摘要：在全球提倡控排減排的大環境下，新能源電動汽車也越來越符合當下的實際情況，電動汽車逐步進入大眾的視野，由于電動汽車保有量的不斷增長，為保證大量電動汽車正常運行，就必須要保證有足夠且安全的充電系統，為汽車正常行駛及長距離用車提供可靠的保障。現階段，已建成的電動汽車充電樁數量持續增加，為使客戶體驗到更高品質的服務，結合智能技術，構建電動汽車智能導航系統，設立智能充電樁并且搭建智能服務平臺。文章簡要地對智能充電動力電池的特性進行探析，并對智能充電樁的設計要點以及應用方向做出探討。

關鍵詞：電動汽車；充電樁；充電管理系統

如今，隨著環境污染情況加劇，自然資源匱乏嚴重，傳統燃油汽車燃料緊缺以及排放污染等問題，不利于環境改善和節能減排，為減輕環境負擔并符合未來社會發展的需要，電動汽車悄然問世。電動汽車的出現，有效減輕了環境污染的緊張態勢，同時電動汽車相較于傳統汽車不需依靠消耗有限的不可再生資源，而是利用清潔環保且更為經濟實惠的電能運行。目前，絕大部分電動汽車是依靠電池完成工作，因電池自身原因，導致電動汽車續航能力有限，為保證全面推行電動汽車，保證電池可以方便快速且高效地完成充電工作成為亟待解決的重要問題，有需求就有市場，為方便廣大電動汽車用戶，電動汽車充電柱應運而生。為提高充電樁的使用效率，在加大充電樁投入的同時要更加注重其設計的規范性以及合理性，使充電樁高效率的用于電動汽車充電。

1電動汽車智能充電樁設計意義

電動汽車的運行是以電能為支持，具有零排放、噪音小等特點，相比燃油汽車更符合綠色環保的發展理念，逐漸被越來越多的人所認可。但是想要推動電動汽車的持續發展，前提必須要解決充電難的問題，這是消除電動汽車續航能力差的關鍵要素。對電動汽車目前所應用的充電方式進行分析，可發現整體效率比較低，現在所應用的鋰離子蓄電池能效高、體積小，對充放電有著十分嚴格的要求，必須要對以往的充電方式進行優化設計，避免充電不當對電池以及人員帶來安全隱患。并且，在高新技術支持下，電動汽車的種類不斷增加，功能也更加完善，加強對智能充電樁的設計與研究，是整個產業發展的必然需求。當下，傳統充電樁普遍存在充電能力、效率低下等情況，已無法滿足大量的電動汽車充電需求，因此智能充電樁的優勢顯而易見。分析傳統充電樁存在的諸多弊病，在智能充電樁的研發設計過程中要合理規避已知的問題，不斷完善升級智能充電樁的軟硬件系統配置，實現電動汽車智能化充電。

2電動汽車智能充電樁設計要求

2.1設計原則

智能化電動汽車充電樁的設計過程應嚴格執行國家電網公司標準，合理制定規劃，設計具有特點的智能充電樁外觀、軟硬件系統、監控系統等，確保可以滿足電動汽車充電的實際需求。要求智能充電樁各項功能完善且精準，例如應用RFID系統設計身份識別模塊，不僅可以縮小體積量，而且還可以保持較高的掃描速度，同時在抗干擾、持久性、安全性以及穿透性等方面也有著顯著優勢。另外，基于CAN總線技術，使得智能充電樁與后臺及其電池管理系統之間可以保持高效且穩定的數據通信能力。

2.2系統結構要求

智能充電樁各項功能要更加完善，且要具有較高的交互性，滿足智能化以及自動化操作要求，為高效高質量充電提供支持。結構模塊包括觸控操作設備、信息讀取模塊、控制單元模塊、計費模塊、身份信息識別模塊、遠程信息交互模塊、憑證打印模塊、供電充電模塊以及警示提醒模塊等多個功能部分。應用智能充電樁為電動汽車充電時，首先要對用戶的身份信息進行識別，確認無異常后便可通過觸控屏幕進行操作，選擇自己需要的充電模式開始充電，充電過程中客戶可以通過顯示屏直觀地看到當前充電的電壓、電流以及充電所需時長等詳細信息。給車輛提供充電服務的同時智能充電系統與電池組管理系統建立通信，并實時發送指令精準控制充電的電壓、電流和溫度等數據。在汽車充電的整個過程中，智能充電樁監測預警模塊要做到對各項數據信息的實時監控，確保能夠第一時間檢測到異常并發出預警信息，避免充電安全事故的發生。遠程信息交互模塊的功能是建立與后臺運營系統的實時通信，待完成充電后，計量計費模塊會準確計算本次充電的電量、時間以及費用，最后通過打印模塊來將所有信息打印出來。

2.3應用功能要求

智能充電樁設計時需要保證各項基礎功能完善，足以滿足電動汽車充電要求。主要包括以下幾個方面：①用戶可以根據個人需求提前辦理IC卡，在需要充電時直接使用IC卡刷卡操作即可激活充電樁，然后將充電槍與電動汽車進行有效連接，設備開始計量計費。

②設置的監測預警模塊，主要功能是對充電樁的電流和電壓參數進行實時監測，確保充電過程的安全性，同時為充電樁以及操作人員的安全提供保障。③智能充電樁配套設計的通信模塊，為內部各模塊之間有效通信提供支持，滿足實時通信的基本要求。④設置的充電模塊，確保了在智能充電樁進入到充電模式后，與蓄電池之間搭建通信連接，以及實現對蓄電池的全面檢測，分析蓄電池的狀態，判斷其是否出現故障，以此來對電池功能進行維護，延長蓄電池的使用壽命。

3電動汽車充電樁主要分類

3.1交流電充電方式

交流電充電方式是電動汽車最基本的充電方式。其主要是合理利用220V或者是380V的交流電源直接引入充電樁之中，然后借助汽車自身的濾波裝置以及整流裝置，對汽車電池進行直沖，以此為電動汽車提供日常所需的電量能源。但是交流電充電方式花費的時間比較長，并且充電量比較少，主要適用于一些小型的電動汽車。

3.2直流電充電方式

一般情況下，直流電充電方式主要是合理利用地面充電站，從而獲取直流電，并且建立充電樁，然后對電動汽車工作電池組進行直接充電，從而有效提升汽車的設計，將汽車運行中的自重進行有效降低，以此減輕電動汽車本身的負擔。由于這種充電方式是將電能直接進行輸送，所以其蓄電能力相對比較強，從而可以進行快速充電，主要適用于一些耗電量相對比較大的電動汽車。

3.3直接更換電池方式

更換電池的充電方式，其安全性相對比較高。一般情況下，這種充電方式主要適用于兩組蓄電池的電動汽車，其一組蓄電池可以為汽車提供所需的能源，保證汽車正常運行使用，而另一組蓄電池則可以取下來進行充電，合理將兩組電池進行更換，從而保證汽車運行過程中，電池具有充足的電量能源。但是，電池進行更換必須是建立在大量電池更換站的基礎上，需要投入大量的人力資源，目前無法滿足于這種智能化需求。

3.4非接觸式充電方式

非接觸式充電方式主要是借助相應的感應器件，將其安裝在汽車充電的位置上，從而實現汽車與充電設備彼此之間并未發生接觸，滿足汽車在行駛的過程中隨時進行充電的需求，不再受制于充電樁的數量問題。但是這種充電方式對技術要求相對比較高，并且其充電的速度以及質量無法得到保證，致使其在實際使用的過程中，并未進行全方面地推廣。

4電動汽車充電樁充電管理系統的設計

4.1硬件設計

4.1.1帶有光耦的輸出電路設計

在電動汽車充電樁充電管理系統設計的整個過程中，首先要對光耦輸出電路設計以及充電樁管理系統進行全方面了解，并且對其加強管理。在對光耦輸出電路實際設計的過程中，其主要是對PWM光波電路進行了解，并且將其合理運用到充電樁管理系統之中，以此對STM32為一體的輸出光波電壓進行有效控制，促使其持續保持在正常范圍之內，并且通過光耦轉換作用，將電壓的波動值控制在有效的范圍內，然后進行光耦輸出。除此之外，在實際系統設計過程中，為了有效避免其他光波影響PWM光波，必須對隔離干擾光耦電路輸出加強管理設計。

4.1.2帶有光耦的通信電路設計

電動汽車充電樁充電管理系統在設計的整個過程中，必須依據充電管理系統發展的實際需求，從而對充電管理系統進行全面設計，同時建立一個相對比較獨立的通信功能系統。而在通信功能系統實際設計的過程中，主要是合理借助光耦模塊，以此對通信系統進行設計。而在通信系統實際設計的整個過程中，其主要設計工作是對系統內部的RS485收發器芯片進行設計，以此對通信系統的安全性以及高效性提供保障。同時將電源管理模塊和電源獨立接地線模塊二者有機地結合為一體，只有這樣，才能保證在實際系統設計過程中快速有效地找到通信功能設計的接入點。另外，為了滿足芯片傳輸和發送功能的實際發展需求，必須對光耦通信電路系統內部的ISL3152E芯片進行針對性的設計，與此同時，還要對通信系統的傳輸以及訊源的穩定性進行合理的設計。

4.1.3交流充電樁控制導引電路的設計分析

首先，要在充電之前做好相應的檢測準備工作，觀察其各個接口之間的連接程度，必須要保證其接口連接的完整性；其次，要對供電功率以及充電連接裝置進行登記的處理，詳盡記錄下其設備以及功率等的各類數值信息，確保其數據信息記錄的正確性；最后，要實時的開展精準的監測管理工作。采用充電電纜的形式來處理電動汽車和充電樁之間的連接工作，在充電工作開展之前，記錄下其充電樁控制裝置的變化信息，觀察其電壓數值是否達到其工作的標準要求，同時還應當確認出充電樁所涉及到的各個接口的連接程度，利用PWM信號占空比的數值來衡定其充電樁電流的最大安培量，精細化的管理充電的整個過程，讓充電工作可以更為順暢地進行，提升安全性，使其可以始終保持一個穩定的運行狀態。

4.2軟件設計

此次對于儲能式電動汽車充電樁綜合系統設計，選定DSP的控制芯片負責控制整個系統。該控制系統軟件主要負責實時監測電池電壓、荷電狀態(SOC)、充放電溫度及電流等。功率調度，則可確保電池恒流或恒壓充放電系統功能得以實現。實際工作期間，DSP采樣所獲取電壓反饋相應信號和所設電壓實施對比分析，結合誤差信號實施PI合理調節操作。PI調節裝置所輸出信號經DSP內部相應脈沖所生成單元和三角載波實施對比分析，促使PWM的驅動產生，經對Buck變換裝置內部開關管實際占空比有效調節，促進穩壓功能得以實現。以同等方式，對恒流輸出過程PI控制裝置予以科學優化及調節。儲能式電動汽車充電樁綜合系統控制核心部分，選定T公司所推出的浮點型全新數字信號的處理裝置TMS320F28335，其工作頻率為150MHz，且內包PWM18路輸出端口、高分辨率6路脈寬調制系統模塊(HRPWM)、16路的12位數模高精度轉換裝置(ADC)，實際轉換時間為80ns。

在設計電動汽車充電樁充電管理系統過程中，加強對充電系統的具體流程進行合理的管理規劃。一般情況下，在電動汽車充電樁充電系統實際設計的過程中，首先要對充電管理系統的充電流程加強管理，從而保證整個系統在實際系統運行中的穩定性，為電動汽車提供方便快捷的充電作業服務。在充電管理系統軟件方面設計的過程中，主要是將充電管理系統設計的相關數據進行整理備案，然后將其記錄在FM31256存儲器內部之中，當存儲器進行檢驗維修時，就可以從中獲得相關的檢驗信息。通常情況下，電動汽車充電樁充電管理系統進行軟件設計，側重于對程序框圖進行合理的設計，以系統運行中的相關數據為基礎，從而把握整個系統的實際運轉情況。更多資料請聯系安科瑞陳芳芳136/119655/14

5安科瑞充電樁收費運營云平臺系統選型方案

5.1概述

AcrelCloud-9000安科瑞充電柱收費運營云平臺系統通過物聯網技術對接入系統的電動電動自行車充電站以及各個充電整法行不間斷地數據采集和監控，實時監控充電樁運行狀態，進行充電服務、支付管理，交易結算，資要管理、電能管理，明細查詢等。同時對充電機過溫保護、漏電、充電機輸入/輸出過壓，欠壓，絕緣低各類故障進行預警；充電樁支持以太網、4G或WIFI等方式接入互聯網，用戶通過微信、支付寶，云閃付掃碼充電。

5.2應用場所

適用于民用建筑、一般工業建筑、居住小區、實業單位、商業綜合體、學校、園區等充電樁模式的充電基礎設施設計。

5.3系統結構

系統分為四層：

(1)即數據采集層、網絡傳輸層、數據層和客戶端層。

(2)數據采集層：包括電瓶車智能充電樁通訊協議為標準modbus-rtu。電瓶車智能充電樁用于采集充電回路的電力參數，并進行電能計量和保護。

(3)網絡傳輸層：通過4G網絡將數據上傳至搭建好的數據庫服務器。

(4)數據層：包含應用服務器和數據服務器，應用服務器部署數據采集服務、WEB網站，數據服務器部署實時數據庫、歷史數據庫、基礎數據庫。

(5)應客戶端層：系統管理員可在瀏覽器中訪問電瓶車充電樁收費平臺。終端充電用戶通過刷卡掃碼的方式啟動充電。

小區充電平臺功能主要涵蓋充電設施智能化大屏、實時監控、交易管理、故障管理、統計分析、基礎數據管理等功能，同時為運維人員提供運維APP，充電用戶提供充電小程序。

5.4安科瑞充電樁云平臺系統功能

5.4.1智能化大屏

智能化大屏展示站點分布情況，對設備狀態、設備使用率、充電次數、充電時長、充電金額、充電度數、充電樁故障等進行統計顯示，同時可查看每個站點的站點信息、充電樁列表、充電記錄、收益、能耗、故障記錄等。統一管理小區充電樁，查看設備使用率，合理分配資源。

5.4.2實時監控

實時監視充電設施運行狀況，主要包括充電樁運行狀態、回路狀態、充電過程中的充電電量、充電電壓電流，充電樁告警信息等。

5.4.3交易管理

平臺管理人員可管理充電用戶賬戶，對其進行賬戶進行充值、退款、凍結、注銷等操作，可查看小區用戶每日的充電交易詳細信息。

5.4.4故障管理

設備自動上報故障信息，平臺管理人員可通過平臺查看故障信息并進行派發處理，同時運維人員可通過運維APP收取故障推送，運維人員在運維工作完成后將結果上報。充電用戶也可通過充電小程序反饋現場問題。

5.4.5統計分析

通過系統平臺，從充電站點、充電設施、、充電時間、充電方式等不同角度，查詢充電交易統計信息、能耗統計信息等。

5.4.6基礎數據管理

在系統平臺建立運營商戶，運營商可建立和管理其運營所需站點和充電設施，維護充電設施信息、價格策略、折扣、優惠活動，同時可管理在線卡用戶充值、凍結和解綁。6.4.5運維APP

面向運維人員使用，可以對站點和充電樁進行管理、能夠進行故障閉環處理、查詢流量卡使用情況、查詢充電充值情況，進行遠程參數設置，同時可接收故障推送

5.4.8充電小程序

面向充電用戶使用，可查看附近空閑設備，主要包含掃碼充電、賬戶充值，充電卡綁定、交易查詢、故障申訴等功能。

5.5系統硬件配置

安科瑞充電樁收費運營云平臺

AcrelCloud-9000

安科瑞響應節能環保、綠色出行的號召，為廣大用戶提供慢充和快充兩種充電方式壁掛式、落地式等多種類型的充電樁，包含智能7kW交流充電樁，30kW壁掛式直流充電樁，智能60kW/120kW直流一體式充電樁等來滿足新能源汽車行業快速、經濟、智能運營管理的市場需求，提供電動汽車充電軟件解決方案，可以隨時隨地享受便捷安全的充電服務，微信掃一掃、微信公眾號、支付寶掃一掃、支付寶服務窗，充電方式多樣化，為車主用戶提供便捷、安全的充電服務。實現對動力電池快速、安全、合理的電量補給，能計時，計電度、計金額作為市民購電終端，同時為提高公共充電樁的效率和實用性。

互聯網版智能交流樁

AEV-AC007D

額定功率7kW，單相三線制，防護等級IP65，具備防雷

保護、過載保護、短路保護、漏電保護、智能監測、智能計量、遠程升級，支持刷卡、掃碼、即插即用。

通訊方：4G/wifi/藍牙支持刷卡，掃碼、免費充電可選配顯示屏

互聯網版智能直流樁

AEV-DC030D

額定功率30kW，三相五線制，防護等級IP54，具備防雷保護、過載保護、短路保護、漏電保護、智能監測、智能計量、恒流恒壓、電池保護、遠

程升級，支持刷卡、掃碼、即插即用

通訊方式：4G/以太網

支持刷卡，掃碼、免費充電

互聯網版智能直流樁

AEV-DC060S

額定功率60kW，三相五線制，防護等級IP54，具備防雷保護、過載保護、短路保護、漏電保護、智能監測、智能計量、恒流恒壓、電池保護、遠程升級，支持刷卡、掃碼、即插即用

通訊方式：4G/以太網

支持刷卡，掃碼、免費充電

互聯網版智能直流樁

AEV-DC120S

額定功率120kW，三相五線制，防護等級IP54，具備防雷保護、過載保護、短路保護、漏電保護、智能監測、智能計量、恒流恒壓、電池保護、遠程升級，支持刷卡、掃碼、即插即用

通訊方式：4G/以太網

支持刷卡，掃碼、免費充電

10路電瓶車智能充電樁

ACX10A系列

10路承載電流25A，單路輸出電流3A，單回路功率1000W，總功率5500W。充滿自停、斷電記憶、短路保護、過載保護、空載保護、故障回路識別、遠程升級、功率識別、獨立計量、告警上報。

ACX10A-TYHN：防護等級IP21，支持投幣、刷卡，掃碼、免費充電

ACX10A-TYN：防護等級IP21，支持投幣、刷卡，免費充電

ACX10A-YHW：防護等級IP65，支持刷卡，掃碼，免費充電

ACX10A-YHN：防護等級IP21，支持刷卡，掃碼，免費充電

ACX10A-YW：防護等級IP65，支持刷卡、免費充電

ACX10A-MW：防護等級IP65，僅支持免費充電

2路智能插座

ACX2A系列

2路承載電流20A，單路輸出電流10A，單回路功率2200W，總功率4400W。充滿自停、斷電記憶、短路保護、過載保護、空載保護、故障回路識別、遠程升級、功率識別，報警上報。

ACX2A-YHN：防護等級IP21，支持刷卡、掃碼充電

ACX2A-HN：防護等級IP21，支持掃碼充電

ACX2A-YN：防護等級IP21，支持刷卡充電

20路電瓶車智能充電樁

ACX20A系列

20路承載電流50A，單路輸出電流3A，單回路功率1000W，總功率11kW。充滿自停、斷電記憶、短路保護、過載保護、空載保護、故障回路識別、遠程升級、功率識別，報警上報。

ACX20A-YHN：防護等級IP21，支持刷卡，掃碼，免費充電

ACX20A-YN：防護等級IP21，支持刷卡，免費充電

落地式電瓶車智能充電樁

ACX10B系列

10路承載電流25A，單路輸出電流3A，單回路功率1000W，總功率5500W。充滿自停、斷電記憶、短路保護、過載保護、空載保護、故障回路識別、遠程升級、功率識別、獨立計量、告警上報。

ACX10B-YHW：戶外使用，落地式安裝，包含1臺主機及5根立柱，支持刷卡、掃碼充電,不帶廣告屏

ACX10B-YHW-LL：戶外使用，落地式安裝，包含1臺主機及5根立柱，支持刷卡、掃碼充電。液晶屏支持U盤本地投放圖片及視頻廣告

智能邊緣計算網關

ANet-2E4SM

4路RS485串口，光耦隔離，2路以太網接口，支持ModbusRtu、ModbusTCP、DL/T645-1997、DL/T645-2007、CJT188-2004、OPCUA、ModbusTCP（主、從）、104（主、從）、建筑能耗、SNMP、MQTT；（主模塊）輸入電源：DC12V～36V。支持4G擴展模塊，485擴展模塊。

擴展模塊ANet-485

M485模塊：4路光耦隔離RS485

擴展模塊ANet-M4G

M4G模塊：支持4G全網通

導軌式單相電表

ADL200

單相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量，輸入電流：10（80）A；

電能精度：1級

支持Modbus和645協議

證書：MID/CE認證

導軌式電能計量表

ADL400

三相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量，分相總有功電能，總正反向有功電能統計，總正反向無功電能統計；紅外通訊；電流規格：經互感器接入3×1（6）A，直接接入3×10（80）A，有功電能精度0.5S級，無功電能精度2級

證書：MID/CE認證

無線計量儀表

ADW300

三相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量，有功電能計量（正、反向）、四象限無功電能、總諧波含量、分次諧波含量（2～31次）；A、B、C、N四路測溫；1路剩余電流測量；支持RS485/LoRa/2G/4G/NB；LCD顯示；有功電能精度：0.5S級（改造項目）

證書：CPA/CE認證

導軌式直流電表

DJSF1352-RN

直流電壓、電流、功率測量，正反向電能計量，復費率電能統計，SOE事件記錄:8位LCD顯示:紅外通訊:電壓輸入*大1000V，電流外接分流器接入(75mV)或霍爾元件接入(0-5V);電能精度1級，1路485通訊，1路直流電能計量AC/DC85-265V供電

證書：MID/CE認證

面板直流電表

PZ72L-DE

直流電壓、電流、功率測量，正反向電能計量:紅外通訊:電壓輸入*大1000V，電流外接分流器接入·(75mV)或霍爾元件接入(0-20mA0-5V);電能精度1級

證書：CE認證

電氣防火限流式保護器

ASCP200-63D

導軌式安裝，可實現短路限流滅弧保護、過載限流保護、內部超溫限流保護、過欠壓保護、漏電監測、線纜溫度監測等功能;1路RS485通訊，1路NB或4G無線通訊(選配);額定電流為0~63A，額定電流菜單可設。

開口式電流互感器

AKH-0.66/K

AKH-0.66K系列開口式電流互感器安裝方便，無須拆一次母線，亦可帶電操作，不影響客戶正常用電，可與繼電器保護、測量以及計量裝置配套使用。

霍爾傳感器

AHKC

霍爾電流傳感器主要適用于交流、直流、脈沖等復雜信號的隔離轉換，通過霍爾效應原理使變換后的信號能夠直接被AD、DSP、PLC、二次儀表等各種采集裝置直接采集和接受，響應時間快，電流測量范圍寬精度高，過載能力強，線性好，抗干擾能力強。

智能剩余電流繼電器

ASJ

該系列繼電器可與低壓斷路器或低壓接觸器等組成組合式的剩余電流動作保護器，主要適用于交流50Hz，額定電壓為400V及以下的TT或TN系統配電線路，防止接地故障電流引起的設備和電氣火災事故，也可用于對人身觸電危險提供間接接觸保護。

6結語

為緩解環境污染問題，電動汽車適時而生，但是隨著電動汽車的全面普及，與之配套的充電樁的問題也逐漸浮出水面，為解決這一問題，需加大對智能充電樁的研究開發力度，結合現有實際情況，通過對充電樁外觀以及硬件電路的設計，將充電全過程直觀地呈現在用戶面前，進一步提高用戶的體驗感，為推動電動汽車發展作出貢獻。但是，再完美的產品也會或多或少存在缺陷，在實際使用過程中逐步發現其問題，進而不斷完善產品，提高產品質量及實用性，不斷推陳出新，刺激行業健康穩定發展。

審核編輯 黃宇