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摘要：现如今，随着我国经济的飞速发展，人们生活水平不断提高，电动汽车的逐渐普及，电动汽车充电桩的大规模接入会对电网的运行规划产生重大影响。提出了一种以预约为前提条件，面向用户端的电动汽车智能充电控制策略。根据充电桩实时运行状态，结合对电动汽车充电时间的预测，并充分考虑用户需求，建立了电网控制端—计算机处理终端—智能充电桩终端—电动汽车用户端之间的信息反馈系统数学模型。通过算例分析，结果表明：采用所提出的充电控制策略，可显著提高充电系统运营效率，适用于大规模电动汽车智能充电系统。
关键词：电动汽车;充电桩;数据采集;终端设计
引言
针对电动汽车充电桩缺少有效状态监测的情况，设计了基于嵌入式ARM平台的数据采集终端。终端采用模块化设计，包括数据采集处理、ARM处理平台和数据远传等三部分。数据采集部分采用CAN/RS485通讯，抗干扰能力强。通过ARM和无线技术的有效结合，系统能够独立完成充电站系统运行分析所需主要参数的采集、存储和转发工作。该方案对于提高电动汽车充电站运行维护效率，降低运维成本，具有一定的参考价值。
1充电桩数据采集终端设计方案
电动汽车数据采集终端主要由充电桩数据采集模块、ARM数据处理模块和后台数据远传模块三大部分组成。其中，充电桩数据采集模块通过CAN通讯或RS485通讯与充电桩控制器连接，以通讯方式从充电桩控制器中获取充电桩实时数据;ARM数据处理模块则依靠ARM微控制器的强大处理能力，对不同厂家和型号的充电桩数据进行协议解析、数据转发和存储;后台数据远传模块根据现场的网络布线环境，可选择有线或无线方式将采集数据远传至后台主站系统。系统设计结构如图1所示。
1.1充电桩运行工况数据采集
通过充电桩数据采集终端，获取充电桩运行工况数据，包括设备状态、电气信息、故障告警、开关状态、通讯报文、温度湿度、计量信息共七类数据，以此作为充电桩状态评价数据分析、模型构建的基础。各类数据的数据项具体如下：1）设备状态设备运行状态、车辆连接状态、充电枪座状态、充电接口电子锁状态;2）电气信息输入电压、输入电流、输出电压、输出电流、充电功率、SOC、单体电池最高电压、单体电池最低电压、充电导引电压、绝缘状态;3）模块信息充电模块电压、充电模块电流、充电模块温度、充电模块运行状态、充电模块故障、充电模块直流输出短路故障、充电模块风扇故障、充电模块交流输入告警、充电模块交流输入过压告警、充电模块交流输入欠压告警、充电模块交流输入缺相告警、充电模块直流输出过流告警、充电模块直流输出过压告警、充电模块直流输出欠压告警、充电模块过温告警、充电模块通信告警;4）故障告警急停按钮动作故障、交流断路器故障、直流母线输出接触器故障、直流母线输出熔断器故障、充电接口电子锁故障、充电机风扇故障、避雷器故障、绝缘监测故障、电池反接故障、充电桩过温故障、充电枪过温故障、充电枪未归位、BMS通信异常、输入电压过压、输入电压欠压、其它类型故障、烟雾报警告警、充电中车辆控制导引告警、直流母线输出过压告警、直流母线输出欠压告警、直流母线输出过流告警;5）开关量状态急停开关、门控开关、输出接触器、放电接触器、辅助电源控制、电子锁反馈点;6）通讯报文充电过程中报文信息;7）温度湿度充电机内部温度、充电机内部湿度、充电枪温度、环境温度、环境湿度、电池组最低温度、电池组最高温度;8）计量计费充电电量、充电开始时间、充电结束时间、充电结束原因。采集终端将以上八大类数据分为遥测、遥信、模块信息和交易记录等4个部分进行采集和传输。在充电桩待机时，10min上传一次数据;当充电桩正在充电或发生故障时，15s上传一次数据。
1.2充电桩数据采集模块设计
在应用推广中，采集终端需要与市售不同厂家的充电设备进行对接，因而要求接口多样性，设计预留1路RS485接口和2路CAN通讯接口，这2种通讯接口是目前最常用的局域有线组网通讯方式。RS485是一种半双工的通讯电路，需要由采集终端作为主设备进行召唤，充电设备作为从设备应答召唤上传所需数据;CAN是一种全双工自动优先级检测的通讯电路，总线上的所有设备可以第一时間进行数据传输，数据实时性更高。RS485和CAN通讯均支持总线设备级联，在平衡速率和稳定性后，保证单接口至少能够接入8台以上的充电桩设备。RS485和CAN通讯接口在硬件设计上采用高速光耦，通讯速率达到250kb/s，同时与主控电路实行电气隔离，耐压需达到2kV以上，以保证将外部总线的干扰排除在主控电路外侧，不会引起采集终端控制部分运行异常。
2接口及电源
2.1设备接口
采集设备接口如图2所示。
2.2设备电源
采集终端采用12V电源供电，内部针对不同的器件，系统需提供不同的电源，其中CAN/RS485通讯回路为5V供电，ARM微控制器及其外围电路为3.3V供电，无线通讯模块为3.8V供电，良好稳定的电压可以保证各器件运行在最佳的工作环境。
3充电系统异常处理
通过互联网和计算机处理终端，系统在充电桩与电动汽车之间建立了快速响应的反馈机制，使得用户端和配电网达到供需平衡。然而，随着接入系统电动汽车规模的增加，为使系统正常运行，需要在其中实施一定的策略限制：1）当充电桩发生自检无法发现的故障时，电动汽车用户充电失败后车载智能终端自动上传故障信息，并使该充电桩停止接受预约。2）为防止一次预约多个充电桩情况，进行预约个数为1的限制，当预约其它时，前一个将视为无效预约，且以最后一个预约为成功结果。3）对于预约成功但没有进行充电的情况，对应的充电桩在接收到预测充电时刻信息后延迟若干分钟自行解锁释放，实现共享等待下一个新能源电动汽车的预约。
结语
在此所提出的基于电动汽车充电站的数据采集终端设计方法，可根据CAN或RS485与充电桩监控进行通讯，采集充电桩数据，同时可以根据充电站现场网络环境选择有线网络或无线网络与后台进行通讯，给用户提供多种选择。该采集终端具有离线数据缓存功能，当采集终端与后台通讯不上时，可以自行对充电桩数据进行缓存，待上线后实时上传，无需担心数据丢失问题。现场试验结果表明，采集终端与充电桩监控及采集终端与后台之间通讯稳定、运行可靠，可无差错地进行充电桩数据采集和转发。
参考文献
[1]侯攀峰.分布式交流充电桩控制与管理系统设计[D].徐州：中国矿业大学，2017.
[2]高弘扬.基于SHVC的充电桩管理系统的设计与实现[D].武汉：华中科技大学，2016.
[3]肖丽佳.电能计量装置运行状态的监测与评价[J].集成电路应用，2019，36（3）：76-77.
[4]刘火良，杨森.STM32库开发实战指南：基于STM32F103[M].2版.北京：机械工业出版社，2017.
[5]张培仁，杜洪亮.CAN现场总线监控系统原理和应用设计[M].合肥：中国科学技术大学出版社，2019.
[6]中国电力企业联合会.GB/T27930—2015电动汽车非车载传导式充电机与
关键词：电动汽车;充电桩;数据采集;终端设计
引言
针对电动汽车充电桩缺少有效状态监测的情况，设计了基于嵌入式ARM平台的数据采集终端。终端采用模块化设计，包括数据采集处理、ARM处理平台和数据远传等三部分。数据采集部分采用CAN/RS485通讯，抗干扰能力强。通过ARM和无线技术的有效结合，系统能够独立完成充电站系统运行分析所需主要参数的采集、存储和转发工作。该方案对于提高电动汽车充电站运行维护效率，降低运维成本，具有一定的参考价值。
1充电桩数据采集终端设计方案
电动汽车数据采集终端主要由充电桩数据采集模块、ARM数据处理模块和后台数据远传模块三大部分组成。其中，充电桩数据采集模块通过CAN通讯或RS485通讯与充电桩控制器连接，以通讯方式从充电桩控制器中获取充电桩实时数据;ARM数据处理模块则依靠ARM微控制器的强大处理能力，对不同厂家和型号的充电桩数据进行协议解析、数据转发和存储;后台数据远传模块根据现场的网络布线环境，可选择有线或无线方式将采集数据远传至后台主站系统。系统设计结构如图1所示。
1.1充电桩运行工况数据采集
通过充电桩数据采集终端，获取充电桩运行工况数据，包括设备状态、电气信息、故障告警、开关状态、通讯报文、温度湿度、计量信息共七类数据，以此作为充电桩状态评价数据分析、模型构建的基础。各类数据的数据项具体如下：1）设备状态设备运行状态、车辆连接状态、充电枪座状态、充电接口电子锁状态;2）电气信息输入电压、输入电流、输出电压、输出电流、充电功率、SOC、单体电池最高电压、单体电池最低电压、充电导引电压、绝缘状态;3）模块信息充电模块电压、充电模块电流、充电模块温度、充电模块运行状态、充电模块故障、充电模块直流输出短路故障、充电模块风扇故障、充电模块交流输入告警、充电模块交流输入过压告警、充电模块交流输入欠压告警、充电模块交流输入缺相告警、充电模块直流输出过流告警、充电模块直流输出过压告警、充电模块直流输出欠压告警、充电模块过温告警、充电模块通信告警;4）故障告警急停按钮动作故障、交流断路器故障、直流母线输出接触器故障、直流母线输出熔断器故障、充电接口电子锁故障、充电机风扇故障、避雷器故障、绝缘监测故障、电池反接故障、充电桩过温故障、充电枪过温故障、充电枪未归位、BMS通信异常、输入电压过压、输入电压欠压、其它类型故障、烟雾报警告警、充电中车辆控制导引告警、直流母线输出过压告警、直流母线输出欠压告警、直流母线输出过流告警;5）开关量状态急停开关、门控开关、输出接触器、放电接触器、辅助电源控制、电子锁反馈点;6）通讯报文充电过程中报文信息;7）温度湿度充电机内部温度、充电机内部湿度、充电枪温度、环境温度、环境湿度、电池组最低温度、电池组最高温度;8）计量计费充电电量、充电开始时间、充电结束时间、充电结束原因。采集终端将以上八大类数据分为遥测、遥信、模块信息和交易记录等4个部分进行采集和传输。在充电桩待机时，10min上传一次数据;当充电桩正在充电或发生故障时，15s上传一次数据。
1.2充电桩数据采集模块设计
在应用推广中，采集终端需要与市售不同厂家的充电设备进行对接，因而要求接口多样性，设计预留1路RS485接口和2路CAN通讯接口，这2种通讯接口是目前最常用的局域有线组网通讯方式。RS485是一种半双工的通讯电路，需要由采集终端作为主设备进行召唤，充电设备作为从设备应答召唤上传所需数据;CAN是一种全双工自动优先级检测的通讯电路，总线上的所有设备可以第一时間进行数据传输，数据实时性更高。RS485和CAN通讯均支持总线设备级联，在平衡速率和稳定性后，保证单接口至少能够接入8台以上的充电桩设备。RS485和CAN通讯接口在硬件设计上采用高速光耦，通讯速率达到250kb/s，同时与主控电路实行电气隔离，耐压需达到2kV以上，以保证将外部总线的干扰排除在主控电路外侧，不会引起采集终端控制部分运行异常。
2接口及电源
2.1设备接口
采集设备接口如图2所示。
2.2设备电源
采集终端采用12V电源供电，内部针对不同的器件，系统需提供不同的电源，其中CAN/RS485通讯回路为5V供电，ARM微控制器及其外围电路为3.3V供电，无线通讯模块为3.8V供电，良好稳定的电压可以保证各器件运行在最佳的工作环境。
3充电系统异常处理
通过互联网和计算机处理终端，系统在充电桩与电动汽车之间建立了快速响应的反馈机制，使得用户端和配电网达到供需平衡。然而，随着接入系统电动汽车规模的增加，为使系统正常运行，需要在其中实施一定的策略限制：1）当充电桩发生自检无法发现的故障时，电动汽车用户充电失败后车载智能终端自动上传故障信息，并使该充电桩停止接受预约。2）为防止一次预约多个充电桩情况，进行预约个数为1的限制，当预约其它时，前一个将视为无效预约，且以最后一个预约为成功结果。3）对于预约成功但没有进行充电的情况，对应的充电桩在接收到预测充电时刻信息后延迟若干分钟自行解锁释放，实现共享等待下一个新能源电动汽车的预约。
结语
在此所提出的基于电动汽车充电站的数据采集终端设计方法，可根据CAN或RS485与充电桩监控进行通讯，采集充电桩数据，同时可以根据充电站现场网络环境选择有线网络或无线网络与后台进行通讯，给用户提供多种选择。该采集终端具有离线数据缓存功能，当采集终端与后台通讯不上时，可以自行对充电桩数据进行缓存，待上线后实时上传，无需担心数据丢失问题。现场试验结果表明，采集终端与充电桩监控及采集终端与后台之间通讯稳定、运行可靠，可无差错地进行充电桩数据采集和转发。
参考文献
[1]侯攀峰.分布式交流充电桩控制与管理系统设计[D].徐州：中国矿业大学，2017.
[2]高弘扬.基于SHVC的充电桩管理系统的设计与实现[D].武汉：华中科技大学，2016.
[3]肖丽佳.电能计量装置运行状态的监测与评价[J].集成电路应用，2019，36（3）：76-77.
[4]刘火良，杨森.STM32库开发实战指南：基于STM32F103[M].2版.北京：机械工业出版社，2017.
[5]张培仁，杜洪亮.CAN现场总线监控系统原理和应用设计[M].合肥：中国科学技术大学出版社，2019.
[6]中国电力企业联合会.GB/T27930—2015电动汽车非车载传导式充电机与