浅析智能电动汽车充电桩的设计与应用

刘细凤

安科瑞电气股份有限公司 上海嘉定201801

摘要：通过对新能源通用充电桩的介绍，详细分析了充电桩开发技术的三个阶段，并通过技术路线解释了技术原理，充分论证了本研究的可行性。

关键词：新能源 ；智能化 ；光伏

、引言

随着蓄电池性能的不断提升，电动车辆得到了广泛的应用， 在今后段时间里，车辆发展的主流将会以电动车辆的保有量逐年增加，并部分取代内燃机车的趋势。同时，由于电动车的技术越来越成熟，电动汽车的管理与服务也更加规范 ；电动汽车的标准也将以系列化、标准化的现代化模式出现，电动车将会开启个车辆时代的变革。

我“十三五”期间要实现全新能源汽车累计产销量达到500 万辆，到2020 年，新能源汽车实现产业化。新能源汽车的发展， 需要新能源汽车充电桩的建设配合。随着社会对新能源汽车的需求日益增加以及家政策的推动，新能源汽车的快速发展将生产值达到1200 亿的汽车充电桩市场。

目前内在充电桩行业中，绝大部分的充电桩产品均依靠家电网供电网络作为充电电能来源，均属于单电能来源类型。目前还没有专门为市电供电、光伏发电以及蓄电池供电三种供应源同时为汽车充电产品，也缺少不同电源之间自动切换的新型光伏充电桩。因此，本项目将在以解决上述问题基础上，开发出通用充电桩，并能够紧随光伏能源行业的发展步伐，使其得到更广围的应用

二、研究内容

代充电桩分为直流充电桩与交流充电桩两种类型， 以市电作为输入电源。直流充电桩需要将交流电进行整流成直流电源，用直流电源直接给电动汽车进行充电。交流充电桩是直接将交流电源提供给电动汽车内部充电系统进行充电，项目选用交流充电桩投入使用，提高通用性。交流充电桩直接从市电电网中汲取电能作为汽车充电电量来源。交流充电桩输入电压为220V 交流电，输出电压为220V 交流电。交流充电桩作为汽车充电接口， 将市电交流电通过汽车自带的交流充电端口提供给电动汽车，作为汽车充电所需要的交流电。

二代充电桩采用直流充电桩的形式，以光伏发电作为能量供应来源，并配备储能系统。白天阳光充足的情况下，光伏板将太阳能转换为直流电源，通过直流充电桩，以 DC-DC 的形式对电气汽车进行充电，富余电量储存在储能系统中。在晚上或者光线不足的情况下，直流充电桩对光伏发电量和储能系统中蓄电池的电量进行管理和调用，为汽车充电。二代充电桩将太阳能发电作为仅有的电量来源，在充电桩中加入了 MPPT 技术，提高光伏发电效率，同时具备了传统充电桩充电管理、蓄电池管理、售电管理等功能。以直流充电的形式，和光伏发电的直流电这种电能性质相吻合，大大提供了发电和能量转移的效率。

三代充电桩在二代充电桩的基础上，实现充电电源来源为市电交流电源与光伏发电电源，并配置蓄电池储能系统作为备选功能。

三、实施方案

电动汽车体化充电机由380V 交流供电，正常情况下体化充电机处于关机状态，当正确连接电缆后，启动充电过程 ；当进入充电过程后，触摸屏会提示启动充电，只有有效地 IC 卡方可启动充电。

充电桩是电动力车的电站，其功能类似于加油站里面的加油机。每个充电桩都装有充电插头，充电桩可以根据不同的电压等级，为各种型号的电动车充电。电动汽车充电桩采用的是交、直流供电方式，需要特制的充电卡刷卡使用，充电桩显示屏能显示充电量、费用、充电时间等数据。

交流充电桩采用人机交互界面采用大屏幕 LCD 彩色触摸屏， 充电可选择定电量、定时间、定金额、自动（充满为止）四种模式。充电桩的交流工作电压220V 或者380V，普通纯电动轿车用充电桩充满电需要4-5 个小时，由于充电桩造价低廉、主要安装在停车场，充电桩适用于慢充动力电池。电动车的快速充电主要由充电站中的充电机来实现。

• 技术路线

GBT 20234.1-2015 电动汽车交流充电桩是开发的效率高、高可靠性的充电设备。它界面美观大方，控制方式安稳便捷，为电动汽车提供安稳可靠的交流电源。

本产品采用模块化设计，主控模块采用 ARM 芯片全数字控制，智能化程度高，数据处理速度高，响应迅速，提高在大功率应用中的稳定性和安稳性。界面人性化、触摸屏操作方便快捷， 拥有多重保护功能、自动化的充电控制 ；产品提供以太网、3G 等多种通信接口与监控平台或运营管理平台实时通信，并接受监控平台的指令操作，实时检测充电过程，确保充电过程中人身和车辆的安稳。

五、安科瑞充电桩运营管理平台

1、系统架构

安科瑞Acrelcloud-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充电桩站点和各个充电桩进行不间断地数据采集和监控，同时对各类故障如充电机过温保护、充电机输入输出过压、欠压、绝缘检测故障等系列故障进行预警；用户通过VX小程序扫描二维码，进行支付后，系统发起充电请求，控制二维码对应的充电桩完成电动汽车的充电过程。

充电桩可选配WIFI模块或GPRS模块接入互联网，配合加密技术和秘钥分发技术，基于TCP/IP的数据交互协议，与云端进行直连。云平台包含了充电收费和充电桩运营的所有功能，具体功能如下：

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

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

用户管理：用户注册，用户登录，用户帐户管理，消息管理

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

VX小程序：扫码充电，账单支付等功能

数据服务：数据采集，短信提醒，数据存储和解析

变压器监控：监控充电站变压器负荷，每个充电站配备块ARCM300T无线表，超负荷时系统自动对充电桩的进行调度管理，即当负荷超过百分之五十时，系统会限制新增开始充电的充电桩的功率，降为百分之五十，当变压器负荷超过百分之八十时，系统将不允许新增充电桩开始充电，直到负荷下降为止。

2、平台功能

2.1平台登录

在浏览器打开云平台链接、输入账户名和权限密码，进行登录，防止未授权人员浏览有关信息。

2.2平台页

平台页总览每天的开HU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hu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。

2.3实时监控

l 充电站监控

充电站监控页面监视用户充电枪总数、正在充电的枪数、空闲枪数、插枪数量、故障枪数量等，汇总了用户拥有各桩的当日充电总次数、总电量、总时长，进行负荷限制、故障查询。

• 充电枪监控

充电桩监控页面充电枪的基本信息、今日充电电量、今日充电次数、今日充电时长和累计充电电量、累计充电次数、累计充电时长等、充电电压电流等参数。

2.4VX小程序

• 搜索与使用

VX小程序可以通过扫描二维码和VX文字搜索找到，点击后可以加入到小程序列表，如下图所示

• 授权登录界面

用户通过搜索或者扫码等途径初次打开小程序时，会进入这个页面，需要用户授权登录才可以进入小程序主功能页面，如图所示

• 主功能页

初次进入主功能页时需要授权定位才可以使用地图相关功能，在地图上查看到当前所在区域的充电站，查看充电站信息，可以进行扫码充电操作，地图导航等

• 充电

扫描充电枪上的二维码，如果当前充电桩可用即可进入充电选择页面，可以查看到当前的充电站名称、充电枪名称，以及当前的账户余额，电价和预计可充电量等数据，还可以查看当前账户的历史充电记录。充电方式分为按时间充电、按金额充电、按电量充电这三种方式。充电结束可以进进行评价。

• 个人信息

个人信息可以显示当前登录账号的昵称和余额，同时包括、充值、充值记录查询、账单查询、充电记录查询、设置支付密码等功能

3、硬件配置

3.1平台服务器：建议按照我方配置购买，或者客户自己租用阿里云资源。

硬件配置清单：（如申请阿里云可忽略）

若客户自己租用阿里云服务器，服务器配置根据充电枪点数的不同，分别如下：

3.2现场硬件配置清单：

六、结束语

为了响应家政策，实现便利生活、环保出行以及节能减排目的，在市区间设置充电桩，开发城市卡通用的共享充电桩， 是绿色出行的必然趋势。未来，当绿色环保自助充电桩取代现有加油站、加气站时，不但节约了人力成本，也大大减轻了资源压力。

目前内在充电桩行业中，绝大部分的充电桩产品均依靠家电网供电网络作为充电电能来源，均属于单电能来源类型。目前还没有专门为市电供电、光伏发电以及蓄电池供电三种供应源同时为汽车充电产品，也缺少不同电源之间自动切换的新型光伏充电桩。因此，本研究将在解决上述问题基础上，开发研究通用充电桩，并能够紧随光伏能源行业的发展步伐，使其得到更广围的应用。

参考文献

[1]分布式能源平台 . 充电桩及充电站系统研发建议书 [M]，2016.3.

[2]袁 园，新能源电动汽车通用充电桩的开发与研究

[3]安科瑞企业微电网设计与应用手册.2020.06版

作者简介：刘细凤，女，现任于安科瑞电气股份有限公司，主要从事电瓶车充电桩的研发和应用