摘要：針對當前電動汽車電池壽命嚴重不足、無法及時充電的問題，將電動電子變流技術、智能監(jiān)控技術、REIP無線射頻技術和CAN總線技術應用于電動汽車智能充電樁的設計和研究。對無人值守的智能電動汽車充電樁進行了現(xiàn)實依據(jù)和理論可行性分析，提出了電動汽車智能充電樁的軟件設計方法和硬件結構構成方案，兼具CAN總線網(wǎng)絡通信功能和無人值守功能，將每個電動汽車智能充電樁視為一個智能節(jié)點，并建立了上下位置監(jiān)控，結果表明，電動汽車智能充電樁能夠快速為電動汽車充電，并具有完善的遠程通信和監(jiān)控功能，保證了電動汽車的耐久性。

關鍵字：電動汽車；充電樁；REIP無線射頻；智能監(jiān)控；CAN總線；

0引言

作為一種不可再生能源，常規(guī)石化燃料的使用不僅對大氣造成了極大的污染，而且儲量也越來越少。目前，許多國家和科研機構正在積極致力于電動汽車的研發(fā)和生產(chǎn)。中國在電動汽車行業(yè)起步早，發(fā)展迅速。電動汽車的發(fā)展已成為節(jié)能減排和改善地球環(huán)境的必然趨勢。電動汽車以其零污染、零噪音、駕駛簡單等優(yōu)點一度成為人們關注的焦點，但電動汽車電池壽命弱、充電不便等缺點也成為限制廣泛使用的障礙。當前，電動汽車采用蓄能電池作為動力來源，當電壓較低時，必須進行電能供應，否則性能會受到很大影響。目前，中國有許多充電模式，如電池組快速更換、快速充電和常規(guī)充電，但動力電池體積大、重量大，更換舊J不方便。電動汽車智能充電樁不僅可以解決電動汽車隨時隨地充電的問題，還可以維護動力電池。它具有人性化的人機交互界面和完善的通信能力，確保用戶操作簡單，實現(xiàn)智能化。本研究將電力電子變流技術、智能監(jiān)控技術、REIP無線射頻技術等應用于電動汽車智能充電樁的設計與研究。

1電動汽車(EV)充電方式及充電樁監(jiān)控系統(tǒng)建設的必要性

現(xiàn)在，電動汽車(EV)充電方式主要包括：

（1）交流充電。電網(wǎng)提供220V或380V交流電源，通過濾波、整流和車載充電裝置的保護，實現(xiàn)電動汽車電池的充電過程。這種充電方式充電時間長，充電功率小。適用于小型純電動汽車和混合動力汽車。

（2）DC充電。這種充電方式是在地面上提供DC電源，直接為汽車上的電池充電，省去了車載充電裝置，有利于減輕車身重量。地面充電器通常功率大，可以實現(xiàn)快速充電。適用于電動公交車等大型電動汽車。

（3）更換電池組。這種充電方法為每輛電動汽車準備了兩組電池。一組為電動汽車提供電源，另一組處于地面充電狀態(tài)。當車載電池組電量不足時，可及時拆卸和更換充足電量的電池組。這種方法可以在短時間內(nèi)實現(xiàn)充電過程。然而，需要建造大量的電池更換站，需要大量的人員進行維護。投資成本高，智能化程度低，不予采用。

（4）非接觸式充電。這種充電方式需要在道路上嵌入電氣元件，并且可以隨時與車輛接觸，這樣在車輛行駛過程中可以在不受充電位置限制的情況下隨時充電。目前，這種充電方式還沒有引起足夠的關注和興趣，因此不會被采用。

充電樁監(jiān)控系統(tǒng)建設的必要性分析如下：

隨著社會科技力量的不斷增強，電動汽車將逐漸得到人們的認可，因為它們具有零排放和低噪音的優(yōu)點。建設一個龐大的充電系統(tǒng)也是不可或缺的一部分，就像現(xiàn)在的汽車加油站一樣，隨處可見。同時，目前大多數(shù)電動汽車電池使用能效高、體積小的鋰離子電池作為能源電池。鋰離子電池對充放電有很高的要求。如果沒有相應的監(jiān)控方法，會對電池造成不可修復的損壞，嚴重時會危及人身安全。

2電動汽車(EV)充電樁監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)的功能

2．1.兩種可行的充電樁建設模式

建造交流充電樁。在社區(qū)停車場建造交流充電樁時，使用220V或390V交流電壓，這兩種電壓水平很容易獲得。通過地面充電樁，您可以為家用電動汽車或環(huán)衛(wèi)清潔車等小型電動汽車充電。這種交流充電樁的優(yōu)點是可以利用車輛在夜間的閑置時間進行充電。

（2）建造DC充電樁。在電動公交車站或大型電動汽車場建造DC充電樁可以快速完成車輛充電過程。這種充電樁功率大，會對電網(wǎng)產(chǎn)生一定的影響，因此在施工過程中需要考慮電網(wǎng)的保護措施。本研究只需考慮交流220V、設計380V充電樁監(jiān)控系統(tǒng)。

2．2.監(jiān)控系統(tǒng)的主要功能

監(jiān)控系統(tǒng)的主要功能包括：

(1)具有IC卡識別功能，通過手持IC卡激活和計費充電樁。

(2)具有檢測和保護充電樁交流電源電壓和電流的功能。

(3)具有監(jiān)控電池充電狀態(tài)、充電電壓、充電電流、充電階段的功能。

(4)具有通信功能，能與上級管理層進行通信和數(shù)據(jù)交換。

(5)具有電池智能維護功能，可在充電過程中對電池進行檢測，對電池進行適度維護。

3智能充電樁監(jiān)控系統(tǒng)設計

3．1.由硬件框架組成

充電池監(jiān)控系統(tǒng)的結構圖如圖1所示。在圖1中，AC交流電源輸入為380V電網(wǎng)電源，直接連接人。經(jīng)過濾波、整流、穩(wěn)壓等一系列操作，成為電動汽車充電的可用DC電源。IC卡識別模塊用于用戶激活充電樁。余額和個人信息可以通過讀卡器顯示。狀態(tài)顯示用于顯示當前的充電模式和充電電流／電壓、電池充電狀態(tài)等信息。

硬件系統(tǒng)主要包括主控板、IC讀卡器、檢測芯片、顯示電表、顯示屏、鍵盤、通信模塊等設備。

主控板是硬件系統(tǒng)的核心組成部分。它可以完成充電過程的啟動、運行、實時監(jiān)控和關閉，并通過各種通信方式將數(shù)據(jù)實時傳輸?shù)胶笈_。主控板的主要功能特點包括：通過通用串行總線和上位機CPU模塊進行通信，對下位機進行檢測和數(shù)據(jù)采集。同時，上位機需要具有顯示功能。它有以太網(wǎng)口、動態(tài)SDRAM控制器、NAND控制器和多個交叉口，以及工業(yè)級溫度范圍。5J。為了實時監(jiān)控充電樁的運行狀態(tài)，確保充電過程的安全／實時監(jiān)控電流、充電接口連接狀態(tài)、車載電池管理系統(tǒng)狀態(tài)、車載電池狀態(tài)等。如有異常，可及時切斷電源輸出，保護電動汽車電池和充電樁本身的安全。

在電動汽車充電樁建設過程中，充電樁的外部材料應選用鍍鋅鋼板，并具有一定的防潮防水性能，以確保在陰濕天氣下正常運行。在選擇部件時，應選擇具有工業(yè)標準的電力電子設備，以確保充電樁在惡劣環(huán)境下能夠正常運行。此外，為了防止電磁干擾，應選擇具有屏蔽功能的通信線，并將接地線連接到外部，以抑制共模。

3．2充電樁智能監(jiān)控系統(tǒng)軟件構成

軟件系統(tǒng)程序流程圖如圖2所示。當用戶需要充電時，將電動汽車的充電插座與充電樁的充電手柄連接，然后通過IC卡讀卡器激活充電樁；如果充電手柄與充電插座之間的連接不正常，則會發(fā)出警報。用戶身份識別完成后，用戶可以選擇充電模式和充電時間。同時，充電樁檢測電池狀態(tài)。如果用戶不允許在當前狀態(tài)下選擇當前充電模式，則會發(fā)出警報，并建議充電樁選擇合理的充電模式。當充電模式選擇正確時，可以在充電過程中研究正常充電過程

主程序在編寫時，采用了模塊化的原則，這樣能夠保證充電樁高效的運行，筆者按照充電樁的幾大功能，將程序分為幾個大的模塊：中央控制模塊、IC卡識別模塊、通訊模塊、顯示模塊、打印機模塊、檢測模塊等6大模塊。8 J。當充電樁被激活時，主程序能夠有效地協(xié)調各個模塊之間的工作從而完成從身份識別到充電結束的一整套流程，多線程處理可以保證各個模塊之間相互獨立，互不影響。

4智能充電樁的性能測試

經(jīng)過現(xiàn)場測試，電動汽車智能充電樁完全能夠滿足快速充電的要求，并且具備電池的維護和保養(yǎng)功能，現(xiàn)場監(jiān)控畫面能夠實時顯示電池電壓、電池電流、充電電壓、充電電流、卡內(nèi)余額等各項信息，用戶可以很方便地進行充電操作，現(xiàn)場測試表明，電動汽車智能充電樁運行狀況良好。系統(tǒng)整體測試截圖如圖3所示。

5 安科瑞充電樁收費運營云平臺

5.1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、支付管理，交易結算，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。

5.2應用場所

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、學校、園區(qū)等充電樁模式的充電基礎設施設計。

5.3系統(tǒng)結構

5.3.1系統(tǒng)分為四層：

1）即數(shù)據(jù)采集層、網(wǎng)絡傳輸層、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)絡傳輸層：通過4G網(wǎng)絡將數(shù)據(jù)上傳至搭建好的數(shù)據(jù)庫服務器。

4）數(shù)據(jù)中心層：包含應用服務器和數(shù)據(jù)服務器，應用服務器部署數(shù)據(jù)采集服務、WEB網(wǎng)站，數(shù)據(jù)服務器部署實時數(shù)據(jù)庫、歷史數(shù)據(jù)庫、基礎數(shù)據(jù)庫。

5）應客戶端層：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。

5.4安科瑞充電樁云平臺系統(tǒng)功能

5.4.1智能化大屏

智能化大屏展示站點分布情況，對設備狀態(tài)、設備使用率、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，查看設備使用率，合理分配資源。

5.4.2實時監(jiān)控

實時監(jiān)視充電設施運行狀況，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。

5.4.3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、注銷等操作，可查看小區(qū)用戶每日的充電交易詳細信息。

5.4.4故障管理

設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果上報。充電用戶也可通過充電小程序反饋現(xiàn)場問題。

5.4.5統(tǒng)計分析

通過系統(tǒng)平臺，從充電站點、充電設施、、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。

5.4.6基礎數(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施，維護充電設施信息、價格策略、折扣、優(yōu)惠活動，同時可管理在線卡用戶充值、 凍結和解綁。

5.4.7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)設置，同時可接收故障推送。

5.4.8充電小程序

面向充電用戶使用，可查看附近空閑設備，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

通過在實驗室進行的模擬充電實驗，筆者得出以下結論，電動汽車智能充電樁的運行狀況良好，充電模式可以根據(jù)需要進行修改，充電時間可根據(jù)充電模式的選擇自動調整，*快充電時間在60 rain左右，用戶信息可以顯示當前卡內(nèi)余額、歷史充電記錄，方便用戶查詢。當電池電壓達到額定電壓的90％的時候，系統(tǒng)會自動降低充電電流，對電池做出維護。凸顯的一個問題就是，系統(tǒng)發(fā)熱量較高，需配備散熱設備進行散熱，以保證電子器件的安全、穩(wěn)定運行。

參考文獻

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審核編輯 黃宇