安科瑞 陳聰

摘要 ：伴隨著社會(huì)的迅速發(fā)展，人們逐漸開始重視生態(tài)文明建設(shè)，同時(shí)重視自然資源的保護(hù)，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(chǎng)上的動(dòng)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(duì)環(huán)境友好型社會(huì)進(jìn)行全面構(gòu)建，中國(guó)也開始研究了電動(dòng)汽車，以便能為節(jié)約自然資源、促進(jìn)高效、穩(wěn)定進(jìn)步做出貢獻(xiàn)。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車 智能充電樁 設(shè)計(jì)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(dòng)汽車能減少對(duì)環(huán)境的污染程度，與此同時(shí)能便于人們出行，所以，電動(dòng)汽車屬于一種綠色出行方式，但因?yàn)殡妱?dòng)汽車需實(shí)施續(xù)航，所以人們當(dāng)前需要考量的問題就是如何實(shí)現(xiàn)智能化電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航的問題。

1充電樁的環(huán)境要求

電動(dòng)汽車充電樁主要在戶外使用，在設(shè)計(jì)時(shí)，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(shí)，電動(dòng)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(qiáng)的抗腐蝕性，并具有阻燃、自熄等優(yōu)點(diǎn)，其韌性和強(qiáng)度都較好，滿足功能區(qū)材料要求。國(guó)家電網(wǎng) Q/GDW485-2010《電動(dòng)汽車交流充電樁技術(shù)條件》標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)環(huán)境要求有明確具體的規(guī)定。充電樁的設(shè)計(jì)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(hù)設(shè)計(jì)上應(yīng)滿足《GB4208-1993 外殼防護(hù)等級(jí)（IP 代碼）》IP54 等級(jí)的防護(hù)等級(jí)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(yùn)行?？紤]到移動(dòng)安裝布置的需要，在充電樁的底部可設(shè)計(jì)移動(dòng)裝置。

2充電樁能耗評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

中國(guó)新能源汽車評(píng)價(jià)規(guī)程建立了一個(gè)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(shí)，用功率為 120kW 的充電樁對(duì)電動(dòng)汽車進(jìn)行 30min 的持續(xù)充電，檢測(cè)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(píng)分標(biāo)準(zhǔn)如表 1 所示。

3智能充電樁設(shè)計(jì)應(yīng)用

3.1 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1.1 主控模塊

在設(shè)計(jì)主控模塊的過程中，可將用戶的實(shí)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(shí)際需求時(shí)，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(jìn)而給電動(dòng)汽車充電。

表 1  充電效能的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)

3.1.2 安全模塊

在整個(gè)軟件系統(tǒng)中，安全模塊屬于安全儲(chǔ)存單元，安全儲(chǔ)存單元由多個(gè)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(dòng)汽車時(shí)，需要利用 IC 卡或者二維碼進(jìn)行付費(fèi)操作。在此期間，此單位會(huì)對(duì)使用者信息進(jìn)行自動(dòng)加密。充電樁系統(tǒng)軟件使用了密匙管理，能對(duì)*客入侵現(xiàn)象進(jìn)行高效防止，對(duì)使用者系統(tǒng)的安全性進(jìn)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(shí)對(duì)使用者信息進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別并將交易工作完成。

3.1.3 電氣設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)軟件電路時(shí)，防靜電設(shè)計(jì)對(duì)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(jì)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(jì)量、無線通信傳輸及觸屏顯示等。

3.1.4 環(huán)境模塊設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)充電樁的過程中，需要特別注意的是環(huán)境模塊設(shè)計(jì)，因?yàn)槌潆娧b置一般放置在室外，所以高溫暴曬、嚴(yán)寒冰凍等天氣會(huì)對(duì)充電樁的正常運(yùn)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(shí)，要注意保障零件的質(zhì)量符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)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(hù)充電樁，為充電樁的常

規(guī)運(yùn)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(dòng)汽車，需處理和轉(zhuǎn)化電動(dòng)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(jìn)行識(shí)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(shí)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(yùn)行、實(shí)時(shí)監(jiān)控及停止，同時(shí)可以各種通信方式向后臺(tái)傳輸數(shù)據(jù)。中央主控板的功能優(yōu)勢(shì)在于：擁有的串口總計(jì) 7 個(gè)，下位機(jī)檢測(cè)及數(shù)據(jù)收集辦卡經(jīng)過串行總線和上位機(jī) CUP 模塊通信，與此同時(shí)上位機(jī)需具有顯示作用。對(duì)以太網(wǎng)口、NAND 控制器、多路口、動(dòng)態(tài)SDRAM 控制器、工業(yè)級(jí)溫度范圍等進(jìn)行配備。對(duì)汽車充電樁進(jìn)行修建需對(duì)多項(xiàng)因素進(jìn)行考量，例如：因?yàn)槲覈?guó)

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(xiàng)，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(duì)充電柱的損壞。此外，因?yàn)楫?dāng)前電子設(shè)備的越來越多，可能會(huì)引起電磁干擾。因此，為了保證遠(yuǎn)程通信的常規(guī)運(yùn)行，必須對(duì)屏蔽其他電磁干擾的通信線進(jìn)行選擇。

4智能充電樁互聯(lián)互通設(shè)計(jì)方案

4.1 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

4.1.1 設(shè)備實(shí)現(xiàn)

智能充電樁在市場(chǎng)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(shí)滿足對(duì)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(rèn)證功能、人機(jī)交互功能、計(jì)量收費(fèi)功能、信息儲(chǔ)存功能及遠(yuǎn)程信息交互功能等。所以，基于其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(diǎn)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(yùn)用統(tǒng)一協(xié)議是實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通性的關(guān)鍵點(diǎn)，與此同時(shí)，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(tái)服務(wù)器上運(yùn)用 EDP 協(xié)議，與此同時(shí)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(dú)自鑒權(quán)登錄，之后由平臺(tái)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(diǎn)內(nèi)容；不僅能促使信息對(duì)傳得以全面實(shí)現(xiàn)，而且還能全面實(shí)現(xiàn)設(shè)備在同一服務(wù)器上的互聯(lián)互通。

4.1.3 后臺(tái)管理

對(duì)于后臺(tái)管理人員通過同一服務(wù)器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各個(gè)設(shè)備的要求，智能充電樁互聯(lián)互通設(shè)計(jì)可以全面滿足這一要求。在對(duì)統(tǒng)一通信協(xié)議進(jìn)行應(yīng)用時(shí)，在平臺(tái)注冊(cè)信息以后，后臺(tái)管理人員能夠應(yīng)用云平臺(tái)賬號(hào)進(jìn)行在線管理平臺(tái)注冊(cè)的信息，與此同時(shí)，實(shí)現(xiàn)對(duì)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(tái)，對(duì)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)及設(shè)備信息進(jìn)行判別，在第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)并排除設(shè)備故障，對(duì)設(shè)備配置進(jìn)行遠(yuǎn)程更新，實(shí)現(xiàn)傳輸資料的共享等。

4.2 產(chǎn)品驗(yàn)證

現(xiàn)階段，騰訊云平臺(tái)及阿里云平臺(tái)是我國(guó)最大的云平臺(tái)，此次研究基礎(chǔ)為新能源汽車智能充電樁，構(gòu)建了一個(gè)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(gè)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(jìn)入小程序，依據(jù)指示支付費(fèi)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(shí)現(xiàn)單個(gè)充電樁服務(wù)于多個(gè)云平臺(tái)。假設(shè)生產(chǎn)廠商在智能充電樁上運(yùn)用此種通訊方

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

5安科瑞充電樁收費(fèi)運(yùn)營(yíng)云平臺(tái)

5.1概述

AcrelCloud-9000安科瑞充電樁收費(fèi)運(yùn)營(yíng)云平臺(tái)系統(tǒng)通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)接入系統(tǒng)的汽車充電站、電動(dòng)自行車充電站以及各個(gè)充電樁進(jìn)行不間斷地?cái)?shù)據(jù)采集和監(jiān)控，實(shí)時(shí)監(jiān)控充電樁運(yùn)行狀態(tài)，進(jìn)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(xì)查詢等，同時(shí)對(duì)充電機(jī)過溫保護(hù)、漏電、充電機(jī)輸入/輸出過壓、欠壓、絕緣低各類故障進(jìn)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(chǎng)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(chǎng)、公路充電站、公交樞紐、購物中心、商業(yè)綜合體、商業(yè)廣場(chǎng)、地下停車場(chǎng)、高速服務(wù)區(qū)、公寓寫字樓等場(chǎng)合。

5.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

現(xiàn)場(chǎng)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(cè)器、限流式保護(hù)器、煙霧傳感器、測(cè)溫裝置、智能插座、攝像頭等。

網(wǎng)絡(luò)通訊層：包含現(xiàn)場(chǎng)智能網(wǎng)關(guān)、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)等設(shè)備。智能網(wǎng)關(guān)主動(dòng)采集現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層設(shè)備的數(shù)據(jù)，并可進(jìn)行規(guī)約轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，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(shí)將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在本地，待網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)時(shí)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(tái)管理層：包含應(yīng)用服務(wù)器和數(shù)據(jù)服務(wù)器，完成對(duì)現(xiàn)場(chǎng)所有智能設(shè)備的數(shù)據(jù)交換，可在PC端或移動(dòng)端實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)充電站配電系統(tǒng)運(yùn)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(tái)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(shí)長(zhǎng)，累計(jì)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(shí)長(zhǎng)，以及相應(yīng)的環(huán)比增長(zhǎng)和同比增長(zhǎng)以及樁、站分布地圖導(dǎo)航、本月充電統(tǒng)計(jì)。

5.4.3交易結(jié)算

充電價(jià)格策略管理，預(yù)收費(fèi)管理，賬單管理，營(yíng)收和財(cái)務(wù)相關(guān)報(bào)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(rèn)、故障分析等管理項(xiàng)，為用戶管理故障和查詢提供方便。

5.4.5統(tǒng)計(jì)分析

統(tǒng)計(jì)分析支持運(yùn)營(yíng)趨勢(shì)分析、收益統(tǒng)計(jì)，方便用戶以曲線、能耗分析等分析工具，瀏覽樁的充電運(yùn)營(yíng)態(tài)勢(shì)。

5.4.6運(yùn)營(yíng)報(bào)告

按用戶周期分析汽車、電瓶車充電站、樁運(yùn)行、交易、充值、充電及報(bào)警、故障情況，形成分析報(bào)告。

5.4.7APP、小程序移動(dòng)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(xì)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(jìn)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(yùn)行監(jiān)測(cè)，充電樁異常交易監(jiān)測(cè)。

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?yàn)楣╇娏看?，造成充電時(shí)產(chǎn)生較高熱量，處理不正確會(huì)對(duì)智能充電樁自身系統(tǒng)及電動(dòng)汽車造成損壞，存在巨大安全隱患，為此，需要對(duì)散熱系統(tǒng)進(jìn)行配備，從而實(shí)現(xiàn)散熱目的。但總體來說電動(dòng)汽車智能充電樁的設(shè)計(jì)應(yīng)用，將電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航能力大幅度提升，為電動(dòng)汽車充電提供了便利條件，能夠推廣和使用電動(dòng)汽車，實(shí)現(xiàn)環(huán)保目標(biāo)。

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