淺析智能電動(dòng)汽車(chē)充電樁的設計與應用

摘要：隨著(zhù)充電樁技術(shù)的發(fā)展，以及人們對電動(dòng)汽車(chē)快速充電的需求，很多廠(chǎng)商開(kāi)始對智能充電樁進(jìn)行研究。以電動(dòng) 汽車(chē)智能充電樁的發(fā)展現狀為背景，進(jìn)行了智能電動(dòng)汽車(chē)充電樁系統硬件電路的研究。

關(guān)鍵詞：充電樁；電動(dòng)汽車(chē)；硬件設計

 

 

        近幾年，國內的電網(wǎng)公司已經(jīng)陸續建立了超過(guò)600多座充電站以及20000多臺分散的充電樁,形成了一定的規模。很多企業(yè)也提岀了電動(dòng)汽車(chē)智能充電的導航系統、智能充電樁設計,同時(shí)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(méi)有岀現。

 

       通常情況下,充電樁就是一種為電動(dòng)汽車(chē)提供電能的裝置，對于長(cháng)期使用電動(dòng)車(chē)的人來(lái)說(shuō)非常便捷，目充電樁主要有2種:直流充電樁及交流充電樁。直流充電樁也被稱(chēng)之為非車(chē)載充電機,其原理是將直流電輸岀，為電池充電，一般來(lái)說(shuō)功率很大，現在主要是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在火車(chē)站以及飛機場(chǎng)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(chē)載充電機轉換為直流電進(jìn)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，一般都岀現在小區或者是市內的停車(chē)場(chǎng)中。

 

1.硬件設計

       在整個(gè)系統的設計過(guò)程中，控制系統的設計是一個(gè)核心環(huán)節，須要通過(guò)C44Box對電池管理系統進(jìn)行控制，這個(gè)處理器的主要作用是用來(lái)進(jìn)行控制，然后再采用網(wǎng)絡(luò )通信系統來(lái)完成信息的采集和統計。

       本文所設計的控制系統能夠由客戶(hù)進(jìn)行控制，用戶(hù)可以采用系統查詢(xún)到卡里面的余額數目，并且通過(guò)系統的顯示屏，可以看見(jiàn)目電池的電量以及充電所需的時(shí)間等。系統的時(shí)間控制系統主要由電能輸岀、電源電路以及單元處理等幾個(gè)硬件組成。系統中還有一個(gè)電路是用于控制充放電的，由信號采集電路和信號調理電路組成,這個(gè)電路的作用就是對系統電源整體的輸岀進(jìn)行有效的控制,保證系統的正常運行，電源電路在傳輸的過(guò)程中，系統要將電壓轉換為電源電路、液晶顯示接口電路以及NoFlash電路設計。

2.NandFlash電路設計

       充電樁控制系統在進(jìn)行控制的時(shí)候，硬件部分需要通過(guò)處理器進(jìn)行處理，我們將調度平臺當作主要的操作步驟,啟動(dòng)的程序要在ROM里面進(jìn)行。同時(shí),一些記錄會(huì )存放在控制系統里面，這些記錄會(huì )存放在NandFlash里面，比如電流、電壓和傳感器數據,通過(guò)數據存放，可以快速地完成人機交換。

3.LCD接口設計

       進(jìn)行LCD接口的設計時(shí),本文采用的是S3C44BOX芯片，用這個(gè)芯片作為控制芯片，通過(guò)S3C44BOX能夠實(shí)現液晶屏幕的控制。采用LCD對控制器進(jìn)行驅動(dòng)，可以找到接口的時(shí)序和像素數，通過(guò)相關(guān)的數據進(jìn)行總線(xiàn)寬度程序的編寫(xiě)。在LCD控制器的外部接口中主要有這幾個(gè)信號:VLINE線(xiàn)同步脈沖信號、VFRAME幀同步信號、AC信號以及VCLK像時(shí)重信號。

4.交流充電樁控制導引電路設計

       導引電路作用如下。

     （1）進(jìn)行充電操作之,需要對接口處的連接進(jìn)行檢查。

     （2）下一步進(jìn)行電功率與充電連接裝置的相關(guān)工作,所登記的內容要保證準確。

     （3）進(jìn)行充電時(shí)要保證好監管工作。充電樁和需要充電的電動(dòng)汽車(chē)進(jìn)行連接的時(shí)候，通過(guò)充電電纜進(jìn)行連接是較好的方式，為了可以實(shí)現這個(gè)原理,在進(jìn)行充電工作之，要有效的控制好充電樁，進(jìn)行有效的監測和控制并記錄。記錄完成之后判定電壓值是否符合要求，同時(shí)對所有的接口間的鏈接進(jìn)行確認，再由PWM信號的判定結果將充電樁的較大值進(jìn)行確定，不僅是充電的過(guò)程中，充電也要記錄要相關(guān)的數值，保證整個(gè)過(guò)程的安穩。

5.電能輸出通斷控制設計

        通過(guò)上面的設計內容，能夠知道在對導引電路正電壓減半狀態(tài)進(jìn)行檢測時(shí)，充電樁的負荷開(kāi)關(guān)閉合能夠對充電的具體情況進(jìn)行決定，在開(kāi)始供電的時(shí)候，如果同一電路里面存在了斷點(diǎn)，檢測的過(guò)程中就會(huì )產(chǎn)生電壓的波動(dòng),如果將負荷的開(kāi)關(guān)關(guān)閉,那么充電的過(guò)程就會(huì )中斷。

 

1、系統架構

         安科瑞Acrelcloud-充電樁收費運營(yíng)云平臺系統通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對接入系統的充電樁站點(diǎn)和各個(gè)充電樁進(jìn)行不間斷地數據采集和監控，同時(shí)對各類(lèi)故障如充電機過(guò)溫保護、充電機輸入輸出過(guò)壓、欠壓、絕緣檢測故障等一系列故障進(jìn)行預警；用戶(hù)通過(guò)小程序掃描二維碼，進(jìn)行支付后，系統發(fā)起充電請求，控制二維碼對應的充電樁完成電動(dòng)汽車(chē)的充電過(guò)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的數據交互協(xié)議，與云端進(jìn)行直連。云平臺包含了充電收費和充電樁運營(yíng)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(hù)檔案管理，充電樁運行監測，充電樁異常交易監測

         交易結算：充電價(jià)格策略管理，預收費管理，賬單管理，營(yíng)收和財務(wù)相關(guān)報表

         用戶(hù)管理：用戶(hù)注冊，用戶(hù)登錄，用戶(hù)帳戶(hù)管理，消息管理

         充電服務(wù)：充電設施搜索，充電設施查看，地圖尋址，在線(xiàn)自助支付充電，充電結算，導航等

         小程序：掃碼充電，賬單支付等功能

         數據服務(wù)：數據采集，短信提醒，數據存儲和解析

         變壓器監控：監控充電站變壓器負荷，每個(gè)充電站配備一塊ARCM300T無(wú)線(xiàn)表，超負荷時(shí)系統自動(dòng)對充電樁的進(jìn)行調度管理，即當負荷超過(guò)百分之五十時(shí)，系統會(huì )限制新增開(kāi)始充電的充電樁的功率，降為百分之五十，當變壓器負荷超過(guò)百分之八十時(shí)，系統將不允許新增充電樁開(kāi)始充電，直到負荷下降為止。

2、平臺功能

2.1平臺登錄

        在瀏覽器打開(kāi)云平臺鏈接、輸入賬戶(hù)名和權限密碼，進(jìn)行登錄，防止未授權人員瀏覽有關(guān)信息。

2.2平臺首頁(yè)

        平臺首頁(yè)總覽每天的開(kāi)戶(hù)數、充值金額、充電金額、充電度數、充電次數、充電時(shí)長(cháng)，累計的開(kāi)戶(hù)數、充值金額、充電金額、充電度數、充電次數、充電時(shí)長(cháng)，以及相應的環(huán)比增長(cháng)和同比增長(cháng)以及樁、站分布地圖導航、本月充電統計。

2.3實(shí)時(shí)監控

?充電站監控

        充電站監控頁(yè)面監視用戶(hù)充電槍總數、正在充電的槍數、空閑槍數、插槍數量、故障槍數量等，匯總了用戶(hù)擁有各樁的當日充電總次數、總電量、總時(shí)長(cháng)，進(jìn)行負荷限制、故障查詢(xún)。

?充電槍監控

        充電樁監控頁(yè)面充電槍的基本信息、今日充電電量、今日充電次數、今日充電時(shí)長(cháng)和累計充電電量、累計充電次數、累計充電時(shí)長(cháng)等、充電電壓電流等參數。

2.4小程序

?搜索與使用

         小程序可以通過(guò)掃描二維碼和文字搜索找到，點(diǎn)擊后可以加入到小程序列表，如下圖所示

     

?授權登錄界面

        用戶(hù)通過(guò)搜索或者掃碼等途徑初次打開(kāi)小程序時(shí)，會(huì )進(jìn)入這個(gè)頁(yè)面，需要用戶(hù)授權登錄才可以進(jìn)入小程序主功能頁(yè)面，如圖所示

       

?主功能頁(yè)

        初次進(jìn)入主功能頁(yè)時(shí)需要授權定位才可以使用地圖相關(guān)功能，在地圖上查看到當所在區域的充電站，查看充電站信息，可以進(jìn)行掃碼充電操作，地圖導航等

    

?充電

        掃描充電槍上的二維碼，如果當充電樁可用即可進(jìn)入充電選擇頁(yè)面，可以查看到當的充電站名稱(chēng)、充電槍名稱(chēng)，以及當的賬戶(hù)余額，電價(jià)和預計可充電量等數據，還可以查看當賬戶(hù)的歷史充電記錄。充電方式分為按時(shí)間充電、按金額充電、按電量充電這三種方式。充電結束可以進(jìn)進(jìn)行評價(jià)。

   

?個(gè)人信息

        個(gè)人信息可以顯示當登錄賬號的昵稱(chēng)和余額，同時(shí)包括、充值、充值記錄查詢(xún)、賬單查詢(xún)、充電記錄查詢(xún)、設置支付密碼等功能

      

3、硬件配置

3.1平臺服務(wù)器：建議按照我方配置購買(mǎi)，或者客戶(hù)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(hù)自己租用阿里云服務(wù)器，服務(wù)器配置根據充電槍點(diǎn)數的不同，分別如下：

3.2現場(chǎng)硬件配置清單：

 

 

       通過(guò)上面內容的介紹能夠得岀，在進(jìn)行交流充電樁的分析 時(shí)，比較重要的就是原理圖的分析，通過(guò)原理圖和車(chē)載充電內 容,然后與控制器進(jìn)行結合研究硬件的設計。電動(dòng)汽車(chē)充電樁 的工作原理相對比較復雜，程序的設計也比較繁瑣，本文的研 究只是進(jìn)行初步的探索，仍然存在一些問(wèn)題，在以后的工作中 需要繼續研究。

 

[1]張謙，韓維健,俞集輝，等.電動(dòng)汽車(chē)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(dòng)汽車(chē)充電樁的設計與應用

[3]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊.2020.06版