劉細鳳

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定201801

摘要：新能源汽車的越性日益顯著，與之相配套的電動汽車充電樁迅猛發(fā)展。電動汽車交流充電樁利用標準的充電接口為車載式充電機提供電源，具有電能計量、計費、通信、控制等功能。直流充電樁則采用CAN通訊接口，直接接入蓄電池進行充電。目前充電樁系統(tǒng)采用的三種主流技術(shù)方案各有劣，用戶可以根據(jù)設(shè)計要求和成本，選擇相對應(yīng)的設(shè)計方案。

關(guān)鍵詞：電動汽車；充電樁；技術(shù)方案

wu院辦公廳提出“我的新能源汽車產(chǎn)能在未來五年要突破90 萬輛，新能源汽車的保有量計劃占乘用車總量的百分之8左右”。新能源汽車的推廣示范點正逐漸擴大，參與節(jié)能減排的城市愈來愈多。在新能源汽車的推廣中，電動汽車充電樁的發(fā)展也迎來了春天。在電動汽車的產(chǎn)業(yè)王里，電動汽車充電樁起著重要的支撐作用，發(fā)展前景十分廣闊。

、電動汽車及其電池

通常來講，當前的電動汽車外觀上與普通汽車是致的， 區(qū)別主要在于動力源及其驅(qū)動系統(tǒng)。也就是說，電動汽車中的發(fā)動機變?yōu)殡妱訖C，沒有了油箱，將蓄電池安裝在里面。因此電動汽車就是靠電力來驅(qū)動的，這種汽車有很多的點，所用的蓄電池是采用流行的鋰電池。目前將電充入到電動汽車中的做法有很多，使用較多的有常規(guī)充電、更換電池以及快速充電。常規(guī)充電具有簡便易行，適應(yīng)范圍廣的特點，但是充滿電消耗的時間較長。換電池的做法具有減少電費的勢， 但是需要盡量安置相當多的充電地點。使用快速充電的方法， 可以保證順利且時間短地將電充入電池，但是充電的時候電流過大，容易損壞電池。目前，各公司主要研究移動式充電、無線式充電，還處于研究階段。

二、充電樁

1、充電樁簡介

充電樁般采用充電接口，給電動汽車的車載充電機充電，固定在某個位置，在電動汽車充換電系統(tǒng)中充電樁是較重要的設(shè)施。充電樁可以通過投幣、IC 卡、移動端支付等方式進行計費。充電樁分直流充電樁和交流充電樁兩種。直流充電樁是種小功率直流供電裝置，可以直接給蓄電池充電并實時監(jiān)控蓄電池的充電狀態(tài)，對充電的電量計費。交流充電樁與交流電網(wǎng)連接，輸出是220V 的交流電。交流充電樁使用車載充電機對電動汽車蓄電池進行充電。

2、交流充電樁功能概述

交流充電樁采用交流三相四線380V 輸入，220V 交流輸出，具有可定時、充滿自斷電的充電模式；交流充電樁采用觸摸屏進行人機交互。在界面上可以設(shè)置充電的模式、電量、充電及剩余實間、計費信息等。交流充電樁具有IC 身份識別功能，能夠自識別充電連接的情況，確定是否充電。交流充電樁采用家電網(wǎng)的標識，安裝有漏電保護器，具有安穩(wěn)防護保護功能。

圖1 典型交流充電樁的充電原理框圖

交流充電樁的核心是CPU 控制器，采用主流的ARM9 處理器,主回路由輸入保護空氣開關(guān)、交流控制接觸器、交流智能電能表、充電接口連接器組成。輸出端與充電機相連接；車載充電機將輸出的交流電220V 整流、功率轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的直流電輸出給蓄電池。CPU 控制器控制顯示模塊，般采取觸屏式LCD 顯示，讀卡器讀IC 卡信息，打印機主要用于打印票據(jù)。二次回路中設(shè)有急停按鈕、充電樁智能控制器、計量表等。CPU 控制器控制的引導(dǎo)線接電池管理系統(tǒng)，主要目的是實時監(jiān)控充電的狀態(tài)。

3、直流充電樁功能概述

直流充電樁的相關(guān)的性能跟與交流情況基本致。然而只是電流不樣，個是直流，個是交流。

圖2 直流充電樁框圖

先，交流電源要在整流濾波的作用下，將交流電整流成直流電，然后輸入到IGBT 橋。此時的控制部分需要在驅(qū)動電路的基礎(chǔ)上讓IGBT 啟動，將直流變?yōu)樗枰拿}寬調(diào)制的交流。需要進行相關(guān)的隔離，再經(jīng)過整流濾波進步獲得直流充電方式。但是此時需要在相關(guān)控制電路的反饋下完成檢查功能，主要是針對實時的電壓以及電流。同時獲得相關(guān)的端電壓，就能夠保證相關(guān)的控制裝置能夠處理。通常情況下， 如果出現(xiàn)了很高的電壓，那么就會啟動放電電路，這樣就能夠保證電池不受損壞。相關(guān)的充電樁要包括輔助電路，這樣就能夠保證其他電路元件能夠正常工作。同時還需要相關(guān)的保護電路，這樣能夠保證系統(tǒng)在工作的時候穩(wěn)定。在控制裝置上需要有相關(guān)的數(shù)據(jù)信息，例如電量值、時間、用戶信息等等。

直流充電樁加入了電流調(diào)控模塊，可以按用戶選擇需要進行快速充電及慢速充電，般電流可達到DC150-400A，10 分鐘內(nèi)可將電池電量沖至百分之80，與交流充電樁相比大大縮短了充電時間。

三、三種充電樁主流技術(shù)方案的比較

1、電源部分+采集部分+單片機主控電路+人機交互部分

經(jīng)過調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，電動汽車智能充電樁電路主要包括電源部分、采集部分、主控電路部分、人機交互部分。

電源：電源涉及多種電路，例如電源變壓器、橋式整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路等等。這樣的電源裝置通常是為了滿足單片機以及系統(tǒng)進行其他任務(wù)時的電壓需要；

采集：通常包括電壓、電流以及溫度檢查裝置。

主控電路：在電壓檢測取樣電路的基礎(chǔ)上，獲得電池兩端的電壓值，然后將數(shù)值情況輸給單片機進行處理，進步?jīng)Q定使用什么樣的充電方式。通過使用PWM 脈寬調(diào)制中的占空比進步控制相關(guān)的電流大小，保證能夠進行相關(guān)的充電環(huán)節(jié)。

圖3 充電樁技術(shù)方案框圖1

人機交互：主要包括顯示裝置、報警以及按鍵裝置。主要功能是接收來自系統(tǒng)的電壓、溫度、電流大小、電池充滿百分比以及故障信息，并按要求給予實時顯示。當故障出現(xiàn)和充滿電時要發(fā)出聲光報警，該部分信息交換以中斷方式進行。

2、充電主電路+檢測電路+DSP 控制芯片+保護電路+顯示部分

圖4 充電樁技術(shù)方案框圖2

通常情況下，此電路有主電路和控制回路兩部分。充電主電路主要包括三相輸入整流濾波電路以及DC-DC 全橋功率變換電路，主要保證蓄電池進行充電的時候有電力支持?？刂苹芈钒―SP 控制器、擴展RAM、保護電路、IGBT 溫度監(jiān)測電路以及放電回路等，主要是保證能夠智能操作充電環(huán)節(jié)。只有兩種電路互相配合才能夠保證充電過程順利進行。

1. 主充電電路單元+主控制電路單元+計費單元+人機交互單 元+刷卡單元

圖5 充電樁技術(shù)方案框圖3

使用 ARM9 處理器，主要是為了能夠智能化控制充電環(huán)節(jié)。通常情況下，包含五個串口，兩個從通用串行總線接口，有關(guān)材料規(guī)范，確保各個設(shè)備得到有效的外部檢查，使得二次設(shè)備安裝科學(xué)規(guī)范。設(shè)備外部包裝完整性、美觀度以及封印破損程度均是外部檢查內(nèi)容，從而避免電氣二次設(shè)備因設(shè)備外部存在破損或接頭痕跡過于明顯等情況，產(chǎn)生系統(tǒng)運行不穩(wěn)定以及漏電等安穩(wěn)問題。在進行二次設(shè)備檢查工作時，應(yīng)確保二次回路檢測標號且位于明顯位置，以便在系統(tǒng)運行過程中做好檢修與日常養(yǎng)護工作。

4、 提升電廠電氣二次設(shè)備施工操作規(guī)范性

為了避免電廠電氣二次設(shè)備運行安裝設(shè)計過程中因協(xié)調(diào)不當出現(xiàn)運行質(zhì)量問題，應(yīng)結(jié)合電廠運行實際情況，對設(shè)備施工操作進行有效規(guī)范，促使二次設(shè)備在得到有效維護的同時， 可在規(guī)范性高的操作措施下提升電廠電氣二次設(shè)備運行科學(xué)性，操作規(guī)范性具體可從以下幾個方面進行分析：是嚴格按照電廠電氣二次設(shè)備安裝運行操作規(guī)范進行施工操作，避免出現(xiàn)誤動操作以及二次設(shè)備拒動等現(xiàn)象，從而使電廠在收到電氣二次設(shè)備拒動、誤動等異常運行錯誤的損傷前先做好防范，使得設(shè)備運行更為正常；二是確保設(shè)備檢修手續(xù)齊全。在對電廠電氣二次設(shè)備進行檢修時，不僅要求檢修技術(shù)人員具有從業(yè)資格證書，還需要檢修人員具備安穩(wěn)措施準許資料，方可開展既定工作。此外，檢修人員對電廠電氣二次設(shè)備進行檢測與維修的同時，需要對真實情況進行詳盡記錄，如壓板、線路檢測情況以及操作規(guī)范執(zhí)行情況等具體內(nèi)容，并確保檢修人員操作規(guī)范落實情況均符合電廠電氣二次設(shè)備規(guī)范；三是確保施工人員具備高的思想覺悟與責(zé)任感。電廠電氣二次設(shè)備施工操作規(guī)范應(yīng)事無巨細，在設(shè)備施工操作全過程落實工作效率，將安穩(wěn)操作、規(guī)范操作落到實處，而身為施工人員應(yīng)虛心好學(xué)，秉持敬業(yè)奉獻的思想覺悟在不斷提升自身專業(yè)技能的同時，也與專業(yè)技術(shù)人員進行溝通與學(xué)習(xí)，使得電廠電氣二次設(shè)備維護更加效率高，使得設(shè)備施工操作規(guī)范性在高質(zhì)量的電廠人才基礎(chǔ)上得以貫徹落實，為提高電廠運行效率與安穩(wěn)穩(wěn)定性奠定堅實基礎(chǔ)。

• 安科瑞充電樁運營管理平臺

1、系統(tǒng)架構(gòu)

安科瑞Acrelcloud-充電樁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)的充電樁站點和各個充電樁進行不間斷地數(shù)據(jù)采集和監(jiān)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、絕緣檢測故障等系列故障進行預(yù)警；用戶通過vx小程序掃描二維碼，進行支付后，系統(tǒng)發(fā)起充電請求，控制二維碼對應(yīng)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(lián)網(wǎng)，配合加密技術(shù)和秘鑰分發(fā)技術(shù)，基于TCP/IP的數(shù)據(jù)交互協(xié)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(jiān)測，充電樁異常交易監(jiān)測

交易結(jié)算：充電價格策略管理，預(yù)收費管理，賬單管理，營收和財務(wù)相關(guān)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(wù)：充電設(shè)施搜索，充電設(shè)施查看，地圖尋址，在線自助支付充電，充電結(jié)算，導(dǎo)航等

vx小程序：掃碼充電，賬單支付等功能

數(shù)據(jù)服務(wù)：數(shù)據(jù)采集，短信提醒，數(shù)據(jù)存儲和解析

變壓器監(jiān)控：監(jiān)控充電站變壓器負荷，每個充電站配備塊ARCM300T無線表，超負荷時系統(tǒng)自動對充電樁的進行調(diào)度管理，即當負荷超過百分之五十時，系統(tǒng)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(tǒng)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(quán)限密碼，進行登錄，防止未授權(quán)人員瀏覽有關(guān)信息。

2.2平臺頁

平臺頁總覽每天的kaihu數(shù)、充值金額、充電金額、充電度數(shù)、充電次數(shù)、充電時長，累計的kai戶數(shù)、充值金額、充電金額、充電度數(shù)、充電次數(shù)、充電時長，以及相應(yīng)的環(huán)比增長和同比增長以及樁、站分布地圖導(dǎo)航、本月充電統(tǒng)計。

2.3實時監(jiān)控

l 充電站監(jiān)控

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

• 充電槍監(jiān)控

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

2.4vx小程序

• 搜索與使用

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

• 授權(quán)登錄界面

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

• 主功能頁

次進入主功能頁時需要授權(quán)定位才可以使用地圖相關(guān)功能，在地圖上查看到當前所在區(qū)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(dǎo)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(yù)計可充電量等數(shù)據(jù)，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(jié)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(shè)置支付密碼等功能

3、硬件配置

3.1平臺服務(wù)器：建議按照我方配置購買，或者客戶自己租用阿里云資源。

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(wù)器，服務(wù)器配置根據(jù)充電槍點數(shù)的不同，分別如下：

3.2現(xiàn)場硬件配置清單：

五、總結(jié)

綜上所述，電廠電氣二次設(shè)備運行需要提升施工操作規(guī)范性、做好二次設(shè)備檢查工作，并在合理設(shè)計電氣二次設(shè)備的同時，做好設(shè)備的選擇、調(diào)試以及安裝工作，從而達到提高電廠運行質(zhì)量的目的。

參考文獻

[1]曹永遠，電廠電氣二次設(shè)備的安裝及質(zhì)量控制[J]，建筑工程技術(shù)與設(shè)計,2014(35):578-578

[2]趙慧娟，淺析電動汽車充電樁系統(tǒng)設(shè)計

[3]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應(yīng)用手冊.2020.06版

作者簡介：劉細鳳，女，現(xiàn)任于安科瑞電氣股份有限公司，主要從事電瓶車充電樁的研發(fā)和應(yīng)用