安科瑞 陳聰

摘要 ：伴隨著社會的迅速發展，人們逐漸開始重視生態文明建設，同時重視自然資源的保護，自然資源可分為不能再生資源和可再生資源，而自從二次工業革命卡爾·弗里特立奇·奔馳發明出第一輛汽車后，市場上的動力交通工具全都采用燃燒石化燃料，即日常所講的石油、煤炭等。但常規石化燃料是不能再生資源，消耗速速快、環境污染大。在這樣的環境下，為對環境友好型社會進行全面構建，中國也開始研究了電動汽車，以便能為節約自然資源、促進高效、穩定進步做出貢獻。

關鍵詞：電動汽車 智能充電樁 設計與應用

0引言

現如今，汽車逐漸普及，但汽車的普及也為人們的生活環境帶來了諸多影響。而電動汽車能減少對環境的污染程度，與此同時能便于人們出行，所以，電動汽車屬于一種綠色出行方式，但因為電動汽車需實施續航，所以人們當前需要考量的問題就是如何實現智能化電動汽車續航的問題。

1充電樁的環境要求

電動汽車充電樁主要在戶外使用，在設計時，需要考慮天氣環境因素的影響。材質上應選擇防腐防銹材料，不銹鋼材料較好地做到防塵、防雨、防*端惡劣天氣的影響，可選擇作為結構材料。同時，電動汽車充電樁的顯示區、刷卡區應采用 PC 材料，該材料具有很強的抗腐蝕性，并具有阻燃、自熄等優點，其韌性和強度都較好，滿足功能區材料要求。國家電網 Q/GDW485-2010《電動汽車交流充電樁技術條件》標準中對環境要求有明確具體的規定。充電樁的設計應滿足戶外使用環境要求，環境溫度：-20℃ ~+50℃ ；濕度：5%~95%（無凝結）；海拔高度不大于 2000m。IP 防護設計上應滿足《GB4208-1993 外殼防護等級（IP 代碼）》IP54 等級的防護等級要求，并滿足 GB/T4797.6-1995 中《電工電子產品自然環境

條件塵、沙、鹽霧》的要求，以保證充電樁能在戶外潮濕、含鹽霧的環境下正常運行。考慮到移動安裝布置的需要，在充電樁的底部可設計移動裝置。

2充電樁能耗評價標準

中國新能源汽車評價規程建立了一個關于能效的指標“30min 快速充電效能”，即在車輛行駛的過程中，電池電量接近“無”的狀態時，用功率為 120kW 的充電樁對電動汽車進行 30min 的持續充電，檢測充入的電量換算為一般工況下可以行駛的里程數。該“充電效能”的評分標準如表 1 所示。

3智能充電樁設計應用

3.1 軟件系統設計

3.1.1 主控模塊

在設計主控模塊的過程中，可將用戶的實際用電需求作為主要依據，制定服務策略。當服務策略滿足用戶實際需求時，明確該模塊，之后向其他硬件模塊輸送相應的數據信息，進而給電動汽車充電。

表 1  充電效能的評分標準

3.1.2 安全模塊

在整個軟件系統中，安全模塊屬于安全儲存單元，安全儲存單元由多個單元構成，如密匙管理單元、解密單元及數據加密單元等。當使用者駕駛電動汽車時，需要利用 IC 卡或者二維碼進行付費操作。在此期間，此單位會對使用者信息進行自動加密。充電樁系統軟件使用了密匙管理，能對*客入侵現象進行高效防止，對使用者系統的安全性進行提升。然而，在此期間必須要注意的是，解密單元可以在二維碼付款及刷卡支付時對使用者信息進行自動識別并將交易工作完成。

3.1.3 電氣設計

在設計軟件電路時，防靜電設計對通信電路起到重要的作用，是雙向瞬態抑制二極管接地。在設計方面，在內控板和外部各功能模塊的連接中使用了各種形式如電能計量、無線通信傳輸及觸屏顯示等。

3.1.4 環境模塊設計

在設計充電樁的過程中，需要特別注意的是環境模塊設計，因為充電裝置一般放置在室外，所以高溫暴曬、嚴寒冰凍等天氣會對充電樁的正常運行造成一定程度地影響，除此之外，還應特別注意的是電磁干擾問題，唯有如此才可以為用戶提供更加專業的充電服務。另外，

在選擇零件時，要注意保障零件的質量符合相關標準要

求，要耐寒、耐高溫，以免受到天氣因素的影響，盡可

能選擇磁環、磁柱等設備，保護充電樁，為充電樁的常

規運行提供保障。

3.2 硬件框架組成

主要的構成部分在于充電池監控系統。日常的直流電不能直接使用電動汽車，需處理和轉化電動汽車可以承受的直流電源，一般為 380V。直接接入的 380V 電網電源為 AC 交流電源，然后經過中央處理。為能讓使用者全面掌握且應用智能充電柱，需將 IC 卡配置給智能充電柱使用者，用戶在智能化充電樁操作界面上放置 IC 卡，進行識別，就可以看到自己的信息，用戶可根據自己情況選擇智能充電樁，充電時也可獲得鋰離子電池及電流大小的充電情況信息。中央主控板、顯示屏、IC 讀卡器、顯示電表及鍵盤等是硬件系統主要的構成部分。硬件系統的心臟是中央主控板，中央主控板是用來完成充電過程的開啟、運行、實時監控及停止，同時可以各種通信方式向后臺傳輸數據。中央主控板的功能優勢在于：擁有的串口總計 7 個，下位機檢測及數據收集辦卡經過串行總線和上位機 CUP 模塊通信，與此同時上位機需具有顯示作用。對以太網口、NAND 控制器、多路口、動態SDRAM 控制器、工業級溫度范圍等進行配備。對汽車充電樁進行修建需對多項因素進行考量，例如：因為我國

幅員遼闊，不同地區的溫度和氣候差異很大。這也是智能充電樁建設期間需要注意的事項，比如南方的陰雨天氣，因此，有必要選擇具有防潮、防水性能的鍍鋅鋼板，以減少對充電柱的損壞。此外，因為當前電子設備的越來越多，可能會引起電磁干擾。因此，為了保證遠程通信的常規運行，必須對屏蔽其他電磁干擾的通信線進行選擇。

4智能充電樁互聯互通設計方案

4.1 系統實現

4.1.1 設備實現

智能充電樁在市場上，不但要具備外圍設備的輸出電壓可以控制，以此來符合設備的通用性要求，同時滿足對外接設備的管理要求，甚至還需符合多功能應用要求，例如身份認證功能、人機交互功能、計量收費功能、信息儲存功能及遠程信息交互功能等。所以，基于其結構設計層面，硬件層面能夠使用的微處理器具有低功耗及速度快的特征。此次研究選擇基于 ARM 架構的 32 位處理器，與串行接口如 UART、SPI 等及繼電器控制電路相配合，以此來構成電路。在軟件層面，重點使用如Linux、WindowsCE 等嵌入式操作系統，提升開發效率及系統的穩定性。

4.1.2 安全性

應保障充電樁通訊數據傳輸全過程的高效性及保密性，運用統一協議是實現互聯互通性的關鍵點，與此同時，統一協議能全面應用在多種不同的設備方面，應用TCP 連接的 EDP 協議就是現如今最佳的通信協議。在平臺服務器上運用 EDP 協議，與此同時上傳至備份服務器，接受設備信息方及發送信息方只需要在服務器獨自鑒權登錄，之后由平臺接受設備 1 數據，之后向設備 2 復制轉發數據點內容；不僅能促使信息對傳得以全面實現，而且還能全面實現設備在同一服務器上的互聯互通。

4.1.3 后臺管理

對于后臺管理人員通過同一服務器實時監測各個設備的要求，智能充電樁互聯互通設計可以全面滿足這一要求。在對統一通信協議進行應用時，在平臺注冊信息以后，后臺管理人員能夠應用云平臺賬號進行在線管理平臺注冊的信息，與此同時，實現對設備的異地化管理，

通過設備將數據包類型和大小傳輸至云平臺，對設備的運行狀態及設備信息進行判別，在第一時間發現并排除設備故障，對設備配置進行遠程更新，實現傳輸資料的共享等。

4.2 產品驗證

現階段，騰訊云平臺及阿里云平臺是我國最大的云平臺，此次研究基礎為新能源汽車智能充電樁，構建了一個基于 RESTfulAPI 和 EDP 協議構建的通信方案的新能源汽車智能充電樁。舉個例子，智能充電樁產品，使用者可以通過微信掃碼或支付寶形式進入小程序，依據指示支付費用充電。新能源汽車充電主要的方式是支付寶和微信掃碼的方式，支付寶和微信掃碼能實現單個充電樁服務于多個云平臺。假設生產廠商在智能充電樁上運用此種通訊方

法，那么能夠實現多個智能充電樁服務于多個云平臺。對用戶而言，可以不用對智能充電樁生產廠家的 App 進行下載，這樣一來，提升了使用者的體驗；針對生產廠家來說，對使用者粘性進行了增加，能夠引來大量的使用者對其產品進行使用。

5安科瑞充電樁收費運營云平臺

5.1概述

AcrelCloud-9000安科瑞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汽車充電站、電動自行車充電站以及各個充電樁進行不間斷地數據采集和監控，實時監控充電樁運行狀態，進行充電服務、支付管理，交易結算，資源管理、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警；充電樁支持以太網、4G或WIFI等方式接入互聯網，用戶通過微信、支付寶、云閃付掃碼充電。

5.2應用場合

適用于住宅小區等物業環境、各類企事業單位、醫院、景區、學校、園區等公建、公共停車場、公路充電站、公交樞紐、購物中心、商業綜合體、商業廣場、地下停車場、高速服務區、公寓寫字樓等場合。

5.3系統結構

現場設備層：連接于網絡中的各類傳感器，包括多功能電力儀表、汽車充電樁、電瓶車充電樁、電能質量分析儀表、電氣火災探測器、限流式保護器、煙霧傳感器、測溫裝置、智能插座、攝像頭等。

網絡通訊層：包含現場智能網關、網絡交換機等設備。智能網關主動采集現場設備層設備的數據，并可進行規約轉換，數據存儲，并通過網絡把數據上傳至搭建好的數據庫服務器，智能網關可在網絡故障時將數據存儲在本地，待網絡恢復時從中斷的位置繼續上傳數據，保證服務器端數據不丟失。

平臺管理層：包含應用服務器和數據服務器，完成對現場所有智能設備的數據交換，可在PC端或移動端實現實時監測充電站配電系統運行狀態、充電樁的工作狀態、充電過程及人員行為，并完成微信、支付寶在線支付等應用。

5.4平臺功能描述

5.4.1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。

5.4.2首頁總覽

總覽當日、當月開戶數、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。

5.4.3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。

5.4.4故障管理

故障管理故障記錄查詢、故障處理、故障確認、故障分析等管理項，為用戶管理故障和查詢提供方便。

5.4.5統計分析

統計分析支持運營趨勢分析、收益統計，方便用戶以曲線、能耗分析等分析工具，瀏覽樁的充電運營態勢。

5.4.6運營報告

按用戶周期分析汽車、電瓶車充電站、樁運行、交易、充值、充電及報警、故障情況，形成分析報告。

5.4.7APP、小程序移動端支持

通過模糊搜索和地圖搜索的功能，可查詢可用的電樁和電站等詳細信息。掃碼充電，在線支付:掃描充電樁二維碼，完成支付，微信支付完成后，即可進行充電。

5.4.8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。

5.5選型配置

6結語

在建設智能充電樁的過程中，始終存在一些亟待處理的問題，即因為供電量大，造成充電時產生較高熱量，處理不正確會對智能充電樁自身系統及電動汽車造成損壞，存在巨大安全隱患，為此，需要對散熱系統進行配備，從而實現散熱目的。但總體來說電動汽車智能充電樁的設計應用，將電動汽車續航能力大幅度提升，為電動汽車充電提供了便利條件，能夠推廣和使用電動汽車，實現環保目標。

參考文獻

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