摘 要：針對(duì)制約電動(dòng)汽車發(fā)展的要素( 電池和充電方式)，文章提出了以交流充電樁為主的電動(dòng)汽車充電方案，設(shè)計(jì)了一套電動(dòng)汽車充電樁的控制系統(tǒng)，闡述了該控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)，包括主充電電路單元、主控制電路單元、計(jì)費(fèi)單元、人機(jī)交互單元、IC卡單元，以及軟件系統(tǒng)及主要程序。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車；充電樁；控制系統(tǒng)；

1引言

隨著全球能源危機(jī)的不斷加深，石油資源的日趨枯渴以及大氣污染、全球氣溫上升的危害加劇，各國(guó)高層及汽車企業(yè)普遍認(rèn)識(shí)到節(jié)能和減排是未來汽車技術(shù)發(fā)展方向，發(fā)展電動(dòng)汽車將是解決這兩個(gè)難題的良好途徑。電動(dòng)汽車具有環(huán)保特性，代表著汽車產(chǎn)業(yè)未來的發(fā)展方向。目前動(dòng)力電池作為電動(dòng)汽車的動(dòng)力源為汽車提供動(dòng)力，使電動(dòng)汽車一次充電行駛里程為200km，但當(dāng)動(dòng)力電池電力耗盡時(shí)需要補(bǔ)充電量。目前國(guó)內(nèi)就充電模式提出了多種方式，例如: 電池組快速更換、快速充電以及常規(guī)充電等。根據(jù)現(xiàn)實(shí)情況，動(dòng)力電池體積大、重量重，不便于隨意更換，同時(shí)大功率直流充電柜作為應(yīng)急充電裝置能為電動(dòng)汽車提供快速續(xù)航電力，但對(duì)電池傷害很大。因此，交流充電樁解決了電動(dòng)汽車隨時(shí)隨地電量補(bǔ)給問題，無須裝卸電池，整車通過充電電纜直接與充電樁連接即可實(shí)現(xiàn)充電，同時(shí)以交流電的形式供給電能，對(duì)電池?zé)o傷害，既提高了電動(dòng)汽車動(dòng)力電池壽命，也是電動(dòng)汽車良好的日常充電方式。交流充電樁體積小、重量輕，與電網(wǎng)供電系統(tǒng)連接方便，可布置于小區(qū)、辦公樓宇、停車場(chǎng)以及電動(dòng)汽車專用充電站內(nèi)，并同時(shí)能為兩輛電動(dòng)汽車充電。

2控制系統(tǒng)電路的設(shè)計(jì)

2.1控制系統(tǒng)的組成電動(dòng)汽車充電樁控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)包括:主充電電路單元、主控制電路單元、計(jì)費(fèi)單元、人機(jī)交互單元、IC卡單元;控制系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)圖見圖1。

2.2控制系統(tǒng)硬件電路核心元件的選擇

為實(shí)現(xiàn)智能充電功能，保證計(jì)量準(zhǔn)確，采用ARM9處理器作為核心控制單元。其主要功能特點(diǎn)是: 具有5個(gè)串口，兩個(gè)從USB接口，一個(gè)主USB接口，一個(gè)以太網(wǎng)接口，動(dòng)態(tài)SDRAM，NAND，以及多路IO口，工業(yè)級(jí)的溫度范圍，符合本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求。充電電量的計(jì)量直接采用多功能單相表計(jì)量，采用 RS485對(duì)電表進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，其組成電路圖如圖2所示。

3控制系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)

電動(dòng)汽車充電樁控制系統(tǒng)的主要功能包括用戶信息交互、電能計(jì)量計(jì)費(fèi)控制，控制系統(tǒng)軟件功能模塊圖如圖3所示。

整個(gè)控制系統(tǒng)主程序流程圖如圖4所示。

4安科瑞充電樁收費(fèi)運(yùn)營(yíng)云平臺(tái)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)分為四層：

即數(shù)據(jù)采集層、網(wǎng)絡(luò)傳輸層、數(shù)據(jù)層和客戶端層。

數(shù)據(jù)采集層：包括電瓶車智能充電樁通訊協(xié)議為標(biāo)準(zhǔn)modbus-rtu。電瓶車智能充電樁用于采集充電回路的電力參數(shù)，并進(jìn)行電能計(jì)量和保護(hù)。

網(wǎng)絡(luò)傳輸層：通過4G網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)上傳至搭建好的數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器。

數(shù)據(jù)層：包含應(yīng)用服務(wù)器和數(shù)據(jù)服務(wù)器，應(yīng)用服務(wù)器部署數(shù)據(jù)采集服務(wù)、WEB網(wǎng)站，數(shù)據(jù)服務(wù)器部署實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)、歷史數(shù)據(jù)庫(kù)、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)。

應(yīng)客戶端層：系統(tǒng)管理者可在瀏覽器中訪問電瓶車充電樁收費(fèi)平臺(tái)。終端充電用戶通過IC卡掃碼的方式啟動(dòng)充電。

小區(qū)充電平臺(tái)功能主要涵蓋充電設(shè)施智能化大屏、實(shí)時(shí)監(jiān)控、交易管理、故障管理、統(tǒng)計(jì)分析、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理等功能，同時(shí)為運(yùn)維人員提供運(yùn)維APP，充電用戶提供充電小程序。

5安科瑞充電樁云平臺(tái)系統(tǒng)功能

5.1智能化大屏

智能化大屏展示站點(diǎn)分布情況，對(duì)設(shè)備狀態(tài)、設(shè)備使用率、充電次數(shù)、充電時(shí)長(zhǎng)、充電金額、充電度數(shù)、充電樁故障等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)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(tǒng)一管理小區(qū)充電樁，查看設(shè)備使用率，合理分配資源。

5.2實(shí)時(shí)監(jiān)控

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

5.3交易管理

平臺(tái)管理人員可管理充電用戶賬戶，對(duì)其進(jìn)行賬戶進(jìn)行充值、退款、凍結(jié)、注銷等操作，可查看小區(qū)用戶每日的充電交易詳細(xì)信息。 

5.4故障管理

設(shè)備自動(dòng)上報(bào)故障信息，平臺(tái)管理人員可通過平臺(tái)查看故障信息并進(jìn)行派發(fā)處理，同時(shí)運(yùn)維人員可通過運(yùn)維APP收取故障推送，運(yùn)維人員在運(yùn)維工作完成后將結(jié)果上報(bào)。充電用戶也可通過充電小程序反饋現(xiàn)場(chǎng)問題。

5.5統(tǒng)計(jì)分析

通過系統(tǒng)平臺(tái)，從充電站點(diǎn)、充電設(shè)施、、充電時(shí)間、充電方式等不同角度，查詢充電交易統(tǒng)計(jì)信息、能耗統(tǒng)計(jì)信息等。

5.6基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理

在系統(tǒng)平臺(tái)建立運(yùn)營(yíng)商戶，運(yùn)營(yíng)商可建立和管理其運(yùn)營(yíng)所需站點(diǎn)和充電設(shè)施，維護(hù)充電設(shè)施信息、金額策略、折扣、優(yōu)惠活動(dòng)，同時(shí)可管理在線卡用戶充值、 凍結(jié)和解綁。

5.7運(yùn)維APP

面向運(yùn)維人員使用，可以對(duì)站點(diǎn)和充電樁進(jìn)行管理、能夠進(jìn)行故障閉環(huán)處理、查詢流量卡使用情況、查詢充電\充值情況，進(jìn)行遠(yuǎn)程參數(shù)設(shè)置，同時(shí)可接收故障推送

5.8充電小程序

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

6系統(tǒng)硬件配置

結(jié)束語(yǔ)

文中設(shè)計(jì)的電動(dòng)汽車充電樁控制系統(tǒng)具有實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、集成化程度高、用戶操作界面友好等優(yōu)點(diǎn)，將對(duì)電動(dòng)汽車的發(fā)展起到大的推動(dòng)作用。該系統(tǒng)所設(shè)計(jì)的功能充分考慮到用戶使用的感受、對(duì)環(huán)境的保護(hù)以及能源的充分利用，從而具有高的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)影響力。今后隨著電動(dòng)汽車業(yè)的發(fā)展，該系統(tǒng)的研究也將隨之更加深入和完善。

【參考文獻(xiàn)】

[1]電動(dòng)汽車充電樁的控制系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì).王濤(1973－)，男，湖北漢川人，工程師

[2]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè).2019.11月版

作者介紹：

虞佳豪，男   現(xiàn)任職于江蘇安科瑞電器制造有限公司，主要研究方向?yàn)?/span>電能計(jì)量管理與保護(hù)。產(chǎn)品推薦