電動汽車充電樁系統(tǒng)方案設(shè)計

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(jìn)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(jìn)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(jī)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(yùn)用直流充電柜為電動汽車電池組充電，雖然達(dá)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(bǔ)給以及續(xù)航問題，運(yùn)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(yùn)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(jìn)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(jìn)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(jī)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(yùn)營平臺

3.1平臺概述

安科瑞充電站運(yùn)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(yùn)行、電能消耗、電能質(zhì)量、充電安全和行為安全進(jìn)行實時監(jiān)控和預(yù)警，為充電站的可靠、安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)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(jì)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(hù)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(jī)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(jìn)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(yùn)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(hù)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(hù)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(jī)APP查看各處的運(yùn)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(hù)的功能，如運(yùn)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(jìn)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(yùn)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(hù)功能：具備防雷保護(hù)、過載保護(hù)、短路保護(hù)，漏電保護(hù)和接地保護(hù)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

名稱	圖片	功能
電氣火災(zāi)監(jiān)控裝置		三相（I、U、Kw、Kvar、Kwh、Kvarh、Hz、COSφ），視在電能、四象限電能計算，單回路剩余電流監(jiān)測，4路溫度監(jiān)測，2路繼電器輸出，2路開關(guān)量輸入，事件記錄，內(nèi)置時鐘，點陣式LCD顯示，1路獨立RS485/Modbus通訊，支持4G/NB等多種無線上傳方案，支持?jǐn)嚯妶缶蟼鞴δ堋?/td>

3.4.4限流式保護(hù)器ASCP200

產(chǎn)品功能：

1）短路保護(hù)：保護(hù)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(hù)，并發(fā)出聲光報警信號；

2）過載保護(hù)：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(hù)器啟動限流保護(hù)，并發(fā)出聲光報警信號；

3）表內(nèi)超溫保護(hù)：當(dāng)保護(hù)器內(nèi)部器件工作溫度過高時，保護(hù)器實施超溫限流保護(hù)，并發(fā)出聲光報警信號；

4）組網(wǎng)通訊：保護(hù)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(hù)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(jìn)行操作。

其實際應(yīng)用后必將能夠有力的促進(jìn)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(jìn)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(jìn)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。

參考文獻(xiàn):

[1] 朱江淼,張森.電動汽車充電站實時網(wǎng)絡(luò)電能計量系統(tǒng)的研制[J].國外電子測量技術(shù),2O15(12)．

[2] 溫超,袁金云,王冬青.交流充電樁中觸摸屏與 PLC的通信研究[J].青島大學(xué)學(xué)

報(工程技術(shù)版),2015(03)．

蘭琴麗,周晨,孫皴.電動汽車充電樁控制系統(tǒng)開發(fā)[J].電子技術(shù)與軟件工程,2016(24):40.

[4] 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應(yīng)用手冊2022.5版.

作者簡介：聞什益 手機(jī):18317090329（微信同號）

審核編輯 黃宇