 卡刷卡充电,是一个基本的功能。广州致远电子的ZLG522S 系列

  读写卡模块,它符合 ISO14443标准,可支持 PLUS CPU、MIFARE Desfire(CPU 卡)、MIFARE S50/S70、MIFARE 0 ultralight、MIFARE Pro,它采用超小型、超大规模集成电路封装,具有易用、可靠、多样和体积小等特点,可帮助您方便、快捷地将当今最流行的非接触式 IC 卡技术融入您的系统中,提高您的产品档次。

  5、远程数据传输

  充电站内,充电桩与充电站监控中心通信的主要数据为控制和小数据量的采集信息,要求在充电桩运作过程中监控的实时性比较高,一旦出现意外情况可以第一时间采取措施。且随着充电站的迅猛发展,无人监守的自助式充电站也会成为趋势,此时远程的集中监控和意外应急也愈显重要,故采用“CAN+以太网”双网冗余的数据传输方式,确保电站各个充电桩的安全和数据顺畅与可靠。

  有些充电桩会需要无线通讯,通过GPRS模块远程将交易信息上传达服务中心,这样的需求,可以在此方案上便捷添加,可以采用致远的ZWG-28A GPRS通讯模块或致远其他方案!

  6、环境可靠性测试

  根据《电动汽车充电系统技术规范》中通用要求指出:充电机的工作环境温度为-20℃~50℃,并具有一定的抗震能力。而EPC-9200通过了工业四级的设计标准,可稳定工作在-40℃~85℃环境下。而EPC-9200采用基本全部贴片元器件,抗震性能优异,且所有器件均选用工业级器件。

  7、电磁兼容性测试

  充电桩内电子设备的电磁敏感度要符合GB 6833系列标准,而ZLG 有自己独立的电磁兼容性测试实验室,所有工控产品研发、生产过程中都必须通过电磁兼容性测试。

  8、支持远程应用升级

  通讯系统采用以太网冗余传输结构,在升级应用程序及系统时,可通过以太网进行远程统一升级。

  总结:

  目前充电桩还存在几大痛楚:

  痛处一:充电桩本身质量参差不齐

  因新能源汽车而生的充电桩,近两年发展迅速,巨大的市场空间诱使不少企业纷纷涉足。从展会方获悉,目前国内充电桩生产企业已超过300家。充分的市场竞争本是好事,但产品质量、行业标准却难以把控。

  痛处二:充电桩存在资源浪费

  记者在调查采访中发现,尽管充电桩建设规模在不断扩大且数量增长可观,但依然有车主抱怨没有地方充电。由于前期充电标准不完善等原因,导致部分车桩不能有效结合,充电桩无法得到有效的利用。

  痛处三:盈利困难,充电桩遇推广难题

  相关小区物业部门也在为充电桩安装问题烦恼。某物业部负责人刘冬透露,由于场地难找,该小区只有几个停车位有充电桩。同时,因为充电桩使用率低等问题,导致这些充电桩无法盈利,生产厂家长时间没人来维护,物业只能重新协调安装充电桩。

  痛处四:充电设施政策不健全

  充电基础设施产业尚处于发展初期,关键技术发展日新月异,增加了充电基础设施建设和管理的难度。全国部分省市还未按要求出台充电基础设施专项规划和运营管理办法。资金补助核查方面也没有形成完备的核查流程,行政资源浪费,充电运营商也难以拿到补贴。管理方面,对于充电运营的安全性及运营的资质监管缺乏相应的法规条例,监督管理缺失。

  痛处五:三四线城市充电桩难以推广,多种原因组成。

  首先,三四线城市的消费者购买电动车补贴比较少。只能享受国家补贴,地方补贴不如北京上海的力度大,降低了消费者购买积极性。

  第二,电动车往往是家庭的第二辆车,三四线城市的消费者目前还在第一辆车的普及阶段,对电动汽车的敏感度较低。

  第三,现在三四线城市的电动车以低速电动汽车为主,这些电动车使用铅酸蓄电池作为动力源,这种电池并不支持快速充电。

  第四,收取充电电费和服务费,这是目前大部分充电桩运营商最基本盈利方式。但是用户基数太少,在一线城市尚且盈利困难,更别说是三四线城市了。所以三四线城市的充电桩建设短时间内不容易推广。

  总结:

  国家发展改革委等四部门发布的《电动汽车充电基础设施发展指南(2015—2020年》中提出,到2020年,新增集中式充换电站超过1.2万座,分散式充电桩超过480万个,以满足全国500万辆电动汽车充电需求。

  总的来说,新事物的诞生总是伴随着各式各样的问题的出现,要打破原有的固有生活生产结构是一个漫长的过程。在这个鱼龙混杂的充电桩市场中,不成规矩无以方圆,还是需要国家相关部门制定一定的标准,建立统一的检测认证机制,完善标准化体系,才能让全国人民放心的开上电动汽车,安心的过上美好的绿色生 活。(综合整理)

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