薛　冰，蔡　磊，王　鵬，蔡文昌，王嗣舉（國網(wǎng)商丘供電公司，河南省 商丘市 476000）

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電動(dòng)汽車智能充電樁管理方案

薛冰，蔡磊，王鵬，蔡文昌，王嗣舉（國網(wǎng)商丘供電公司，河南省 商丘市 476000）

電動(dòng)汽車采用了電力作為發(fā)動(dòng)能源，但是同樣存在很大缺陷，即續(xù)航能力方面存在較大不足。因此如何利用現(xiàn)代技術(shù)進(jìn)行電動(dòng)汽車的智能充電便十分重要。在電動(dòng)汽車智能充電的研究過程中需要用到的技術(shù)有有電力電子變流技術(shù)、REIP無線射頻技術(shù)、智能監(jiān)控技術(shù)以及CAN總線技術(shù)等。本文將CAN總線的無人值守功能與網(wǎng)絡(luò)通訊功能與應(yīng)用到電動(dòng)汽車智能充電樁的設(shè)計(jì)與研究中。開展了無人值守的智能電動(dòng)車充電樁的現(xiàn)實(shí)依據(jù)和理論可行性分析，提出了一種兼?zhèn)浜蜔o人值守功能的電動(dòng)汽車智能充電樁的軟件設(shè)計(jì)方法和硬件結(jié)構(gòu)組成方案，把每個(gè)電動(dòng)汽車智能充電樁視為一個(gè)智能節(jié)點(diǎn)，建立了上位機(jī)組態(tài)監(jiān)控和下位機(jī)數(shù)據(jù)采集相互結(jié)合的系統(tǒng)整體框架。電動(dòng)汽車智能充電樁的研究和使用能夠?qū)崿F(xiàn)電動(dòng)汽車快速充電，并且能夠監(jiān)控并控制充電情況，從而解決電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航不足的問題。

電動(dòng)汽車；智能充電樁；管理方案

1　概述

常規(guī)汽車一般使用化石燃料作為動(dòng)力能源，而這種燃料的使用不僅會(huì)造成環(huán)境污染，而且由于化石能源是不可再生資源，資源儲(chǔ)備量越來越少。因此越來越多的國家開始致力于電動(dòng)汽車的研究和生產(chǎn)。在電動(dòng)汽車行業(yè)方面我國屬于起步較早而且發(fā)展十分迅速的，為了進(jìn)一步節(jié)能減排，改善地球的現(xiàn)有環(huán)境，電動(dòng)汽車的發(fā)展已經(jīng)成為了必然趨勢(shì)。但是電動(dòng)汽車較弱的續(xù)航能力、不便于充電等方面也是一直被人詬病，大大限制了電動(dòng)汽車的大范圍使用。目前的電動(dòng)汽車的動(dòng)力來源一般是蓄電池，如果電壓比較低，就需要進(jìn)行充電，否則在速度、汽車性能等方面都會(huì)受到很大影響。充電模式多種多樣，其中用的比較多的是常規(guī)充電、電池組快速更換以及快速充電等，作為電動(dòng)汽車的動(dòng)力電池重量較大、體積也較，因此會(huì)面臨更換時(shí)不方便的問題。而電動(dòng)汽車智能充電樁得使用將能夠完美解決電動(dòng)汽車充電問題。智能充電樁能夠根據(jù)動(dòng)力電池的電量進(jìn)行電池維護(hù)，汽車用戶進(jìn)行操作時(shí)也十分簡(jiǎn)便。不僅能夠解決電動(dòng)汽車隨時(shí)隨地充電的問題，還能夠?qū)?dòng)力電池進(jìn)行維護(hù)。

2　電動(dòng)汽車的充電方法和建設(shè)充電樁監(jiān)控系統(tǒng)的必要性

目前，電動(dòng)汽車充電方式主要有以下幾種：

（1）交流充電。交流充電時(shí)一般采用的是220V或380V的交流電源，進(jìn)行充電時(shí)車載充電裝置會(huì)對(duì)電流進(jìn)行整流和濾波，從而保護(hù)電動(dòng)汽車電源，并且實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)汽車的充電。但是這種充電方式需要較久的充電時(shí)間，因此比較適合小型的電動(dòng)汽車和混合式電力汽車。

（2）直流充電。該種充電方式通過直流電源對(duì)電動(dòng)汽車的蓄電池進(jìn)行充電，不需要經(jīng)過車載裝置進(jìn)行電流調(diào)節(jié)，因此可以大大減輕汽車自重。因此進(jìn)行直流充電時(shí)充電功率較大，充電效率較高，可以達(dá)到快速充電的目的，因此可以用于大型的電動(dòng)汽車充電。

（3）更換電池組。使用這種方式充電時(shí)需要為電動(dòng)汽車準(zhǔn)備兩組電池，當(dāng)一組電池給電動(dòng)汽車提供動(dòng)力，另外一組就進(jìn)行地面直流充電。如果正在使用的蓄電池電力不足時(shí)，將該組蓄電池拆下替換成另外一組電池。這種方式充電大大縮短了充電時(shí)間。但是充電時(shí)間的縮短代價(jià)是建造較多數(shù)量的電池更換站并且需要很多工作人員對(duì)電池更換站進(jìn)行維護(hù)，因此需要投入大量的成本，降低了電動(dòng)汽車充電智能化，因此一般不使用這種方式進(jìn)行充電。

（4）非接觸式充電。這種方式在電動(dòng)汽車充電當(dāng)中并不常見，因?yàn)樾枰度胩囟ǖ碾姎庠?，而且還需要保證與汽車隨時(shí)都能夠進(jìn)行接觸。只有做到了這樣才能夠保證電動(dòng)汽車在行駛時(shí)也能夠隨時(shí)隨地充電。同樣由于技術(shù)和投入資金的原因，這種充電方式并沒有得到大量推廣使用。

充電方式主要有直流和交流充電兩種，不管是這兩種方式的那種，都需要建設(shè)充電樁，為了保證充電智能化，充電樁監(jiān)控系統(tǒng)也是必不可少的。盡管現(xiàn)在電動(dòng)汽車還存在不少的缺點(diǎn)，但是隨著社會(huì)、科技等的發(fā)展，電動(dòng)汽車由于其噪音小、無污染等優(yōu)點(diǎn)就會(huì)逐漸被人們接受和認(rèn)可，因此需要進(jìn)行充電系統(tǒng)的建設(shè)，盡管這項(xiàng)工程十分龐大，但是必要性仍然是存在的。隨著電動(dòng)汽車的發(fā)展，現(xiàn)在的蓄電池一般采用鋰電子電池，此種電池在充放電方面的要求很高，如果不建設(shè)智能充電樁管理，將會(huì)對(duì)鋰電池造成極大傷害，更有甚者會(huì)危及到人們的生命安全。

3　電動(dòng)汽車充電樁監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能

3.1充電樁建設(shè)的兩種可行模式

（1）交流充電樁的建設(shè)。在停車場(chǎng)進(jìn)行交流充電樁的建設(shè)，交流電壓可以采用220V或者380V，這兩種電壓適用于大多數(shù)的電動(dòng)汽車蓄電池。通過這些交流充電樁可以能夠給小型的家用電動(dòng)車或是環(huán)衛(wèi)的清潔車進(jìn)行充電，這種充電樁的建設(shè)方式有最大的優(yōu)點(diǎn)在于能夠在夜間進(jìn)行電池充電。

（2）直流充電樁的建設(shè)。這種充電樁一般適合建設(shè)在大型電動(dòng)汽車或公交車聚集較多的場(chǎng)合，直流充電樁能夠?yàn)榇笮碗妱?dòng)汽車進(jìn)行快速充電，因此這種充電樁擁有較大的功率，對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行可能會(huì)造成一定程度的影響。因此在直流充電樁的建設(shè)時(shí)需要考慮對(duì)電網(wǎng)的保護(hù)。

3．2監(jiān)控系統(tǒng)的主要功能

監(jiān)控系統(tǒng)主要包括以下功能：

（1）IC卡識(shí)別功能，需要通過識(shí)別IC卡來完成激活充電樁以及計(jì)費(fèi)方面的功能。

（2）蓄電池在充電樁進(jìn)行充電時(shí)需要能夠?qū)π铍姵氐碾妷汉碗娏鬟M(jìn)行保護(hù)和檢測(cè)功能。

（3）電動(dòng)汽車電池充電時(shí)對(duì)其充電狀態(tài)、電壓、電流等方面進(jìn)行電池情況的監(jiān)控。

（4）電池進(jìn)行充電時(shí)需要對(duì)電池進(jìn)行智能維護(hù)，以延長電池的使用時(shí)間。

4　充電樁智能監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

4．1硬件框架組成

充電樁的電源為380V交流電網(wǎng)電源，經(jīng)過對(duì)交流電進(jìn)行整流、濾波和穩(wěn)壓等措施就變成直流電源，能夠供給電動(dòng)汽車進(jìn)行充電。想要完成充電樁的充電還需要IC卡識(shí)別模塊，這個(gè)模塊的設(shè)計(jì)能夠讓用戶激活充電樁，讀卡器將會(huì)識(shí)別出IC卡上的用戶信息，識(shí)別完成后能夠顯示個(gè)人信息、余額等。而狀態(tài)顯示模塊則用來將充電過程中的狀態(tài)信息充分顯示出來。硬件系統(tǒng)包括了中央主控板、檢測(cè)芯片、IC讀卡器以及顯示屏、鍵盤等設(shè)備。建設(shè)充電樁過程中，其樁體材料的選擇應(yīng)該以鍍鋅鋼板優(yōu)先，考慮到防潮防水性能，還應(yīng)該保證材料的防水性能，以保證充電樁在潮濕天氣下也能夠正常使用。

4．2充電樁智能監(jiān)控系統(tǒng)的軟件構(gòu)成

當(dāng)需要給電動(dòng)汽車充電時(shí)，只需要將電動(dòng)汽車上的充電插口連接到充電樁上的充電手柄，通過讀卡器識(shí)別用戶的IC卡以將充電樁激活；如果充電插口和充電手柄沒有進(jìn)行正常連接將會(huì)進(jìn)行提示和報(bào)警。完成身份識(shí)別后，用戶可以進(jìn)行充電時(shí)間、充電模式的選擇，同時(shí)在充電過程中充電樁將會(huì)檢測(cè)電池的充電狀態(tài)，如果充電模式被檢測(cè)到不對(duì)的話，同樣會(huì)提示和報(bào)警，充電樁也會(huì)通過顯示屏給用戶一些選擇充電模式方面的建議。如果充電模式的選擇被檢測(cè)到是正確的，充電樁將會(huì)進(jìn)行正常充電過程，充電樁給電動(dòng)汽車充電過程中，充電樁的顯示屏將會(huì)顯示出用戶信息、用戶卡上余額、已經(jīng)充電得時(shí)間以及充電完成剩余時(shí)間等信息。電動(dòng)汽車充電結(jié)束后，充電樁將會(huì)發(fā)出提示，用戶IC卡停止計(jì)費(fèi)，將票據(jù)通過打印機(jī)打印出來，等到用戶與電動(dòng)汽車一同離開后，充電樁就會(huì)進(jìn)入到自動(dòng)鎖定的狀態(tài)，直到下一個(gè)用戶激活為止。以上步驟是智能充電樁的正常使用程序。

5　總結(jié)

電動(dòng)汽車智能充電樁分為兩種，一種是直流充電樁，一種是交流充電樁。其中交流充電樁需要進(jìn)行整流、濾波和穩(wěn)壓等措施變成直流電源后才能使用，但是充電效率較高。為了能夠保證電動(dòng)汽車蓄電池的充電時(shí)間，延長蓄電池的使用時(shí)間，應(yīng)該對(duì)電動(dòng)汽車智能充電樁進(jìn)行充分管理。從充電開始到充電結(jié)束充電樁的管理最好也能實(shí)現(xiàn)智能化，以減少人力的投入。智能充電樁管理的提高也能夠促進(jìn)電動(dòng)汽車的推廣使用，為保護(hù)環(huán)境盡一份力。

［1］王濤，張東華，賀智軼，等．電動(dòng)汽車充電樁的控制系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì)［J］．湖北電力，2012（04）.

［2］張 允，陸佳政，李 波．利用有源濾波功能的新型電動(dòng)汽車交流充電樁［J］．高電壓技術(shù)，2013（01）.

2016-3-12

TP311.52

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2095-2066（2016）09-0221-02