摘要：完善電動(dòng)汽車(chē)充電設施，常見(jiàn)的是充電樁。設計效率高、可靠的電動(dòng)汽車(chē)智能充電樁，對保證電動(dòng)汽車(chē)的安全運行有著(zhù)非常重要的意義。因此，詳細探討了電動(dòng)汽車(chē)智能充電樁的設計要求和相關(guān)技術(shù)。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車(chē)；智能充電樁；設計要求；技術(shù)

引言

汽車(chē)事業(yè)的發(fā)展體現了現代化社會(huì )發(fā)展的趨勢，隨著(zhù)汽車(chē)數量的快速增長(cháng)和石化材料的大量應用，我國能源事業(yè)和環(huán)境發(fā)展面臨著(zhù)嚴峻挑戰。新型電動(dòng)汽車(chē)的出現正好解決了這一問(wèn)題，在一定意義上實(shí)現了*。我國電動(dòng)汽車(chē)起步較晚，但是其發(fā)展速度較快。尤其在研發(fā)方面，一些小型電動(dòng)車(chē)已取得了較好的成果，發(fā)展前景較好。在電動(dòng)汽車(chē)的充電樁設計上，還要對其進(jìn)行更加深入的研究，提高電動(dòng)汽車(chē)智能充電樁的環(huán)境適應性，保證其供電穩定性。

一、電動(dòng)汽車(chē)智能充電樁的設計要求

我國土地遼闊，各個(gè)區域的自然環(huán)境也存在著(zhù)較大差異，并且電動(dòng)汽車(chē)智能充電樁經(jīng)常工作在電磁較高的環(huán)境下，這些也都對電動(dòng)汽車(chē)智能充電樁的設計提出了更高要求。要求電動(dòng)汽車(chē)智能充電樁不但要經(jīng)受較端天氣的考驗，還要具備較強的抗電磁力。

1、合天氣變化的考驗

隨著(zhù)全球氣候不斷的變暖，我國自然環(huán)境受到了較大的威脅，惡劣天氣事件出現的頻率越來(lái)越高。不但影響了工業(yè)行業(yè)的發(fā)展，而且對地區經(jīng)濟的發(fā)展造成了一定影響。對于電動(dòng)汽車(chē)智能充電樁來(lái)說(shuō)，外部結構的穩定性和封閉性對電動(dòng)汽車(chē)使用的安全性均具有非常重要的作用。例如，電動(dòng)汽車(chē)智能充電樁的封閉性不佳，會(huì )導致水珠、雨雪等進(jìn)入到充電樁內，造成電動(dòng)汽車(chē)智能充電樁內部電路出現短路、系統故障等。因此，設計電動(dòng)汽車(chē)智能充電樁時(shí)，要充分保證其外部結構的封閉性和穩定性。另外，為了使電動(dòng)汽車(chē)智能充電樁結構內部元器件產(chǎn)生的熱量及時(shí)散發(fā)出去，還要保證其內部空氣的流動(dòng)性。

2、具備抗電磁力

電動(dòng)汽車(chē)智能充電樁所處的電磁環(huán)境，是由外界一些電磁感應信號對自身充電樁信號接收和輸出情況造成干擾的環(huán)境。隨著(zhù)通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的不斷發(fā)展，電磁干擾的情況也越來(lái)越頻繁。對于一些電磁干擾較強的環(huán)境中，為了保證電動(dòng)汽車(chē)智能充電樁的正常運行，在設計上要考慮到電氣線(xiàn)路的布局，將外界電磁信號對自身的干擾降到較低，進(jìn)而將電磁干擾所造成的不良影響降到較低。

二、電動(dòng)汽車(chē)智能充電樁 APP 客戶(hù)端設計

近年來(lái)，隨著(zhù)智能手機的普及，APP 客戶(hù)端軟件在人們日常生活中得到了廣泛應用。在對電動(dòng)汽車(chē)智能充電樁 APP 客戶(hù)端的設計中，根據用戶(hù)手機操作系統的不同分別設計了 iOSV7.0.0 版本和 Android V2.3.3版本的 APP 客戶(hù)端軟件，均為 C/S 體系結構，具有強大的擴展能力和靈活性。

1、視圖層

視圖層是 APP 客戶(hù)端與用戶(hù)交互的界面，在了解用戶(hù)需求的情況下，可通過(guò)調用業(yè)務(wù)邏輯層的接口對用戶(hù)需求進(jìn)行邏輯處理，并將處理結果展現給客戶(hù)。包括地圖顯示、支付結算、車(chē)輛狀態(tài)顯示、電池電量狀態(tài)顯示、控制界面以及查詢(xún)界面等。

2、業(yè)務(wù)邏輯層

需要及時(shí)完成用戶(hù)在業(yè)務(wù)上的邏輯需求，包括對服務(wù)器數據的請求、對本地數據庫中的數據讀取等。

3、業(yè)務(wù)實(shí)體層

業(yè)務(wù)實(shí)體層包括各個(gè)不同的業(yè)物實(shí)體、對網(wǎng)絡(luò )服務(wù)器的數據請求、對本地數據庫中的數據解析、對網(wǎng)絡(luò )平臺服務(wù)器數據請求和數據解析以及對網(wǎng)絡(luò )平臺數據庫的維護等。APP 客戶(hù)端軟件在設計思維上，是根

據用戶(hù)選擇的功能對相應業(yè)務(wù)邏輯層對應的模塊進(jìn)行調用。而在此過(guò)程中，業(yè)務(wù)流程的組織工作全部由業(yè)務(wù)邏輯層完成，還調用了業(yè)務(wù)實(shí)體層模塊。通過(guò)網(wǎng)關(guān)服務(wù)器的接口，可完成與網(wǎng)關(guān)服務(wù)器之間的信息交換。

三、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)行預警；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：

四、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。

圖1短路故障前后電流與時(shí)間關(guān)系圖

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)，保護器告警或限流保護（可設）；

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

F）漏電流監測功能，線(xiàn)路漏電超過(guò)報警設定值時(shí)，保護器告警或限流保護（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。

五、結束語(yǔ)

電動(dòng)汽車(chē)智能充電樁的設計與技術(shù)應用是促進(jìn)國家電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展的重要因素。隨著(zhù)我國電動(dòng)汽車(chē)智能充電樁設備設施的不斷建設和完善，我國在電動(dòng)汽車(chē)智能充電樁方面的設計經(jīng)驗有了一定積累，水平也有了很大提升。但是，在對電動(dòng)汽車(chē)智能充電樁設計的發(fā)展和完善方面還有很長(cháng)的路程要走。因此，設計人員要進(jìn)一步加強對電動(dòng)汽車(chē)智能充電樁的研究和創(chuàng )新工作，提高電動(dòng)汽車(chē)智能充電樁的設計技術(shù)水平，促進(jìn)我國電動(dòng)汽車(chē)智能充電樁設計技術(shù)的快速發(fā)展。

參考文獻

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[2] 郝常秀.基于云平臺的電動(dòng)汽車(chē)智能充電系統設計與應用 [J]. 科技經(jīng)濟導刊

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

注：禁止非法改裝