劉細鳳

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定201801

摘要：新能源汽車的越性日益顯著，與之相配套的電動汽車充電樁迅猛發(fā)展。電動汽車交流充電樁利用標準的充電接口為車載式充電機提供電源，具有電能計量、計費、通信、控制等功能。直流充電樁則采用CAN通訊接口，直接接入蓄電池進行充電。目前充電樁系統(tǒng)采用的三種主流技術(shù)方案各有劣，用戶可以根據(jù)設計要求和成本，選擇相對應的設計方案。

關鍵詞：電動汽車；充電樁；技術(shù)方案

wu院辦公廳提出“我的新能源汽車產(chǎn)能在未來五年要突破90 萬輛，新能源汽車的保有量計劃占乘用車總量的百分之8左右”。新能源汽車的推廣示范點正逐漸擴大，參與節(jié)能減排的城市愈來愈多。在新能源汽車的推廣中，電動汽車充電樁的發(fā)展也迎來了春天。在電動汽車的產(chǎn)業(yè)王里，電動汽車充電樁起著重要的支撐作用，發(fā)展前景十分廣闊。

、電動汽車及其電池

通常來講，當前的電動汽車外觀上與普通汽車是致的， 區(qū)別主要在于動力源及其驅(qū)動系統(tǒng)。也就是說，電動汽車中的發(fā)動機變?yōu)殡妱訖C，沒有了油箱，將蓄電池安裝在里面。因此電動汽車就是靠電力來驅(qū)動的，這種汽車有很多的點，所用的蓄電池是采用流行的鋰電池。目前將電充入到電動汽車中的做法有很多，使用較多的有常規(guī)充電、更換電池以及快速充電。常規(guī)充電具有簡便易行，適應范圍廣的特點，但是充滿電消耗的時間較長。換電池的做法具有減少電費的勢， 但是需要盡量安置相當多的充電地點。使用快速充電的方法， 可以保證順利且時間短地將電充入電池，但是充電的時候電流過大，容易損壞電池。目前，各公司主要研究移動式充電、無線式充電，還處于研究階段。

二、充電樁

1、充電樁簡介

充電樁般采用充電接口，給電動汽車的車載充電機充電，固定在某個位置，在電動汽車充換電系統(tǒng)中充電樁是較重要的設施。充電樁可以通過投幣、IC 卡、移動端支付等方式進行計費。充電樁分直流充電樁和交流充電樁兩種。直流充電樁是種小功率直流供電裝置，可以直接給蓄電池充電并實時監(jiān)控蓄電池的充電狀態(tài)，對充電的電量計費。交流充電樁與交流電網(wǎng)連接，輸出是220V 的交流電。交流充電樁使用車載充電機對電動汽車蓄電池進行充電。

2、交流充電樁功能概述

交流充電樁采用交流三相四線380V 輸入，220V 交流輸出，具有可定時、充滿自斷電的充電模式；交流充電樁采用觸摸屏進行人機交互。在界面上可以設置充電的模式、電量、充電及剩余實間、計費信息等。交流充電樁具有IC 身份識別功能，能夠自識別充電連接的情況，確定是否充電。交流充電樁采用家電網(wǎng)的標識，安裝有漏電保護器，具有安穩(wěn)防護保護功能。

圖1 典型交流充電樁的充電原理框圖

交流充電樁的核心是CPU 控制器，采用主流的ARM9 處理器,主回路由輸入保護空氣開關、交流控制接觸器、交流智能電能表、充電接口連接器組成。輸出端與充電機相連接；車載充電機將輸出的交流電220V 整流、功率轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的直流電輸出給蓄電池。CPU 控制器控制顯示模塊，般采取觸屏式LCD 顯示，讀卡器讀IC 卡信息，打印機主要用于打印票據(jù)。二次回路中設有急停按鈕、充電樁智能控制器、計量表等。CPU 控制器控制的引導線接電池管理系統(tǒng)，主要目的是實時監(jiān)控充電的狀態(tài)。

3、直流充電樁功能概述

直流充電樁的相關的性能跟與交流情況基本致。然而只是電流不樣，個是直流，個是交流。

圖2 直流充電樁框圖

先，交流電源要在整流濾波的作用下，將交流電整流成直流電，然后輸入到IGBT 橋。此時的控制部分需要在驅(qū)動電路的基礎上讓IGBT 啟動，將直流變?yōu)樗枰拿}寬調(diào)制的交流。需要進行相關的隔離，再經(jīng)過整流濾波進步獲得直流充電方式。但是此時需要在相關控制電路的反饋下完成檢查功能，主要是針對實時的電壓以及電流。同時獲得相關的端電壓，就能夠保證相關的控制裝置能夠處理。通常情況下， 如果出現(xiàn)了很高的電壓，那么就會啟動放電電路，這樣就能夠保證電池不受損壞。相關的充電樁要包括輔助電路，這樣就能夠保證其他電路元件能夠正常工作。同時還需要相關的保護電路，這樣能夠保證系統(tǒng)在工作的時候穩(wěn)定。在控制裝置上需要有相關的數(shù)據(jù)信息，例如電量值、時間、用戶信息等等。

直流充電樁加入了電流調(diào)控模塊，可以按用戶選擇需要進行快速充電及慢速充電，般電流可達到DC150-400A，10 分鐘內(nèi)可將電池電量沖至百分之80，與交流充電樁相比大大縮短了充電時間。

三、三種充電樁主流技術(shù)方案的比較

1、電源部分+采集部分+單片機主控電路+人機交互部分

經(jīng)過調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，電動汽車智能充電樁電路主要包括電源部分、采集部分、主控電路部分、人機交互部分。

電源：電源涉及多種電路，例如電源變壓器、橋式整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路等等。這樣的電源裝置通常是為了滿足單片機以及系統(tǒng)進行其他任務時的電壓需要；

采集：通常包括電壓、電流以及溫度檢查裝置。

主控電路：在電壓檢測取樣電路的基礎上，獲得電池兩端的電壓值，然后將數(shù)值情況輸給單片機進行處理，進步?jīng)Q定使用什么樣的充電方式。通過使用PWM 脈寬調(diào)制中的占空比進步控制相關的電流大小，保證能夠進行相關的充電環(huán)節(jié)。

圖3 充電樁技術(shù)方案框圖1

人機交互：主要包括顯示裝置、報警以及按鍵裝置。主要功能是接收來自系統(tǒng)的電壓、溫度、電流大小、電池充滿百分比以及故障信息，并按要求給予實時顯示。當故障出現(xiàn)和充滿電時要發(fā)出聲光報警，該部分信息交換以中斷方式進行。

2、充電主電路+檢測電路+DSP 控制芯片+保護電路+顯示部分

圖4 充電樁技術(shù)方案框圖2

通常情況下，此電路有主電路和控制回路兩部分。充電主電路主要包括三相輸入整流濾波電路以及DC-DC 全橋功率變換電路，主要保證蓄電池進行充電的時候有電力支持。控制回路包括DSP 控制器、擴展RAM、保護電路、IGBT 溫度監(jiān)測電路以及放電回路等，主要是保證能夠智能操作充電環(huán)節(jié)。只有兩種電路互相配合才能夠保證充電過程順利進行。

1. 主充電電路單元+主控制電路單元+計費單元+人機交互單 元+刷卡單元

圖5 充電樁技術(shù)方案框圖3

使用 ARM9 處理器，主要是為了能夠智能化控制充電環(huán)節(jié)。通常情況下，包含五個串口，兩個從通用串行總線接口，有關材料規(guī)范，確保各個設備得到有效的外部檢查，使得二次設備安裝科學規(guī)范。設備外部包裝完整性、美觀度以及封印破損程度均是外部檢查內(nèi)容，從而避免電氣二次設備因設備外部存在破損或接頭痕跡過于明顯等情況，產(chǎn)生系統(tǒng)運行不穩(wěn)定以及漏電等安穩(wěn)問題。在進行二次設備檢查工作時，應確保二次回路檢測標號且位于明顯位置，以便在系統(tǒng)運行過程中做好檢修與日常養(yǎng)護工作。

4、 提升電廠電氣二次設備施工操作規(guī)范性

為了避免電廠電氣二次設備運行安裝設計過程中因協(xié)調(diào)不當出現(xiàn)運行質(zhì)量問題，應結(jié)合電廠運行實際情況，對設備施工操作進行有效規(guī)范，促使二次設備在得到有效維護的同時， 可在規(guī)范性高的操作措施下提升電廠電氣二次設備運行科學性，操作規(guī)范性具體可從以下幾個方面進行分析：是嚴格按照電廠電氣二次設備安裝運行操作規(guī)范進行施工操作，避免出現(xiàn)誤動操作以及二次設備拒動等現(xiàn)象，從而使電廠在收到電氣二次設備拒動、誤動等異常運行錯誤的損傷前先做好防范，使得設備運行更為正常；二是確保設備檢修手續(xù)齊全。在對電廠電氣二次設備進行檢修時，不僅要求檢修技術(shù)人員具有從業(yè)資格證書，還需要檢修人員具備安穩(wěn)措施準許資料，方可開展既定工作。此外，檢修人員對電廠電氣二次設備進行檢測與維修的同時，需要對真實情況進行詳盡記錄，如壓板、線路檢測情況以及操作規(guī)范執(zhí)行情況等具體內(nèi)容，并確保檢修人員操作規(guī)范落實情況均符合電廠電氣二次設備規(guī)范；三是確保施工人員具備高的思想覺悟與責任感。電廠電氣二次設備施工操作規(guī)范應事無巨細，在設備施工操作全過程落實工作效率，將安穩(wěn)操作、規(guī)范操作落到實處，而身為施工人員應虛心好學，秉持敬業(yè)奉獻的思想覺悟在不斷提升自身專業(yè)技能的同時，也與專業(yè)技術(shù)人員進行溝通與學習，使得電廠電氣二次設備維護更加效率高，使得設備施工操作規(guī)范性在高質(zhì)量的電廠人才基礎上得以貫徹落實，為提高電廠運行效率與安穩(wěn)穩(wěn)定性奠定堅實基礎。

• 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、充電機輸入輸出過壓、欠壓、絕緣檢測故障等系列故障進行預警；用戶通過vx小程序掃描二維碼，進行支付后，系統(tǒng)發(fā)起充電請求，控制二維碼對應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，預收費管理，賬單管理，營收和財務相關報表

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：充電設施搜索，充電設施查看，地圖尋址，在線自助支付充電，充電結(jié)算，導航等

vx小程序：掃碼充電，賬單支付等功能

數(shù)據(jù)服務：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)控充電站變壓器負荷，每個充電站配備塊ARCM300T無線表，超負荷時系統(tǒng)自動對充電樁的進行調(diào)度管理，即當負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，當變壓器負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，進行登錄，防止未授權(quán)人員瀏覽有關信息。

2.2平臺頁

平臺頁總覽每天的kaihu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kai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，以及相應的環(huán)比增長和同比增長以及樁、站分布地圖導航、本月充電統(tǒng)計。

2.3實時監(jiān)控

l 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日充電總次數(shù)、總電量、總時長，進行負荷限制、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)。

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

• 主功能頁

次進入主功能頁時需要授權(quán)定位才可以使用地圖相關功能，在地圖上查看到當前所在區(qū)域的充電站，查看充電站信息，可以進行掃碼充電操作，地圖導航等

• 充電

掃描充電槍上的二維碼，如果當前充電樁可用即可進入充電選擇頁面，可以查看到當前的充電站名稱、充電槍名稱，以及當前的賬戶余額，電價和預計可充電量等數(shù)據(jù)，還可以查看當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)束可以進進行評價。

• 個人信息

個人信息可以顯示當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、設置支付密碼等功能

3、硬件配置

3.1平臺服務器：建議按照我方配置購買，或者客戶自己租用阿里云資源。

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器，服務器配置根據(jù)充電槍點數(shù)的不同，分別如下：

3.2現(xiàn)場硬件配置清單：

五、總結(jié)

綜上所述，電廠電氣二次設備運行需要提升施工操作規(guī)范性、做好二次設備檢查工作，并在合理設計電氣二次設備的同時，做好設備的選擇、調(diào)試以及安裝工作，從而達到提高電廠運行質(zhì)量的目的。

參考文獻

[1]曹永遠，電廠電氣二次設備的安裝及質(zhì)量控制[J]，建筑工程技術(shù)與設計,2014(35):578-578

[2]趙慧娟，淺析電動汽車充電樁系統(tǒng)設計

[3]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊.2020.06版

作者簡介：劉細鳳，女，現(xiàn)任于安科瑞電氣股份有限公司，主要從事電瓶車充電樁的研發(fā)和應用