集中式电动汽车充电站站内通信系统研究与实现

随着人类对生活质量的重视，低碳、环保的生活成为人们共同的呼声。汽车在现代人的生活中扮演着不可或缺的角色，然而，传统的燃油汽车所带来的环境污染问题一直为人们所诟病，在这种情况下，以电动汽车为代表的新能源汽车引起了广泛的关注。如同燃油汽车在使用时需要到加油站加油一样，电动汽车在使用中也需要进行充电，电动汽车充电站的建设成为发展和普及电动汽车需要解决的一个问题。 与传统加油站不同的是，电动汽车在进入电动汽车充电站充电时，充电站需要与电动汽车之间建立通信联系，交换信息，从而更好的提供服务。由于电动汽车的移动特性，无线网络通信方案相比有线通信更适合充电站实际环境。通过对几种常用的无线通信技术进行分析比较，ZigBee技术更适合用于组建集中式电动汽车充电站站内无线网络通信系统。 本文介绍了ZigBee技术的优势和技术特点，详细分析了ZigBee协议栈架构，并对协议的每一层功能及特点做了重点的说明，对于ZigBee协议的网络拓扑结构和安全机制也做了介绍。 采用ZigBee构建集中式电动汽车充电站站内无线通信网络系统，其中路由算法的选择和制定是非常关键的一环。文中对两类常用的无线网络路由协议的原理和特点进行了对比分析，发现常用的ZigBee路由协议算法并不是适合电动汽车充电站实际网络环境的最佳选择。电动汽车在充电的全过程中，其在电动汽车充电站无线网络环境中某个时段属于移动节点，某个时段属于固定节点。在这种情况下，需要选择一种更适合实际使用环境的路由算法。 本文采用了一种基于AODV路由算法的改进的AODV路由算法——AODVcsr路由，这种路由算法具有两个特点：第一是在进行路由查找的过程中，将用户所关心的充电站当前信息如：当前电网电价，充电桩空闲状况，排队情况等信息作为“附带数据”随着路由查找信息一同发送；第二就是根据电动汽车所处的状态进行路由协议的切换，即当电动汽车进入充电站充电和充满电离开充电站时使用AODV动态路由与充电站进行通信和信息交互，当电动汽车正在充电时使用静态路由与充电站通信。 通过NS-2软件仿真对比AODVcsr路由算法和AODV路由算法，发现新的路由算法具有更高的数据吞吐量，更低的丢包率，虽然网络延迟相比传统路由算法较高但是传输速率完全能满足实际应用的要求。 在上述研究基础上，本文利用NI LabVIEW虚拟仪器开发平台和TI公司生产的CC2530ZigBee芯片建立了一个微型的集中式电动汽车充电站站内通信系统模型。利用本系统模拟电动汽车进入充电站，正在充电，离开充电站全过程中的信息的交互。 本文研究的主要内容包括以下几个方面： 第一，验证了在选择合适的路由算法的情况下，ZigBee技术是一种非常适合组建电动汽车充电站无线网络的技术。 第二，设计了一种集中式电动汽车充电站站内通信系统组成模型，充电站监控系统通过无线网络中的协调器，给用户提供当前关注的电价，空闲状态等信息，同时监测整个充电站的运行状态并调度管理充电行为。充电桩在充电站无线网络中充当路由器的功能，负责管理携带有终端设备的电动汽车接入无线网络并实现信息的交互。 第三，利用小规模的硬件模拟实验验证了上述系统模型的可行性，为以后大规模的实验研究打下基础。 本文所设计的集中式电动汽车充电站站内通信系统具有一定的可操作性，成本低，具有一定的竞争优势，对于未来集中式电动汽车充电站站内通信系统的研究和建设具有一定的参考意义。