厦门才茂基于无线数据传输技术充电桩终端的解决方案

1、引言

随着人们环保意识的增强，世界各国对新能源汽车的推广支持，新能源汽车在未来汽车市场将占据重要地位，如果说过去充电站等配套设施的不完备在一定程度上限制了电动汽车发展的话，那么这一问题正在逐步得到解决。国家电网和南方电网分别投入巨资建设电动汽车充电站和充电桩等与新能源汽车相关的配套充电设施，随着两大电网制定了在全国大规模建设电动汽车充电站和充电桩的计划，电动汽车充电站建设已经进入快车道，而随着“互联网+”概念的提出，则将利用互联网的平台、信息通信技术把互联网和包括传统行业在内的各行各业结合起来，从而在新领域创造一种新生态。

据媒体新闻报道福建、浙江、吉林、安徽、江苏、山西、江西、山东等国内大多省份已陆续建立起电动汽车充电站。围绕为电动汽车充电这块巨大“蛋糕”的激烈竞争已悄然启幕，国家电网、南方电网、中石化、中海油等能源央企纷纷跑马圈地。

关键字：无线 DTU；工业级DTU；充电桩；新能源；互联网+；

2、政策背景

2015年10月9日，国务院办公厅下发《关于加快电动汽车充电基础设施建设的指导意见》。这是9月29日，国务院常务会议确定支持新能源和小排量汽车发展措施后的又一重大举措。

《指导意见》提出，到2020年，基本建成适度超前、车桩相随、智能高效的充电基础设施体系，满足超过500万辆电动汽车的充电需求；建立较完善的标准规范和 市场监管体系，形成统一开放、竞争有序的充电服务市场。根据国家“十三五”规划，到2020年，充换电站数量将达到1.2万个，充电桩达到450万个。

数据显示，今年1-8月，我国新能源车累计生产12.35万辆，同比增长3倍。截至8月底，全国新能源车保有量约为24万辆。但充电桩仅为3.7万个，车桩比例为8:1，充电桩的建设速度远远跟不上新能源车步伐。

有机构表明，明年我国充电桩产业规模将达到330.78亿元，到2020年可达到1000亿元。

3、充电桩

充电桩是新能源电动力车的电站，其功能类似于加油站里面的加油机。每个充电桩都装有充电插头，充电桩可以根据不同的电压等级，为各类电动车辆充电。电动汽车充电桩采用的是交流、直流供电方式，充电时，需要刷充电卡，充电桩显示充电量、充电时间以及费用等数据，并打印单据，可实现计时充电和计量充电功能。

4、应用前景

由于充电桩的功能类似于加油机，其用途的特殊性决定了充电桩建设的特点是被测点多、分散、覆盖面广、通信距离远，需集中管理。并且随着新能源汽车的急速发展，对其网络拓扑要求具有灵活性和扩展性的结构，因此，电动汽车充电桩通信方式的选择应考虑如下问题：

 （1） 通信的可靠性——通信系统要长期经受恶劣环境和较强的电磁干扰或噪音干扰的考验，并保持通信的畅通。

 （2） 建设费用——在满足可靠性的前提下，综合考虑建设费用及长期使用和维护的费用。

 （3） 双向通信——不仅能实现信息量的上传，还要实现控制量的下达。

 （4） 多业务的数据传输速率——随着以后终端业务量的不断增长，主站到子站、子站到终端之间通信对实现多业务的数据传输速率要求越来越高。

 （5） 通信的灵活性和可扩展性——由于充电桩（栓）具有控制点面多、面广和分散的特点，要求采用标准的通信协议，随着“ALL IP”网络技术趋势的发展以及电力运营业务的不断增长，需要考虑基于IP的业务承载，同时要求便于安装施工、调试、运行、维护。

5、通讯方式

电动汽车充电桩属于配电网侧，其通信方式往往和配电网自动化一起综合考虑。通信是配电网自动化的一个重点和难点，区域不同、条件不同，可应用的通信方式也不同，具体到电动汽车充电桩，其通信方式主要有有线方式和无线方式：

（1）有线方式

有线方式主要有：有线以太网（RJ45线、光纤）、工业串行总线（RS485、RS232、CAN

总线）。

有线以太网主要优点是数据传输可靠、网络容量大，缺点是布线复杂、扩展性差、施

工成本高、灵活性差。

工业串行总线（RS485、RS232、CAN总线）优点是数据传输可靠，设计简单，缺点是

布网复杂、扩展性差、施工成本高、灵活性差、通信容量低。

（2）无线方式

无线方式主要采用移动运营商的无线网络数据接入业务，如：GPRS/CDMA/TD-SCDMA/WCDMA/EVDO以及更新的4G LTE网络等。

无线方式的优点是：成本低廉、建设工程周期短、适应性强、扩展性好、维护方便并且扩展容易。

基于此，利用2G/3G/4G无线数据传输技术，基于服务端应用宽带有线网络提供固定IP或者动态IP（可用域名绑定）以及端口号，将这些服务端参数设置在才茂通信无线传输终端DTU上，利用它能够自动解析域名地址，连接到服务端的充电桩管理平台，可以为新能源交通行业提供实时的数据采集、传输、发布、远程管理与控制、实现远程无线数据传输的完美解决方案。

6、系统组成及组网方案

在过去的三年里，厦门才茂为国电南瑞、许继电气、深圳比亚迪等多个用户实现了电动汽车充电桩项目上的批量应用，实现了基于嵌入式技术的自助智能电动汽车充电桩终端方案及产品。系统总体结构如下图所示：

 

充电桩系统拓扑图

本系统主要由交流/直流充电桩、才茂无线数传终端DTU， 各种2G/3G/4G无线网络及通讯网络、充电桩系统管理平台软件等组成。

1、才茂无线数传DTU可以提供RS232/RS485/RS422/TTL/端子各种接口与各种带串口的充电桩进行连接，如果充电桩是以太网接口可以选择才茂另外一个无线路由器系列的产品对接；

2、数传DTU通过各种无线网络，将各种充电桩终端的数据无线透明传输到服务器端的充电系统管理平台，此系统平台软件包括计量计费系统、充电监控系统、配电监控系统、安防监控系统等。

充电桩终端分析图

 

电动汽车充电桩采用的是交、直流供电方式，不需要加油、加气，避免了排放尾气、污染环境，符合以低碳为核心元素的中国未来城市发展理念。

7、系统功能

系统可实现以下功能：

1、 实时数据传输功能：通过2G/3G/4G各种无线网络， 能够实时地将充电桩终端的数据透明传输（原封不动）到服务器后端的充电桩系统管理平台；

2、充电桩系统管理平台软件主要实现包括计量计费系统、充电监控系统、配电监控系统、安防监控系统这几大块的应用功能的管理；

3、远程监控功能：服务端的管理平台可以随时监控充电桩的运行情况，包括电量变送器、断路器、工控主机、计费器、触摸屏等设备工作参数的上传，也可以通过无线DTU下达各种工作指令给充电桩终端设备；

4、远程报警维护功能：可以实时监控充电桩的运行状态，一旦出现故障告警，可以远程维护调试或升级，做到及时处理异常充电桩终端的问题；

5、应用扩展功能：可接入第三方APP软件，利用才茂通信GPS设备以及对应定位系统软件，直接为充电用户提供手机APP，可以实现地图上寻址和导航功能。

8、才茂DTU无线数传终端介绍

DTU(Data Transfer Unit),全称数据传输单元,为用户提供高速、永远在线、TCP/UDP 透明数据传输的工业级无线终端设备。产品采用高速高性能工业级ARM9 嵌入式处理器或者X86 架构高性能嵌入式处理器，以实时操作系统为软件支撑平台，超大内存，内嵌自主知识产权的TCP/IP 协议栈，为用户提供高速，稳定可靠，数据终端永远在线，多种协议转换、虚拟专用网络的系统应用。针对网络流量控制的用户，DTU 产品支持语音，短信，数据触发上线以及超时自动断线的功能。同时也支持双数据中心备份，以及多数据中心同步接收数据等功能。

8.1、才茂DTU功能的优势

1)丰富的接口类型：支持串口RS232接口、RS485接口、RS422接口、TTL接口或者USB接口， 满足客户应用现场不同接口需求。

 2）完善的网络支持：支持GPRS/CDMA/WCDMA/TD-SCDMA/EVDO/LTE-FDD/LTE-TDD七大无线网络，满足不同行业客户的全方面需求。

 3）三层系统保护：在原来两级（软件保护+CPU内置看门狗WDT保护）系统保护的基础上，增加一级系统虚拟值守VWM（Virtual Man Watch）检测保护功能，确保系统稳定可靠

 4)金属外壳：采用金属外壳，防辐射，抗干扰；外壳和系统安全隔离，防雷设计；符合电力安规要求；防护等级为IP41；特别适合于环境恶劣的工业控制领域。

 5）完全工业级设计生产，支持宽电压5-32V供电。

 6）通信模块均采用工业级无线模块，所有无线模块都有通过CGD认证或者FCC认证或者CE认证

 7）高速处理CPU：采用高速性能工业级CPU，可以更加高速地处理各种协议数据转换；解决了业内“假在线”、“假死机”、“当机”等疑难问题。

 8)超大内存：FLASH64Mbits，SDRAM，256Mbits（不同型号内存不同），有超大的内存来缓存客户发送数据，同时接收超大数据包，数据不丢失。

 9)DNS自动获取：自动获取DNS，不再需要人工配置输入DNS；规避了因为选择的DNS服务器异常而导致DTU设备当机的严重现象。

 10）完善的协议栈：新系统加载了完善的TCP/IP协议栈，采用了完善的TCP/IP协议栈；使网络通信性能优异，掉线概率极大降低。

11） EMC性能优异：通过电力3000V电击测试，特别适合在工业领域环境恶劣下使用；系统EMC/EMI优异，系统稳定可靠；通过EMC测试；

12） 支持短信远程配置，远程控制；支持短消息告警；

13） 智能防掉线。支持在线检测，在线维持，掉线自动重拨，确保设备永远在线；

14） 支持批量配置功能；

8.2、DTU系列产品资质与检测

1、无线通信在线维持专利技术

2、摩尔实验室高低温检测报告

3、福建省产品质量检验研究院检测

4、著作版权证书

5、EMC检测报告

6、国家强制3C认证

7、DTU创新产品奖

8、深圳比亚迪用户测试报告

9、才茂资质

公司荣誉：

2009 年公司GPRS DTU 产品被评为“创新产品奖”；

2011 年被评为“中国工控行业客户满意最好供应商”；

2012 年公司成为“中国质量万里行”会员；

2013 年公司成为“智能输配电设备产业技术创新战略联盟”会员；

2010 年被国家认定的高新科技企业；

2010 年被国家认定的双软企业企业；

公司拥有1 项保持设备稳定的专利技术证书和12 个软件著作版权证书；

全国设立了9 大区域办事处，66个代理商，方便为客户提供近距离贴心服务；

公司注册资本1280 万；厦门市重点扶持高新科技企业；

12 年的行业研发积累和行业应用考验。

10、结束语

大力推进充电基础设施建设，解决电动汽车充电难题，是发展新能源汽车产业的重要保障，对于打造大众创业、万众创新和增强公共产品、公共服务“双引擎”，实现稳增长、调结构、惠民生都具有重要意义。