安科瑞 陳聰

摘要：近年來(lái)電動(dòng)汽車(chē)作為新能源汽車(chē)中技術(shù)為成熟的受到了人們的大力追捧。但是當前充電問(wèn)題依然是困擾電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)將來(lái)快速發(fā)展的重要因素之一。因此，本文對電動(dòng)汽車(chē)充電樁控制系統進(jìn)行了研究與開(kāi)發(fā)，旨在推出更加便捷的電動(dòng)汽車(chē)充電系統，促進(jìn)電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車(chē)；充電樁；控制系統

0引言

隨著(zhù)人們環(huán)保意識的逐漸提升，電動(dòng)汽車(chē)愈來(lái)愈受到人們的追捧和喜愛(ài)。我國國內很多機構也對電動(dòng)汽車(chē)提出了不同的充電模式，包括：電池組更換、快速充電、常規充電等。然而從實(shí)際應用層面來(lái)分析，汽車(chē)電池組不但擁有較為龐大的體積，而且其重量也比較重，經(jīng)常性的更換不方便；而運用直流充電柜為電動(dòng)汽車(chē)電池組充電，雖然達到了續航的目的，但也對電池的使用壽命造成很大損害。

所以，交流充電樁能夠非常有效解決電動(dòng)汽車(chē)電池組的能量補給以及續航問(wèn)題，運用交流充電樁進(jìn)行充電不需要對電池進(jìn)行裝卸，而是直接運用電纜線(xiàn)連接汽車(chē)電池組和充電樁就能夠完成充電作業(yè)，而且交流電對電池組進(jìn)行充電不會(huì )對電池的使用壽命和性能造成影響，是一種非常優(yōu)秀的充電方式。另外，交流充電樁重量輕、體積小，和我國電力系統了解較為便捷，容易在居民小區、辦公場(chǎng)所、超市以及電動(dòng)汽車(chē)充電站內部進(jìn)行布設。

1 電動(dòng)汽車(chē)充電樁控制系統開(kāi)發(fā)

1.1電動(dòng)汽車(chē)充電樁控制系統的基本單元

本文中設計的電動(dòng)汽車(chē)交流充電樁控制系統基本單元為：主充電電路系統、主控制電路系統、人機交互界面、收費系統、刷卡系統，其結構如圖 1所示：

1.2控制系統的硬件組成元件

優(yōu)秀的電動(dòng)汽車(chē)智能充電系統不但能夠滿(mǎn)足電動(dòng)汽車(chē)用戶(hù)對充電的需求，而且還具備電力計量、結算等功能。

因此，本文設計的系統選擇使用 At—mel企業(yè)生產(chǎn)的 ARM9處理器當成系統重要的組成部分。該處理器具備以下特性：擁有5個(gè)串口，2個(gè) USB接口，1個(gè)主USB接口，另外一個(gè)為以太網(wǎng)接口，動(dòng)態(tài)SDRAM 控制器，NAND控制器，以及多路IO 口，并且這些元件都可以滿(mǎn)足工業(yè)級的溫度范圍，能夠滿(mǎn)足本系統實(shí)際使用環(huán)境的需求。

系統中的電量計量裝置為多功能單相表計量，采用 RS485實(shí)現數據傳送，電路圖結構示意圖如圖2：

2 電動(dòng)汽車(chē)充電樁控制系統的開(kāi)發(fā)

為了確保用戶(hù)使用的便捷性，本系統設計了如下應用模塊：用戶(hù)信息交互模塊、電能

計量控制模塊。系統軟件功能模塊示意圖如圖3所示：

3安科瑞AcrelCloud-9000充電站運營(yíng)平臺

3.1平臺概述

安科瑞充電站運營(yíng)平臺依托物聯(lián)網(wǎng)、云計算、互聯(lián)網(wǎng)、大數據、AI等技術(shù)，對充電站配電系統的運行、電能消耗、電能質(zhì)量、充電安全和行為安全進(jìn)行實(shí)時(shí)監控和預警，為充電站的可靠、安全、經(jīng)濟運行提供保障，并及時(shí)切除安全隱患、避免電氣火災發(fā)生，從而保障人員的生命財產(chǎn)安全，打造“安全、高效、舒適、綠色”的“人—車(chē)—樁—電網(wǎng)—互聯(lián)網(wǎng)—多種增值業(yè)務(wù)”的智慧充電站，提升充電站的社會(huì )和經(jīng)濟價(jià)值。

3.2適用場(chǎng)合

可廣泛應用于醫院、學(xué)校、酒店、體育場(chǎng)等公共建筑；商業(yè)廣場(chǎng)、產(chǎn)業(yè)園等綜合園區；企業(yè)、住宅小區等場(chǎng)所。

3.3系統結構

平臺采用分層分布式結構，主要由感知層、網(wǎng)絡(luò )層和平臺層三個(gè)部分組成，詳細拓撲結構如下：

現場(chǎng)設備層：連接于網(wǎng)絡(luò )中的各類(lèi)傳感器，包括多功能電力儀表、汽車(chē)充電樁、電瓶車(chē)充電樁、電能質(zhì)量分析儀表、電氣火災探測器、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：包含現場(chǎng)智能網(wǎng)關(guān)、網(wǎng)絡(luò )交換機等設備。智能網(wǎng)關(guān)主動(dòng)采集現場(chǎng)設備層設備的數據，并可進(jìn)行規約轉換，數據存儲，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò )把數據上傳至搭建好的數據庫服務(wù)器，智能網(wǎng)關(guān)可在網(wǎng)絡(luò )故障時(shí)將數據存儲在本地，待網(wǎng)絡(luò )恢復時(shí)從中斷的位置繼續上傳數據，保證服務(wù)器端數據不丟失。

平臺管理層：包含應用服務(wù)器和數據服務(wù)器，完成對現場(chǎng)所有智能設備的數據交換，可在PC端或移動(dòng)端實(shí)現實(shí)時(shí)監測充電站配電系統運行狀態(tài)、充電樁的工作狀態(tài)、充電過(guò)程及人員行為，并完成微信、支付寶在線(xiàn)支付等應用。

多功能電力儀表、汽車(chē)充電樁、電瓶車(chē)充電樁、電氣火災探測器、限流式保護器、智能插座可通過(guò)全網(wǎng)通4G通訊模組與平臺直接通訊。

電能質(zhì)量分析儀表、煙霧傳感器和測溫裝置通過(guò)RS485，攝像頭通過(guò)RJ45與智能網(wǎng)關(guān)通訊，再由智能網(wǎng)關(guān)通訊通過(guò)4G統一與平臺通訊。

限流式保護器既可以通過(guò)4G連接平臺，也可以通過(guò)RS485連接網(wǎng)關(guān)。

平臺搭建在客戶(hù)自己配置的服務(wù)器上。搭建完成之后，客戶(hù)可以在任意能聯(lián)網(wǎng)的地方，通過(guò)有權限的賬號登陸網(wǎng)頁(yè)以及手機APP查看各處的運行情況。

3.4相關(guān)產(chǎn)品介紹

3.4.1 7KW交流充電樁AEV-AC007D

產(chǎn)品功能

1）智能監測：充電樁智能控制器對充電樁具備測量、控制與保護的功能，如運行狀態(tài)監測、故障狀態(tài)監測、充電計量與計費以及充電過(guò)程的聯(lián)動(dòng)控制等。

2）智能計量：輸出配置智能電能表，進(jìn)行充電計量，具備完善的通信功能，可將計量信息通過(guò)RS485分別上傳給充電樁智能控制器和網(wǎng)絡(luò )運營(yíng)平臺。

3）云平臺：具備連接云平臺的功能，可以實(shí)現實(shí)時(shí)監控，財務(wù)報表分析等等。

4）保護功能：具備防雷保護、過(guò)載保護、短路保護，漏電保護和接地保護等功能。

5）材質(zhì)可靠：保證長(cháng)期使用并抵御復雜天氣環(huán)境。

6）適配車(chē)型：滿(mǎn)足國標充電接口，適配所有符合GB/T20234.2-2015國標的電動(dòng)汽車(chē)，適應不同車(chē)型的不同功率。

7）資產(chǎn)安全：產(chǎn)品全部由中國平安保險承保，充分保障設備、車(chē)輛、人員的安全。

3.4.2直流充電樁系列

3.4.3電氣火災探測器ARCM300-Z

3.4.4限流式保護器ASCP200

產(chǎn)品功能：

1）短路保護：保護器實(shí)時(shí)監測用電線(xiàn)路電流，當線(xiàn)路發(fā)生短路故障時(shí)，能在150微秒內實(shí)現快速限流保護，并發(fā)出聲光報警信號；

2）過(guò)載保護：當線(xiàn)路電流過(guò)載且持續時(shí)間超過(guò)動(dòng)作時(shí)間（3~60秒可設）時(shí)，保護器啟動(dòng)限流保護，并發(fā)出聲光報警信號；

3）表內超溫保護：當保護器內部器件工作溫度過(guò)高時(shí)，保護器實(shí)施超溫限流保護，并發(fā)出聲光報警信號；

4）組網(wǎng)通訊：保護器具有1路RS485接口，可以將數據發(fā)送到后臺監控系統，實(shí)現遠程監控。

3.5平臺功能

3.5.1首頁(yè)

平臺首頁(yè)顯示充電站的位置及在線(xiàn)情況，統計充電站的充電數據。

3.5.2實(shí)時(shí)監控

1）充電站監控

可以按站點(diǎn)名稱(chēng)進(jìn)行篩選，顯示站點(diǎn)詳情、充電槍列表、統計訂單信息、故障記錄，點(diǎn)擊某個(gè)充電槍編號后在進(jìn)入充電槍監控頁(yè)面實(shí)時(shí)監測變壓器負荷（搭配ACM300T、ADW300），當負荷超過(guò)50%時(shí)，系統會(huì )限制新增開(kāi)始充電的充電樁的功率，降為50%，當變壓器負荷超過(guò)80%時(shí)，系統將不允許新增充電樁開(kāi)始充電，直到負荷下降為止。如圖所示：

統計當前充電站各充電樁回路的數據；通過(guò)卡片的形式展現充電樁的數據；顯示故障列表；如圖所示：

2）充電樁監控

顯示充電樁充電數據；顯示各回路的充電狀態(tài)；可以對充電中的回路進(jìn)行手動(dòng)終止；顯示訂單信息、故障信息；如圖所示：

3）設備監控

顯示限流式保護器的狀態(tài)，包括線(xiàn)路中的剩余電流、溫度及異常報警，如圖所示：

3.5.3故障管理

1）故障查詢(xún)

故障查詢(xún)中記錄了登錄用戶(hù)相關(guān)聯(lián)的所有故障信息。如圖所示：

2）故障派發(fā)

故障派發(fā)中記錄了當前待派發(fā)的故障信息。如圖所示：

3）故障處理

故障處理中記錄了當前待處理的故障信息。如圖所示：

3.5.4能耗分析

在能耗分析中，可查看規定時(shí)段關(guān)聯(lián)站點(diǎn)和關(guān)聯(lián)樁的能耗信息并顯示對應的能耗趨勢圖。如圖所示：

3.5.5故障分析

在故障分析中，可查看相關(guān)時(shí)間內的故障數、故障狀態(tài)、故障類(lèi)型、趨勢分析以及故障列表。如圖所示：

3.5.6財務(wù)報表

在財務(wù)報表中，可根據時(shí)間查看關(guān)聯(lián)站點(diǎn)的財務(wù)數據。如圖所示：

3.5.7收益查詢(xún)

在收益查詢(xún)中，可查看總的收益統計、收益變化曲線(xiàn)圖、支付占比餅圖以及實(shí)際收益報表。如圖所示：

4結語(yǔ)

現在隨著(zhù)電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和應用，安全、便捷的汽車(chē)充電方式顯得愈來(lái)愈重要。本文中設計的電動(dòng)汽車(chē)充電樁控制系統擁有三大優(yōu)點(diǎn)，主要表現在：

(1)電動(dòng)汽車(chē)用戶(hù)使用非常便捷；

(2)該系統的集成化程度非常高；

(3)系統非常簡(jiǎn)單，用戶(hù)非常容易進(jìn)行操作。

其實(shí)際應用后必將能夠有力的促進(jìn)我國電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。該系統在設計中不但考慮到了充電的便捷性，而且還對與充電樁的實(shí)際應用環(huán)境進(jìn)行了結合，盡大程度的提升對電能的利用效率以及用戶(hù)的實(shí)際使用滿(mǎn)意度。我們相信，在未來(lái)隨著(zhù)我國電動(dòng)汽車(chē)行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展，電動(dòng)汽車(chē)充電樁控制系統必將發(fā)揮出更大的作用。

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