淺析智能電動(dòng)汽車(chē)充電樁的設(shè)計(jì)與應(yīng)用
李茫茫
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(duì)電動(dòng)汽車(chē)快速充電的需求，很多廠商開(kāi)始對(duì)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(xiàn)狀為背景，進(jìn)行了智能電動(dòng)汽車(chē)充電樁系統(tǒng)硬件電路的研究。
關(guān)鍵詞：充電樁；電動(dòng)汽車(chē)；硬件設(shè)計(jì)
一、發(fā)展現(xiàn)狀
近幾年，國(guó)內(nèi)的電網(wǎng)公司已經(jīng)陸續(xù)建立了超過(guò)600多座充電站以及20000多臺(tái)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(dòng)汽車(chē)智能充電的導(dǎo)航系統(tǒng)、智能充電樁設(shè)計(jì),同時(shí)還建立了智能服務(wù)平臺(tái)，但是迄今為止,智能充電服務(wù)還沒(méi)有岀現(xiàn)。
二、充電樁的類(lèi)型
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(duì)于長(zhǎng)期使用電動(dòng)車(chē)的人來(lái)說(shuō)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(chēng)之為非車(chē)載充電機(jī),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(xiàn)在主要是60kW、120kW以及200kW為主,所以采用直流充電樁速度更快，一般直流充電樁都是岀現(xiàn)在火車(chē)站以及飛機(jī)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(jī)轉(zhuǎn)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(xiàn)在小區(qū)或者是市內(nèi)的停車(chē)場(chǎng)中。
三、充電樁硬件電路設(shè)計(jì)
1.硬件設(shè)計(jì)
在整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是一個(gè)核心環(huán)節(jié)，須要通過(guò)C44Box對(duì)電池管理系統(tǒng)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(tǒng)來(lái)完成信息的采集和統(tǒng)計(jì)。
本文所設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)能夠由客戶(hù)進(jìn)行控制，用戶(hù)可以采用系統(tǒng)查詢(xún)到卡里面的余額數(shù)目，并且通過(guò)系統(tǒng)的顯示屏，可以看見(jiàn)目前電池的電量以及充電所需的時(shí)間等。系統(tǒng)的時(shí)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(gè)硬件組成。系統(tǒng)中還有一個(gè)電路是用于控制充放電的，由信號(hào)采集電路和信號(hào)調(diào)理電路組成,這個(gè)電路的作用就是對(duì)系統(tǒng)電源整體的輸岀進(jìn)行有效的控制,保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行，電源電路在傳輸?shù)倪^(guò)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(jì)。
2.NandFlash電路設(shè)計(jì)
充電樁控制系統(tǒng)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(diào)度平臺(tái)當(dāng)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(tǒng)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(shù)據(jù),通過(guò)數(shù)據(jù)存放，可以更快速地完成人機(jī)交換。
3.LCD接口設(shè)計(jì)
進(jìn)行LCD接口的設(shè)計(jì)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?qū)崿F(xiàn)液晶屏幕的控制。采用LCD對(duì)控制器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，可以找到接口的時(shí)序和像素?cái)?shù)，通過(guò)相關(guān)的數(shù)據(jù)進(jìn)行總線寬度程序的編寫(xiě)。在LCD控制器的外部接口中主要有這幾個(gè)信號(hào):VLINE線同步脈沖信號(hào)、VFRAME幀同步信號(hào)、AC信號(hào)以及VCLK像時(shí)重信號(hào)。
4.交流充電樁控制導(dǎo)引電路設(shè)計(jì)
導(dǎo)引電路作用如下。
（1）進(jìn)行充電操作之前,需要對(duì)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(nèi)容要保證準(zhǔn)確。
（3）進(jìn)行充電時(shí)要保證好監(jiān)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(xiàn)這個(gè)原理,在進(jìn)行充電工作之前，要有效的控制好充電樁，進(jìn)行有效的監(jiān)測(cè)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(duì)所有的接口間的鏈接進(jìn)行確認(rèn)，再由PWM信號(hào)的判定結(jié)果將充電樁的較大值進(jìn)行確定，不僅是充電的過(guò)程中，充電前也要記錄要相關(guān)的數(shù)值，保證整個(gè)過(guò)程的安穩(wěn)。
5.電能輸出通斷控制設(shè)計(jì)
通過(guò)上面的設(shè)計(jì)內(nèi)容，能夠知道在對(duì)導(dǎo)引電路正電壓減半狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，充電樁的負(fù)荷開(kāi)關(guān)閉合能夠?qū)Τ潆姷木唧w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(cè)的過(guò)程中就會(huì)產(chǎn)生電壓的波動(dòng),如果將負(fù)荷的開(kāi)關(guān)關(guān)閉,那么充電的過(guò)程就會(huì)中斷。
四、安科瑞充電樁運(yùn)營(yíng)管理平臺(tái)
1、系統(tǒng)架構(gòu)
安科瑞Acrelcloud-充電樁收費(fèi)運(yùn)營(yíng)云平臺(tái)系統(tǒng)通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)接入系統(tǒng)的充電樁站點(diǎn)和各個(gè)充電樁進(jìn)行不間斷地?cái)?shù)據(jù)采集和監(jiān)控，同時(shí)對(duì)各類(lèi)故障如充電機(jī)過(guò)溫保護(hù)、充電機(jī)輸入輸出過(guò)壓、欠壓、絕緣檢測(cè)故障等一系列故障進(jìn)行預(yù)警；用戶(hù)通過(guò)微信小程序掃描二維碼，進(jìn)行支付后，系統(tǒng)發(fā)起充電請(qǐng)求，控制二維碼對(duì)應(yīng)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(shù)據(jù)交互協(xié)議，與云端進(jìn)行直連。云平臺(tái)包含了充電收費(fèi)和充電樁運(yùn)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(yùn)行監(jiān)測(cè)，充電樁異常交易監(jiān)測(cè)
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
用戶(hù)管理：用戶(hù)注冊(cè)，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(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(chǔ)和解析
變壓器監(jiān)控：監(jiān)控充電站變壓器負(fù)荷，每個(gè)充電站配備一塊ARCM300T無(wú)線表，超負(fù)荷時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)對(duì)充電樁的進(jìn)行調(diào)度管理，即當(dāng)負(fù)荷超過(guò)百分之五十時(shí)，系統(tǒng)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(dāng)變壓器負(fù)荷超過(guò)百分之八十時(shí)，系統(tǒng)將不允許新增充電樁開(kāi)始充電，直到負(fù)荷下降為止。
2、平臺(tái)功能
2.1平臺(tái)登錄
在瀏覽器打開(kāi)云平臺(tái)鏈接、輸入賬戶(hù)名和權(quán)限密碼，進(jìn)行登錄，防止未授權(quán)人員瀏覽有關(guān)信息。
2.2平臺(tái)首頁(yè)
平臺(tái)首頁(yè)總覽每天的開(kāi)戶(hù)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(kāi)戶(hù)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)。
2.3實(shí)時(shí)監(jiān)控
?充電站監(jiān)控
充電站監(jiān)控頁(yè)面監(jiān)視用戶(hù)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(hù)擁有各樁的當(dāng)日充電總次數(shù)、總電量、總時(shí)長(zhǎng)，進(jìn)行負(fù)荷限制、故障查詢(xún)。
?充電槍監(jiān)控
充電樁監(jiān)控頁(yè)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(shí)長(zhǎng)和累計(jì)充電電量、累計(jì)充電次數(shù)、累計(jì)充電時(shí)長(zhǎng)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(guò)掃描二維碼和微信文字搜索找到，點(diǎn)擊后可以加入到小程序列表，如下圖所示
?授權(quán)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(quán)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(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(jìn)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(jìn)入充電選擇頁(yè)面，可以查看到當(dāng)前的充電站名稱(chēng)、充電槍名稱(chēng)，以及當(dāng)前的賬戶(hù)余額，電價(jià)和預(yù)計(jì)可充電量等數(shù)據(jù)，還可以查看當(dāng)前賬戶(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(jié)束可以進(jìn)進(jìn)行評(píng)價(jià)。
?個(gè)人信息
個(gè)人信息可以顯示當(dāng)前登錄賬號(hào)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(shè)置支付密碼等功能
3、硬件配置
3.1平臺(tái)服務(wù)器：建議按照我方推薦配置購(gòu)買(mǎi)，或者客戶(hù)自己租用阿里云資源。
推薦硬件配置清單：（如申請(qǐng)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(jù)充電槍點(diǎn)數(shù)的不同，分別如下：
3.2現(xiàn)場(chǎng)推薦硬件配置清單：
五、總結(jié)
通過(guò)上面內(nèi)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(nèi) 容,然后與控制器進(jìn)行結(jié)合研究硬件的設(shè)計(jì)。電動(dòng)汽車(chē)充電樁 的工作原理相對(duì)比較復(fù)雜，程序的設(shè)計(jì)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(xù)研究。
參考文獻(xiàn)
[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(duì)電網(wǎng)諧波影響[J].電工技術(shù)學(xué)報(bào)，2012(2)
[2]王妍，智能電動(dòng)汽車(chē)充電樁的設(shè)計(jì)與應(yīng)用
[3]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè).2020.06版
