安科瑞 陳聰

摘要 ：伴隨著(zhù)社會(huì )的迅速發(fā)展，人們逐漸開(kāi)始重視生態(tài)文明建設，同時(shí)重視自然資源的保護，自然資源可分為不能再生資源和可再生資源，而自從二次工業(yè)革命卡爾·弗里特立奇·奔馳發(fā)明出第一輛汽車(chē)后，市場(chǎng)上的動(dòng)力交通工具全都采用燃燒石化燃料，即日常所講的石油、煤炭等。但常規石化燃料是不能再生資源，消耗速速快、環(huán)境污染大。在這樣的環(huán)境下，為對環(huán)境友好型社會(huì )進(jìn)行全面構建，中國也開(kāi)始研究了電動(dòng)汽車(chē)，以便能為節約自然資源、促進(jìn)高效、穩定進(jìn)步做出貢獻。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車(chē) 智能充電樁 設計與應用

0引言

現如今，汽車(chē)逐漸普及，但汽車(chē)的普及也為人們的生活環(huán)境帶來(lái)了諸多影響。而電動(dòng)汽車(chē)能減少對環(huán)境的污染程度，與此同時(shí)能便于人們出行，所以，電動(dòng)汽車(chē)屬于一種綠色出行方式，但因為電動(dòng)汽車(chē)需實(shí)施續航，所以人們當前需要考量的問(wèn)題就是如何實(shí)現智能化電動(dòng)汽車(chē)續航的問(wèn)題。

1充電樁的環(huán)境要求

電動(dòng)汽車(chē)充電樁主要在戶(hù)外使用，在設計時(shí)，需要考慮天氣環(huán)境因素的影響。材質(zhì)上應選擇防腐防銹材料，不銹鋼材料較好地做到防塵、防雨、防*端惡劣天氣的影響，可選擇作為結構材料。同時(shí)，電動(dòng)汽車(chē)充電樁的顯示區、刷卡區應采用 PC 材料，該材料具有很強的抗腐蝕性，并具有阻燃、自熄等優(yōu)點(diǎn)，其韌性和強度都較好，滿(mǎn)足功能區材料要求。國家電網(wǎng) Q/GDW485-2010《電動(dòng)汽車(chē)交流充電樁技術(shù)條件》標準中對環(huán)境要求有明確具體的規定。充電樁的設計應滿(mǎn)足戶(hù)外使用環(huán)境要求，環(huán)境溫度：-20℃ ~+50℃ ；濕度：5%~95%（無(wú)凝結）；海拔高度不大于 2000m。IP 防護設計上應滿(mǎn)足《GB4208-1993 外殼防護等級（IP 代碼）》IP54 等級的防護等級要求，并滿(mǎn)足 GB/T4797.6-1995 中《電工電子產(chǎn)品自然環(huán)境

條件塵、沙、鹽霧》的要求，以保證充電樁能在戶(hù)外潮濕、含鹽霧的環(huán)境下正常運行?？紤]到移動(dòng)安裝布置的需要，在充電樁的底部可設計移動(dòng)裝置。

2充電樁能耗評價(jià)標準

中國新能源汽車(chē)評價(jià)規程建立了一個(gè)關(guān)于能效的指標“30min 快速充電效能”，即在車(chē)輛行駛的過(guò)程中，電池電量接近“無(wú)”的狀態(tài)時(shí)，用功率為 120kW 的充電樁對電動(dòng)汽車(chē)進(jìn)行 30min 的持續充電，檢測充入的電量換算為一般工況下可以行駛的里程數。該“充電效能”的評分標準如表 1 所示。

3智能充電樁設計應用

3.1 軟件系統設計

3.1.1 主控模塊

在設計主控模塊的過(guò)程中，可將用戶(hù)的實(shí)際用電需求作為主要依據，制定服務(wù)策略。當服務(wù)策略滿(mǎn)足用戶(hù)實(shí)際需求時(shí)，明確該模塊，之后向其他硬件模塊輸送相應的數據信息，進(jìn)而給電動(dòng)汽車(chē)充電。

表 1  充電效能的評分標準

3.1.2 安全模塊

在整個(gè)軟件系統中，安全模塊屬于安全儲存單元，安全儲存單元由多個(gè)單元構成，如密匙管理單元、解密單元及數據加密單元等。當使用者駕駛電動(dòng)汽車(chē)時(shí)，需要利用 IC 卡或者二維碼進(jìn)行付費操作。在此期間，此單位會(huì )對使用者信息進(jìn)行自動(dòng)加密。充電樁系統軟件使用了密匙管理，能對*客入侵現象進(jìn)行高效防止，對使用者系統的安全性進(jìn)行提升。然而，在此期間必須要注意的是，解密單元可以在二維碼付款及刷卡支付時(shí)對使用者信息進(jìn)行自動(dòng)識別并將交易工作完成。

3.1.3 電氣設計

在設計軟件電路時(shí)，防靜電設計對通信電路起到重要的作用，是雙向瞬態(tài)抑制二極管接地。在設計方面，在內控板和外部各功能模塊的連接中使用了各種形式如電能計量、無(wú)線(xiàn)通信傳輸及觸屏顯示等。

3.1.4 環(huán)境模塊設計

在設計充電樁的過(guò)程中，需要特別注意的是環(huán)境模塊設計，因為充電裝置一般放置在室外，所以高溫暴曬、嚴寒冰凍等天氣會(huì )對充電樁的正常運行造成一定程度地影響，除此之外，還應特別注意的是電磁干擾問(wèn)題，唯有如此才可以為用戶(hù)提供更加專(zhuān)業(yè)的充電服務(wù)。另外，

在選擇零件時(shí)，要注意保障零件的質(zhì)量符合相關(guān)標準要

求，要耐寒、耐高溫，以免受到天氣因素的影響，盡可

能選擇磁環(huán)、磁柱等設備，保護充電樁，為充電樁的常

規運行提供保障。

3.2 硬件框架組成

主要的構成部分在于充電池監控系統。日常的直流電不能直接使用電動(dòng)汽車(chē)，需處理和轉化電動(dòng)汽車(chē)可以承受的直流電源，一般為 380V。直接接入的 380V 電網(wǎng)電源為 AC 交流電源，然后經(jīng)過(guò)中央處理。為能讓使用者全面掌握且應用智能充電柱，需將 IC 卡配置給智能充電柱使用者，用戶(hù)在智能化充電樁操作界面上放置 IC 卡，進(jìn)行識別，就可以看到自己的信息，用戶(hù)可根據自己情況選擇智能充電樁，充電時(shí)也可獲得鋰離子電池及電流大小的充電情況信息。中央主控板、顯示屏、IC 讀卡器、顯示電表及鍵盤(pán)等是硬件系統主要的構成部分。硬件系統的心臟是中央主控板，中央主控板是用來(lái)完成充電過(guò)程的開(kāi)啟、運行、實(shí)時(shí)監控及停止，同時(shí)可以各種通信方式向后臺傳輸數據。中央主控板的功能優(yōu)勢在于：擁有的串口總計 7 個(gè)，下位機檢測及數據收集辦卡經(jīng)過(guò)串行總線(xiàn)和上位機 CUP 模塊通信，與此同時(shí)上位機需具有顯示作用。對以太網(wǎng)口、NAND 控制器、多路口、動(dòng)態(tài)SDRAM 控制器、工業(yè)級溫度范圍等進(jìn)行配備。對汽車(chē)充電樁進(jìn)行修建需對多項因素進(jìn)行考量，例如：因為我國

幅員遼闊，不同地區的溫度和氣候差異很大。這也是智能充電樁建設期間需要注意的事項，比如南方的陰雨天氣，因此，有必要選擇具有防潮、防水性能的鍍鋅鋼板，以減少對充電柱的損壞。此外，因為當前電子設備的越來(lái)越多，可能會(huì )引起電磁干擾。因此，為了保證遠程通信的常規運行，必須對屏蔽其他電磁干擾的通信線(xiàn)進(jìn)行選擇。

4智能充電樁互聯(lián)互通設計方案

4.1 系統實(shí)現

4.1.1 設備實(shí)現

智能充電樁在市場(chǎng)上，不但要具備外圍設備的輸出電壓可以控制，以此來(lái)符合設備的通用性要求，同時(shí)滿(mǎn)足對外接設備的管理要求，甚至還需符合多功能應用要求，例如身份認證功能、人機交互功能、計量收費功能、信息儲存功能及遠程信息交互功能等。所以，基于其結構設計層面，硬件層面能夠使用的微處理器具有低功耗及速度快的特征。此次研究選擇基于 ARM 架構的 32 位處理器，與串行接口如 UART、SPI 等及繼電器控制電路相配合，以此來(lái)構成電路。在軟件層面，重點(diǎn)使用如Linux、WindowsCE 等嵌入式操作系統，提升開(kāi)發(fā)效率及系統的穩定性。

4.1.2 安全性

應保障充電樁通訊數據傳輸全過(guò)程的高效性及保密性，運用統一協(xié)議是實(shí)現互聯(lián)互通性的關(guān)鍵點(diǎn)，與此同時(shí)，統一協(xié)議能全面應用在多種不同的設備方面，應用TCP 連接的 EDP 協(xié)議就是現如今最佳的通信協(xié)議。在平臺服務(wù)器上運用 EDP 協(xié)議，與此同時(shí)上傳至備份服務(wù)器，接受設備信息方及發(fā)送信息方只需要在服務(wù)器獨自鑒權登錄，之后由平臺接受設備 1 數據，之后向設備 2 復制轉發(fā)數據點(diǎn)內容；不僅能促使信息對傳得以全面實(shí)現，而且還能全面實(shí)現設備在同一服務(wù)器上的互聯(lián)互通。

4.1.3 后臺管理

對于后臺管理人員通過(guò)同一服務(wù)器實(shí)時(shí)監測各個(gè)設備的要求，智能充電樁互聯(lián)互通設計可以全面滿(mǎn)足這一要求。在對統一通信協(xié)議進(jìn)行應用時(shí)，在平臺注冊信息以后，后臺管理人員能夠應用云平臺賬號進(jìn)行在線(xiàn)管理平臺注冊的信息，與此同時(shí)，實(shí)現對設備的異地化管理，

通過(guò)設備將數據包類(lèi)型和大小傳輸至云平臺，對設備的運行狀態(tài)及設備信息進(jìn)行判別，在第一時(shí)間發(fā)現并排除設備故障，對設備配置進(jìn)行遠程更新，實(shí)現傳輸資料的共享等。

4.2 產(chǎn)品驗證

現階段，騰訊云平臺及阿里云平臺是我國最大的云平臺，此次研究基礎為新能源汽車(chē)智能充電樁，構建了一個(gè)基于 RESTfulAPI 和 EDP 協(xié)議構建的通信方案的新能源汽車(chē)智能充電樁。舉個(gè)例子，智能充電樁產(chǎn)品，使用者可以通過(guò)微信掃碼或支付寶形式進(jìn)入小程序，依據指示支付費用充電。新能源汽車(chē)充電主要的方式是支付寶和微信掃碼的方式，支付寶和微信掃碼能實(shí)現單個(gè)充電樁服務(wù)于多個(gè)云平臺。假設生產(chǎn)廠(chǎng)商在智能充電樁上運用此種通訊方

法，那么能夠實(shí)現多個(gè)智能充電樁服務(wù)于多個(gè)云平臺。對用戶(hù)而言，可以不用對智能充電樁生產(chǎn)廠(chǎng)家的 App 進(jìn)行下載，這樣一來(lái)，提升了使用者的體驗；針對生產(chǎn)廠(chǎng)家來(lái)說(shuō)，對使用者粘性進(jìn)行了增加，能夠引來(lái)大量的使用者對其產(chǎn)品進(jìn)行使用。

5安科瑞充電樁收費運營(yíng)云平臺

5.1概述

AcrelCloud-9000安科瑞充電樁收費運營(yíng)云平臺系統通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對接入系統的汽車(chē)充電站、電動(dòng)自行車(chē)充電站以及各個(gè)充電樁進(jìn)行不間斷地數據采集和監控，實(shí)時(shí)監控充電樁運行狀態(tài)，進(jìn)行充電服務(wù)、支付管理，交易結算，資源管理、電能管理、明細查詢(xún)等，同時(shí)對充電機過(guò)溫保護、漏電、充電機輸入/輸出過(guò)壓、欠壓、絕緣低各類(lèi)故障進(jìn)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(hù)通過(guò)微信、支付寶、云閃付掃碼充電。

5.2應用場(chǎng)合

適用于住宅小區等物業(yè)環(huán)境、各類(lèi)企事業(yè)單位、醫院、景區、學(xué)校、園區等公建、公共停車(chē)場(chǎng)、公路充電站、公交樞紐、購物中心、商業(yè)綜合體、商業(yè)廣場(chǎng)、地下停車(chē)場(chǎng)、高速服務(wù)區、公寓寫(xiě)字樓等場(chǎng)合。

5.3系統結構

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。

5.4平臺功能描述

5.4.1充電服務(wù)

充電設施搜索，充電設施查看，地圖尋址，在線(xiàn)自助支付充電，充電結算，導航等。

5.4.2首頁(yè)總覽

總覽當日、當月開(kāi)戶(hù)數、充值金額、充電金額、充電度數、充電次數、充電時(shí)長(cháng)，累計的開(kāi)戶(hù)數、充值金額、充電金額、充電度數、充電次數、充電時(shí)長(cháng)，以及相應的環(huán)比增長(cháng)和同比增長(cháng)以及樁、站分布地圖導航、本月充電統計。

5.4.3交易結算

充電價(jià)格策略管理，預收費管理，賬單管理，營(yíng)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(xún)、故障處理、故障確認、故障分析等管理項，為用戶(hù)管理故障和查詢(xún)提供方便。

5.4.5統計分析

統計分析支持運營(yíng)趨勢分析、收益統計，方便用戶(hù)以曲線(xiàn)、能耗分析等分析工具，瀏覽樁的充電運營(yíng)態(tài)勢。

5.4.6運營(yíng)報告

按用戶(hù)周期分析汽車(chē)、電瓶車(chē)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(dòng)端支持

通過(guò)模糊搜索和地圖搜索的功能，可查詢(xún)可用的電樁和電站等詳細信息。掃碼充電，在線(xiàn)支付:掃描充電樁二維碼，完成支付，微信支付完成后，即可進(jìn)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(hù)檔案管理，充電樁運行監測，充電樁異常交易監測。

5.5選型配置

6結語(yǔ)

在建設智能充電樁的過(guò)程中，始終存在一些亟待處理的問(wèn)題，即因為供電量大，造成充電時(shí)產(chǎn)生較高熱量，處理不正確會(huì )對智能充電樁自身系統及電動(dòng)汽車(chē)造成損壞，存在巨大安全隱患，為此，需要對散熱系統進(jìn)行配備，從而實(shí)現散熱目的。但總體來(lái)說(shuō)電動(dòng)汽車(chē)智能充電樁的設計應用，將電動(dòng)汽車(chē)續航能力大幅度提升，為電動(dòng)汽車(chē)充電提供了便利條件，能夠推廣和使用電動(dòng)汽車(chē)，實(shí)現環(huán)保目標。

參考文獻

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