廈門才茂基于無線數據傳輸技術充電樁終端的解決方案

1、引言

隨著人們環保意識的增強，世界各國對新能源汽車的推廣支持，新能源汽車在未來汽車市場將占據重要地位，如果說過去充電站等配套設施的不完備在一定程度上限制了電動汽車發展的話，那么這一問題正在逐步得到解決。國家電網和南方電網分別投入巨資建設電動汽車充電站和充電樁等與新能源汽車相關的配套充電設施，隨著兩大電網制定了在全國大規模建設電動汽車充電站和充電樁的計劃，電動汽車充電站建設已經進入快車道，而隨著“互聯網+”概念的提出，則將利用互聯網的平臺、信息通信技術把互聯網和包括傳統行業在內的各行各業結合起來，從而在新領域創造一種新生態。

據媒體新聞報道福建、浙江、吉林、安徽、江蘇、山西、江西、山東等國內大多省份已陸續建立起電動汽車充電站。圍繞為電動汽車充電這塊巨大“蛋糕”的激烈競爭已悄然啟幕，國家電網、南方電網、中石化、中海油等能源央企紛紛跑馬圈地。

關鍵字：無線 DTU；工業級DTU；充電樁；新能源；互聯網+；

2、政策背景

2015年10月9日，國務院辦公廳下發《關于加快電動汽車充電基礎設施建設的指導意見》。這是9月29日，國務院常務會議確定支持新能源和小排量汽車發展措施后的又一重大舉措。

《指導意見》提出，到2020年，基本建成適度超前、車樁相隨、智能高效的充電基礎設施體系，滿足超過500萬輛電動汽車的充電需求；建立較完善的標準規范和 市場監管體系，形成統一開放、競爭有序的充電服務市場。根據國家“十三五”規劃，到2020年，充換電站數量將達到1.2萬個，充電樁達到450萬個。

數據顯示，今年1-8月，我國新能源車累計生產12.35萬輛，同比增長3倍。截至8月底，全國新能源車保有量約為24萬輛。但充電樁僅為3.7萬個，車樁比例為8:1，充電樁的建設速度遠遠跟不上新能源車步伐。

有機構表明，明年我國充電樁產業規模將達到330.78億元，到2020年可達到1000億元。

3、充電樁

充電樁是新能源電動力車的電站，其功能類似于加油站里面的加油機。每個充電樁都裝有充電插頭，充電樁可以根據不同的電壓等級，為各類電動車輛充電。電動汽車充電樁采用的是交流、直流供電方式，充電時，需要刷充電卡，充電樁顯示充電量、充電時間以及費用等數據，并打印單據，可實現計時充電和計量充電功能。

4、應用前景

由于充電樁的功能類似于加油機，其用途的特殊性決定了充電樁建設的特點是被測點多、分散、覆蓋面廣、通信距離遠，需集中管理。并且隨著新能源汽車的急速發展，對其網絡拓撲要求具有靈活性和擴展性的結構，因此，電動汽車充電樁通信方式的選擇應考慮如下問題：

 （1） 通信的可靠性——通信系統要長期經受惡劣環境和較強的電磁干擾或噪音干擾的考驗，并保持通信的暢通。

 （2） 建設費用——在滿足可靠性的前提下，綜合考慮建設費用及長期使用和維護的費用。

 （3） 雙向通信——不僅能實現信息量的上傳，還要實現控制量的下達。

 （4） 多業務的數據傳輸速率——隨著以后終端業務量的不斷增長，主站到子站、子站到終端之間通信對實現多業務的數據傳輸速率要求越來越高。

 （5） 通信的靈活性和可擴展性——由于充電樁（栓）具有控制點面多、面廣和分散的特點，要求采用標準的通信協議，隨著“ALL IP”網絡技術趨勢的發展以及電力運營業務的不斷增長，需要考慮基于IP的業務承載，同時要求便于安裝施工、調試、運行、維護。

5、通訊方式

電動汽車充電樁屬于配電網側，其通信方式往往和配電網自動化一起綜合考慮。通信是配電網自動化的一個重點和難點，區域不同、條件不同，可應用的通信方式也不同，具體到電動汽車充電樁，其通信方式主要有有線方式和無線方式：

（1）有線方式

有線方式主要有：有線以太網（RJ45線、光纖）、工業串行總線（RS485、RS232、CAN

總線）。

有線以太網主要優點是數據傳輸可靠、網絡容量大，缺點是布線復雜、擴展性差、施

工成本高、靈活性差。

工業串行總線（RS485、RS232、CAN總線）優點是數據傳輸可靠，設計簡單，缺點是

布網復雜、擴展性差、施工成本高、靈活性差、通信容量低。

（2）無線方式

無線方式主要采用移動運營商的無線網絡數據接入業務，如：GPRS/CDMA/TD-SCDMA/WCDMA/EVDO以及更新的4G LTE網絡等。

無線方式的優點是：成本低廉、建設工程周期短、適應性強、擴展性好、維護方便并且擴展容易。

基于此，利用2G/3G/4G無線數據傳輸技術，基于服務端應用寬帶有線網絡提供固定IP或者動態IP（可用域名綁定）以及端口號，將這些服務端參數設置在才茂通信無線傳輸終端DTU上，利用它能夠自動解析域名地址，連接到服務端的充電樁管理平臺，可以為新能源交通行業提供實時的數據采集、傳輸、發布、遠程管理與控制、實現遠程無線數據傳輸的完美解決方案。

6、系統組成及組網方案

在過去的三年里，廈門才茂為國電南瑞、許繼電氣、深圳比亞迪等多個用戶實現了電動汽車充電樁項目上的批量應用，實現了基于嵌入式技術的自助智能電動汽車充電樁終端方案及產品。系統總體結構如下圖所示：

 

充電樁系統拓撲圖

本系統主要由交流/直流充電樁、才茂無線數傳終端DTU， 各種2G/3G/4G無線網絡及通訊網絡、充電樁系統管理平臺軟件等組成。

1、才茂無線數傳DTU可以提供RS232/RS485/RS422/TTL/端子各種接口與各種帶串口的充電樁進行連接，如果充電樁是以太網接口可以選擇才茂另外一個無線路由器系列的產品對接；

2、數傳DTU通過各種無線網絡，將各種充電樁終端的數據無線透明傳輸到服務器端的充電系統管理平臺，此系統平臺軟件包括計量計費系統、充電監控系統、配電監控系統、安防監控系統等。

充電樁終端分析圖

 

電動汽車充電樁采用的是交、直流供電方式，不需要加油、加氣，避免了排放尾氣、污染環境，符合以低碳為核心元素的中國未來城市發展理念。

7、系統功能

系統可實現以下功能：

1、 實時數據傳輸功能：通過2G/3G/4G各種無線網絡， 能夠實時地將充電樁終端的數據透明傳輸（原封不動）到服務器后端的充電樁系統管理平臺；

2、充電樁系統管理平臺軟件主要實現包括計量計費系統、充電監控系統、配電監控系統、安防監控系統這幾大塊的應用功能的管理；

3、遠程監控功能：服務端的管理平臺可以隨時監控充電樁的運行情況，包括電量變送器、斷路器、工控主機、計費器、觸摸屏等設備工作參數的上傳，也可以通過無線DTU下達各種工作指令給充電樁終端設備；

4、遠程報警維護功能：可以實時監控充電樁的運行狀態，一旦出現故障告警，可以遠程維護調試或升級，做到及時處理異常充電樁終端的問題；

5、應用擴展功能：可接入第三方APP軟件，利用才茂通信GPS設備以及對應定位系統軟件，直接為充電用戶提供手機APP，可以實現地圖上尋址和導航功能。

8、才茂DTU無線數傳終端介紹

DTU(Data Transfer Unit),全稱數據傳輸單元,為用戶提供高速、永遠在線、TCP/UDP 透明數據傳輸的工業級無線終端設備。產品采用高速高性能工業級ARM9 嵌入式處理器或者X86 架構高性能嵌入式處理器，以實時操作系統為軟件支撐平臺，超大內存，內嵌自主知識產權的TCP/IP 協議棧，為用戶提供高速，穩定可靠，數據終端永遠在線，多種協議轉換、虛擬專用網絡的系統應用。針對網絡流量控制的用戶，DTU 產品支持語音，短信，數據觸發上線以及超時自動斷線的功能。同時也支持雙數據中心備份，以及多數據中心同步接收數據等功能。

8.1、才茂DTU功能的優勢

1)豐富的接口類型：支持串口RS232接口、RS485接口、RS422接口、TTL接口或者USB接口， 滿足客戶應用現場不同接口需求。

 2）完善的網絡支持：支持GPRS/CDMA/WCDMA/TD-SCDMA/EVDO/LTE-FDD/LTE-TDD七大無線網絡，滿足不同行業客戶的全方面需求。

 3）三層系統保護：在原來兩級（軟件保護+CPU內置看門狗WDT保護）系統保護的基礎上，增加一級系統虛擬值守VWM（Virtual Man Watch）檢測保護功能，確保系統穩定可靠

 4)金屬外殼：采用金屬外殼，防輻射，抗干擾；外殼和系統安全隔離，防雷設計；符合電力安規要求；防護等級為IP41；特別適合于環境惡劣的工業控制領域。

 5）完全工業級設計生產，支持寬電壓5-32V供電。

 6）通信模塊均采用工業級無線模塊，所有無線模塊都有通過CGD認證或者FCC認證或者CE認證

 7）高速處理CPU：采用高速性能工業級CPU，可以更加高速地處理各種協議數據轉換；解決了業內“假在線”、“假死機”、“當機”等疑難問題。

 8)超大內存：FLASH64Mbits，SDRAM，256Mbits（不同型號內存不同），有超大的內存來緩存客戶發送數據，同時接收超大數據包，數據不丟失。

 9)DNS自動獲取：自動獲取DNS，不再需要人工配置輸入DNS；規避了因為選擇的DNS服務器異常而導致DTU設備當機的嚴重現象。

 10）完善的協議棧：新系統加載了完善的TCP/IP協議棧，采用了完善的TCP/IP協議棧；使網絡通信性能優異，掉線概率極大降低。

11） EMC性能優異：通過電力3000V電擊測試，特別適合在工業領域環境惡劣下使用；系統EMC/EMI優異，系統穩定可靠；通過EMC測試；

12） 支持短信遠程配置，遠程控制；支持短消息告警；

13） 智能防掉線。支持在線檢測，在線維持，掉線自動重撥，確保設備永遠在線；

14） 支持批量配置功能；

8.2、DTU系列產品資質與檢測

1、無線通信在線維持專利技術

2、摩爾實驗室高低溫檢測報告

3、福建省產品質量檢驗研究院檢測

4、著作版權證書

5、EMC檢測報告

6、國家強制3C認證

7、DTU創新產品獎

8、深圳比亞迪用戶測試報告

9、才茂資質

公司榮譽：

2009 年公司GPRS DTU 產品被評為“創新產品獎”；

2011 年被評為“中國工控行業客戶滿意最好供應商”；

2012 年公司成為“中國質量萬里行”會員；

2013 年公司成為“智能輸配電設備產業技術創新戰略聯盟”會員；

2010 年被國家認定的高新科技企業；

2010 年被國家認定的雙軟企業企業；

公司擁有1 項保持設備穩定的專利技術證書和12 個軟件著作版權證書；

全國設立了9 大區域辦事處，66個代理商，方便為客戶提供近距離貼心服務；

公司注冊資本1280 萬；廈門市重點扶持高新科技企業；

12 年的行業研發積累和行業應用考驗。

10、結束語

大力推進充電基礎設施建設，解決電動汽車充電難題，是發展新能源汽車產業的重要保障，對于打造大眾創業、萬眾創新和增強公共產品、公共服務“雙引擎”，實現穩增長、調結構、惠民生都具有重要意義。