精選電動汽車智能充電樁控制系統(tǒng)解決方案

    中國科技部部長萬鋼曾表示，政府支持國內(nèi)汽車企業(yè)開發(fā)替代能源汽車，旨在2010年在10個城市有60000輛替代能源汽車上路。隨著人們環(huán)保意識的增強，世界各國對能源汽車的推廣支持，能源汽車在未來汽車市場將占據(jù)重要地位，如果說過去充電站等配套設(shè)施的不完備在一定程度上限制了電動汽車發(fā)展的話，那么這一問題正在逐步得到解決。
    據(jù)媒體新聞報道福建、浙江、吉林、安徽、江蘇、山西、江西、山東等國內(nèi)大多省份已陸續(xù)建立起電動汽車充電站。圍繞為電動汽車充電這塊巨大“蛋糕”的激烈競爭已悄然啟幕。最初，電動汽車普及與充電站的建設(shè)問題，是一個“先有雞還是先有蛋”的問題。在新能源領(lǐng)域，當(dāng)電池作為關(guān)鍵部件和技術(shù)取得突破性進展之后，充電站作為推廣瓶頸被期待。
    電動汽車充電樁采用的是交、直流供電方式，不需要加油，避免了排放尾氣、污染環(huán)境，符合以低碳為核心元素的中國未來城市發(fā)展理念。
    一、電動汽車充電樁終端控制解決方案
    1、系統(tǒng)概述
    日前，杭州平望收集采納了國內(nèi)多個省市的電動汽車充電站設(shè)計需求，攜手國內(nèi)多家電動汽車充電站廠商，研發(fā)設(shè)計出基于ARM架構(gòu)的自助智能電動汽車充電樁終端控制方案及產(chǎn)品。
    2、電動汽車充電解決方案框圖

    上圖為根據(jù)充電站系統(tǒng)需求而設(shè)計出的電動汽車充電樁解決方案功能結(jié)構(gòu)圖，其中充電柜終端的主要功能是數(shù)據(jù)采集、充電控制、計價結(jié)算、數(shù)據(jù)傳送、參數(shù)設(shè)置、顯示和操作，其次是廣告、宣傳功能。從構(gòu)成圖可以看到，控制器需要與充電單元連接，實現(xiàn)對汽車電池的電量檢測、充電控制，一般用串口聯(lián)接。要實現(xiàn)刷卡消費，需要用一串口聯(lián)接讀卡器，若需要打印單據(jù)，則需要串口與打印機聯(lián)接。
    電動汽車充電站一般建立在戶外道路旁邊，高溫、灰塵、潮濕都成為充電樁終端的隱患，而針對這些隱患，杭州平望采用工業(yè)級設(shè)計理念，所有選擇的配件和材料都能到達相關(guān)的溫度和使用壽命的指標，從而解決此類問題的后顧之憂。電動汽車充電樁控制方案可實現(xiàn)車主自由對充電終端進行操作，從而檢測汽車電量以及對電動汽車進行充電，并可通過自助充值卡進行刷卡充電并打印出單據(jù)。
    3、電動汽車充電樁方案產(chǎn)品特點：
    采用高亮度、寬視角的工業(yè)級液晶顯示屏
    整機無風(fēng)扇散熱，從而避免了因為風(fēng)扇問題而造成死機
    時尚且安全的工業(yè)級設(shè)計
    采用板載FLASH和CF卡或SD卡，主要用途在于安裝操作系統(tǒng)和存放廣告內(nèi)容
    使用220V輸入，內(nèi)置開關(guān)電源，變換成12V供主板使用
    服務(wù)器可通過以太網(wǎng)對各自助充電終端進行控制
    可實現(xiàn)自助刷卡充電服務(wù)以及消費單據(jù)打印
    自動切換廣告播放系統(tǒng)
    全觸摸語音提示操作界面
    4、電動汽車充電樁方案設(shè)計優(yōu)勢
    液晶屏：采用高亮度、寬視角的寬溫工業(yè)液晶屏；
    觸摸控制：選用高品質(zhì)電阻觸摸屏，可以在頻繁使用和多灰塵環(huán)境下不發(fā)生游離和失靈。并且能在表面劃傷的情況下能繼續(xù)工作；
    存儲：主要用以安裝操作系統(tǒng)以及存儲廣告，采用工業(yè)級固態(tài)硬盤，具有高抗振、防塵、發(fā)熱量低等特點，采用與主板固定設(shè)計，從而避免系統(tǒng)不穩(wěn)定等因素；
    電源：采用220V電源輸入，并可選擇寬壓型電源。
    結(jié)構(gòu)： 根據(jù)需求和其使用環(huán)境，機箱采用鋁合金面板+鈑金后蓋制作，具有堅固、抗震性能好、散熱快、防塵防濺等特點，面板直接用鋁合金拉絲紋或細砂紋，銀灰色氧化處理，在陽光下不吸熱，以免夏天溫度過熱，內(nèi)部溫量散不出去。控制器會采用嵌入式安裝，要求前面板達到IP65防護，后蓋可以有適當(dāng)?shù)纳峥?。安裝采用4卡扣固定。
    二、充電樁控制系統(tǒng)解決方案
    本方案描述的是EPC-9200工控主板在電動汽車充電樁系統(tǒng)中的應(yīng)用。廠商采用我司的方案能快速地實現(xiàn)充電樁的組裝，迅速占領(lǐng)市場。
    1、 方案概述
    充電樁內(nèi)部設(shè)備較多，且大部分是RS-232接口，如果每一個設(shè)備都使用一條電纜接到工控主板上，則會使內(nèi)部電路相當(dāng)復(fù)雜，可靠性和電磁兼容性也會大打折扣。采用CAN總線通信，可以降低信號線復(fù)雜度，還可方便擴展更多設(shè)備。使用廣州致遠電子股份有限公司的EPC-9200產(chǎn)品方案如下圖2.1 所示。

    圖1 充電樁系統(tǒng)方案

    充電樁數(shù)據(jù)處理、人機交互主要通過EPC-9200工控主板來實現(xiàn)。它采用Cortex-A8構(gòu)架，工作頻率達800MHz，預(yù)裝WinCE或linux操作系統(tǒng)。主要優(yōu)勢如下：
    接口豐富：板載6路RS-232、2路CANBus;數(shù)據(jù)處理、通訊能力強，CAN驅(qū)動程序穩(wěn)定可靠，總線負載高時不丟幀;
    1路10/100M以太網(wǎng)接口;直接支持LCD顯示，支持分辨率可達1366×768，可用于軟件UI及廣告播放;
    支持大尺寸觸摸屏;音頻接口（支持音頻輸出與麥克風(fēng)輸入）;
    SD卡接口;工控板所有元器件均符合工業(yè)級-40~+85℃要求。
    3. 關(guān)鍵指標
    1、CAN穩(wěn)定通訊
    在充電樁中的開發(fā)，通過CAN與汽車的電池系統(tǒng)控制及信息交互是產(chǎn)品中核心功能，所以在這CAN通訊過程中不丟幀是至關(guān)重要的。EPC-9200產(chǎn)品采用 TI的AM3352處理器，內(nèi)部集成CAN控制器，CAN控制器的數(shù)據(jù)包硬件FIFO具有64幀數(shù)據(jù)包緩沖能力，硬件通訊上毫無瓶頸。并且產(chǎn)品的CAN驅(qū)動，經(jīng)過多年的CAN總線行業(yè)經(jīng)驗進行優(yōu)化設(shè)計，能做到總線高負載率情況下不丟幀！
    2、視頻播放
    通用的戶外小型廣告機采用720х576以上分辨率，采用EPC-9200工控板可以支持最高1366х768的高清分辨顯示，可滿足充電樁上的圖片及廣告顯示要求。
    3、消費單據(jù)打印
    打印的數(shù)據(jù)主要為消費內(nèi)容，要求小型化，打印速度快，可靠性高，打印字符清晰等特性。廣州周立功推出的ZY-TP12微打采用行式熱敏技術(shù)，具備上述要求，并采用串口RS-232進行通訊，簡單而功能強大。
    4、刷卡記錄交易信息
    用戶通過非接觸式 IC 卡刷卡充電，是一個基本的功能。廣州致遠電子的ZLG522S 系列
    讀寫卡模塊，它符合 ISO14443標準，可支持 PLUS CPU、MIFARE Desfire（CPU 卡）、MIFARE S50/S70、MIFARE 0 ultralight、MIFARE Pro，它采用超小型、超大規(guī)模集成電路封裝，具有易用、可靠、多樣和體積小等特點，可幫助您方便、快捷地將當(dāng)今最流行的非接觸式 IC 卡技術(shù)融入您的系統(tǒng)中，提高您的產(chǎn)品檔次。
    5、遠程數(shù)據(jù)傳輸
    充電站內(nèi)，充電樁與充電站監(jiān)控中心通信的主要數(shù)據(jù)為控制和小數(shù)據(jù)量的采集信息，要求在充電樁運作過程中監(jiān)控的實時性比較高，一旦出現(xiàn)意外情況可以第一時間采取措施。且隨著充電站的迅猛發(fā)展，無人監(jiān)守的自助式充電站也會成為趨勢，此時遠程的集中監(jiān)控和意外應(yīng)急也愈顯重要，故采用“CAN+以太網(wǎng)”雙網(wǎng)冗余的數(shù)據(jù)傳輸方式，確保電站各個充電樁的安全和數(shù)據(jù)順暢與可靠。
    有些充電樁會需要無線通訊，通過GPRS模塊遠程將交易信息上傳達服務(wù)中心，這樣的需求，可以在此方案上便捷添加，可以采用致遠的ZWG-28A GPRS通訊模塊或致遠其他方案！
    6、環(huán)境可靠性測試
    根據(jù)《電動汽車充電系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》中通用要求指出：充電機的工作環(huán)境溫度為-20℃~50℃，并具有一定的抗震能力。而EPC-9200通過了工業(yè)四級的設(shè)計標準，可穩(wěn)定工作在-40℃~85℃環(huán)境下。而EPC-9200采用基本全部貼片元器件，抗震性能優(yōu)異，且所有器件均選用工業(yè)級器件。
    7、電磁兼容性測試
    充電樁內(nèi)電子設(shè)備的電磁敏感度要符合GB 6833系列標準，而ZLG 有自己獨立的電磁兼容性測試實驗室，所有工控產(chǎn)品研發(fā)、生產(chǎn)過程中都必須通過電磁兼容性測試。
    8、支持遠程應(yīng)用升級
    通訊系統(tǒng)采用以太網(wǎng)冗余傳輸結(jié)構(gòu)，在升級應(yīng)用程序及系統(tǒng)時，可通過以太網(wǎng)進行遠程統(tǒng)一升級。
    總結(jié)：
    目前充電樁還存在幾大痛楚：
    痛處一：充電樁本身質(zhì)量參差不齊
    因新能源汽車而生的充電樁，近兩年發(fā)展迅速，巨大的市場空間誘使不少企業(yè)紛紛涉足。從展會方獲悉，目前國內(nèi)充電樁生產(chǎn)企業(yè)已超過300家。充分的市場競爭本是好事，但產(chǎn)品質(zhì)量、行業(yè)標準卻難以把控。
    痛處二：充電樁存在資源浪費
    記者在調(diào)查采訪中發(fā)現(xiàn)，盡管充電樁建設(shè)規(guī)模在不斷擴大且數(shù)量增長可觀，但依然有車主抱怨沒有地方充電。由于前期充電標準不完善等原因，導(dǎo)致部分車樁不能有效結(jié)合，充電樁無法得到有效的利用。
    痛處三：盈利困難，充電樁遇推廣難題
    相關(guān)小區(qū)物業(yè)部門也在為充電樁安裝問題煩惱。某物業(yè)部負責(zé)人劉冬透露，由于場地難找，該小區(qū)只有幾個停車位有充電樁。同時，因為充電樁使用率低等問題，導(dǎo)致這些充電樁無法盈利，生產(chǎn)廠家長時間沒人來維護，物業(yè)只能重新協(xié)調(diào)安裝充電樁。
    痛處四：充電設(shè)施政策不健全
    充電基礎(chǔ)設(shè)施產(chǎn)業(yè)尚處于發(fā)展初期，關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展日新月異，增加了充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和管理的難度。全國部分省市還未按要求出臺充電基礎(chǔ)設(shè)施專項規(guī)劃和運營管理辦法。資金補助核查方面也沒有形成完備的核查流程，行政資源浪費，充電運營商也難以拿到補貼。管理方面，對于充電運營的安全性及運營的資質(zhì)監(jiān)管缺乏相應(yīng)的法規(guī)條例，監(jiān)督管理缺失。
    痛處五：三四線城市充電樁難以推廣，多種原因組成。
    首先，三四線城市的消費者購買電動車補貼比較少。只能享受國家補貼，地方補貼不如北京上海的力度大，降低了消費者購買積極性。
    第二，電動車往往是家庭的第二輛車，三四線城市的消費者目前還在第一輛車的普及階段，對電動汽車的敏感度較低。
    第三，現(xiàn)在三四線城市的電動車以低速電動汽車為主，這些電動車使用鉛酸蓄電池作為動力源，這種電池并不支持快速充電。
    第四，收取充電電費和服務(wù)費，這是目前大部分充電樁運營商最基本盈利方式。但是用戶基數(shù)太少，在一線城市尚且盈利困難，更別說是三四線城市了。所以三四線城市的充電樁建設(shè)短時間內(nèi)不容易推廣。
    總結(jié)：
    國家發(fā)展改革委等四部門發(fā)布的《電動汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展指南（2015—2020年》中提出，到2020年，新增集中式充換電站超過1.2萬座，分散式充電樁超過480萬個，以滿足全國500萬輛電動汽車充電需求。
    總的來說，新事物的誕生總是伴隨著各式各樣的問題的出現(xiàn)，要打破原有的固有生活生產(chǎn)結(jié)構(gòu)是一個漫長的過程。在這個魚龍混雜的充電樁市場中，不成規(guī)矩?zé)o以方圓，還是需要國家相關(guān)部門制定一定的標準，建立統(tǒng)一的檢測認證機制，完善標準化體系，才能讓全國人民放心的開上電動汽車，安心的過上美好的綠色生 活。