淺談電動汽車智能充電樁及運營管理云解決方案

安科瑞 陳聰

 摘要：電動汽車采用了電力作為發(fā)動能源，但是同樣存在很大缺陷,即續(xù)航能力方面存在較大不足。因此如何利用現(xiàn)代技術(shù)進行電動汽車的智 能充電便十分重要。在電動汽車智能充 電的研究過程中需要用到的技術(shù)有有電力電子 變流技術(shù)、REIP無線射頻技術(shù)、智能監(jiān)控技術(shù)以及CAN總線技術(shù)等。本文將CAN總線的無人值守功能與網(wǎng)絡(luò)通訊功 能與應(yīng)用到電動汽車智能充 電樁的設(shè)計與研究中開展了無人值守的智能電動車充電樁的現(xiàn)實依據(jù)和理論可行性分析，提出了一種兼?zhèn)浜蜔o人值守功能的電動汽車.智能充電樁的軟件設(shè)計方法和硬件結(jié)構(gòu)組成方案，把每個電動汽車智能充電樁視為一個智能節(jié)點，建立了上位機組態(tài)監(jiān)控和下位機數(shù)據(jù)采集相互結(jié)合的系統(tǒng)整體框架。電動汽車智 能充電樁的研究和使用能夠?qū)崿F(xiàn)電動汽車快速充電，并且能夠監(jiān)控并控制充電情況，從而解決電動汽車續(xù)航不足的問題。

   關(guān)鍵詞：電動汽車；智能充電樁；管理方案；

1概述

   常規(guī)汽車一般使用化石燃料作為動力能源．而這種燃料的使用不僅會造成環(huán)境污染．而且由于化石能源源儲備量越來越少。因此越來越多的國家開始致力于電動汽車的研究和生產(chǎn)。在電動汽車行業(yè)方面我國屬于起步較早而且發(fā)展十分迅速的，為了進一步節(jié)能減排，改善地球的現(xiàn)有環(huán)境，電動汽車的發(fā)展已經(jīng)成為了必然趨 勢。但是電動汽車較弱的續(xù)航能力、不便于充電等方面也是一直被人詬病，大大限制了電動汽車的大范圍使用目前的電動汽車的動力來源一般是蓄電池．如果電壓比較低，就需要進行充電，否則在速度、汽車性能等方面都會受到很大影響。充電模式多種多樣．其中用的比較多的是常規(guī)充電、電池組快速更換以及快速充電等，作為電動汽車的 動力電池重量較大、體積也較，因此會面臨更換時不方便的問題。而電動汽車智能充電樁得使用將能夠解決電動汽車充電問題。智能充電樁能夠根據(jù)動力電池的電量進行電池維護．汽車用戶進行操作時也十分簡便。不僅能夠解決電動汽車隨時隨地充電的問題，還能夠?qū)恿﹄姵剡M行維護。

2電動汽車的充電方法和建設(shè)充電樁監(jiān)控系統(tǒng)的必要性

   目前 ，電動汽車充電方式主要有以下幾種 ：

(1)交流充電。交流充電時一般采用的是220V或380V的交流電源，進行充電時車載充電裝置會對電流進行整流和濾波。從而保護電動汽車電源，并且實現(xiàn)對電動汽車的充電。但是這種充電方式需要較久的充電時間，因此比較適 合小型的電動汽車和混合式電力汽車。

(2)直流充電。該種充電方式通過直流電源對電動汽車的蓄電池進行充電。不需要經(jīng)過車栽裝置進行電流調(diào)節(jié)．因此可以大大減輕汽車自重。因此進行直流充電時充電功率較大．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汽車充電。

(3)更換電池組。使用這種方式充電時需要為電動汽車準備兩組電池，當(dāng)一組電池給電動汽車提供動力。另外一組就進行地面直流充電。如果正在使用的蓄電池電力不足時，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間。但是充電時間的縮短代價是建造較多數(shù)量的電池更換站并且需要很多工作人員對電池更換站進行維護。需要投入大量的成本．降低了電動汽車充電智能化，因此一般不使用這種方式進行充電。

(4)非接觸式充電。這種方式在電動汽車充電當(dāng)中并不常見，因為需要嵌入特定的電氣元件．而且還需要保證與汽車隨時都能夠進行接觸。只有做到了這樣才能夠保證電動汽車在行駛時也能夠隨時隨地充電。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(shè)充電樁，為了保證充電智能化，充電樁監(jiān)控系統(tǒng)也是不可少的。盡管現(xiàn)在電動汽車還存在不少的缺點，但是隨著社會、科技等的發(fā)展．電動汽車由于其噪音小、無污染等優(yōu)點就會逐漸被人們接受和認可。因此需要進行充電系統(tǒng)的建設(shè)．盡管這項工程十分龐大。但是必要性仍然是存在的。隨著電動汽車的發(fā)展，現(xiàn)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(shè)智能充電樁管理。將會對鋰電池造成大的傷害．更有甚者會危及到人們的生命安全。

3電動汽車充電樁監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)的功能

   充電樁建設(shè)的兩種可行模式：

(1)交流充電樁的建設(shè)。在停車場進行交流充電樁的建設(shè)，交流電壓可以采用220V或者380V。這兩種電壓適用于大 多數(shù)的電動汽車蓄電池通過這些交流充電樁可以能夠給小型的家用電動車或是環(huán)衛(wèi)的清潔車進行充電。這種充電樁的建設(shè)方式有的優(yōu)點在于能夠在夜 間進行電池充電。

(2)直流充電樁的建設(shè)。這種充電樁一般適合建設(shè)在大型電動汽車或公交車聚集較多的場合，直流充電樁能夠為大型電動汽車進行快速充電。因此這種充電樁擁有較大的功率．對電網(wǎng)運行可能會造成一定程度的影響因此在直流充電樁的建設(shè)時需要考慮對電網(wǎng)的保護。

3.2監(jiān)控系統(tǒng)的主要功能

   監(jiān)控系統(tǒng)主要包括以下功能 ：

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

(2)蓄電池在充電樁進行充電時需要能夠?qū)π铍姵氐碾妷汉碗娏鬟M行保護和檢測功能。

(3)電動汽車電池充電時對其充電狀態(tài)、電壓、電流等方面進行電池情況的監(jiān)控。

(4)電池進行充電時需要對電池進行智能維護，以延長電池的使用時間。

4充電樁智能監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)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)過對交流電進行整流、濾波和穩(wěn)壓等措施就變成直流電源。能夠供給電動汽車進行充電。想要完成充電樁的充電還需要 IC卡識別模塊．這個模塊的設(shè)計能夠讓用戶激活充電樁。讀卡器將會識別出IC卡上的用戶信息，識別完成后能夠顯示個人信息、余額等。而狀態(tài)顯示模塊則用來將充電過程中的狀態(tài) 信息充分顯示出來。硬件系統(tǒng)包括了主控板、檢測芯片、IC讀卡器以及顯示屏、鍵盤等設(shè)備。建設(shè)充電樁過程中。其樁體材料的選擇應(yīng)該以鍍鋅銅板優(yōu)先，考慮到防潮防水性能，還應(yīng)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(jiān)控系統(tǒng)的軟件構(gòu)成

   當(dāng)需要給電動汽車充電時．只需要將電動汽車上的充電插1：1連接到充電樁上的充電手柄．通過讀卡器識別戶的IC卡以將充電樁激活：如果充電插口和充電手柄沒有進行正常連接將會進行提示和報警。完成身份識別后，用戶可以進行充電時間、充電模式的選擇，同時在充電過程中充電樁將會檢測電池的充電狀態(tài)，如果充電模式被檢測到不對的話，同樣會提示和報警。充電樁也會通過顯示屏給用戶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，充電樁將會進行正常充電過程，充電樁給電動汽車充電過程中。充電樁的顯示屏將會顯示出用戶信息、用戶卡上余額、已經(jīng)充電得時間以及充電完成剩余時間等信息。電動汽車充電結(jié)束后，充電樁將會發(fā)出提示，用戶IC卡停止計費，將票據(jù)通過打印機打印出來，等到用戶與電動汽車一同離開后，充電樁就會進入到自動鎖定的狀態(tài)，直到下一個用戶激活為止。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云平臺

5.1概述

          AcrelCloud-9000安科瑞充電樁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)的汽車充電站、電動自行車充電站以及各個充電樁進行不間斷地數(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，資源管理、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。

5.2應(yīng)用場合

   適用于住宅小區(qū)等物業(yè)環(huán)境、各類企事業(yè)單位、醫(yī)院、景區(qū)、學(xué)校、園區(qū)等公建、公共停車場、公路充電站、公交樞紐、購物中心、商業(yè)綜合體、商業(yè)廣場、地下停車場、高速服務(wù)區(qū)、公寓寫字樓等場合。

5.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

   現(xiàn)場設(shè)備層：連接于網(wǎng)絡(luò)中的各類傳感器，包括多功能電力儀表、汽車充電樁、電瓶車充電樁、電能質(zhì)量分析儀表、電氣火災(zāi)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(xiàn)場智能網(wǎng)關(guān)、網(wǎng)絡(luò)交換機等設(shè)備。智能網(wǎng)關(guān)主動采集現(xiàn)場設(shè)備層設(shè)備的數(shù)據(jù)，并可進行規(guī)約轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)存儲，并通過網(wǎng)絡(luò)把數(shù)據(jù)上傳至搭建好的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，智能網(wǎng)關(guān)可在網(wǎng)絡(luò)故障時將數(shù)據(jù)存儲在本地，待網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)時從中斷的位置繼續(xù)上傳數(shù)據(jù)，保證服務(wù)器端數(shù)據(jù)不丟失。

   平臺管理層：包含應(yīng)用服務(wù)器和數(shù)據(jù)服務(wù)器，完成對現(xiàn)場所有智能設(shè)備的數(shù)據(jù)交換，可在PC端或移動端實現(xiàn)實時監(jiān)測充電站配電系統(tǒng)運行狀態(tài)、充電樁的工作狀態(tài)、充電過程及人員行為，并完成微信、支付寶在線支付等應(yīng)用。

5.4平臺功能描述

5.4.1充電服務(wù)

   充電設(shè)施搜索，充電設(shè)施查看，地圖尋址，在線自助支付充電，充電結(jié)算，導(dǎo)航等。

5.4.2首頁總覽

   總覽當(dāng)日、當(dāng)月開戶數(shù)、充值金額、充電金額、充電度數(shù)、充電次數(shù)、充電時長，累計的開戶數(shù)、充值金額、充電金額、充電度數(shù)、充電次數(shù)、充電時長，以及相應(yīng)的環(huán)比增長和同比增長以及樁、站分布地圖導(dǎo)航、本月充電統(tǒng)計。

5.4.3交易結(jié)算

   充電價格策略管理，預(yù)收費管理，賬單管理，營收和財務(wù)相關(guān)報表。

5.4.4故障管理

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

5.4.5統(tǒng)計分析

   統(tǒng)計分析支持運營趨勢分析、收益統(tǒng)計，方便用戶以曲線、能耗分析等分析工具，瀏覽樁的充電運營態(tài)勢。

5.4.6運營報告

   按用戶相應(yīng)周期分析汽車、電瓶車充電站、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、小程序移動端支持

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

5.4.8資源管理

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

5.5選型配置

6總結(jié)

   電動汽車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行整流、濾波和穩(wěn)壓等措施變成直流電源后才能使用，但是充電效率較高。為了能夠保證電動汽車蓄電池的充電時間，延長蓄電池的使用時間。應(yīng)該對電動汽車智能充電樁進行充分管理。從充電開始到充電結(jié)束充電樁的管理也能實現(xiàn)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電動汽車的推廣使用，為保護環(huán)境盡一份力。

參考文獻

[1]王濤，張東華，賀智軼等.電動汽車充電樁的控制系統(tǒng)研究與設(shè)計[J].湖北電力，2012(04)．

[2]張允，陸佳政，李波.利用有源濾波功能的新型電動汽車交流充電樁[J].高電壓技術(shù)，2013(01).

[3]劉朝輝.電動汽車智能充電樁的設(shè)[計與應(yīng)用［J]電子技術(shù)與軟件工程,2017(3):248．

[4]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應(yīng)用手冊.2020.06.