安科瑞 陳聰

摘要 ：伴隨著社會的迅速發(fā)展，人們逐漸開始重視生態(tài)文明建設(shè)，同時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)明出第一輛汽車后，市場上的動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(guī)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)境友好型社會進行全面構(gòu)建，中國也開始研究了電動汽車，以便能為節(jié)約自然資源、促進高效、穩(wěn)定進步做出貢獻。

關(guān)鍵詞：電動汽車 智能充電樁 設(shè)計與應(yīng)用

0引言

現(xiàn)如今，汽車逐漸普及，但汽車的普及也為人們的生活環(huán)境帶來了諸多影響。而電動汽車能減少對環(huán)境的污染程度，與此同時能便于人們出行，所以，電動汽車屬于一種綠色出行方式，但因為電動汽車需實施續(xù)航，所以人們當(dāng)前需要考量的問題就是如何實現(xiàn)智能化電動汽車續(xù)航的問題。

1充電樁的環(huán)境要求

電動汽車充電樁主要在戶外使用，在設(shè)計時，需要考慮天氣環(huán)境因素的影響。材質(zhì)上應(yīng)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(jié)構(gòu)材料。同時，電動汽車充電樁的顯示區(qū)、刷卡區(qū)應(yīng)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，其韌性和強度都較好，滿足功能區(qū)材料要求。國家電網(wǎng) Q/GDW485-2010《電動汽車交流充電樁技術(shù)條件》標(biāo)準中對環(huán)境要求有明確具體的規(guī)定。充電樁的設(shè)計應(yīng)滿足戶外使用環(huán)境要求，環(huán)境溫度：-20℃ ~+50℃ ；濕度：5%~95%（無凝結(jié)）；海拔高度不大于 2000m。IP 防護設(shè)計上應(yīng)滿足《GB4208-1993 外殼防護等級（IP 代碼）》IP54 等級的防護等級要求，并滿足 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外潮濕、含鹽霧的環(huán)境下正常運行。考慮到移動安裝布置的需要，在充電樁的底部可設(shè)計移動裝置。

2充電樁能耗評價標(biāo)準

中國新能源汽車評價規(guī)程建立了一個關(guān)于能效的指標(biāo)“30min 快速充電效能”，即在車輛行駛的過程中，電池電量接近“無”的狀態(tài)時，用功率為 120kW 的充電樁對電動汽車進行 30min 的持續(xù)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(shù)。該“充電效能”的評分標(biāo)準如表 1 所示。

3智能充電樁設(shè)計應(yīng)用

3.1 軟件系統(tǒng)設(shè)計

3.1.1 主控模塊

在設(shè)計主控模塊的過程中，可將用戶的實際用電需求作為主要依據(jù)，制定服務(wù)策略。當(dāng)服務(wù)策略滿足用戶實際需求時，明確該模塊，之后向其他硬件模塊輸送相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息，進而給電動汽車充電。

表 1  充電效能的評分標(biāo)準

3.1.2 安全模塊

在整個軟件系統(tǒng)中，安全模塊屬于安全儲存單元，安全儲存單元由多個單元構(gòu)成，如密匙管理單元、解密單元及數(shù)據(jù)加密單元等。當(dāng)使用者駕駛電動汽車時，需要利用 IC 卡或者二維碼進行付費操作。在此期間，此單位會對使用者信息進行自動加密。充電樁系統(tǒng)軟件使用了密匙管理，能對*客入侵現(xiàn)象進行高效防止，對使用者系統(tǒng)的安全性進行提升。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對使用者信息進行自動識別并將交易工作完成。

3.1.3 電氣設(shè)計

在設(shè)計軟件電路時，防靜電設(shè)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(shè)計方面，在內(nèi)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、無線通信傳輸及觸屏顯示等。

3.1.4 環(huán)境模塊設(shè)計

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

在選擇零件時，要注意保障零件的質(zhì)量符合相關(guān)標(biāo)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(shè)備，保護充電樁，為充電樁的常

規(guī)運行提供保障。

3.2 硬件框架組成

主要的構(gòu)成部分在于充電池監(jiān)控系統(tǒng)。日常的直流電不能直接使用電動汽車，需處理和轉(zhuǎn)化電動汽車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)過中央處理。為能讓使用者全面掌握且應(yīng)用智能充電柱，需將 IC 卡配置給智能充電柱使用者，用戶在智能化充電樁操作界面上放置 IC 卡，進行識別，就可以看到自己的信息，用戶可根據(jù)自己情況選擇智能充電樁，充電時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、顯示電表及鍵盤等是硬件系統(tǒng)主要的構(gòu)成部分。硬件系統(tǒng)的心臟是中央主控板，中央主控板是用來完成充電過程的開啟、運行、實時監(jiān)控及停止，同時可以各種通信方式向后臺傳輸數(shù)據(jù)。中央主控板的功能優(yōu)勢在于：擁有的串口總計 7 個，下位機檢測及數(shù)據(jù)收集辦卡經(jīng)過串行總線和上位機 CUP 模塊通信，與此同時上位機需具有顯示作用。對以太網(wǎng)口、NAND 控制器、多路口、動態(tài)SDRAM 控制器、工業(yè)級溫度范圍等進行配備。對汽車充電樁進行修建需對多項因素進行考量，例如：因為我國

幅員遼闊，不同地區(qū)的溫度和氣候差異很大。這也是智能充電樁建設(shè)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(dāng)前電子設(shè)備的越來越多，可能會引起電磁干擾。因此，為了保證遠程通信的常規(guī)運行，必須對屏蔽其他電磁干擾的通信線進行選擇。

4智能充電樁互聯(lián)互通設(shè)計方案

4.1 系統(tǒng)實現(xiàn)

4.1.1 設(shè)備實現(xiàn)

智能充電樁在市場上，不但要具備外圍設(shè)備的輸出電壓可以控制，以此來符合設(shè)備的通用性要求，同時滿足對外接設(shè)備的管理要求，甚至還需符合多功能應(yīng)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(jié)構(gòu)設(shè)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(gòu)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，以此來構(gòu)成電路。在軟件層面，重點使用如Linux、WindowsCE 等嵌入式操作系統(tǒng)，提升開發(fā)效率及系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

4.1.2 安全性

應(yīng)保障充電樁通訊數(shù)據(jù)傳輸全過程的高效性及保密性，運用統(tǒng)一協(xié)議是實現(xiàn)互聯(lián)互通性的關(guān)鍵點，與此同時，統(tǒng)一協(xié)議能全面應(yīng)用在多種不同的設(shè)備方面，應(yīng)用TCP 連接的 EDP 協(xié)議就是現(xiàn)如今最佳的通信協(xié)議。在平臺服務(wù)器上運用 EDP 協(xié)議，與此同時上傳至備份服務(wù)器，接受設(shè)備信息方及發(fā)送信息方只需要在服務(wù)器獨自鑒權(quán)登錄，之后由平臺接受設(shè)備 1 數(shù)據(jù)，之后向設(shè)備 2 復(fù)制轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)點內(nèi)容；不僅能促使信息對傳得以全面實現(xiàn)，而且還能全面實現(xiàn)設(shè)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同一服務(wù)器實時監(jiān)測各個設(shè)備的要求，智能充電樁互聯(lián)互通設(shè)計可以全面滿足這一要求。在對統(tǒng)一通信協(xié)議進行應(yīng)用時，在平臺注冊信息以后，后臺管理人員能夠應(yīng)用云平臺賬號進行在線管理平臺注冊的信息，與此同時，實現(xiàn)對設(shè)備的異地化管理，

通過設(shè)備將數(shù)據(jù)包類型和大小傳輸至云平臺，對設(shè)備的運行狀態(tài)及設(shè)備信息進行判別，在第一時間發(fā)現(xiàn)并排除設(shè)備故障，對設(shè)備配置進行遠程更新，實現(xiàn)傳輸資料的共享等。

4.2 產(chǎn)品驗證

現(xiàn)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(chǔ)為新能源汽車智能充電樁，構(gòu)建了一個基于 RESTfulAPI 和 EDP 協(xié)議構(gòu)建的通信方案的新能源汽車智能充電樁。舉個例子，智能充電樁產(chǎn)品，使用者可以通過微信掃碼或支付寶形式進入小程序，依據(jù)指示支付費用充電。新能源汽車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現(xiàn)單個充電樁服務(wù)于多個云平臺。假設(shè)生產(chǎn)廠商在智能充電樁上運用此種通訊方

法，那么能夠?qū)崿F(xiàn)多個智能充電樁服務(wù)于多個云平臺。對用戶而言，可以不用對智能充電樁生產(chǎn)廠家的 App 進行下載，這樣一來，提升了使用者的體驗；針對生產(chǎn)廠家來說，對使用者粘性進行了增加，能夠引來大量的使用者對其產(chǎn)品進行使用。

5安科瑞充電樁收費運營云平臺

5.1概述

AcrelCloud-9000安科瑞充電樁收費運營云平臺系統(tǒng)通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對接入系統(tǒng)的汽車充電站、電動自行車充電站以及各個充電樁進行不間斷地數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控，實時監(jiān)控充電樁運行狀態(tài)，進行充電服務(wù)、支付管理，交易結(jié)算，資源管理、電能管理、明細查詢等，同時對充電機過溫保護、漏電、充電機輸入/輸出過壓、欠壓、絕緣低各類故障進行預(yù)警；充電樁支持以太網(wǎng)、4G或WIFI等方式接入互聯(lián)網(wǎng)，用戶通過微信、支付寶、云閃付掃碼充電。

5.2應(yīng)用場合

適用于住宅小區(qū)等物業(yè)環(huán)境、各類企事業(yè)單位、醫(yī)院、景區(qū)、學(xué)校、園區(qū)等公建、公共停車場、公路充電站、公交樞紐、購物中心、商業(yè)綜合體、商業(yè)廣場、地下停車場、高速服務(wù)區(qū)、公寓寫字樓等場合。

5.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

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。

5.4平臺功能描述

5.4.1充電服務(wù)

充電設(shè)施搜索，充電設(shè)施查看，地圖尋址，在線自助支付充電，充電結(jié)算，導(dǎo)航等。

5.4.2首頁總覽

總覽當(dāng)日、當(dāng)月開戶數(shù)、充值金額、充電金額、充電度數(shù)、充電次數(shù)、充電時長，累計的開戶數(shù)、充值金額、充電金額、充電度數(shù)、充電次數(shù)、充電時長，以及相應(yīng)的環(huán)比增長和同比增長以及樁、站分布地圖導(dǎo)航、本月充電統(tǒng)計。

5.4.3交易結(jié)算

充電價格策略管理，預(yù)收費管理，賬單管理，營收和財務(wù)相關(guān)報表。

5.4.4故障管理

故障管理故障記錄查詢、故障處理、故障確認、故障分析等管理項，為用戶管理故障和查詢提供方便。

5.4.5統(tǒng)計分析

統(tǒng)計分析支持運營趨勢分析、收益統(tǒng)計，方便用戶以曲線、能耗分析等分析工具，瀏覽樁的充電運營態(tài)勢。

5.4.6運營報告

按用戶周期分析汽車、電瓶車充電站、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、小程序移動端支持

通過模糊搜索和地圖搜索的功能，可查詢可用的電樁和電站等詳細信息。掃碼充電，在線支付:掃描充電樁二維碼，完成支付，微信支付完成后，即可進行充電。

5.4.8資源管理

充電站檔案管理，充電樁檔案管理，用戶檔案管理，充電樁運行監(jiān)測，充電樁異常交易監(jiān)測。

5.5選型配置

6結(jié)語

在建設(shè)智能充電樁的過程中，始終存在一些亟待處理的問題，即因為供電量大，造成充電時產(chǎn)生較高熱量，處理不正確會對智能充電樁自身系統(tǒng)及電動汽車造成損壞，存在巨大安全隱患，為此，需要對散熱系統(tǒng)進行配備，從而實現(xiàn)散熱目的。但總體來說電動汽車智能充電樁的設(shè)計應(yīng)用，將電動汽車續(xù)航能力大幅度提升，為電動汽車充電提供了便利條件，能夠推廣和使用電動汽車，實現(xiàn)環(huán)保目標(biāo)。

參考文獻

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