家用电动汽车智能充电桩及运营管理云解决方案

胡冠楠

安科瑞电气股份有限公司 上海嘉定

摘要：电动汽车采用了电力作为发动能源，但是同样存在很大缺陷,即续航能力方面存在较大不足。因此如何利用现代技术进行电动汽车的智 能充电便十分重要。在电动汽车智能充 电的研究过程中需要用到的技术有有电力电子 变流技术、REIP无线射频技术、智能监控技术以及CAN总线技术等。本文将CAN总线的无人值守功能与网络通讯功 能与应用到电动汽车智能充 电桩的设计与研究中开展了无人值守的智能电动车充电桩的现实依据和理论可行性分析，提出了一种兼备和无人值守功能的电动汽车.智能充电桩的软件设计方法和硬件结构组成方案，把每个电动汽车智能充电桩视为一个智能节点，建立了上位机组态监控和下位机数据采集相互结合的系统整体框架。电动汽车智 能充电桩的研究和使用能够实现电动汽车快速充电，并且能够监控并控制充电情况，从而解决电动汽车续航不足的问题。

   关键词：电动汽车；智能充电桩；管理方案；

1概述

   常规汽车一般使用化石燃料作为动力能源．而这种燃料的使用不仅会造成环境污染．而且由于化石能源是B可再生资源．资源储备量越来越少。因此越来越多的国家开始致力于电动汽车的研究和生产。在电动汽车行业方面我国属于起步较早而且发展十分迅速的，为了进一步节能减排，改善地球的现有环境，电动汽车的发展已经成为了必然趋 势。但是电动汽车较弱的续航能力、不便于充电等方面也是一直被人诟病，大大限制了电动汽车的大范围使用目前的电动汽车的动力来源一般是蓄电池．如果电压比较低，就需要进行充电，否则在速度、汽车性能等方面都会受到很大影响。充电模式多种多样．其中用的比较多的是常规充电、电池组快速更换以及快速充电等，作为电动汽车的 动力电池重量较大、体积也较，因此会面临更换时不方便的问题。而电动汽车智能充电桩得使用将能够解决电动汽车充电问题。智能充电桩能够根据动力电池的电量进行电池维护．汽车用户进行操作时也十分简便。不仅能够解决电动汽车随时随地充电的问题，还能够对动力电池进行维护。

2电动汽车的充电方法和建设充电桩监控系统的必要性

   目前 ，电动汽车充电方式主要有以下几种 ：

(1)交流充电。交流充电时一般采用的是220V或380V的交流电源，进行充电时车载充电装置会对电流进行整流和滤波。从而保护电动汽车电源，并且实现对电动汽车的充电。但是这种充电方式需要较久的充电时间，因此比较适 合小型的电动汽车和混合式电力汽车。

(2)直流充电。该种充电方式通过直流电源对电动汽车的蓄电池进行充电。不需要经过车栽装置进行电流调节．因此可以大大减轻汽车自重。因此进行直流充电时充电功率较大．充电效率较高，可以达到快速充电的目的。因此可以用于大型的电动汽车充电。

(3)更换电池组。使用这种方式充电时需要为电动汽车准备两组电池，当一组电池给电动汽车提供动力。另外一组就进行地面直流充电。如果正在使用的蓄电池电力不足时，将该组蓄电池拆下替换成另外一组电池。这种方式充电大大缩短了充电时间。但是充电时间的缩短代价是建造较多数量的电池更换站并且需要很多工作人员对电池更换站进行维护。需要投入大量的成本．降低了电动汽车充电智能化，因此一般不使用这种方式进行充电。

(4)非接触式充电。这种方式在电动汽车充电当中并不常见，因为需要嵌入特定的电气元件．而且还需要保证与汽车随时都能够进行接触。只有做到了这样才能够保证电动汽车在行驶时也能够随时随地充电。同样由于技术和投入 资金的原因．这种充电方式并没有得到大量推广使用。

充电方式主要有直流和交流充电两种。不管是这两种方式的那种，都需要建设充电桩，为了保证充电智能化，充电桩监控系统也是B不可少的。尽管现在电动汽车还存在不少的缺点，但是随着社会、科技等的发展．电动汽车由于其噪音小、无污染等优点就会逐渐被人们接受和认可。因此需要进行充电系统的建设．尽管这项工程十分庞大。但是必要性仍然是存在的。随着电动汽车的发展，现在的蓄电池一般采用锂电子电池。此种电池在充放电方面的要 求很高，如果不建设智能充电桩管理。将会对锂电池造成大的伤害．更有甚者会危及到人们的生命安全。

3电动汽车充电桩监控系统实现的功能

   充电桩建设的两种可行模式：

(1)交流充电桩的建设。在停车场进行交流充电桩的建设，交流电压可以采用220V或者380V。这两种电压适用于大 多数的电动汽车蓄电池通过这些交流充电桩可以能够给小型的家用电动车或是环卫的清洁车进行充电。这种充电桩的建设方式有的优点在于能够在夜 间进行电池充电。

(2)直流充电桩的建设。这种充电桩一般适合建设在大型电动汽车或公交车聚集较多的场合，直流充电桩能够为大型电动汽车进行快速充电。因此这种充电桩拥有较大的功率．对电网运行可能会造成一定程度的影响因此在直流充电桩的建设时需要考虑对电网的保护。

3.2监控系统的主要功能

   监控系统主要包括以下功能 ：

(1)IC卡识别功能．需要通过识别IC卡来完成激活充电桩以及计费方面的功能。

(2)蓄电池在充电桩进行充电时需要能够对蓄电池的电压和电流进行保护和检测功能。

(3)电动汽车电池充电时对其充电状态、电压、电流等方面进行电池情况的监控。

(4)电池进行充电时需要对电池进行智能维护，以延长电池的使用时间。

4充电桩智能监控系统的设计

4.1硬件框架组成

   充电桩的电源为380V交流电网电源经过对交流电进行整流、滤波和稳压等措施就变成直流电源。能够供给电动汽车进行充电。想要完成充电桩的充电还需要 IC卡识别模块．这个模块的设计能够让用户激活充电桩。读卡器将会识别出IC卡上的用户信息，识别完成后能够显示个人信息、余额等。而状态显示模块则用来将充电过程中的状态 信息充分显示出来。硬件系统包括了主控板、检测芯片、IC读卡器以及显示屏、键盘等设备。建设充电桩过程中。其桩体材料的选择应该以镀锌铜板优先，考虑到防潮防水性能，还应该保证材料的防水性能，以保证充电桩在潮湿天气下也能够正常使用。

4.2充电桩智能监控系统的软件构成

   当需要给电动汽车充电时．只需要将电动汽车上的充电插1：1连接到充电桩上的充电手柄．通过读卡器识别户的IC卡以将充电桩激活：如果充电插口和充电手柄没有进行正常连接将会进行提示和报警。完成身份识别后，用户可以进行充电时间、充电模式的选择，同时在充电过程中充电桩将会检测电池的充电状态，如果充电模式被检测到不对的话，同样会提示和报警。充电桩也会通过显示屏给用户一些选择充电模式方面的建议。如果充电模式的选择被检测到是正确的，充电桩将会进行正常充电过程，充电桩给电动汽车充电过程中。充电桩的显示屏将会显示出用户信息、用户卡上余额、已经充电得时间以及充电完成剩余时间等信息。电动汽车充电结束后，充电桩将会发出提示，用户IC卡停止计费，将票据通过打印机打印出来，等到用户与电动汽车一同离开后，充电桩就会进入到自动锁定的状态，直到下一个用户激活为止。以上步骤是智能充电桩的正常使用程序。

5安科瑞充电桩收费运营云平台

5.1概述

          AcrelCloud-9000安科瑞充电桩收费运营云平台系统通过物联网技术对接入系统的汽车充电站、电动自行车充电站以及各个充电桩进行不间断地数据采集和监控，实时监控充电桩运行状态，进行充电服务、支付管理，交易结算，资源管理、电能管理、明细查询等，同时对充电机过温保护、漏电、充电机输入/输出过压、欠压、绝缘低各类故障进行预警；充电桩支持以太网、4G或WIFI等方式接入互联网，用户通过微信、支付宝、云闪付扫码充电。

5.2应用场合

   适用于住宅小区等物业环境、各类企事业单位、医院、景区、学校、园区等公建、公共停车场、公路充电站、公交枢纽、购物中心、商业综合体、商业广场、地下停车场、高速服务区、公寓写字楼等场合。

5.3系统结构

   现场设备层：连接于网络中的各类传感器，包括多功能电力仪表、汽车充电桩、电瓶车充电桩、电能质量分析仪表、电气火灾探测器、限流式保护器、烟雾传感器、测温装置、智能插座、摄像头等。

   网络通讯层：包含现场智能网关、网络交换机等设备。智能网关主动采集现场设备层设备的数据，并可进行规约转换，数据存储，并通过网络把数据上传至搭建好的数据库服务器，智能网关可在网络故障时将数据存储在本地，待网络恢复时从中断的位置继续上传数据，保证服务器端数据不丢失。

   平台管理层：包含应用服务器和数据服务器，完成对现场所有智能设备的数据交换，可在PC端或移动端实现实时监测充电站配电系统运行状态、充电桩的工作状态、充电过程及人员行为，并完成微信、支付宝在线支付等应用。

5.4平台功能描述

5.4.1充电服务

   充电设施搜索，充电设施查看，地图寻址，在线自助支付充电，充电结算，导航等。

5.4.2首页总览

   总览当日、当月开户数、充值金额、充电金额、充电度数、充电次数、充电时长，累计的开户数、充值金额、充电金额、充电度数、充电次数、充电时长，以及相应的环比增长和同比增长以及桩、站分布地图导航、本月充电统计。

5.4.3交易结算

   充电价格策略管理，预收费管理，账单管理，营收和财务相关报表。

5.4.4故障管理

   故障管理故障记录查询、故障处理、故障确认、故障分析等管理项，为用户管理故障和查询提供方便。

5.4.5统计分析

   统计分析支持运营趋势分析、收益统计，方便用户以曲线、能耗分析等分析工具，浏览桩的充电运营态势。

5.4.6运营报告

   按用户Z定周期分析汽车、电瓶车充电站、桩运行、交易、充值、充电及报警、故障情况，形成分析报告。

5.4.7APP、小程序移动端支持

   通过模糊搜索和地图搜索的功能，可查询可用的电桩和电站等详细信息。扫码充电，在线支付:扫描充电桩二维码，完成支付，微信支付完成后，即可进行充电。

5.4.8资源管理

   充电站档案管理，充电桩档案管理，用户档案管理，充电桩运行监测，充电桩异常交易监测。

5.5选型配置

6总结

   电动汽车智能充电桩分为两种，一种是直流充电桩。一种是交流充电桩。其中交流充电桩需要进行整流、滤波和稳压等措施变成直流电源后才能使用，但是充电效率较高。为了能够保证电动汽车蓄电池的充电时间，延长蓄电池的使用时间。应该对电动汽车智能充电桩进行充分管理。从充电开始到充电结束充电桩的管理也能实现智能化，以减少人力的投入。智能充电桩管理的提高也能够促进电动汽车的推广使用，为保护环境尽一份力。