充电桩能量管理终端的制作方法

本实用新型涉及充电桩技术领域，具体涉及一种充电桩能量管理终端。

背景技术：

新能源汽车最终取代传统燃料汽车，已经只是时间问题。随着油价高起、能源日益短缺，以节能环保为目的的新型汽车如雨后春笋般涌现，电动汽车由于其自身优势在众多新能源汽车大战中脱颖而出。除了技术突破和标准统一，相关基础设施建设也必须同步开展，像路边加油站对于燃油汽车，高效的“汽车充电站”网络及管理这些充电站的充电桩并提供便捷的支付手段的运营与监控系统是电动汽车发展的必要前提条件。

当前市场充电桩接入充电桩运营与监控系统主站的方式主要有：(1)充电桩自带远程模块直接接入远程网络；(2)充电桩以近距离通信接口(CAN/485等)接入规约转换器，规约转换器接入远程网络；(3)在网络中引入计费控制单元，将业务相关部分和电气相关部分相对独立，由充电桩内部充电控制器完成充电控制并提供对电气部分的保护，计费控制单元完成业务逻辑和远程通信。

此外，充电站中使用的配变设备的管理通常使用配变管理终端完成，而如安防系统或其他保护设备，则需要提供各自的规约转换器接入网络。由于充电站中使用的充电桩、配电设备、其他辅助设备来自不同供应商，没有统一的标准和接口。为了实施充电站运营与管理系统，必须配置各自的接口和协议转换装置,难以保证在前置机位置上通信一致性，主站为了配合这些设备必须完成大量的协议识别和对接工作，形成的网络结构复杂，故障率高，组网成本高，维护困难。

技术实现要素：

针对现有技术存在的不足，本实用新型的目的在于提供一种具有多种远程通信接口和兼容多种规约的能力，组网成本低，维护容易，故障率低的充电桩能量管理终端。

为实现上述目的，本实用新型提供了如下技术方案：一种充电桩能量管理终端，包括主板、配变RTU功能模块、计量功能模块、计费控制功能模块、硬件加密模块、安防设备管理模块、远程信道和近程信道，远程信道包括2G/3G/4G模块和两个RU45接口，近程通信包括RS485通信接口或CAN接口和载波/无线模块；所述主板上固定设置有处理器、外扩存储接口、RS232接口、SPI接口、USB Host接口、芯片接口、定位装置接口、音频输出口、喇叭接口和RTC时钟；所述配变RTU功能模块连接有配电设备控制单元，所述配电设备控制单元连接有配电设备，所述RS485通信接口与配变RTU功能模块连接，所述载波/无线模块通过RS232接口与配变RTU功能模块连接，所述计费控制功能模块和安防设备管理模块均与配变RTU功能模块连接，所述配变RTU功能模块通过SPI接口连接硬件加密模块；所述计量功能模块与远程信道的各部件连接；所述CAN接口连接有充电桩，通过CAN接口与充电桩通信，充电桩与载波/无线模块之间设置有充电桩计量电能表；所述安防设备管理模块连接有安防设备，所述USBHost接口连接有外接U盘；定位装置接口连接有GPS或北斗定位装置，实现充电桩定位；音频输出口和喇叭接口发出语音提示；所述RTC时钟设置有充电电池。

充电桩能量管理终端由主板、计量模块、通信模块、硬件加密模块、控制模块等组成。充电桩能量管理终端在体系架构上可以理解为物联网的数据中心，硬件上具备多种远程通信接口(2G/3G/4G/以太网，用于与管理主站通信)和多种近程通信接口(485/CAN/载波/微功率无线，用于数据采集和控制)，软件上兼容多种通信协议，功能上集成了计量仪表、配变RTU、计费控制单元等设备的功能。

充电桩能量管理终端本身具备计量功能，三相三(四)线制交流电压输入能够完成充电站总表功能，监测功率、电流、电压、电量、功率因数等，并具备脉冲输出端子；

充电桩能量管理终端具备独立三通道远程信道(2G/3G/4G可选、2路以太网)，三路可分别配置通信协议，支持南方电网充电桩通信协议、远动设备104规约、DL/698规约，预留接口可定制其他通信规约。

充电桩能量管理终端具备485及载波/无线通道，可配置同时抄取8只配电设备中的电能表，实时监测配电变压器高、低压侧的三相电压、电流、功率因数等运行数据。同时，终端通过遥控通道可以对配电设备进行控制，优化电网品质或为电网提供必要的故障保护。

充电桩能量管理终端通过CAN通道与充电桩通信，主要获得二类信息；

充电桩状态信息：输入输出电压、电流、电量、功率因数、充电时间、当前充电模式、充电桩故障信息等；

电池状态信息：电池基本信息、电池单体电压、电池单体温度、电池故障信息、电池管理系统设置信息等，体统根据采集到的电池单体电压、温度等计算出电池包内单体最高电压、最低电压、最高温度、最低温度等统计信息，供限值统计、告警等使用。

充电桩能量管理终端通过CAN通道对充电桩控制功能包括：对充电桩发送充电开始、停止、急停控制，充电模式调整，对电池或充电桩发送对时命令。

此外，充电桩能量管理终端还可以通过配置直接抄取充电桩中的交流电能表或直流电能表。

充电桩能量管理终端通过SPI接口连接硬件加密模块(ESAM/PSAM)对敏感数据进行加密，此功能可以用来对充电卡数据进行加解密操作，同时也可以对网络传输的数据进行加解密操作，从而实现包括APP在线支付和刷卡在内的安全支付功能。

充电桩能量管理终端通过RS232或CAN接口，对安防设备提供监控功能。

此外，充电桩能量管理终端还具备以下接口：6路DI，6路DO；LCD接口带4线电阻触摸信号，外接LVDS液晶屏；RTC时钟带电池充电功能，系统掉电后时钟保持正常使用1年以上。

通过采用以上技术方案，充电桩能量管理终端为充电桩运营与监控系统中需要使用的多种设备提供了一种统一和灵活的接入方式。一个终端可以管理1～16台充电桩(直流或交流)，并同时管理配变设备和安防设备。甚至在某些小型充电站建站时只需要使用一台充电桩能量管理终端就可以完成原来由许多设备配合才能完成的组网工作。大大降低了系统组网的难度和成本，维护容易，故障率低。

作为优选的：所述处理器为：TI AM3354 Sitara ARM Cortex-A8,主频800MHz；内存为：512MB DDR3；FLASH：1GB Nandflash；采用Linux 3.14内核版本：运行QT界面。

作为优选的：所述计量模块采用ATT7022E计量芯片，计量模块固定安装在主板上。

作为优选的：所述主板上还固定设置有CPLD可编程控制器，所述CPLD可编程控制器上设置有扩展GPTO、点阵式液晶显示接口和IRIG-B码解码器；所述外扩存储接口插接有SD卡；CAN接口共设置2个；USB Host接口共设置2个。

作为优选的：所述芯片接口上安装ESAM芯片或PSAM芯片。

作为优选的：还包括数据采集装置、控制指令转发装置和数据处理装置，

所述数据采集装置用于采集以下数据：

(1)采集充电桩工作状态和参数；

(2)采集电池组工作状态和参数；

(3)采集充电站配电系统监控上传的开关状态、保护信号、电压电流、有功功率、无功功率和功率因数；

(4)采集安防设备报警数据。

作为优选的：所述控制指令转发装置转发主站向充电桩或其他设备的控制指令，控制指令包括：遥控充电机启停、校时、紧急停机、远方设定充电参数，控制配电系统断路器及开关的分合指令。

作为优选的：根据数据性质、重要性进行分类存储，提供对充电机和电池组遥测、遥信、报警事件等实时数据和历史数据的集中存储和查询功能；系统具备操作记录、系统故障记录、充电运行参数异常记录和电池组参数异常记录功能。

本实用新型的优点是：与现有技术相比，本实用新型结构设置更加合理，充电桩能量管理终端集成了计量仪表、配变RTU、计费控制单元等设备的功能，硬件上具备多种远程通信接口(2G/3G/4G/以太网，用于与管理主站通信)和多种近程通信接口(485/CAN/载波/微功率无线，用于数据采集和控制)，软件上兼容多种通信协议。为运营与监控系统中需要使用的多种设备提供了一种统一和灵活的接入方式。一个终端可以管理1～16台充电桩(直流或交流)，并同时管理配变设备和安防设备。甚至在某些小型充电站建站时只需要使用一台充电桩能量管理终端就可以完成原来由许多设备配合才能完成的组网工作。大大降低了系统组网的难度和成本，维护容易，故障率低。

下面结合说明书附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明。

附图说明

图1为本实用新型实施例基于充电桩能量终端组网的充电桩运营与监控管理系统架构图；

图2为本实用新型实施例充电桩能量管理终端的原理框图；

图3充电桩能量管理终端各功能模块与外设连接示意图。

具体实施方式

参见图1、图2和图3，本实用新型提供一种充电桩能量管理终端，包括主板、配变RTU功能模块1、计量功能模块2、计费控制功能模块3、硬件加密模块4、安防设备管理模块5、远程信道6和近程信道7，远程信道6包括2G/3G/4G模块和两个RU45接口，近程通信7包括RS485通信接口或CAN接口和载波/无线模块；所述主板上固定设置有处理器8、外扩存储接口9、RS232接口10、SPI接口11、USB Host接口12、芯片接口13、定位装置接口14、音频输出口15、喇叭接口和RTC时钟16；所述配变RTU功能模块1连接有配电设备控制单元17，所述配电设备控制单元17连接有配电设备18，所述RS485通信接口与配变RTU功能模块1连接，所述载波/无线模块通过RS232接口10与配变RTU功能模块1连接，所述计费控制功能模块3和安防设备管理模块5均与配变RTU功能模块1连接，所述配变RTU功能模块1通过SPI接口11连接硬件加密模块4；所述计量功能模块2与远程信道6的各部件连接；所述CAN接口连接有充电桩19，通过CAN接口与充电桩19通信，充电桩19与载波/无线模块之间设置有充电桩计量电能表20；所述安防设备管理模块5连接有安防设备21，所述USB Host接口12连接有外接U盘；定位装置接口14连接有GPS或北斗定位装置，实现充电桩定位；音频输出口15和喇叭接口发出语音提示；所述RTC时钟16设置有充电电池。

充电桩能量管理终端改变了当前充电站每种设备都配备自己的网络接入接口的模式，将物联网技术引进的充电桩运营管理中，研究开发了充电桩能量管理终端。充电桩能量管理终端在体系架构上可以理解为物联网数据中心，硬件上具备多种远程通信接口(2G/3G/4G/以太网，用于与管理主站通信)和多种近程通信接口(485/CAN/载波/微功率无线，用于数据采集和控制)，软件上兼容多种通信协议，功能上集成了计量仪表、配变RTU、计费控制单元等设备的功能，为运营与监控系统中需要使用的多种设备提供了一种统一和灵活的接入方式，大幅度降低了系统组网的难度和成本，有望将来成为充电桩市场主流的组网设备。图1为基于本实用新型“充电桩能量终端”组网的充电桩运营与监控管理系统架构图。

充电桩能量管理终端主要实现以下功能：

1.充电桩监控

充电桩能量管理终端通过CAN通道与充电桩通信，主要获得二类信息：充电桩状态信息：输入输出电压、电流、电量、功率因数、充电时间、当前充电模式、充电桩故障信息等；

电池状态信息：电池基本信息、电池单体电压、电池单体温度、电池故障信息、电池管理系统设置信息等，体统根据采集到的电池单体电压、温度等计算出电池包内单体最高电压、最低电压、最高温度、最低温度等统计信息，供限值统计、告警等使用。

充电桩能量管理终端通过CAN通道对充电桩控制功能包括：对充电桩发送充电开始、停止、急停控制，充电模式调整，对电池或充电桩发送对时命令。

此外，充电桩能量管理终端还可以通过配置直接抄取充电桩中的交流电能表或直流电能表。

2.与远程管理主站通信

充电桩能量管理终端具备独立三通道远程信道(2G/3G/4G可选、2路以太网)，三路可分别配置通信协议，支持南方电网充电桩通信协议、远动设备104规约、DL/698规约，预留接口可定制其他通信规约。

通过远程通信功能，终端将充电桩、配电设备、安防设备的实时和历史数据传送到管理主站，同时接接收和转发远程主站对设备的设置控制命令。

3.配电设备监控

充电桩能量管理终端具备485及载波/无线通道，可配置同时抄取8只配电设备中的电能表，实时监测配电变压器高、低压侧的三相电压、电流、功率因数等运行数据。同时，终端通过遥控通道可以对配电设备进行控制，优化电网品质或为电网提供必要的故障保护。

4.数据安全保证方案

充电桩能量管理终端采用硬件加密，通过SPI接口连接硬件加密模块(ESAM/PSAM)对敏感数据进行加密，此功能可以用来对充电卡数据进行加解密操作，同时也可以对网络传输的数据进行加解密操作，从而实现包括APP在线支付和刷卡在内的安全支付功能。

5.计量

充电桩能量管理终端以三相三(四)线制交流电压输入，自带计量芯片，计量准确度相关技术指标满足“三相多功能电能表技术规范”相应等级要求，有功为1级、无功为2级。设计的计量功能有：

瞬时值测量：三相电压/电流、总及分相功率因数、总及有功/无功功率、零序电流等。

最大需量测量：在指定的需量周期及滑差窗口大小条件下，测量正反有/无功最大需量，四象限有/无功最大需量值。

有/无功电量计量：正反有功、正反无功/四象限无功。

事件记录：停上电、回路异常等。可设定事件记录标志并可选择主动上报功能。

具备脉冲输出端子。

充电桩能量管理终端能够完成充电站总表功能。

6.安防设备监控

充电桩能量管理终端通过RS232或CAN接口，对安防设备提供监控功能。

7.其他接口功能实现

充电桩能量管理终端还具备以下接口：6路DI，6路DO；LCD接口带4线电阻触摸信号，外接LVDS液晶屏；RTC时钟带电池充电功能，系统掉电后时钟保持正常使用1年以上。图2为本实用新型实施充电桩能量管理终端的原理框图；

图3充电桩能量管理终端各功能模块与外设连接示意图。

作为优选的：所述处理器为：TI AM3354 Sitara ARM Cortex-A8,主频800MHz；内存为：512MB DDR3；FLASH：1GB Nandflash；采用Linux 3.14内核版本：运行QT界面。

作为优选的：所述计量模块采用ATT7022E计量芯片，计量模块固定安装在主板上。

作为优选的：所述主板上还固定设置有CPLD可编程控制器，所述CPLD可编程控制器上设置有扩展GPTO、点阵式液晶显示接口和IRIG-B码解码器；

所述外扩存储接口插接有SD卡；CAN接口共设置2个；USB Host接口共设置2个。

作为优选的：所述芯片接口上安装ESAM芯片或PSAM芯片。

作为优选的：还包括数据采集装置、控制指令转发装置和数据处理装置，

所述数据采集装置用于采集以下数据：

(1)采集充电桩工作状态和参数；

(2)采集电池组工作状态和参数；

(3)采集充电站配电系统监控上传的开关状态、保护信号、电压电流、有功功率、无功功率和功率因数；

(4)采集安防设备报警数据。

作为优选的：所述控制指令转发装置转发主站向充电桩或其他设备的控制指令，控制指令包括：遥控充电机启停、校时、紧急停机、远方设定充电参数，控制配电系统断路器及开关的分合指令。

作为优选的：根据数据性质、重要性进行分类存储，提供对充电机和电池组遥测、遥信、报警事件等实时数据和历史数据的集中存储和查询功能；系统具备操作记录、系统故障记录、充电运行参数异常记录和电池组参数异常记录功能。

本实用新型结构设置更加合理，硬件上具备多种远程通信接口(2G/3G/4G/以太网，用于与管理主站通信)和多种近程通信接口(485/CAN/载波/微功率无线，用于数据采集和控制)，软件上兼容多种通信协议，功能上集成充电桩能量管理终端集成了计量仪表、配变RTU、计费控制单元等设备的功能。为运营与监控系统中需要使用的多种设备提供了一种统一和灵活的接入方式。一个终端可以管理1～16台充电桩(直流或交流)，并同时管理配变设备和安防设备。甚至在某些小型充电站建站时只需要使用一台充电桩能量管理终端就可以完成原来由许多设备配合才能完成的组网工作。大大降低了系统组网的难度和成本，维护容易，故障率低。

上述实施例对本实用新型的具体描述，只用于对本实用新型进行进一步说明，不能理解为对本实用新型保护范围的限定，本领域的技术工程师根据上述实用新型的内容对本实用新型作出一些非本质的改进和调整均落入本实用新型的保护范围之内。