談耿， 趙雄峰， 丁福軍， 翟明遠(yuǎn)， 吳學(xué)梅

（甘肅易享行新能源發(fā)展有限公司）

1 引言

現(xiàn)階段，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)憑借其智能感知、智能識(shí)別、普適計(jì)算等多個(gè)融合優(yōu)勢(shì)，現(xiàn)被廣泛應(yīng)用于新能源汽車充電樁控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研發(fā)中，基于物聯(lián)網(wǎng)的新能源汽車充電樁控制系統(tǒng)將在平臺(tái)核心算法上實(shí)現(xiàn)智慧充電功能，滿足當(dāng)下新時(shí)代消費(fèi)需求的先進(jìn)性，符合運(yùn)營(yíng)商降本增效的運(yùn)營(yíng)方針。結(jié)合大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能等前沿技術(shù)，提供全新的用戶充電體驗(yàn)。隨著節(jié)能減排理念的深入及其政策的推行，我國(guó)領(lǐng)先突破了傳統(tǒng)汽車的燃油能耗模式，推行以電動(dòng)模式為主的新能源汽車，目前已實(shí)現(xiàn)了多個(gè)城市的推廣運(yùn)營(yíng)。在推廣運(yùn)營(yíng)期間，為滿足新能源汽車的充電需求，在城市公共設(shè)施建設(shè)中需配備新能源汽車充電樁，當(dāng)下應(yīng)用較多的新能源汽車充電樁主要有兩種，依據(jù)其充電模式的不同，可分為直流充電樁和單相交流充電樁，其中直流充電樁的充電速度較之后者更快，但是其對(duì)于新能源汽車電池的影響較大，電池會(huì)在長(zhǎng)期內(nèi)無(wú)法承受直充電流的沖擊而損耗使用壽命，單相交流充電樁對(duì)于新能源汽車電池的損耗較小，但現(xiàn)階段無(wú)法實(shí)現(xiàn)大規(guī)模接入電網(wǎng)，且其充電速度較慢，不能完全滿足新能源汽車的充電需求。因此，現(xiàn)階段技術(shù)人員研發(fā)科學(xué)且有效的新能源汽車充電樁，同時(shí)，平衡充電樁各功能之間的協(xié)調(diào)運(yùn)作至關(guān)重要，可有效推進(jìn)我國(guó)新能源汽車行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。

2 新能源汽車充電樁控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理

新能源汽車充電樁的控制系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上區(qū)分，主要分為外部操作系統(tǒng)和內(nèi)部管控系統(tǒng)兩大部分。其中外部操作系統(tǒng)主要由樁體、線路、定位器，滑竿和遮陽(yáng)筒等部分構(gòu)成，其在日常的充電供應(yīng)中充當(dāng)了載體的作用。另外，內(nèi)部管控系統(tǒng)主要包括線路管控系統(tǒng)和程序操控系統(tǒng)等，前者的主要作用是對(duì)電力進(jìn)行傳導(dǎo)和輸送，后者是針對(duì)充電樁的日常運(yùn)行進(jìn)行管控。例如，當(dāng)新能源汽車通過(guò)充電樁進(jìn)行充電操作時(shí)，外部操作系統(tǒng)會(huì)依據(jù)汽車的電力情況提供電力供應(yīng)，與此同時(shí)，內(nèi)部管控系統(tǒng)會(huì)及時(shí)啟動(dòng)電力供應(yīng)模式，滿足新能源汽車的供電需求，自電力充滿之后，內(nèi)部控制系統(tǒng)會(huì)發(fā)出相應(yīng)的指令，停止對(duì)汽車的充電操作。

3 新能源汽車充電樁控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

3.1 汽車充電樁控制系統(tǒng)線路設(shè)計(jì)

新能源汽車充電樁控制系統(tǒng)中的線路設(shè)計(jì)是其最直接，也是最為關(guān)鍵的設(shè)備組件，通過(guò)線路控制可高效實(shí)現(xiàn)充電樁與新能源汽車之間的電力供應(yīng)，同時(shí)，技術(shù)人員對(duì)線路結(jié)構(gòu)的科學(xué)設(shè)計(jì)，能夠有效保障后續(xù)電力供應(yīng)的監(jiān)管效果，保障充電樁線路控制操作的安全性和合理性。①新能源汽車充電樁的線路控制可以實(shí)現(xiàn)程序指令與充電樁之間的狀態(tài)調(diào)節(jié)，充分滿足電力的供應(yīng)，同時(shí)，線路的控制還能夠?qū)崟r(shí)對(duì)汽車充電樁的電力狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，在此期間，有效確保充電樁線路的流暢度管理。②針對(duì)汽車供電系統(tǒng)的調(diào)節(jié)和傳導(dǎo)操作也是通過(guò)線路控制得以實(shí)現(xiàn)的。首先，技術(shù)人員可按照新能源汽車的供電需求，對(duì)其電力傳導(dǎo)的做功進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而有效規(guī)避充電樁控制系統(tǒng)在線路運(yùn)行與供電傳導(dǎo)之間不相協(xié)調(diào)的問(wèn)題。經(jīng)數(shù)據(jù)研究表明，采用新型汽車充電樁控制系統(tǒng)對(duì)新能源汽車進(jìn)行供電操作后，其充電樁能耗比相對(duì)下降了約18%，在很大程度上實(shí)現(xiàn)了節(jié)能減排。同時(shí)，新能源汽車充電樁控制系統(tǒng)的線路設(shè)計(jì)與供電操作之間的適應(yīng)性相對(duì)上升，其中線路的控制設(shè)計(jì)能夠有效滿足新能源汽車的供電需求[1]。

3.2 汽車充電樁控制系統(tǒng)檢測(cè)設(shè)計(jì)

在新能源汽車供電樁的日常供電操作中，工程技術(shù)人員經(jīng)常會(huì)遇到充電樁與電力供應(yīng)設(shè)備存儲(chǔ)水平不匹配的狀況，由此，可能會(huì)導(dǎo)致在無(wú)法實(shí)時(shí)檢測(cè)電動(dòng)能源載體的前提下，產(chǎn)生持續(xù)供電的后果。又因新能源汽車存儲(chǔ)電池的存儲(chǔ)容量有限，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的電力供應(yīng)之后，會(huì)造成電池能源的過(guò)量損耗。技術(shù)人員在新能源汽車充電樁中安置檢測(cè)系統(tǒng)之后，檢測(cè)系統(tǒng)會(huì)實(shí)時(shí)連接充電樁外部端口，并監(jiān)測(cè)其狀態(tài)，在對(duì)新能源汽車進(jìn)行充電的過(guò)程中，完成相應(yīng)的電力強(qiáng)度調(diào)節(jié)并及時(shí)維護(hù)汽車電池的安全，實(shí)現(xiàn)新能源汽車電量的長(zhǎng)效供應(yīng)。例如，將相同型號(hào)的兩款新能源汽車進(jìn)行充電操作，在兩款汽車內(nèi)部電池電量相同的狀態(tài)下，經(jīng)同一時(shí)間補(bǔ)充電能，將第一款汽車連接傳統(tǒng)的電池充電樁進(jìn)行充電操作。第二款汽車連接帶有檢測(cè)系統(tǒng)的新型汽車充電樁進(jìn)行充電操作，經(jīng)一段時(shí)間的數(shù)據(jù)表明，第一款汽車的電量損耗遠(yuǎn)超過(guò)第二款汽車的電量損耗，通過(guò)兩款汽車電量損耗的差異對(duì)比，充分說(shuō)明了新能源汽車充電樁檢測(cè)控制系統(tǒng)的有效性。

3.3 汽車充電樁控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)

新能源汽車充電樁的程序控制設(shè)計(jì)是充電樁整體系統(tǒng)中最關(guān)鍵的部分，通常情況下，技術(shù)人員會(huì)運(yùn)用自動(dòng)監(jiān)控程序作為其程序控制的主體基礎(chǔ)，進(jìn)而滿足新能源汽車充電樁在城市范圍內(nèi)的大范圍開(kāi)發(fā)建設(shè)及高效運(yùn)營(yíng)。第一，運(yùn)用全自動(dòng)化的程序結(jié)構(gòu)構(gòu)建新能源汽車充電樁的自動(dòng)控制系統(tǒng)，進(jìn)而保證新能源汽車電力供應(yīng)操作的正規(guī)化運(yùn)行。第二，通過(guò)程序控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)汽車充電樁在供電傳輸各環(huán)節(jié)的協(xié)調(diào)運(yùn)作。例如，當(dāng)工程技術(shù)人員要對(duì)新能源汽車的充電樁進(jìn)行程序管理及電量傳輸控制設(shè)計(jì)時(shí)，其對(duì)充電樁程序控制的設(shè)計(jì)要點(diǎn)可歸納如下。

①以新能源汽車充電樁的型號(hào)為依據(jù)，通過(guò)程序編碼實(shí)現(xiàn)對(duì)電力檢測(cè)、電力做功強(qiáng)度調(diào)整、電力傳輸強(qiáng)度、充電程序開(kāi)啟及停止操作的有效串聯(lián)，實(shí)現(xiàn)新能源汽車充電樁各部分功能之間的協(xié)調(diào)運(yùn)作，以滿足汽車充電樁的供電操作需求。

②通過(guò)技術(shù)操作，實(shí)現(xiàn)新能源汽車供電樁內(nèi)部程序的自動(dòng)化監(jiān)控自檢功能。這種內(nèi)控自檢功能的實(shí)現(xiàn)，能夠在汽車進(jìn)行供電操作的前提下，實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車內(nèi)部能源載體狀態(tài)的檢測(cè)，從而保證對(duì)新能源汽車電池電量的合理供電，節(jié)約電量，規(guī)避因電量過(guò)剩而產(chǎn)生的電池?fù)p耗現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)電量供應(yīng)與程序自檢之間的協(xié)調(diào)運(yùn)作。例如，此時(shí)新能源汽車充電樁的電力供應(yīng)做功需滿足在200AH，才能夠支持下一步的電池供電操作，此時(shí)，充電樁控制系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)會(huì)以此參數(shù)為依據(jù)進(jìn)行自動(dòng)設(shè)定，以實(shí)現(xiàn)對(duì)新能源汽車的有效供電。

研究數(shù)據(jù)表明，新能源汽車充電樁控制系統(tǒng)自規(guī)劃程序控制設(shè)計(jì)之后，其針對(duì)汽車電池的充電效率比以往有很大幅度的提升。與此同時(shí)，在充電樁設(shè)備后續(xù)的供電操作期間，汽車充電樁持續(xù)性的電量有效供應(yīng)和管控效果也有大幅度地提高，電量供應(yīng)的穩(wěn)定性提升，充電效率明顯增強(qiáng)，控制程序運(yùn)行的整體效果較為明顯，依據(jù)這些數(shù)據(jù)研究表明，新能源汽車充電樁程序控制系統(tǒng)在其實(shí)際的運(yùn)行應(yīng)用中具有重要的作用[2]。

3.4 汽車充電樁控制系統(tǒng)安全設(shè)計(jì)

新能源汽車充電樁主體作為汽車電量供應(yīng)的重要部分，其安全性和穩(wěn)定性的保障尤為重要。因此，工程技術(shù)人員可運(yùn)用科學(xué)的手段增強(qiáng)其在電能供應(yīng)和傳輸方面的穩(wěn)定性，經(jīng)過(guò)多年的研究探索，工程技術(shù)人員通過(guò)對(duì)新能源汽車充電樁規(guī)劃安全控制系統(tǒng)，保障其在為能源汽車的供電操作中，能持續(xù)且安全地完成電能供應(yīng)和傳輸。

安全系統(tǒng)的安裝可以配合新能源汽車充電樁內(nèi)部的檢測(cè)系統(tǒng)一起運(yùn)行，共同對(duì)新能源汽車電能儲(chǔ)蓄裝置的狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，在電流過(guò)低的情況下，充電樁的安全系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)傳輸報(bào)警提醒，與此同時(shí)，充電樁的檢測(cè)系統(tǒng)會(huì)及時(shí)對(duì)新能源汽車內(nèi)部電能載體內(nèi)的電量狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，并有所調(diào)整供電做功和供電強(qiáng)度，保證充電樁電量傳輸?shù)挠行浴Ｍ瑫r(shí)，還可對(duì)充電樁的周圍環(huán)境進(jìn)行檢測(cè)，實(shí)時(shí)了解天氣、溫度等外部情況，針對(duì)惡劣的天氣環(huán)境條件，安全系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)傳輸程序指令到充電樁的控制系統(tǒng)，并自動(dòng)開(kāi)啟輔助設(shè)備，保障新能源汽車充電樁基礎(chǔ)設(shè)施的安全維護(hù)，規(guī)避可能遇到的自然損壞。

通常情況下，針對(duì)新能源汽車充電樁的安全系統(tǒng)設(shè)計(jì)，其具體的設(shè)計(jì)手法如下：

工程技術(shù)人員會(huì)采用虛擬掃描程序，先對(duì)新能源汽車充電樁的外部充電端口進(jìn)行檢測(cè)，并重新規(guī)劃其外部設(shè)備的原有電量的初始狀態(tài)，以方便后續(xù)對(duì)汽車充電樁型號(hào)匹配、內(nèi)部電容量、電量損耗比例等參數(shù)的設(shè)計(jì)。通常情況下，標(biāo)準(zhǔn)型號(hào)新能源汽車充電樁的電量為220AH，外部設(shè)備初始電量設(shè)置在30%左右，其充電樁的電能供應(yīng)強(qiáng)度設(shè)置初始參數(shù)為中等強(qiáng)度，并通過(guò)程序設(shè)計(jì)實(shí)時(shí)對(duì)新能源汽車的安全性進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

3.5 汽車充電樁控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

充電樁的充電設(shè)備控制器是其硬件設(shè)計(jì)中的重要組成部分。其主要承擔(dān)著計(jì)費(fèi)控制、BMS通訊、充電操作模塊，數(shù)字出入量顯示的檢測(cè)管控。通常情況下，標(biāo)準(zhǔn)的汽車充電樁充電設(shè)備控制器具備三路CAN總線通信接口，其中一個(gè)接口與充電樁的充電操作模塊相關(guān)聯(lián)，另外兩路接口的作用相同，都是針對(duì)新能源汽車的BMS通訊而設(shè)計(jì)。在對(duì)新能源汽車進(jìn)行充電操作時(shí)，充電設(shè)備控制器會(huì)通過(guò)與BMS端口進(jìn)行信息通訊，獲取汽車內(nèi)部電能載體的實(shí)際電量狀態(tài)以及其所需的電流供應(yīng)功率，電能傳輸強(qiáng)度等系列參數(shù)，進(jìn)而將相應(yīng)的參數(shù)通過(guò)CAN總線傳輸至充電操作模塊，技術(shù)人員通過(guò)操作充電操作模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)新能源汽車電量供應(yīng)。

另外，其他類別的新能源汽車充電樁的充電設(shè)備控制器可能還具備兩路RS485接口，其中的一路接口與充電樁內(nèi)部的計(jì)費(fèi)控制器相互通訊，在其通訊的過(guò)程中，會(huì)將充電樁充電過(guò)程中的實(shí)時(shí)電流、電池電壓、溫度等參數(shù)相應(yīng)傳遞至計(jì)費(fèi)控制器，并將參數(shù)進(jìn)行顯示，同時(shí)，此路端口兼顧接收計(jì)費(fèi)控制器所發(fā)送的開(kāi)啟充電和停止充電的程序指令。另外一路RS485端口與汽車充電樁內(nèi)部的交直流絕緣監(jiān)測(cè)模塊相互通訊，在通訊的過(guò)程中，程序會(huì)實(shí)時(shí)讀取模塊內(nèi)提供的絕緣電阻值，以此來(lái)判斷汽車充電樁與新能源汽車之間的絕緣性能，由此規(guī)避充電異常狀態(tài)，并及時(shí)作出相應(yīng)的安全防護(hù)措施。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，新能源汽車充電樁控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究至關(guān)重要，其充電樁控制系統(tǒng)的研發(fā)技術(shù)標(biāo)志著新能源企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力的強(qiáng)弱，在綠色節(jié)能政策的前提下，充電樁控制系統(tǒng)在線路、檢測(cè)、程序、安全等方面的高效設(shè)計(jì)，有助于后續(xù)新能源汽車行業(yè)的穩(wěn)步健康發(fā)展。