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淺析智能電動汽車充電樁的設(shè)計與應(yīng)用

更新時間:2021-01-25 點擊次數(shù): 1392次

劉細(xì)鳳

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定201801

 

摘要:通過對新能源通用充電樁的介紹,詳細(xì)分析了充電樁開發(fā)技術(shù)的三個階段,并通過技術(shù)路線解釋了技術(shù)原理,充分論證了本研究的可行性。

關(guān)鍵詞:新能源 ;智能化 ;光伏

 

、引言

隨著蓄電池性能的不斷提升,電動車輛得到了廣泛的應(yīng)用, 在今后段時間里,車輛發(fā)展的主流將會以電動車輛的保有量逐年增加,并部分取代內(nèi)燃機(jī)車的趨勢。同時,由于電動車的技術(shù)越來越成熟,電動汽車的管理與服務(wù)也更加規(guī)范 ;電動汽車的標(biāo)準(zhǔn)也將以系列化、標(biāo)準(zhǔn)化的現(xiàn)代化模式出現(xiàn),電動車將會開啟個車輛時代的變革。

“十三五”期間要實現(xiàn)全新能源汽車?yán)塾嫯a(chǎn)銷量達(dá)到500 萬輛,到2020 年,新能源汽車實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。新能源汽車的發(fā)展, 需要新能源汽車充電樁的建設(shè)配合。隨著社會對新能源汽車的需求日益增加以及家政策的推動,新能源汽車的快速發(fā)展將生產(chǎn)值達(dá)到1200 億的汽車充電樁市場。

目前內(nèi)在充電樁行業(yè)中,絕大部分的充電樁產(chǎn)品均依靠家電網(wǎng)供電網(wǎng)絡(luò)作為充電電能來源,均屬于單電能來源類型。目前還沒有專門為市電供電、光伏發(fā)電以及蓄電池供電三種供應(yīng)源同時為汽車充電產(chǎn)品,也缺少不同電源之間自動切換的新型光伏充電樁。因此,本項目將在以解決上述問題基礎(chǔ)上,開發(fā)出通用充電樁,并能夠緊隨光伏能源行業(yè)的發(fā)展步伐,使其得到更廣圍的應(yīng)用

二、研究內(nèi)容

代充電樁分為直流充電樁與交流充電樁兩種類型, 以市電作為輸入電源。直流充電樁需要將交流電進(jìn)行整流成直流電源,用直流電源直接給電動汽車進(jìn)行充電。交流充電樁是直接將交流電源提供給電動汽車內(nèi)部充電系統(tǒng)進(jìn)行充電,項目選用交流充電樁投入使用,提高通用性。交流充電樁直接從市電電網(wǎng)中汲取電能作為汽車充電電量來源。交流充電樁輸入電壓為220V 交流電,輸出電壓為220V 交流電。交流充電樁作為汽車充電接口, 將市電交流電通過汽車自帶的交流充電端口提供給電動汽車,作為汽車充電所需要的交流電。

二代充電樁采用直流充電樁的形式,以光伏發(fā)電作為能量供應(yīng)來源,并配備儲能系統(tǒng)。白天陽光充足的情況下,光伏板將太陽能轉(zhuǎn)換為直流電源,通過直流充電樁,以 DC-DC 的形式對電氣汽車進(jìn)行充電,富余電量儲存在儲能系統(tǒng)中。在晚上或者光線不足的情況下,直流充電樁對光伏發(fā)電量和儲能系統(tǒng)中蓄電池的電量進(jìn)行管理和調(diào)用,為汽車充電。二代充電樁將太陽能發(fā)電作為僅有的電量來源,在充電樁中加入了 MPPT 技術(shù),提高光伏發(fā)電效率,同時具備了傳統(tǒng)充電樁充電管理、蓄電池管理、售電管理等功能。以直流充電的形式,和光伏發(fā)電的直流電這種電能性質(zhì)相吻合,大大提供了發(fā)電和能量轉(zhuǎn)移的效率。

三代充電樁在二代充電樁的基礎(chǔ)上,實現(xiàn)充電電源來源為市電交流電源與光伏發(fā)電電源,并配置蓄電池儲能系統(tǒng)作為備選功能。

三、實施方案

電動汽車體化充電機(jī)由380V 交流供電,正常情況下體化充電機(jī)處于關(guān)機(jī)狀態(tài),當(dāng)正確連接電纜后,啟動充電過程 ;當(dāng)進(jìn)入充電過程后,觸摸屏?xí)崾締映潆?,只有有效?IC 卡方可啟動充電。

充電樁是電動力車的電站,其功能類似于加油站里面的加油機(jī)。每個充電樁都裝有充電插頭,充電樁可以根據(jù)不同的電壓等級,為各種型號的電動車充電。電動汽車充電樁采用的是交、直流供電方式,需要特制的充電卡刷卡使用,充電樁顯示屏能顯示充電量、費用、充電時間等數(shù)據(jù)。

交流充電樁采用人機(jī)交互界面采用大屏幕 LCD 彩色觸摸屏, 充電可選擇定電量、定時間、定金額、自動(充滿為止)四種模式。充電樁的交流工作電壓220V 或者380V,普通純電動轎車用充電樁充滿電需要4-5 個小時,由于充電樁造價低廉、主要安裝在停車場,充電樁適用于慢充動力電池。電動車的快速充電主要由充電站中的充電機(jī)來實現(xiàn)。

  • 技術(shù)路線

GBT 20234.1-2015 電動汽車交流充電樁是開發(fā)的效率高、高可靠性的充電設(shè)備。它界面美觀大方,控制方式安穩(wěn)便捷,為電動汽車提供安穩(wěn)可靠的交流電源。

本產(chǎn)品采用模塊化設(shè)計,主控模塊采用 ARM 芯片全數(shù)字控制,智能化程度高,數(shù)據(jù)處理速度高,響應(yīng)迅速,提高在大功率應(yīng)用中的穩(wěn)定性和安穩(wěn)性。界面人性化、觸摸屏操作方便快捷, 擁有多重保護(hù)功能、自動化的充電控制 ;產(chǎn)品提供以太網(wǎng)、3G 等多種通信接口與監(jiān)控平臺或運(yùn)營管理平臺實時通信,并接受監(jiān)控平臺的指令操作,實時檢測充電過程,確保充電過程中人身和車輛的安穩(wěn)。

五、安科瑞充電樁運(yùn)營管理平臺

1、系統(tǒng)架構(gòu)

 

安科瑞Acrelcloud-充電樁收費運(yùn)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(jìn)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(jī)過溫保護(hù)、充電機(jī)輸入輸出過壓、欠壓、絕緣檢測故障等系列故障進(jìn)行預(yù)警;用戶通過VX小程序掃描二維碼,進(jìn)行支付后,系統(tǒng)發(fā)起充電請求,控制二維碼對應(yīng)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(jìn)行直連。云平臺包含了充電收費和充電樁運(yùn)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(yùn)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(yù)收費管理,賬單管理,營收和財務(wù)相關(guān)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(wù):充電設(shè)施搜索,充電設(shè)施查看,地圖尋址,在線自助支付充電,充電結(jié)算,導(dǎo)航等

VX小程序:掃碼充電,賬單支付等功能

數(shù)據(jù)服務(wù):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(fù)荷,每個充電站配備塊ARCM300T無線表,超負(fù)荷時系統(tǒng)自動對充電樁的進(jìn)行調(diào)度管理,即當(dāng)負(fù)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(dāng)變壓器負(fù)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(fù)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(jìn)行登錄,防止未授權(quán)人員瀏覽有關(guān)信息。

 

2.2平臺頁

平臺頁總覽每天的開HU數(shù)、充值金額、充電金額、充電度數(shù)、充電次數(shù)、充電時長,累計的開hu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(yīng)的環(huán)比增長和同比增長以及樁、站分布地圖導(dǎo)航、本月充電統(tǒng)計。

 

2.3實時監(jiān)控

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(dāng)日充電總次數(shù)、總電量、總時長,進(jìn)行負(fù)荷限制、故障查詢。

 

  • 充電監(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

VX小程序可以通過掃描二維碼和VX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初次打開小程序時,會進(jìn)入這個頁面,需要用戶授權(quán)登錄才可以進(jìn)入小程序主功能頁面,如圖所示

       

  • 主功能頁

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

    

  • 充電

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

   

  • 個人信息

個人信息可以顯示當(dāng)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(shè)置支付密碼等功能

      

3、硬件配置

3.1平臺服務(wù)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)

序號

名稱

型號、規(guī)格

單位

數(shù)量

備注

1

數(shù)據(jù)服務(wù)器

Dell R730 CPU:E5-2620 內(nèi)存:32G  硬盤容量:4*1.2T(SAS 1萬轉(zhuǎn) 2.5英寸小盤) RAID5

1

甲供,供參考

2

WEB服務(wù)器

Dell R730 CPU:E5-2603 內(nèi)存:16G 硬盤容量:3*300G(SAS 1萬轉(zhuǎn) 2.5英寸小盤) RAID5

1

甲供,供參考

3

操作系統(tǒng)

Windows Server 2012 R2

2

甲供,供參考

4

數(shù)據(jù)庫

MySQL

1

甲供,供參考

5

網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)

華為(HUAWEI)S1728GWR-4P-AC,24口千兆交換機(jī)

1

甲供,供參考

 

序號

點數(shù)

數(shù)量

名稱

CPU資源

硬盤

帶寬

操作系統(tǒng)版本

1

<1000點

1臺

 

4核16G

數(shù)據(jù)盤150G SSD

5M

Windows Server 2012數(shù)據(jù)平臺版64位

2

<5000點

2臺

應(yīng)用服務(wù)器

4核16G

數(shù)據(jù)盤150G SSD

6M

Windows Server 2012數(shù)據(jù)平臺版64位

數(shù)據(jù)服務(wù)器

4核16G

數(shù)據(jù)盤200G SSD

1M

Windows Server 2012數(shù)據(jù)平臺版64位

3

<10000點

2臺

應(yīng)用服務(wù)器

8核32G

數(shù)據(jù)盤50G SSD

10M

Windows Server 2012數(shù)據(jù)平臺版64位

數(shù)據(jù)服務(wù)器

4核16G

數(shù)據(jù)盤400G SSD

1M

Windows Server 2012數(shù)據(jù)平臺版64位

 

若客戶自己租用阿里云服務(wù)器,服務(wù)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:

序號

名稱

型號、規(guī)格

單位

數(shù)量

備注

1

7kW交流充電樁

AEV-AC007DB(L)1

 

安科瑞

2

40kW交流充電樁

AEV-AC040DB(L)A

 

安科瑞

3

60kW直流體充電樁

AEV-DC060SLA

 

安科瑞

4

120kW直流體充電樁

AEV-DC120SLA

 

安科瑞

5

180kW直流分體式充電樁

AEV-DC180FA

 

安科瑞

6

360kW直流分體式充電樁

AEV-DC360FA

 

安科瑞

7

分體式充電終端

AEV-DCFZ

 

安科瑞

8

無線表

ARCM300T

1

安科瑞(如需變壓器監(jiān)控)

 

六、結(jié)束語

為了響應(yīng)家政策,實現(xiàn)便利生活、環(huán)保出行以及節(jié)能減排目的,在市區(qū)間設(shè)置充電樁,開發(fā)城市卡通用的共享充電樁, 是綠色出行的必然趨勢。未來,當(dāng)綠色環(huán)保自助充電樁取代現(xiàn)有加油站、加氣站時,不但節(jié)約了人力成本,也大大減輕了資源壓力。

目前內(nèi)在充電樁行業(yè)中,絕大部分的充電樁產(chǎn)品均依靠家電網(wǎng)供電網(wǎng)絡(luò)作為充電電能來源,均屬于單電能來源類型。目前還沒有專門為市電供電、光伏發(fā)電以及蓄電池供電三種供應(yīng)源同時為汽車充電產(chǎn)品,也缺少不同電源之間自動切換的新型光伏充電樁。因此,本研究將在解決上述問題基礎(chǔ)上,開發(fā)研究通用充電樁,并能夠緊隨光伏能源行業(yè)的發(fā)展步伐,使其得到更廣圍的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1]分布式能源平臺 . 充電樁及充電站系統(tǒng)研發(fā)建議書 [M],2016.3.

[2]袁 園,新能源電動汽車通用充電樁的開發(fā)與研究

[3]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應(yīng)用手冊.2020.06版

作者簡介:劉細(xì)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(yīng)用

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