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摘要：随着电动汽车的逐渐普及，充换电站与充电桩的建设得到了人们的重视。本文主要针对电动汽车充电桩的设计展开了探讨，对系统的概述及架构设计作了详细的介绍说明，并结合了具体的实例，以期能为有关方面的需要提供有益的参考和借鉴。
关键词：电动汽车；充电桩；探讨
电动汽车是国家大力提倡并受政府重点支持的产业，但电动汽车的充电桩建设成为制约电动汽车发展的一个瓶颈问题。因此，为了有效的推动充电桩的建设，我们就需要采取有效的技术做好充电桩的设计，以此为建设带来帮助。
系统概述
本系统是基于云计算平台基础上，开发的一种智能充电设备，用以完成为电动汽车电池充电操作，并实现充电桩的有序充电管理，实现充电过程的规划、监控、计费和调度管理。工作原理如图1所示。
基于云计算平台的电动汽车充电桩主要包括云客户端、通信模块、监控模块和人机交互装置。由云客户端接收并处理工作请求及指令，并经通信模块与云服务器端通信接收控制信息、参数设置信息、分时电价信息、设备运行控制命令及配置信息上传/下载、计量/计费数据上传/下载功能，由监控模块采集监控板数据、电池数据、充电数据、充电机数据和表计数据，由人机交互装置输入操作命令、显示操作结果并打印票据。
系统所采用的支撑技术云计算是基于互联网的相关服务的增加、使用和交付模式，通过互联网来提供动态、易扩展且虚拟化的资源，计算分布在大量的分布式计算机上而非本地客户端或远程服务器中，客户端根据需求通过网络访问计算机和存储系统，实现整个操作进程在本地和远端的灵活分配，以减少终端的处理负担，提高计算处理能力。其中，云服务器端是通过网络整合多个计算实体而成的具有强大计算能力的系统，以并行计算为核心，按需调度计算任务分配和计算资源，采用分布式存储系统，实现海量存储功能，具有更高的安全性。
（1）云客户端。云客户端即中央处理器设备，是整个设备的核心部分，采用超低功能Intel Pentium M处理器和Windows XP Embedded多任务嵌入式操作系统，具有独特的32位计算体系结构，以及完全保护的内存模型，能够满足信息采集记录、信息查询显示，视频监控、通信和急停控制等多任务的并行执行。
（2）通信模块。用于云客户端与云服务器端信，能够采用GPRS、EDGE、CDMA、3G、4G、WIFI或电力无线专网完成云客户端与云服务器端的数据交互。
（3）监控模块。用于采集充电桩运行时的各类数据，其中包括监控板采集的模拟量数据、开关量数据和输出控制；数字电表采集的充电电量信息；充电机监控模块采集的充电桩的充电机参数、电流和电压等运行数据；电池监控模块采集
电池电流、电压和温度信息；充电监控模块采集的充电过程数据。采集后的数据经云客户端处理后发送至云服务器端进行存储和计算，并返回相应操作指令至云客户端。
（4）人机交互设备。包括触摸屏、打印机和读卡器等，通过触摸屏输入控制命令，包括设备配置、操作命令输入等操作，并显示处理结果；通过打印机打印票据；通过读卡器对IC卡数据进行读写操作。
系统架构设计
图1 电动汽车充电桩工作原理
1 总体设计方案
实现了电动汽车充电桩为电动汽车电池充电的同时，完成充电过程的规划、计费管理，按照电网谷峰等参数与电网进行实时互动，由云服务器端参考整个区域范围内的电网参数来制订充电桩运行计划，实现对用电操作的远程调度和充电过程的远程控制，实现有序用电管理，减少充电操作对电网的影响。具有安全性高，维护、扩展和功能增加方便的优点。其系统结构总体设计方案如图2所表示。
图2 系统结构总体设计方案
1—云客户端 2—通信模块 3—监控板 4—电池监控模块 5—充电监控模块 6—充电机监控模块 7—IC卡读写器 8—数字电表 9—人机交互装置 10—微型打印机 20—云服务器端
2 云客户端
为满足对充电桩可靠性和实时多任务的要求，云客户端采用多任务、多线程的嵌入式Windows XP Embedded操作系统作为应用软件平台。系统工作流程设计方案如图3所示。该系统基于二进制，采用使用应用程序组的模式，包含10000多个独立的功能组件，独特的抢先型多任务体系结构，允许多个应用程序同时运行，具有更强的实时处理能力，和更高的可靠性、全功能、连通性及快速性。本设备应用该技术后实现了以下功能。
图3 系统工作流程设计方案
（1）充电桩接收到服务指令后上传至云服务器端，由云服务器端结合所处区域、时间、充电方式及电网谷峰值等参数决定是否进行充电操作，并参考整个区域范围内的电网参数来制订充电桩运行计划，实现对用电操作的调度、对充电桩的使用进行规划和充电桩的有序充电管理。
（2）将充电桩的部署配置信息上传到云服务器端进行保存，维修或更换设备时从云服务器端下载相应的部署配置信息并应用。
（3）充电过程监控数据能够全部保存到云服务器端以供服务中心监控；数据传输时采用端对端的安全线路通信模式，保证数据安全。
（4）充电结束后计量信息上传至云服务器端并由云服务器端结合所处区域、充电时间、充电方式和分时电价等参数进行计价计算，并自动下发至充电桩进行扣款操作。
3 监控模块
本设计的监控数据主要来自监控板、电池监控模块、充电监控模块和充电机监控模块，并能够根据现场需要进行配置，具体如下所示。
（1）监控板包括模拟量采集单元、开关量采集单元和输出控制单元，三者通过RS485方式与云客户端双向通信连接。工业级串口采集12路数字量/开关量输入控制、8路继电器输出控制，防雷击，抗强干扰，全光电隔离数字量，用于实时监控充电桩各种开关量信号的状态。
（2）电池监控模块通过CAN总线读取电动汽车上BMS中的电池数据，通过CAN总线与云客户端双向通信连接，监测充电过程中电池的电压、电流和温度等参数，同时根据充电控制算法管理整个充电过程。
（3）充电机监控模块通过CAN总线和RS485方式与云客户端双向通信连接，通过CAN总线读取充电机上的数据，监测充电过程中充电机的电压、电流等参数，同时根据充电控制算法管理整个充电过程。
（4）数字电表。采用静止式交流有功电能表，安装在充电桩输出端与充电机之间，通过RS232方式与云客户端连接，可计量基波有功总电能和各费率有功电能，计量奇次庇波电能。
4 应用实例
图4 电动汽车充电桩应用实例
图4是电动汽车充电桩在充换电站的应用实例。在此案例中，电动汽车充电桩通过CAN总线读取车载电池上电压、电流和温度数据后经CAN总线传送至云客户端；通过CAN总线读取充电机上电压、电流数据传至云客户端；通过RS232接口读取数字电表计数；同时根据充电控制算法管理整个充电过程。电动汽车充电桩接收到数据后，通过3G无线通信方式与云服务器端进行双向通信，由电动汽车充电桩上送设备配置信息、操作命令、IC卡信息、计量信息和运行监控数据，并接收云服务器端下发的设备配置信息、计费命令、操作命令及各类指令信息。
该设备能够解决实际应用中的以下问题。
（1）使用基于云计算平台的电动汽车充电桩，实现了由云服务器对充电桩进行控制，能够根据电网当前的谷峰参数、用电时间、区域、用电方式和充电桩运行状态等多方面因素对充电桩的使用进行规划，实现有序用电，降低充电设备对电网的影响，提高电网安全性。
（2）使用基于云计算平台的电动汽车充电桩，实现了将充电过程数据全部上传，既保证数据安全也便于对设备运行进行监控；同时由云服务器端综合考虑用电时间、区域和方式等多方面因素进行计费，保证计费准确性与合理性。
（3）采用云计算模式实现设备配置信息的上传与下载，更新或更换设备后能够多次下载使用，无须重新配置设备。
（4）系统采用模块化设计，独立性高，可扩展性好，提高了系统的灵活性，并使得系统的开放性大大提高，有利于系统维护、扩展和功能增加。
电动汽车充电桩采用这种全新的云计算平台不仅在安全性、稳定性方面有较大提高，在大规模数据的并行批量处理、海量数据的存储、设备容错和故障恢复能力等问题上也有了很大改进，不仅提高了计算效果，同时提升了整个充换电站的安全等级，消除了大规约充电桩对电网的影响，解决了阻碍充电站发展的一个瓶颈问题。
5 结语
综上所述，充电桩是电动汽车的能量来源，加强其研究方能为电动汽车的发展奠定良好基础。因此，我们需要在云计算的平台上，采取有效的技术措施，做好充电桩的设计，以为实际的施工提供支持，从而保障充电桩的施工作业。
参考文献：
[1]谢伟才.电动汽车充电桩的设计与研究[J].通讯世界.2016（02）.
[2]谢广宇.电动汽车充电桩建设之探讨[J].电源世界.2015（11）.
论文作者:黄启荣
论文发表刊物:《基层建设》2016年4期
论文发表时间:2016/6/13
标签：电动汽车论文; 数据论文; 服务器端论文; 客户端论文; 模块论文; 设备论文; 电网论文; 《基层建设》2016年4期论文;