王蒙蒙

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定201801

摘要：電動(dòng)汽車(chē)用戶(hù)年齡段參差不齊,對于充電操作流程的閱讀和理解存在困難;支付平臺的不兼容也給用戶(hù)帶來(lái)了不便。針對存在的問(wèn)題,結合常規充電樁的特點(diǎn),兼顧無(wú)人駕駛車(chē)輛的充電問(wèn)題,設計并開(kāi)發(fā)了一套集成自動(dòng)充電和手動(dòng)充電于一體的新式充電設備,既能兼容現有的充電方式,又能針對無(wú)人駕駛車(chē)輛實(shí)現自動(dòng)充電口對接、充電、扣費等操作,提高了充電智能化。實(shí)驗結果表明,該系統運行穩定,能夠解決充電操作不統一和付費平臺不兼容等問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：充電樁;無(wú)人駕駛車(chē)輛;自動(dòng)對接;智能充電

引言

新能源電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)銷(xiāo)與充電樁/站建造數量與日俱增,但在迅猛發(fā)展的同時(shí)也存在問(wèn)題,比如:找充電樁難、付費方式不兼容、操作步驟不統一等。所以目前亟待研究出一種無(wú)人參與的新式充電設備,來(lái)解決市面上充電樁存在的問(wèn)題。

另一方面,車(chē)輛無(wú)人駕駛技術(shù)發(fā)展日趨成熟,包括美國、日本、德國、中國等在內的國家和地區都在進(jìn)一步加快無(wú)人駕駛領(lǐng)域的布局[1-2]。文獻[3]開(kāi)展了無(wú)人駕駛車(chē)輛智能水平評價(jià)研究。文獻[4,5]介紹了無(wú)人駕駛主要技術(shù)手段和發(fā)展現狀?？梢钥闯?span style=";padding: 0px;list-style-type: none;box-sizing: border-box">,無(wú)論是從解決實(shí)際問(wèn)題出發(fā)還是從技術(shù)儲備角度出發(fā),研究針對無(wú)人駕駛車(chē)輛的充電技術(shù)都是很有必要的。

目前也有國內外部分學(xué)者針對電動(dòng)汽車(chē)充電問(wèn)題進(jìn)行了相關(guān)研究。文獻[6]介紹了電動(dòng)汽車(chē)充電相關(guān)的儀表校驗技術(shù),文獻[7]開(kāi)展了無(wú)人值守的智能充電樁的研究。文獻[8,9]探討了制約充電設施發(fā)展的主要原因以及產(chǎn)業(yè)建設研究。文獻[10]設計了智能充電樁嵌入式控制系統。但是目前關(guān)于充電樁的研究都只針對普通電動(dòng)汽車(chē),尚不能滿(mǎn)足自動(dòng)駕駛的電動(dòng)車(chē)輛充電問(wèn)題。

本論文立足技術(shù)創(chuàng )新,提出一種新式充電樁,該充電樁集成手動(dòng)充電和自動(dòng)充電于一體,手動(dòng)充電兼容現有的電動(dòng)汽車(chē)充電方式,自動(dòng)充電方式則為無(wú)人車(chē)的充電問(wèn)題提供解決方案。

一、系統整體設計

充電服務(wù)系統包含了運營(yíng)管理平臺、云端、用戶(hù)APP、充電樁、電動(dòng)車(chē)輛,如圖1所示。

常規的電動(dòng)汽車(chē),車(chē)主駕駛車(chē)輛進(jìn)入充電區域后,可以自行插拔充電槍,并刷卡認證從而進(jìn)行充電;而無(wú)人駕駛車(chē)輛則先進(jìn)行車(chē)輛自動(dòng)識別,然后通過(guò)自動(dòng)對接技術(shù)來(lái)完成充電槍與充電口的識別與插接工作,從而進(jìn)行充電操作。

圖2無(wú)人充電樁硬件結構圖

二、安科瑞充電樁運營(yíng)管理平臺

1、系統架構

安科瑞Acrelcloud-充電樁收費運營(yíng)云平臺系統通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對接入系統的充電樁站點(diǎn)和各個(gè)充電樁進(jìn)行不間斷地數據采集和監控，同時(shí)對各類(lèi)故障如充電機過(guò)溫保護、充電機輸入輸出過(guò)壓、欠壓、絕緣檢測故障等一系列故障進(jìn)行；用戶(hù)通過(guò)微信小程序掃描二維碼，進(jìn)行支付后，系統發(fā)起充電請求，控制二維碼對應的充電樁完成電動(dòng)汽車(chē)的充電過(guò)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的數據交互協(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營(yíng)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(hù)檔案管理，充電樁運行監測，充電樁異常交易監測。

交易結算：充電價(jià)格策略管理，預收費管理，賬單管理，營(yíng)收和財務(wù)相關(guān)報表

用戶(hù)管理：用戶(hù)注冊，用戶(hù)登錄，用戶(hù)帳戶(hù)管理，消息管理

充電服務(wù)：充電設施搜索，充電設施查看，地圖尋址，在線(xiàn)自助支付充電，充電結算，導航等

微信小程序：掃碼充電，賬單支付等功能

數據服務(wù)：數據采集，短信提醒，數據存儲和解析

變壓器監控：監控充電站變壓器負荷，每個(gè)充電站配備一塊ARCM300T無(wú)線(xiàn)表，超負荷時(shí)系統自動(dòng)對充電樁的進(jìn)行調度管理，即當負荷超過(guò)百分之五十時(shí)，系統會(huì )限制新增開(kāi)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(guò)百分之八十時(shí)，系統將不允許新增充電樁開(kāi)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(kāi)云平臺鏈接、輸入賬戶(hù)名和權限密碼，進(jìn)行登錄，防止未人員瀏覽有關(guān)信息。

2.2平臺首頁(yè)

平臺首頁(yè)總覽每天的開(kāi)戶(hù)數、充值金額、充電金額、充電度數、充電次數、充電時(shí)長(cháng)，累計的開(kāi)戶(hù)數、充值金額、充電金額、充電度數、充電次數、充電時(shí)長(cháng)，以及相應的環(huán)比增長(cháng)和同比增長(cháng)以及樁、站分布地圖導航、本月充電統計。

2.3實(shí)時(shí)監控

l  充電站監控

充電站監控頁(yè)面監視用戶(hù)充電槍總數、正在充電的槍數、空閑槍數、插槍數量、故障槍數量等，匯總了用戶(hù)擁有各樁的當日充電總次數、總電量、總時(shí)長(cháng)，進(jìn)行負荷限制、故障查詢(xún)。

l  充電槍監控

充電樁監控頁(yè)面充電槍的基本信息、今日充電電量、今日充電次數、今日充電時(shí)長(cháng)和累計充電電量、累計充電次數、累計充電時(shí)長(cháng)等、充電電壓電流等參數。

2.4微信小程序

l  搜索與使用

微信小程序可以通過(guò)掃描二維碼和微信文字搜索找到，點(diǎn)擊后可以加入到小程序列表，如下圖所示

l  登錄界面

用戶(hù)通過(guò)搜索或者掃碼等途徑初次打開(kāi)小程序時(shí)，會(huì )進(jìn)入這個(gè)頁(yè)面，需要用戶(hù)登錄才可以進(jìn)入小程序主功能頁(yè)面，如圖所示：

l  主功能頁(yè)

初次進(jìn)入主功能頁(yè)時(shí)需要定位才可以使用地圖相關(guān)功能，在地圖上查看到當前所在區域的充電站，查看充電站信息，可以進(jìn)行掃碼充電操作，地圖導航等。

l  充電

掃描充電槍上的二維碼，如果當前充電樁可用即可進(jìn)入充電選擇頁(yè)面，可以查看到當前的充電站名稱(chēng)、充電槍名稱(chēng)，以及當前的賬戶(hù)余額，電價(jià)和預計可充電量等數據，還可以查看當前賬戶(hù)的歷史充電記錄。充電方式分為按時(shí)間充電、按金額充電、按電量充電這三種方式。充電結束可以進(jìn)進(jìn)行評價(jià)。

l  個(gè)人信息

個(gè)人信息可以顯示當前登錄賬號的昵稱(chēng)和余額，同時(shí)包括、充值、充值記錄查詢(xún)、賬單查詢(xún)、充電記錄查詢(xún)、設置支付密碼等功能

3、硬件配置

3.1平臺服務(wù)器：建議按照我方推薦配置購買(mǎi)，或者客戶(hù)自己租用阿里云資源。

推薦硬件配置清單：（如申請阿里云可忽略）

若客戶(hù)自己租用阿里云服務(wù)器，服務(wù)器配置根據充電槍點(diǎn)數的不同，分別如下：

3.2現場(chǎng)推薦硬件配置清單：

三、安科瑞限流式保護器的介紹與選型

1、限流式保護器的設計

電氣防火限流式保護器可有效克服傳統斷路器、空氣開(kāi)關(guān)和監控設備存在的短路電流大、切斷短路電流時(shí)間長(cháng)、短路時(shí)產(chǎn)生的電弧火花大，以及使用壽命短等當弊端，發(fā)生短路故障時(shí)，能以微秒級速度快速限制短路電流以實(shí)現滅弧保護，從而能顯著(zhù)減少電氣火災事故，保障使用場(chǎng)所人員和財產(chǎn)的安全。

安科瑞ASCP200-1電氣防火限流式保護器的主要元件是固態(tài)開(kāi)關(guān)，不同于傳統家用的空氣開(kāi)關(guān)（微斷）。我們知道，傳統空氣開(kāi)關(guān)的斷開(kāi)是一種機械運動(dòng)過(guò)程，分斷時(shí)間需要幾十毫秒(一般30～50ms)，帶負載斷開(kāi)時(shí)通常伴隨有電弧的產(chǎn)生。而固態(tài)開(kāi)關(guān)的斷開(kāi)則是依靠半導體內部的載流子運動(dòng)實(shí)現，分斷時(shí)間微秒級，速度快，無(wú)電弧產(chǎn)生。

如圖1所示，當發(fā)生短路故障時(shí)，傳統空氣開(kāi)關(guān)在電流升至C點(diǎn)時(shí)才能動(dòng)作，且無(wú)法瞬時(shí)切斷電流，而固態(tài)開(kāi)關(guān)則可以在電流升至B點(diǎn)時(shí)即瞬間切斷短路電流。

從流過(guò)電阻的電流熱量公式Q=I2Rt，可以很容易看出，傳統空氣開(kāi)關(guān)與固態(tài)開(kāi)關(guān)在短路時(shí)所釋放的能量差別可以達到數千倍之多。因此當裝配限流式保護器的回路發(fā)生短路故障時(shí)，就可以避免電弧的產(chǎn)生，從而有效降低了電氣火災。

2、ASCP200-1功能特點(diǎn)

ASCP200-1型電氣防火限流式保護器是單相限流式保護器，較大額定電流為63A。主要功能如下：

A）短路保護功能，線(xiàn)路發(fā)生短路故障時(shí)，能在150微秒內實(shí)現快速限流保護；

B）過(guò)載保護功能，線(xiàn)路持續過(guò)載時(shí)，保護器限流保護；

C）表內超溫保護功能，保護器內部器件工作溫度過(guò)高時(shí)，保護器限流保護；

D）過(guò)/欠壓保護功能，線(xiàn)路欠壓或過(guò)壓時(shí)，保護器或限流保護（可設）；

E）電纜溫度監測功能，被測線(xiàn)纜溫度超過(guò)設定值時(shí)，保護器或限流保護（可設）；

F）漏電流監測功能，線(xiàn)路漏電超過(guò)設定值時(shí)，保護器或限流保護（可設）；

G）通訊功能，保護器配置1路RS485接口，1路2G無(wú)線(xiàn)通訊，可以將數據發(fā)送到安科瑞Acrel-6000安全云平臺，或第三方監控軟件或平臺，從而實(shí)現遠程監控。

3、ASCP200-1技術(shù)參數

4、應用方案圖示

ASCP200-1型電氣防火限流式保護器建議安裝在入戶(hù)開(kāi)關(guān)下端，額定電流值根據入戶(hù)開(kāi)關(guān)的具體規格進(jìn)行設置，典型應用示意圖如圖2所示：

圖2ASCP200-1家用防火解決方案安裝示意圖

5、使用注意事項

在選用限流式保護器時(shí)，限流式保護器的設定的額定電流應該與其前上級的斷路器的額定電流保持一致。例如，當限流式保護器輸入端斷路器的額定電流為32A時(shí)，應將限流式保護器的額定電流設置為32A。為保障限流式保護器的正常使用，嚴禁將其使用于與其前端斷路器的額定電流不匹配的配電線(xiàn)路中。

ASCP200系列采用限流式保護器采用壁掛式安裝，可以?huà)靿Π惭b，也可以安裝在箱體內，應確保安裝場(chǎng)所無(wú)滴水、腐蝕性化學(xué)氣體和沉淀物質(zhì)，并注意環(huán)境溫度和通風(fēng)散熱。

為確?？煽窟B接，接線(xiàn)時(shí)應按接線(xiàn)圖進(jìn)行，同時(shí)為了防止接頭處接觸電阻過(guò)大而導致局部過(guò)熱，也避免因接觸不良而導致保護器工作不正常，線(xiàn)頭應采用合適大小的U形冷壓頭壓接后，再插入保護器相應端子上并將螺釘擰緊壓實(shí)。

保護器內部帶有交流電，嚴禁非專(zhuān)業(yè)人士擅自打開(kāi)產(chǎn)品外殼。保護器在使用期間，若被保護線(xiàn)路發(fā)生短路或過(guò)載故障而被限流保護時(shí)，保護器仍處于帶電狀態(tài)，不允許隨意碰觸用電線(xiàn)路的金屬部分。待檢查線(xiàn)路，并排除故障后，長(cháng)按保護器的復位按鍵約2秒鐘，使保護器恢復正常運行時(shí)。

當保護器因超溫而發(fā)生限流保護時(shí)，則可能是因為負載電流過(guò)大，環(huán)境溫度過(guò)高或通風(fēng)散熱不良等原因導致，可通過(guò)加強通風(fēng)等措施，等保護器溫度降下來(lái)后，再長(cháng)按復位鍵，使保護器復位，恢復正常運行。

四、結束語(yǔ)

通過(guò)分析市面上的充電樁在服務(wù)過(guò)程中存在的不足,并結合無(wú)人駕駛技術(shù)的發(fā)展背景,本課題設計了一款集成手動(dòng)充電方式和自動(dòng)充電方式的新式充電樁。該新式充電設備既兼容現有的電動(dòng)車(chē)輛,同時(shí)又可以為無(wú)人駕駛車(chē)輛直接提供充電服務(wù),在一定程度上降低了充電樁更新?lián)Q代的成本,為充電基礎設施的發(fā)展提供了新思路。

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作者簡(jiǎn)介：王蒙蒙，女，現任于安科瑞電氣股份有限公司，主要從事電瓶車(chē)充電樁的研發(fā)和應用

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