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充电桩控制系统解决方案

一.行业背景

    随着新能源电动汽车充电桩项目的蓬勃兴起,在国内各地电动汽车充电站也纷纷涌现!

    充电桩是电动力车的电站,其功能类似于加油站里面的加油机。每个充电桩都装有充电插头,充电桩可以根据不同的电压等级,为各种型号的电动车充电。电动汽车充电桩采用的是交、直流供电方式,需要特制的充电卡刷卡使用,充电桩显示屏能显示充电量、费用、充电时间等数据。充电桩作为加油站、小区电动汽车充电状态的人机交互产品。可实现计时充电和计电度量充电。卡内预先充值,每次充电后根据电度数自动从卡中减去,并打印出票据。


图1.1 充电桩

 

二.充电桩系统需求

支持本地显示、触摸屏输入及按键输入;

用户通过非接触式 IC 卡刷卡充电;

通过显示屏能够进行充电方式选择、充电状态显示、充电计费查询、消费金额显示及余额查询;

根据用户选择的充电方式控制充电机对汽车电池充电;

支持消费单据打印;

能够监测汽车电池的电压、电流、温度;

支持外接电度表;

支持语音提示;

通过红外对充电桩上参数进行配置,以及数据查询;

能够通过 CAN、以太网或 GPRS 进行数据传输;

本地大数据量存储(图片、充电记录等);

支持远程升级应用程序;

大尺寸LCD显示屏支持。

 

三.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。产品方案如下图2.1所示。

图2.1 充电桩系统方案

    充电桩数据处理、人机交互主要通过工控主板来实现。它采用飞思卡尔IMX6 A9架构ARM CPU,工作频率达1GHz,预装linux+QT操作系统。主要如下:

  • 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。

 

四.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,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

   工控板可以支持可达1920х1080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。 

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。可支持 PLUS CPU、MIFARE Desfire(CPU 卡)、MIFARE S50/S70、MIFARE 0 ultralight、MIFARE Pro,它采用小型、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/3G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. 

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。工控板通过了工业四级的设计标准,可稳定工作在-40℃~85℃环境下。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。 

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。

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