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淺析電動汽車智慧充電樁平臺設(shè)計及應(yīng)用

更新時間:2020-08-13 點擊次數(shù): 2015次

劉細鳳

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定201801

 

摘要:新能源汽車的越性日益顯著,與之相配套的電動汽車充電樁迅猛發(fā)展。電動汽車交流充電樁利用標準的充電接口為車載式充電機提供電源,具有電能計量、計費、通信、控制等功能。直流充電樁則采用CAN通訊接口,直接接入蓄電池進行充電。目前充電樁系統(tǒng)采用的三種主流技術(shù)方案各有劣,用戶可以根據(jù)設(shè)計要求和成本,選擇相對應(yīng)的設(shè)計方案。

關(guān)鍵詞:電動汽車;充電樁;技術(shù)方案

 

wu院辦公廳提出“我的新能源汽車產(chǎn)能在未來五年要突破90 萬輛,新能源汽車的保有量計劃占乘用車總量的百分之8左右”。新能源汽車的推廣示范點正逐漸擴大,參與節(jié)能減排的城市愈來愈多。在新能源汽車的推廣中,電動汽車充電樁的發(fā)展也迎來了春天。在電動汽車的產(chǎn)業(yè)王里,電動汽車充電樁起著重要的支撐作用,發(fā)展前景十分廣闊。

、電動汽車及其電池

通常來講,當前的電動汽車外觀上與普通汽車是致的, 區(qū)別主要在于動力源及其驅(qū)動系統(tǒng)。也就是說,電動汽車中的發(fā)動機變?yōu)殡妱訖C,沒有了油箱,將蓄電池安裝在里面。因此電動汽車就是靠電力來驅(qū)動的,這種汽車有很多的點,所用的蓄電池是采用流行的鋰電池。目前將電充入到電動汽車中的做法有很多,使用較多的有常規(guī)充電、更換電池以及快速充電。常規(guī)充電具有簡便易行,適應(yīng)范圍廣的特點,但是充滿電消耗的時間較長。換電池的做法具有減少電費的勢, 但是需要盡量安置相當多的充電地點。使用快速充電的方法, 可以保證順利且時間短地將電充入電池,但是充電的時候電流過大,容易損壞電池。目前,各公司主要研究移動式充電、無線式充電,還處于研究階段。

二、充電樁

1、充電樁簡介

充電樁般采用充電接口,給電動汽車的車載充電機充電,固定在某個位置,在電動汽車充換電系統(tǒng)中充電樁是重要的設(shè)施。充電樁可以通過投幣、IC 卡、移動端支付等方式進行計費。充電樁分直流充電樁和交流充電樁兩種。直流充電樁是種小功率直流供電裝置,可以直接給蓄電池充電并實時監(jiān)控蓄電池的充電狀態(tài),對充電的電量計費。交流充電樁與交流電網(wǎng)連接,輸出是220V 的交流電。交流充電樁使用車載充電機對電動汽車蓄電池進行充電。

2交流充電樁功能概述

交流充電樁采用交流三相四線380V 輸入,220V 交流輸出,具有可定時、充滿自斷電的充電模式;交流充電樁采用觸摸屏進行人機交互。在界面上可以設(shè)置充電的模式、電量、充電及剩余實間、計費信息等。交流充電樁具有IC 身份識別功能,能夠自識別充電連接的情況,確定是否充電。交流充電樁采用家電網(wǎng)的標識,安裝有漏電保護器,具有安穩(wěn)防護保護功能。

 

圖1 典型交流充電樁的充電原理框圖

 

交流充電樁的核心是CPU 控制器,采用主流的ARM9 處理器,主回路由輸入保護空氣開關(guān)、交流控制接觸器、交流智能電能表、充電接口連接器組成。輸出端與充電機相連接;車載充電機將輸出的交流電220V 整流、功率轉(zhuǎn)換,轉(zhuǎn)換后的直流電輸出給蓄電池。CPU 控制器控制顯示模塊,般采取觸屏式LCD 顯示,讀卡器讀IC 卡信息,打印機主要用于打印票據(jù)。二次回路中設(shè)有急停按鈕、充電樁智能控制器、計量表等。CPU 控制器控制的引導線接電池管理系統(tǒng),主要目的是實時監(jiān)控充電的狀態(tài)。

3、直流充電樁功能概述

直流充電樁的相關(guān)的性能跟與交流情況基本致。然而只是電流不樣,個是直流,個是交流。

 

圖2 直流充電樁框圖

 

先,交流電源要在整流濾波的作用下,將交流電整流成直流電,然后輸入到IGBT 橋。此時的控制部分要在驅(qū)動電路的基礎(chǔ)上讓IGBT 啟動,將直流變?yōu)樗枰拿}寬調(diào)制的交流。需要進行相關(guān)的隔離,再經(jīng)過整流濾波進步獲得直流充電方式。但是此時需要在相關(guān)控制電路的反饋下完成檢查功能,主要是針對實時的電壓以及電流。同時獲得相關(guān)的端電壓,就能夠保證相關(guān)的控制裝置能夠處理。通常情況下, 如果出現(xiàn)了很高的電壓,那么就會啟動放電電路,這樣就能夠保證電池不受損壞。相關(guān)的充電樁要包括輔助電路,這樣就能夠保證其他電路元件能夠正常工作。同時還需要相關(guān)的保護電路,這樣能夠保證系統(tǒng)在工作的時候穩(wěn)定。在控制裝置上要有相關(guān)的數(shù)據(jù)信息,例如電量值、時間、用戶信息等等。

直流充電樁加入了電流調(diào)控模塊,可以按用戶選擇需要進行快速充電及慢速充電,般電流可達到DC150-400A,10 分鐘內(nèi)可將電池電量沖至百分之80,與交流充電樁相比大大縮短了充電時間。

三、三種充電樁主流技術(shù)方案的比較

1、電源部分+采集部分+單片機主控電路+人機交互部分

經(jīng)過調(diào)查研究發(fā)現(xiàn),電動汽車智能充電樁電路主要包括電源部分、采集部分、主控電路部分、人機交互部分。

電源:電源涉及多種電路,例如電源變壓器、橋式整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路等等。這樣的電源裝置通常是為了滿足單片機以及系統(tǒng)進行其他任務(wù)時的電壓需要;

采集:通常包括電壓、電流以及溫度檢查裝置。

主控電路:在電壓檢測取樣電路的基礎(chǔ)上,獲得電池兩端的電壓值,然后將數(shù)值情況輸給單片機進行處理,進步?jīng)Q定使用什么樣的充電方式。通過使用PWM 脈寬調(diào)制中的占空比進步控制相關(guān)的電流大小,保證能夠進行相關(guān)的充電環(huán)節(jié)。

 

圖3 充電樁技術(shù)方案框圖1

 

人機交互:主要包括顯示裝置、報警以及按鍵裝置。主要功能是接收來自系統(tǒng)的電壓、溫度、電流大小、電池充滿百分比以及故障信息,并按要求給予實時顯示。當故障出現(xiàn)和充滿電時要發(fā)出聲光報警,該部分信息交換以中斷方式進行。

2、充電主電路+檢測電路+DSP 控制芯片+保護電路+顯示部分

 

圖4 充電樁技術(shù)方案框圖2

 

通常情況下,此電路有主電路和控制回路兩部分。充電主電路主要包括三相輸入整流濾波電路以及DC-DC 全橋功率變換電路,主要保證蓄電池進行充電的時候有電力支持??刂苹芈钒―SP 控制器、擴展RAM、保護電路、IGBT 溫度監(jiān)測電路以及放電回路等,主要是保證能夠智能操作充電環(huán)節(jié)。只有兩種電路互相配合才能夠保證充電過程順利進行。

  1. 主充電電路單元+主控制電路單元+計費單元+人機交互單 元+刷卡單元

 

圖5 充電樁技術(shù)方案框圖3

 

使用 ARM9 處理器,主要是為了能夠智能化控制充電環(huán)節(jié)。通常情況下,包含五個串口,兩個從通用串行總線接口,有關(guān)材料規(guī)范,確保各個設(shè)備得到有效的外部檢查,使得二次設(shè)備安裝科學規(guī)范。設(shè)備外部包裝完整性、美觀度以及封印破損程度均是外部檢查內(nèi)容,從而避免電氣二次設(shè)備因設(shè)備外部存在破損或接頭痕跡過于明顯等情況,產(chǎn)生系統(tǒng)運行不穩(wěn)定以及漏電等安穩(wěn)問題。在進行二次設(shè)備檢查工作時,應(yīng)確保二次回路檢測標號且位于明顯位置,以便在系統(tǒng)運行過程中做好檢修與日常養(yǎng)護工作。

4、 提升電廠電氣二次設(shè)備施工操作規(guī)范性

為了避免電廠電氣二次設(shè)備運行安裝設(shè)計過程中因協(xié)調(diào)不當出現(xiàn)運行質(zhì)量問題,應(yīng)結(jié)合電廠運行實際情況,對設(shè)備施工操作進行有效規(guī)范,促使二次設(shè)備在得到有效維護的同時, 可在規(guī)范性高的操作措施下提升電廠電氣二次設(shè)備運行科學性,操作規(guī)范性具體可從以下幾個方面進行分析:是嚴格按照電廠電氣二次設(shè)備安裝運行操作規(guī)范進行施工操作,避免出現(xiàn)誤動操作以及二次設(shè)備拒動等現(xiàn)象,從而使電廠在收到電氣二次設(shè)備拒動、誤動等異常運行錯誤的損傷前先做好防范,使得設(shè)備運行更為正常;二是確保設(shè)備檢修手續(xù)齊全。在對電廠電氣二次設(shè)備進行檢修時,不僅要求檢修技術(shù)人員具有從業(yè)資格證書,還需要檢修人員具備安穩(wěn)措施準許資料,方可開展既定工作。此外,檢修人員對電廠電氣二次設(shè)備進行檢測與維修的同時,需要對真實情況進行詳盡記錄,如壓板、線路檢測情況以及操作規(guī)范執(zhí)行情況等具體內(nèi)容,并確保檢修人員操作規(guī)范落實情況均符合電廠電氣二次設(shè)備規(guī)范;三是確保施工人員具備高的思想覺悟與責任感。電廠電氣二次設(shè)備施工操作規(guī)范應(yīng)事無巨細,在設(shè)備施工操作全過程落實工作效率,將安穩(wěn)操作、規(guī)范操作落到實處,而身為施工人員應(yīng)虛心好學,秉持敬業(yè)奉獻的思想覺悟在不斷提升自身專業(yè)技能的同時,也與專業(yè)技術(shù)人員進行溝通與學習,使得電廠電氣二次設(shè)備維護更加效率高,使得設(shè)備施工操作規(guī)范性在高質(zhì)量的電廠人才基礎(chǔ)上得以貫徹落實,為提高電廠運行效率與安穩(wěn)穩(wěn)定性奠定堅實基礎(chǔ)。

  • 安科瑞充電樁運營管理平臺

1、系統(tǒng)架構(gòu)

 

安科瑞Acrelcloud-充電樁收費運營云平臺系統(tǒng)通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對接入系統(tǒng)的充電樁站點和各個充電樁進行不間斷地數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控,同時對各類故障如充電機過溫保護、充電機輸入輸出過壓、欠壓、絕緣檢測故障等系列故障進行預警;用戶通過vx小程序掃描二維碼,進行支付后,系統(tǒng)發(fā)起充電請求,控制二維碼對應(yīng)的充電樁完成電動汽車的充電過程。

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,與云端進行直連。云平臺包含了充電收費和充電樁運營的所有功能,具體功能如下:

資源管理:充電站檔案管理,充電樁檔案管理,用戶檔案管理,充電樁運行監(jiān)測,充電樁異常交易監(jiān)測

交易結(jié)算:充電價格策略管理,預收費管理,賬單管理,營收和財務(wù)相關(guān)報表

用戶管理:用戶注冊,用戶登錄,用戶帳戶管理,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,導航等

vx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)存儲和解析

變壓器監(jiān)控:監(jiān)控充電站變壓器負荷,每個充電站配備塊ARCM300T無線表,超負荷時系統(tǒng)自動對充電樁的進行調(diào)度管理,即當負荷超過百分之五十時,系統(tǒng)會限制新增開始充電的充電樁的功率,降為百分之五十,當變壓器負荷超過百分之八十時,系統(tǒng)將不允許新增充電樁開始充電,直到負荷下降為止。

2、平臺功能

2.1平臺登錄

在瀏覽器打開云平臺鏈接、輸入賬戶名和權(quán)限密碼,進行登錄,防止未授權(quán)人員瀏覽有關(guān)信息。

 

2.2平臺頁

平臺頁總覽每天的kaihu數(shù)、充值金額、充電金額、充電度數(shù)、充電次數(shù)、充電時長,累計的kai數(shù)、充值金額、充電金額、充電度數(shù)、充電次數(shù)、充電時長,以及相應(yīng)的環(huán)比增長和同比增長以及樁、站分布地圖導航、本月充電統(tǒng)計。

 

2.3實時監(jiān)控

充電站監(jiān)控

充電站監(jiān)控頁面監(jiān)視用戶充電槍總數(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,匯總了用戶擁有各樁的當日充電總次數(shù)、總電量、總時長,進行負荷限制、故障查詢。

 

  • 充電槍監(jiān)控

充電樁監(jiān)控頁面充電槍的基本信息、今日充電電量、今日充電次數(shù)、今日充電時長和累計充電電量、累計充電次數(shù)、累計充電時長等、充電電壓電流等參數(shù)。

 

2.4vx小程序

  • 搜索與使用

小程序可以通過掃描二維碼和文字搜索找到,點擊后可以加入到小程序列表,如下圖所示

  • 授權(quán)登錄界面

用戶通過搜索或者掃碼等途徑*打開小程序時,會進入這個頁面,需要用戶授權(quán)登錄才可以進入小程序主功能頁面,如圖所示

 

  • 主功能頁

次進入主功能頁時需要授權(quán)定位才可以使用地圖相關(guān)功能,在地圖上查看到當前所在區(qū)域的充電站,查看充電站信息,可以進行掃碼充電操作,地圖導航等

  • 充電

掃描充電槍上的二維碼,如果當前充電樁可用即可進入充電選擇頁面,可以查看到當前的充電站名稱、充電槍名稱,以及當前的賬戶余額,電價和預計可充電量等數(shù)據(jù),還可以查看當前賬戶的歷史充電記錄。充電方式分為按時間充電、按金額充電、按電量充電這三種方式。充電結(jié)束可以進進行評價。

  • 個人信息

個人信息可以顯示當前登錄賬號的昵稱和余額,同時包括、充值、充值記錄查詢、賬單查詢、充電記錄查詢、設(shè)置支付密碼等功能

3、硬件配置

3.1平臺服務(wù)器:建議按照我方配置購買,或者客戶自己租用阿里云資源。

硬件配置清單:(如申請阿里云可忽略)

序號

名稱

型號、規(guī)格

單位

數(shù)量

備注

1 

數(shù)據(jù)服務(wù)器

Dell R730 CPU:E5-2620 內(nèi)存:32G  硬盤容量:4*1.2T(SAS 1萬轉(zhuǎn) 2.5英寸小盤) RAID5

1

甲供,供參考

2 

WEB服務(wù)器

Dell R730 CPU:E5-2603 內(nèi)存:16G 硬盤容量:3*300G(SAS 1萬轉(zhuǎn) 2.5英寸小盤) RAID5

1

甲供,供參考

3

操作系統(tǒng)

Windows Server 2012 R2

2

甲供,供參考

4

數(shù)據(jù)庫

MySQL

1

甲供,供參考

5

網(wǎng)絡(luò)交換機

華為(HUAWEI)S1728GWR-4P-AC,24口千兆交換機

1

甲供,供參考

序號

點數(shù)

數(shù)量

名稱

CPU資源

硬盤

帶寬

操作系統(tǒng)版本

1 

<1000點

1臺

 

4核16G

數(shù)據(jù)盤150G SSD

5M

Windows Server 2012數(shù)據(jù)版64位

2 

<5000點

2臺

應(yīng)用服務(wù)器

4核16G

數(shù)據(jù)盤150G SSD

6M

Windows Server 2012數(shù)據(jù)版64位

數(shù)據(jù)服務(wù)器

4核16G

數(shù)據(jù)盤200G SSD

1M

Windows Server 2012數(shù)據(jù)版64位

3

<10000點

2臺

應(yīng)用服務(wù)器

8核32G

數(shù)據(jù)盤50G SSD

10M

Windows Server 2012數(shù)據(jù)版64位

數(shù)據(jù)服務(wù)器

4核16G

數(shù)據(jù)盤400G SSD

1M

Windows Server 2012數(shù)據(jù)版64位

若客戶自己租用阿里云服務(wù)器,服務(wù)器配置根據(jù)充電槍點數(shù)的不同,分別如下:

3.2現(xiàn)場硬件配置清單:

序號

名稱

型號、規(guī)格

單位

數(shù)量

備注

1 

7kW交流充電樁

AEV-AC007DB(L)1

 

安科瑞

2

40kW交流充電樁

AEV-AC040DB(L)A

 

安科瑞

3 

60kW直流體充電樁

AEV-DC060SLA

 

安科瑞

4 

120kW直流體充電樁

AEV-DC120SLA

 

安科瑞

5 

180kW直流分體式充電樁

AEV-DC180FA

 

安科瑞

6

360kW直流分體式充電樁

AEV-DC360FA

 

安科瑞

7

分體式充電終端

AEV-DCFZ

 

安科瑞

8

無線表

ARCM300T

1

安科瑞(如需變壓器監(jiān)控)

 

 

五、總結(jié)

綜上所述,電廠電氣二次設(shè)備運行需要提升施工操作規(guī)范性、做好二次設(shè)備檢查工作,并在合理設(shè)計電氣二次設(shè)備的同時,做好設(shè)備的選擇、調(diào)試以及安裝工作,從而達到提高電廠運行質(zhì)量的目的。

 

參考文獻

[1]曹永遠,電廠電氣二次設(shè)備的安裝及質(zhì)量控制[J],建筑工程技術(shù)與設(shè)計,2014(35):578-578

[2]趙慧娟,淺析電動汽車充電樁系統(tǒng)設(shè)計

[3]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應(yīng)用手冊.2020.06版

 

 

 

作者簡介:劉細鳳,女,現(xiàn)任于安科瑞電氣股份有限公司,主要從事電瓶車充電樁的研發(fā)和應(yīng)用

 

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