簡(jiǎn)析電動(dòng)汽車(chē)交流充電樁系統的設計方案

摘要：作為新能源汽車(chē)的基礎動(dòng)力裝置，交流充電樁也是可以促使新能源汽車(chē)正常行駛的關(guān)鍵內容。與其他汽車(chē)不同的是，新能源汽車(chē)并不需要汽油維持其運行，只需要充電就可以保證汽車(chē)行駛的需求，可以降低汽油排放對環(huán)境的污染，近年來(lái)我國新能源汽車(chē)的增長(cháng)速度出現明顯的上升趨勢，但是其充電樁的發(fā)展還比較緩慢。目前在充電樁系統設計期間仍存在一些問(wèn)題，主要表現在充電設施短缺、充電難等問(wèn)題，這些問(wèn)題的發(fā)生均會(huì )在一定程度上限制新能源汽車(chē)的發(fā)展，這就需要加強對電動(dòng)汽車(chē)交流充電樁系統的相關(guān)設計，旨在可以為新能源汽車(chē)的發(fā)展奠定基礎。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車(chē)；交流充電樁；充電樁系統

0 引言

在我國社會(huì )經(jīng)濟不斷發(fā)展的背景下，人們對于生活環(huán)境以及生活質(zhì)量的要求都有所提升，汽車(chē)作為人們出行的必要手段，目前已經(jīng)呈現家家戶(hù)戶(hù)都有汽車(chē)的局面，但是隨著(zhù)汽車(chē)數量的增加，對道路的影響以及對環(huán)境所帶來(lái)的污染問(wèn)題也明顯加劇，為了在滿(mǎn)足人們出行需求的基礎上盡可能降低對環(huán)境的污染，新能源汽車(chē)應運而生。在新能源汽車(chē)數量逐漸增多的背景下，對于充電樁的需求量也越來(lái)越大，與燃油車(chē)相比，新能源汽車(chē)只需要通過(guò)充電的方式就可以運行，由此可見(jiàn)，充電系統的好壞對新能源汽車(chē)的實(shí)際運行帶來(lái)的影響很大。根據目前新能源汽車(chē)在充電樁設計方面所具有的市場(chǎng)前景中分析，就可以提出一種科學(xué)且可靠的充電樁系統設計，旨在可以將充電難與充電設施短缺的問(wèn)題有效解決。

1 充電樁系統總體方案設計

交流充電樁系統設計的作用是及時(shí)為新能源汽車(chē)充電，只有確保新能源汽車(chē)可以具有足夠的電量，才可以保證車(chē)輛正常運行，客戶(hù)也能夠便捷、輕松地完成整個(gè)充電流程，而系統也具備完善的人機交互—電腦接口和清晰的系統聲音顯示，而當前具有的充電模式也具有多種多樣的優(yōu)勢，可以適應各種客戶(hù)對新能源汽車(chē)充電的需要。當前電動(dòng)汽車(chē)交流充電樁系統在實(shí)際設計期間，應加強對PLC可編程控制器與觸摸屏的相關(guān)設計，其中還包括對智能卡識讀模塊、模塊電能計量以及發(fā)票打印機的設計，這些內容都是可以確保充電樁可以順利運行的關(guān)鍵內容，整個(gè)框圖如圖1所示。對于新能源汽車(chē)行駛期間，如果出現電量過(guò)低就需要及時(shí)充電，將汽車(chē)的電量充滿(mǎn)以滿(mǎn)足其行駛要求，而對于新能源汽車(chē)的充電而言，充電樁是較為重要的設施，在實(shí)際應用充電樁充電期間，通過(guò)觸摸讀取畫(huà)面的方式能夠實(shí)現PLC與各功能模塊之間的有效連接，在連接下就可以建立一種有效的通訊系統，在系統內可以實(shí)現電能計費的方式，實(shí)時(shí)顯示充電時(shí)間、充電量以及充電費用等相關(guān)內容，當完成整個(gè)充電需求之后就可以借助打印模塊對涉及的數據進(jìn)行打印，便于用戶(hù)查看相關(guān)信息。

2 電動(dòng)汽車(chē)交流充電樁硬件系統設計

2.1核心控制模塊設計

本文設計的新能源汽車(chē)交流充電樁系統中的硬件系統主要是使用220V交流民用電源開(kāi)展電力供應，可以將220交流的民用電源經(jīng)過(guò)斷路器將其分為三路，分為的三路中一支路可以接避雷器，實(shí)現輸出接地的目標，而其中涉及到的二支路在實(shí)際使用期間，其主要目的就是可以將硬件系統中的電源模塊有效連接，第三支路設計的主要目的則是當主線(xiàn)接入交流智能電表后，就可以實(shí)現充電前期準備工作，具體可以借助交流接觸器的方式輸出220VAC給充電槍?zhuān)潆姌尵涂梢跃哂谐潆姷男Ч?，以滿(mǎn)足新能源汽車(chē)的充電需求。但是對于整個(gè)電動(dòng)汽車(chē)交流充電樁系統的設計而言，其核心控制模塊中充電槍與被充電汽車(chē)之間具有一定的連接性，要想確保其可以與相關(guān)的外面設備互相配合以完成連接的需要，就應該保證主控板外面接口數量和數據處理速度滿(mǎn)足要求。本項目對于主控板的控制芯片主要進(jìn)行相關(guān)研究，可以在處理器過(guò)載特小的情況滿(mǎn)足相關(guān)要求，支持外面設備的高速連接，并在采集相關(guān)參數的基礎上將涉及到的任務(wù)有效處理，實(shí)際緩存期間高16KB，其工作頻率非常高，較高可達400MHz，由此能夠滿(mǎn)足多任務(wù)計算和充電棧主控板處理的需求。

2.2電源模塊設計

電源是所有系統要想運行不能少的因素之一，也是關(guān)鍵的內容，不論是相關(guān)的系統運行，還是充電樁的充電要求，都離不開(kāi)電源模塊的使用，在電動(dòng)汽車(chē)交流充電樁系統設計期間，電源模塊的主要作用就是可以為充電樁提供相應的直流電源供應。但是由于系統中具有較多的電路，而不同電路對于電源的需求也有所差異，要想確保整個(gè)系統中各個(gè)電路均可以正常工作，就需要在電源模塊設計期間為其提供多種供電電壓，滿(mǎn)足不同電路對于電源的實(shí)際需要，各模塊器件正常工作所需的電壓和電流如表1所示。

2.3電量計量模塊設計

電動(dòng)汽車(chē)交流充電樁系統設計期間電能表也是重要的組成部位，電能表的實(shí)際作用就是可以對電路中的實(shí)際消耗進(jìn)行相應測量。在電能表設計期間應確保其可以滿(mǎn)足相關(guān)要求，因為我國電能表的實(shí)際發(fā)展歷程具有漫長(cháng)的特點(diǎn)，這個(gè)漫長(cháng)的主要表現形式就是從以往初的感應式電能表，逐漸發(fā)展到電子式的電能表，當前我國電表類(lèi)型越來(lái)越多，其功能也會(huì )呈現越來(lái)越完善的情況。一款集計量、計量、液晶顯示、脈搏指示、通訊于一體的單相緊湊型儀表，其性能參數符合國家標準GB/T17215.321-2008，由于儀表采用高精度測量芯片和高速MCU數據處理單元，在實(shí)際應用期間可準確測量功率、電壓、電流等電參數，所具備穩定性高的優(yōu)勢，并具有停電數據自動(dòng)保存功能。此外，由于電表需要采用RS-485通訊方式，而主板采用TTL通訊方式，這就需要將兩種不兼容的模塊進(jìn)行配合，旨在能夠實(shí)現主板與電表的正常通訊功能。

2.4控制導引模塊設計

驅動(dòng)電路和車(chē)載BMS系統也是充電樁設計的關(guān)鍵內容，在此系統設計期間可以通過(guò)CC和CP完成相應的連接需求，并在連接期間可以有效確認充電的相關(guān)參數，滿(mǎn)足實(shí)際充電需求。當前國標中所規定PWM信號一般都是由功率控制器件提供，該電路在實(shí)際運行期間可以輸出雙極性PWM，也可以在運行期間實(shí)現+12V電壓的輸出，在輸出電壓期間就可以滿(mǎn)足電動(dòng)汽車(chē)對電壓的實(shí)際使用需要。本研究所使用的電路設計主要配合HCNR200內部的光電信號實(shí)現相應轉換要求，在轉換期間也能夠實(shí)現被測電路與采樣電路之間所具備的功能特點(diǎn)，其中包括電氣隔離和線(xiàn)性測量所具備的雙重功能，能夠有效滿(mǎn)足電力供應的需要。在此期間，控制引導模塊也可以引導輸入電壓的有效輸入，先需要經(jīng)過(guò)前級運放并在完成以上操作之后需要將感測點(diǎn)CP輸入電壓的信號進(jìn)行轉換，具體應將其轉換為具有輸出功能的電流信號。此外電動(dòng)汽車(chē)交流充電樁系統設計電路中的R10、R12也具有一定的作用，具體可以滿(mǎn)足限流和控制內部LED發(fā)光強度的實(shí)際需要，在傳遞期間就可以將增益K控制在合理的范圍內，其中涉及的電容Cl和C2是用來(lái)提高電路穩定性的反饋電容。

3 電動(dòng)汽車(chē)交流充電樁軟件系統設計

3.1移動(dòng)控制端設計

在我國社會(huì )不斷發(fā)展的背景下，移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)也出現了明顯的發(fā)展，現已經(jīng)成為人們生活中的需品，在生活與工作期間，“微、小、輕"已經(jīng)成為滿(mǎn)足人們生活的關(guān)鍵要素，在此基礎上，微信小程序應運而生。微信小程序在實(shí)際運行期間并不需要用戶(hù)安裝軟件，而是可以通過(guò)搜索后就可以實(shí)現使用需要，并沒(méi)不會(huì )占據手機的內存空間，在實(shí)際應用期間既可以通過(guò)掃碼接入與小程序分享的方式進(jìn)入，還可以在搜索公眾號后直接進(jìn)入，無(wú)需安裝和卸載。在電動(dòng)汽車(chē)交流充電樁系統實(shí)際使用期間，通過(guò)微信小程序的使用就可以便于用戶(hù)實(shí)現充電需要，具體是采用C/S交互的方式對數據進(jìn)行傳輸，在實(shí)現數據傳輸的過(guò)程中就可以使用MINA框架對數據進(jìn)行分析，能夠完成數據信息的相關(guān)綁定要求，還可以在掌握數據信息的基礎上實(shí)現同步響應的需要。借助微信小程序進(jìn)行充電樁的使用期間，就可以在用戶(hù)打開(kāi)小程序登錄身份驗證之后，就可以預約充電時(shí)間段，避免長(cháng)時(shí)間等待充電的情況發(fā)生，但是在實(shí)際預約期間也需要注意，每個(gè)用戶(hù)只能預約10小時(shí)內充電樁使用的時(shí)間段，不可以超時(shí)間預約，而在預約期間也只是預約一個(gè)充電樁的使用，不可以同時(shí)預約多臺充電樁，當預約成功之后該臺充電樁在預約時(shí)間段內就會(huì )出現鎖定的情況，其他汽車(chē)無(wú)法實(shí)現充電需要。同時(shí)在預約成功后，用戶(hù)就需要在預約時(shí)間段內到達充電樁，并將預約成功之后小程序發(fā)送的具有保密功能的8位充值碼輸入充電樁系統中，從而實(shí)現充電的需要，如果用戶(hù)在預約后20min內沒(méi)有完成充電，系統就會(huì )自動(dòng)解綁該預約的用戶(hù)，滿(mǎn)足其他用戶(hù)的充電需要。充電樁之間建立聯(lián)系，對于充電樁的實(shí)際設計而言，一個(gè)充電樁既可以實(shí)現獨立存在的需要，也可以確保其屬于某個(gè)充電站。

4 電動(dòng)汽車(chē)交流充電樁系統設計的創(chuàng )新點(diǎn)

新能源汽車(chē)交流充電樁系統設計期間首先需要系統地搜集該方面有關(guān)文獻資料，掌握并利用學(xué)術(shù)界研究和實(shí)際應用中的有關(guān)成果，并熟悉消費要求、環(huán)保標準等方面的國際行業(yè)標準和國家標準，以及新能源汽車(chē)交流充電樁設施的外形構造等基本情況。本文綜合研究并分析了各種類(lèi)型充電系統的優(yōu)勢，針對新能源汽車(chē)設計的交流充電樁控制器和所采用的交流充電樁控制器，確保其能夠有著(zhù)較突出的人性化、集成化、高智能化等特征，確保整個(gè)系統可以更加完善。通過(guò)上述研究?jì)热?，研究人員可以在軟硬件方面進(jìn)一步優(yōu)化和完善整個(gè)體系，從而獲得較佳的性能控制系統，其中涉及的智能管理系統同時(shí)具備人性化、集成化、高智能化等一系列優(yōu)勢，可以高效地實(shí)現刷卡消費、人機交互、信息、計算、設備自檢等安全控制功能，該管理系統擁有清晰干凈的觸摸屏接口，并且動(dòng)作反應敏捷，用戶(hù)能夠根據新能源汽車(chē)的具體充電要求，選定自身需求的充電模式[7]。

5 安科瑞充電樁收費運營(yíng)云平臺

5.1概述

AcrelCloud-9000安科瑞充電柱收費運營(yíng)云平臺系統通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對接入系統的電動(dòng)電動(dòng)自行車(chē)充電站以及各個(gè)充電整法行不間斷地數據采集和監控，實(shí)時(shí)監控充電樁運行狀態(tài)，進(jìn)行充電服務(wù)、支付管理，交易結算，資要管理、電能管理，明細查詢(xún)等。同時(shí)對充電機過(guò)溫保護、漏電、充電機輸入/輸出過(guò)壓，欠壓，絕緣低各類(lèi)故障進(jìn)行預警；充電樁支持以太網(wǎng)、4G或WIFI等方式接入互聯(lián)網(wǎng)，用戶(hù)通過(guò)微信、支付寶，云閃付掃碼充電。

5.2應用場(chǎng)所

適用于民用建筑、一般工業(yè)建筑、居住小區、實(shí)業(yè)單位、商業(yè)綜合體、學(xué)校、園區等充電樁模式的充電基礎設施設計。

5.3系統結構

5.3.1系統分為四層：

1）即數據采集層、網(wǎng)絡(luò )傳輸層、數據中心層和客戶(hù)端層。

2）數據采集層：包括電瓶車(chē)智能充電樁通訊協(xié)議為標準modbus-rtu。電瓶車(chē)智能充電樁用于采集充電回路的電力參數，并進(jìn)行電能計量和保護。

3）網(wǎng)絡(luò )傳輸層：通過(guò)4G網(wǎng)絡(luò )將數據上傳至搭建好的數據庫服務(wù)器。

4）數據中心層：包含應用服務(wù)器和數據服務(wù)器，應用服務(wù)器部署數據采集服務(wù)、WEB網(wǎng)站，數據服務(wù)器部署實(shí)時(shí)數據庫、歷史數據庫、基礎數據庫。

5）應客戶(hù)端層：系統管理員可在瀏覽器中訪(fǎng)問(wèn)電瓶車(chē)充電樁收費平臺。終端充電用戶(hù)通過(guò)刷卡掃碼的方式啟動(dòng)充電。

小區充電平臺功能主要涵蓋充電設施智能化大屏、實(shí)時(shí)監控、交易管理、故障管理、統計分析、基礎數據管理等功能，同時(shí)為運維人員提供運維APP，充電用戶(hù)提供充電小程序。

5.4安科瑞充電樁云平臺系統功能

5.4.1智能化大屏

智能化大屏展示站點(diǎn)分布情況，對設備狀態(tài)、設備使用率、充電次數、充電時(shí)長(cháng)、充電金額、充電度數、充電樁故障等進(jìn)行統計顯示，同時(shí)可查看每個(gè)站點(diǎn)的站點(diǎn)信息、充電樁列表、充電記錄、收益、能耗、故障記錄等。統一管理小區充電樁，查看設備使用率，合理分配資源。

5.4.2實(shí)時(shí)監控

實(shí)時(shí)監視充電設施運行狀況，主要包括充電樁運行狀態(tài)、回路狀態(tài)、充電過(guò)程中的充電電量、充電電壓/電流，充電樁告警信息等。

5.4.3交易管理

平臺管理人員可管理充電用戶(hù)賬戶(hù)，對其進(jìn)行賬戶(hù)進(jìn)行充值、退款、凍結、注銷(xiāo)等操作，可查看小區用戶(hù)每日的充電交易詳細信息。

5.4.4故障管理

設備自動(dòng)上報故障信息，平臺管理人員可通過(guò)平臺查看故障信息并進(jìn)行派發(fā)處理，同時(shí)運維人員可通過(guò)運維APP收取故障推送，運維人員在運維工作完成后將結果上報。充電用戶(hù)也可通過(guò)充電小程序反饋現場(chǎng)問(wèn)題。

5.4.5統計分析

通過(guò)系統平臺，從充電站點(diǎn)、充電設施、、充電時(shí)間、充電方式等不同角度，查詢(xún)充電交易統計信息、能耗統計信息等。

5.4.6基礎數據管理

在系統平臺建立運營(yíng)商戶(hù)，運營(yíng)商可建立和管理其運營(yíng)所需站點(diǎn)和充電設施，維護充電設施信息、價(jià)格策略、折扣、優(yōu)惠活動(dòng)，同時(shí)可管理在線(xiàn)卡用戶(hù)充值、凍結和解綁。

5.4.7運維APP

面向運維人員使用，可以對站點(diǎn)和充電樁進(jìn)行管理、能夠進(jìn)行故障閉環(huán)處理、查詢(xún)流量卡使用情況、查詢(xún)充電\充值情況，進(jìn)行遠程參數設置，同時(shí)可接收故障推送

5.4.8充電小程序

面向充電用戶(hù)使用，可查看附近空閑設備，主要包含掃碼充電、賬戶(hù)充值，充電卡綁定、交易查詢(xún)、故障申訴等功能。

5.5系統硬件配置

6 結語(yǔ)

總之，在我國新能源汽車(chē)數量的逐漸增加，新能源汽車(chē)的車(chē)主對于充電的需求量也有所增加，為滿(mǎn)足電動(dòng)汽車(chē)的充電需求，本文主要研究電動(dòng)汽車(chē)交流充電樁系統的相關(guān)設計要點(diǎn)，在了解當前充電樁實(shí)際情況的基礎上，就可以開(kāi)展相關(guān)的研究，并在此期間，以相關(guān)設計標準作為主要標準內容，在充電樁設計期間既可以滿(mǎn)足用戶(hù)使用小程序預約充電樁充電的需要，

也可以實(shí)現遠程監控和對數據的統一管理，具有明顯的優(yōu)勢，降低用戶(hù)等待充電時(shí)間。未來(lái)，隨著(zhù)對充電樁研究的逐漸深入，在新能源汽車(chē)交流充電樁系統設計期間還可以實(shí)時(shí)完成對充電狀態(tài)的相關(guān)數據進(jìn)行采集，更好地滿(mǎn)足新能源汽車(chē)用戶(hù)的充電需求。

參考文獻

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［2］現代建筑電氣,2021,12(12):50-55.

［3］張明慧,周天睿,于靜,等.電動(dòng)汽車(chē)智能充電樁管理系統的設計與開(kāi)發(fā)[J].現代計算機,2021,27(33):6-31.

［4］虞文惠,張璐.電動(dòng)汽車(chē)交流充電樁充電連接控制時(shí)序測量能力驗證方案設計[J].低壓電器,2021,14(5):65-70.

［5］謝嘉城.電動(dòng)汽車(chē)充電樁充電管理系統設計[J].大眾標準化,2022,5(7):3-7.

［6］安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊.2022.05版.

作者簡(jiǎn)介：魏健輝，女，安科瑞電氣股份有限公司，從事企業(yè)電能綜合管理物聯(lián)網(wǎng)系統研發(fā)推廣工作.