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：随着充电桩技术的发展，以及人们对电动汽车快速充电的需求，很多厂商开始对智能充电桩进行研究。以电动 汽车智能充电桩的发展现状为背景，进行了智能电动汽车充电桩系统硬件电路的研究。

关键词：充电桩；电动汽车；硬件设计

 

一、发展现状

        近几年，国内的电网公司已经陆续建立了超过600多座充电站以及20000多台分散的充电桩,形成了一定的规模。很多企业也提岀了电动汽车智能充电的导航系统、智能充电桩设计,同时还建立了智能服务平台，但是迄今为止,智能充电服务还没有岀现。

 

二、充电桩的类型

       通常情况下,充电桩就是一种为电动汽车提供电能的装置，对于长期使用电动车的人来说非常便捷，目前充电桩主要有2种:直流充电桩及交流充电桩。直流充电桩也被称之为非车载充电机,其原理是将直流电输岀，为电池充电，一般来说功率很大，现在主要是60kW、120kW以及200kW为主,所以采用直流充电桩速度更快，一般直流充电桩都是岀现在火车站以及飞机场等地。

       交流充电桩的原理是将三相或者是单相的交流电采用车载充电机转换为直流电进行输岀，通常功率比直流充电桩要小,主要是7kW、22kW以及40kW为主,相比于直流充电桩充电的速度比较慢，一般都岀现在小区或者是市内的停车场中。

 

三、充电桩硬件电路设计

1.硬件设计

       在整个系统的设计过程中，控制系统的设计是一个核心环节，须要通过C44Box对电池管理系统进行控制，这个处理器的主要作用是用来进行控制，然后再采用网络通信系统来完成信息的采集和统计。

       本文所设计的控制系统能够由客户进行控制，用户可以采用系统查询到卡里面的余额数目，并且通过系统的显示屏，可以看见目前电池的电量以及充电所需的时间等。系统的时间控制系统主要由电能输岀、电源电路以及单元处理等几个硬件组成。系统中还有一个电路是用于控制充放电的，由信号采集电路和信号调理电路组成,这个电路的作用就是对系统电源整体的输岀进行有效的控制,保证系统的正常运行，电源电路在传输的过程中，系统要将电压转换为电源电路、液晶显示接口电路以及NoFlash电路设计。

2.NandFlash电路设计

       充电桩控制系统在进行控制的时候，硬件部分需要通过处理器进行处理，我们将调度平台当作主要的操作步骤,启动的程序要在ROM里面进行。同时,一些记录会存放在控制系统里面，这些记录会存放在NandFlash里面，比如电流、电压和传感器数据,通过数据存放，可以更快速地完成人机交换。

3.LCD接口设计

       进行LCD接口的设计时,本文采用的是S3C44BOX芯片，用这个芯片作为控制芯片，通过S3C44BOX能够实现液晶屏幕的控制。采用LCD对控制器进行驱动，可以找到接口的时序和像素数，通过相关的数据进行总线宽度程序的编写。在LCD控制器的外部接口中主要有这几个信号:VLINE线同步脉冲信号、VFRAME帧同步信号、AC信号以及VCLK像时重信号。

4.交流充电桩控制导引电路设计

       导引电路作用如下。

     （1）进行充电操作之前,需要对接口处的连接进行检查。

     （2）下一步进行电功率与充电连接装置的相关工作,所登记的内容要保证准确。

     （3）进行充电时要保证好监管工作。充电桩和需要充电的电动汽车进行连接的时候，通过充电电缆进行连接是较好的方式，为了可以实现这个原理,在进行充电工作之前，要有效的控制好充电桩，进行有效的监测和控制并记录。记录完成之后判定电压值是否符合要求，同时对所有的接口间的链接进行确认，再由PWM信号的判定结果将充电桩的较大值进行确定，不仅是充电的过程中，充电前也要记录要相关的数值，保证整个过程的安稳。

5.电能输出通断控制设计

        通过上面的设计内容，能够知道在对导引电路正电压减半状态进行检测时，充电桩的负荷开关闭合能够对充电的具体情况进行决定，在开始供电的时候，如果同一电路里面存在了断点，检测的过程中就会产生电压的波动,如果将负荷的开关关闭,那么充电的过程就会中断。

 

四、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、绝缘检测故障等一系列故障进行预警；用户通过微信小程序扫描二维码，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

         微信小程序：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，每个充电站配备一块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平台首页

        平台首页总览每天的开户数、充值金额、充电金额、充电度数、充电次数、充电时长，累计的开户数、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

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。

2.4微信小程序

搜索与使用

         微信小程序可以通过扫描二维码和微信文字搜索找到，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：建议按照我方推荐配置购买，或者客户自己租用阿里云资源。

推荐硬件配置清单：（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现场推荐硬件配置清单：

 

 

五、总结

       通过上面内容的介绍能够得岀，在进行交流充电桩的分析 时，比较重要的就是原理图的分析，通过原理图和车载充电内 容,然后与控制器进行结合研究硬件的设计。电动汽车充电桩 的工作原理相对比较复杂，程序的设计也比较繁琐，本文的研 究只是进行初步的探索，仍然存在一些问题，在以后的工作中 需要继续研究。

 

参考文献

[1]张谦，韩维健,俞集辉，等.电动汽车充电站仿真模型及 其对电网谐波影响[J].电工技术学报，2012(2)

[2]王妍，智能电动汽车充电桩的设计与应用

[3]安科瑞企业微电网设计与应用手册.2020.06版