張穎姣

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，汽車使用數量的激增導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，同時也提供了便捷的充電服務。

關鍵詞：電動汽車；充電樁；充電管理；系統(tǒng)設計

0引言

新能源汽車研發(fā)和應用的推進，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、市場質量參差不齊等問題，國家也對電動自充電樁的設計實施規(guī)范。為了有效實現充電樁的效益，設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。交流充電方式可在公共停車場為公交提供充電服務，也可以用于小型電動汽車。其次，直流充電。與電力驅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動，另一組電池則可取出進行充電，以實現電池更迭，保證車輛順暢運轉和電池持續(xù)供能。非接觸式充電方式，利用感應器件實現汽車非接觸式充電，車輛和充電設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量。但是，該方式對技術要求較高，充電速度和質量均難以保證，限制了其推廣應用。

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，需要結合快充和慢充兩種分析方法。第一種是快充車，充電速度調整為大于或等于3C，電池容量可在100kWh范圍內操縱，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，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。當然，在慢充車中，有一種特殊的“快速填充”技術模式，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生不利影響。特別是當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)的設計原則

首先，在進行電動汽車充電管理系統(tǒng)設計時，只有加強系統(tǒng)的安全性設計，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，開放性設計原則的運用非常關鍵。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)的開放性原則設計。在進行開放性原則系統(tǒng)設計時，首先應該注意系統(tǒng)的數據通信協(xié)議的設計。，發(fā)展性原則。關于電動汽車充電樁運營管理系統(tǒng)的設計與開發(fā)，在技術架構方面，應加強發(fā)展性視角。需注重系統(tǒng)設計的優(yōu)化，采用多層邏輯處理層體系，劃分表現層、控制層、數據操作層及服務層。同時，應關注技術應用，提升設計水平。

4.電動汽車充電樁充電管理系統(tǒng)的設計

4.1軟件設計

在儲能電動汽車充電樁的綜合系統(tǒng)設計中，選擇DSP芯片作為控制核心，負責掌控整個系統(tǒng)。在實際設計充電系統(tǒng)時，首要任務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。在存儲器檢驗維修過程中，可獲取相關檢驗信息。電動汽車充電樁管理系統(tǒng)軟件設計還應著重于合理設計程序框圖，以實際運轉數據為基礎，把握系統(tǒng)運行情況。

4.2后臺監(jiān)控

設計充電樁時，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)現潛在運行風險和故障、縮短維修周期。同時，形成數據庫，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、繳費場所以及卡內余額，使客戶能快速了解充值卡情況。如此一來，客戶無需擔心因余額不足造成充電中斷，輕松享受更智能的服務。

4.3環(huán)境及電磁兼容設計

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，使其不受結構破壞，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，采用烤漆技術可提高樁表面的防腐能力。

4.4回轉電路設計

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)測數據。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設置配比與場址選擇

每棟建筑停車場配置的充電設備數量符合當地法規(guī)。在選擇具體位置時，應從消防、電力、通風、洪水破壞等方面廣泛考慮充電樁。充電樁的位置還應滿足供電容量、供電半徑、線路路徑和其他能源接入要求。現場的選擇遠離火災危險環(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。充電樁的位置還應滿足用戶和設備的通信需求，并應確保公共通信網絡能夠覆蓋。

5.加強電動汽車充電樁規(guī)劃設計

5.1科學選擇充電樁站點

首先，充電樁的豎立配合城市道路、排水、消防等基礎設施。舉例來說，在興建充電樁時，應充分考慮環(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 明確設計要點

大多數充電樁在使用時進行高負荷并不斷工作。充電樁設計應注意穩(wěn)定性和可靠性，以保證充填效率和質量。在充電樁設備方面，可以采用適應性更強的模塊化結構來應對雷擊、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，內部控制面板應提供觸摸屏、無線模塊、電能測量和整個控制模塊的完全連接。控制模塊可以實時監(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、數據與付款之間的聯(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中，針對新時代發(fā)展的具體需要，結合業(yè)務發(fā)展模式，在具體建設中引入“PPP”管理模式。運營、建設并逐步完善相關綜合關稅制度，促進社會資本更多參與。在有關系統(tǒng)的發(fā)展過程中，政府應發(fā)揮適當的領導作用，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據采集和監(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、4G或WIFI等方式接入互聯(lián)網，用戶通過微信、支付寶，云閃付掃碼充電。

6.2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。

6.3系統(tǒng)結構

6.3.1系統(tǒng)分為四層：

1）即數據采集層、網絡傳輸層、數據中心層和客戶端層。

2）數據采集層：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，并進行電能計量和保護。

3）網絡傳輸層：通過4G網絡將數據上傳至搭建好的數據庫服務器。

4）數據中心層：包含應用服務器和數據服務器，應用服務器部署數據采集服務、WEB網站，數據服務器部署實時數據庫、歷史數據庫、基礎數據庫。

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、基礎數據管理等功能，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，對設備狀態(tài)、設備使用率、充電次數、充電時長、充電金額、充電度數、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。

6.4.2.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。

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、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基礎數據管理

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。

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，進行遠程參數設置，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。即使產品再完美，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

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電動汽車充電樁充電管理系統(tǒng)設計.張衛(wèi)東

安科瑞企業(yè)微電網設計與應用手冊.2022.05版.

審核編輯 黃宇