安(ān)科瑞 陳聰

摘要(yào)：隨(suí)著(zhuó)社(shè)會經(jīng)濟(jì)的不斷發展和(hé)人們(mén)生活(huó)水(shuǐ)平的提高，人們(mén)對環(huán)保(bǎo)，節(jié)能等問題(tí)越來越關注(zhù)。新(xīn)能源(yuán)汽(qì)車(chē)作為一種(zhǒng)新興(xīng)產業(yè)，具有*排(pái)放，低噪聲(shēng)，高(gāo)效(xiào)率(shuài)以及便捷(jié)性等優點(diǎn)，但(dàn)在(zài)其(qí)推廣過(guò)程(chéng)中麵臨一些困難，其(qí)中之一就(jiù)是(shì)配套設施建設滯後帶來的不(bù)便。提出(chū)一種基於直流變(biàn)換器的電動汽(qì)車充電係統設計(jì)方案(àn)，旨(zhǐ)在解決(jué)現(xiàn)有充(chōng)電(diàn)設備(bèi)存在的諸多不(bù)足。

關鍵(jiàn)詞：電(diàn)動汽(qì)車
；充電(diàn)樁(zhuāng)
；電路

0引(yǐn)言(yán)

傳統的(dí)交流充(chōng)電方式存在體(tǐ)積大(dà)，效(xiào)率低，安全隱(yǐn)患多等缺陷，因(yīn)此開發一套先(xiān)進(jìn)，可(kě)靠且適(shì)用範圍廣的充電係統成為(wéi)當(dāng)務之(zhī)急。文章(zhāng)旨在(zài)深(shēn)入探究(jiū)新能(néng)源汽車行(háng)業的發展趨勢，力求探索(suǒ)出(chū)行之有效(xiào)的解(jiě)決(jué)方(fāng)案(àn)，推動我國(guó)新(xīn)能源汽(qì)車(chē)行(háng)業(yè)快速健康發展。

1電(diàn)動汽(qì)車充(chōng)電(diàn)樁(zhuāng)的總(zǒng)體方案(àn)設(shè)計(jì)

1.1充電(diàn)樁的基(jī)本原理

充電樁(zhuāng)的輸入端與(yǔ)交(jiāo)流電網直(zhí)接連(lián)接，輸出端裝有充電插(chā)頭(tóu)為電動汽車充電(diàn)。人(rén)們(mén)可(kě)以使用(yòng)特(tè)定的(dí)充(chōng)電(diàn)卡在充電樁提(tí)供的人機(jī)交(jiāo)互操作(zuò)界(jiè)麵刷(shuā)卡(qiǎ)進行相應的(dí)充電操作(zuò)和(hé)費(fèi)用數(shù)據打印(yìn)等。充(chōng)電樁顯示(shì)屏能(néng)顯(xiǎn)示(shì)充電量(liáng)，費(fèi)用以(yǐ)及(jí)充電時(shí)間(jiān)等數(shù)據(jù)。

充電(diàn)樁(zhuāng)是一(yī)種(zhǒng)將(jiāng)電能轉(zhuǎn)換為其(qí)他(tā)形式(shì)或(huò)直接(jiē)存儲在電網(wǎng)中供用戶使用的(dí)設備(bèi)。它(tā)由電源，控製電路(lù)和相應(yīng)的電(diàn)子(zǐ)元器(qì)件(jiàn)組(zǔ)成(chéng)，具有安全可靠，高(gāo)效節(jié)能等優點。首(shǒu)先，通過交(jiāo)流(liú)輸入端口對(duì)車載(zǎi)電(diàn)池(chí)進行充電
；其次(cì)，經過(guò)整(zhěng)流(liú)濾波(bō)後進入(rù)直(zhí)流(liú)/交(jiāo)流逆(nì)變環節(jié)，再(zài)經(jīng)過(guò)開關管(guǎn)變換(huàn)器(qì)得到高(gāo)頻交(jiāo)流信號
；再(zài)次，高(gāo)壓(yā)綫圈(quān)產(chǎn)生磁場，從而使(shǐ)磁鐵產(chǎn)生感(gǎn)應(yīng)電流(liú)，驅動電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)發電機旋(xuán)轉
；最(zuì)後，通過(guò)低(dī)壓(yā)輸出(chū)端(duān)連接到(dào)車輛(liàng)上的電纜(lǎn)接頭(tóu)完(wán)成充(chōng)電工(gōng)作。充電(diàn)模塊(kuài)主要(yào)包(bāo)括前(qián)級全橋(qiáo)主拓撲結(jié)構和後(hòu)級半(bàn)橋子(zǐ)拓撲結(jié)構2種(zhǒng)類(lèi)型。前(qián)者(zhě)采用高(gāo)頻(pín)變(biàn)壓器隔(gé)離輸入端(duān)與輸出端，實現高精度(dù)的電(diàn)壓電流轉換功能(néng)
；後(hòu)者利用(yòng)功率開關(guān)管完成能(néng)量(liáng)流(liú)動方向(xiàng)上(shàng)的切(qiē)換(huàn)，從(cóng)而(ér)達到調節輸(shū)出電壓的(dí)目(mù)的。

充(chōng)電(diàn)樁的工作(zuò)方(fāng)式(shì)可以分為(wéi)快速(sù)充(chōng)電和慢(màn)速充電(diàn)。快速充電(diàn)是指在短時間(jiān)內將(jiāng)大量能量注入電池(chí)組(zǔ)，以(yǐ)達(dá)到快速充滿的目(mù)的(dí)
；慢速充電則(zé)是指長(cháng)時間緩(huǎn)慢充放電，以保證電(diàn)池壽命(mìng)並(bìng)避免(miǎn)過快充放電引起的(dí)損壞(huài)。此外，充(chōng)電(diàn)樁可以根據不同的車(chē)型和需求選(xuǎn)擇(zé)不同(tóng)的(dí)充(chōng)電(diàn)速(sù)度和功率等(děng)級。

1.2充電(diàn)樁的主(zhǔ)要技術參數(shù)

在電(diàn)動汽車充電(diàn)樁設計中(zhōng)，主要的(dí)技術(shù)參數包括功(gōng)率輸出，電(diàn)壓等級，電(diàn)流等(děng)級和(hé)插(chā)座類型(xíng)等。其(qí)中(zhōng)，功(gōng)率(shuài)輸出是影響充(chōng)電速度(dù)的重要(yào)因素，通常(cháng)以(yǐ)千瓦為單位。目前，市(shì)場上常見的電(diàn)力(lì)規格(gé)有220V/30A，380V/60A，480V/120A等。不(bù)同規(guī)格適(shì)用(yòng)於不同的(dí)車型及充(chōng)電需求。另(lìng)外，電(diàn)壓(yā)等級是一個重要指標，決定了(liǎo)充電(diàn)效率和(hé)安全性(xìng)。一般(bān)而(ér)言(yán)，低壓直流電能(néng)傳輸比高壓(yā)直流電(diàn)能(néng)傳(chuán)輸更加安全可靠，因(yīn)此采(cǎi)用240V/100A或(huò)480V/80A電壓(yā)等(děng)級(jí)較(jiào)為合適(shì)。此(cǐ)外(wài)，需(xū)要考(kǎo)慮電流等級(jí)，因為(wéi)高流量充電會(huì)導致過(guò)熱(rè)等問(wèn)題(tí)。一般來說，電(diàn)流(liú)等(děng)級應與電源容(róng)量(liáng)相(xiāng)匹配。插(chā)座(zuò)類型(xíng)的(dí)選取也非(fēi)常重(zhòng)要。常(cháng)用(yòng)的插頭種類有3種，分別為中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)雙(shuāng)針插孔(kǒng)，歐洲標準(zhǔn)三針插(chā)孔(kǒng)以(yǐ)及美(měi)國標準(zhǔn)四針插孔。其(qí)中(zhōng)，中(zhōng)國標準雙(shuāng)針插孔插口(kǒu)使用(yòng)*廣泛，適合(hé)於(yú)大(dà)多(duō)數電動車型號使用(yòng)。

充電(diàn)樁采用先(xiān)進的電力電子器(qì)件作為主(zhǔ)要控製(zhì)元件，對(duì)電(diàn)池(chí)組(zǔ)進行恒(héng)流(liú)限壓浮充(chōng)控製，並且可(kě)以自(zì)動識別(bié)電池類(lèi)型，提供相應的(dí)充(chōng)電服務(wù)。該(gāi)充電樁(zhuāng)不(bù)僅(jǐn)結構緊湊合理(lǐ)，可靠性(xìng)高，使用壽命長(cháng)，而且具有智(zhì)能化程度(dù)高，節能(néng)環保(bǎo)等(děng)優(yōu)點(diǎn)，是一(yī)種(zhǒng)性能優良，適用廣(guǎng)泛的(dí)電動汽車(chē)充電(diàn)設備。

1.3充(chōng)電樁的總體設計(jì)方(fāng)案(àn)

電動(dòng)汽車充電(diàn)樁主(zhǔ)要(yào)由前(qián)級(jí)電路，功率因(yīn)數(shù)校正電(diàn)路和後(hòu)級全(quán)橋(qiáo)逆(nì)變器組成。其(qí)中：前級(jí)電(diàn)路采用(yòng)三相(xiāng)不可控(kòng)整流電(diàn)路對電(diàn)網進行高效(xiào)轉換
；功率因(yīn)數(shù)校正(zhèng)電(diàn)路通過(guò)控製絕緣柵(zhà)雙極(jí)型晶體管(guǎn)（InsulatedGateBipolarTransistor，IGBT）導(dǎo)通與截止時間(jiān)實現(xiàn)輸出電(diàn)壓電流波形質量的(dí)調(tiáo)節，提(tí)高輸(shū)入交流電源(yuán)的電能利(lì)用效率(shuài)，並(bìng)消(xiāo)除諧波汙(wū)染
；後級(jí)全橋(qiáo)逆變器將(jiāng)直流電(diàn)源轉(zhuǎn)換為高頻交流(liú)電源供給(gěi)電(diàn)動汽(qì)車(chē)電(diàn)池組(zǔ)充電。

前(qián)級(jí)電路。該(gāi)部分(fēn)包括三(sān)相不可控整(zhěng)流(liú)電(diàn)路(lù)和濾(lǜ)波電容(róng)兩個重要(yào)部(bù)件。實際(jì)應用(yòng)中，需要根據不同規格型(xíng)號(hào)的(dí)電動汽車選擇相(xiāng)應(yīng)的元器(qì)件，以確(què)保(bǎo)其性(xìng)能(néng)穩定(dìng)可靠。同(tóng)時(shí)，需合理選取濾波電容(róng)，以有(yǒu)效濾除輸(shū)入端的幹(gān)擾噪(zào)聲(shēng)和防止浪(làng)湧電(diàn)流(liú)對(duì)設備造(zào)成(chéng)損害。此外，通(tōng)過加(jiā)入(rù)適當(dāng)的濾(lǜ)波(bō)電路，解決電(diàn)動(dòng)汽車(chē)充電(diàn)過程中(zhōng)產(chǎn)生(shēng)的(dí)大量(liáng)諧波問題(tí)。

功(gōng)率因(yīn)數校正(zhèng)電(diàn)路。該(gāi)部分(fēn)是保證輸出(chū)電壓(yā)電流波(bō)形(xíng)質量(liáng)的(dí)核心(xīn)。通常情(qíng)況下，采用功(gōng)率(shuài)因數校正(zhèng)（PowerFactorCorrection，PFC）變換器(qì)作為主要(yào)拓(tuò)撲(pū)結構(gòu)，通(tōng)過改變IGBT的導通(tōng)與截(jié)止時間(jiān)來調整(zhěng)輸出(chū)電壓(yā)電(diàn)流波形，使得其(qí)總諧波畸變(biàn)率盡(jìn)可能小，同時可(kě)以通(tōng)過(guò)反(fǎn)饋控製算(suàn)法(fǎ)進一(yī)步優(yōu)化(huà)功(gōng)率(shuài)因數(shù)，減少不必要(yào)的(dí)能源浪費。

後(hòu)級全橋(qiáo)逆變(biàn)器(qì)。該部(bù)分負責(zé)將(jiāng)直流電源轉(zhuǎn)換成(chéng)高頻交流電源，供給電動汽車(chē)電(diàn)池(chí)組(zǔ)充電。一般(bān)情(qíng)況(kuàng)下，采用(yòng)雙極性(xìng)倍頻(pín)正(zhèng)弦(xián)脈寬(kuān)調(tiáo)製（SinusoidalPulse-WidthModulation，SPWM）能夠(gòu)獲(huò)得(dé)更好的正弦波(bō)輸出效果。另(lìng)外(wài)，需注意控製(zhì)IGBT模塊的導(dǎo)通與(yǔ)截(jié)止(zhǐ)時間，避(bì)免出現過流(liú)或過(guò)熱(rè)現象而影響設(shè)備的使用壽命。

1.4充(chōng)電樁的工作(zuò)流程(chéng)

新(xīn)型電動汽車(chē)充(chōng)電(diàn)樁(zhuāng)的(dí)工(gōng)作流(liú)程主要包括6個(gè)環(huán)節，如圖1所示(shì)。第一，用戶注冊和認證(zhèng)。在(zài)使(shǐ)用(yòng)充(chōng)電樁前，需(xū)要進行用戶注冊和(hé)身份(fèn)認(rèn)證，可(kě)以通過(guò)手機(jī)App或(huò)現(xiàn)場人員人工(gōng)操作(zuò)完成，確(què)保隻有合(hé)法的用(yòng)戶使用充(chōng)電樁(zhuāng)。第(dì)二(èr)，充電樁(zhuāng)設備(bèi)連(lián)接。充電樁設備(bèi)需要與車輛(liàng)進(jìn)行連接，以實現(xiàn)對(duì)車輛(liàng)的充電功能。第(dì)三(sān)，充電樁控製係統監控(kòng)。充電樁控(kòng)製係(xì)統的主(zhǔ)要(yào)作(zuò)用是監測(cè)電(diàn)池狀(zhuàng)態(tài)，溫度(dù)，電壓等(děng)，並(bìng)及時(shí)反饋給操作(zuò)員(yuán)。第四(sì)，充(chōng)電(diàn)結(jié)束(shù)及結(jié)算。當車(chē)輛充(chōng)電(diàn)完(wán)畢後(hòu)，充電(diàn)樁會自動關閉(bì)電源(yuán)開(kāi)關(guān)，同(tóng)時向車(chē)主(zhǔ)收取相(xiāng)應的費用(yòng)。第五，故障(zhàng)處(chǔ)理。如(rú)果充電樁出現故障或(huò)者(zhě)異常情況(kuàng)，需要(yào)采取措施解決(jué)問題。第六，維(wéi)護(hù)保養。為保證(zhèng)充電樁正常工作，需要定(dìng)期對其進行(háng)維(wéi)護保養。

整(zhěng)個(gè)充電過程(chéng)無須人員幹(gān)預，實(shí)現(xiàn)了無(wú)人(rén)化管理和智能控(kòng)製。此外(wài)，充(chōng)電樁具備過載保護(hù)，短路保護以(yǐ)及漏(lòu)電(diàn)保護(hù)等多(duō)重安全保障措施，確(què)保(bǎo)設(shè)備使(shǐ)用(yòng)的可靠(kào)性(xìng)與(yǔ)安(ān)全性。

2電動汽車充電(diàn)樁的硬件設計及(jí)軟件設(shè)計

2.1充電(diàn)樁(zhuāng)的(dí)拓(tuò)撲結(jié)構

電(diàn)動(dòng)汽(qì)車充電樁(zhuāng)的(dí)拓撲(pū)結(jié)構(gòu)的(dí)主要作用是(shì)將電源和負載連接(jiē)起(qǐ)來(lái)，實現對(duì)車(chē)輛(liàng)進行充(chōng)電(diàn)或供電的(dí)功能。目前，市場(cháng)上常見的充(chōng)電(diàn)樁拓撲(pū)結(jié)構(gòu)主要有(yǒu)串聯(lián)型(xíng)，並(bìng)聯型和(hé)混(hùn)合型3種(zhǒng)。其(qí)中，串(chuàn)聯(lián)型(xíng)是*常用的(dí)一(yī)種(zhǒng)，基本原(yuán)理(lǐ)是在(zài)多個電池組(zǔ)之間串接電容來形成一個(gè)電壓梯度，從(cóng)而對(duì)車(chē)輛進行(háng)充(chōng)電。並聯型(xíng)則通過在多個(gè)電(diàn)池組之間(jiān)的(dí)連(lián)接(jiē)來提高電流輸(shū)出能力(lì)，適(shì)用於需(xū)要(yào)快(kuài)速(sù)充放電的情況(kuàng)。混合型是(shì)將(jiāng)兩者(zhě)結(jié)合(hé)，既可(kě)以(yǐ)增(zēng)加(jiā)電流輸出能力，又(yòu)可以減(jiǎn)少電(diàn)壓梯度的(dí)大小。實際(jì)應用中，選擇(zé)合適的拓撲結(jié)構對(duì)於充電樁性(xìng)能(néng)的(dí)影響很大(dà)。除(chú)了拓(tuò)撲(pū)結(jié)構的選(xuǎn)擇外(wài)，充電樁需要考(kǎo)慮(lǜ)功率密(mì)度(dù)問(wèn)題(tí)。由於電(diàn)力係(xì)統的穩定(dìng)性(xìng)受到限(xiàn)製，充電(diàn)樁的輸(shū)入功率(shuài)不能(néng)超過(guò)係(xì)統容量(liáng)的(dí)最大值(zhí)。為(wéi)了保證(zhèng)充(chōng)電效率(shuài)和(hé)安全(quán)性，充電(diàn)樁的(dí)輸出功(gōng)率(shuài)也應該(gāi)控製(zhì)在(zài)一個合理的範(fàn)圍(wéi)。

2.2充(chōng)電樁的(dí)硬(yìng)件(jiàn)設計(jì)

在進(jìn)行充(chōng)電樁硬件設(shè)計時，需(xū)要考(kǎo)慮(lǜ)其(qí)功能需(xū)求(qiú)和性(xìng)能(néng)指標(biāo)。設計采用一種基(jī)於單片機(jī)控製(zhì)的(dí)直流變換器(qì)來實現對電池組(zǔ)的(dí)快(kuài)速，高(gāo)效充(chōng)放電。該係(xì)統主(zhǔ)要由(yóu)主(zhǔ)控模塊(kuài)，功率(shuài)開關管(guǎn)模塊，電流檢(jiǎn)測模塊，電壓(yā)檢測(cè)模(mó)塊以及輔助(zhù)電源等(děng)組成，如圖2所示。其中：主(zhǔ)控模塊是整(zhěng)個充(chōng)電樁的核心部(bù)分，負(fù)責(zé)接(jiē)收來自用(yòng)戶(hù)端發(fā)送的指(zhǐ)令，並(bìng)通過程(chéng)序算法完(wán)成(chéng)對各個模塊的控製
；功率開(kāi)關(guān)管(guǎn)模(mó)塊用於(yú)控製(zhì)電路中(zhōng)的高(gāo)壓(yā)元(yuán)器件如(rú)IGBT或(huò)金(jīn)氧半場(cháng)效(xiào)晶(jīng)體管（Metal-OxideSemiconductorField-EffectTransistor，MOSFET），以(yǐ)達到(dào)調(tiáo)節輸出電壓(yā)與(yǔ)電(diàn)流的目(mù)的
；電流(liú)檢(jiǎn)測模(mó)塊用於實(shí)時(shí)監測輸入(rù)交流(liú)電網的電流(liú)大(dà)小(xiǎo)，從(cóng)而保(bǎo)證(zhèng)設備(bèi)安(ān)全(quán)運行
；電壓(yā)檢測模塊用於(yú)監測(cè)充電樁(zhuāng)內(nèi)部各支路(lù)的電(diàn)壓情(qíng)況(kuàng)，確(què)保(bǎo)設(shè)備(bèi)能夠(gòu)正(zhèng)常工(gōng)作(zuò)
；輔(fǔ)助(zhù)電(diàn)源為整個充(chōng)電(diàn)樁(zhuāng)提供所(suǒ)需(xū)的(dí)電能。

圖2充電樁的硬(yìng)件(jiàn)係(xì)統(tǒng)

當用戶將車(chē)輛連(lián)接充電樁(zhuāng)後，操作人員(yuán)隻(zhī)需(xū)按(àn)下相應的按(àn)鍵即可啟(qǐ)動(dòng)充電流程。此(cǐ)時，主控模塊(kuài)會自動(dòng)搜(sōu)索附近可用(yòng)的插座(zuò)並選擇(zé)最佳(jiā)的接入方(fāng)式(shì)。功率開關(guān)管(guǎn)模塊開始工(gōng)作(zuò)，將(jiāng)直(zhí)流電轉換成交(jiāo)流電供給負載(zǎi)使(shǐ)用。電流檢(jiǎn)測模塊也(yě)會同步(bù)開(kāi)始(shǐ)工作，實(shí)時(shí)監(jiān)測充電過程中產生的(dí)電流變化情況(kuàng)。如果(guǒ)發(fā)現異(yì)常情況，如某(mǒu)個模塊出現故障(zhàng)或(huò)者某條綫路存(cún)在短路現象(xiàng)，將會立(lì)即(jí)切斷所有(yǒu)電源並發出警(jǐng)報提(tí)示(shì)。此外(wài)，配備有專門(mén)的保護電路，可以(yǐ)有效避免(miǎn)過壓(yā)，欠壓，過(guò)流等問題導(dǎo)致設備損壞(huài)。

本(běn)次設(shè)計的電動汽(qì)車充(chōng)電樁具有結(jié)構簡單(dān)，可靠性(xìng)高，效率(shuài)高等優點，適(shì)用(yòng)於(yú)各種(zhǒng)場合(hé)下的電動車(chē)輛充電需求(qiú)。

2.3充電樁的軟件(jiàn)設(shè)計(jì)

在對充(chōng)電樁進行(háng)軟(ruǎn)件(jiàn)設計時(shí)，為保證用(yòng)戶信(xìn)息(xī)不(bù)泄露，采用(yòng)控(kòng)製器(qì)局域網絡（ControllerAreaNetwork，CAN）總綫(xiàn)通信方(fāng)式實現與(yǔ)上位(wèi)機之間(jiān)的(dí)數(shù)據傳輸，同(tóng)時設(shè)置(zhì)相應的(dí)權限管(guǎn)理(lǐ)機製，確(què)保(bǎo)隻有授權(quán)人員(yuán)才(cái)能夠訪(fǎng)問(wèn)相關的參數(shù)和文(wén)件。此外，需(xū)加入(rù)異常處理(lǐ)功(gōng)能，當出現係(xì)統故障(zhàng)或其(qí)他(tā)異常情況(kuàng)時(shí)能夠及時(shí)切(qiē)斷電源並(bìng)報(bào)警提示(shì)。

主(zhǔ)程(chéng)序模塊負責(zé)整個充電過程中各個環(huán)節(jié)的控製，調度(dù)以及(jí)狀(zhuàng)態(tài)監測(cè)等工(gōng)作。通過(guò)不斷(duàn)檢測電(diàn)池(chí)電壓(yā)，電(diàn)流，功率等(děng)各(gè)項指標(biāo)，判斷當(dāng)前(qián)充(chōng)電(diàn)進程是否(fǒu)正(zhèng)常(cháng)。如果發現存(cún)在問題(tí)，則(zé)會(huì)立即(jí)采(cǎi)取(qǔ)措施(shī)予以(yǐ)解(jiě)決。通(tōng)信(xìn)協議模(mó)塊用於實(shí)現CAN總綫(xiàn)與其(qí)他設(shè)備(bèi)之間(jiān)的(dí)數據交換(huàn)。由於不同型號的電(diàn)動(dòng)汽(qì)車(chē)使用的接(jiē)口標準可能(néng)不一致，需(xū)要(yào)針對(duì)不同車輛(liàng)開(kāi)發特定的通信(xìn)協議，以(yǐ)滿(mǎn)足實際需求(qiú)。數據(jù)處(chǔ)理模塊(kuài)負責對接收的各類傳(chuán)感器數據進行濾波(bō)，去噪，修正等預處理操作，然後將處(chǔ)理後(hòu)的數據上(shàng)傳至上位機進行進一步分析和處理。人(rén)機(jī)交互(hù)界(jiè)麵模塊提供(gōng)給用(yòng)戶(hù)一個友(yǒu)好，直(zhí)觀(guān)的(dí)操作界麵(miàn)，方便用(yòng)戶(hù)進(jìn)行各種參(cān)數(shù)配(pèi)置和狀態(tài)查詢(xún)，同時支持(chí)手動(dòng)控製和自(zì)動(dòng)控(kòng)製(zhì)兩種(zhǒng)模(mó)式，可(kě)根據用(yòng)戶需(xū)求(qiú)自(zì)由切(qiē)換。

2.4電(diàn)動汽車(chē)充電樁(zhuāng)通信協議

為實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽(qì)車與(yǔ)充(chōng)電(diàn)站之間(jiān)的(dí)通(tōng)信和控製，需要采用一種(zhǒng)高效且可靠的數據(jù)傳輸(shū)方式。目(mù)前，市場(cháng)上(shàng)常用(yòng)的通信協議有(yǒu)ZigBee和Wi-Fi。ZigBee是一種低(dī)功耗(hào)無(wú)綫網絡(luò)技術，適(shì)用(yòng)於小(xiǎo)型設備間的(dí)短(duǎn)距離通信
；Wi-Fi則(zé)是(shì)基於IEEE802.1x標準的(dí)無(wú)綫(xiàn)局域(yù)網技術(shù)，具有(yǒu)更高(gāo)的數據(jù)速率(shuài)和(hé)更(gēng)遠的(dí)覆(fù)蓋(gài)範圍(wéi)。2種(zhǒng)協(xié)議各有優缺點，應(yīng)考慮實(shí)際(jì)應用(yòng)場景和需(xū)求進行選擇(zé)。文章選擇(zé)采(cǎi)用Wi-Fi作(zuò)為(wéi)電(diàn)動汽車(chē)充(chōng)電樁的(dí)通信(xìn)協議。Wi-Fi通(tōng)信協(xié)議的(dí)特點(diǎn)是(shì)支持高速數據傳輸，同時具(jù)備較強的(dí)安(ān)全性能(néng)。在(zài)電(diàn)動汽車(chē)充電樁的應(yīng)用(yòng)中(zhōng)，它可以(yǐ)提供(gōng)更快(kuài)的數據(jù)傳(chuán)輸(shū)速(sù)度(dù)和更加安(ān)全的信(xìn)息交換環境(jìng)。此外(wài)，Wi-Fi具有良(liáng)好的兼容性(xìng)，可(kě)以在不同品牌的(dí)車(chē)輛上使(shǐ)用(yòng)。因此(cǐ)，Wi-Fi為電動汽(qì)車(chē)充電樁的通(tōng)信協議提(tí)供了更(gēng)好(hǎo)的解(jiě)決方案(àn)。

3安科(kē)瑞充電樁收費運營雲(yún)平台(tái)係統選(xuǎn)型方案

3.1概述(shù)

AcrelCloud-9000安(ān)科瑞充(chōng)電(diàn)柱收費運(yùn)營雲平(píng)台係統通(tōng)過物聯網技術對接入(rù)係(xì)統的(dí)電動電(diàn)動自(zì)行車充電站(zhàn)以(yǐ)及(jí)各個充電整(zhěng)法(fǎ)行不間斷地(dì)數(shù)據(jù)采集和監控，實(shí)時監(jiān)控(kòng)充(chōng)電樁(zhuāng)運行(háng)狀態，進行充電服務，支(zhī)付管(guǎn)理，交(jiāo)易結(jié)算，資要管(guǎn)理，電能管理(lǐ)，明(míng)細(xì)查(chá)詢等(děng)。同時對(duì)充電(diàn)機(jī)過溫(wēn)保(bǎo)護(hù)，漏(lòu)電，充電機輸入(rù)/輸出過壓，欠壓(yā)，絕緣低(dī)各類(lèi)故障(zhàng)進行預(yù)警
；充電(diàn)樁支持以太網(wǎng)，4G或(huò)WIFI等方(fāng)式接(jiē)入(rù)互聯網，用(yòng)戶(hù)通(tōng)過(guò)微信，支付(fù)寶，雲(yún)閃(shǎn)付(fù)掃碼充電(diàn)。

3.2應(yīng)用場所

適(shì)用(yòng)於民(mín)用建(jiàn)築，一般工(gōng)業建築，居(jū)住小區，實(shí)業單(dān)位(wèi)，商業(yè)綜合體(tǐ)，學校，園(yuán)區(qū)等(děng)充電(diàn)樁(zhuāng)模式的充電基(jī)礎設(shè)施(shī)設計。

3.3係統結構

係(xì)統(tǒng)分(fēn)為(wéi)四層(céng)：

1）即數據采集(jí)層，網(wǎng)絡傳輸層(céng)，數據層和(hé)客戶(hù)端層。

2）數據采(cǎi)集(jí)層(céng)：包(bāo)括電(diàn)瓶(píng)車(chē)智能充電樁(zhuāng)通訊協議(yì)為(wéi)標準modbus-rtu。電瓶車智能充電樁(zhuāng)用於采集(jí)充(chōng)電(diàn)回路的電(diàn)力(lì)參(cān)數(shù)，並(bìng)進行(háng)電能(néng)計(jì)量(liáng)和保護(hù)。

3）網(wǎng)絡傳(chuán)輸(shū)層(céng)：通過4G網(wǎng)絡(luò)將(jiāng)數(shù)據上傳至搭(dā)建好(hǎo)的(dí)數(shù)據庫服務器。

4）數(shù)據(jù)層：包含應用(yòng)服(fú)務(wù)器(qì)和(hé)數據(jù)服務(wù)器，應用服(fú)務器部署(shǔ)數據(jù)采集(jí)服務，WEB網(wǎng)站(zhàn)，數據(jù)服(fú)務器部署實時數據(jù)庫(kù)，歷史(shǐ)數據庫，基礎數(shù)據(jù)庫(kù)。

5）應客戶端(duān)層(céng)：係統管(guǎn)理員可(kě)在(zài)瀏(liú)覽器中訪問(wèn)電(diàn)瓶(píng)車(chē)充電(diàn)樁收費平台(tái)。終端充電(diàn)用戶通(tōng)過(guò)刷(shuā)卡掃(sǎo)碼的方(fāng)式(shì)啟(qǐ)動(dòng)充(chōng)電。

小區(qū)充(chōng)電平(píng)台功能主要涵蓋(gài)充(chōng)電設施智(zhì)能(néng)化大屏(píng)，實時監控，交易管理，故(gù)障管(guǎn)理(lǐ)，統計分析(xī)，基礎數據(jù)管(guǎn)理等功能，同時為運(yùn)維人員(yuán)提(tí)供運維APP，充(chōng)電用戶提供充電(diàn)小程序(xù)。

3.4安(ān)科瑞(ruì)充(chōng)電(diàn)樁雲(yún)平台(tái)係統功能

3.4.1智能(néng)化(huà)大屏(píng)

智(zhì)能(néng)化大屏展示站點分布情況，對(duì)設備狀態，設(shè)備使用率(shuài)，充(chōng)電次數，充(chōng)電(diàn)時(shí)長，充(chōng)電金(jīn)額，充電(diàn)度(dù)數(shù)，充(chōng)電樁故(gù)障(zhàng)等(děng)進行統計顯(xiǎn)示，同時(shí)可查看每(měi)個(gè)站(zhàn)點的(dí)站(zhàn)點信(xìn)息(xī)，充電(diàn)樁列表(biǎo)，充電記(jì)錄(lù)，收益，能耗，故(gù)障記(jì)錄等。統(tǒng)一管(guǎn)理小(xiǎo)區(qū)充(chōng)電(diàn)樁，查看(kàn)設備使用率，合(hé)理分配資(zī)源(yuán)。

3.4.2實時(shí)監控(kòng)

實(shí)時監視充電設(shè)施(shī)運行狀況(kuàng)，主要(yào)包括(kuò)充電(diàn)樁運行(háng)狀態，回(huí)路狀態(tài)，充電過程中(zhōng)的(dí)充電電(diàn)量(liáng)，充(chōng)電(diàn)電壓電(diàn)流，充(chōng)電(diàn)樁告警(jǐng)信息等。

3.4.3交易(yì)管(guǎn)理(lǐ)

平台(tái)管理人員(yuán)可(kě)管理充電(diàn)用戶(hù)賬戶，對(duì)其(qí)進(jìn)行賬戶進(jìn)行(háng)充(chōng)值，退款(kuǎn)，凍結(jié)，注(zhù)銷等操作，可查看小區(qū)用(yòng)戶每(měi)日的充電(diàn)交易(yì)詳細(xì)信息。

3.4.4故障管理(lǐ)

設備(bèi)自(zì)動(dòng)上(shàng)報(bào)故障(zhàng)信息，平台管理人(rén)員可(kě)通(tōng)過平(píng)台查看故(gù)障信息並進行(háng)派發處(chǔ)理(lǐ)，同時(shí)運維(wéi)人員可(kě)通過運(yùn)維(wéi)APP收(shōu)取故障(zhàng)推送，運維(wéi)人員在運(yùn)維工作完(wán)成後將結果(guǒ)上報(bào)。充電用戶也可(kě)通(tōng)過充電小程序反(fǎn)饋現場問題(tí)。

3.4.5統(tǒng)計(jì)分(fēn)析(xī)

通(tōng)過係統平(píng)台(tái)，從充電站點，充電(diàn)設施，，充電(diàn)時(shí)間(jiān)，充電(diàn)方式(shì)等(děng)不同(tóng)角度，查(chá)詢(xún)充電(diàn)交易(yì)統(tǒng)計信息，能(néng)耗統(tǒng)計信(xìn)息等。

3.4.6基(jī)礎數據(jù)管理(lǐ)

在係統(tǒng)平(píng)台建(jiàn)立運(yùn)營商戶，運營商可(kě)建立和管理其(qí)運(yùn)營所需站(zhàn)點和(hé)充電設(shè)施，維護充(chōng)電設施(shī)信(xìn)息，價格(gé)策(cè)略，折扣，優惠(huì)活(huó)動(dòng)，同(tóng)時可(kě)管(guǎn)理在(zài)綫(xiàn)卡用(yòng)戶(hù)充值(zhí)，凍(dòng)結和(hé)解綁(bǎng)。3.4.7運維APP

麵向運(yùn)維人(rén)員使(shǐ)用(yòng)，可(kě)以(yǐ)對站點和充電(diàn)樁進行管理，能夠進(jìn)行(háng)故障閉(bì)環處理，查(chá)詢(xún)流(liú)量(liáng)卡(qiǎ)使用(yòng)情(qíng)況，查(chá)詢充(chōng)電\充(chōng)值情況(kuàng)，進(jìn)行(háng)遠程(chéng)參數(shù)設置(zhì)，同時(shí)可(kě)接(jiē)收故(gù)障推送(sòng)

3.4.8充(chōng)電(diàn)小(xiǎo)程(chéng)序

麵向充電用(yòng)戶(hù)使用(yòng)，可(kě)查(chá)看附(fù)近空(kōng)閒設(shè)備(bèi)，主要包(bāo)含(hán)掃碼(mǎ)充電(diàn)，賬(zhàng)戶充(chōng)值(zhí)，充電(diàn)卡綁(bǎng)定(dìng)，交(jiāo)易(yì)查詢，故障申(shēn)訴等(děng)功能。

3.5係統硬件(jiàn)配(pèi)置(zhì)

4結(jié)論

主要分析(xī)現有的(dí)電動(dòng)汽車充電(diàn)設施(shī)，並提出(chū)一種基(jī)於直流變(biàn)換器和(hé)電池(chí)管理(lǐ)係(xì)統相(xiāng)結(jié)合(hé)的(dí)充電方(fāng)式(shì)。該(gāi)充電(diàn)方(fāng)式具有高效(xiào)，安全(quán)，可(kě)靠等優(yōu)點，能夠滿(mǎn)足(zú)用戶(hù)快速(sù)便捷地完成(chéng)充(chōng)電過(guò)程的需求。設(shè)計中還考(kǎo)慮(lǜ)了未來新(xīn)能源汽(qì)車市(shì)場發展趨勢及(jí)相關(guān)政策要求(qiú)，可(kě)為今後電(diàn)動(dòng)汽車充(chōng)電(diàn)設備(bèi)的(dí)研發提(tí)供(gōng)參考(kǎo)。

參(cān)考(kǎo)文獻：

[1]梁(liáng)月鋒.共(gòng)生視角下公共充電樁多(duō)元利益主(zhǔ)體協(xié)調(tiáo)機(jī)製(zhì)研究[J].湖(hú)北(běi)文理學(xué)院學(xué)報(bào)，2022，43（8）：74-80.

[2]洪機劍，劉(liú)兵，盧煥青(qīng).新能源汽車充(chōng)電樁(zhuāng)用絕(jué)緣材(cái)料(liào)應用(yòng)研究(jiū)進展[J].絕緣(yuán)材(cái)料，2018，

51（11）：21-24.

[3]安科瑞企(qǐ)業微電(diàn)網設(shè)計與應(yīng)用手(shǒu)冊(cè).2022.05版

[4]吳(wú) 琦，龔文(wén)豪(háo).新型(xíng)電(diàn)動(dòng)汽(qì)車(chē)充電(diàn)樁的(dí)技術(shù)方案研究