武汉理工大学毕业设计（论文）电动车充电桩充电导航技术研究学院（系）： 自动化学院 专业班级： 电气专业 学生姓名： 指导教师： 摘 要电动汽车产业对于我国来说，无论是在追赶世界级工业水平、还是在应对能源短缺挑战都是一次重大、重要的发展机遇。大力推广和普及电动汽车，将其从电动公交和公司集团用车延伸到面向广大用户，将有力推进新能源的发展。但是在这一进程中有两大制约因素，一个是动力电池，一个是充电设施。本论文主要就充电设施供不应求这一点，对智能充电导航系统的无线通信技术展开研究，设计一款智能无线通信模块，实时接收充电桩的充电信息，并将信息通过 WIFI 技术发送给云平台服务器，再由服务器计根据车主手机客户端所在方位测算出最佳充电地点，并发给手机客户端。本论文主要分析各种有线通信和无线通信技术的优缺点，并进行比较确定采用 WIFI通信技术，并就充电桩网络接入、服务器数据处理、用户端 APP 进行了相应的方案设计，及其系统硬件框架设计，同时详细阐述了所实现的功能。关键词：电动汽车；无线通信；WIFI；APPAbstractElectric vehicle industry for our country, both in the industry catch up with world-class level, or in response to energy shortages are a major challenge, significant opportunities for development. To promote and popularize electric cars, electric buses and its group of companies from extending into the car for the majority of users will greatly promote the development of new energy sources. But there are two major constraints in this process, it is a battery, a charging facility.This thesis will demand that the charging facility for charging navigation system intelligent wireless communication technology to expand the research, design an intelligent wireless communication module, receive real-time charging information Charging pile, and the information is sent to the cloud through WIFI technology platform server, then counted by the server according to the owner mobile client where the position is estimated the best charging location, and send mobile client.This paper analyzes the advantages and disadvantages of a variety of wired and wireless communication technology, and compared to determine the use of WIFI communications technology, and to charge pile network access server data processing, client APP for the corresponding program design, and system hardware framework design, and elaborated the functions implemented.Key Words：electric car；Wireless communication；WIFI；app目录第 1 章 绪论.1 1.1 研究背景及目的意义.1 1.2 国内外发展现状.3 1.2.1 充电桩发展现状3 1.2.2 充电桩后台管理发展现状5 1.3 本文研究内容.8 第 2 章 网络接入模块与充电桩通信方案选择.92.1 RS-232 通信技术分析.92.2 RS-485 通信技术分析 .112.3 CAN 总线通信技术分析 142.4 性能比较分析与选择18 第 3 章 网络接入模块与服务器通信方案选择19 3.1 远程无线通信技术分析193.1.1 GPRS/CDMA 无线通信193.1.2 短波通信.18 3.1.3 数传电台通信.20 3.2 短程无线通信技术分析 20 3.2.1 蓝牙（Bluetooth）通信20 3.2.2 紫蜂（Zig-Bee）通信20 3.2.3 无线宽带（WIFI）通信.21 3.2.4 超宽带（UWB）通信223.2.5 RFID 通信 233.2.6 NFC 通信233.3 性能比较分析与选择24 第 4 章 系统方案设计25 4.1 总体方案设计25 4.2 充电桩网络接入方案设计27 4.3 服务器数据处理方案设计28 4.4 用户端 APP 方案设计30 第 5 章 充电桩网络接入装置设计33 5.1 充电桩硬件电路分析33 5.2 网络接入装置功能需求分析345.3 MCU 核心电路设计 355.4 CAN 接口电路设计 365.5 WIFI 接口电路设计 .37第 6 章 总结与展望40 6.1 总结40 6.2 展望.40 参考文献.42 致 谢.43武汉理工大学毕业设计（论文）1第 1 章 绪论1.1 研究背景及目的意义电动汽车产业对于我国来说，无论是在追赶世界级工业水平、还是在应对能源短缺挑战都是一次重大、重要的发展机遇。而电动汽车的推广有两大制约因素，一个是动力电池，一个是充电设施。目前国内的比较常用的动力电池一般是酸铁锂电池，当对电池充放电时，若采用 0.2C 的倍率，则可以增加电池的使用时间。而 0.2C 充电则需要 5 个小时才能将电池充满。国外如特斯拉采用 18650 型锂电池作为动力电池，可以 1C 充放电，在使用超级充电机对电池进行 1C 倍率充电情况下，最快也需要 1 个小时将电池充满。以比亚迪主推电动车型 e6 为例，使用 3.3kW 的车载充电机，动力电池为300V220Ah，如用交流充电桩充电，从无电到充满需要大于 20 小时。图 1-1 交流充电桩对比亚迪 e6 充电以特斯拉主推电动车型 Model S 85 为例，车载动力电池为 7104 节串并联组合的18650 型锂电池，规格约为 355V230Ah。特斯拉自产的超级充电桩以 192A 接近 1C 倍率电流对锂电池充电，从无电到充满需要大于接近 1 小时。图 1-2 特斯拉超级充电桩对 Model S 85 充电以南京金龙客车主推的电动大巴为例，使用 600V600Ah 的电池，从无电到充满需要武汉理工大学毕业设计（论文）2大于接近 5 小时。充电一次市内可跑 150-200km，若作为单位通勤车使用，一般路径单程约 30 公里，一天跑两趟来回 70 公里，每 2 天就要充一次电。图 1-3 直流充电桩对南京金龙电动大巴充电所以，在能源补充方面，传统汽车是加油，而电动汽车属于充电，充电耗时更长。动力电池在其推广使用时并不顺利，主要是由于材料的问题导致充电时间长。而在能源补充设施方面，传统的加油站占地面积小，充电站需要较大占地面积。同时因为充电时间较长，当需要充电的车辆较多时，停车位也将占用很大空间，因此在城市中由于土地资源紧张，电动汽车的推广和建设非常困难。除去前面两点，数据统计目前电动汽车销量大于充电设施建设的数量，这是推广动力电池的更不利因素。但在中国汽车工业协会和国家电网的报告中，截止 2014 年底，全国有 2.8 万个充电桩和 723 座充电站，就一对一的标配而言，两者相差甚远。传统的电动汽车充电需要一定的时间，加上充电设施少，于是就充电来说很不方便，不利于其推广。在这种情况下，如何充分利用现有的充电桩资源便成为了目前解决充电的关键问题。基于互联网云平台的智能充电导航系统能让车主及时了解全城各充电桩状态、自动寻找空闲充电桩、并能实时预约空闲充电桩，不仅将大大减少车主在寻找充电桩上浪费的时间与进行充电前的排队时间，而且能有效提高充电桩利用率，对解决充电站占地过大的城市规划问题起到积极作用。本论文针对智能充电导航系统的无线通信技术展开研究，具有非常广阔的市场前景。尽管实际情况尚未达到“十二五规划”的目标，但是“十三五”规划，又继续加强了建设充电桩和充电站，截止 2020 年底，目标建成充电桩和充换电站分别为 450 万个和 1.2 万座。每一个充电桩配备一个无线通信模块，将会产生巨大的经济效益！武汉理工大学毕业设计（论文）31.2 国内外发展现状1.2.1 充电桩发展现状当前电池自身的能量密度并不优异，充电系统管理尚未完善，从而不利于电动汽车的发展。充电问题有很多，比如充电缓慢、设施太少。图 1-4 当前电动汽车制约发展的主要因素电池为直流电，电网为交流电，使用交流转直流的装置即充电机，变换电流类型，从而使得动力锂电池能够提供电动汽车所需的能源。电动轿车的充电机一般集成在车上，如比亚迪 e6。图 1-5 电动汽车充电电力变换原理电动汽车充电桩有两个类型：直流充电桩与交流充电桩。交流充电桩用于电动乘用车（轿车）的充电。交流充电桩本身并不能进行交直流转换，只能控制开关将电网交流电接入到电动汽车、完成电量计费等功能，因此只适用于具有集成车载充电器的电动轿车。因为交流充电桩本身不集成交流转直流装置，所以交流充电柱优点是体积小、技术简单、制造成本低。因为国家大力推广电动汽车，而电动武汉理工大学毕业设计（论文）4汽车里面电动乘用车（轿车）量最大，因此交流充电桩的需求量在充电柱里面最大。交流充电桩的缺点是：由于给电动汽车充电的是功率较小的车载集成充电器，所以交流充电柱充电较慢，家庭用电充需 7-20 个小时。图 1-6 交流充电桩原理直流充电桩将交流转换成直流，有分体式和一体式两种。分体式是充电机与桩分离，充电机集中放置在室内，桩放置在露天。一体式是充电机与桩集成在一个机箱里面，放置在露天。图 1-7 分体式充电桩图 1-8 一体式充电桩直流充电桩的充电机因为是独立装配在汽车外部，因此功率可以做得很大。当功率较大的时候，充电的电流会较大，相应的就会使电动车在较短时间内完成充电。例如比亚迪 e6，若采用交流充电桩，则完成从零开始充电的时间约为 20 小时，而若采用 10kW的直流充电桩所需要的时间只有 6 小时。由功率与充电时间的关系可知，通常所见市面上的快速充电桩等快充设备，工作原理都是直流、大功率。例如特斯拉超级充电桩，功率大，属于直流，因此充电速度快。以特斯拉主流车型 Model S 85 为例，车载动力电池采用松下产笔记本专用电池18650。该种电池的优点在于其电池能量密度大，大约两倍于磷酸铁锂电池，且一致性较高，能达 3C 充电。但是其缺点在于安全系数不高，同时热特性和电特性存在引发起火的问题。对此，特斯拉采用最高水平的 EMS（电池管理系统）掌控其风险。但是国内由于技术不成熟，只能使用性能较稳定，安全系数高的磷酸铁锂电池。