胡冠楠

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定

摘要：電動(dòng)汽車(chē)采用了電力作為發(fā)動(dòng)能源，但是同樣存在很大缺陷,即續航能力方面存在較大不足。因此如何利用現代技術(shù)進(jìn)行電動(dòng)汽車(chē)的智 能充電便十分重要。在電動(dòng)汽車(chē)智能充 電的研究過(guò)程中需要用到的技術(shù)有有電力電子 變流技術(shù)、REIP無(wú)線(xiàn)射頻技術(shù)、智能監控技術(shù)以及CAN總線(xiàn)技術(shù)等。本文將CAN總線(xiàn)的無(wú)人值守功能與網(wǎng)絡(luò )通訊功 能與應用到電動(dòng)汽車(chē)智能充 電樁的設計與研究中開(kāi)展了無(wú)人值守的智能電動(dòng)車(chē)充電樁的現實(shí)依據和理論可行性分析，提出了一種兼備和無(wú)人值守功能的電動(dòng)汽車(chē).智能充電樁的軟件設計方法和硬件結構組成方案，把每個(gè)電動(dòng)汽車(chē)智能充電樁視為一個(gè)智能節點(diǎn)，建立了上位機組態(tài)監控和下位機數據采集相互結合的系統整體框架。電動(dòng)汽車(chē)智 能充電樁的研究和使用能夠實(shí)現電動(dòng)汽車(chē)快速充電，并且能夠監控并控制充電情況，從而解決電動(dòng)汽車(chē)續航不足的問(wèn)題。

   關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車(chē)；智能充電樁；管理方案；

1概述

   常規汽車(chē)一般使用化石燃料作為動(dòng)力能源．而這種燃料的使用不僅會(huì )造成環(huán)境污染．而且由于化石能源是B可再生資源．資源儲備量越來(lái)越少。因此越來(lái)越多的國家開(kāi)始致力于電動(dòng)汽車(chē)的研究和生產(chǎn)。在電動(dòng)汽車(chē)行業(yè)方面我國屬于起步較早而且發(fā)展十分迅速的，為了進(jìn)一步節能減排，改善地球的現有環(huán)境，電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展已經(jīng)成為了必然趨 勢。但是電動(dòng)汽車(chē)較弱的續航能力、不便于充電等方面也是一直被人詬病，大大限制了電動(dòng)汽車(chē)的大范圍使用目前的電動(dòng)汽車(chē)的動(dòng)力來(lái)源一般是蓄電池．如果電壓比較低，就需要進(jìn)行充電，否則在速度、汽車(chē)性能等方面都會(huì )受到很大影響。充電模式多種多樣．其中用的比較多的是常規充電、電池組快速更換以及快速充電等，作為電動(dòng)汽車(chē)的 動(dòng)力電池重量較大、體積也較，因此會(huì )面臨更換時(shí)不方便的問(wèn)題。而電動(dòng)汽車(chē)智能充電樁得使用將能夠解決電動(dòng)汽車(chē)充電問(wèn)題。智能充電樁能夠根據動(dòng)力電池的電量進(jìn)行電池維護．汽車(chē)用戶(hù)進(jìn)行操作時(shí)也十分簡(jiǎn)便。不僅能夠解決電動(dòng)汽車(chē)隨時(shí)隨地充電的問(wèn)題，還能夠對動(dòng)力電池進(jìn)行維護。

2電動(dòng)汽車(chē)的充電方法和建設充電樁監控系統的必要性

   目前 ，電動(dòng)汽車(chē)充電方式主要有以下幾種 ：

(1)交流充電。交流充電時(shí)一般采用的是220V或380V的交流電源，進(jìn)行充電時(shí)車(chē)載充電裝置會(huì )對電流進(jìn)行整流和濾波。從而保護電動(dòng)汽車(chē)電源，并且實(shí)現對電動(dòng)汽車(chē)的充電。但是這種充電方式需要較久的充電時(shí)間，因此比較適 合小型的電動(dòng)汽車(chē)和混合式電力汽車(chē)。

(2)直流充電。該種充電方式通過(guò)直流電源對電動(dòng)汽車(chē)的蓄電池進(jìn)行充電。不需要經(jīng)過(guò)車(chē)栽裝置進(jìn)行電流調節．因此可以大大減輕汽車(chē)自重。因此進(jìn)行直流充電時(shí)充電功率較大．充電效率較高，可以達到快速充電的目的。因此可以用于大型的電動(dòng)汽車(chē)充電。

(3)更換電池組。使用這種方式充電時(shí)需要為電動(dòng)汽車(chē)準備兩組電池，當一組電池給電動(dòng)汽車(chē)提供動(dòng)力。另外一組就進(jìn)行地面直流充電。如果正在使用的蓄電池電力不足時(shí)，將該組蓄電池拆下替換成另外一組電池。這種方式充電大大縮短了充電時(shí)間。但是充電時(shí)間的縮短代價(jià)是建造較多數量的電池更換站并且需要很多工作人員對電池更換站進(jìn)行維護。需要投入大量的成本．降低了電動(dòng)汽車(chē)充電智能化，因此一般不使用這種方式進(jìn)行充電。

(4)非接觸式充電。這種方式在電動(dòng)汽車(chē)充電當中并不常見(jiàn)，因為需要嵌入特定的電氣元件．而且還需要保證與汽車(chē)隨時(shí)都能夠進(jìn)行接觸。只有做到了這樣才能夠保證電動(dòng)汽車(chē)在行駛時(shí)也能夠隨時(shí)隨地充電。同樣由于技術(shù)和投入 資金的原因．這種充電方式并沒(méi)有得到大量推廣使用。

充電方式主要有直流和交流充電兩種。不管是這兩種方式的那種，都需要建設充電樁，為了保證充電智能化，充電樁監控系統也是B不可少的。盡管現在電動(dòng)汽車(chē)還存在不少的缺點(diǎn)，但是隨著(zhù)社會(huì )、科技等的發(fā)展．電動(dòng)汽車(chē)由于其噪音小、無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)就會(huì )逐漸被人們接受和認可。因此需要進(jìn)行充電系統的建設．盡管這項工程十分龐大。但是必要性仍然是存在的。隨著(zhù)電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展，現在的蓄電池一般采用鋰電子電池。此種電池在充放電方面的要 求很高，如果不建設智能充電樁管理。將會(huì )對鋰電池造成大的傷害．更有甚者會(huì )危及到人們的生命安全。

3電動(dòng)汽車(chē)充電樁監控系統實(shí)現的功能

   充電樁建設的兩種可行模式：

(1)交流充電樁的建設。在停車(chē)場(chǎng)進(jìn)行交流充電樁的建設，交流電壓可以采用220V或者380V。這兩種電壓適用于大 多數的電動(dòng)汽車(chē)蓄電池通過(guò)這些交流充電樁可以能夠給小型的家用電動(dòng)車(chē)或是環(huán)衛的清潔車(chē)進(jìn)行充電。這種充電樁的建設方式有的優(yōu)點(diǎn)在于能夠在夜 間進(jìn)行電池充電。

(2)直流充電樁的建設。這種充電樁一般適合建設在大型電動(dòng)汽車(chē)或公交車(chē)聚集較多的場(chǎng)合，直流充電樁能夠為大型電動(dòng)汽車(chē)進(jìn)行快速充電。因此這種充電樁擁有較大的功率．對電網(wǎng)運行可能會(huì )造成一定程度的影響因此在直流充電樁的建設時(shí)需要考慮對電網(wǎng)的保護。

3.2監控系統的主要功能

   監控系統主要包括以下功能 ：

(1)IC卡識別功能．需要通過(guò)識別IC卡來(lái)完成激活充電樁以及計費方面的功能。

(2)蓄電池在充電樁進(jìn)行充電時(shí)需要能夠對蓄電池的電壓和電流進(jìn)行保護和檢測功能。

(3)電動(dòng)汽車(chē)電池充電時(shí)對其充電狀態(tài)、電壓、電流等方面進(jìn)行電池情況的監控。

(4)電池進(jìn)行充電時(shí)需要對電池進(jìn)行智能維護，以延長(cháng)電池的使用時(shí)間。

4充電樁智能監控系統的設計

4.1硬件框架組成

   充電樁的電源為380V交流電網(wǎng)電源經(jīng)過(guò)對交流電進(jìn)行整流、濾波和穩壓等措施就變成直流電源。能夠供給電動(dòng)汽車(chē)進(jìn)行充電。想要完成充電樁的充電還需要 IC卡識別模塊．這個(gè)模塊的設計能夠讓用戶(hù)激活充電樁。讀卡器將會(huì )識別出IC卡上的用戶(hù)信息，識別完成后能夠顯示個(gè)人信息、余額等。而狀態(tài)顯示模塊則用來(lái)將充電過(guò)程中的狀態(tài) 信息充分顯示出來(lái)。硬件系統包括了主控板、檢測芯片、IC讀卡器以及顯示屏、鍵盤(pán)等設備。建設充電樁過(guò)程中。其樁體材料的選擇應該以鍍鋅銅板優(yōu)先，考慮到防潮防水性能，還應該保證材料的防水性能，以保證充電樁在潮濕天氣下也能夠正常使用。

4.2充電樁智能監控系統的軟件構成

   當需要給電動(dòng)汽車(chē)充電時(shí)．只需要將電動(dòng)汽車(chē)上的充電插1：1連接到充電樁上的充電手柄．通過(guò)讀卡器識別戶(hù)的IC卡以將充電樁激活：如果充電插口和充電手柄沒(méi)有進(jìn)行正常連接將會(huì )進(jìn)行提示和報警。完成身份識別后，用戶(hù)可以進(jìn)行充電時(shí)間、充電模式的選擇，同時(shí)在充電過(guò)程中充電樁將會(huì )檢測電池的充電狀態(tài)，如果充電模式被檢測到不對的話(huà)，同樣會(huì )提示和報警。充電樁也會(huì )通過(guò)顯示屏給用戶(hù)一些選擇充電模式方面的建議。如果充電模式的選擇被檢測到是正確的，充電樁將會(huì )進(jìn)行正常充電過(guò)程，充電樁給電動(dòng)汽車(chē)充電過(guò)程中。充電樁的顯示屏將會(huì )顯示出用戶(hù)信息、用戶(hù)卡上余額、已經(jīng)充電得時(shí)間以及充電完成剩余時(shí)間等信息。電動(dòng)汽車(chē)充電結束后，充電樁將會(huì )發(fā)出提示，用戶(hù)IC卡停止計費，將票據通過(guò)打印機打印出來(lái)，等到用戶(hù)與電動(dòng)汽車(chē)一同離開(kāi)后，充電樁就會(huì )進(jìn)入到自動(dòng)鎖定的狀態(tài)，直到下一個(gè)用戶(hù)激活為止。以上步驟是智能充電樁的正常使用程序。

5安科瑞充電樁收費運營(yíng)云平臺

5.1概述

          AcrelCloud-9000安科瑞充電樁收費運營(yíng)云平臺系統通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對接入系統的汽車(chē)充電站、電動(dòng)自行車(chē)充電站以及各個(gè)充電樁進(jìn)行不間斷地數據采集和監控，實(shí)時(shí)監控充電樁運行狀態(tài)，進(jìn)行充電服務(wù)、支付管理，交易結算，資源管理、電能管理、明細查詢(xún)等，同時(shí)對充電機過(guò)溫保護、漏電、充電機輸入/輸出過(guò)壓、欠壓、絕緣低各類(lèi)故障進(jìn)行預警；充電樁支持以太網(wǎng)、4G或WIFI等方式接入互聯(lián)網(wǎng)，用戶(hù)通過(guò)微信、支付寶、云閃付掃碼充電。

5.2應用場(chǎng)合

   適用于住宅小區等物業(yè)環(huán)境、各類(lèi)企事業(yè)單位、醫院、景區、學(xué)校、園區等公建、公共停車(chē)場(chǎng)、公路充電站、公交樞紐、購物中心、商業(yè)綜合體、商業(yè)廣場(chǎng)、地下停車(chē)場(chǎng)、高速服務(wù)區、公寓寫(xiě)字樓等場(chǎng)合。

5.3系統結構

   現場(chǎng)設備層：連接于網(wǎng)絡(luò )中的各類(lèi)傳感器，包括多功能電力儀表、汽車(chē)充電樁、電瓶車(chē)充電樁、電能質(zhì)量分析儀表、電氣火災探測器、限流式保護器、煙霧傳感器、測溫裝置、智能插座、攝像頭等。

   網(wǎng)絡(luò )通訊層：包含現場(chǎng)智能網(wǎng)關(guān)、網(wǎng)絡(luò )交換機等設備。智能網(wǎng)關(guān)主動(dòng)采集現場(chǎng)設備層設備的數據，并可進(jìn)行規約轉換，數據存儲，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò )把數據上傳至搭建好的數據庫服務(wù)器，智能網(wǎng)關(guān)可在網(wǎng)絡(luò )故障時(shí)將數據存儲在本地，待網(wǎng)絡(luò )恢復時(shí)從中斷的位置繼續上傳數據，保證服務(wù)器端數據不丟失。

   平臺管理層：包含應用服務(wù)器和數據服務(wù)器，完成對現場(chǎng)所有智能設備的數據交換，可在PC端或移動(dòng)端實(shí)現實(shí)時(shí)監測充電站配電系統運行狀態(tài)、充電樁的工作狀態(tài)、充電過(guò)程及人員行為，并完成微信、支付寶在線(xiàn)支付等應用。

5.4平臺功能描述

5.4.1充電服務(wù)

   充電設施搜索，充電設施查看，地圖尋址，在線(xiàn)自助支付充電，充電結算，導航等。

5.4.2首頁(yè)總覽

   總覽當日、當月開(kāi)戶(hù)數、充值金額、充電金額、充電度數、充電次數、充電時(shí)長(cháng)，累計的開(kāi)戶(hù)數、充值金額、充電金額、充電度數、充電次數、充電時(shí)長(cháng)，以及相應的環(huán)比增長(cháng)和同比增長(cháng)以及樁、站分布地圖導航、本月充電統計。

5.4.3交易結算

   充電價(jià)格策略管理，預收費管理，賬單管理，營(yíng)收和財務(wù)相關(guān)報表。

5.4.4故障管理

   故障管理故障記錄查詢(xún)、故障處理、故障確認、故障分析等管理項，為用戶(hù)管理故障和查詢(xún)提供方便。

5.4.5統計分析

   統計分析支持運營(yíng)趨勢分析、收益統計，方便用戶(hù)以曲線(xiàn)、能耗分析等分析工具，瀏覽樁的充電運營(yíng)態(tài)勢。

5.4.6運營(yíng)報告

   按用戶(hù)Z定周期分析汽車(chē)、電瓶車(chē)充電站、樁運行、交易、充值、充電及報警、故障情況，形成分析報告。

5.4.7APP、小程序移動(dòng)端支持

   通過(guò)模糊搜索和地圖搜索的功能，可查詢(xún)可用的電樁和電站等詳細信息。掃碼充電，在線(xiàn)支付:掃描充電樁二維碼，完成支付，微信支付完成后，即可進(jìn)行充電。

5.4.8資源管理

   充電站檔案管理，充電樁檔案管理，用戶(hù)檔案管理，充電樁運行監測，充電樁異常交易監測。

5.5選型配置

6總結

   電動(dòng)汽車(chē)智能充電樁分為兩種，一種是直流充電樁。一種是交流充電樁。其中交流充電樁需要進(jìn)行整流、濾波和穩壓等措施變成直流電源后才能使用，但是充電效率較高。為了能夠保證電動(dòng)汽車(chē)蓄電池的充電時(shí)間，延長(cháng)蓄電池的使用時(shí)間。應該對電動(dòng)汽車(chē)智能充電樁進(jìn)行充分管理。從充電開(kāi)始到充電結束充電樁的管理也能實(shí)現智能化，以減少人力的投入。智能充電樁管理的提高也能夠促進(jìn)電動(dòng)汽車(chē)的推廣使用，為保護環(huán)境盡一份力。