李茫茫

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定201801

 

摘要：隨著充電樁技術的發展，以及人們對電動汽車快速充電的需求，很多廠商開始對智能充電樁進行研究。以電動 汽車智能充電樁的發展現狀為背景，進行了智能電動汽車充電樁系統硬件電路的研究。

關鍵詞：充電樁；電動汽車；硬件設計

 

 

一、發展現狀

        近幾年，國內的電網公司已經陸續建立了超過600多座充電站以及20000多臺分散的充電樁,形成了一定的規模。很多企業也提岀了電動汽車智能充電的導航系統、智能充電樁設計,同時還建立了智能服務平臺，但是迄今為止,智能充電服務還沒有岀現。

 

二、充電樁的類型

       通常情況下,充電樁就是一種為電動汽車提供電能的裝置，對于長期使用電動車的人來說非常便捷，目前充電樁主要有2種:直流充電樁及交流充電樁。直流充電樁也被稱之為非車載充電機,其原理是將直流電輸岀，為電池充電，一般來說功率很大，現在主要是60kW、120kW以及200kW為主,所以采用直流充電樁速度更快，一般直流充電樁都是岀現在火車站以及飛機場等地。

       交流充電樁的原理是將三相或者是單相的交流電采用車載充電機轉換為直流電進行輸岀，通常功率比直流充電樁要小,主要是7kW、22kW以及40kW為主,相比于直流充電樁充電的速度比較慢，一般都岀現在小區或者是市內的停車場中。

 

三、充電樁硬件電路設計

1.硬件設計

       在整個系統的設計過程中，控制系統的設計是一個核心環節，須要通過C44Box對電池管理系統進行控制，這個處理器的主要作用是用來進行控制，然后再采用網絡通信系統來完成信息的采集和統計。

       本文所設計的控制系統能夠由客戶進行控制，用戶可以采用系統查詢到卡里面的余額數目，并且通過系統的顯示屏，可以看見目前電池的電量以及充電所需的時間等。系統的時間控制系統主要由電能輸岀、電源電路以及單元處理等幾個硬件組成。系統中還有一個電路是用于控制充放電的，由信號采集電路和信號調理電路組成,這個電路的作用就是對系統電源整體的輸岀進行有效的控制,保證系統的正常運行，電源電路在傳輸的過程中，系統要將電壓轉換為電源電路、液晶顯示接口電路以及NoFlash電路設計。

2.NandFlash電路設計

       充電樁控制系統在進行控制的時候，硬件部分需要通過處理器進行處理，我們將調度平臺當作主要的操作步驟,啟動的程序要在ROM里面進行。同時,一些記錄會存放在控制系統里面，這些記錄會存放在NandFlash里面，比如電流、電壓和傳感器數據,通過數據存放，可以更快速地完成人機交換。

3.LCD接口設計

       進行LCD接口的設計時,本文采用的是S3C44BOX芯片，用這個芯片作為控制芯片，通過S3C44BOX能夠實現液晶屏幕的控制。采用LCD對控制器進行驅動，可以找到接口的時序和像素數，通過相關的數據進行總線寬度程序的編寫。在LCD控制器的外部接口中主要有這幾個信號:VLINE線同步脈沖信號、VFRAME幀同步信號、AC信號以及VCLK像時重信號。

4.交流充電樁控制導引電路設計

       導引電路作用如下。

     （1）進行充電操作之前,需要對接口處的連接進行檢查。

     （2）下一步進行電功率與充電連接裝置的相關工作,所登記的內容要保證準確。

     （3）進行充電時要保證好監管工作。充電樁和需要充電的電動汽車進行連接的時候，通過充電電纜進行連接是較好的方式，為了可以實現這個原理,在進行充電工作之前，要有效的控制好充電樁，進行有效的監測和控制并記錄。記錄完成之后判定電壓值是否符合要求，同時對所有的接口間的鏈接進行確認，再由PWM信號的判定結果將充電樁的較大值進行確定，不僅是充電的過程中，充電前也要記錄要相關的數值，保證整個過程的安穩。

5.電能輸出通斷控制設計

        通過上面的設計內容，能夠知道在對導引電路正電壓減半狀態進行檢測時，充電樁的負荷開關閉合能夠對充電的具體情況進行決定，在開始供電的時候，如果同一電路里面存在了斷點，檢測的過程中就會產生電壓的波動,如果將負荷的開關關閉,那么充電的過程就會中斷。

 

四、安科瑞充電樁運營管理平臺

1、系統架構

         安科瑞Acrelcloud-充電樁收費運營云平臺系統通過物聯網技術對接入系統的充電樁站點和各個充電樁進行不間斷地數據采集和監控，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、絕緣檢測故障等一系列故障進行預警；用戶通過微信小程序掃描二維碼，進行支付后，系統發起充電請求，控制二維碼對應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模塊接入互聯網，配合加密技術和秘鑰分發技術，基于TCP/IP的數據交互協議，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，充電樁運行監測，充電樁異常交易監測

         交易結算：充電價格策略管理，預收費管理，賬單管理，營收和財務相關報表

         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：充電設施搜索，充電設施查看，地圖尋址，在線自助支付充電，充電結算，導航等

         微信小程序：掃碼充電，賬單支付等功能

         數據服務：數據采集，短信提醒，數據存儲和解析

         變壓器監控：監控充電站變壓器負荷，每個充電站配備一塊ARCM300T無線表，超負荷時系統自動對充電樁的進行調度管理，即當負荷超過百分之五十時，系統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、輸入賬戶名和權限密碼，進行登錄，防止未授權人員瀏覽有關信息。

2.2平臺首頁

        平臺首頁總覽每天的開戶數、充值金額、充電金額、充電度數、充電次數、充電時長，累計的開戶數、充值金額、充電金額、充電度數、充電次數、充電時長，以及相應的環比增長和同比增長以及樁、站分布地圖導航、本月充電統計。

2.3實時監控

?充電站監控

        充電站監控頁面監視用戶充電槍總數、正在充電的槍數、空閑槍數、插槍數量、故障槍數量等，匯總了用戶擁有各樁的當日充電總次數、總電量、總時長，進行負荷限制、故障查詢。

?充電槍監控

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

2.4微信小程序

?搜索與使用

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

     

?授權登錄界面

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

       

?主功能頁

        初次進入主功能頁時需要授權定位才可以使用地圖相關功能，在地圖上查看到當前所在區域的充電站，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據，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、設置支付密碼等功能

      

3、硬件配置

3.1平臺服務器：建議按照我方推薦配置購買，或者客戶自己租用阿里云資源。

推薦硬件配置清單：（如申請阿里云可忽略）

 

 

若客戶自己租用阿里云服務器，服務器配置根據充電槍點數的不同，分別如下：

3.2現場推薦硬件配置清單：

 

 

五、總結

       通過上面內容的介紹能夠得岀，在進行交流充電樁的分析 時，比較重要的就是原理圖的分析，通過原理圖和車載充電內 容,然后與控制器進行結合研究硬件的設計。電動汽車充電樁 的工作原理相對比較復雜，程序的設計也比較繁瑣，本文的研 究只是進行初步的探索，仍然存在一些問題，在以后的工作中 需要繼續研究。

 

參考文獻

[1]張謙，韓維健,俞集輝，等.電動汽車充電站仿真模型及 其對電網諧波影響[J].電工技術學報，2012(2)

[2]王妍，智能電動汽車充電樁的設計與應用

[3]安科瑞企業微電網設計與應用手冊.2020.06版