淺談電動車充電管理系統(tǒng)設計

更新時間：2023-08-30

摘要：隨著我國社會經濟的不斷發(fā)展，汽車的保有量得到大幅提升。然而，汽車使用數(shù)量的激增導致尾氣排放大大增加，對大氣環(huán)境造成了嚴重污染。因此，為了保護環(huán)境，許多新型環(huán)保汽車的設計正積極推廣，電動汽車便是其中之一。電動汽車通過充電樁獲得電力，提高充電樁的充電性能，從而為電動汽車的發(fā)展打下堅實的基礎，同時也提供了便捷的充電服務。

關鍵詞：電動汽車；充電樁；充電管理；系統(tǒng)設計

0引言

新能源汽車研發(fā)和應用的推進，在一定程度上削減了化石能源的使用，有利于落實和推進節(jié)能減排，有效控制了環(huán)境污染的慘烈，如今新能源汽車蓬勃發(fā)展，有效緩解了大氣污染問題。但由于電動汽車行業(yè)還不成熟、充電樁接口問題、市場質量參差不齊等問題，國家也對電動自充電樁的設計實施規(guī)范。為了有效實現(xiàn)充電樁的效益，設計人員從充電樁的基本功能入手，創(chuàng)新充電樁充電管理系統(tǒng)設計，不斷提高其安全性和實用性。

1.電動汽車充電樁主要分類

首先交流充電,交流充電是為電機提供220V或380V交流充電服務。交流充電方式可在公共停車場為公交提供充電服務，也可以用于小型電動汽車。其次，直流充電。與電力驅動電動汽車的地面維護不同，大型電動汽車可以在不使用電池的情況下快速完成充電并開車，相比之下，無需使用蓄電池存儲電量。第三，直接更換電池方式。將電池更換充電方式，提升充電安全性。通常用于有兩組蓄電池的電動汽車，其中一組蓄電池供車輛驅動，另一組電池則可取出進行充電，以實現(xiàn)電池更迭，保證車輛順暢運轉和電池持續(xù)供能。非接觸式充電方式，利用感應器件實現(xiàn)汽車非接觸式充電，車輛和充電設備無需接觸即可完成充電。這種方式可滿足行駛中車輛的隨時充電需求，而不會受限于充電樁數(shù)量。但是，該方式對技術要求較高，充電速度和質量均難以保證，限制了其推廣應用。

2.電動汽車充電樁的充電特征分析

在電動汽車充電樁充電特性分析過程中，需要結合快充和慢充兩種分析方法。第一種是快充車，充電速度調整為大于或等于3C，電池容量可在100kWh范圍內操縱，車身上有兩個直流充電孔，可同時用電槍充電?？紤]到汽車快速充氣電池容量相對較小，車輛運營時單位一次性用電量較高，需要確保車輛很好地適應起動和換班間隙，確保合理充電。考慮到電池容量大，有必要在運行過程中分析往返行程中如果將耗電量控制在范圍內，并在每次發(fā)車間隔快速填充。為滿足慢充車的充電需求，確保每天至少充電2-3次。當然，在慢充車中，有一種特殊的“快速填充"技術模式，允許在發(fā)車換班間隔進行快速充電。在這一過程中，充電樁的選擇是根據(jù)電動汽車的實際特點進行的，以避免深沖深放電對電池壽命產生不利影響。特別是當電動汽車的剩余功率小于30%時，這時進行充電，補充到80%以上。在電動汽車方面，由于BMS系統(tǒng)為電池提供了有效的保護，因此有必要積極限制充電樁電池的輸入功率，合理確定其快速充電時間。

3.電動汽車充電樁充電管理系統(tǒng)的設計原則

首先，在進行電動汽車充電管理系統(tǒng)設計時，只有加強系統(tǒng)的安全性設計，才能確保電動汽車的充電管理系統(tǒng)在實際運行中安全可靠。其次，開放性設計原則的運用非常關鍵。由于使用電動汽車的用戶來自不同文化和知識背景，因此增強該管理系統(tǒng)的開放性原則設計。在進行開放性原則系統(tǒng)設計時，首先應該注意系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信協(xié)議的設計。，發(fā)展性原則。關于電動汽車充電樁運營管理系統(tǒng)的設計與開發(fā)，在技術架構方面，應加強發(fā)展性視角。需注重系統(tǒng)設計的優(yōu)化，采用多層邏輯處理層體系，劃分表現(xiàn)層、控制層、數(shù)據(jù)操作層及服務層。同時，應關注技術應用，提升設計水平。

4.電動汽車充電樁充電管理系統(tǒng)的設計

4.1軟件設計

在儲能電動汽車充電樁的綜合系統(tǒng)設計中，選擇DSP芯片作為控制核心，負責掌控整個系統(tǒng)。在實際設計充電系統(tǒng)時，首要任務是對充電流程進行管理以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，為電動汽車提供便捷的充電服務。在存儲器檢驗維修過程中，可獲取相關檢驗信息。電動汽車充電樁管理系統(tǒng)軟件設計還應著重于合理設計程序框圖，以實際運轉數(shù)據(jù)為基礎，把握系統(tǒng)運行情況。

4.2后臺監(jiān)控

設計充電樁時，要做好監(jiān)測后臺，監(jiān)管各充電樁的運行信息，如電壓、電流輸送和充電時間等，這可快速發(fā)現(xiàn)潛在運行風險和故障、縮短維修周期。同時，形成數(shù)據(jù)庫，方便汽車使用者快速查找可充電樁，以提高電動汽車的普及率。此外，對于充值卡可施行后臺監(jiān)管，公示客戶繳費時間、繳費場所以及卡內余額，使客戶能快速了解充值卡情況。如此一來，客戶無需擔心因余額不足造成充電中斷，輕松享受更智能的服務。

4.3環(huán)境及電磁兼容設計

為了提高充電樁的使用壽命，需要將其融入環(huán)境保護理念，使其不受結構破壞，充電樁仍需承受惡劣環(huán)境和強電磁環(huán)境。充電樁的主要材料以鍍鋅鋼板為主，采用烤漆技術可提高樁表面的防腐能力。

4.4回轉電路設計

控制電路的主要作用是在充電前檢查接口，因此在連接到充電設備和電源時，保證信息的準確性和充電。電動汽車連接充電樁時，連接充電電纜，為了達到這一目的和原理，充電前對充電樁進行控制，并詳細記錄控制和監(jiān)測數(shù)據(jù)。完成記錄，確定電壓值是否符合要求，并檢查接口之間的通信，確保整個過程的安全。

4.5設置配比與場址選擇

每棟建筑停車場配置的充電設備數(shù)量符合當?shù)胤ㄒ?guī)。在選擇具體位置時，應從消防、電力、通風、洪水破壞等方面廣泛考慮充電樁。充電樁的位置還應滿足供電容量、供電半徑、線路路徑和其他能源接入要求?，F(xiàn)場的選擇遠離火災危險環(huán)境，特別是爆炸區(qū)域，遵守環(huán)境保護和消防安全要求，避免安裝在可能積水的地方、低洼地區(qū)以及不會受到嚴重振動或高溫影響的地方。充電樁的位置還應滿足用戶和設備的通信需求，并應確保公共通信網絡能夠覆蓋。

5.加強電動汽車充電樁規(guī)劃設計

5.1科學選擇充電樁站點

首先，充電樁的豎立配合城市道路、排水、消防等基礎設施。舉例來說，在興建充電樁時，應充分考慮環(huán)境保護和防火安全，以及與樓宇的合理防火距離。同時，應保證充電樁部位不受爆炸、劇烈振動和高溫的危害。其次，充電樁應放置在遠離廁所、洗手間和容易積水的地方。綜上所述，充電樁的放置科學合理，才能滿足電動汽車的充電需求。因此，填料樁通常放置在住宅區(qū)、企業(yè)、公眾停車場等。

5.2 明確設計要點

大多數(shù)充電樁在使用時進行高負荷并不斷工作。充電樁設計應注意穩(wěn)定性和可靠性，以保證充填效率和質量。在充電樁設備方面，可以采用適應性更強的模塊化結構來應對雷擊、防靜電干擾、電磁干擾和過電壓。可采用鍍鋅鋼為材料，均勻地在表面涂上保護層，減少雨水的腐蝕作用。在設計充電樁時考慮到防靜電的需要，主要是采用雙向瞬態(tài)模式抑制二極管接地。此外，內部控制面板應提供觸摸屏、無線模塊、電能測量和整個控制模塊的連接?？刂颇K可以實時監(jiān)控充電樁的操作，以確保其足夠可靠和安全使用。

5.3 建立統(tǒng)一規(guī)劃的充電體系

在制訂綜合資助計劃時，在電力系統(tǒng)的編碼標準、數(shù)據(jù)與付款之間的聯(lián)系、系統(tǒng)覆蓋率高、信息量高和系統(tǒng)運作效率高等范疇進行高水平的綜合規(guī)劃。在電力汽車充電站的具體建設中，針對新時代發(fā)展的具體需要，結合業(yè)務發(fā)展模式，在具體建設中引入“PPP"管理模式。運營、建設并逐步完善相關綜合關稅制度，促進社會資本更多參與。在有關系統(tǒng)的發(fā)展過程中，政府應發(fā)揮適當?shù)念I導作用，讓所有充電樁制造業(yè)參與具體的發(fā)展過程。

6.安科瑞充電樁收費運營云平臺

6.1概述

AcrelCloud-9000安科瑞充電柱收費運營云平臺系統(tǒng)通過物聯(lián)網技術對接入系統(tǒng)的電動電動自行車充電站以及各個充電整法行不間斷地數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控，實時監(jiān)控充電樁運行狀態(tài)，進行充電服務、支付管理，交易結算，資要管理、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(lián)網，用戶通過微信、支付寶，云閃付掃碼充電。

6.2應用場所

適用于民用建筑、一般工業(yè)建筑、居住小區(qū)、實業(yè)單位、商業(yè)綜合體、學校、園區(qū)等充電樁模式的充電基礎設施設計。

6.3系統(tǒng)結構

6.3.1系統(tǒng)分為四層：

1）即數(shù)據(jù)采集層、網絡傳輸層、數(shù)據(jù)中心層和客戶端層。

2）數(shù)據(jù)采集層：包括電瓶車智能充電樁通訊協(xié)議為標準modbus-rtu。電瓶車智能充電樁用于采集充電回路的電力參數(shù)，并進行電能計量和保護。

3）網絡傳輸層：通過4G網絡將數(shù)據(jù)上傳至搭建好的數(shù)據(jù)庫服務器。

4）數(shù)據(jù)中心層：包含應用服務器和數(shù)據(jù)服務器，應用服務器部署數(shù)據(jù)采集服務、WEB網站，數(shù)據(jù)服務器部署實時數(shù)據(jù)庫、歷史數(shù)據(jù)庫、基礎數(shù)據(jù)庫。

5）應客戶端層：系統(tǒng)管理員可在瀏覽器中訪問電瓶車充電樁收費平臺。終端充電用戶通過刷卡掃碼的方式啟動充電。

小區(qū)充電平臺功能主要涵蓋充電設施智能化大屏、實時監(jiān)控、交易管理、故障管理、統(tǒng)計分析、基礎數(shù)據(jù)管理等功能，同時為運維人員提供運維APP，充電用戶提供充電小程序。

6.4安科瑞充電樁云平臺系統(tǒng)功能

6.4.1智能化大屏

智能化大屏展示站點分布情況，對設備狀態(tài)、設備使用率、充電次數(shù)、充電時長、充電金額、充電度數(shù)、充電樁故障等進行統(tǒng)計顯示，同時可查看每個站點的站點信息、充電樁列表、充電記錄、收益、能耗、故障記錄等。統(tǒng)一管理小區(qū)充電樁，查看設備使用率，合理分配資源。