充電樁能量管理終端的制作方法

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本發明涉及充電樁技術領域，具體涉及一種充電樁能量管理終端。

背景技術：

新能源汽車最終取代傳統燃料汽車，已經只是時間問題。隨著油價高起、能源日益短缺，以節能環保為目的的新型汽車如雨后春筍般涌現，電動汽車由于其自身優勢在眾多新能源汽車大戰中脫穎而出。除了技術突破和標準統一，相關基礎設施建設也必須同步開展，像路邊加油站對于燃油汽車，高效的“汽車充電站”網絡及管理這些充電站的充電樁并提供便捷的支付手段的運營與監控系統是電動汽車發展的必要前提條件。

當前市場充電樁接入充電樁運營與監控系統主站的方式主要有：(1)充電樁自帶遠程模塊直接接入遠程網絡；(2)充電樁以近距離通信接口(CAN/485等)接入規約轉換器，規約轉換器接入遠程網絡；(3)在網絡中引入計費控制單元，將業務相關部分和電氣相關部分相對獨立，由充電樁內部充電控制器完成充電控制并提供對電氣部分的保護，計費控制單元完成業務邏輯和遠程通信。

此外，充電站中使用的配變設備的管理通常使用配變管理終端完成，而如安防系統或其他保護設備，則需要提供各自的規約轉換器接入網絡。由于充電站中使用的充電樁、配電設備、其他輔助設備來自不同供應商，沒有統一的標準和接口。為了實施充電站運營與管理系統，必須配置各自的接口和協議轉換裝置,難以保證在前置機位置上通信一致性，主站為了配合這些設備必須完成大量的協議識別和對接工作，形成的網絡結構復雜，故障率高，組網成本高，維護困難。

技術實現要素：

針對現有技術存在的不足，本發明的目的在于提供一種具有多種遠程通信接口和兼容多種規約的能力，組網成本低，維護容易，故障率低的充電樁能量管理終端。

為實現上述目的，本發明提供了如下技術方案：一種充電樁能量管理終端，包括主板、配變RTU功能模塊、計量功能模塊、計費控制功能模塊、硬件加密模塊、安防設備管理模塊、遠程信道和近程信道，遠程信道包括2G/3G/4G模塊和兩個RU45接口，近程通信接口包括RS485通信接口或CAN接口和載波/無線模塊；所述主板上固定設置有處理器、外擴存儲接口、RS232接口、SPI接口、USB Host接口、芯片接口、定位裝置接口、音頻輸出口、喇叭接口和RTC時鐘；所述配變RTU功能模塊連接有配電設備控制單元，所述配電設備控制單元連接有配電設備，所述RS485通信接口與配變RTU功能模塊連接，所述載波/無線模塊通過RS232接口與配變RTU功能模塊連接，所述計費控制功能模塊和安防設備管理模塊均與配變RTU功能模塊連接，所述配變RTU功能模塊通過SPI接口連接硬件加密模塊；所述計量功能模塊與遠程信道的各部件連接；所述CAN接口連接有充電樁，通過CAN接口與充電樁通信，充電樁與載波/無線模塊之間設置有充電樁計量電能表；所述安防設備管理模塊連接有安防設備，所述USBHost接口連接有外接U盤；定位裝置接口連接有GPS或北斗定位裝置，實現充電樁定位；音頻輸出口和喇叭接口發出語音提示；所述RTC時鐘設置有充電電池。

充電樁能量管理終端由主板、計量模塊、通信模塊、硬件加密模塊、控制模塊等組成。充電樁能量管理終端在體系架構上可以理解為物聯網的數據中心，硬件上具備多種遠程通信接口(2G/3G/4G/以太網，用于與管理主站通信)和多種近程通信接口(485/CAN/載波/微功率無線，用于數據采集和控制)，軟件上兼容多種通信協議，功能上集成了計量儀表、配變RTU、計費控制單元等設備的功能。

充電樁能量管理終端本身具備計量功能，三相三(四)線制交流電壓輸入能夠完成充電站總表功能，監測功率、電流、電壓、電量、功率因數等，并具備脈沖輸出端子；

充電樁能量管理終端具備獨立三通道遠程信道(2G/3G/4G可選、2路以太網)，三路可分別配置通信協議，支持南方電網充電樁通信協議、遠動設備104規約、DL/698規約，預留接口可定制其他通信規約。

充電樁能量管理終端具備485及載波/無線通道，可配置同時抄取8只配電設備中的電能表，實時監測配電變壓器高、低壓側的三相電壓、電流、功率因數等運行數據。同時，終端通過遙控通道可以對配電設備進行控制，優化電網品質或為電網提供必要的故障保護。

充電樁能量管理終端通過CAN通道與充電樁通信，主要獲得二類信息：

充電樁狀態信息：輸入輸出電壓、電流、電量、功率因數、充電時間、當前充電模式、充電樁故障信息等；

電池狀態信息：電池基本信息、電池單體電壓、電池單體溫度、電池故障信息、電池管理系統設置信息等，體統根據采集到的電池單體電壓、溫度等計算出電池包內單體最高電壓、最低電壓、最高溫度、最低溫度等統計信息，供限值統計、告警等使用。

充電樁能量管理終端通過CAN通道對充電樁控制功能包括：對充電樁發送充電開始、停止、急停控制，充電模式調整，對電池或充電樁發送對時命令。

此外，充電樁能量管理終端還可以通過配置直接抄取充電樁中的交流電能表或直流電能表。

充電樁能量管理終端通過SPI接口連接硬件加密模塊(ESAM/PSAM)對敏感數據進行加密，此功能可以用來對充電卡數據進行加解密操作，同時也可以對網絡傳輸的數據進行加解密操作，從而實現包括APP在線支付和刷卡在內的安全支付功能。

充電樁能量管理終端通過RS232或CAN接口，對安防設備提供監控功能。

此外，充電樁能量管理終端還具備以下接口：6路DI，6路DO；LCD接口帶4線電阻觸摸信號，外接LVDS液晶屏；RTC時鐘帶電池充電功能，系統掉電后時鐘保持正常使用1年以上。

通過采用以上技術方案，充電樁能量管理終端為充電樁運營與監控系統中需要使用的多種設備提供了一種統一和靈活的接入方式。一個終端可以管理1～16臺充電樁(直流或交流)，并同時管理配變設備和安防設備。甚至在某些小型充電站建站時只需要使用一臺充電樁能量管理終端就可以完成原來由許多設備配合才能完成的組網工作。大大降低了系統組網的難度和成本，維護容易，故障率低。

作為優選的：所述處理器為：TI AM3354Sitara ARM Cortex-A8,主頻800MHz；內存為：512MB DDR3；FLASH：1GB Nandflash；采用Linux 3.14內核版本：運行QT界面。

作為優選的：所述計量模塊采用ATT7022E計量芯片，計量模塊固定安裝在主板上。

作為優選的：所述主板上還固定設置有CPLD可編程控制器，所述CPLD可編程控制器上設置有擴展GPTO、點陣式液晶顯示接口和IRIG-B碼解碼器；所述外擴存儲接口插接有SD卡；CAN接口共設置2個；USB Host接口共設置2個。

作為優選的：所述芯片接口上安裝ESAM芯片或PSAM芯片。

作為優選的：還包括數據采集裝置、控制指令轉發裝置和數據處理裝置，

所述數據采集裝置用于采集以下數據：

(1)采集充電樁工作狀態和參數；

(2)采集電池組工作狀態和參數；

(3)采集充電站配電系統監控上傳的開關狀態、保護信號、電壓電流、有功功率、無功功率和功率因數；

(4)采集安防設備報警數據。

作為優選的：所述控制指令轉發裝置轉發主站向充電樁或其他設備的控制指令，控制指令包括：遙控充電機啟停、校時、緊急停機、遠方設定充電參數，控制配電系統斷路器及開關的分合指令。

作為優選的：根據數據性質、重要性進行分類存儲，提供對充電機和電池組遙測、遙信、報警事件等實時數據和歷史數據的集中存儲和查詢功能；系統具備操作記錄、系統故障記錄、充電運行參數異常記錄和電池組參數異常記錄功能。

本發明的優點是：與現有技術相比，本發明結構設置更加合理，充電樁能量管理終端集成了計量儀表、配變RTU、計費控制單元等設備的功能，硬件上具備多種遠程通信接口(2G/3G/4G/以太網，用于與管理主站通信)和多種近程通信接口(485/CAN/載波/微功率無線，用于數據采集和控制)，軟件上兼容多種通信協議。為運營與監控系統中需要使用的多種設備提供了一種統一和靈活的接入方式。一個終端可以管理1～16臺充電樁(直流或交流)，并同時管理配變設備和安防設備。甚至在某些小型充電站建站時只需要使用一臺充電樁能量管理終端就可以完成原來由許多設備配合才能完成的組網工作。大大降低了系統組網的難度和成本，維護容易，故障率低。

下面結合說明書附圖和具體實施例對本發明作進一步說明。

附圖說明

圖1為本發明實施例基于充電樁能量終端組網的充電樁運營與監控管理系統架構圖；

圖2為本發明實施例充電樁能量管理終端的原理框圖；

圖3充電樁能量管理終端各功能模塊與外設連接示意圖。

具體實施方式

參見圖1、圖2和圖3，本發明提供一種充電樁能量管理終端，包括主板、配變RTU功能模塊1、計量功能模塊2、計費控制功能模塊3、硬件加密模塊4、安防設備管理模塊5、遠程信道6和近程信道7，遠程信道6包括2G/3G/4G模塊和兩個RU45接口，近程通信接口7包括RS485通信接口或CAN接口和載波/無線模塊；所述主板上固定設置有處理器8、外擴存儲接口9、RS232接口10、SPI接口11、USB Host接口12、芯片接口13、定位裝置接口14、音頻輸出口15、喇叭接口和RTC時鐘16；所述配變RTU功能模塊1連接有配電設備控制單元17，所述配電設備控制單元17連接有配電設備18，所述RS485通信接口與配變RTU功能模塊1連接，所述載波/無線模塊通過RS232接口10與配變RTU功能模塊1連接，所述計費控制功能模塊3和安防設備管理模塊5均與配變RTU功能模塊1連接，所述配變RTU功能模塊1通過SPI接口11連接硬件加密模塊4；所述計量功能模塊2與遠程信道6的各部件連接；所述CAN接口連接有充電樁19，通過CAN接口與充電樁19通信，充電樁19與載波/無線模塊之間設置有充電樁計量電能表20；所述安防設備管理模塊5連接有安防設備21，所述USB Host接口12連接有外接U盤；定位裝置接口14連接有GPS或北斗定位裝置，實現充電樁定位；音頻輸出口15和喇叭接口發出語音提示；所述RTC時鐘16設置有充電電池。

充電樁能量管理終端改變了當前充電站每種設備都配備自己的網絡接入接口的模式，將物聯網技術引進的充電樁運營管理中，研究開發了充電樁能量管理終端。充電樁能量管理終端在體系架構上可以理解為物聯網數據中心，硬件上具備多種遠程通信接口(2G/3G/4G/以太網，用于與管理主站通信)和多種近程通信接口(485/CAN/載波/微功率無線，用于數據采集和控制)，軟件上兼容多種通信協議，功能上集成了計量儀表、配變RTU、計費控制單元等設備的功能，為運營與監控系統中需要使用的多種設備提供了一種統一和靈活的接入方式，大幅度降低了系統組網的難度和成本，有望將來成為充電樁市場主流的組網設備。圖1為基于本發明“充電樁能量終端”組網的充電樁運營與監控管理系統架構圖。

充電樁能量管理終端主要實現以下功能：

1.充電樁監控

充電樁能量管理終端通過CAN通道與充電樁通信，主要獲得二類信息：充電樁狀態信息：輸入輸出電壓、電流、電量、功率因數、充電時間、當前充電模式、充電樁故障信息等；

充電樁能量管理終端通過CAN通道對充電樁控制功能包括：對充電樁發送充電開始、停止、急停控制，充電模式調整，對電池或充電樁發送對時命令。

此外，充電樁能量管理終端還可以通過配置直接抄取充電樁中的交流電能表或直流電能表。

2.與遠程管理主站通信

通過遠程通信功能，終端將充電樁、配電設備、安防設備的實時和歷史數據傳送到管理主站，同時接接收和轉發遠程主站對設備的設置控制命令。

3.配電設備監控

4.數據安全保證方案

充電樁能量管理終端采用硬件加密，通過SPI接口連接硬件加密模塊(ESAM/PSAM)對敏感數據進行加密，此功能可以用來對充電卡數據進行加解密操作，同時也可以對網絡傳輸的數據進行加解密操作，從而實現包括APP在線支付和刷卡在內的安全支付功能。

5.計量

充電樁能量管理終端以三相三(四)線制交流電壓輸入，自帶計量芯片，計量準確度相關技術指標滿足“三相多功能電能表技術規范”相應等級要求，有功為1級、無功為2級。設計的計量功能有：

瞬時值測量：三相電壓/電流、總及分相功率因數、總及有功/無功功率、零序電流等。

最大需量測量：在指定的需量周期及滑差窗口大小條件下，測量正反有/無功最大需量，四象限有/無功最大需量值。

有/無功電量計量：正反有功、正反無功/四象限無功。

事件記錄：停上電、回路異常等。可設定事件記錄標志并可選擇主動上報功能。

具備脈沖輸出端子。

充電樁能量管理終端能夠完成充電站總表功能。

6.安防設備監控

充電樁能量管理終端通過RS232或CAN接口，對安防設備提供監控功能。

7.其他接口功能實現

充電樁能量管理終端還具備以下接口：6路DI，6路DO；LCD接口帶4線電阻觸摸信號，外接LVDS液晶屏；RTC時鐘帶電池充電功能，系統掉電后時鐘保持正常使用1年以上。圖2為本發明實施充電樁能量管理終端的原理框圖；