電動(dòng)自行車智能充電管理系統(tǒng)可解決電池充電的問題

我國現(xiàn)有電動(dòng)自行車保有量在3億輛左右，并且以每年30%的速度快速增長。隨著電動(dòng)自行車數(shù)量的快速增長，由于其充電形式不規(guī)律、充電頻繁、充電環(huán)境差等原因造成的電氣火災(zāi)數(shù)量也急劇上升。電動(dòng)自行車的集中存放和充電，也容易引發(fā)連片火災(zāi)。根據(jù)消防部門的調(diào)查發(fā)近年來，由于新能源技術(shù)的推廣應(yīng)用和環(huán)境保護(hù)力度不斷加大，方便快捷的電動(dòng)自行車現(xiàn)，許多居民小區(qū)的電氣火災(zāi)都是由于電動(dòng)自行車充電所引發(fā)的。

電動(dòng)自行車充電之所以容易引起火災(zāi)，其根本原因與其充電環(huán)境、使用習(xí)慣和自身材質(zhì)有關(guān)。幾乎所有電動(dòng)車使用的裝飾性部件，使用的都是氧指數(shù)在17～18的易燃材質(zhì)，這類材料只需要很少的氧氣就能迅速起火蔓延。這些裝飾性部件還大量使用高分子材料，起火后會(huì)迅速產(chǎn)生有毒煙霧，不僅阻礙逃生視線，還會(huì)致人喪失自救能力。為有效遏制電氣火災(zāi)高發(fā)勢頭，國務(wù)院安委會(huì)決定在全國范圍內(nèi)組織開展為期3年的電氣火災(zāi)綜合治理工作，電動(dòng)自行車在充電過程中引發(fā)火災(zāi)是治理工作關(guān)鍵。

筆者針對電動(dòng)自行車安全充電和智能計(jì)費(fèi)管理這兩大難題，研發(fā)一種具有電流管理、實(shí)時(shí)監(jiān)控、過載保護(hù)、自動(dòng)啟停等功能的電動(dòng)自行車智能安全充電系統(tǒng)，解決電動(dòng)自行車充電中因私拉電線、線路老化、無人監(jiān)管、設(shè)備易受自然環(huán)境和人為破壞等因素的影響而發(fā)生火災(zāi)的難題。研究成果對我國新能源交通行業(yè)發(fā)展和新能源應(yīng)用安全保障具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義，同時(shí)也為居民生活提供安全、便利與快捷的生活服務(wù)，具有廣闊的市場前景。

為了解決電動(dòng)自行車由于私拉電線、充電線路老化、充電設(shè)施無保護(hù)等引發(fā)的火災(zāi)事故頻發(fā)問題，研發(fā)了電動(dòng)自行車智能充電管理系統(tǒng)。針對該系統(tǒng)中所采用的功率監(jiān)測、負(fù)載檢測技術(shù)和負(fù)載均衡等進(jìn)行深入研究。系統(tǒng)依靠功率監(jiān)測和負(fù)載檢測技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對充電功率的檢測和系統(tǒng)各個(gè)環(huán)節(jié)的閉環(huán)自檢，根據(jù)采集到的有功功率對電池充電模式進(jìn)行匹配，通過電池狀態(tài)多參量實(shí)時(shí)在線監(jiān)測，能夠在電池充滿或負(fù)載不在線的情況下實(shí)現(xiàn)0.5s內(nèi)自動(dòng)起停并發(fā)出報(bào)警信號(hào)。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對電動(dòng)自行車充電的智能安全管理和統(tǒng)一管理等實(shí)用功能。

目前，市面上的電動(dòng)自行車充電樁大多只為車輛提供充電電能，對車輛充電電壓/流、有功功率、電池狀態(tài)等信息并沒有系統(tǒng)的采集和分析判斷，在提供充電功能的同時(shí)并不能有效地監(jiān)測車輛狀態(tài)和電能使用情況，更不能對其消防安全進(jìn)行有效監(jiān)控和防范。筆者所設(shè)計(jì)的電動(dòng)自行車智能充電管理系統(tǒng)通過對車輛充電時(shí)的電壓/電流、有功功率、設(shè)備溫度等參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測，實(shí)現(xiàn)了車輛接入、電池狀態(tài)、設(shè)備自身狀態(tài)的有效監(jiān)控。

為了能夠準(zhǔn)確地監(jiān)測充電時(shí)負(fù)載的有功功率，采用單相計(jì)能芯片RN8208G對負(fù)載有功功率進(jìn)行測量，該芯片具備有功功率、有功電能、電壓/流有效值等準(zhǔn)確測量功能，其有功電能誤差8000:1，動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)《0.1%，精度可達(dá)0.5s級(jí)。為保證主功率開關(guān)模塊壽命能夠適應(yīng)電動(dòng)自行車充電的頻繁使用情況，系統(tǒng)硬件采用過零檢測通斷繼電器結(jié)合RC阻容吸收浪涌脈沖電路的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)對繼電器觸點(diǎn)的保護(hù)。

智能控電管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)。待充電車輛與智能充電管理系統(tǒng)連接后，系統(tǒng)對當(dāng)前充電車輛電池進(jìn)行檢測，確定其電能狀態(tài)是否需要充電。系統(tǒng)實(shí)時(shí)進(jìn)行電壓、電流和溫度的采集，確定當(dāng)前充電車輛電池狀態(tài)正常，并根據(jù)電池當(dāng)前狀態(tài)選擇合適的充電模式。在充電過程中，系統(tǒng)對電池狀態(tài)和系統(tǒng)充電電壓、電流等參數(shù)進(jìn)行采集，判斷電池是否充滿，如果電池已充滿，則系統(tǒng)進(jìn)入浮充狀態(tài)一段時(shí)間后自動(dòng)斷電，并給出充電完成信號(hào)，否則充電過程持續(xù)。此外，如果發(fā)現(xiàn)負(fù)載（電池）接入狀態(tài)不在線，則系統(tǒng)斷電并發(fā)出報(bào)警信號(hào)。

目前，市場上的電動(dòng)自行車普遍采用的鉛酸蓄電池，無論采用恒流充電還是恒壓充電，其長時(shí)間以某一種方式持續(xù)充電，則會(huì)有安全隱患并對電池壽命造成不可逆的損害。當(dāng)系統(tǒng)以恒流充電模式對電池持續(xù)充電趨于飽和時(shí)，還是以固定電流充電，充電機(jī)為維持恒流，提高電壓可能會(huì)造成電池?fù)p壞或火災(zāi)爆炸事故。

恒壓充電在開始充電時(shí)，電流很大，使蓄電池發(fā)熱，電液沸騰，內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)急劇，具有很大的消防安全隱患。電池接近充滿狀態(tài)系統(tǒng)的浮充模式也不可以持續(xù)太久，否則，會(huì)因恒壓持續(xù)充電導(dǎo)致電池自燃。智能充電系統(tǒng)可檢測充電功率，設(shè)定關(guān)機(jī)功率，在電池充電過程中，功率低于關(guān)機(jī)功率時(shí)，設(shè)備會(huì)關(guān)斷電源，沒有電流輸出。在充電過程中，如果電流、電壓的異常跳動(dòng)，設(shè)備會(huì)判斷并斷電、報(bào)警等。

安科瑞充電樁系統(tǒng)云平臺(tái)能夠?qū)﹄妱?dòng)自行車充電樁的日常狀態(tài)、充電過程進(jìn)行監(jiān)控；實(shí)現(xiàn)充電支付對接：支持投幣、刷卡、微信支付等多種支付方式，保證支付交易過程的完整性，對充電過程中的異常情況進(jìn)行有效預(yù)警；實(shí)現(xiàn)對下游站級(jí)平臺(tái)的清算、對賬功能。云平臺(tái)對接保證后期數(shù)據(jù)的整合，為實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)管控，建設(shè)智慧平安社區(qū)提供基礎(chǔ)。

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