安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定201801
摘要：控制系統(tǒng)的設(shè)計在新能源汽車充電樁結(jié)構(gòu)的優(yōu)化中扮演著關(guān)鍵角色。因此，本文綜合控制系統(tǒng)設(shè)計原理，著重研究充電樁控制系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用要點，涵蓋了線路結(jié)構(gòu)、安全管理等多個方面。通過明確系統(tǒng)的優(yōu)勢，旨在推動國內(nèi)汽車充電樁技術(shù)的進一步發(fā)展。
關(guān)鍵詞：新能源汽車；充電樁系統(tǒng)；探索
0引言
電力開發(fā)在當(dāng)代新能源行業(yè)應(yīng)用中具有重要地位，它滿足了社會對低成本資源和廣泛應(yīng)用的需求。特別是隨著國內(nèi)新能源汽車等技術(shù)的不斷推廣，持續(xù)性電力供應(yīng)系統(tǒng)的研究成為綜合資源利用的重要方向。
1 新能源汽車充電樁控制系統(tǒng)設(shè)計原理
1.1 充電管理與調(diào)度原理
充電樁的控制系統(tǒng)具備管理多個充電樁的能力，以根據(jù)不同車輛的需求合理分配充電資源。這涉及到一系列重要功能，包括實時監(jiān)測電池狀態(tài)，識別連接的車輛，以及智能管理充電功率等。通過這些功能的協(xié)同作用，可以大程度地提高充電效率，確保車輛能夠在短的時間內(nèi)獲得所需的電能，同時避免過度負(fù)載和資源浪費。這種智能化的控制系統(tǒng)為新能源汽車的普及和可持續(xù)發(fā)展提供了堅實的支持[1]。
1.2 通信與數(shù)據(jù)交換原理
控制系統(tǒng)通過通信網(wǎng)絡(luò)與充電樁和車輛進行實時數(shù)據(jù)交換。通常采用互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，以及標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議來實現(xiàn)充電樁與控制系統(tǒng)之間的高效通信。這種通信架構(gòu)支持遠(yuǎn)程監(jiān)控，實時數(shù)據(jù)采集和快速故障診斷。通過遠(yuǎn)程監(jiān)控，運營商能夠?qū)崟r監(jiān)測充電樁狀態(tài)、電池充電情況等信息，為運維提供及時反饋和決策支持。同時，數(shù)據(jù)采集還有助于分析充電行為和需求趨勢，為優(yōu)化充電服務(wù)提供寶貴數(shù)據(jù)支持。這種通信技術(shù)的應(yīng)用，提高了充電樁的管理效率和可靠性。
1.3 電能管理原理
電能管理在充電樁的運行中扮演著至關(guān)重要的角色，旨在確保充電過程的安全性和高效性。控制系統(tǒng)具備智能調(diào)節(jié)電流和電壓的能力，以滿足各種不同車型和電池類型的充電需求。通過實時監(jiān)測電池狀態(tài)和溫度，系統(tǒng)可以動態(tài)調(diào)整電能輸出，防止過載、電池過熱或其他潛在問題的發(fā)生。這種的電能管理不僅有助于延長電池壽命，還提高了充電效率，減少了能源浪費，推動了新能源汽車的普及和發(fā)展。因此，電能管理在充電樁控制系統(tǒng)中的作用不可忽視。
1.4 安全管理原理
安全管理原理在充電樁控制系統(tǒng)中具有極其重要的地位。系統(tǒng)不斷監(jiān)測電池和設(shè)備的狀態(tài)，以確保充電過程中不會出現(xiàn)電池泄漏、過壓、過流或其他異常情況，從而保障用戶和設(shè)備的安全。此外，為了杜絕潛在風(fēng)險，實施嚴(yán)格的用戶身份驗證和訪問控制，以防止未經(jīng)授權(quán)的人員或設(shè)備對充電樁進行操作。這種全面的安全管理原則不僅有助于防范潛在危險，還增強了用戶的信任感，促進了新能源汽車的廣泛應(yīng)用。因此，安全管理在充電樁控制系統(tǒng)設(shè)計中扮演著角色[2]。
1.5 用戶界面原理
用戶界面原理在充電樁控制系統(tǒng)中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。為了確保用戶操作的便捷性，系統(tǒng)通常配備了直觀的用戶界面，如觸摸屏、手機應(yīng)用或網(wǎng)頁。通過這些界面，用戶可以輕松選擇不同的充電模式，實時查看充電進度，以及便捷地進行付款等操作。這種用戶友好的設(shè)計不僅提升了充電服務(wù)的便捷性，還增強了用戶體驗，促進了新能源汽車的普及和使用。因此，用戶界面原理是為了滿足用戶需求和提高充電服務(wù)的可用性組成部分。
1.6 智能調(diào)度原理
智能調(diào)度原理在充電樁控制系統(tǒng)中扮演著重要角色，旨在優(yōu)化充電樁的使用率，從而降低充電站的擁堵和高峰期的充電需求。智能調(diào)度的實現(xiàn)需要考慮多種因素，包括電價、充電站的容量、用戶需求等。通過綜合考慮這些因素，系統(tǒng)可以自動調(diào)整充電樁的使用計劃，以大程度地提高充電資源的利用效率，同時降低電力成本。這不僅有助于平衡電網(wǎng)負(fù)荷，還改善了用戶充電體驗，促進了新能源汽車的可持續(xù)發(fā)展。因此，智能調(diào)度原理在充電樁控制系統(tǒng)中的應(yīng)用具有重要意義。
2 新能源汽車充電樁控制系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用
2.1 汽車充電樁線路控制
首先，汽車充電樁線路控制是充電樁系統(tǒng)中的核心要素之一。它直接涉及到電能傳輸?shù)陌踩院托省＞€路控制的首要任務(wù)是電能管理，確保充電過程中電流和電壓的穩(wěn)定和可控。這包括實時監(jiān)測電池的狀態(tài)，根據(jù)不同車型和電池類型的需求調(diào)整充電功率，以大程度地提高充電效率。其次，線路控制需要選用合適的線纜和連接器，以減小電阻和能量損失，從而確保電能的高效傳輸。后，線路控制系統(tǒng)還需要具備故障檢測功能，及時發(fā)現(xiàn)并報警任何可能影響充電安全的線路或連接問題。總之，汽車充電樁線路控制是為了提供高效、可靠和安全的充電體驗的關(guān)鍵要素。
2.2 汽車充電樁檢測控制
首先，汽車充電樁檢測控制是保障充電過程的安全性和有效性的重要環(huán)節(jié)。其首要任務(wù)是對電池狀態(tài)進行實時監(jiān)測和診斷。通過監(jiān)測電池的電壓、電流、溫度等參數(shù)，檢測控制系統(tǒng)可以判斷電池的健康狀況，確保充電過程中不會出現(xiàn)過充、過放等問題，從而延長電池壽命。其次，檢測控制系統(tǒng)需要實現(xiàn)對車輛和電池的身份識別，以確保只有授權(quán)車輛可以使用充電樁，提高充電站的安全性。后，該系統(tǒng)還應(yīng)具備故障診斷和報警功能，及時發(fā)現(xiàn)并通知維護人員處理任何可能的設(shè)備故障或異常情況，確保充電過程的穩(wěn)定性和可靠性。綜合而言，汽車充電樁檢測控制是為了提供安全、高效和可靠的充電服務(wù)而至關(guān)重要的組成部分。
2.3 汽車充電樁程序控制
首先，汽車充電樁的程序控制是確保充電過程順利進行的核心要素。該控制系統(tǒng)首要任務(wù)是管理充電流程的啟動和結(jié)束，以確保充電會在正確的時間開始，并在達(dá)到設(shè)定目標(biāo)后自動停止。這涉及到充電樁與車輛之間的通信和協(xié)調(diào)，確保電流和電壓的適當(dāng)調(diào)整，以滿足電池的充電需求。其次，程序控制系統(tǒng)需要支持多種充電接口和標(biāo)準(zhǔn)，以適應(yīng)不同類型的新能源汽車。后，該系統(tǒng)還應(yīng)具備遠(yuǎn)程監(jiān)控和追蹤功能，允許運營商遠(yuǎn)程管理充電樁的狀態(tài)，進行故障診斷和維護，以提高充電服務(wù)的可用性和便捷性。綜合而言，汽車充電樁的程序控制是為了實現(xiàn)充電的智能化、標(biāo)準(zhǔn)化和便捷化而的部分[3]。
2.4 汽車充電樁安全控制
充電樁的程序控制在新能源汽車充電系統(tǒng)中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。首先，它確保了充電過程的安全和可控。通過程序控制，充電樁可以實現(xiàn)對電流和電壓的準(zhǔn)確調(diào)節(jié)，以滿足不同電池類型和充電需求。充電過程的啟動和停止也可以控制，確保充電的順利進行，同時避免了過充或過放等危險情況。其次，程序控制系統(tǒng)需要支持多種充電接口和標(biāo)準(zhǔn)。隨著不同類型的新能源汽車興起，充電接口和充電標(biāo)準(zhǔn)也各異。因此，控制系統(tǒng)具備兼容性，能夠適應(yīng)各種充電需求，無論是快充、慢充還是超級充電站。后，遠(yuǎn)程監(jiān)控和追蹤功能是程序控制系統(tǒng)的重要組成部分。這些功能允許運營商遠(yuǎn)程監(jiān)控充電樁的狀態(tài)，包括是否正常運行、是否發(fā)生故障等。遠(yuǎn)程診斷和維護也可以通過程序控制實現(xiàn)，以提高充電服務(wù)的可用性和便捷性，減少了故障維修的停機時間。
3安科瑞充電樁收費運營云平臺
3.1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(wǎng)技術(shù)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(wù)、支付管理，交易結(jié)算，資要管理、電能管理，明細(xì)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(yù)警；充電樁支持以太網(wǎng)、4G或WIFI等方式接入互聯(lián)網(wǎng)，用戶通過微信、支付寶，云閃付掃碼充電。
3.2應(yīng)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(xué)校、園區(qū)等充電樁模式的充電基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計。
3.3.1系統(tǒng)分為四層：
1）即數(shù)據(jù)采集層、網(wǎng)絡(luò)傳輸層、數(shù)據(jù)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(biāo)準(zhǔn)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(wǎng)絡(luò)傳輸層：通過4G網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)上傳至搭建好的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。
4）數(shù)據(jù)層：包含應(yīng)用服務(wù)器和數(shù)據(jù)服務(wù)器，應(yīng)用服務(wù)器部署數(shù)據(jù)采集服務(wù)、WEB網(wǎng)站，數(shù)據(jù)服務(wù)器部署實時數(shù)據(jù)庫、歷史數(shù)據(jù)庫、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫。
5）應(yīng)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(shè)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(chǔ)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。
4安科瑞充電樁云平臺系統(tǒng)功能
4.1智能化大屏
智能化大屏展示站點分布情況，對設(shè)備狀態(tài)、設(shè)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(shè)備使用率，合理分配資源。
4.2實時監(jiān)控
實時監(jiān)視充電設(shè)施運行狀況，主要包括充電樁運行狀態(tài)、回路狀態(tài)、充電過程中的充電電量、充電電壓/電流，充電樁告警信息等。
4.3交易管理
平臺管理人員可管理充電用戶賬戶，對其進行賬戶進行充值、退款、凍結(jié)、注銷等操作，可查看小區(qū)用戶每日的充電交易詳細(xì)信息。
4.4故障管理
設(shè)備自動上報故障信息，平臺管理人員可通過平臺查看故障信息并進行派發(fā)處理，同時運維人員可通過運維APP收取故障推送，運維人員在運維工作完成后將結(jié)果上報。充電用戶也可通過充電小程序反饋現(xiàn)場問題。
4.5統(tǒng)計分析
通過系統(tǒng)平臺，從充電站點、充電設(shè)施、充電時間、充電方式等不同角度，查詢充電交易統(tǒng)計信息、能耗統(tǒng)計信息等。
4.6基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理
在系統(tǒng)平臺建立運營商戶，運營商可建立和管理其運營所需站點和充電設(shè)施，維護充電設(shè)施信息、價格策略、折扣、優(yōu)惠活動，同時可管理在線卡用戶充值、凍結(jié)和解綁。
4.7運維APP
面向運維人員使用，可以對站點和充電樁進行管理、能夠進行故障閉環(huán)處理、查詢流量卡使用情況、查詢充電\充值情況，進行遠(yuǎn)程參數(shù)設(shè)置，同時可接收故障推送。
4.8充電小程序
面向充電用戶使用，可查看附近空閑設(shè)備，主要包含掃碼充電、賬戶充值，充電卡綁定、交易查詢、故障申訴等功能。
5系統(tǒng)硬件配置
| 類型 | 型號 | 圖片 | 功能 |
| 安科瑞充電樁收費運營云平臺 | AcrelCloud-9000 |
| 安科瑞響應(yīng)國家節(jié)能環(huán)保、綠色出行的號召，為廣大用戶提供慢充和快充兩種充電方式壁掛式、落地式等多種類型的充電樁，包含智能7kW交流充電樁，30kW壁掛式直流充電樁，智能60kW/120kW直流一體式充電樁等來滿足新能源汽車行業(yè)快速、經(jīng)濟、智能運營管理的市場需求，提供電動汽車充電軟件解決方案，可以隨時隨地享受便捷安全的充電服務(wù)，微信掃一掃、微信公眾號、支付寶掃一掃、支付寶服務(wù)窗，充電方式多樣化，為車主用戶提供便捷、安全的充電服務(wù)。實現(xiàn)對動力電池快速、安全、合理的電量補給，能計時，計電度、計金額作為市民購電終端，同時為提高公共充電樁的效率和實用性。 |
| 互聯(lián)網(wǎng)版智能交流樁 | AEV-AC007D |
| 額定功率7kW，單相三線制，防護等級IP65，具備防雷保護、過載保護、短路保護、漏電保護、智能監(jiān)測、智能計量、遠(yuǎn)程升級，支持刷卡、掃碼、即插即用。通訊方：4G/wifi/藍(lán)牙支持刷卡，掃碼、免費充電可選配顯示屏 |
| 互聯(lián)網(wǎng)版智能直流樁 | AEV-DC030D |
| 額定功率30kW，三相五線制，防護等級IP54，具備防雷保護、過載保護、短路保護、漏電保護、智能監(jiān)測、智能計量、恒流恒壓、電池保護、遠(yuǎn)程升級，支持刷卡、掃碼、即插即用通訊方式：4G/以太網(wǎng) 支持刷卡，掃碼、免費充電 |
| 互聯(lián)網(wǎng)版智能直流樁 | AEV-DC060S |
| 額定功率60kW，三相五線制，防護等級IP54，具備防雷保護、過載保護、短路保護、漏電保護、智能監(jiān)測、智能計量、恒流恒壓、電池保護、遠(yuǎn)程升級，支持刷卡、掃碼、即插即用通訊方式：4G/以太網(wǎng) 支持刷卡，掃碼、免費充電 |
| 互聯(lián)網(wǎng)版智能直流樁 | AEV-DC120S |
| 額定功率120kW，三相五線制，防護等級IP54，具備防雷保護、過載保護、短路保護、漏電保護、智能監(jiān)測、智能計量、恒流恒壓、電池保護、遠(yuǎn)程升級，支持刷卡、掃碼、即插即用通訊方式：4G/以太網(wǎng) 支持刷卡，掃碼、免費充電 |
| 10路電瓶車智能充電樁 | ACX10A系列 |
| 10路承載電流25A，單路輸出電流3A，單回路功率1000W，總功率5500W。充滿自停、斷電記憶、短路保護、過載保護、空載保護、故障回路識別、遠(yuǎn)程升級、功率識別、獨立計量、告警上報。 ACX10A-TYHN：防護等級IP21，支持投幣、刷卡，掃碼、免費充電 ACX10A-TYN：防護等級IP21，支持投幣、刷卡，免費充電 ACX10A-YHW：防護等級IP65，支持刷卡，掃碼，免費充電 ACX10A-YHN：防護等級IP21，支持刷卡，掃碼，免費充電 ACX10A-YW：防護等級IP65，支持刷卡、免費充電 ACX10A-MW：防護等級IP65，僅支持免費充電 |
| 2路智能插座 | ACX2A系列 |
| 2路承載電流20A，單路輸出電流10A，單回路功率2200W，總功率4400W。充滿自停、斷電記憶、短路保護、過載保護、空載保護、故障回路識別、遠(yuǎn)程升級、功率識別，報警上報。 ACX2A-YHN：防護等級IP21，支持刷卡、掃碼充電 ACX2A-HN：防護等級IP21，支持掃碼充電 ACX2A-YN：防護等級IP21，支持刷卡充電 |
| 20路電瓶車智能充電樁 | ACX20A系列 |
| 20路承載電流50A，單路輸出電流3A，單回路功率1000W，總功率11kW。充滿自停、斷電記憶、短路保護、過載保護、空載保護、故障回路識別、遠(yuǎn)程升級、功率識別，報警上報。 ACX20A-YHN：防護等級IP21，支持刷卡，掃碼，免費充電 ACX20A-YN：防護等級IP21，支持刷卡，免費充電 |
| 落地式電瓶車智能充電樁 | ACX10B系列 |
| 10路承載電流25A，單路輸出電流3A，單回路功率1000W，總功率5500W。充滿自停、斷電記憶、短路保護、過載保護、空載保護、故障回路識別、遠(yuǎn)程升級、功率識別、獨立計量、告警上報。 ACX10B-YHW：戶外使用，落地式安裝，包含1臺主機及5根立柱，支持刷卡、掃碼充電,不帶廣告屏 ACX10B-YHW-LL：戶外使用，落地式安裝，包含1臺主機及5根立柱，支持刷卡、掃碼充電。液晶屏支持U盤本地投放圖片及視頻廣告 |
| 智能邊緣計算網(wǎng)關(guān) | ANet-2E4SM |
| 4路RS485串口，光耦隔離，2路以太網(wǎng)接口，支持ModbusRtu、ModbusTCP、DL/T645-1997、DL/T645-2007、CJT188-2004、OPCUA、ModbusTCP（主、從）、104（主、從）、建筑能耗、SNMP、MQTT；（主模塊）輸入電源：DC12V～36V。支持4G擴展模塊，485擴展模塊。 |
| 擴展模塊ANet-485 | M485模塊：4路光耦隔離RS485 | ||
| 擴展模塊ANet-M4G | M4G模塊：支持4G全網(wǎng)通 | ||
| 導(dǎo)軌式單相電表 | ADL200 |
| 單相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量，輸入電流：10（80）A； 電能精度：1級 支持Modbus和645協(xié)議 證書：MID/CE認(rèn)證 |
| 導(dǎo)軌式電能計量表 | ADL400 |
| 三相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量，分相總有功電能，總正反向有功電能統(tǒng)計，總正反向無功電能統(tǒng)計；紅外通訊；電流規(guī)格：經(jīng)互感器接入3×1（6）A，直接接入3×10（80）A，有功電能精度0.5S級，無功電能精度2級 證書：MID/CE認(rèn)證 |
| 無線計量儀表 | ADW300 |
| 三相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量，有功電能計量（正、反向）、四象限無功電能、總諧波含量、分次諧波含量（2～31次）；A、B、C、N四路測溫；1路剩余電流測量；支持RS485/LoRa/2G/4G/NB；LCD顯示；有功電能精度：0.5S級（改造項目） 證書：CPA/CE認(rèn)證 |
| 導(dǎo)軌式直流電表 | DJSF1352-RN |
| 直流電壓、電流、功率測量，正反向電能計量，復(fù)費率電能統(tǒng)計，SOE事件記錄:8位LCD顯示:紅外通訊:電壓輸入較大1000V，電流外接分流器接入(75mV)或霍爾元件接入(0-5V);電能精度1級，1路485通訊，1路直流電能計量AC/DC85-265V供電 證書：MID/CE認(rèn)證 |
| 面板直流電表 | PZ72L-DE |
| 直流電壓、電流、功率測量，正反向電能計量:紅外通訊:電壓輸入較大1000V，電流外接分流器接入·(75mV)或霍爾元件接入(0-20mA0-5V);電能精度1級 證書：CE認(rèn)證 |
| 電氣防火限流式保護器 | ASCP200-63D |
| 導(dǎo)軌式安裝，可實現(xiàn)短路限流滅弧保護、過載限流保護、內(nèi)部超溫限流保護、過欠壓保護、漏電監(jiān)測、線纜溫度監(jiān)測等功能;1路RS485通訊，1路NB或4G無線通訊(選配);額定電流為0~63A，額定電流菜單可設(shè)。 |
6結(jié)語
綜合以上論述，新能源汽車充電樁控制系統(tǒng)的設(shè)計是優(yōu)化和調(diào)節(jié)社會能源供應(yīng)體系的理論總結(jié)。在此基礎(chǔ)上，本文通過探討汽車充電樁的線路控制、檢測控制、程序控制以及安全控制等方面，分析了新能源汽車充電樁控制系統(tǒng)的實施方式。因此，本研究成果有望為推廣綠色發(fā)展理念提供新的思路和方法。
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