淺析智能電動汽車充電樁的設(shè)計與應(yīng)用

時間：2021-03-08作者：安科瑞電子商務(wù)（上海）有限公司瀏覽：36

朱鹍
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定201801
 
摘要：隨著充電樁技術(shù)的發(fā)展，以及人們對電動汽車充電的需求，很多廠商開始對智能充電樁進行研究。以電動 汽車智能充電樁的發(fā)展現(xiàn)狀為背景，進行了智能電動汽車充電樁系統(tǒng)硬件電路的研究。
關(guān)鍵詞：充電樁；電動汽車；硬件設(shè)計
 


一、發(fā)展現(xiàn)狀
        近幾年，國內(nèi)的電網(wǎng)公司已經(jīng)陸續(xù)建立了過600多座充電站以及20000多臺分散的充電樁,形成了一定的規(guī)模。很多企業(yè)也提岀了電動汽車智能充電的導(dǎo)航系統(tǒng)、智能充電樁設(shè)計,同時還建立了智能服務(wù)平臺，但是迄今為止,智能充電服務(wù)還沒有岀現(xiàn)。
 
二、充電樁的類型
       通常情況下,充電樁就是一種為電動汽車提供電能的裝置，對于長期使用電動車的人來說非常便捷，目前充電樁主要有2種:直流充電樁及交流充電樁。直流充電樁也被稱之為非車載充電機,其原理是將直流電輸岀，為電池充電，一般來說功率很大，現(xiàn)在主要是60kW、120kW以及200kW為主,所以采用直流充電樁速度快，一般直流充電樁都是岀現(xiàn)在火車站以及飛機場等地。
       交流充電樁的原理是將三相或者是單相的交流電采用車載充電機轉(zhuǎn)換為直流電進行輸岀，通常功率比直流充電樁要小,主要是7kW、22kW以及40kW為主,相比于直流充電樁充電的速度比較慢，一般都岀現(xiàn)在小區(qū)或者是市內(nèi)的停車場中。
 
三、充電樁硬件電路設(shè)計
1.硬件設(shè)計
       在整個系統(tǒng)的設(shè)計過程中，控制系統(tǒng)的設(shè)計是一個**環(huán)節(jié)，須要通過C44Box對電池管理系統(tǒng)進行控制，這個處理器的主要作用是用來進行控制，然后再采用網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)來完成信息的采集和統(tǒng)計。
       本文所設(shè)計的控制系統(tǒng)能夠由客戶進行控制，用戶可以采用系統(tǒng)查詢到卡里面的余額數(shù)目，并且通過系統(tǒng)的顯示屏，可以看見目前電池的電量以及充電所需的時間等。系統(tǒng)的時間控制系統(tǒng)主要由電能輸岀、電源電路以及單元處理等幾個硬件組成。系統(tǒng)中還有一個電路是用于控制充放電的，由信號采集電路和信號調(diào)理電路組成,這個電路的作用就是對系統(tǒng)電源整體的輸岀進行有效的控制,系統(tǒng)的正常運行，電源電路在傳輸?shù)倪^程中，系統(tǒng)要將電壓轉(zhuǎn)換為電源電路、液晶顯示接口電路以及NoFlash電路設(shè)計。
2.NandFlash電路設(shè)計
       充電樁控制系統(tǒng)在進行控制的時候，硬件部分需要通過處理器進行處理，我們將調(diào)度平臺當(dāng)作主要的操作步驟,啟動的程序要在ROM里面進行。同時,一些記錄會存放在控制系統(tǒng)里面，這些記錄會存放在NandFlash里面，比如電流、電壓和傳感器數(shù)據(jù),通過數(shù)據(jù)存放，可以地完成人機交換。
3.LCD接口設(shè)計
       進行LCD接口的設(shè)計時,本文采用的是S3C44BOX芯片，用這個芯片作為控制芯片，通過S3C44BOX能夠?qū)崿F(xiàn)液晶屏幕的控制。采用LCD對控制器進行驅(qū)動，可以找到接口的時序和像素數(shù)，通過相關(guān)的數(shù)據(jù)進行總線寬度程序的編寫。在LCD控制器的外部接口中主要有這幾個信號:VLINE線同步脈沖信號、VFRAME幀同步信號、AC信號以及VCLK像時重信號。
4.交流充電樁控制導(dǎo)引電路設(shè)計
       導(dǎo)引電路作用如下。
     （1）進行充電操作之前,需要對接口處的連接進行檢查。
     （2）下一步進行電功率與充電連接裝置的相關(guān)工作,所登記的內(nèi)容要準(zhǔn)確。
     （3）進行充電時要好監(jiān)管工作。充電樁和需要充電的電動汽車進行連接的時候，通過充電電纜進行連接是較好的方式，為了可以實現(xiàn)這個原理,在進行充電工作之前，要有效的控制好充電樁，進行有效的監(jiān)測和控制并記錄。記錄完成之后判定電壓值是否符合要求，同時對所有的接口間的鏈接進行確認(rèn)，再由PWM信號的判定結(jié)果將充電樁的較大值進行確定，不僅是充電的過程中，充電前也要記錄要相關(guān)的數(shù)值，整個過程的安穩(wěn)。
5.電能輸出通斷控制設(shè)計
        通過上面的設(shè)計內(nèi)容，能夠知道在對導(dǎo)引電路正電壓減半狀態(tài)進行檢測時，充電樁的負(fù)荷開關(guān)閉合能夠?qū)Τ潆姷木唧w情況進行決定，在開始供電的時候，如果同一電路里面存在了斷點，檢測的過程中就會產(chǎn)生電壓的波動,如果將負(fù)荷的開關(guān)關(guān)閉,那么充電的過程就會中斷。
 
四、安科瑞充電樁運營管理平臺
1、系統(tǒng)架構(gòu)
         安科瑞Acrelcloud-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)的充電樁站點和各個充電樁進行不間斷地數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控，同時對各類故障如充電機過溫保護、充電機輸入輸出過壓、欠壓、絕緣檢測故障等一系列故障進行預(yù)警；用戶通過微信小程序掃描二維碼，進行支付后，系統(tǒng)發(fā)起充電請求，控制二維碼對應(yīng)的充電樁完成電動汽車的充電過程。
         充電樁可選配WIFI模塊或GPRS模塊接入互聯(lián)網(wǎng)，配合加密技術(shù)和秘鑰分發(fā)技術(shù)，基于TCP/IP的數(shù)據(jù)交互協(xié)議，與云端進行直連。云平臺包含了充電收費和充電樁運營的所有功能，具體功能如下：
         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
         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
         用戶管理：用戶注冊，用戶登錄，用戶帳戶管理，消息管理
         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
         微信小程序：掃碼充電，賬單支付等功能
         數(shù)據(jù)服務(wù)：數(shù)據(jù)采集，短信提醒，數(shù)據(jù)存儲和解析
         變壓器監(jiān)控：監(jiān)控充電站變壓器負(fù)荷，每個充電站配備一塊ARCM300T無線表，負(fù)荷時系統(tǒng)自動對充電樁的進行調(diào)度管理，即當(dāng)負(fù)荷過百分之五十時，系統(tǒng)會限制新增開始充電的充電樁的功率，降為百分之五十，當(dāng)變壓器負(fù)荷過百分之八十時，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。
2、平臺功能
2.1平臺登錄
        在瀏覽器打開云平臺鏈接、輸入賬戶名和權(quán)限密碼，進行登錄，防止未授權(quán)人員瀏覽有關(guān)信息。
2.2平臺首頁
        平臺首頁總覽每天的開戶數(shù)、充值金額、充電金額、充電度數(shù)、充電次數(shù)、充電時長，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。
2.3實時監(jiān)控
?充電站監(jiān)控
        充電站監(jiān)控頁面監(jiān)視用戶充電槍總數(shù)、正在充電的槍數(shù)、空閑槍數(shù)、插槍數(shù)量、故障槍數(shù)量等，匯總了用戶擁有各樁的當(dāng)日充電總次數(shù)、總電量、總時長，進行負(fù)荷限制、故障查詢。
?充電槍監(jiān)控
        充電樁監(jiān)控頁面充電槍的基本信息、今日充電電量、今日充電次數(shù)、今日充電時長和累計充電電量、累計充電次數(shù)、累計充電時長等、充電電壓電流等參數(shù)。
2.4微信小程序
?搜索與使用
         微信小程序可以通過掃描二維碼和微信文字搜索找到，點擊后可以加入到小程序列表，如下圖所示
     
?授權(quán)登錄界面
        用戶通過搜索或者掃碼等途徑初次打開小程序時，會進入這個頁面，需要用戶授權(quán)登錄才可以進入小程序主功能頁面，如圖所示
       
?主功能頁
        初次進入主功能頁時需要授權(quán)定位才可以使用地圖相關(guān)功能，在地圖上查看到當(dāng)前所在區(qū)域的充電站，查看充電站信息，可以進行掃碼充電操作，地圖導(dǎo)航等
    
?充電
        掃描充電槍上的二維碼，如果當(dāng)前充電樁可用即可進入充電選擇頁面，可以查看到當(dāng)前的充電站名稱、充電槍名稱，以及當(dāng)前的賬戶余額，電價和預(yù)計可充電量等數(shù)據(jù)，還可以查看當(dāng)前賬戶的歷史充電記錄。充電方式分為按時間充電、按金額充電、按電量充電這三種方式。充電結(jié)束可以進進行評價。
   
?個人信息
        個人信息可以顯示當(dāng)前登錄賬號的昵稱和余額，同時包括、充值、充值記錄查詢、賬單查詢、充電記錄查詢、設(shè)置支付密碼等功能
      
3、硬件配置
3.1平臺服務(wù)器：建議按照我方配置購買，或者客戶自己租用阿里云資源。
硬件配置清單：（如申請阿里云可忽略）
 
 
若客戶自己租用阿里云服務(wù)器，服務(wù)器配置根據(jù)充電槍點數(shù)的不同，分別如下：
3.2現(xiàn)場硬件配置清單：
 
 
五、總結(jié)
       通過上面內(nèi)容的介紹能夠得岀，在進行交流充電樁的分析 時，比較重要的就是原理圖的分析，通過原理圖和車載充電內(nèi) 容,然后與控制器進行結(jié)合研究硬件的設(shè)計。電動汽車充電樁 的工作原理相對比較復(fù)雜，程序的設(shè)計也比較繁瑣，本文的研 究只是進行初步的探索，仍然存在一些問題，在以后的工作中 需要繼續(xù)研究。
 
參考文獻
[1]張謙，韓維健,俞集輝，等.電動汽車充電站仿真模型及 其對電網(wǎng)諧波影響[J].電工技術(shù)學(xué)報，2012(2)
[2]王妍，智能電動汽車充電樁的設(shè)計與應(yīng)用
[3]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應(yīng)用手冊.2020.06版
 
作者簡介：朱鹍，女，就職于安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向為企業(yè)能源管控


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