摘要：在全球提倡控排減排的大環(huán)境下，新能源電動汽車也越來越符合當(dāng)下的實際情況，電動汽車逐步進(jìn)入大眾的視野，由于電動汽車保有量的不斷增長，為保證大量電動汽車正常運行，就必須要保證有足夠且安全的充電系統(tǒng)，為汽車正常行駛及長距離用車提供可靠的保障?，F(xiàn)階段，已建成的電動汽車充電樁數(shù)量持續(xù)增加，為使客戶體驗到更高品質(zhì)的服務(wù)，結(jié)合智能技術(shù)，構(gòu)建電動汽車智能導(dǎo)航系統(tǒng)，設(shè)立智能充電樁并且搭建智能服務(wù)平臺。文章簡要地對智能充電動力電池的特性進(jìn)行探析，并對智能充電樁的設(shè)計要點以及應(yīng)用方向做出探討。

關(guān)鍵詞：電動汽車；充電樁；充電管理系統(tǒng)

0引言

如今，隨著環(huán)境污染情況加劇，自然資源匱乏嚴(yán)重，傳統(tǒng)燃油汽車燃料緊缺以及排放污染等問題，不利于環(huán)境改善和節(jié)能減排，為減輕環(huán)境負(fù)擔(dān)并符合未來社會發(fā)展的需要，電動汽車悄然問世。電動汽車的出現(xiàn)，有效減輕了環(huán)境污染的緊張態(tài)勢，同時電動汽車相較于傳統(tǒng)汽車不需依靠消耗有限的資源，而是利用清潔環(huán)保且更為經(jīng)濟(jì)實惠的電能運行。目前，絕大部分電動汽車是依靠電池完成工作，因電池自身原因，導(dǎo)致電動汽車?yán)m(xù)航能力有限，為保證全面推行電動汽車，保證電池可以方便快速且高效地完成充電工作成為亟待解決的重要問題，有需求就有市場，為方便廣大電動汽車用戶，電動汽車充電柱應(yīng)運而生。為提高充電樁的使用效率，在加大充電樁投入的同時要更加注重其設(shè)計的規(guī)范性以及合理性，使充電樁高效率的用于電動汽車充電。

1電動汽車智能充電樁設(shè)計意義

電動汽車的運行是以電能為支持，具有、噪音小等特點，相比燃油汽車更符合綠色環(huán)保的發(fā)展理念，逐漸被越來越多的人所認(rèn)可。但是想要推動電動汽車的持續(xù)發(fā)展，前提必須要解決充電難的問題，這是消除電動汽車?yán)m(xù)航能力差的關(guān)鍵要素。對電動汽車目前所應(yīng)用的充電方式進(jìn)行分析，可發(fā)現(xiàn)整體效率比較低，現(xiàn)在所應(yīng)用的鋰離子蓄電池能效高、體積小，對充放電有著十分嚴(yán)格的要求，必須要對以往的充電方式進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，避免充電不當(dāng)對電池以及人員帶來安全隱患。并且，在高新技術(shù)支持下，電動汽車的種類不斷增加，功能也更加完善，加強(qiáng)對智能充電樁的設(shè)計與研究，是整個產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必然需求。當(dāng)下，傳統(tǒng)充電樁普遍存在充電能力、效率低下等情況，已無法滿足大量的電動汽車充電需求，因此智能充電樁的優(yōu)勢顯而易見。分析傳統(tǒng)充電樁存在的諸多弊病，在智能充電樁的研發(fā)設(shè)計過程中要合理規(guī)避已知的問題，不斷完善升級智能充電樁的軟硬件系統(tǒng)配置，實現(xiàn)電動汽車智能化充電。

2電動汽車智能充電樁設(shè)計要求

2.1設(shè)計原則

智能化電動汽車充電樁的設(shè)計過程應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行國家電網(wǎng)公司標(biāo)準(zhǔn)，合理制定規(guī)劃，設(shè)計具有特點的智能充電樁外觀、軟硬件系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)等，確?？梢詽M足電動汽車充電的實際需求。要求智能充電樁各項功能完善且精準(zhǔn)，例如應(yīng)用RFID系統(tǒng)設(shè)計身份識別模塊，不僅可以縮小體積量，而且還可以保持較高的掃描速度，同時在抗干擾、持久性、安全性以及穿透性等方面也有著顯著優(yōu)勢。另外，基于CAN總線技術(shù)，使得智能充電樁與后臺及其電池管理系統(tǒng)之間可以保持高效且穩(wěn)定的數(shù)據(jù)通信能力。

2.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)要求

智能充電樁各項功能要更加完善，且要具有較高的交互性，滿足智能化以及自動化操作要求，為高效高質(zhì)量充電提供支持。結(jié)構(gòu)模塊包括觸控操作設(shè)備、信息讀取模塊、控制單元模塊、計費模塊、身份信息識別模塊、遠(yuǎn)程信息交互模塊、憑證打印模塊、供電充電模塊以及警示提醒模塊等多個功能部分。應(yīng)用智能充電樁為電動汽車充電時，首先要對用戶的身份信息進(jìn)行識別，確認(rèn)無異常后便可通過觸控屏幕進(jìn)行操作，選擇自己需要的充電模式開始充電，充電過程中客戶可以通過顯示屏直觀地看到當(dāng)前充電的電壓、電流以及充電所需時長等詳細(xì)信息。給車輛提供充電服務(wù)的同時智能充電系統(tǒng)與電池組管理系統(tǒng)建立通信，并實時發(fā)送指令精準(zhǔn)控制充電的電壓、電流和溫度等數(shù)據(jù)。在汽車充電的整個過程中，智能充電樁監(jiān)測預(yù)警模塊要做到對各項數(shù)據(jù)信息的實時監(jiān)控，確保能夠第一時間檢測到異常并發(fā)出預(yù)警信息，避免充電安全事故的發(fā)生。遠(yuǎn)程信息交互模塊的功能是建立與后臺運營系統(tǒng)的實時通信，待完成充電后，計量計費模塊會準(zhǔn)確計算本次充電的電量、時間以及費用，最后通過打印模塊來將所有信息打印出來。

2.3應(yīng)用功能要求

智能充電樁設(shè)計時需要保證各項基礎(chǔ)功能完善，足以滿足電動汽車充電要求。主要包括以下幾個方面：①用戶可以根據(jù)個人需求提前辦理IC卡，在需要充電時直接使用IC卡刷卡操作即可激活充電樁，然后將充電槍與電動汽車進(jìn)行有效連接，設(shè)備開始計量計費。

②設(shè)置的監(jiān)測預(yù)警模塊，主要功能是對充電樁的電流和電壓參數(shù)進(jìn)行實時監(jiān)測，確保充電過程的安全性，同時為充電樁以及操作人員的安全提供保障。③智能充電樁配套設(shè)計的通信模塊，為內(nèi)部各模塊之間有效通信提供支持，滿足實時通信的基本要求。④設(shè)置的充電模塊，確保了在智能充電樁進(jìn)入到充電模式后，與蓄電池之間搭建通信連接，以及實現(xiàn)對蓄電池的全面檢測，分析蓄電池的狀態(tài)，判斷其是否出現(xiàn)故障，以此來對電池功能進(jìn)行維護(hù)，延長蓄電池的使用壽命。

3電動汽車充電樁主要分類

3.1交流電充電方式

交流電充電方式是電動汽車最基本的充電方式。其主要是合理利用220V或者是380V的交流電源直接引入充電樁之中，然后借助汽車自身的濾波裝置以及整流裝置，對汽車電池進(jìn)行直沖，以此為電動汽車提供日常所需的電量能源。但是交流電充電方式花費的時間比較長，并且充電量比較少，主要適用于一些小型的電動汽車。

3.2直流電充電方式

一般情況下，直流電充電方式主要是合理利用地面充電站，從而獲取直流電，并且建立充電樁，然后對電動汽車工作電池組進(jìn)行直接充電，從而有效提升汽車的設(shè)計，將汽車運行中的自重進(jìn)行有效降低，以此減輕電動汽車本身的負(fù)擔(dān)。由于這種充電方式是將電能直接進(jìn)行輸送，所以其蓄電能力相對比較強(qiáng)，從而可以進(jìn)行快速充電，主要適用于一些耗電量相對比較大的電動汽車。

3.3直接更換電池方式

更換電池的充電方式，其安全性相對比較高。一般情況下，這種充電方式主要適用于兩組蓄電池的電動汽車，其一組蓄電池可以為汽車提供所需的能源，保證汽車正常運行使用，而另一組蓄電池則可以取下來進(jìn)行充電，合理將兩組電池進(jìn)行更換，從而保證汽車運行過程中，電池具有充足的電量能源。但是，電池進(jìn)行更換必須是建立在大量電池更換站的基礎(chǔ)上，需要投入大量的人力資源，目前無法滿足于這種智能化需求。

3.4非接觸式充電方式

非接觸式充電方式主要是借助相應(yīng)的感應(yīng)器件，將其安裝在汽車充電的位置上，從而實現(xiàn)汽車與充電設(shè)備彼此之間并未發(fā)生接觸，滿足汽車在行駛的過程中隨時進(jìn)行充電的需求，不再受制于充電樁的數(shù)量問題。但是這種充電方式對技術(shù)要求相對比較高，并且其充電的速度以及質(zhì)量無法得到保證，致使其在實際使用的過程中，并未進(jìn)行全方面地推廣。

4電動汽車充電樁充電管理系統(tǒng)的設(shè)計

4.1硬件設(shè)計

4.1.1帶有光耦的輸出電路設(shè)計

在電動汽車充電樁充電管理系統(tǒng)設(shè)計的整個過程中，首先要對光耦輸出電路設(shè)計以及充電樁管理系統(tǒng)進(jìn)行全方面了解，并且對其加強(qiáng)管理。在對光耦輸出電路實際設(shè)計的過程中，其主要是對PWM光波電路進(jìn)行了解，并且將其合理運用到充電樁管理系統(tǒng)之中，以此對STM32為一體的輸出光波電壓進(jìn)行有效控制，促使其持續(xù)保持在正常范圍之內(nèi)，并且通過光耦轉(zhuǎn)換作用，將電壓的波動值控制在有效的范圍內(nèi)，然后進(jìn)行光耦輸出。除此之外，在實際系統(tǒng)設(shè)計過程中，為了有效避免其他光波影響PWM光波，必須對隔離干擾光耦電路輸出加強(qiáng)管理設(shè)計。

4.1.2帶有光耦的通信電路設(shè)計

電動汽車充電樁充電管理系統(tǒng)在設(shè)計的整個過程中，必須依據(jù)充電管理系統(tǒng)發(fā)展的實際需求，從而對充電管理系統(tǒng)進(jìn)行全面設(shè)計，同時建立一個相對比較獨立的通信功能系統(tǒng)。而在通信功能系統(tǒng)實際設(shè)計的過程中，主要是合理借助光耦模塊，以此對通信系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計。而在通信系統(tǒng)實際設(shè)計的整個過程中，其主要設(shè)計工作是對系統(tǒng)內(nèi)部的RS485收發(fā)器芯片進(jìn)行設(shè)計，以此對通信系統(tǒng)的安全性以及高效性提供保障。同時將電源管理模塊和電源獨立接地線模塊二者有機(jī)地結(jié)合為一體，只有這樣，才能保證在實際系統(tǒng)設(shè)計過程中快速有效地找到通信功能設(shè)計的接入點。另外，為了滿足芯片傳輸和發(fā)送功能的實際發(fā)展需求，必須對光耦通信電路系統(tǒng)內(nèi)部的ISL3152E芯片進(jìn)行針對性的設(shè)計，與此同時，還要對通信系統(tǒng)的傳輸以及訊源的穩(wěn)定性進(jìn)行合理的設(shè)計。

4.1.3交流充電樁控制導(dǎo)引電路的設(shè)計分析

首先，要在充電之前做好相應(yīng)的檢測準(zhǔn)備工作，觀察其各個接口之間的連接程度，必須要保證其接口連接的完整性；其次，要對供電功率以及充電連接裝置進(jìn)行登記的處理，詳盡記錄下其設(shè)備以及功率等的各類數(shù)值信息，確保其數(shù)據(jù)信息記錄的正確性；最后，要實時的開展精準(zhǔn)的監(jiān)測管理工作。采用充電電纜的形式來處理電動汽車和充電樁之間的連接工作，在充電工作開展之前，記錄下其充電樁控制裝置的變化信息，觀察其電壓數(shù)值是否達(dá)到其工作的標(biāo)準(zhǔn)要求，同時還應(yīng)當(dāng)確認(rèn)出充電樁所涉及到的各個接口的連接程度，利用PWM信號占空比的數(shù)值來衡定其充電樁電流的最大安培量，精細(xì)化的管理充電的整個過程，讓充電工作可以更為順暢地進(jìn)行，提升安全性，使其可以始終保持一個穩(wěn)定的運行狀態(tài)。

4.2軟件設(shè)計

此次對于儲能式電動汽車充電樁綜合系統(tǒng)設(shè)計，選定DSP的控制芯片負(fù)責(zé)控制整個系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)軟件主要負(fù)責(zé)實時監(jiān)測電池電壓、荷電狀態(tài)(SOC)、充放電溫度及電流等。功率調(diào)度，則可確保電池恒流或恒壓充放電系統(tǒng)功能得以實現(xiàn)。實際工作期間，DSP采樣所獲取電壓反饋相應(yīng)信號和所設(shè)電壓實施對比分析，結(jié)合誤差信號實施PI合理調(diào)節(jié)操作。PI調(diào)節(jié)裝置所輸出信號經(jīng)DSP內(nèi)部相應(yīng)脈沖所生成單元和三角載波實施對比分析，促使PWM的驅(qū)動產(chǎn)生，經(jīng)對Buck變換裝置內(nèi)部開關(guān)管實際占空比有效調(diào)節(jié)，促進(jìn)穩(wěn)壓功能得以實現(xiàn)。以同等方式，對恒流輸出過程PI控制裝置予以科學(xué)優(yōu)化及調(diào)節(jié)。儲能式電動汽車充電樁綜合系統(tǒng)控制核心部分，選定T公司所推出的浮點型全新數(shù)字信號的處理裝置TMS320F28335，其工作頻率為150MHz，且內(nèi)包PWM18路輸出端口、高分辨率6路脈寬調(diào)制系統(tǒng)模塊(HRPWM)、16路的12位數(shù)模高精度轉(zhuǎn)換裝置(ADC)，實際轉(zhuǎn)換時間為80ns。

在設(shè)計電動汽車充電樁充電管理系統(tǒng)過程中，加強(qiáng)對充電系統(tǒng)的具體流程進(jìn)行合理的管理規(guī)劃。一般情況下，在電動汽車充電樁充電系統(tǒng)實際設(shè)計的過程中，首先要對充電管理系統(tǒng)的充電流程加強(qiáng)管理，從而保證整個系統(tǒng)在實際系統(tǒng)運行中的穩(wěn)定性，為電動汽車提供方便快捷的充電作業(yè)服務(wù)。在充電管理系統(tǒng)軟件方面設(shè)計的過程中，主要是將充電管理系統(tǒng)設(shè)計的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理備案，然后將其記錄在FM31256存儲器內(nèi)部之中，當(dāng)存儲器進(jìn)行檢驗維修時，就可以從中獲得相關(guān)的檢驗信息。通常情況下，電動汽車充電樁充電管理系統(tǒng)進(jìn)行軟件設(shè)計，側(cè)重于對程序框圖進(jìn)行合理的設(shè)計，以系統(tǒng)運行中的相關(guān)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，從而把握整個系統(tǒng)的實際運轉(zhuǎn)情況。

5安科瑞充電樁收費運營云平臺系統(tǒng)選型方案

5.1概述

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(jìn)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(xì)查詢等。同時對充電機(jī)過溫保護(hù)、漏電、充電機(jī)輸入/輸出過壓，欠壓，絕緣低各類故障進(jìn)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)

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)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(biāo)準(zhǔn)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(jìn)行電能計量和保護(hù)。

(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)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(jìn)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(jìn)行賬戶進(jìn)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(xì)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(jìn)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(hù)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充值、凍結(jié)和解綁戶。

6.4.5.4.7運維APP

面向運維人員使用，可以對站點和充電樁進(jìn)行管理、能夠進(jìn)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(jìn)行遠(yuǎn)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

6結(jié)語

為緩解環(huán)境污染問題，電動汽車適時而生，但是隨著電動汽車的全面普及，與之配套的充電樁的問題也逐漸浮出水面，為解決這一問題，需加大對智能充電樁的研究開發(fā)力度，結(jié)合現(xiàn)有實際情況，通過對充電樁外觀以及硬件電路的設(shè)計，將充電全過程直觀地呈現(xiàn)在用戶面前，進(jìn)一步提高用戶的體驗感，為推動電動汽車發(fā)展作出貢獻(xiàn)。但是，產(chǎn)品也會或多或少存在缺陷，在實際使用過程中逐步發(fā)現(xiàn)其問題，進(jìn)而不斷完善產(chǎn)品，提高產(chǎn)品質(zhì)量及實用性，不斷推陳出新，刺激行業(yè)健康穩(wěn)定發(fā)展。