安(ān)科瑞 陳(chén)聰(cōng)

摘(zhāi)要(yào)：近年(nián)來電(diàn)動汽(qì)車作為新能源汽車(chē)中(zhōng)技術為(wéi)成(chéng)熟的(dí)受到(dào)了人們的大(dà)力追(zhuī)捧。但(dàn)是當前充電(diàn)問題依(yī)然(rán)是(shì)困(kùn)擾電動汽車(chē)產業將(jiāng)來快(kuài)速(sù)發展的重(zhòng)要因素之(zhī)一。因(yīn)此，本(běn)文對電(diàn)動汽車(chē)充電(diàn)樁(zhuāng)控製係統進行(háng)了(liǎo)研(yán)究與開發(fā)，旨在推出更(gēng)加便捷的(dí)電動(dòng)汽(qì)車(chē)充(chōng)電(diàn)係統，促進電(diàn)動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)的發展。

關鍵詞(cí)：電(diàn)動(dòng)汽車；充電(diàn)樁；控製係統

0引言(yán)

隨著(zhuó)人(rén)們環保意識的逐漸提(tí)升，電動(dòng)汽車(chē)愈(yù)來(lái)愈(yù)受到人(rén)們的追捧(pěng)和喜(xǐ)愛。我國(guó)國內(nèi)很(hěn)多機(jī)構也對電動(dòng)汽車(chē)提(tí)出了不同(tóng)的(dí)充(chōng)電模式，包括：電(diàn)池組更換，快(kuài)速充(chōng)電，常(cháng)規充電等。然而從(cóng)實際(jì)應用層麵(miàn)來分析(xī)，汽車電池(chí)組不(bù)但擁有較為龐(páng)大的體積(jī)，而且其重量(liáng)也(yě)比(bǐ)較重，經常性的(dí)更換(huàn)不(bù)方(fāng)便；而(ér)運(yùn)用(yòng)直流充電櫃為電動(dòng)汽(qì)車(chē)電(diàn)池組充電，雖(suī)然(rán)達到了續航的目的(dí)，但也對電池(chí)的(dí)使用(yòng)壽(shòu)命造成(chéng)很大損(sǔn)害。

所(suǒ)以(yǐ)，交流(liú)充(chōng)電(diàn)樁能夠非常有效(xiào)解決(jué)電動汽(qì)車(chē)電池(chí)組的能量補給以及續航(háng)問題，運(yùn)用交流(liú)充電樁(zhuāng)進(jìn)行充電(diàn)不需要對電池進行(háng)裝卸(xiè)，而是直(zhí)接(jiē)運(yùn)用電纜綫連接汽車電(diàn)池組和(hé)充電樁就(jiù)能夠完成充(chōng)電(diàn)作(zuò)業，而且(qiě)交流電對電(diàn)池(chí)組進行充電(diàn)不會對電池的使用壽(shòu)命和(hé)性能造成(chéng)影響(xiǎng)，是一種(zhǒng)非常優秀(xiù)的(dí)充電方式(shì)。另外，交流充(chōng)電(diàn)樁(zhuāng)重量輕，體(tǐ)積(jī)小(xiǎo)，和我國(guó)電力係(xì)統了(liǎo)解(jiě)較為(wéi)便(biàn)捷，容(róng)易在(zài)居民小(xiǎo)區(qū)，辦公場(cháng)所(suǒ)，超市(shì)以及電動(dòng)汽車充電站(zhàn)內部(bù)進行(háng)布(bù)設(shè)。

1 電動(dòng)汽車充電樁控製(zhì)係統開(kāi)發

1.1電動汽車充(chōng)電樁控製係統(tǒng)的(dí)基本(běn)單(dān)元

本文中設計(jì)的電動汽(qì)車交(jiāo)流充(chōng)電樁控(kòng)製係(xì)統(tǒng)基本單元(yuán)為(wéi)：主充(chōng)電電路(lù)係(xì)統，主控製(zhì)電路(lù)係(xì)統，人機(jī)交(jiāo)互(hù)界麵(miàn)，收(shōu)費係統，刷(shuā)卡(qiǎ)係統，其結構(gòu)如(rú)圖 1所示：

1.2控(kòng)製(zhì)係統(tǒng)的(dí)硬件(jiàn)組(zǔ)成元(yuán)件(jiàn)

優秀(xiù)的(dí)電(diàn)動(dòng)汽車智(zhì)能充電(diàn)係統(tǒng)不(bù)但能夠(gòu)滿足(zú)電(diàn)動(dòng)汽(qì)車(chē)用戶(hù)對(duì)充(chōng)電的(dí)需求，而且(qiě)還(huán)具(jù)備電力計量(liáng)，結算等(děng)功能。

因(yīn)此，本文(wén)設(shè)計(jì)的係統選擇使用(yòng) At—mel企(qǐ)業生(shēng)產的 ARM9處理器當(dāng)成係(xì)統重要的組(zǔ)成部(bù)分(fēn)。該處理(lǐ)器具備以下(xià)特(tè)性(xìng)：擁(yōng)有(yǒu)5個串口，2個(gè) USB接口，1個主(zhǔ)USB接口(kǒu)，另外(wài)一個為以太網(wǎng)接(jiē)口，動態(tài)SDRAM 控(kòng)製器(qì)，NAND控製器(qì)，以及多(duō)路(lù)IO 口，並且這(zhè)些元(yuán)件(jiàn)都可(kě)以(yǐ)滿足(zú)工業級的溫度範圍(wéi)，能夠滿足本(běn)係統實(shí)際(jì)使(shǐ)用環(huán)境的(dí)需求(qiú)。

係統中的電量(liáng)計(jì)量裝置(zhì)為多(duō)功能單相表(biǎo)計(jì)量(liáng)，采用 RS485實現數據(jù)傳送(sòng)，電路(lù)圖(tú)結(jié)構示意(yì)圖(tú)如(rú)圖(tú)2：

2 電(diàn)動汽車充電樁控(kòng)製(zhì)係統的(dí)開發

為(wéi)了(liǎo)確保(bǎo)用(yòng)戶使(shǐ)用(yòng)的便捷(jié)性(xìng)，本係統設(shè)計了如下(xià)應(yīng)用模塊(kuài)：用戶信息交互模(mó)塊，電能(néng)

計(jì)量控製模(mó)塊。係(xì)統軟件功能模塊(kuài)示(shì)意圖如(rú)圖3所示：

3安(ān)科瑞(ruì)AcrelCloud-9000充電站運(yùn)營平(píng)台

3.1平台概述

安(ān)科瑞充(chōng)電站運營平台(tái)依(yī)托物(wù)聯(lián)網，雲(yún)計算(suàn)，互聯網，大數(shù)據(jù)，AI等(děng)技術(shù)，對(duì)充電(diàn)站配電(diàn)係統(tǒng)的運(yùn)行，電能消耗(hào)，電(diàn)能質(zhì)量，充(chōng)電安(ān)全和(hé)行為安全進(jìn)行實時監控(kòng)和預警(jǐng)，為(wéi)充(chōng)電站(zhàn)的(dí)可(kě)靠，安全(quán)，經(jīng)濟(jì)運行(háng)提(tí)供保(bǎo)障(zhàng)，並及時切(qiē)除安全(quán)隱患，避(bì)免(miǎn)電氣(qì)火災發生，從而(ér)保(bǎo)障人(rén)員的生(shēng)命財(cái)產安(ān)全，打(dǎ)造“安全(quán)，高(gāo)效，舒(shū)適，綠(lǜ)色(sè)”的(dí)“人(rén)—車—樁—電(diàn)網—互聯網(wǎng)—多(duō)種增(zēng)值業(yè)務”的智(zhì)慧(huì)充電站，提升充電站(zhàn)的社(shè)會(huì)和經濟價值(zhí)。

3.2適用場合

可(kě)廣泛應用(yòng)於醫(yī)院(yuàn)，學校，酒店(diàn)，體(tǐ)育(yù)場等(děng)公(gōng)共建(jiàn)築；商(shāng)業廣(guǎng)場，產(chǎn)業園等綜合(hé)園區；企業，住(zhù)宅(zhái)小(xiǎo)區等(děng)場所。

3.3係統結(jié)構(gòu)

平台(tái)采(cǎi)用(yòng)分層分(fēn)布式(shì)結構，主(zhǔ)要由(yóu)感知(zhī)層(céng)，網(wǎng)絡(luò)層(céng)和平台層(céng)三(sān)個部分(fēn)組(zǔ)成(chéng)，詳細拓撲結構如下(xià)：

現場設(shè)備(bèi)層(céng)：連(lián)接於(yú)網(wǎng)絡中(zhōng)的各類(lèi)傳感器，包括多功(gōng)能(néng)電(diàn)力儀表(biǎo)，汽車(chē)充電(diàn)樁，電(diàn)瓶車充電(diàn)樁，電(diàn)能質(zhì)量(liáng)分(fēn)析(xī)儀表，電(diàn)氣火(huǒ)災探測器(qì)，限流式(shì)保(bǎo)護器，煙霧傳感(gǎn)器，測(cè)溫裝置，智能插座，攝像頭(tóu)等(děng)。

網絡通(tōng)訊層(céng)：包含現(xiàn)場智能網關(guān)，網(wǎng)絡交換機(jī)等設備。智(zhì)能(néng)網關主動(dòng)采(cǎi)集現場設(shè)備層(céng)設(shè)備的(dí)數據(jù)，並可(kě)進行規(guī)約轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)存(cún)儲(chǔ)，並通過網絡把數(shù)據(jù)上(shàng)傳至搭建好的(dí)數據庫(kù)服務(wù)器，智能網關(guān)可(kě)在網絡故障時(shí)將數(shù)據存儲(chǔ)在本地，待網絡(luò)恢(huī)復(fù)時從(cóng)中(zhōng)斷(duàn)的(dí)位置(zhì)繼(jì)續(xù)上(shàng)傳(chuán)數據，保證服(fú)務器(qì)端數據(jù)不丟(diū)失(shī)。

平(píng)台管理(lǐ)層(céng)：包含應(yīng)用(yòng)服(fú)務(wù)器和數據服務器(qì)，完成對(duì)現場(cháng)所(suǒ)有智(zhì)能(néng)設(shè)備(bèi)的(dí)數據(jù)交換，可(kě)在PC端或移(yí)動(dòng)端實現實(shí)時監測(cè)充電站配電係(xì)統運行狀(zhuàng)態，充(chōng)電樁(zhuāng)的(dí)工(gōng)作(zuò)狀態，充電過(guò)程及人員(yuán)行為(wéi)，並完(wán)成(chéng)微(wēi)信(xìn)，支付(fù)寶在綫(xiàn)支付等(děng)應用。

多功能電(diàn)力儀表(biǎo)，汽車充電樁，電(diàn)瓶(píng)車充(chōng)電(diàn)樁(zhuāng)，電氣火(huǒ)災探測器，限(xiàn)流(liú)式(shì)保護(hù)器，智能(néng)插座(zuò)可通過(guò)全網(wǎng)通(tōng)4G通(tōng)訊模(mó)組(zǔ)與(yǔ)平(píng)台(tái)直(zhí)接(jiē)通訊。

電能(néng)質(zhì)量分析儀表(biǎo)，煙霧傳(chuán)感器和(hé)測溫(wēn)裝置(zhì)通過(guò)RS485，攝像頭通(tōng)過RJ45與(yǔ)智能(néng)網關通(tōng)訊(xùn)，再由智(zhì)能(néng)網關通(tōng)訊(xùn)通過4G統一(yī)與平台(tái)通(tōng)訊。

限(xiàn)流(liú)式(shì)保(bǎo)護(hù)器既可(kě)以(yǐ)通過4G連接(jiē)平台(tái)，也可(kě)以通過(guò)RS485連接網關。

平台搭建(jiàn)在(zài)客戶自(zì)己(jǐ)配(pèi)置的服務(wù)器上。搭(dā)建完(wán)成之後(hòu)，客戶(hù)可以(yǐ)在任意(yì)能(néng)聯(lián)網的(dí)地(dì)方，通過(guò)有權限的(dí)賬號(hào)登陸(lù)網(wǎng)頁以及手(shǒu)機APP查(chá)看各處的(dí)運行情況。

3.4相(xiāng)關(guān)產(chǎn)品介紹

3.4.1 7KW交流充(chōng)電(diàn)樁(zhuāng)AEV-AC007D

產(chǎn)品(pǐn)功能

1）智能(néng)監測(cè)：充電樁(zhuāng)智能(néng)控製(zhì)器對充電樁具備(bèi)測量，控製(zhì)與保護的(dí)功能，如(rú)運(yùn)行狀態監測，故障狀態(tài)監(jiān)測，充電(diàn)計量(liáng)與計(jì)費以(yǐ)及充電過程(chéng)的(dí)聯動(dòng)控製等。

2）智能(néng)計(jì)量(liáng)：輸出(chū)配(pèi)置智(zhì)能(néng)電(diàn)能(néng)表，進行充電計量，具備*的通(tōng)信功能，可將計量信息(xī)通過(guò)RS485分別(bié)上(shàng)傳(chuán)給充(chōng)電(diàn)樁智能(néng)控(kòng)製器(qì)和網絡(luò)運營(yíng)平台(tái)。

3）雲平台：具備(bèi)連接(jiē)雲平(píng)台(tái)的功(gōng)能，可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時監(jiān)控，財務(wù)報表分析(xī)等等。

4）保護功能：具備(bèi)防雷保(bǎo)護，過(guò)載(zǎi)保護，短路保(bǎo)護，漏電保(bǎo)護和接地保(bǎo)護等(děng)功(gōng)能。

5）材質可靠(kào)：保證長期使(shǐ)用(yòng)並抵(dǐ)御復雜天氣環(huán)境(jìng)。

6）適配(pèi)車型：滿足國(guó)標(biāo)充電(diàn)接口，適配(pèi)所有符(fú)合(hé)GB/T20234.2-2015國(guó)標(biāo)的電(diàn)動汽(qì)車，適應不同車型的不(bù)同(tóng)功(gōng)率(shuài)。

7）資(zī)產(chǎn)安(ān)全(quán)：產(chǎn)品全(quán)部由(yóu)中國(guó)平安保(bǎo)險承(chéng)保，充分保障(zhàng)設(shè)備，車(chē)輛，人(rén)員的安(ān)全(quán)。

3.4.2直流充電(diàn)樁係列(liè)

3.4.3電氣(qì)火災探測(cè)器ARCM300-Z

3.4.4限流式(shì)保(bǎo)護器(qì)ASCP200

產品(pǐn)功能(néng)：

1）短(duǎn)路保護：保(bǎo)護(hù)器(qì)實時監測(cè)用電(diàn)綫路(lù)電流(liú)，當(dāng)綫路發生(shēng)短路(lù)故(gù)障時(shí)，能在(zài)150微(wēi)秒(miǎo)內實現(xiàn)快速(sù)限流(liú)保護(hù)，並發出聲光(guāng)報(bào)警信號；

2）過載保護：當(dāng)綫(xiàn)路電(diàn)流過(guò)載(zǎi)且(qiě)持續(xù)時間超(chāo)過動作時(shí)間（3~60秒可(kě)設(shè)）時，保(bǎo)護(hù)器(qì)啟(qǐ)動限(xiàn)流保護，並發出聲(shēng)光(guāng)報警(jǐng)信(xìn)號；

3）表(biǎo)內(nèi)超溫(wēn)保護：當(dāng)保(bǎo)護(hù)器(qì)內部(bù)器件工作(zuò)溫(wēn)度過(guò)高時，保護器實施超溫(wēn)限(xiàn)流保護(hù)，並發(fā)出(chū)聲光報警信(xìn)號；

4）組網通(tōng)訊：保護(hù)器具(jù)有(yǒu)1路(lù)RS485接口(kǒu)，可以將數據發(fā)送到後台監控係(xì)統，實(shí)現(xiàn)遠程監控。

3.5平台(tái)功(gōng)能

3.5.1首頁(yè)

平(píng)台(tái)首頁(yè)顯(xiǎn)示(shì)充電(diàn)站的位置及在(zài)綫(xiàn)情(qíng)況(kuàng)，統計充電(diàn)站的充(chōng)電(diàn)數(shù)據。

3.5.2實時(shí)監(jiān)控(kòng)

1）充電(diàn)站監控(kòng)

可(kě)以(yǐ)按(àn)站(zhàn)點名(míng)稱進(jìn)行(háng)篩選(xuǎn)，顯示(shì)站點詳情(qíng)，充(chōng)電(diàn)槍列(liè)表(biǎo)，統計訂單信(xìn)息，故障記錄，點擊某個充電(diàn)槍(qiāng)編(biān)號後在進(jìn)入充(chōng)電(diàn)槍監控(kòng)頁(yè)麵實時監測(cè)變(biàn)壓器負荷(hé)（搭(dā)配ACM300T，ADW300），當(dāng)負(fù)荷(hé)超(chāo)過(guò)50%時(shí)，係統(tǒng)會限(xiàn)製新增(zēng)開始充電的充電樁(zhuāng)的功率，降為(wéi)50%，當變壓器(qì)負荷超過80%時(shí)，係統(tǒng)將(jiāng)不(bù)允許(xǔ)新增充(chōng)電樁開始(shǐ)充(chōng)電(diàn)，直到負(fù)荷下(xià)降(jiàng)為(wéi)止。如圖所(suǒ)示：

統計(jì)當前充(chōng)電站各(gè)充(chōng)電樁(zhuāng)回路的(dí)數(shù)據(jù)；通(tōng)過卡片(piàn)的形(xíng)式(shì)展(zhǎn)現充電(diàn)樁(zhuāng)的數(shù)據(jù)；顯(xiǎn)示(shì)故(gù)障列表(biǎo)；如圖所(suǒ)示(shì)：

2）充(chōng)電(diàn)樁(zhuāng)監控

顯(xiǎn)示充電(diàn)樁(zhuāng)充電(diàn)數(shù)據；顯(xiǎn)示各回路(lù)的(dí)充(chōng)電(diàn)狀態；可(kě)以對(duì)充電中的(dí)回路(lù)進行(háng)手(shǒu)動終止；顯(xiǎn)示(shì)訂單信息(xī)，故障信息(xī)；如圖所(suǒ)示：

3）設備監控

顯示(shì)限流式保護(hù)器(qì)的狀態，包括綫路中(zhōng)的(dí)剩餘(yú)電流，溫度及(jí)異常報警，如(rú)圖(tú)所示：

3.5.3故(gù)障管(guǎn)理

1）故(gù)障(zhàng)查詢(xún)

故障查詢中記錄了(liǎo)登錄用戶相(xiāng)關聯(lián)的所(suǒ)有(yǒu)故(gù)障信息。如(rú)圖(tú)所(suǒ)示(shì)：

2）故(gù)障(zhàng)派(pài)發

故(gù)障派發中記錄了當前待派發(fā)的故障(zhàng)信息。如(rú)圖所示：

3）故障處(chǔ)理(lǐ)

故(gù)障處(chǔ)理中記錄了(liǎo)當(dāng)前待(dài)處理的故障(zhàng)信(xìn)息。如圖所(suǒ)示(shì)：

3.5.4能耗(hào)分析(xī)

在能(néng)耗分析(xī)中(zhōng)，可(kě)查看(kàn)規(guī)定時段(duàn)關(guān)聯站點和(hé)關聯樁的(dí)能耗(hào)信息(xī)並顯示(shì)對應(yīng)的能耗趨(qū)勢(shì)圖。如圖所(suǒ)示：

3.5.5故障分(fēn)析

在(zài)故(gù)障分析中，可(kě)查(chá)看相(xiāng)關時間內的(dí)故障數，故障(zhàng)狀態，故障類(lèi)型，趨勢分析(xī)以(yǐ)及故障列表(biǎo)。如圖(tú)所(suǒ)示：

3.5.6財(cái)務報表(biǎo)

在(zài)財務報(bào)表中(zhōng)，可根據時(shí)間查(chá)看關(guān)聯(lián)站點的財務(wù)數(shù)據(jù)。如(rú)圖所示(shì)：

3.5.7收益查詢(xún)

在(zài)收益查詢中(zhōng)，可(kě)查看總的收(shōu)益統(tǒng)計(jì)，收(shōu)益變化曲(qū)綫圖(tú)，支付占比餅圖以(yǐ)及實(shí)際收益報(bào)表。如圖(tú)所示：

4結(jié)語

現在隨(suí)著電動汽車產業的發展(zhǎn)和應(yīng)用(yòng)，安全(quán)，便(biàn)捷(jié)的汽車(chē)充電(diàn)方式顯(xiǎn)得愈(yù)來愈(yù)重要(yào)。本(běn)文(wén)中(zhōng)設(shè)計(jì)的(dí)電動(dòng)汽車(chē)充電樁控(kòng)製(zhì)係(xì)統(tǒng)擁(yōng)有(yǒu)三大優點，主(zhǔ)要(yào)表現(xiàn)在：

(1)電(diàn)動汽車用戶使(shǐ)用(yòng)非(fēi)常便(biàn)捷；

(2)該係(xì)統(tǒng)的(dí)集成化程(chéng)度非常(cháng)高(gāo)；

(3)係統非常(cháng)簡單，用戶非(fēi)常容易進行操(cāo)作(zuò)。

其(qí)實際(jì)應(yīng)用後必將能夠有力的促(cù)進我國(guó)電(diàn)動汽(qì)車(chē)產(chǎn)業的發(fā)展。該(gāi)係(xì)統(tǒng)在設(shè)計中不但(dàn)考慮到(dào)了充電的(dí)便捷性，而(ér)且還(huán)對與充(chōng)電樁(zhuāng)的實(shí)際(jì)應(yīng)用環境進行了(liǎo)結合，盡(jìn)大程度的(dí)提(tí)升對(duì)電(diàn)能的(dí)利(lì)用效率(shuài)以(yǐ)及(jí)用戶的(dí)實際(jì)使用滿意度(dù)。我們(mén)相(xiāng)信，在未來隨著(zhuó)我(wǒ)國電(diàn)動(dòng)汽(qì)車(chē)行(háng)業(yè)的進(jìn)一(yī)步發展，電動(dòng)汽車充(chōng)電(diàn)樁控(kòng)製係統必將(jiāng)發(fā)揮出更大的作用(yòng)。

參考(kǎo)文獻(xiàn):

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[2] 溫超(chāo),袁(yuán)金(jīn)雲,王冬(dōng)青.交流充電樁(zhuāng)中觸摸(mō)屏與 PLC的通(tōng)信(xìn)研究[J].青島大學學(xué)

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[4] 安(ān)科瑞企(qǐ)業微電網(wǎng)設計與應用手(shǒu)冊(cè)2022.5版.