刘细凤
安科瑞电气股份有限公司 上海嘉定 201801
摘 要 ：居民住宅区和公共场所共享云智能充电系统，以电瓶车安全充电为基础，基于 GPRS、Ethernet 构建互联网 + 物联网 + 人联网的模式，通过自主研发智能充电桩、主机、通讯设备、服务端和客户端应用系统，为降低电瓶车充电火灾隐患、实现安全充电的目标提供技术手段及相关服务。本设计可以使用太阳能板、压电膜等绿色能源作为补充，同时，充电桩自助设备终端还可以投放商业广告（平面或对媒体形式）提高商家的额外收益，做到社会效益和经济效益的双赢。
关键词 ：电瓶车 ；智能 ；充电桩 ；系统设计
我国综合国力日益增强，经济高速发展。电瓶车更是广泛地进入人们的视野。因此电瓶车智能充电装置的安全性面临着新的挑战。本文介绍了一种云智能电瓶车快速充电系统的设计过程。主要研究过程包括进行智能充电设计、进行硬件设计、进行外观设计。
1云智能电瓶车快速充电系统的可实施性及必要性
近年来电动自行车充电火灾事故频发，造成群死群伤，这一现象也揭露了整个充电行业令人担忧的现状。
从用户层面来看，全国使用电动自行车用户近 3 亿，并以每年超过 3000 万的增量增加，具有良好的发展前景。
从产品层面来看，充电的核心产品――充电器，质量堪忧。据新闻调查公布的数据，百分之九十市售充电器不合格，非常容易引发充电火灾。而电动自行车的劣质电池充斥市场，主要体现在缺乏统一。要想解决电瓶车充电装置的安全性及功能性问题，一定将理论和实践相结合，在了解基础功能以及各项优化的基础上，提高综合型电瓶车充电系统的可实施性，做到理想化的设计[1]。
从服务方面来看，规模化、安全的公共充电服务缺失。目前的充电服务，大多零散分布在各个小区和物业，一般都是通过物业提供插座，或者用户自带充电器方式完成充电。有的用户甚至将车辆推入室内，或将电池拆卸入室充电，安全隐患非常大。
近年来，电瓶车火灾事故频发，引起人员伤亡，消防、物业、消费者各方对电动车充电安全问题开始重视。2017 年 12
月 29 日，相关部门发布《关于规范电动车停放充电加强火灾防范的通告》，严禁在建筑内的共用走道、楼梯间、安全出口处等公共区域停放电动车或者为电动车充电；构成违反消防管理行为的， 机关单位将依法予以处罚；引起火灾，造成严重后果，构成犯罪的， 依法追究刑事责任 [2]。
2对充电系统的设计要求
为保证电瓶车快速充电系统可靠运作，对该系统的性能有以下几项要求 ：
1)对安全性的要求。在电瓶车进行充电时，操作者进行开启、断开操作时 ；充电系统发生故障时，要保证人员安全。同时也要保证充电时电瓶车的安全，避免过热起火和电路老化等等问题。
2)操作便捷。对电瓶车进行充电时，充电系统应操作简易， 充电过程应自动性强一些，不需要工作人员过多参与，过程不要过于复杂。
3)经济性。成本较小的充电系统可以减少电瓶车的运行成本， 从而提高整体效益，促进电瓶车的使用推广。
4)效率高。充电效率高是充电系统的重要指标，也关系着电瓶车的商业化推广。本系统可以同时多辆充电，同时安全快速充电。
5)技术难题。为电动自行车提供公共充电服务，首要难题是公共充电设施如何适配五花八门的电池，需要一个“万用充电器”[3]。近一年来，一些项目试图对电动自行车充电进行智能化改造，受困于技术瓶颈，只适用于支付环节的优化，我们完全可以将投币插座升级为扫码插座。电池、电源管理等关键领域无能为力，无法完成智能化，无法集成充电模块，无法消除劣质充电器带来的隐患，无法做到户外安全充电。电瓶车快速充电系统，突破了智能识别电池、自适应动态控制电源核心技术。在不
同类型、规格电动车电池安全充电的基础和前提上，能够识别出标准，类型、规格多样。由于现有的电瓶车充电装置安全性很低， 电池规格参数 ；在准确识别的基础上，自适应输出电压、电流，动态调整电源参数，识别电池充满，自动断电。Guarder 云智能充电网络，具备人工智能网络学习算法，新的充电曲线即时上传云端，同步给所有在线设备，不断提高电池识别和电源控制准确度。
6)充电原理。采用脉冲充电，有利于延长电瓶寿命。脉冲低压交流电经全波整流后是脉动直流，当其波峰电压大于电瓶电压时，可控硅才会导通，当脉动直流电压处于波谷区时，可控硅反偏截止，停止向电瓶充电。因而流过电瓶的是脉动直流电，快速充电，充满自停。刚开始充电时电瓶两端电压较低，充电电流较大。当电瓶即将充足时，充电电压越来越接近脉动直流输出电压的波峰值，充电电流也会越来越小，自动变为涓流充电。当电瓶两端电压被充到整流输出的波峰值时，充电过程停止。经试验，三节电动车蓄电池 36V 串联，用该充电器只需 2 个小时即可充满。电路简单、易于制作，几乎不用维护及维修 [4]。
3云智能电瓶车快速充电系统创新设计实践――以 Guarder
项目为例
3.1Guarder 云智能电池识别系统和硬件安全
我们设计了 Guarder 云智能电池识别系统，可根据电池的规格来预先调节充电桩的输出电压，有效解决充电器不适配问题， 同时需采用专业级户外用电防护设备来确保安全。充电柜装有温度感应器，达到消防要求的温度会自动断电，且选用防爆材料制作充电柜的柜体，构筑一道防线，把火控制在柜子里面， 不会伤及周边。充电桩和充电柜一定需要采用防雨、防水的材料，高强度结构设计，插头一定要通过 10000 次拨插测试无故障。
3.2Guarder 云智能充电新模式和软件安全
充电过程中的保护措施包括 ：专业级户外用电防护设备、接地保护、防雷保护、防尘防水保护、超载断电保护、欠载断电保护、线路短路保护、人身漏电保护、充电时间保护、充满自停电池寿命保护、联网监控实时保护 [5]。引入电池识别系统，市面上电池种类很多，智能充电桩可识别电池类型和各种技术参数， 做到实时监控充电电流、电压监控、异常断电、充满自停充电， 以保证充电安全。加入呼吸式心跳检测，杜绝过载、过流、过温、欠载、浪涌等风险。
3.3操作系统和智能系统
Guarder 云智能系统是为电动车配备的足以完成智能功能的操作系统，操作系统分硬件系统、云系统、软件系统、客户端系统等多个组成部分，通过各系统之间的相互协调，用户能够在远处智能的遥控自己的车辆[6]。智能系统分为设防、解防、静音、寻车、一键启动、GPS 功能，通过手机连接 APP，可以实现对电动车的实时操控，安全、控制、定位等功能都可以通过一颗小小的芯片完成。能兼容所有的含有蓝牙的手机，兼容安卓系统和苹果系统[7]。
3.4APP
用户可通过手机 APP 远程查看充电进度，远程控制充电开始、结束、异常通知。“自动定位一键导航”功能自动推荐离客户位置附近的充电站，并支持地图导航。还能将新的充电曲线即时上传云端，同步给所有在线设备。
在使用智能系统时，应注意以下事项：(1) 在车辆行驶过程中禁止操作本软件 ；(2) 手机电量偏低时，请及时将感应模式切换为遥控模式，避免影响正常使用 ；(3) 感应距离与手机发射信号、辆所处环境有关，可能造成与设置距离偏差 ；(4) 部分功能需要手机系统功能支持 ；具体操作需要下载手机 APP。
3.5Guarder 云智能快速充电系统儿童防护
儿童防护在本产品中无疑也是非常重要的，不仅要对儿童自身的安全考虑，同时也要保护充电设施不被儿童无意破坏。所以充电插口都配有独立安全门，预防儿童无意触电安全风险和儿童毁坏充电插口和放入异物，以免影响使用。
3.6Guarder 云智能自反馈系统
Guarder 云智能电瓶车快速充电系统出现故障或被破坏将会对管理系统发出信号，通知维修人员，在短时间内对 Guarder 云智能电瓶车快速充电系统进行维修。
3.7支付以及收费方式
充电站设备安装好后，管理人员可根据自己实际情况任意设置，设备设置有多重保护措施，系统性能安全可靠。根据电动车充电功率，自动判断收费标准 ；可同时采用按次计费和预付费模式。预付费模式，剩余金额自动返还 ；收费标准自由设置，充电时间 10-999 分钟可调 ；计费方式 ：按充电次数计费，按电子钱包计费，按包月计费。支持 APP 支付、扫码支付、充电 IC 卡支付等多种支付方式。支持微信、支付宝扫码充电。用户自行选择“按时间、电量收费”，或者按时、按量、包月充电套餐。
4安科瑞充电桩运营管理平台
安科瑞电动自行车充电桩通过GPRS模块与云端进行通信和数据交互。系统能够对电动自行车充电桩的日常状态、充电过程进行监控；实现充电支付对接：支持投币、刷卡、微信支付等多种支付方式，保证支付交易过程的完整性，对充电过程中的异常情况进行有效预警；实现对下游站级平台的清算、对账功能。平台可对接消防物联网平台、小程序等，提供相关异常数据，实现电动车充电安全管理的网络化、可视化。
① 安全预警
对平台连接的所有充电桩状态进行监视，充电桩发生异常情况时可通过APP、短信及时向运营人员发出报警信号，及时消除火灾隐患。
② 交易结算管理
平台为运营方提供充电价格策略管理，预收费管理，账单管理，营收和财务相关报表等，支持投币、刷卡和扫码充电。
③ 充电服务
可通过软件搜索附近充电桩，并查看充电桩状态，并导航至可用充电桩。可通过在线自助支付实现充电。
④ 运营分析
对订单进行数据化分析，通过柱状图、报表方式直观展示数据，并支持和第三方平台对接。
⑤ 微信小程序
可通过微信小程序扫码充电，充电账单支付。运营商和物业管理人员均可通过小程序管理，监测充电桩状态和充电交易情况。
5. 充电桩型号
(1)可同时充10辆电瓶车。
(2)尺寸空间大，投币箱容量大，内部空间充裕，具备充足的电气稳定性。
(3)实体按键设计，手感实在，使用寿命长。
(4)显示投币数、IC刷卡次数、IC卡余额，卡内余额语音播报。
(5)每次扣费和充电时间可调，可多次投币刷卡，充电时间自动累计。
(6)可根据客户需求开通免费充电功能、月卡功能和刷卡退费。
(7)可使用微信支付、支付宝支付、APP 支付。
(8)自动识别出现故障的线路，并伴有字母和语音提示。
(9)具有断电记忆功能，当出现断电，来电后可以继续使用剩余的时间充电。
(10)具有拔掉断电功能，当用户拔掉充电器，及时自动断电。
(11)具有充满自停功能，自动检测电瓶车充电状态，如充满则停止供电，计费时间清零。
(12)具有过载保护功能，能识别大功率电器，自动暂停供电，防止用户私接插线板给多台电瓶车充电。
(13)具有短路保护功能，当出现短路，保险丝熔断确保稳定。
(14)具有按功率给时间功能，根据检测到的功率，按照设定时间开启充电。
(15)可选配联网烟感，当出现火情，可发送短信给指定责任人。
(16)过温保护功能，当检测机箱温度过高，停止充电。
(17)夜间断电功能，可设定夜间整机断电黑屏，禁止夜间充电。
(18)远程抄表，485电表数据采集上报。
6总结
Guarder 云智能电瓶车快速充电系统是为电动自行车日常通勤用户提供户外公共充电的解决方案，安装在小区、园区和商业楼宇等用户生活、工作区域。充电柜是为外卖、快递等物流垂直领域提供的电池存储、充电解决方案，摆放在外卖快递集中商圈、商铺以及站点。
Guarder 云智能电瓶车快速充电系统，突破了智能识别电池、自适应动态控制电源核心技术。给不同类型、规格电动车电池安全充电的基础和前提，一定能够识别出电池规格参数，在准确识别的基础上，自适应输出电压、电流，动态调整电源参数，识别电池充满，自动断电。Guarder 云智能充电网络，具备人工智能网络学习算法，新的充电曲线即时上传云端，同步给所有在线设备，不断提高电池识别和电源控制准确度。另外，本方案还可以使用太阳能板、压电膜等绿色能源作为补充，同时，充电桩自助设备终端还可以投放商业广告（平面或对媒体形式）提高商家的额外收益，做到社会效益和经济效益的双赢。
参考文献
[1]李云南,刘文庆（通讯作者),杨月,云智能电瓶车快速充电系统设计
[2]安科瑞企业微电网设计与应用手册.2019.11版
作者简介：
刘细凤，女，本科 安科瑞电气股份有限公司，主要研究方向为智能电网供配电
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