劉細鳳

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：隨著我國社會經(jīng)濟的不斷發(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，對大氣環(huán)境造成了嚴重污染。因此，為了保護環(huán)境，許多新型環(huán)保汽車的設(shè)計正積極推廣，電動汽車便是其中之一。電動汽車通過充電樁獲得電力，提高充電樁的充電性能，從而為電動汽車的發(fā)展打下堅實的基礎(chǔ)，同時也提供了便捷的充電服務(wù)。

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

0引言

新能源汽車研發(fā)和應(yīng)用的推進，在一定程度上削減了化石能源的使用，有利于落實和推進節(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題。但由于電動汽車行業(yè)還不成熟、充電樁接口問題、市場質(zhì)量參差不齊等問題，國家也對電動自充電樁的設(shè)計實施規(guī)范。為了有效實現(xiàn)充電樁的效益，設(shè)計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，不斷提高其安全性和實用性。

1.電動汽車充電樁主要分類

首先交流充電,交流充電是為電機提供220V或380V交流充電服務(wù)。交流充電方式可在公共停車場為公交提供充電服務(wù)，也可以用于小型電動汽車。其次，直流充電。與電力驅(qū)動電動汽車的地面維護不同，大型電動汽車可以在不使用電池的情況下快速完成充電并開車，相比之下，無需使用蓄電池存儲電量。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汽車，其中一組蓄電池供車輛驅(qū)動，另一組電池則可取出進行充電，以實現(xiàn)電池更迭，保證車輛順暢運轉(zhuǎn)和電池持續(xù)供能。非接觸式充電方式，利用感應(yīng)器件實現(xiàn)汽車非接觸式充電，車輛和充電設(shè)備無需接觸即可完成充電。這種方式可滿足行駛中車輛的隨時充電需求，而不會受限于充電樁數(shù)量。但是，該方式對技術(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.電動汽車充電樁的充電特征分析

在電動汽車充電樁充電特性分析過程中，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，車身上有兩個直流充電孔，可同時用電槍充電?？紤]到汽車快速充氣電池容量相對較小，車輛運營時單位一次性用電量較高，需要確保車輛很好地適應(yīng)起動和換班間隙，確保合理充電?？紤]到電池容量大，有必要在運行過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)車換班間隔進行快速充電。在這一過程中，充電樁的選擇是根據(jù)電動汽車的實際特點進行的，以避免深沖深放電對電池壽命產(chǎn)生不利影響。特別是當(dāng)電動汽車的剩余功率小于30%時，這時進行充電，補充到80%以上。在電動汽車方面，由于BMS系統(tǒng)為電池提供了有效的保護，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間。

3.電動汽車充電樁充電管理系統(tǒng)的設(shè)計原則

首先，在進行電動汽車充電管理系統(tǒng)設(shè)計時，只有加強系統(tǒng)的安全性設(shè)計，才能確保電動汽車的充電管理系統(tǒng)在實際運行中安全可靠。其次，開放性設(shè)計原則的運用非常關(guān)鍵。由于使用電動汽車的用戶來自不同文化和知識背景，因此增強該管理系統(tǒng)的開放性原則設(shè)計。在進行開放性原則系統(tǒng)設(shè)計時，首先應(yīng)該注意系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信協(xié)議的設(shè)計。，發(fā)展性原則。關(guān)于電動汽車充電樁運營管理系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)，在技術(shù)架構(gòu)方面，應(yīng)加強發(fā)展性視角。需注重系統(tǒng)設(shè)計的優(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，應(yīng)關(guān)注技術(shù)應(yīng)用，提升設(shè)計水平。

4.電動汽車充電樁充電管理系統(tǒng)的設(shè)計

4.1軟件設(shè)計

在儲能電動汽車充電樁的綜合系統(tǒng)設(shè)計中，選擇DSP芯片作為控制核心，負責(zé)掌控整個系統(tǒng)。在實際設(shè)計充電系統(tǒng)時，首要任務(wù)是對充電流程進行管理以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，為電動汽車提供便捷的充電服務(wù)。在存儲器檢驗維修過程中，可獲取相關(guān)檢驗信息。電動汽車充電樁管理系統(tǒng)軟件設(shè)計還應(yīng)著重于合理設(shè)計程序框圖，以實際運轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，把握系統(tǒng)運行情況。

4.2后臺監(jiān)控

設(shè)計充電樁時，要做好監(jiān)測后臺，監(jiān)管各充電樁的運行信息，如電壓、電流輸送和充電時間等，這可快速發(fā)現(xiàn)潛在運行風(fēng)險和故障、縮短維修周期。同時，形成數(shù)據(jù)庫，方便汽車使用者快速查找可充電樁，以提高電動汽車的普及率。此外，對于充值卡可施行后臺監(jiān)管，公示客戶繳費時間、繳費場所以及卡內(nèi)余額，使客戶能快速了解充值卡情況。如此一來，客戶無需擔(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

為了提高充電樁的使用壽命，需要將其融入環(huán)境保護理念，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

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，保證信息的準確性和充電。電動汽車連接充電樁時，連接充電電纜，為了達到這一目的和原理，充電前對充電樁進行控制，并詳細記錄控制和監(jiān)測數(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，確保整個過程的安全。

4.5設(shè)置配比與場址選擇

每棟建筑停車場配置的充電設(shè)備數(shù)量符合當(dāng)?shù)胤ㄒ?guī)。在選擇具體位置時，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?，F(xiàn)場的選擇遠離火災(zāi)危險環(huán)境，特別是爆炸區(qū)域，遵守環(huán)境保護和消防安全要求，避免安裝在可能積水的地方、低洼地區(qū)以及不會受到嚴重振動或高溫影響的地方。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.加強電動汽車充電樁規(guī)劃設(shè)計

5.1科學(xué)選擇充電樁站點

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。舉例來說，在興建充電樁時，應(yīng)充分考慮環(huán)境保護和防火安全，以及與樓宇的合理防火距離。同時，應(yīng)保證充電樁部位不受爆炸、劇烈振動和高溫的危害。其次，充電樁應(yīng)放置在遠離廁所、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)、公眾停車場等。

5.2 明確設(shè)計要點

大多數(shù)充電樁在使用時進行高負荷并不斷工作。充電樁設(shè)計應(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)性更強的模塊化結(jié)構(gòu)來應(yīng)對雷擊、防靜電干擾、電磁干擾和過電壓?？刹捎缅冧\鋼為材料，均勻地在表面涂上保護層，減少雨水的腐蝕作用。在設(shè)計充電樁時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、無線模塊、電能測量和整個控制模塊的連接?？刂颇K可以實時監(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

在制訂綜合資助計劃時，在電力系統(tǒng)的編碼標準、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)運作效率高等范疇進行高水平的綜合規(guī)劃。在電力汽車充電站的具體建設(shè)中，針對新時代發(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。運營、建設(shè)并逐步完善相關(guān)綜合關(guān)稅制度，促進社會資本更多參與。在有關(guān)系統(tǒng)的發(fā)展過程中，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)展過程。

6.安科瑞充電樁收費運營云平臺

6.1概述

AcrelCloud-9000安科瑞充電柱收費運營云平臺系統(tǒng)通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對接入系統(tǒng)的電動電動自行車充電站以及各個充電整法行不間斷地數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控，實時監(jiān)控充電樁運行狀態(tài)，進行充電服務(wù)、支付管理，交易結(jié)算，資要管理、電能管理，明細查詢等。同時對充電機過溫保護、漏電、充電機輸入/輸出過壓，欠壓，絕緣低各類故障進行預(yù)警；充電樁支持以太網(wǎng)、4G或WIFI等方式接入互聯(lián)網(wǎng)，用戶通過微信、支付寶，云閃付掃碼充電。

6.2應(yīng)用場所

適用于民用建筑、一般工業(yè)建筑、居住小區(qū)、實業(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。

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)議為標準modbus-rtu。電瓶車智能充電樁用于采集充電回路的電力參數(shù)，并進行電能計量和保護。

3）網(wǎng)絡(luò)傳輸層：通過4G網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)上傳至搭建好的數(shù)據(jù)庫服務(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)器部署實時數(shù)據(jù)庫、歷史數(shù)據(jù)庫、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫。

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

小區(qū)充電平臺功能主要涵蓋充電設(shè)施智能化大屏、實時監(jiān)控、交易管理、故障管理、統(tǒng)計分析、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理等功能，同時為運維人員提供運維APP，充電用戶提供充電小程序。

6.4安科瑞充電樁云平臺系統(tǒng)功能

6.4.1智能化大屏

智能化大屏展示站點分布情況，對設(shè)備狀態(tài)、設(shè)備使用率、充電次數(shù)、充電時長、充電金額、充電度數(shù)、充電樁故障等進行統(tǒng)計顯示，同時可查看每個站點的站點信息、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.實時監(jiān)控

實時監(jiān)視充電設(shè)施運行狀況，主要包括充電樁運行狀態(tài)、回路狀態(tài)、充電過程中的充電電量、充電電壓/電流，充電樁告警信息等。

6.4.3交易管理

平臺管理人員可管理充電用戶賬戶，對其進行賬戶進行充值、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信息。

6.4.4故障管理

設(shè)備自動上報故障信息，平臺管理人員可通過平臺查看故障信息并進行派發(fā)處理，同時運維人員可通過運維APP收取故障推送，運維人員在運維工作完成后將結(jié)果上報。充電用戶也可通過充電小程序反饋現(xiàn)場問題。

6.4.5統(tǒng)計分析

通過系統(tǒng)平臺，從充電站點、充電設(shè)施、、充電時間、充電方式等不同角度，查詢充電交易統(tǒng)計信息、能耗統(tǒng)計信息等。

6.4.6基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理

在系統(tǒng)平臺建立運營商戶，運營商可建立和管理其運營所需站點和充電設(shè)施，維護充電設(shè)施信息、價格策略、折扣、優(yōu)惠活動，同時可管理在線卡用戶充值、 凍結(jié)和解綁。

6.4.7運維APP

面向運維人員使用，可以對站點和充電樁進行管理、能夠進行故障閉環(huán)處理、查詢流量卡使用情況、查詢充電\充值情況，進行遠程參數(shù)設(shè)置，同時可接收故障推送

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

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

參考文獻

王斌，李航.電動汽車直流充電樁自動測試系統(tǒng)設(shè)計和應(yīng)用[J].電子世界，2019（17）：126-127+130.

劉曉麗，宋天斌，劉衛(wèi)新，李敏，梁軼峰.一種電動汽車充電樁儲能式移動檢測平臺的研制[J].工業(yè)安全與環(huán)保，2019（09）：88-93.

貝鈺垠.電動汽車充電樁電氣設(shè)計[J].電子世界，2019（12）：192-193.

電動汽車充電樁充電管理系統(tǒng)設(shè)計.張衛(wèi)東

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

作者簡介

劉細鳳，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