淺談電動汽車智能充電樁的設(shè)計與應(yīng)用

　　安科瑞 鮑靜君

　　摘要：電動汽車在目前的市面上所占的份額越來越多，很多汽車企業(yè)也開始向電動汽車研發(fā)轉(zhuǎn)型。就目前的電動汽車具體利用分析來看，續(xù)航能力不足以及不能及時充電的問題嚴(yán)重的限制了電動汽車的發(fā)展，所以在未來的汽車發(fā)展中，要想實現(xiàn)電動   汽車規(guī)模化的生產(chǎn)需要對此問題進(jìn)行解決。具備智能性的充電樁在解決電動汽車充電問題方面有比較顯著的作用，所以   文章就電動汽車智能充電樁的設(shè)計與實現(xiàn)做具體的分析，旨在指導(dǎo)實踐。

　　關(guān)鍵詞：電動汽車; 智能充電樁; 設(shè)計

　　汽車在便捷人們生活方面有著重要的作用，但是汽車的大量使用一方面造成了城市交通擁堵，另一方面對環(huán)境產(chǎn)生了污染。就經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展來看，汽車污染問題需要得到解決， 所以在現(xiàn)階段，新能源汽車的研發(fā)在持續(xù)性深入。電動汽車相比于傳統(tǒng)汽車，能源利用更加的清潔，只是在使用的過程中會發(fā)生蓄能問題。所以在當(dāng)前的電動汽車實際研究中，續(xù)航問題成為了研究的關(guān)鍵。從實踐研究結(jié)果來看，智能充電樁能夠解決電動汽車的續(xù)航問題，所以做好智能充電樁的設(shè)計并實現(xiàn)該設(shè)計現(xiàn)實意義顯著。

　　一、電動汽車的充電方法和建設(shè)充電樁監(jiān)控系統(tǒng)的必要性分析

　　電動汽車自目前的社會中得到了廣泛的利用，但是續(xù)航問 題與充電問題一直空困擾著電動汽車的發(fā)展。現(xiàn)階段，不少企 業(yè)提出利用智能充電樁來解決續(xù)航問題，但是在具體推出充電 樁之后發(fā)現(xiàn)充電樁的整體性管理成本較高，而且在使用中容易 出現(xiàn)安穩(wěn)事故。出于對充電樁安穩(wěn)問題的考慮，也重視了充電 樁運營管理成本問題，做智能充電樁的建設(shè)，并在智能充電樁 設(shè)計的時候強化監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)建，這樣，監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)對充電 樁本身和充電過程的監(jiān)測與控制，這不僅為汽車充電提供了保證，對充電樁的管理提升也有意義。簡言之，電動汽車 充電方法和建設(shè)充電樁監(jiān)控系統(tǒng)的必要性顯著。

　　二、充電智能樁監(jiān)控系統(tǒng)的功能設(shè)計

　　充電智能樁監(jiān)控系統(tǒng)的具體功能實現(xiàn)需要從硬件和軟件 兩方面做考慮，所以在具體功能設(shè)計的過程中，需要對這兩 方面的問題做深入的討論，以下是關(guān)于硬件框架和軟件系統(tǒng)的 分析。

　　1、硬件框架組成

　　智能充電樁的硬件框架對其架空系統(tǒng)的功能發(fā)揮有重要 的影響，所以需要實現(xiàn)硬件框架設(shè)計的完整性。就具體的分 析來看，硬件系統(tǒng)的組成主要包括以下設(shè)備: 主控板、IC 讀卡器、檢測芯片、顯示電表、顯示屏、鍵盤以及通信模塊等。

　　就系統(tǒng)的具體分析來看，其核心是主控板，其在充電過程啟、運行、實時監(jiān)控以后關(guān)閉。從主控板的具體工作來看，其能夠通過多種的數(shù)據(jù)傳輸方式實現(xiàn)數(shù)據(jù)向后臺的傳輸。IC 讀卡器以及檢測芯片的主要作用是進(jìn)行用戶認(rèn)證。至于其他的如顯示電表、顯示屏等設(shè)備，主要的作用是踐行監(jiān)測結(jié)果的顯示。 簡單來講，智能充電樁在實際監(jiān)測的過程中，硬件系統(tǒng)發(fā)揮著重要的作用，所以對硬件系統(tǒng)的具體設(shè)備、設(shè)備的性能和參數(shù)等進(jìn)行分析和討論，保證系統(tǒng)的完整性具有非常重要的價值。

　　2、充電樁智能監(jiān)控系統(tǒng)的軟件構(gòu)成

　　智能充電樁的具體運行不僅要依靠硬件系統(tǒng)，更要依靠軟 件的運行，所以在智能充電樁的具體設(shè)計中，對軟件系統(tǒng)做整體性分析和設(shè)計也十分的必要。從軟件系統(tǒng)的具體分析來看，其主要有三個系統(tǒng): 其一是用戶認(rèn)證和識別系統(tǒng)，該系統(tǒng)的作用主要是進(jìn)行用戶身份的識別，進(jìn)而保證用戶在使用中的安穩(wěn)性。其二是運行監(jiān)測系統(tǒng)。智能充電樁的充電行為是在身份認(rèn)證之后自動完成的，整個過程如果沒有監(jiān)督，很容易發(fā)生意外，所以在充電的整個過程中涉及了運行檢測系統(tǒng)，其會對充電的具體狀態(tài)等進(jìn)行檢測，一旦發(fā)現(xiàn)存在問題，會立即啟動故障預(yù)警并停止充電行為。該系統(tǒng)的運行使得具體的充電更加安穩(wěn)。其三是做充電審核系統(tǒng)。因為電動車的型號等存在著差異，所以在具體的充電行為中會有模式的不同。審核系統(tǒng)能夠?qū)⒊潆娺^程中的模式進(jìn)行判斷并基于電動汽車具體需要做調(diào)節(jié)，這對于充電的性能效率高來講有重要的意義。

　　三、智能充電樁的性能測試

　　智能充電樁的具體運行對于解決電動汽車充電問題而言有重要的作用，對某城市 15 個智能充電樁的具體利用做定點監(jiān)控和分析發(fā)現(xiàn)其在性能方面表現(xiàn)出了兩大優(yōu)勢: （一）智能充電樁的具體利用更加的便捷，而且整個充電過程效率高且智能。 用戶僅僅需要做身份的認(rèn)證，充電便能夠?qū)崿F(xiàn)自動化，這對于電動汽車的續(xù)航問題解決有重要的意義。（二）智能充電樁的利用安穩(wěn)性十分的顯著。從具體的監(jiān)測分析來看，智能充電樁不能利用監(jiān)測系統(tǒng)實現(xiàn)了對汽車充電的全稱監(jiān)控，而且其能夠?qū)崿F(xiàn)對自身運行狀態(tài)的監(jiān)控，這對于智能充電樁的安穩(wěn)保障來講有重要的意義。

　　四、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(jìn)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(hù)、充電機輸入輸出過壓、欠壓、絕緣檢測故障等一系列故障進(jìn)行預(yù)警；用戶通過小程序掃描二維碼，進(jìn)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(jìn)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

　　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(fù)荷，每個充電站配備一塊ARCM300T無線表，超負(fù)荷時系統(tǒng)自動對充電樁的進(jìn)行調(diào)度管理，即當(dāng)負(fù)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(dāng)變壓器負(fù)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(fù)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(jìn)行登錄，防止未授權(quán)人員瀏覽有關(guān)信息。

2.2平臺首頁

　　平臺首頁總覽每天的開戶數(shù)、充值金額、充電金額、充電度數(shù)、充電次數(shù)、充電時長，累計的開戶數(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

　　?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(dāng)日充電總次數(shù)、總電量、總時長，進(jìn)行負(fù)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)。

2.4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初次打開小程序時，會進(jìn)入這個頁面，需要用戶授權(quán)登錄才可以進(jìn)入小程序主功能頁面，如圖所示

主功能頁

　　初次進(jìn)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(dāng)前所在區(qū)域的充電站，查看充電站信息，可以進(jìn)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(dāng)前充電樁可用即可進(jìn)入充電選擇頁面，可以查看到當(dāng)前的充電站名稱、充電槍名稱，以及當(dāng)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(dāng)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(jìn)進(jìn)行評價。

個人信息

　　個人信息可以顯示當(dāng)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：建議按照我方推薦配置購買，或者客戶自己租用阿里云資源。

　　推薦硬件配置清單：（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)場推薦硬件配置清單：

　　五、總結(jié)

　　綜上所述，電動汽車的未來發(fā)展需要解決續(xù)航以及充電 不及時的問題，而智能充電樁的利用能夠解決這一問 題。不過從智能充電樁的具體分析來看，如果充電樁的監(jiān)控系 統(tǒng)設(shè)計不理想，其對具體的問題解決幫助不大，所以文章就智 能充電樁的監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計以及其性能做了整體性的討論和分析。