淺析智能電動汽車充電樁的設(shè)計與應用

劉細鳳

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定201801

摘要：通過對新能源通用充電樁的介紹，詳細分析了充電樁開發(fā)技術(shù)的三個階段，并通過技術(shù)路線解釋了技術(shù)原理，充分論證了本研究的可行性。

關(guān)鍵詞：新能源 ；智能化 ；光伏

、引言

隨著蓄電池性能的不斷提升，電動車輛得到了廣泛的應用， 在今后段時間里，車輛發(fā)展的主流將會以電動車輛的保有量逐年增加，并部分取代內(nèi)燃機車的趨勢。同時，由于電動車的技術(shù)越來越成熟，電動汽車的管理與服務也更加規(guī)范 ；電動汽車的標準也將以系列化、標準化的現(xiàn)代化模式出現(xiàn)，電動車將會開啟個車輛時代的變革。

我“十三五”期間要實現(xiàn)全新能源汽車累計產(chǎn)銷量達到500 萬輛，到2020 年，新能源汽車實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。新能源汽車的發(fā)展， 需要新能源汽車充電樁的建設(shè)配合。隨著社會對新能源汽車的需求日益增加以及家政策的推動，新能源汽車的快速發(fā)展將生產(chǎn)值達到1200 億的汽車充電樁市場。

目前內(nèi)在充電樁行業(yè)中，絕大部分的充電樁產(chǎn)品均依靠家電網(wǎng)供電網(wǎng)絡(luò)作為充電電能來源，均屬于單電能來源類型。目前還沒有專門為市電供電、光伏發(fā)電以及蓄電池供電三種供應源同時為汽車充電產(chǎn)品，也缺少不同電源之間自動切換的新型光伏充電樁。因此，本項目將在以解決上述問題基礎(chǔ)上，開發(fā)出通用充電樁，并能夠緊隨光伏能源行業(yè)的發(fā)展步伐，使其得到更廣圍的應用

二、研究內(nèi)容

代充電樁分為直流充電樁與交流充電樁兩種類型， 以市電作為輸入電源。直流充電樁需要將交流電進行整流成直流電源，用直流電源直接給電動汽車進行充電。交流充電樁是直接將交流電源提供給電動汽車內(nèi)部充電系統(tǒng)進行充電，項目選用交流充電樁投入使用，提高通用性。交流充電樁直接從市電電網(wǎng)中汲取電能作為汽車充電電量來源。交流充電樁輸入電壓為220V 交流電，輸出電壓為220V 交流電。交流充電樁作為汽車充電接口， 將市電交流電通過汽車自帶的交流充電端口提供給電動汽車，作為汽車充電所需要的交流電。

二代充電樁采用直流充電樁的形式，以光伏發(fā)電作為能量供應來源，并配備儲能系統(tǒng)。白天陽光充足的情況下，光伏板將太陽能轉(zhuǎn)換為直流電源，通過直流充電樁，以 DC-DC 的形式對電氣汽車進行充電，富余電量儲存在儲能系統(tǒng)中。在晚上或者光線不足的情況下，直流充電樁對光伏發(fā)電量和儲能系統(tǒng)中蓄電池的電量進行管理和調(diào)用，為汽車充電。二代充電樁將太陽能發(fā)電作為僅有的電量來源，在充電樁中加入了 MPPT 技術(shù)，提高光伏發(fā)電效率，同時具備了傳統(tǒng)充電樁充電管理、蓄電池管理、售電管理等功能。以直流充電的形式，和光伏發(fā)電的直流電這種電能性質(zhì)相吻合，大大提供了發(fā)電和能量轉(zhuǎn)移的效率。

三代充電樁在二代充電樁的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)充電電源來源為市電交流電源與光伏發(fā)電電源，并配置蓄電池儲能系統(tǒng)作為備選功能。

三、實施方案

電動汽車體化充電機由380V 交流供電，正常情況下體化充電機處于關(guān)機狀態(tài)，當正確連接電纜后，啟動充電過程 ；當進入充電過程后，觸摸屏會提示啟動充電，只有有效地 IC 卡方可啟動充電。

充電樁是電動力車的電站，其功能類似于加油站里面的加油機。每個充電樁都裝有充電插頭，充電樁可以根據(jù)不同的電壓等級，為各種型號的電動車充電。電動汽車充電樁采用的是交、直流供電方式，需要特制的充電卡刷卡使用，充電樁顯示屏能顯示充電量、費用、充電時間等數(shù)據(jù)。

交流充電樁采用人機交互界面采用大屏幕 LCD 彩色觸摸屏， 充電可選擇定電量、定時間、定金額、自動（充滿為止）四種模式。充電樁的交流工作電壓220V 或者380V，普通純電動轎車用充電樁充滿電需要4-5 個小時，由于充電樁造價低廉、主要安裝在停車場，充電樁適用于慢充動力電池。電動車的快速充電主要由充電站中的充電機來實現(xiàn)。

• 技術(shù)路線

GBT 20234.1-2015 電動汽車交流充電樁是開發(fā)的效率高、高可靠性的充電設(shè)備。它界面美觀大方，控制方式安穩(wěn)便捷，為電動汽車提供安穩(wěn)可靠的交流電源。

本產(chǎn)品采用模塊化設(shè)計，主控模塊采用 ARM 芯片全數(shù)字控制，智能化程度高，數(shù)據(jù)處理速度高，響應迅速，提高在大功率應用中的穩(wěn)定性和安穩(wěn)性。界面人性化、觸摸屏操作方便快捷， 擁有多重保護功能、自動化的充電控制 ；產(chǎn)品提供以太網(wǎng)、3G 等多種通信接口與監(jiān)控平臺或運營管理平臺實時通信，并接受監(jiān)控平臺的指令操作，實時檢測充電過程，確保充電過程中人身和車輛的安穩(wěn)。

五、安科瑞充電樁運營管理平臺

1、系統(tǒng)架構(gòu)

安科瑞Acrelcloud-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)的充電樁站點和各個充電樁進行不間斷地數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控，同時對各類故障如充電機過溫保護、充電機輸入輸出過壓、欠壓、絕緣檢測故障等系列故障進行預警；用戶通過VX小程序掃描二維碼，進行支付后，系統(tǒng)發(fā)起充電請求，控制二維碼對應的充電樁完成電動汽車的充電過程。

充電樁可選配WIFI模塊或GPRS模塊接入互聯(lián)網(wǎng)，配合加密技術(shù)和秘鑰分發(fā)技術(shù)，基于TCP/IP的數(shù)據(jù)交互協(xié)議，與云端進行直連。云平臺包含了充電收費和充電樁運營的所有功能，具體功能如下：

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

交易結(jié)算：充電價格策略管理，預收費管理，賬單管理，營收和財務相關(guān)報表

用戶管理：用戶注冊，用戶登錄，用戶帳戶管理，消息管理

充電服務：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，導航等

VX小程序：掃碼充電，賬單支付等功能

數(shù)據(jù)服務：數(shù)據(jù)采集，短信提醒，數(shù)據(jù)存儲和解析

變壓器監(jiān)控：監(jiān)控充電站變壓器負荷，每個充電站配備塊ARCM300T無線表，超負荷時系統(tǒng)自動對充電樁的進行調(diào)度管理，即當負荷超過百分之五十時，系統(tǒng)會限制新增開始充電的充電樁的功率，降為百分之五十，當變壓器負荷超過百分之八十時，系統(tǒng)將不允許新增充電樁開始充電，直到負荷下降為止。

2、平臺功能

2.1平臺登錄

在瀏覽器打開云平臺鏈接、輸入賬戶名和權(quán)限密碼，進行登錄，防止未授權(quán)人員瀏覽有關(guān)信息。

2.2平臺頁

平臺頁總覽每天的開HU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hu數(shù)、充值金額、充電金額、充電度數(shù)、充電次數(shù)、充電時長，以及相應的環(huán)比增長和同比增長以及樁、站分布地圖導航、本月充電統(tǒng)計。

2.3實時監(jiān)控

l 充電站監(jiān)控

充電站監(jiān)控頁面監(jiān)視用戶充電槍總數(shù)、正在充電的槍數(shù)、空閑槍數(shù)、插槍數(shù)量、故障槍數(shù)量等，匯總了用戶擁有各樁的當日充電總次數(shù)、總電量、總時長，進行負荷限制、故障查詢。

• 充電槍監(jiān)控

充電樁監(jiān)控頁面充電槍的基本信息、今日充電電量、今日充電次數(shù)、今日充電時長和累計充電電量、累計充電次數(shù)、累計充電時長等、充電電壓電流等參數(shù)。

2.4VX小程序

• 搜索與使用

VX小程序可以通過掃描二維碼和VX文字搜索找到，點擊后可以加入到小程序列表，如下圖所示

• 授權(quán)登錄界面

用戶通過搜索或者掃碼等途徑初次打開小程序時，會進入這個頁面，需要用戶授權(quán)登錄才可以進入小程序主功能頁面，如圖所示

• 主功能頁

初次進入主功能頁時需要授權(quán)定位才可以使用地圖相關(guān)功能，在地圖上查看到當前所在區(qū)域的充電站，查看充電站信息，可以進行掃碼充電操作，地圖導航等

• 充電

掃描充電槍上的二維碼，如果當前充電樁可用即可進入充電選擇頁面，可以查看到當前的充電站名稱、充電槍名稱，以及當前的賬戶余額，電價和預計可充電量等數(shù)據(jù)，還可以查看當前賬戶的歷史充電記錄。充電方式分為按時間充電、按金額充電、按電量充電這三種方式。充電結(jié)束可以進進行評價。

• 個人信息

個人信息可以顯示當前登錄賬號的昵稱和余額，同時包括、充值、充值記錄查詢、賬單查詢、充電記錄查詢、設(shè)置支付密碼等功能

3、硬件配置

3.1平臺服務器：建議按照我方配置購買，或者客戶自己租用阿里云資源。

硬件配置清單：（如申請阿里云可忽略）

若客戶自己租用阿里云服務器，服務器配置根據(jù)充電槍點數(shù)的不同，分別如下：

3.2現(xiàn)場硬件配置清單：

六、結(jié)束語

為了響應家政策，實現(xiàn)便利生活、環(huán)保出行以及節(jié)能減排目的，在市區(qū)間設(shè)置充電樁，開發(fā)城市卡通用的共享充電樁， 是綠色出行的必然趨勢。未來，當綠色環(huán)保自助充電樁取代現(xiàn)有加油站、加氣站時，不但節(jié)約了人力成本，也大大減輕了資源壓力。

目前內(nèi)在充電樁行業(yè)中，絕大部分的充電樁產(chǎn)品均依靠家電網(wǎng)供電網(wǎng)絡(luò)作為充電電能來源，均屬于單電能來源類型。目前還沒有專門為市電供電、光伏發(fā)電以及蓄電池供電三種供應源同時為汽車充電產(chǎn)品，也缺少不同電源之間自動切換的新型光伏充電樁。因此，本研究將在解決上述問題基礎(chǔ)上，開發(fā)研究通用充電樁，并能夠緊隨光伏能源行業(yè)的發(fā)展步伐，使其得到更廣圍的應用。

參考文獻

[1]分布式能源平臺 . 充電樁及充電站系統(tǒng)研發(fā)建議書 [M]，2016.3.

[2]袁 園，新能源電動汽車通用充電樁的開發(fā)與研究

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

作者簡介：劉細鳳，女，現(xiàn)任于安科瑞電氣股份有限公司，主要從事電瓶車充電樁的研發(fā)和應用