淺談新能源電動(dòng)汽車充電樁系統(tǒng)研究

程瑜

安科瑞電氣股份有限公司上海嘉定201801

摘要：控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)在新能源汽車充電樁結(jié)構(gòu)的優(yōu)化中扮演著關(guān)鍵角色。因此，本文綜合控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理，著重研究充電樁控制系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用要點(diǎn)，涵蓋了線路結(jié)構(gòu)、安全管理等多個(gè)方面。通過(guò)明確系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)，旨在推動(dòng)國(guó)內(nèi)汽車充電樁技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。

關(guān)鍵詞：新能源汽車；充電樁系統(tǒng)；探索

0引言

電力開發(fā)在當(dāng)代新能源行業(yè)應(yīng)用中具有重要地位，它滿足了社會(huì)對(duì)低成本資源和廣泛應(yīng)用的需求。特別是隨著國(guó)內(nèi)新能源汽車等技術(shù)的不斷推廣，持續(xù)性電力供應(yīng)系統(tǒng)的研究成為綜合資源利用的重要方向。

1新能源汽車充電樁控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理

1.1充電管理與調(diào)度原理

充電樁的控制系統(tǒng)具備管理多個(gè)充電樁的能力，以根據(jù)不同車輛的需求合理分配充電資源。這涉及到一系列重要功能，包括實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電池狀態(tài)，識(shí)別連接的車輛，以及智能管理充電功率等。通過(guò)這些功能的協(xié)同作用，可以大程度地提高充電效率，確保車輛能夠在短的時(shí)間內(nèi)獲得所需的電能，同時(shí)避免過(guò)度負(fù)載和資源浪費(fèi)。這種智能化的控制系統(tǒng)為新能源汽車的普及和可持續(xù)發(fā)展提供了堅(jiān)實(shí)的支持[1]。

1.2通信與數(shù)據(jù)交換原理

控制系統(tǒng)通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)與充電樁和車輛進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換。通常采用互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，以及標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議來(lái)實(shí)現(xiàn)充電樁與控制系統(tǒng)之間的高效通信。這種通信架構(gòu)支持遠(yuǎn)程監(jiān)控，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集和快速故障診斷。通過(guò)遠(yuǎn)程監(jiān)控，運(yùn)營(yíng)商能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)充電樁狀態(tài)、電池充電情況等信息，為運(yùn)維提供及時(shí)反饋和決策支持。同時(shí)，數(shù)據(jù)采集還有助于分析充電行為和需求趨勢(shì)，為優(yōu)化充電服務(wù)提供寶貴數(shù)據(jù)支持。這種通信技術(shù)的應(yīng)用，提高了充電樁的管理效率和可靠性。

1.3電能管理原理

電能管理在充電樁的運(yùn)行中扮演著至關(guān)重要的角色，旨在確保充電過(guò)程的安全性和高效性。控制系統(tǒng)具備智能調(diào)節(jié)電流和電壓的能力，以滿足各種不同車型和電池類型的充電需求。通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電池狀態(tài)和溫度，系統(tǒng)可以動(dòng)態(tài)調(diào)整電能輸出，防止過(guò)載、電池過(guò)熱或其他潛在問(wèn)題的發(fā)生。這種的電能管理不僅有助于延長(zhǎng)電池壽命，還提高了充電效率，減少了能源浪費(fèi)，推動(dòng)了新能源汽車的普及和發(fā)展。因此，電能管理在充電樁控制系統(tǒng)中的作用不可忽視。

1.4安全管理原理

安全管理原理在充電樁控制系統(tǒng)中具有極其重要的地位。系統(tǒng)不斷監(jiān)測(cè)電池和設(shè)備的狀態(tài)，以確保充電過(guò)程中不會(huì)出現(xiàn)電池泄漏、過(guò)壓、過(guò)流或其他異常情況，從而保障用戶和設(shè)備的安全。此外，為了杜絕潛在風(fēng)險(xiǎn)，實(shí)施嚴(yán)格的用戶身份驗(yàn)證和訪問(wèn)控制，以防止未經(jīng)授權(quán)的人員或設(shè)備對(duì)充電樁進(jìn)行操作。這種全面的安全管理原則不僅有助于防范潛在危險(xiǎn)，還增強(qiáng)了用戶的信任感，促進(jìn)了新能源汽車的廣泛應(yīng)用。因此，安全管理在充電樁控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中扮演著不可或缺的角色[2]。

1.5用戶界面原理

用戶界面原理在充電樁控制系統(tǒng)中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。為了確保用戶操作的便捷性，系統(tǒng)通常配備了直觀的用戶界面，如觸摸屏、手機(jī)應(yīng)用或網(wǎng)頁(yè)。通過(guò)這些界面，用戶可以輕松選擇不同的充電模式，實(shí)時(shí)查看充電進(jìn)度，以及便捷地進(jìn)行付款等操作。這種用戶友好的設(shè)計(jì)不僅提升了充電服務(wù)的便捷性，還增強(qiáng)了用戶體驗(yàn)，促進(jìn)了新能源汽車的普及和使用。因此，用戶界面原理是為了滿足用戶需求和提高充電服務(wù)的可用性而不可或缺的組成部分。

1.6智能調(diào)度原理

智能調(diào)度原理在充電樁控制系統(tǒng)中扮演著重要角色，旨在優(yōu)化充電樁的使用率，從而降低充電站的擁堵和高峰期的充電需求。智能調(diào)度的實(shí)現(xiàn)需要考慮多種因素，包括電價(jià)、充電站的容量、用戶需求等。通過(guò)綜合考慮這些因素，系統(tǒng)可以自動(dòng)調(diào)整充電樁的使用計(jì)劃，以大程度地提高充電資源的利用效率，同時(shí)降低電力成本。這不僅有助于平衡電網(wǎng)負(fù)荷，還改善了用戶充電體驗(yàn)，促進(jìn)了新能源汽車的可持續(xù)發(fā)展。因此，智能調(diào)度原理在充電樁控制系統(tǒng)中的應(yīng)用具有重要意義。

2新能源汽車充電樁控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

2.1汽車充電樁線路控制

首先，汽車充電樁線路控制是充電樁系統(tǒng)中的核心要素之一。它直接涉及到電能傳輸?shù)陌踩院托?。線路控制的首要任務(wù)是電能管理，確保充電過(guò)程中電流和電壓的穩(wěn)定和可控。這包括實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電池的狀態(tài)，根據(jù)不同車型和電池類型的需求調(diào)整充電功率，以大程度地提高充電效率。其次，線路控制需要選用合適的線纜和連接器，以減小電阻和能量損失，從而確保電能的高效傳輸。后，線路控制系統(tǒng)還需要具備故障檢測(cè)功能，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并報(bào)警任何可能影響充電安全的線路或連接問(wèn)題?？傊?，汽車充電樁線路控制是為了提供高效、可靠和安全的充電體驗(yàn)而不可或缺的關(guān)鍵要素。

2.2汽車充電樁檢測(cè)控制

首先，汽車充電樁檢測(cè)控制是保障充電過(guò)程的安全性和有效性的重要環(huán)節(jié)。其首要任務(wù)是對(duì)電池狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和診斷。通過(guò)監(jiān)測(cè)電池的電壓、電流、溫度等參數(shù)，檢測(cè)控制系統(tǒng)可以判斷電池的健康狀況，確保充電過(guò)程中不會(huì)出現(xiàn)過(guò)充、過(guò)放等問(wèn)題，從而延長(zhǎng)電池壽命。其次，檢測(cè)控制系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛和電池的身份識(shí)別，以確保只有授權(quán)車輛可以使用充電樁，提高充電站的安全性。后，該系統(tǒng)還應(yīng)具備故障診斷和報(bào)警功能，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并通知維護(hù)人員處理任何可能的設(shè)備故障或異常情況，確保充電過(guò)程的穩(wěn)定性和可靠性。綜合而言，汽車充電樁檢測(cè)控制是為了提供安全、高效和可靠的充電服務(wù)而至關(guān)重要的組成部分。

2.3汽車充電樁程序控制

首先，汽車充電樁的程序控制是確保充電過(guò)程順利進(jìn)行的核心要素。該控制系統(tǒng)首要任務(wù)是管理充電流程的啟動(dòng)和結(jié)束，以確保充電會(huì)在正確的時(shí)間開始，并在達(dá)到設(shè)定目標(biāo)后自動(dòng)停止。這涉及到充電樁與車輛之間的通信和協(xié)調(diào)，確保電流和電壓的適當(dāng)調(diào)整，以滿足電池的充電需求。其次，程序控制系統(tǒng)需要支持多種充電接口和標(biāo)準(zhǔn)，以適應(yīng)不同類型的新能源汽車。后，該系統(tǒng)還應(yīng)具備遠(yuǎn)程監(jiān)控和追蹤功能，允許運(yùn)營(yíng)商遠(yuǎn)程管理充電樁的狀態(tài)，進(jìn)行故障診斷和維護(hù)，以提高充電服務(wù)的可用性和便捷性。綜合而言，汽車充電樁的程序控制是為了實(shí)現(xiàn)充電的智能化、標(biāo)準(zhǔn)化和便捷化而不可或缺的部分[3]。

2.4汽車充電樁安全控制

充電樁的程序控制在新能源汽車充電系統(tǒng)中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。首先，它確保了充電過(guò)程的安全和可控。通過(guò)程序控制，充電樁可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電流和電壓的準(zhǔn)確調(diào)節(jié)，以滿足不同電池類型和充電需求。充電過(guò)程的啟動(dòng)和停止也可以控制，確保充電的順利進(jìn)行，同時(shí)避免了過(guò)充或過(guò)放等危險(xiǎn)情況。其次，程序控制系統(tǒng)需要支持多種充電接口和標(biāo)準(zhǔn)。隨著不同類型的新能源汽車興起，充電接口和充電標(biāo)準(zhǔn)也各異。因此，控制系統(tǒng)具備兼容性，能夠適應(yīng)各種充電需求，無(wú)論是快充、慢充還是超級(jí)充電站。后，遠(yuǎn)程監(jiān)控和追蹤功能是程序控制系統(tǒng)的重要組成部分。這些功能允許運(yùn)營(yíng)商遠(yuǎn)程監(jiān)控充電樁的狀態(tài)，包括是否正常運(yùn)行、是否發(fā)生故障等。遠(yuǎn)程診斷和維護(hù)也可以通過(guò)程序控制實(shí)現(xiàn)，以提高充電服務(wù)的可用性和便捷性，減少了故障維修的停機(jī)時(shí)間。

3安科瑞充電樁收費(fèi)運(yùn)營(yíng)云平臺(tái)

3.1概述

AcrelCloud-9000安科瑞充電柱收費(fèi)運(yùn)營(yíng)云平臺(tái)系統(tǒng)通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)接入系統(tǒng)的電動(dòng)電動(dòng)自行車充電站以及各個(gè)充電整法行不間斷地?cái)?shù)據(jù)采集和監(jiān)控，實(shí)時(shí)監(jiān)控充電樁運(yùn)行狀態(tài)，進(jìn)行充電服務(wù)、支付管理，交易結(jié)算，資要管理、電能管理，明細(xì)查詢等。同時(shí)對(duì)充電機(jī)過(guò)溫保護(hù)、漏電、充電機(jī)輸入/輸出過(guò)壓，欠壓，絕緣低各類故障進(jìn)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(guò)微信、支付寶，云閃付掃碼充電。

3.2應(yīng)用場(chǎng)所

適用于民用建筑、一般工業(yè)建筑、居住小區(qū)、實(shí)業(yè)單位、商業(yè)綜合體、學(xué)校、園區(qū)等充電樁模式的充電基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計(jì)。

3.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

3.3.1系統(tǒng)分為四層：

1）即數(shù)據(jù)采集層、網(wǎng)絡(luò)傳輸層、數(shù)據(jù)層和客戶端層。

2）數(shù)據(jù)采集層：包括電瓶車智能充電樁通訊協(xié)議為標(biāo)準(zhǔn)modbus-rtu。電瓶車智能充電樁用于采集充電回路的電力參數(shù)，并進(jìn)行電能計(jì)量和保護(hù)。

3）網(wǎng)絡(luò)傳輸層：通過(guò)4G網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)上傳至搭建好的數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器。

4）數(shù)據(jù)層：包含應(yīng)用服務(wù)器和數(shù)據(jù)服務(wù)器，應(yīng)用服務(wù)器部署數(shù)據(jù)采集服務(wù)、WEB網(wǎng)站，數(shù)據(jù)服務(wù)器部署實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)、歷史數(shù)據(jù)庫(kù)、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)。

5）應(yīng)客戶端層：系統(tǒng)管理員可在瀏覽器中訪問(wèn)電瓶車充電樁收費(fèi)平臺(tái)。終端充電用戶通過(guò)刷卡掃碼的方式啟動(dòng)充電。

小區(qū)充電平臺(tái)功能主要涵蓋充電設(shè)施智能化大屏、實(shí)時(shí)監(jiān)控、交易管理、故障管理、統(tǒng)計(jì)分析、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理等功能，同時(shí)為運(yùn)維人員提供運(yùn)維APP，充電用戶提供充電小程序。

4安科瑞充電樁云平臺(tái)系統(tǒng)功能

4.1智能化大屏

智能化大屏展示站點(diǎn)分布情況，對(duì)設(shè)備狀態(tài)、設(shè)備使用率、充電次數(shù)、充電時(shí)長(zhǎng)、充電金額、充電度數(shù)、充電樁故障等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)顯示，同時(shí)可查看每個(gè)站點(diǎn)的站點(diǎn)信息、充電樁列表、充電記錄、收益、能耗、故障記錄等。統(tǒng)一管理小區(qū)充電樁，查看設(shè)備使用率，合理分配資源。

4.2實(shí)時(shí)監(jiān)控

實(shí)時(shí)監(jiān)視充電設(shè)施運(yùn)行狀況，主要包括充電樁運(yùn)行狀態(tài)、回路狀態(tài)、充電過(guò)程中的充電電量、充電電壓/電流，充電樁告警信息等。

4.3交易管理

平臺(tái)管理人員可管理充電用戶賬戶，對(duì)其進(jìn)行賬戶進(jìn)行充值、退款、凍結(jié)、注銷等操作，可查看小區(qū)用戶每日的充電交易詳細(xì)信息。

4.4故障管理

設(shè)備自動(dòng)上報(bào)故障信息，平臺(tái)管理人員可通過(guò)平臺(tái)查看故障信息并進(jìn)行派發(fā)處理，同時(shí)運(yùn)維人員可通過(guò)運(yùn)維APP收取故障推送，運(yùn)維人員在運(yùn)維工作完成后將結(jié)果上報(bào)。充電用戶也可通過(guò)充電小程序反饋現(xiàn)場(chǎng)問(wèn)題。

4.5統(tǒng)計(jì)分析

通過(guò)系統(tǒng)平臺(tái)，從充電站點(diǎn)、充電設(shè)施、充電時(shí)間、充電方式等不同角度，查詢充電交易統(tǒng)計(jì)信息、能耗統(tǒng)計(jì)信息等。

4.6基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理

在系統(tǒng)平臺(tái)建立運(yùn)營(yíng)商戶，運(yùn)營(yíng)商可建立和管理其運(yùn)營(yíng)所需站點(diǎn)和充電設(shè)施，維護(hù)充電設(shè)施信息、價(jià)格策略、折扣、優(yōu)惠活動(dòng)，同時(shí)可管理在線卡用戶充值、凍結(jié)和解綁。

4.7運(yùn)維APP

面向運(yùn)維人員使用，可以對(duì)站點(diǎn)和充電樁進(jìn)行管理、能夠進(jìn)行故障閉環(huán)處理、查詢流量卡使用情況、查詢充電充值情況，進(jìn)行遠(yuǎn)程參數(shù)設(shè)置，同時(shí)可接收故障推送。

4.8充電小程序

面向充電用戶使用，可查看附近空閑設(shè)備，主要包含掃碼充電、賬戶充值，充電卡綁定、交易查詢、故障申訴等功能。

5系統(tǒng)硬件配置

	額定功率120kW，三相五線制，防護(hù)等級(jí)IP54，具備防雷保護(hù)、過(guò)載保護(hù)、短路保護(hù)、漏電保護(hù)、智能監(jiān)測(cè)、智能計(jì)量、恒流恒壓、電池保護(hù)、遠(yuǎn)程升級(jí)，支持刷卡、掃碼、即插即用通訊方式：4G/以太網(wǎng) 支持刷卡，掃碼、免費(fèi)充電
10路電瓶車智能充電樁	ACX10A系列		10路承載電流25A，單路輸出電流3A，單回路功率1000W，總功率5500W。充滿自停、斷電記憶、短路保護(hù)、過(guò)載保護(hù)、空載保護(hù)、故障回路識(shí)別、遠(yuǎn)程升級(jí)、功率識(shí)別、獨(dú)立計(jì)量、告警上報(bào)。 ACX10A-TYHN：防護(hù)等級(jí)IP21，支持投幣、刷卡，掃碼、免費(fèi)充電 ACX10A-TYN：防護(hù)等級(jí)IP21，支持投幣、刷卡，免費(fèi)充電 ACX10A-YHW：防護(hù)等級(jí)IP65，支持刷卡，掃碼，免費(fèi)充電 ACX10A-YHN：防護(hù)等級(jí)IP21，支持刷卡，掃碼，免費(fèi)充電 ACX10A-YW：防護(hù)等級(jí)IP65，支持刷卡、免費(fèi)充電 ACX10A-MW：防護(hù)等級(jí)IP65，僅支持免費(fèi)充電
2路智能插座	ACX2A系列		2路承載電流20A，單路輸出電流10A，單回路功率2200W，總功率4400W。充滿自停、斷電記憶、短路保護(hù)、過(guò)載保護(hù)、空載保護(hù)、故障回路識(shí)別、遠(yuǎn)程升級(jí)、功率識(shí)別，報(bào)警上報(bào)。 ACX2A-YHN：防護(hù)等級(jí)IP21，支持刷卡、掃碼充電 ACX2A-HN：防護(hù)等級(jí)IP21，支持掃碼充電 ACX2A-YN：防護(hù)等級(jí)IP21，支持刷卡充電
20路電瓶車智能充電樁	ACX20A系列		20路承載電流50A，單路輸出電流3A，單回路功率1000W，總功率11kW。充滿自停、斷電記憶、短路保護(hù)、過(guò)載保護(hù)、空載保護(hù)、故障回路識(shí)別、遠(yuǎn)程升級(jí)、功率識(shí)別，報(bào)警上報(bào)。 ACX20A-YHN：防護(hù)等級(jí)IP21，支持刷卡，掃碼，免費(fèi)充電 ACX20A-YN：防護(hù)等級(jí)IP21，支持刷卡，免費(fèi)充電
落地式電瓶車智能充電樁	ACX10B系列		10路承載電流25A，單路輸出電流3A，單回路功率1000W，總功率5500W。充滿自停、斷電記憶、短路保護(hù)、過(guò)載保護(hù)、空載保護(hù)、故障回路識(shí)別、遠(yuǎn)程升級(jí)、功率識(shí)別、獨(dú)立計(jì)量、告警上報(bào)。 ACX10B-YHW：戶外使用，落地式安裝，包含1臺(tái)主機(jī)及5根立柱，支持刷卡、掃碼充電,不帶廣告屏 ACX10B-YHW-LL：戶外使用，落地式安裝，包含1臺(tái)主機(jī)及5根立柱，支持刷卡、掃碼充電。液晶屏支持U盤本地投放圖片及視頻廣告
智能邊緣計(jì)算網(wǎng)關(guān)	ANet-2E4SM

6結(jié)語(yǔ)

綜合以上論述，新能源汽車充電樁控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是優(yōu)化和調(diào)節(jié)社會(huì)能源供應(yīng)體系的理論總結(jié)。在此基礎(chǔ)上，本文通過(guò)探討汽車充電樁的線路控制、檢測(cè)控制、程序控制以及安全控制等方面，分析了新能源汽車充電樁控制系統(tǒng)的實(shí)施方式。因此，本研究成果有望為推廣綠色發(fā)展理念提供新的思路和方法。

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審核編輯 黃宇