電動汽車充電樁系統方案設計

任運業

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：近年來電動汽車作為新能源汽車中技術為成熟的受到了人們的大力追捧。但是當前充電問題依然是困擾電動汽車產業將來快速發展的重要因素之一。因此，本文對電動汽車充電樁控制系統進行了研究與開發，旨在推出更加便捷的電動汽車充電系統，促進電動汽車產業的發展。

關鍵詞：電動汽車；充電樁；控制系統

0引言

隨著人們環保意識的逐漸提升，電動汽車愈來愈受到人們的追捧和喜愛。我國國內很多機構也對電動汽車提出了不同的充電模式，包括：電池組更換、快速充電、常規充電等。然而從實際應用層面來分析，汽車電池組不但擁有較為龐大的體積，而且其重量也比較重，經常性的更換不方便；而運用直流充電柜為電動汽車電池組充電，雖然達到了續航的目的，但也對電池的使用壽命造成很大損害。

所以，交流充電樁能夠非常有效解決電動汽車電池組的能量補給以及續航問題，運用交流充電樁進行充電不需要對電池進行裝卸，而是直接運用電纜線連接汽車電池組和充電樁就能夠完成充電作業，而且交流電對電池組進行充電不會對電池的使用壽命和性能造成影響，是一種非常優秀的充電方式。另外，交流充電樁重量輕、體積小，和我國電力系統了解較為便捷，容易在居民小區、辦公場所、超市以及電動汽車充電站內部進行布設。

1 電動汽車充電樁控制系統開發

1.1電動汽車充電樁控制系統的基本單元

本文中設計的電動汽車交流充電樁控制系統基本單元為：主充電電路系統、主控制電路系統、人機交互界面、收費系統、刷卡系統，其結構如圖 1所示：

1.2控制系統的硬件組成元件

優秀的電動汽車智能充電系統不但能夠滿足電動汽車用戶對充電的需求，而且還具備電力計量、結算等功能。

因此，本文設計的系統選擇使用 At—mel企業生產的 ARM9處理器當成系統重要的組成部分。該處理器具備以下特性：擁有5個串口，2個 USB接口，1個主USB接口，另外一個為以太網接口，動態SDRAM 控制器，NAND控制器，以及多路IO 口，并且這些元件都可以滿足工業級的溫度范圍，能夠滿足本系統實際使用環境的需求。

系統中的電量計量裝置為多功能單相表計量，采用 RS485實現數據傳送，電路圖結構示意圖如圖2：

2 電動汽車充電樁控制系統的開發

為了確保用戶使用的便捷性，本系統設計了如下應用模塊：用戶信息交互模塊、電能

計量控制模塊。系統軟件功能模塊示意圖如圖3所示：

3安科瑞AcrelCloud-9000充電站運營平臺

3.1平臺概述

安科瑞充電站運營平臺依托物聯網、云計算、互聯網、大數據、AI等技術，對充電站配電系統的運行、電能消耗、電能質量、充電安全和行為安全進行實時監控和預警，為充電站的可靠、安全、經濟運行提供保障，并及時切除安全隱患、避免電氣火災發生，從而保障人員的生命財產安全，打造“安全、高效、舒適、綠色”的“人—車—樁—電網—互聯網—多種增值業務”的智慧充電站，提升充電站的社會和經濟價值。

3.2適用場合

可廣泛應用于醫院、學校、酒店、體育場等公共建筑；商業廣場、產業園等綜合園區；企業、住宅小區等場所。

3.3系統結構

平臺采用分層分布式結構，主要由感知層、網絡層和平臺層三個部分組成，詳細拓撲結構如下：

現場設備層：連接于網絡中的各類傳感器，包括多功能電力儀表、汽車充電樁、電瓶車充電樁、電能質量分析儀表、電氣火災探測器、限流式保護器、煙霧傳感器、測溫裝置、智能插座、攝像頭等。

網絡通訊層：包含現場智能網關、網絡交換機等設備。智能網關主動采集現場設備層設備的數據，并可進行規約轉換，數據存儲，并通過網絡把數據上傳至搭建好的數據庫服務器，智能網關可在網絡故障時將數據存儲在本地，待網絡恢復時從中斷的位置繼續上傳數據，保證服務器端數據不丟失。

平臺管理層：包含應用服務器和數據服務器，完成對現場所有智能設備的數據交換，可在PC端或移動端實現實時監測充電站配電系統運行狀態、充電樁的工作狀態、充電過程及人員行為，并完成微信、支付寶在線支付等應用。

多功能電力儀表、汽車充電樁、電瓶車充電樁、電氣火災探測器、限流式保護器、智能插座可通過全網通4G通訊模組與平臺直接通訊。

電能質量分析儀表、煙霧傳感器和測溫裝置通過RS485，攝像頭通過RJ45與智能網關通訊，再由智能網關通訊通過4G統一與平臺通訊。

限流式保護器既可以通過4G連接平臺，也可以通過RS485連接網關。

平臺搭建在客戶自己配置的服務器上。搭建完成之后，客戶可以在任意能聯網的地方，通過有權限的賬號登陸網頁以及手機APP查看各處的運行情況。

3.4相關產品介紹

3.4.1 7KW交流充電樁AEV-AC007D

產品功能

1）智能監測：充電樁智能控制器對充電樁具備測量、控制與保護的功能，如運行狀態監測、故障狀態監測、充電計量與計費以及充電過程的聯動控制等。

2）智能計量：輸出配置智能電能表，進行充電計量，具備完善的通信功能，可將計量信息通過RS485分別上傳給充電樁智能控制器和網絡運營平臺。

3）云平臺：具備連接云平臺的功能，可以實現實時監控，財務報表分析等等。

4）保護功能：具備防雷保護、過載保護、短路保護，漏電保護和接地保護等功能。

5）材質可靠：保證長期使用并抵御復雜天氣環境。

6）適配車型：滿足國標充電接口，適配所有符合GB/T20234.2-2015國標的電動汽車，適應不同車型的不同功率。

7）資產安全：產品全部由中國平安保險承保，充分保障設備、車輛、人員的安全。

3.4.2直流充電樁系列

3.4.3電氣火災探測器ARCM300-Z

3.4.4限流式保護器ASCP200

產品功能：

1）短路保護：保護器實時監測用電線路電流，當線路發生短路故障時，能在150微秒內實現快速限流保護，并發出聲光報警信號；

2）過載保護：當線路電流過載且持續時間超過動作時間（3~60秒可設）時，保護器啟動限流保護，并發出聲光報警信號；

3）表內超溫保護：當保護器內部器件工作溫度過高時，保護器實施超溫限流保護，并發出聲光報警信號；

4）組網通訊：保護器具有1路RS485接口，可以將數據發送到后臺監控系統，實現遠程監控。

3.5平臺功能

3.5.1首頁

平臺首頁顯示充電站的位置及在線情況，統計充電站的充電數據。

3.5.2實時監控

1）充電站監控

可以按站點名稱進行篩選，顯示站點詳情、充電槍列表、統計訂單信息、故障記錄，點擊某個充電槍編號后在進入充電槍監控頁面實時監測變壓器負荷（搭配ACM300T、ADW300），當負荷超過50%時，系統會限制新增開始充電的充電樁的功率，降為50%，當變壓器負荷超過80%時，系統將不允許新增充電樁開始充電，直到負荷下降為止。如圖所示：

統計當前充電站各充電樁回路的數據；通過卡片的形式展現充電樁的數據；顯示故障列表；如圖所示：

2）充電樁監控

顯示充電樁充電數據；顯示各回路的充電狀態；可以對充電中的回路進行手動終止；顯示訂單信息、故障信息；如圖所示：

3）設備監控

顯示限流式保護器的狀態，包括線路中的剩余電流、溫度及異常報警，如圖所示：

3.5.3故障管理

1）故障查詢

故障查詢中記錄了登錄用戶相關聯的所有故障信息。如圖所示：

2）故障派發

故障派發中記錄了當前待派發的故障信息。如圖所示：

3）故障處理

故障處理中記錄了當前待處理的故障信息。如圖所示：

3.5.4能耗分析

在能耗分析中，可查看規定時段關聯站點和關聯樁的能耗信息并顯示對應的能耗趨勢圖。如圖所示：

3.5.5故障分析

在故障分析中，可查看相關時間內的故障數、故障狀態、故障類型、趨勢分析以及故障列表。如圖所示：

3.5.6財務報表

在財務報表中，可根據時間查看關聯站點的財務數據。如圖所示：

3.5.7收益查詢

在收益查詢中，可查看總的收益統計、收益變化曲線圖、支付占比餅圖以及實際收益報表。如圖所示：

4結語

現在隨著電動汽車產業的發展和應用，安全、便捷的汽車充電方式顯得愈來愈重要。本文中設計的電動汽車充電樁控制系統擁有三大優點，主要表現在：

(1)電動汽車用戶使用非常便捷；

(2)該系統的集成化程度非常高；

(3)系統非常簡單，用戶非常容易進行操作。

其實際應用后必將能夠有力的促進我國電動汽車產業的發展。該系統在設計中不但考慮到了充電的便捷性，而且還對與充電樁的實際應用環境進行了結合，盡大程度的提升對電能的利用效率以及用戶的實際使用滿意度。我們相信，在未來隨著我國電動汽車行業的進一步發展，電動汽車充電樁控制系統必將發揮出更大的作用。

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[4] 安科瑞企業微電網設計與應用手冊2022.5版.

作者簡介：任運業，男，現任職于安科瑞電氣股份有限公司。