電動汽車充電樁系統(tǒng)方案設(shè)計

安科瑞 陳聰

摘要：近年來電動汽車作為新能源汽車中技術(shù)為成熟的受到了人們的大力追捧。但是當(dāng)前充電問題依然是困擾電動汽車產(chǎn)業(yè)將來快速發(fā)展的重要因素之一。因此，本文對電動汽車充電樁控制系統(tǒng)進行了研究與開發(fā)，旨在推出更加便捷的電動汽車充電系統(tǒng)，促進電動汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：電動汽車；充電樁；控制系統(tǒng)

0引言

隨著人們環(huán)保意識的逐漸提升，電動汽車愈來愈受到人們的追捧和喜愛。我國國內(nèi)很多機構(gòu)也對電動汽車提出了不同的充電模式，包括：電池組更換、快速充電、常規(guī)充電等。然而從實際應(yīng)用層面來分析，汽車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汽車電池組充電，雖然達到了續(xù)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汽車電池組的能量補給以及續(xù)航問題，運用交流充電樁進行充電不需要對電池進行裝卸，而是直接運用電纜線連接汽車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行充電不會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(tǒng)了解較為便捷，容易在居民小區(qū)、辦公場所、超市以及電動汽車充電站內(nèi)部進行布設(shè)。

1 電動汽車充電樁控制系統(tǒng)開發(fā)

1.1電動汽車充電樁控制系統(tǒng)的基本單元

本文中設(shè)計的電動汽車交流充電樁控制系統(tǒng)基本單元為：主充電電路系統(tǒng)、主控制電路系統(tǒng)、人機交互界面、收費系統(tǒng)、刷卡系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)如圖 1所示：

1.2控制系統(tǒng)的硬件組成元件

優(yōu)秀的電動汽車智能充電系統(tǒng)不但能夠滿足電動汽車用戶對充電的需求，而且還具備電力計量、結(jié)算等功能。

因此，本文設(shè)計的系統(tǒng)選擇使用 At—mel企業(yè)生產(chǎn)的 ARM9處理器當(dāng)成系統(tǒng)重要的組成部分。該處理器具備以下特性：擁有5個串口，2個 USB接口，1個主USB接口，另外一個為以太網(wǎng)接口，動態(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足工業(yè)級的溫度范圍，能夠滿足本系統(tǒng)實際使用環(huán)境的需求。

系統(tǒng)中的電量計量裝置為多功能單相表計量，采用 RS485實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送，電路圖結(jié)構(gòu)示意圖如圖2：

2 電動汽車充電樁控制系統(tǒng)的開發(fā)

為了確保用戶使用的便捷性，本系統(tǒng)設(shè)計了如下應(yīng)用模塊：用戶信息交互模塊、電能

計量控制模塊。系統(tǒng)軟件功能模塊示意圖如圖3所示：

3安科瑞AcrelCloud-9000充電站運營平臺

3.1平臺概述

安科瑞充電站運營平臺依托物聯(lián)網(wǎng)、云計算、互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、AI等技術(shù)，對充電站配電系統(tǒng)的運行、電能消耗、電能質(zhì)量、充電安全和行為安全進行實時監(jiān)控和預(yù)警，為充電站的可靠、安全、經(jīng)濟運行提供保障，并及時切除安全隱患、避免電氣火災(zāi)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—樁—電網(wǎng)—互聯(lián)網(wǎng)—多種增值業(yè)務(wù)”的智慧充電站，提升充電站的社會和經(jīng)濟價值。

3.2適用場合

可廣泛應(yīng)用于醫(yī)院、學(xué)校、酒店、體育場等公共建筑；商業(yè)廣場、產(chǎn)業(yè)園等綜合園區(qū)；企業(yè)、住宅小區(qū)等場所。

3.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

平臺采用分層分布式結(jié)構(gòu)，主要由感知層、網(wǎng)絡(luò)層和平臺層三個部分組成，詳細(xì)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如下：

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。

多功能電力儀表、汽車充電樁、電瓶車充電樁、電氣火災(zāi)探測器、限流式保護器、智能插座可通過全網(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RS485，攝像頭通過RJ45與智能網(wǎng)關(guān)通訊，再由智能網(wǎng)關(guān)通訊通過4G統(tǒng)一與平臺通訊。

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

平臺搭建在客戶自己配置的服務(wù)器上。搭建完成之后，客戶可以在任意能聯(lián)網(wǎng)的地方，通過有權(quán)限的賬號登陸網(wǎng)頁以及手機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(jiān)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(jiān)測、故障狀態(tài)監(jiān)測、充電計量與計費以及充電過程的聯(lián)動控制等。

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

3）云平臺：具備連接云平臺的功能，可以實現(xiàn)實時監(jiān)控，財務(wù)報表分析等等。

4）保護功能：具備防雷保護、過載保護、短路保護，漏電保護和接地保護等功能。

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

6）適配車型：滿足國標(biāo)充電接口，適配所有符合GB/T20234.2-2015國標(biāo)的電動汽車，適應(yīng)不同車型的不同功率。

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(shè)備、車輛、人員的安全。

3.4.2直流充電樁系列

3.4.3電氣火災(zāi)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：保護器實時監(jiān)測用電線路電流，當(dāng)線路發(fā)生短路故障時，能在150微秒內(nèi)實現(xiàn)快速限流保護，并發(fā)出聲光報警信號；

2）過載保護：當(dāng)線路電流過載且持續(xù)時間超過動作時間（3~60秒可設(shè)）時，保護器啟動限流保護，并發(fā)出聲光報警信號；

3）表內(nèi)超溫保護：當(dāng)保護器內(nèi)部器件工作溫度過高時，保護器實施超溫限流保護，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(shù)據(jù)發(fā)送到后臺監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。

3.5平臺功能

3.5.1首頁

平臺首頁顯示充電站的位置及在線情況，統(tǒng)計充電站的充電數(shù)據(jù)。

3.5.2實時監(jiān)控

1）充電站監(jiān)控

可以按站點名稱進行篩選，顯示站點詳情、充電槍列表、統(tǒng)計訂單信息、故障記錄，點擊某個充電槍編號后在進入充電槍監(jiān)控頁面實時監(jiān)測變壓器負(fù)荷（搭配ACM300T、ADW300），當(dāng)負(fù)荷超過50%時，系統(tǒng)會限制新增開始充電的充電樁的功率，降為50%，當(dāng)變壓器負(fù)荷超過80%時，系統(tǒng)將不允許新增充電樁開始充電，直到負(fù)荷下降為止。如圖所示：

統(tǒng)計當(dāng)前充電站各充電樁回路的數(shù)據(jù)；通過卡片的形式展現(xiàn)充電樁的數(shù)據(jù)；顯示故障列表；如圖所示：

2）充電樁監(jiān)控

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

3）設(shè)備監(jiān)控

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

3.5.3故障管理

1）故障查詢

故障查詢中記錄了登錄用戶相關(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(dāng)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(dāng)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(guī)定時段關(guān)聯(lián)站點和關(guān)聯(lián)樁的能耗信息并顯示對應(yīng)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)時間內(nèi)的故障數(shù)、故障狀態(tài)、故障類型、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(jù)時間查看關(guān)聯(lián)站點的財務(wù)數(shù)據(jù)。如圖所示：

3.5.7收益查詢

在收益查詢中，可查看總的收益統(tǒng)計、收益變化曲線圖、支付占比餅圖以及實際收益報表。如圖所示：

4結(jié)語

現(xiàn)在隨著電動汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和應(yīng)用，安全、便捷的汽車充電方式顯得愈來愈重要。本文中設(shè)計的電動汽車充電樁控制系統(tǒng)擁有三大優(yōu)點，主要表現(xiàn)在：

(1)電動汽車用戶使用非常便捷；

(2)該系統(tǒng)的集成化程度非常高；

(3)系統(tǒng)非常簡單，用戶非常容易進行操作。

其實際應(yīng)用后必將能夠有力的促進我國電動汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。該系統(tǒng)在設(shè)計中不但考慮到了充電的便捷性，而且還對與充電樁的實際應(yīng)用環(huán)境進行了結(jié)合，盡大程度的提升對電能的利用效率以及用戶的實際使用滿意度。我們相信，在未來隨著我國電動汽車行業(yè)的進一步發(fā)展，電動汽車充電樁控制系統(tǒng)必將發(fā)揮出更大的作用。

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