浅谈电动汽车充电桩远程实时监控系统的设计

1、电动汽车充电桩远程实时监控系统现状描述

目前，我国现有的充电桩远程控制系统通常都是一种嵌入式系统， 运用模块化的思想，对人机交流、充电监控、充电计价等模块进行独立 的软件层次设计和流程设计。目前市场上的充电桩设备还不支持用户通 过网络预约空闲充电桩及在线监控实时的充电情况，除此之外，充电桩的结算方式往往只有刷卡结算这一种，这对于电动汽车车主来说无疑非 常不方便。在互联网高速发展的背景下，国内对于充电桩设备智能监控系统的研究取得了可喜的成就。一部分技术人员提出了新的充电桩设计方案，运用无线网络来使充电桩之间能够实现信息交互。还有一部分技术人员基于传统的充电桩设计，为其补充了智能充电导航的功能。但这些改进方式虽然能够一定程度上提高充电桩的工作效率并便利人们的使用，但都仅侧重单一方面进行改进，成效并不显著。因此相关技术部门进一步设计了具备 5G 通信功能的智能充电桩远程控制系统，用户可以通过手机 APP 客户端来预约充电桩、查询充电状况等，这使充电桩远程监控系统的功能更加丰富且完善，充电桩使用效率提高，充电桩资源也能够得到更加充分的利用。

2 、系统结构设计

2.1 设备层

     设备层是充电桩远程设备监控系统的底层，包括多种功率的直流充电桩和交流充电桩，完成对不同功率需求的电动汽车充电的任务。根据充电站的空间的不同需求，又可分为离散桩和预装式充电集群，其中离散桩内置ＧＰＲＳ模块，可进行无线数据传输，预装式充电集群通过网线和交换机与数据库服务器通讯。 

2.2 通讯层

     通讯层作为联系数据库服务器和设备层的纽带，为多种不同数据结构的数据提供传输通道，包括充电基础数据、充电桩故障信息、电动汽车 BMS 信息、维修进度信息等。通讯层包括 GPRS 实现的高速无线网络和连接至广域网的有线网络组成。 

2.3 数据库服务器

     数据库服务器系统作为充电站远程设备监控系统的服务端，要具有信息接收、储存、管理、发送的功能，是现场充电桩与 Web 服务器之间连接的有效途径。它通过通讯层从站设备中接收数据并将数据储存在数据库中，为响应 Web 服务器的数据请求做好准备。本系统采用的是微软公司的 Microsoft SQL Server 数据库。

2.4 Web 服务器

     Web 服务器作为整个系统的第四层，也是远程监控系统的核心部分。Web 服务器负责接收客户端发出的指令，在数据库服务器中取得相应的数据，并协助客户端完成相应的数据信息响应。由于现场数据种类较多，较为复杂，除了要求信息采集的实时性外，还必须实现在客户端显示的实时性。因此该系统采用动态交互式的Ｗｅｂ技术和具有局部刷新功能的 Ajax 技术，很好地解决了实时性的问题。

3 、充电桩监控的设计

3.1 硬件设计

充电桩智能监控硬件系统有主控台、IC 读卡器、显示屏、通信、键盘等等，充电桩监控系统。交流电是接入的 220V/380V 电网电源，通过充电模块的过滤和整流等，直接对电动汽车充电；IC 卡识别模块是给用户开启充电桩的功能，IC 卡识别模块可以显示用户余额以及个人信息，人机交互模块可以选择充电模式、里程充满，或自我选择充电电量等；计费模块显示当前计费等。主控模块是硬件系统的核心部分，有很多串口、网口和控制器等，它是控制一切模块的枢纽，实时监控运行情况和充电情况，以便及时传送到后台。为了有效对充电桩进行实时检测，还需要建设一个保护程序，见图 2。通过监控保护单元对充电模块电压和电流进行控制以及对电动汽车的电池系统进行检测，如出现异常或不稳定时，及时断开电源，保护电桩电池的安全，确保电动汽车电池不受到损害。

3.2 软件设计

充电桩智能监控软件设计需能有效实现与用户的沟通。用户给电动汽车充电的流程是这样:用户先将电动汽车充电接口和充电桩充电输入手柄连接，再插入 IC 卡，开启充电桩，如果用户充电接口与充电输出口没有连接好，系统提示报警；用户在身份识别完成后，就可以选择自己想要的充电模式，如果所选择的充电模式不匹配当前电池状态，系统提示报警；在充电过程中，屏幕会显示余额、充电时间、充电时长等，充电结束后，自动停止计费并打印，然后系统自行锁定。所有系统程序可以分为中央控制程IC卡识别程序、通信程序、显示程序、检测程序和打印程序，每个程序都是独立的，但又能协调处理工作。在设计上，编写程序人员必须严格按照电桩系统的稳定性以及可行性进行开发。在人机交互程序设计上，需要考虑多样化功能，比如，充电种类选择、充电时间设置、里程充电设置、停止充电等，人机程序和主控程序的连接能更好地控制其他程序的工作。在程序设置上，安全程序是保障读卡器程序加密的，以确

保用户信息安全以及电量计费和金额数据加密。

3.3 环境和电磁设计

电动汽车充电桩一般都安装在户外，因此受环境影响很大，尤其是阴雨潮湿等天气，不仅会给充电设施带来影响，也会给通讯带来不便。在建设智能充电电桩的时候，可以选择交叉覆盖式结构，这样充电桩外壳要选择防水防潮的材料，既防雨又通风，能很好降低充电桩的温度，硬件以及元件的选型都要选择工业级的；另外也要注意通信被干扰的情况，选择通信线时要注意抗干扰，保证这些元件能在不同环境下工作。