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摘要：随着我国物联网技术水平的不断发展以及电动汽车的日益普及，电动汽车充电桩也面临着升级换代，朝着更智能、更便捷、更优质的方向发展。本文以物联网技术为出发点，对电动汽车充电桩设计进行了探索分析，力求实现物联网技术与电动汽车充电设施更好的融合，为社会提供更加人性化的服务。
关键字：物联网技术；电动汽车；充电桩设计；研究
伴随着物联网技术的快速发展，对于人们生活方式产生了巨大影响。以拥有众多使用者的电动汽车充电桩为例，以往那种相对集中、模式单一、封闭独立的充电系统已经逐步被基于物联网、模式多样、互联互通的新型充电系统所取代。为车主提供便利的同时，在很大程度上推动了新能源产业的快速发展。在未来的发展中，还应持续优化电动汽车充电桩设计方案，使其更加现代化、人性化、智能化。
1.物联网技术
物联网技术是信息技术的重要组成部分，它通过智能感知、识别技术、普适计算、泛在网络等多个专业领域的融合得以实现。与人人相连的互联网不同的是，物联网是物物相连，二者既有区别，又有关联。首先，物联网是在互联网的基础上延伸出来的，其核心仍是互联网；其次，物联网所针对的是物品与物品之间的信息互联互通。继计算机技术、互联网技术之后，物联网技术被称为世界信息产业的第三次浪潮。
2.传统电动汽车充电桩的运行架构
传统的电动汽车充电桩采用的是电气控制与交易服务合二为一的架构模式，硬件统一使用一块集成板卡，如图1所示。其中，电气控制部分包括充电控制器和充电单元；交易服务部分包括人机界面、通信模块、电度表以及读卡器。从图1中可以看出，电气控制与交易服务融合在一起，没有实现独立运行。在这种运行模式下，来自于不同厂家的充电桩存在一定程度的差异，整个充电桩系统不够标准化，用户结算过程也缺少便捷性与安全性。
图1传统电动汽车充电桩架构示意图
3.物联网技术下电动汽车充电桩的设计方案
3.1架构设计
新型电动汽车充电桩的架构分为电气控制和认证结算两个单元。在硬件方面，采用两块独立板卡分别控制，实现了两个单元的独立运行，如图2所示。其中，认证结算单元包括人机界面、读卡器、EASM认证、通信模块以及增值服务等功能。其中的通信模块需同时与电气控制单元、监控运营系统及电度表等设备完成信息的互联互通。电气控制单元板卡负责完成包括充电控制器及充电单元等部分功能。通过这种新型的架构设计，消除了来自于不同厂家充电桩的产品差异性，使整个电动汽车充电系统更加标准化、规范化；任何来自于用户业务需求上的变动，都不会影响到电气控制部分的正常工作。不但为日后的升级维护提供了便利，还降低了维护成本；另外，通过统一规范的交易结算模式，使用户的结算过程变得更加安全与便利。
图2物联网技术下电动汽车充电桩架构示意图
3.2功能设置
物联网技术下的电动汽车充电桩的主要功能有：访问控制、用户认证、计量计费、结算支付、充电记录、交易数据加密、通信等（详细功能描述参见表1）。其中，认证结算部分的主要功能有：人机、认证、结算、计量、通信及交易服务等；电气控制部分的主要功能有：充电控制及其相关的充电开关、电气回路等。
表1物联网技术下的电动汽车充电桩功能明细表
3.3标准体系
如图3所示，针对物联网技术下的电动汽车充电桩标准体系进行了重要梳理；此外，为了更好的为新型充电桩架构提供支撑，特别制定了一个规范，即：认证结算单元功能接口技术规范；两个协议，即：认证结算单元与监控运营管理系统间通信协议、认证结算单元与充电控制单元间通信协议。
图3电动汽车充电桩标准体系示意图
3.4业务流程
本文以鉴权认证业务流程为例，对其进行详细说明，其它业务流程延续此模式，在此就不一一赘述了。如图4所示，当认证结算单元与监控运营重叠时，需确认该充电桩的合法性，通过取连接时随机数的方式进行鉴权认证。其中，主站随机数由监控运营系统的读卡器（EASM）芯片生成，用于给监控运营数据加密和桩上数据解密；终端随机数由桩上读卡器芯片生成，用于给桩上数据加密和监控运营数据解密。当监控运营或桩鉴权失败时，充电桩会重新发起认证申请；在通过认证之前，该充电桩无法进行刷卡充电。鉴权码是用来判断对方随机数是否正确性；充电桩资产编号和充电端口号需在充电控制器界面上设置，设置完成后保存到认证结算单元。
图4鉴权认证业务流程示意图
4.物联网技术下电动汽车充电桩的技术实现
4.1硬件接口
电动汽车充电桩的主要硬件接口包括：CPU处理器、ESAM模块、非易失存储器、读卡器接口、电能表接口、远程通信接口、显示器接口、充电控制器接口、语音模块、定位模块、开关量输入、开关量输出、时钟、电源管理等。详细内容参见表2。
表2电动汽车充电桩硬件接口明细表
4.2软件设计
在开发电动汽车充电桩系统软件时，可采取模块化、组件化的方式，进行单进程、多线程、分模块式的开发；还可以应用RoseUML/Visio等辅助工具进行设计；采用QT/VS2008进行集成开发，通过C/C++语言开展软件模块编码工作。
4.3组网实现
如图5所示，通过无线通信和无线中继技术在电动汽车充电桩系统中实现无线网络的全面覆盖；集成WIFI通信模块可同时支持802.11b和802.1lg标准，为无线就地组网提供相关支持，使所有充电桩都成为局域网中的一个节点。通过无线技术，使各充电桩之间可通过无线信号进行通信，且不会对无线覆盖功能造成影响。通过GPRS无线通信接口，完成虚拟热点服务，通过其发布和调用技术，与上级系统进行信息交互。
图5电动汽车充电桩组网实现示意图
结束语：
本文在总结了传统电动汽车充电系统的不足之处后，结合当前的物联网技术，对新型电动汽车充电系统及运营平台进行了探索研究。在设计的过程中，力求让电动汽车充电桩的各项功能更加合理、实用；处处体现出物联网技术给人们带来的便捷与高效，为广大用户提供更加优质、安全的服务。同时，推动我国的信息技术产业与新能源产业的可持续发展。
参考文献：
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