歡迎進(jìn)入安科瑞電氣股份有限公司!
技術(shù)文章
首頁 > 技術(shù)文章 > 淺析電動汽車智能充電樁的設(shè)計要求及相關(guān)技術(shù)探索

淺析電動汽車智能充電樁的設(shè)計要求及相關(guān)技術(shù)探索

 更新日期:2022-03-29 點擊量:771

王蘭

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定201801

 

摘要:完善電動汽車充電設(shè)施,常見的是充電樁。設(shè)計效率高、可靠的電動汽車智能充電樁,對保證電動汽車的安全運行有著非常重要的意義。因此,詳細(xì)探討了電動汽車智能充電樁的設(shè)計要求和相關(guān)技術(shù)。

關(guān)鍵詞電動汽車;智能充電樁;設(shè)計要求;技術(shù)

引言

汽車事業(yè)的發(fā)展體現(xiàn)了現(xiàn)代化社會發(fā)展的趨勢,隨著汽車數(shù)量的快速增長和石化材料的大量應(yīng)用,我國能源事業(yè)和環(huán)境發(fā)展面臨著嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。新型電動汽車的出現(xiàn)正好解決了這一問題,在一定意義上實現(xiàn)了*。我國電動汽車起步較晚,但是其發(fā)展速度較快。尤其在研發(fā)方面,一些小型電動車已取得了較好的成果,發(fā)展前景較好。在電動汽車的充電樁設(shè)計上,還要對其進(jìn)行更加深入的研究,提高電動汽車智能充電樁的環(huán)境適應(yīng)性,保證其供電穩(wěn)定性。

一、電動汽車智能充電樁的設(shè)計要求

我國土地遼闊,各個區(qū)域的自然環(huán)境也存在著較大差異,并且電動汽車智能充電樁經(jīng)常工作在電磁較高的環(huán)境下,這些也都對電動汽車智能充電樁的設(shè)計提出了更高要求。要求電動汽車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能力。

1、合天氣變化的考驗

隨著全球氣候不斷的變暖,我國自然環(huán)境受到了大的威脅,惡劣天氣事件出現(xiàn)的頻率越來越高。不但影響了工業(yè)行業(yè)的發(fā)展,而且對地區(qū)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展造成了一定影響。對于電動汽車智能充電樁來說,外部結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和封閉性對電動汽車使用的安全性均具有非常重要的作用。例如,電動汽車智能充電樁的封閉性不佳,會導(dǎo)致水珠、雨雪等進(jìn)入到充電樁內(nèi),造成電動汽車智能充電樁內(nèi)部電路出現(xiàn)短路、系統(tǒng)故障等。因此,設(shè)計電動汽車智能充電樁時,要充分保證其外部結(jié)構(gòu)的封閉性和穩(wěn)定性。另外,為了使電動汽車智能充電樁結(jié)構(gòu)內(nèi)部元器件產(chǎn)生的熱量及時散發(fā)出去,還要保證其內(nèi)部空氣的流動性。

2、具備抗電磁能

電動汽車智能充電樁所處的電磁環(huán)境,是由外界一些電磁感應(yīng)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越頻繁。對于一些電磁干擾較強的環(huán)境中,為了保證電動汽車智能充電樁的正常運行,在設(shè)計上要考慮到電氣線路的布局,將外界電磁信號對自身的干擾降到低,進(jìn)而將電磁干擾所造成的不良影響降到低。

二、電動汽車智能充電樁 APP 客戶端設(shè)計

近年來,隨著智能手機(jī)的普及,APP 客戶端軟件在人們?nèi)粘I钪械玫搅藦V泛應(yīng)用。在對電動汽車智能充電樁 APP 客戶端的設(shè)計中,根據(jù)用戶手機(jī)操作系統(tǒng)的不同分別設(shè)計了 iOSV7.0.0 版本和 Android V2.3.3版本的 APP 客戶端軟件,均為 C/S 體系結(jié)構(gòu),具有強大的擴(kuò)展能力和靈活性。

1、視圖層

視圖層是 APP 客戶端與用戶交互的界面,在了解用戶需求的情況下,可通過調(diào)用業(yè)務(wù)邏輯層的接口對用戶需求進(jìn)行邏輯處理,并將處理結(jié)果展現(xiàn)給客戶。包括地圖顯示、支付結(jié)算、車輛狀態(tài)顯示、電池電量狀態(tài)顯示、控制界面以及查詢界面等。

2、業(yè)務(wù)邏輯層

需要及時完成用戶在業(yè)務(wù)上的邏輯需求,包括對服務(wù)器數(shù)據(jù)的請求、對本地數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)讀取等。

3、業(yè)務(wù)實體層

業(yè)務(wù)實體層包括各個不同的業(yè)物實體、對網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器的數(shù)據(jù)請求、對本地數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)解析、對網(wǎng)絡(luò)平臺服務(wù)器數(shù)據(jù)請求和數(shù)據(jù)解析以及對網(wǎng)絡(luò)平臺數(shù)據(jù)庫的維護(hù)等。APP 客戶端軟件在設(shè)計思維上,是根

據(jù)用戶選擇的功能對相應(yīng)業(yè)務(wù)邏輯層對應(yīng)的模塊進(jìn)行調(diào)用。而在此過程中,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(diào)用了業(yè)務(wù)實體層模塊。通過網(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、安科瑞充電樁運營管理平臺

1、系統(tǒng)架構(gòu)

image.png 

安科瑞Acrelcloud-充電樁收費運營云平臺系統(tǒng)通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對接入系統(tǒng)的充電樁站點和各個充電樁進(jìn)行不間斷地數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控,同時對各類故障如充電機(jī)過溫保護(hù)、充電機(jī)輸入輸出過壓、欠壓、絕緣檢測故障等一系列故障進(jìn)行預(yù)警;用戶通過微信小程序掃描二維碼,進(jìn)行支付后,系統(tǒng)發(fā)起充電請求,控制二維碼對應(yīng)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(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(shù)據(jù)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(jiān)測,充電樁異常交易監(jiān)測。

交易結(jié)算:充電價格策略管理,預(yù)收費管理,賬單管理,營收和財務(wù)相關(guān)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(wù):充電設(shè)施搜索,充電設(shè)施查看,地圖尋址,在線自助支付充電,充電結(jié)算,導(dǎo)航等

微信小程序:掃碼充電,賬單支付等功能

數(shù)據(jù)服務(wù):數(shù)據(jù)采集,短信提醒,數(shù)據(jù)存儲和解析

變壓器監(jiān)控:監(jiān)控充電站變壓器負(fù)荷,每個充電站配備一塊ARCM300T無線表,超負(fù)荷時系統(tǒng)自動對充電樁的進(jìn)行調(diào)度管理,即當(dāng)負(fù)荷超過百分之五十時,系統(tǒng)會限制新增開始充電的充電樁的功率,降為百分之五十,當(dāng)變壓器負(fù)荷超過百分之八十時,系統(tǒng)將不允許新增充電樁開始充電,直到負(fù)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(quán)限密碼,進(jìn)行登錄,防止未授權(quán)人員瀏覽有關(guān)信息。

image.png 

2.2平臺首頁

平臺首頁總覽每天的開戶數(shù)、充值金額、充電金額、充電度數(shù)、充電次數(shù)、充電時長,累計的開戶數(shù)、充值金額、充電金額、充電度數(shù)、充電次數(shù)、充電時長,以及相應(yīng)的環(huán)比增長和同比增長以及樁、站分布地圖導(dǎo)航、本月充電統(tǒng)計。

image.png 

2.3實時監(jiān)控

充電站監(jiān)控

充電站監(jiān)控頁面監(jiān)視用戶充電槍總數(shù)、正在充電的槍數(shù)、空閑槍數(shù)、插槍數(shù)量、故障槍數(shù)量等,匯總了用戶擁有各樁的當(dāng)日充電總次數(shù)、總電量、總時長,進(jìn)行負(fù)荷限制、故障查詢。

image.png 

充電監(jiān)控

充電樁監(jiān)控頁面充電槍的基本信息、今日充電電量、今日充電次數(shù)、今日充電時長和累計充電電量、累計充電次數(shù)、累計充電時長等、充電電壓電流等參數(shù)。

image.png 

2.4微信小程序

搜索與使用

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

image.pngimage.pngimage.png 

授權(quán)登錄界面

用戶通過搜索或者掃碼等途徑初次打開小程序時,會進(jìn)入這個頁面,需要用戶授權(quán)登錄才可以進(jìn)入小程序主功能頁面,如圖所示:

image.pngimage.png 

主功能頁

初次進(jìn)入主功能頁時需要授權(quán)定位才可以使用地圖相關(guān)功能,在地圖上查看到當(dāng)前所在區(qū)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(dǎo)航等。

image.pngimage.pngimage.png 

充電

掃描充電槍上的二維碼,如果當(dāng)前充電樁可用即可進(jìn)入充電選擇頁面,可以查看到當(dāng)前的充電站名稱、充電槍名稱,以及當(dāng)前的賬戶余額,電價和預(yù)計可充電量等數(shù)據(jù),還可以查看當(dāng)前賬戶的歷史充電記錄。充電方式分為按時間充電、按金額充電、按電量充電這三種方式。充電結(jié)束可以進(jìn)進(jìn)行評價。

image.pngimage.pngimage.png 

個人信息

個人信息可以顯示當(dāng)前登錄賬號的昵稱和余額,同時包括、充值、充值記錄查詢、賬單查詢、充電記錄查詢、設(shè)置支付密碼等功能

image.pngimage.pngimage.png 

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,或者客戶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)

序號

名稱

型號、規(guī)格

單位

數(shù)量

備注

1

數(shù)據(jù)服務(wù)器

DellR730CPU:E5-2620內(nèi)存:32G硬盤容量:4*1.2T(SAS1萬轉(zhuǎn)2.5英寸小盤)RAID5

1

甲供,供參考

2

WEB服務(wù)器

DellR730CPU:E5-2603內(nèi)存:16G硬盤容量:3*300G(SAS1萬轉(zhuǎn)2.5英寸小盤)RAID5

1

甲供,供參考

3

操作系統(tǒng)

WindowsServer2012R2

2

甲供,供參考

4

數(shù)據(jù)庫

MySQL

1

甲供,供參考

5

網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)

華為(HUAWEI)S1728GWR-4P-AC,24口千兆交換機(jī)

1

甲供,供參考

 

序號

點數(shù)

數(shù)量

名稱

CPU資源

硬盤

帶寬

操作系統(tǒng)版本

1

<1000點

1臺


4核16G

數(shù)據(jù)盤150GSSD

5M

WindowsServer2012數(shù)據(jù)平臺版64位

2

<5000點

2臺

應(yīng)用服務(wù)器

4核16G

數(shù)據(jù)盤150GSSD

6M

WindowsServer2012數(shù)據(jù)平臺版64位

數(shù)據(jù)服務(wù)器

4核16G

數(shù)據(jù)盤200GSSD

1M

WindowsServer2012數(shù)據(jù)平臺版64位

3

<10000點

2臺

應(yīng)用服務(wù)器

8核32G

數(shù)據(jù)盤50GSSD

10M

WindowsServer2012數(shù)據(jù)平臺版64位

數(shù)據(jù)服務(wù)器

4核16G

數(shù)據(jù)盤400GSSD

1M

WindowsServer2012數(shù)據(jù)平臺版64位

 

若客戶自己租用阿里云服務(wù)器,服務(wù)器配置根據(jù)充電槍點數(shù)的不同,分別如下:

3.2現(xiàn)場推薦硬件配置清單:

序號

名稱

型號、規(guī)格

單位

數(shù)量

備注

1

7kW交流充電樁

AEV-AC007DB(L)1


安科瑞

2

40kW交流充電樁

AEV-AC040DB(L)A


安科瑞

3

60kW直流一體充電樁

AEV-DC060SLA


安科瑞

4

120kW直流一體充電樁

AEV-DC120SLA


安科瑞

5

180kW直流分體式充電樁

AEV-DC180FA


安科瑞

6

360kW直流分體式充電樁

AEV-DC360FA


安科瑞

7

分體式充電終端

AEV-DCFZ


安科瑞

8

無線表

ARCM300T

1

安科瑞(如需變壓器監(jiān)控)

 

四、安科瑞限流式保護(hù)器的介紹與選型

1、限流式保護(hù)器的設(shè)計

電氣防火限流式保護(hù)器可有效克服傳統(tǒng)斷路器、空氣開關(guān)和監(jiān)控設(shè)備存在的短路電流大、切斷短路電流時間長、短路時產(chǎn)生的電弧火花大,以及使用壽命短等當(dāng)弊端,發(fā)生短路故障時,能以微秒級速度快速限制短路電流以實現(xiàn)滅弧保護(hù),從而能顯著減少電氣火災(zāi)事故,保障使用場所人員和財產(chǎn)的安全。

安科瑞ASCP200-1電氣防火限流式保護(hù)器的主要元件是固態(tài)開關(guān),不同于傳統(tǒng)家用的空氣開關(guān)(微斷)。我們知道,傳統(tǒng)空氣開關(guān)的斷開是一種機(jī)械運動過程,分?jǐn)鄷r間需要幾十毫秒(一般30~50ms),帶負(fù)載斷開時通常伴隨有電弧的產(chǎn)生。而固態(tài)開關(guān)的斷開則是依靠半導(dǎo)體內(nèi)部的載流子運動實現(xiàn),分?jǐn)鄷r間微秒級,速度快,無電弧產(chǎn)生。

如圖1所示,當(dāng)發(fā)生短路故障時,傳統(tǒng)空氣開關(guān)在電流升至C點時才能動作,且無法瞬時切斷電流,而固態(tài)開關(guān)則可以在電流升至B點時即瞬間切斷短路電流。

image.png 

1短路故障前后電流與時間關(guān)系圖

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

2、ASCP200-1功能特點

image.png 

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

A)短路保護(hù)功能,線路發(fā)生短路故障時,能在150微秒內(nèi)實現(xiàn)快速限流保護(hù);

B)過載保護(hù)功能,線路持續(xù)過載時,保護(hù)器限流保護(hù);

C)表內(nèi)超溫保護(hù)功能,保護(hù)器內(nèi)部器件工作溫度過高時,保護(hù)器限流保護(hù);

D)過/欠壓保護(hù)功能,線路欠壓或過壓時,保護(hù)器告警或限流保護(hù)(可設(shè));

E)電纜溫度監(jiān)測功能,被測線纜溫度超過報警設(shè)定值時,保護(hù)器告警或限流保護(hù)(可設(shè));

F)漏電流監(jiān)測功能,線路漏電超過報警設(shè)定值時,保護(hù)器告警或限流保護(hù)(可設(shè));

G)通訊功能,保護(hù)器配置1路RS485接口,1路2G無線通訊,可以將數(shù)據(jù)發(fā)送到安科瑞Acrel-6000安全云平臺,或第三方監(jiān)控軟件或平臺,從而實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。

3、ASCP200-1技術(shù)參數(shù)

image.png 

4、應(yīng)用方案圖示

ASCP200-1型電氣防火限流式保護(hù)器建議安裝在入戶開關(guān)下端,額定電流值根據(jù)入戶開關(guān)的具體規(guī)格進(jìn)行設(shè)置,典型應(yīng)用示意圖如圖2所示:

image.png 

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(hù)器時,限流式保護(hù)器的設(shè)定的額定電流應(yīng)該與其前上級的斷路器的額定電流保持一致。例如,當(dāng)限流式保護(hù)器輸入端斷路器的額定電流為32A時,應(yīng)將限流式保護(hù)器的額定電流設(shè)置為32A。為保障限流式保護(hù)器的正常使用,嚴(yán)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路中。

ASCP200系列采用限流式保護(hù)器采用壁掛式安裝,可以掛墻安裝,也可以安裝在箱體內(nèi),應(yīng)確保安裝場所無滴水、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,接線時應(yīng)按接線圖進(jìn)行,同時為了防止接頭處接觸電阻過大而導(dǎo)致局部過熱,也避免因接觸不良而導(dǎo)致保護(hù)器工作不正常,線頭應(yīng)采用合適大小的U形冷壓頭壓接后,再插入保護(hù)器相應(yīng)端子上并將螺釘擰緊壓實。

保護(hù)器內(nèi)部帶有交流電,嚴(yán)禁非專業(yè)人士擅自打開產(chǎn)品外殼。保護(hù)器在使用期間,若被保護(hù)線路發(fā)生短路或過載故障而被限流保護(hù)時,保護(hù)器仍處于帶電狀態(tài),不允許隨意碰觸用電線路的金屬部分。待檢查線路,并排除故障后,長按保護(hù)器的復(fù)位按鍵約2秒鐘,使保護(hù)器恢復(fù)正常運行時。

當(dāng)保護(hù)器因超溫而發(fā)生限流保護(hù)時,則可能是因為負(fù)載電流過大,環(huán)境溫度過高或通風(fēng)散熱不良等原因?qū)е?,可通過加強通風(fēng)等措施,等保護(hù)器溫度降下來后,再長按復(fù)位鍵,使保護(hù)器復(fù)位,恢復(fù)正常運行。

五、結(jié)束語

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

 

參考文獻(xiàn)

[1] 杜婕.電動汽車智能充電樁的設(shè)計要求及相關(guān)技術(shù)探索.

[2] 郝常秀.基于云平臺的電動汽車智能充電系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用 [J]. 科技經(jīng)濟(jì)導(dǎo)刊

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