劉細(xì)鳳

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，汽車的保有量得到大幅提升。然而，汽車使用數(shù)量的激增導(dǎo)致尾氣排放大大增加，對(duì)大氣環(huán)境造成了嚴(yán)重污染。因此，為了保護(hù)環(huán)境，許多新型環(huán)保汽車的設(shè)計(jì)正積極推廣，電動(dòng)汽車便是其中之一。電動(dòng)汽車通過(guò)充電樁獲得電力，提高充電樁的充電性能，從而為電動(dòng)汽車的發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，同時(shí)也提供了便捷的充電服務(wù)。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車；充電樁；充電管理；系統(tǒng)設(shè)計(jì)

0引言

新能源汽車研發(fā)和應(yīng)用的推進(jìn)，在一定程度上削減了化石能源的使用，有利于落實(shí)和推進(jìn)節(jié)能減排，有效控制了環(huán)境污染的慘烈，如今新能源汽車蓬勃發(fā)展，有效緩解了大氣污染問(wèn)題。但由于電動(dòng)汽車行業(yè)還不成熟、充電樁接口問(wèn)題、市場(chǎng)質(zhì)量參差不齊等問(wèn)題，國(guó)家也對(duì)電動(dòng)自充電樁的設(shè)計(jì)實(shí)施規(guī)范。為了有效實(shí)現(xiàn)充電樁的效益，設(shè)計(jì)人員從充電樁的基本功能入手，創(chuàng)新充電樁充電管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)，不斷提高其安全性和實(shí)用性。

1.電動(dòng)汽車充電樁主要分類

首先交流充電,交流充電是為電機(jī)提供220V或380V交流充電服務(wù)。交流充電方式可在公共停車場(chǎng)為公交提供充電服務(wù)，也可以用于小型電動(dòng)汽車。其次，直流充電。與電力驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車的地面維護(hù)不同，大型電動(dòng)汽車可以在不使用電池的情況下快速完成充電并開(kāi)車，相比之下，無(wú)需使用蓄電池存儲(chǔ)電量。第三，直接更換電池方式。將電池更換充電方式，提升充電安全性。通常用于有兩組蓄電池的電動(dòng)汽車，其中一組蓄電池供車輛驅(qū)動(dòng)，另一組電池則可取出進(jìn)行充電，以實(shí)現(xiàn)電池更迭，保證車輛順暢運(yùn)轉(zhuǎn)和電池持續(xù)供能。非接觸式充電方式，利用感應(yīng)器件實(shí)現(xiàn)汽車非接觸式充電，車輛和充電設(shè)備無(wú)需接觸即可完成充電。這種方式可滿足行駛中車輛的隨時(shí)充電需求，而不會(huì)受限于充電樁數(shù)量。但是，該方式對(duì)技術(shù)要求較高，充電速度和質(zhì)量均難以保證，限制了其推廣應(yīng)用。

2.電動(dòng)汽車充電樁的充電特征分析

在電動(dòng)汽車充電樁充電特性分析過(guò)程中，需要結(jié)合快充和慢充兩種分析方法。第一種是快充車，充電速度調(diào)整為大于或等于3C，電池容量可在100kWh范圍內(nèi)操縱，車身上有兩個(gè)直流充電孔，可同時(shí)用電槍充電?？紤]到汽車快速充氣電池容量相對(duì)較小，車輛運(yùn)營(yíng)時(shí)單位一次性用電量較高，需要確保車輛很好地適應(yīng)起動(dòng)和換班間隙，確保合理充電?？紤]到電池容量大，有必要在運(yùn)行過(guò)程中分析往返行程中如果將耗電量控制在范圍內(nèi)，并在每次發(fā)車間隔快速填充。為滿足慢充車的充電需求，確保每天至少充電2-3次。當(dāng)然，在慢充車中，有一種特殊的“快速填充"技術(shù)模式，允許在發(fā)車換班間隔進(jìn)行快速充電。在這一過(guò)程中，充電樁的選擇是根據(jù)電動(dòng)汽車的實(shí)際特點(diǎn)進(jìn)行的，以避免深沖深放電對(duì)電池壽命產(chǎn)生不利影響。特別是當(dāng)電動(dòng)汽車的剩余功率小于30%時(shí)，這時(shí)進(jìn)行充電，補(bǔ)充到80%以上。在電動(dòng)汽車方面，由于BMS系統(tǒng)為電池提供了有效的保護(hù)，因此有必要積極限制充電樁電池的輸入功率，合理確定其快速充電時(shí)間。

3.電動(dòng)汽車充電樁充電管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則

首先，在進(jìn)行電動(dòng)汽車充電管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，只有加強(qiáng)系統(tǒng)的安全性設(shè)計(jì)，才能確保電動(dòng)汽車的充電管理系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行中安全可靠。其次，開(kāi)放性設(shè)計(jì)原則的運(yùn)用非常關(guān)鍵。由于使用電動(dòng)汽車的用戶來(lái)自不同文化和知識(shí)背景，因此增強(qiáng)該管理系統(tǒng)的開(kāi)放性原則設(shè)計(jì)。在進(jìn)行開(kāi)放性原則系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，首先應(yīng)該注意系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信協(xié)議的設(shè)計(jì)。，發(fā)展性原則。關(guān)于電動(dòng)汽車充電樁運(yùn)營(yíng)管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)，在技術(shù)架構(gòu)方面，應(yīng)加強(qiáng)發(fā)展性視角。需注重系統(tǒng)設(shè)計(jì)的優(yōu)化，采用多層邏輯處理層體系，劃分表現(xiàn)層、控制層、數(shù)據(jù)操作層及服務(wù)層。同時(shí)，應(yīng)關(guān)注技術(shù)應(yīng)用，提升設(shè)計(jì)水平。

4.電動(dòng)汽車充電樁充電管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

4.1軟件設(shè)計(jì)

在儲(chǔ)能電動(dòng)汽車充電樁的綜合系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，選擇DSP芯片作為控制核心，負(fù)責(zé)掌控整個(gè)系統(tǒng)。在實(shí)際設(shè)計(jì)充電系統(tǒng)時(shí)，首要任務(wù)是對(duì)充電流程進(jìn)行管理以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，為電動(dòng)汽車提供便捷的充電服務(wù)。在存儲(chǔ)器檢驗(yàn)維修過(guò)程中，可獲取相關(guān)檢驗(yàn)信息。電動(dòng)汽車充電樁管理系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)還應(yīng)著重于合理設(shè)計(jì)程序框圖，以實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，把握系統(tǒng)運(yùn)行情況。

4.2后臺(tái)監(jiān)控

設(shè)計(jì)充電樁時(shí)，要做好監(jiān)測(cè)后臺(tái)，監(jiān)管各充電樁的運(yùn)行信息，如電壓、電流輸送和充電時(shí)間等，這可快速發(fā)現(xiàn)潛在運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)和故障、縮短維修周期。同時(shí)，形成數(shù)據(jù)庫(kù)，方便汽車使用者快速查找可充電樁，以提高電動(dòng)汽車的普及率。此外，對(duì)于充值卡可施行后臺(tái)監(jiān)管，公示客戶繳費(fèi)時(shí)間、繳費(fèi)場(chǎng)所以及卡內(nèi)余額，使客戶能快速了解充值卡情況。如此一來(lái)，客戶無(wú)需擔(dān)心因余額不足造成充電中斷，輕松享受更智能的服務(wù)。

4.3環(huán)境及電磁兼容設(shè)計(jì)

為了提高充電樁的使用壽命，需要將其融入環(huán)境保護(hù)理念，使其不受結(jié)構(gòu)破壞，充電樁仍需承受惡劣環(huán)境和強(qiáng)電磁環(huán)境。充電樁的主要材料以鍍鋅鋼板為主，采用烤漆技術(shù)可提高樁表面的防腐能力。

4.4回轉(zhuǎn)電路設(shè)計(jì)

控制電路的主要作用是在充電前檢查接口，因此在連接到充電設(shè)備和電源時(shí)，保證信息的準(zhǔn)確性和充電。電動(dòng)汽車連接充電樁時(shí)，連接充電電纜，為了達(dá)到這一目的和原理，充電前對(duì)充電樁進(jìn)行控制，并詳細(xì)記錄控制和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。完成記錄，確定電壓值是否符合要求，并檢查接口之間的通信，確保整個(gè)過(guò)程的安全。

4.5設(shè)置配比與場(chǎng)址選擇

每棟建筑停車場(chǎng)配置的充電設(shè)備數(shù)量符合當(dāng)?shù)胤ㄒ?guī)。在選擇具體位置時(shí)，應(yīng)從消防、電力、通風(fēng)、洪水破壞等方面廣泛考慮充電樁。充電樁的位置還應(yīng)滿足供電容量、供電半徑、線路路徑和其他能源接入要求。現(xiàn)場(chǎng)的選擇遠(yuǎn)離火災(zāi)危險(xiǎn)環(huán)境，特別是爆炸區(qū)域，遵守環(huán)境保護(hù)和消防安全要求，避免安裝在可能積水的地方、低洼地區(qū)以及不會(huì)受到嚴(yán)重振動(dòng)或高溫影響的地方。充電樁的位置還應(yīng)滿足用戶和設(shè)備的通信需求，并應(yīng)確保公共通信網(wǎng)絡(luò)能夠覆蓋。

5.加強(qiáng)電動(dòng)汽車充電樁規(guī)劃設(shè)計(jì)

5.1科學(xué)選擇充電樁站點(diǎn)

首先，充電樁的豎立配合城市道路、排水、消防等基礎(chǔ)設(shè)施。舉例來(lái)說(shuō)，在興建充電樁時(shí)，應(yīng)充分考慮環(huán)境保護(hù)和防火安全，以及與樓宇的合理防火距離。同時(shí)，應(yīng)保證充電樁部位不受爆炸、劇烈振動(dòng)和高溫的危害。其次，充電樁應(yīng)放置在遠(yuǎn)離廁所、洗手間和容易積水的地方。綜上所述，充電樁的放置科學(xué)合理，才能滿足電動(dòng)汽車的充電需求。因此，填料樁通常放置在住宅區(qū)、企業(yè)、公眾停車場(chǎng)等。

5.2 明確設(shè)計(jì)要點(diǎn)

大多數(shù)充電樁在使用時(shí)進(jìn)行高負(fù)荷并不斷工作。充電樁設(shè)計(jì)應(yīng)注意穩(wěn)定性和可靠性，以保證充填效率和質(zhì)量。在充電樁設(shè)備方面，可以采用適應(yīng)性更強(qiáng)的模塊化結(jié)構(gòu)來(lái)應(yīng)對(duì)雷擊、防靜電干擾、電磁干擾和過(guò)電壓?？刹捎缅冧\鋼為材料，均勻地在表面涂上保護(hù)層，減少雨水的腐蝕作用。在設(shè)計(jì)充電樁時(shí)考慮到防靜電的需要，主要是采用雙向瞬態(tài)模式抑制二極管接地。此外，內(nèi)部控制面板應(yīng)提供觸摸屏、無(wú)線模塊、電能測(cè)量和整個(gè)控制模塊的連接。控制模塊可以實(shí)時(shí)監(jiān)控充電樁的操作，以確保其足夠可靠和安全使用。

5.3 建立統(tǒng)一規(guī)劃的充電體系

在制訂綜合資助計(jì)劃時(shí)，在電力系統(tǒng)的編碼標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)據(jù)與付款之間的聯(lián)系、系統(tǒng)覆蓋率高、信息量高和系統(tǒng)運(yùn)作效率高等范疇進(jìn)行高水平的綜合規(guī)劃。在電力汽車充電站的具體建設(shè)中，針對(duì)新時(shí)代發(fā)展的具體需要，結(jié)合業(yè)務(wù)發(fā)展模式，在具體建設(shè)中引入“PPP"管理模式。運(yùn)營(yíng)、建設(shè)并逐步完善相關(guān)綜合關(guān)稅制度，促進(jìn)社會(huì)資本更多參與。在有關(guān)系統(tǒng)的發(fā)展過(guò)程中，政府應(yīng)發(fā)揮適當(dāng)?shù)念I(lǐng)導(dǎo)作用，讓所有充電樁制造業(yè)參與具體的發(fā)展過(guò)程。

6.安科瑞充電樁收費(fèi)運(yùn)營(yíng)云平臺(tái)

6.1概述

AcrelCloud-9000安科瑞充電柱收費(fèi)運(yùn)營(yíng)云平臺(tái)系統(tǒng)通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)接入系統(tǒng)的電動(dòng)電動(dòng)自行車充電站以及各個(gè)充電整法行不間斷地?cái)?shù)據(jù)采集和監(jiān)控，實(shí)時(shí)監(jiān)控充電樁運(yùn)行狀態(tài)，進(jìn)行充電服務(wù)、支付管理，交易結(jié)算，資要管理、電能管理，明細(xì)查詢等。同時(shí)對(duì)充電機(jī)過(guò)溫保護(hù)、漏電、充電機(jī)輸入/輸出過(guò)壓，欠壓，絕緣低各類故障進(jìn)行預(yù)警；充電樁支持以太網(wǎng)、4G或WIFI等方式接入互聯(lián)網(wǎng)，用戶通過(guò)微信、支付寶，云閃付掃碼充電。

6.2應(yīng)用場(chǎng)所

適用于民用建筑、一般工業(yè)建筑、居住小區(qū)、實(shí)業(yè)單位、商業(yè)綜合體、學(xué)校、園區(qū)等充電樁模式的充電基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計(jì)。

6.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

6.3.1系統(tǒng)分為四層：

1）即數(shù)據(jù)采集層、網(wǎng)絡(luò)傳輸層、數(shù)據(jù)中心層和客戶端層。

2）數(shù)據(jù)采集層：包括電瓶車智能充電樁通訊協(xié)議為標(biāo)準(zhǔn)modbus-rtu。電瓶車智能充電樁用于采集充電回路的電力參數(shù)，并進(jìn)行電能計(jì)量和保護(hù)。

3）網(wǎng)絡(luò)傳輸層：通過(guò)4G網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)上傳至搭建好的數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器。

4）數(shù)據(jù)中心層：包含應(yīng)用服務(wù)器和數(shù)據(jù)服務(wù)器，應(yīng)用服務(wù)器部署數(shù)據(jù)采集服務(wù)、WEB網(wǎng)站，數(shù)據(jù)服務(wù)器部署實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)、歷史數(shù)據(jù)庫(kù)、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)。

5）應(yīng)客戶端層：系統(tǒng)管理員可在瀏覽器中訪問(wèn)電瓶車充電樁收費(fèi)平臺(tái)。終端充電用戶通過(guò)刷卡掃碼的方式啟動(dòng)充電。

小區(qū)充電平臺(tái)功能主要涵蓋充電設(shè)施智能化大屏、實(shí)時(shí)監(jiān)控、交易管理、故障管理、統(tǒng)計(jì)分析、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理等功能，同時(shí)為運(yùn)維人員提供運(yùn)維APP，充電用戶提供充電小程序。

6.4安科瑞充電樁云平臺(tái)系統(tǒng)功能

6.4.1智能化大屏

智能化大屏展示站點(diǎn)分布情況，對(duì)設(shè)備狀態(tài)、設(shè)備使用率、充電次數(shù)、充電時(shí)長(zhǎng)、充電金額、充電度數(shù)、充電樁故障等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)顯示，同時(shí)可查看每個(gè)站點(diǎn)的站點(diǎn)信息、充電樁列表、充電記錄、收益、能耗、故障記錄等。統(tǒng)一管理小區(qū)充電樁，查看設(shè)備使用率，合理分配資源。

6.4.2.實(shí)時(shí)監(jiān)控

實(shí)時(shí)監(jiān)視充電設(shè)施運(yùn)行狀況，主要包括充電樁運(yùn)行狀態(tài)、回路狀態(tài)、充電過(guò)程中的充電電量、充電電壓/電流，充電樁告警信息等。

6.4.3交易管理

平臺(tái)管理人員可管理充電用戶賬戶，對(duì)其進(jìn)行賬戶進(jìn)行充值、退款、凍結(jié)、注銷等操作，可查看小區(qū)用戶每日的充電交易詳細(xì)信息。

6.4.4故障管理

設(shè)備自動(dòng)上報(bào)故障信息，平臺(tái)管理人員可通過(guò)平臺(tái)查看故障信息并進(jìn)行派發(fā)處理，同時(shí)運(yùn)維人員可通過(guò)運(yùn)維APP收取故障推送，運(yùn)維人員在運(yùn)維工作完成后將結(jié)果上報(bào)。充電用戶也可通過(guò)充電小程序反饋現(xiàn)場(chǎng)問(wèn)題。

6.4.5統(tǒng)計(jì)分析

通過(guò)系統(tǒng)平臺(tái)，從充電站點(diǎn)、充電設(shè)施、、充電時(shí)間、充電方式等不同角度，查詢充電交易統(tǒng)計(jì)信息、能耗統(tǒng)計(jì)信息等。

6.4.6基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理

在系統(tǒng)平臺(tái)建立運(yùn)營(yíng)商戶，運(yùn)營(yíng)商可建立和管理其運(yùn)營(yíng)所需站點(diǎn)和充電設(shè)施，維護(hù)充電設(shè)施信息、價(jià)格策略、折扣、優(yōu)惠活動(dòng)，同時(shí)可管理在線卡用戶充值、 凍結(jié)和解綁。

6.4.7運(yùn)維APP

面向運(yùn)維人員使用，可以對(duì)站點(diǎn)和充電樁進(jìn)行管理、能夠進(jìn)行故障閉環(huán)處理、查詢流量卡使用情況、查詢充電\充值情況，進(jìn)行遠(yuǎn)程參數(shù)設(shè)置，同時(shí)可接收故障推送

6.4.8充電小程序

面向充電用戶使用，可查看附近空閑設(shè)備，主要包含掃碼充電、賬戶充值，充電卡綁定、交易查詢、故障申訴等功能。

6.5系統(tǒng)硬件配置

7結(jié)語(yǔ)

總之，隨著電動(dòng)汽車的普及，充電樁問(wèn)題日益突出。為了解決這個(gè)問(wèn)題，需要加大對(duì)智能充電樁的研發(fā)力度，使充電過(guò)程更加直觀且提高用戶體驗(yàn)，從而為推動(dòng)電動(dòng)汽車的發(fā)展作出貢獻(xiàn)。即使產(chǎn)品再好，也難免存在缺陷，因此需要不斷推陳出新，以促進(jìn)電動(dòng)汽車行業(yè)的健康穩(wěn)定發(fā)展。

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電動(dòng)汽車充電樁充電管理系統(tǒng)設(shè)計(jì).張衛(wèi)東

安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè).2022.05版.

作者簡(jiǎn)介

劉細(xì)鳳，女，安科瑞電氣股份有限公司，從事電氣相關(guān)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)研發(fā)工作