淺析基于智能控制的電動汽車充電樁系統研究

更新時間：2021-08-10　點擊次數： 1526次

劉細鳳

安科瑞電氣股份有限公司上海嘉定201801

摘要：近幾年來，在全球可持續發展環境下，電動汽車以新型綠色成為汽車工業研究熱點。憑借操作方便，以及較高的實用性，智能充電樁作為電動汽車的配置基礎設施也隨之被大力推廣。智能充電樁技術的關鍵點之一是通過設計更有效、可靠的智能充電樁進而保障電動汽車有效的的使用過程。本文通過基于智能控制，分析了電動汽車智能充電樁的系統。

關鍵詞：電動汽車、智能、充電樁

引言

隨著不能再生能源，如石油的不斷使用，能源危機和環境要求迫使各國更加重視新能源的開發[1]。與傳統的燃油汽車相比，電動汽車不僅在便利性、續航性能和制造成本上有許多優點，而且不需要浪費額外的時間來進行燃油補充。電動是一種綠色新能源，其通過電能作為動力來源進行驅動，*擺脫對石油的依賴。再者，由于電機運行聲音遠低于傳統燃油汽車發動機的運行聲音，使得低噪音也成為研究電動汽車的一個重要原因。

目前，很多科研機構及國家在電動汽車的研發和市場投入上已經有所成就，但我國在電動汽車上的研究起步晚，發展慢。因而，智能電動汽車的研究必然是發展趨勢。

一、充電系統的功能要求

在智能充電汽車系統中，電能通過電網傳遞到智能電動汽車“中轉站"。電動汽車智能充電樁再此過程中發揮巨大作用。除基本的安穩性、便攜性和效率高要求外，智能充電樁還應具備以下幾種功能：指示功能；記錄功能；智能計費功能；監控功能；報警及故障保護功能。

二、充電系統的充電和智能充電樁的建設方式

1、充電系統的充電方式

電動汽車智能充電的方式主要有以下4種。

（1）交流充電：與交流電網相接，一般來說會用220V或者380V的交流電來實現電動汽車的充電過程。交流電源連接到汽車充電電動機，充電電池。交流充電安穩性較高，但因時間較長，故一般用于小型電動汽車或外接式的混合動力汽車。

（2）直流通電：直流通電一般通過地面來提供電源，并且直接為電動汽車充電。相對交流充電的方式，其減少了車載充電樁，從而降低了汽車自身的重量。其使用的充電樁的功率一般較大，會對電網產生巨大的影響。因此在布置時，需要進一步考慮電網的保護措施。

（3）更換電池組：簡單而言，就是在汽車上額外備用一個蓄電池，當一個蓄電池電力不足時用另外一個蓄電池進行更換。這是一種更快、更方便的方式，簡單地移除電動汽車的所有電池模組，并以已經充滿電的同類型電池取代。由于需要對電池模塊的充電、存儲、維護和更換，因此充電站有很高的建設標準。投資成本相對較大，智力程度較低。一般而言，不予采納。

（4）非接觸式充電：非接觸式充電分為電磁感應、磁共振和微波三種。非接觸式電動汽車的智能充電樁可以通過反復充電，為車輛提過持續運轉的能量。另一方面，非接觸式充電不需要電纜將汽車連接到供電系統，可以直接充。

2、充電樁的建設方式

從技術和使用層面上看，電動汽車智能充電樁的定位在幾個主要場景：居民區、公司和學校等特殊場景；安穩商場、連鎖超市、運動和停車場等公共場景；高速公路服務區等。

綜合來看，交流充電相對更換電池組和非接觸式成本較低，風險較小。而且，220V和380V的交流充電方式其電壓易于獲得，且對電網無大的負面影響。因此，220V和380V交流充電應該是我們需要研究的主流方式。

三、建設智能充電樁監控系統

智能充電樁的監控系統作為智能充電樁系統的核心之一，是智能充電樁電氣系統、供電監控系統和安穩監控系統的總稱[5]。重要性主要體現在以下2個方面。

1、保證充電安穩的需要

對于智能充電樁而言，如果充電過程不理想會加速甚至造成智能充電樁的永遠損壞，更有甚者還會引起爆炸。智能充電樁監控系統的充電監控功能不僅可以監控智能充電樁的實時狀態，還能作為保護措施從而高度保證充電過程的安穩。

2、提高智能充電樁運行和管理水平的需要

電動汽車智能充電樁是電動汽車能源基礎設施，其保障了電動汽車的正常運行。組成智能充電樁的子系統數目較多，百分之一百人工管理不合實際。因此，采用先進的智能化技術來完成智能充電樁的運行和管理，提高其水平是十分有必要的。

四、充電樁智能的設計

電動汽車智能充電樁的系統設計主要包括硬件、軟件和環境和電磁3個部分，除滿足標準外，還可以添加其他附加功能。

1、硬件設計

電動汽車系統十分復雜，其智能充電樁的硬件系統部分主要包括：主控板、讀卡器、通訊模塊、觸摸屏等。主控板是智能充電樁的核心主體。主控板進行充電過程全部控制。主控板通過通信信道渠道完成服務器的智能化[7]。為保證電動汽車智能充電樁的運行過程正常，相關部門也要對智能充電樁進行實時監控。

2、軟件設計

電動汽車智能充電樁的軟件設計部分，其具體可以拆分為：系統工作流程和功能模塊設計兩個部分。在電動汽車智能充電樁中，系統程度的工作流程是：當電動汽車因為電力匱乏急需充電，則可以刷IC卡或者通過其他智能支付方式進入充電狀態。充電過程通過電動汽車智能充電樁的主控制系統進行保障。如果充電系統發生故障，那么充電操作將被禁止，并且還將警告服務器。

功能模塊化設計目的是使智能充電樁運行效率高，并且有可觀的延展性。其主要包括主控模塊、人機交互模塊、讀卡器模塊、費用計量模塊、通信模塊等。主程序是在軟件系統開始時，通過系統配置的文件配置相關程序，并且加載完成各通信模塊。人機交互模塊主要完成用戶操作，并進行與用戶的信息交互。安穩模塊主要完成對用戶信息和智能充電樁數據傳遞過程的線路加密，保證用戶信息安穩，不被外界竊取。

3、環境和電磁設計

電動汽車智能充電樁一般布置在戶外，因此需要有能抵抗惡劣的自然環境的能力。另外，電動汽車智能充電樁應該擁有抗電磁干擾的性能，至少可以抵御正常電子通設備產生的弱電磁干擾。不能僅僅因為一個微弱的電磁信號就影響整個充電過程的實現。

五、安科瑞充電樁運營管理平臺

1、系統架構

安科瑞Acrelcloud-充電樁收費運營云平臺系統通過物聯網技術對接入系統的充電樁站點和各個充電樁進行不間斷地數據采集和監控，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、絕緣檢測故障等一系列故障進行預警；和用戶通過微信小程序掃描二維碼，進行支付后，系統發起充電請求，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模塊接入互聯網，配合加密技術和秘鑰分發技術，基于TCP/IP的數據交互協議，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，充電樁運行監測，充電樁異常交易監測。

交易結算：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，充電結算，導航等

微信小程序：掃碼充電，賬單支付等功能

數據服務：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，每個充電站配備一塊ARCM300T無線表，超負荷時系統自動對充電樁的進行調度管理，即當負荷超過百分之五十時，系統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、輸入賬戶名和權限密碼，進行登錄，防止未授權人員瀏覽有關信息。