目前，很多國家和科研機構(gòu)正在積極力于電動汽車的研發(fā)與生產(chǎn)，我國在電動汽車行業(yè)起步早、發(fā)展快，發(fā)展電動汽車已經(jīng)成為節(jié)能減排與改善地球環(huán)境的必然趨勢目前，電動汽車采用蓄能電池作為動力來源，當(dāng)電壓較低時，就要進行電能補給，否則性能會受到很大影響。目前，國內(nèi)有很多充電模式，例如：電池組快速更換、快速充電以及常規(guī)充電等，但是動力電池體積大、重量大、更換不方便舊J。電動汽車智能充電樁不僅能夠解決電動汽車隨時隨地充電的問題，還能夠?qū)恿﹄姵剡M行維護，具有人性化的人機交互界面和完善的通訊能力，確保了用戶操作簡便，實現(xiàn)了智能化。本研究將電力電子變流技術(shù)、智能監(jiān)控技術(shù)、REIP無線射頻技術(shù)等應(yīng)用到電動汽車智能充電樁的設(shè)計與研究中。
1 電動汽車(EV)的充電方法和建設(shè)充電樁監(jiān)控系統(tǒng)的必要性
目前，電動汽車(EV)充電的方法主要有：
(1)交流充電。由電網(wǎng)提供220 V或者380 V交流電源，經(jīng)過車載充電裝置的濾波、整流和保護等功能，實現(xiàn)對電動汽車蓄電池的充電過程。這種充電方法充電時間較長，充電功率較小，適合小型純電動車以及混合動力運行的汽車。
(2)直流充電。這種充電方式是由地面提供直流電源，直接為車上的蓄電池進行充電，省去了車載充電裝置，有利于車身自重的減輕。地面充電機一般功率較大，能實現(xiàn)快速充電。適合電動公交車等大型電動汽車。
(3)更換電池組。這種充電方法為每一輛電動汽車準備了兩組蓄電池，一組為電動汽車提供電源的同時，另一組處于地面充電狀態(tài)，當(dāng)車載電池組電量不足的時候，可以及時地拆下并更換已經(jīng)充足電量的電池組。這種方式能夠?qū)崿F(xiàn)較短時間的充電過程。但是需要建設(shè)大量的電池更換站，需要大量人員進行維護。投資成本大，智能化程度低，不予采用。
(4)非接觸式充電。這種充電方式需要在路面上嵌入電氣元件，并且能夠和車輛進行隨時接觸，這樣在車輛行駛的過程中才能夠?qū)崿F(xiàn)隨時充電，不用受到充電地點的限制。這種充電方式目前還沒有引起人們足夠的注意和興趣，不予采用。
2 電動汽車(EV)充電樁監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)的功能
2.1 充電樁建設(shè)的兩種可行模式
建設(shè)交流充電樁。在小區(qū)停車場建設(shè)交流充電樁，采用220 V或者390 V交流電壓，這兩種電壓等級容易獲得。經(jīng)過地面充電樁，可以為家用電動汽車或者環(huán)衛(wèi)清潔車等小型電動汽車充電，這種交流充電樁的優(yōu)勢就是可以利用車輛夜間閑置的時間進行充電。
(2)建設(shè)直流充電樁。在電動公交車站或者大型電動汽車的場合建設(shè)直流充電樁，可以快速地完成車輛充電過程。這種充電樁的功率較大，對電網(wǎng)會進行一定的沖擊，所以在建設(shè)的時候需要考慮對電網(wǎng)的保護措施。本研究只要考慮交流220 V、380 V充電樁的監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計。
2.2監(jiān)控系統(tǒng)的主要功能
監(jiān)控系統(tǒng)的主要功能包括：
(1)具備IC卡識別功能，通過手持Ic卡進行充電樁的激活和計費功能。
(2)具備對充電樁交流電源的電壓和電流的檢測和保護功能。
(3)具備對電池的充電狀態(tài)、充電電壓、充電電流、充電階段進行監(jiān)控的功能。
(4)具備通信功能，能夠和上級管理層進行通信和數(shù)據(jù)交換。
(5)具備電池智能維護的功能，能夠在充電過程中，對電池進行檢測，適度維護電池。
3.1硬件框架組成
充電池監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。圖1中，AC交流電源輸入為直接接人的380 V電網(wǎng)電源，經(jīng)過處理單元的濾波、整流、穩(wěn)壓等一系列操作變成可供電動汽車充電的可用直流電源。IC卡識別模塊用來用戶激活充電樁的方式，通過讀卡器識別Ic卡上的用戶信息，可用來顯示余額，以及個人信息。狀態(tài)顯示用來顯示當(dāng)前的充電模式、充電電流／電壓以及電池的充電狀態(tài)等信息。
硬件系統(tǒng)主要包括主控板、Ic讀卡器、檢測芯片、以及顯示電表和顯示屏、鍵盤、通信模塊等設(shè)備。
主控板是硬件系統(tǒng)的核心組成部分，完成充電過程的啟動、運行、實時監(jiān)控以及關(guān)閉，并可通過多種通訊方式將數(shù)據(jù)實時傳輸至后臺，主控板的主要功能特點包括：具備7個串口，下位機檢測以及數(shù)據(jù)采集辦卡通過通用串行總線和上位機CPU模塊進行通信，同時上位機需具備顯示功能。具備一個以太網(wǎng)口，動態(tài)的SDRAM控制器，NAND控制器，以及多路口，具備工業(yè)級的溫度范圍等。
在電動車充電樁建設(shè)的過程中，充電樁外體材料應(yīng)選擇鍍鋅鋼板，并具備一定的防潮防水性能，保證在陰濕天氣情況下能正常運行。在元件選型時，應(yīng)該選擇具有工業(yè)級標準的電力電子器件，保證充電樁在惡劣環(huán)境下能正常運行。另外，為防止電磁干擾，應(yīng)選用帶屏蔽功能的通信線，以及在外體上鏈接一根接地線，起到共模抑制的作用。
3.2充電樁智能監(jiān)控系統(tǒng)的軟件構(gòu)成
軟件系統(tǒng)程序流程圖如圖2所示。當(dāng)用戶需要充電時，將電動汽車的充電插口與充電樁的充電手柄相連接，然后通過IC卡讀卡器激活充電樁；如果充電手柄與充電插口連接不正常則提示報警。用戶身份識別完成后，用戶可選擇充電模式和充電時間，同時充電樁檢測電池狀態(tài)，如果電池當(dāng)前狀態(tài)不允許用戶選擇當(dāng)前充電模式的話，則提示報警，由充電樁給出合理的充電模式的選擇建議。當(dāng)充電模式選擇正確后，則可以研究正常充電過程，在充電過程中，顯示屏?xí)@示當(dāng)前用戶的信息、卡余額、充電時間以及估計剩余時間等等有效信息。充電結(jié)束后，充電樁給出提示，卡計費停止，打印票據(jù)，用戶離開，充電樁自動進行鎖定狀態(tài)，等待下一用戶激活。
主程序在編寫時，采用了模塊化的原則，這樣能夠保證充電樁高效的運行，筆者按照充電樁的幾大功能，將程序分為幾個大的模塊：中央控制模塊、IC卡識別模塊、通訊模塊、顯示模塊、打印機模塊、檢測模塊等6大模塊。8 J。當(dāng)充電樁被激活時，主程序能夠有效地協(xié)調(diào)各個模塊之間的工作從而完成從身份識別到充電結(jié)束的一整套流程，多線程處理可以保證各個模塊之間相互獨立，互不影響。
4智能充電樁的性能測試
經(jīng)過現(xiàn)場測試，電動汽車智能充電樁能夠滿足快速充電的要求，并且具備電池的維護和保養(yǎng)功能，現(xiàn)場監(jiān)控畫面能夠?qū)崟r顯示電池電壓、電池電流、充電電壓、充電電流、卡內(nèi)余額等各項信息，用戶可以很方便地進行充電操作，現(xiàn)場測試表明，電動汽車智能充電樁運行狀況良好。系統(tǒng)整體測試截圖如圖3所示。
AcrelCloud-9000安科瑞充電柱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)的電動電動自行車充電站以及各個充電整法行不間斷地數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控，實時監(jiān)控充電樁運行狀態(tài)，進行充電服務(wù)、支付管理，交易結(jié)算，資要管理、電能管理，明細查詢等。同時對充電機過溫保護、漏電、充電機輸入/輸出過壓，欠壓，絕緣低各類故障進行預(yù)警；充電樁支持以太網(wǎng)、4G或WIFI等方式接入互聯(lián)網(wǎng)，用戶通過微信、支付寶，云閃付掃碼充電。
5.2應(yīng)用場所
適用于民用建筑、一般工業(yè)建筑、居住小區(qū)、實業(yè)單位、商業(yè)綜合體、學(xué)校、園區(qū)等充電樁模式的充電基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計。
5.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
5.3.1系統(tǒng)分為四層：
1）即數(shù)據(jù)采集層、網(wǎng)絡(luò)傳輸層、數(shù)據(jù)中心層和客戶端層。
2）數(shù)據(jù)采集層：包括電瓶車智能充電樁通訊協(xié)議為標準modbus-rtu。電瓶車智能充電樁用于采集充電回路的電力參數(shù)，并進行電能計量和保護。
3）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)庫服務(wù)器。
4）數(shù)據(jù)中心層：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)器部署實時數(shù)據(jù)庫、歷史數(shù)據(jù)庫、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫。
5）應(yīng)客戶端層：系統(tǒng)管理員可在瀏覽器中訪問電瓶車充電樁收費平臺。終端充電用戶通過刷卡掃碼的方式啟動充電。
小區(qū)充電平臺功能主要涵蓋充電設(shè)施智能化大屏、實時監(jiān)控、交易管理、故障管理、統(tǒng)計分析、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理等功能，同時為運維人員提供運維APP，充電用戶提供充電小程序。
5.4安科瑞充電樁云平臺系統(tǒng)功能
5.4.1智能化大屏
智能化大屏展示站點分布情況，對設(shè)備狀態(tài)、設(shè)備使用率、充電次數(shù)、充電時長、充電金額、充電度數(shù)、充電樁故障等進行統(tǒng)計顯示，同時可查看每個站點的站點信息、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。
5.4.2實時監(jiān)控
實時監(jiān)視充電設(shè)施運行狀況，主要包括充電樁運行狀態(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。
5.4.3交易管理
平臺管理人員可管理充電用戶賬戶，對其進行賬戶進行充值、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信息。
5.4.4故障管理
設(shè)備自動上報故障信息，平臺管理人員可通過平臺查看故障信息并進行派發(fā)處理，同時運維人員可通過運維APP收取故障推送，運維人員在運維工作完成后將結(jié)果上報。充電用戶也可通過充電小程序反饋現(xiàn)場問題。
5.4.5統(tǒng)計分析
通過系統(tǒng)平臺，從充電站點、充電設(shè)施、、充電時間、充電方式等不同角度，查詢充電交易統(tǒng)計信息、能耗統(tǒng)計信息等。
5.4.6基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理
在系統(tǒng)平臺建立運營商戶，運營商可建立和管理其運營所需站點和充電設(shè)施，維護充電設(shè)施信息、價格策略、折扣、優(yōu)惠活動，同時可管理在線卡用戶充值、 凍結(jié)和解綁。
5.4.7運維APP
面向運維人員使用，可以對站點和充電樁進行管理、能夠進行故障閉環(huán)處理、查詢流量卡使用情況、查詢充電\充值情況，進行遠程參數(shù)設(shè)置，同時可接收故障推送。
5.4.8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
5.5系統(tǒng)硬件配置
型號 | 圖片 | 功能 |
AcrelCloud-9000 |
| 安科瑞響應(yīng)國家節(jié)能環(huán)保、綠色出行的號召，為廣大用戶提供慢充和快充兩種充電方式壁掛式、落地式等多種類型的充電樁，包含智能7kW交流充電樁，30kW壁掛式直流充電樁，智能60kW/120kW直流一體式充電樁等來滿足新能源汽車行業(yè)快速、經(jīng)濟、智能運營管理的市場需求，提供電動汽車充電軟件解決方案，可以隨時隨地享受便捷高效安全的充電服務(wù)，微信掃一掃、微信公眾號、支付寶掃一掃、支付寶服務(wù)窗，充電方式多樣化，為車主用戶提供便捷、高效、安全的充電服務(wù)。實現(xiàn)對動力電池快速、高效、安全、合理的電量補給，能計時，計電度、計金額作為市民購電終端，同時為提高公共充電樁的效率和實用性。 |
AEV-AC007D |
| 額定功率7kW，單相三線制，防護等級IP65，具備防雷 保護、過載保護、短路保護、漏電保護、智能監(jiān)測、智能計量、遠程升級，支持刷卡、掃碼、即插即用。 通訊方：4G/wifi/藍牙支持刷卡，掃碼、免費充電可選配顯示屏 |
AEV-DC030D |
| 額定功率30kW，三相五線制，防護等級IP54，具備防雷保護、過載保護、短路保護、漏電保護、智能監(jiān)測、智能計量、恒流恒壓、電池保護、遠 程升級，支持刷卡、掃碼、即插即用 通訊方式：4G/以太網(wǎng) 支持刷卡，掃碼、免費充電 |
AEV-DC060S |
| 額定功率60kW，三相五線制，防護等級IP54，具備防雷保護、過載保護、短路保護、漏電保護、智能監(jiān)測、智能計量、恒流恒壓、電池保護、遠程升級，支持刷卡、掃碼、即插即用 通訊方式：4G/以太網(wǎng) 支持刷卡，掃碼、免費充電 |
AEV-DC120S |
| 額定功率120kW，三相五線制，防護等級IP54，具備防雷保護、過載保護、短路保護、漏電保護、智能監(jiān)測、智能計量、恒流恒壓、電池保護、遠程升級，支持刷卡、掃碼、即插即用 通訊方式：4G/以太網(wǎng) 支持刷卡，掃碼、免費充電 |
ACX10A系列 |
| 10路承載電流25A，單路輸出電流3A，單回路功率1000W，總功率5500W。充滿自停、斷電記憶、短路保護、過載保護、空載保護、故障回路識別、遠程升級、功率識別、獨立計量、告警上報。 ACX10A-TYHN：防護等級IP21，支持投幣、刷卡，掃碼、免費充電 ACX10A-TYN：防護等級IP21，支持投幣、刷卡，免費充電 ACX10A-YHW：防護等級IP65，支持刷卡，掃碼，免費充電 ACX10A-YHN：防護等級IP21，支持刷卡，掃碼，免費充電 ACX10A-YW：防護等級IP65，支持刷卡、免費充電 ACX10A-MW：防護等級IP65，僅支持免費充電 |
ACX2A系列 |
| 2路承載電流20A，單路輸出電流10A，單回路功率2200W，總功率4400W。充滿自停、斷電記憶、短路保護、過載保護、空載保護、故障回路識別、遠程升級、功率識別，報警上報。 ACX2A-YHN：防護等級IP21，支持刷卡、掃碼充電 ACX2A-HN：防護等級IP21，支持掃碼充電 ACX2A-YN：防護等級IP21，支持刷卡充電 |
ACX20A系列 |
| 20路承載電流50A，單路輸出電流3A，單回路功率1000W，總功率11kW。充滿自停、斷電記憶、短路保護、過載保護、空載保護、故障回路識別、遠程升級、功率識別，報警上報。 ACX20A-YHN：防護等級IP21，支持刷卡，掃碼，免費充電 ACX20A-YN：防護等級IP21，支持刷卡，免費充電 |
ACX10B系列 |
| 10路承載電流25A，單路輸出電流3A，單回路功率1000W，總功率5500W。充滿自停、斷電記憶、短路保護、過載保護、空載保護、故障回路識別、遠程升級、功率識別、獨立計量、告警上報。 ACX10B-YHW：戶外使用，落地式安裝，包含1臺主機及5根立柱，支持刷卡、掃碼充電,不帶廣告屏 ACX10B-YHW-LL：戶外使用，落地式安裝，包含1臺主機及5根立柱，支持刷卡、掃碼充電。液晶屏支持U盤本地投放圖片及視頻廣告 |
ANet-2E4SM |
| 4路RS485 串口，光耦隔離，2路以太網(wǎng)接口，支持ModbusRtu、ModbusTCP、DL/T645-1997、DL/T645-2007、CJT188-2004、OPC UA、ModbusTCP（主、從）、104（主、從）、建筑能耗、SNMP、MQTT；（主模塊）輸入電源：DC 12 V ～36 V 。支持4G擴展模塊，485擴展模塊。 |
擴展模塊ANet-485 | M485模塊：4路光耦隔離RS485 | |
擴展模塊ANet-M4G | M4G模塊：支持4G全網(wǎng)通 | |
ADL200 |
| 單相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量，輸入電流：10（80）A； 電能精度：1級 支持Modbus和645協(xié)議 證書：MID /CE認證 |
ADL400 |
| 三相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量，分相總有功電能，總正反向有功電能統(tǒng)計，總正反向無功電能統(tǒng)計；紅外通訊；電流規(guī)格：經(jīng)互感器接入3×1（6）A，直接接入3×10（80）A，有功電能精度0.5S級，無功電能精度2級 證書：MID /CE認證 |
ADW300 |
| 三相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量，有功電能計量（正、反向）、四象限無功電能 、總諧波含量、分次諧波含量（2～31次） ；A、B、C、N四路測溫；1路剩余電流測量；支持RS485/LoRa/2G/4G/NB；LCD顯示；有功電能精度：0.5S級（改造項目推薦） 證書：CPA/CE認證 |
DJSF1352-RN |
| 直流電壓、電流、功率測量，正反向電能計量，復(fù)費率電能統(tǒng)計，SOE事件記錄:8位LCD顯示:紅外通訊:電壓輸入較大1000V，電流外接分流器接入(75mV)或霍爾元件接入(0-5V);電能精度1級，1路485通訊，1路直流電能計量AC/DC85-265V供電 證書：MID/CE認證 |
PZ72L-DE |
| 直流電壓、電流、功率測量，正反向電能計量:紅外通訊:電壓輸入*大1000V，電流外接分流器接入·(75mV)或霍爾元件接入(0-20mA0-5V);電能精度1級 證書：CE認證 |
ASCP200-63D |
| 導(dǎo)軌式安裝，可實現(xiàn)短路限流滅弧保護、過載限流保護、內(nèi)部超溫限流保護、過欠壓保護、漏電監(jiān)測、線纜溫度監(jiān)測等功能;1路RS485通訊，1路NB或4G無線通訊(選配);額定電流為0~63A，額定電流菜單可設(shè)。 |
6結(jié)語
通過在實驗室進行的模擬充電實驗，筆者得出以下結(jié)論，電動汽車智能充電樁的運行狀況良好，充電模式可以根據(jù)需要進行修改，充電時間可根據(jù)充電模式的選擇自動調(diào)整，*快充電時間在60 rain左右，用戶信息可以顯示當(dāng)前卡內(nèi)余額、歷史充電記錄，方便用戶查詢。當(dāng)電池電壓達到額定電壓的90％的時候，系統(tǒng)會自動降低充電電流，對電池做出維護。凸顯的一個問題就是，系統(tǒng)發(fā)熱量較高，需配備散熱設(shè)備進行散熱，以保證電子器件的安全、穩(wěn)定運行。
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