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摘要：在節(jié)能減排環(huán)境下，為減少環(huán)境污染問(wèn)題,，電動(dòng)汽車應(yīng)時(shí)而生,。充電樁作為電動(dòng)汽車的重要組成部分以及重要能量來(lái)源，加強(qiáng)其研究能促進(jìn)電動(dòng)汽車的長(zhǎng)久發(fā)展,。文章分析研究了充電樁的發(fā)展時(shí)期和現(xiàn)狀,，對(duì)我國(guó)目前已有的充電方式以及可行性進(jìn)行了分析，探究了電動(dòng)汽車充電樁設(shè)計(jì),，具體為硬件,、軟件、功能設(shè)計(jì)等方面,，希望能助力我國(guó)的電動(dòng)汽車飛速發(fā)展,。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車；充電樁,；設(shè)計(jì)

引言

在保護(hù)生態(tài)環(huán)境背景下,，為保護(hù)人類生存環(huán)境、保障經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展,，我國(guó)汽車工業(yè)逐漸向節(jié)能環(huán)保,、綠色產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)變，電動(dòng)汽車作為重要組成部分也勢(shì)必朝著節(jié)能減排趨勢(shì)發(fā)展,。充電樁作為電動(dòng)汽車的加油機(jī),，對(duì)其系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行研究具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

一,、電動(dòng)汽車充電樁概述

1,、電動(dòng)汽車充電樁發(fā)展歷程及近況

新經(jīng)濟(jì)時(shí)代，我國(guó)工業(yè)發(fā)展飛速,，但給生態(tài)環(huán)境帶來(lái)很多壓力和傷害,。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)文化的發(fā)展，加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)意識(shí),、提倡節(jié)能低碳是我國(guó)社會(huì)發(fā)展必然趨勢(shì),。因此電動(dòng)汽車出現(xiàn)并逐漸推廣，目前,，電動(dòng)汽車在我國(guó)整個(gè)汽車市場(chǎng)有著舉足輕重的地位,，在電動(dòng)汽車推廣應(yīng)用初期,，因部分配套設(shè)施沒(méi)有得到完善，所以在很大程度上阻礙,、制約了電動(dòng)汽車的普及發(fā)展,，隨著環(huán)境保護(hù)、可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的建立,，該問(wèn)題受到了相關(guān)部門的關(guān)注和重視,，投入了大量的資金對(duì)電動(dòng)汽車的配套設(shè)施進(jìn)行豐富、完善,，并且已經(jīng)取得了一定的成果和經(jīng)驗(yàn),，其中包含充電站、充電樁等,。

2,、電動(dòng)汽車充電的方法

電動(dòng)汽車充電的方法主要有交流充電、直流充電,。直流充電不只是大型的公共汽車，在很多停車場(chǎng)地都會(huì)使用,，同時(shí)具備交流,、直流兩種充電樁，直流充電樁相對(duì)于交流更適用于大型車的快速充電,。

（1）交流充電,。使用220 V，380 V交流式充電電源,，推動(dòng)了電動(dòng)汽車多功能車載濾波電路,、三相整流橋等充電設(shè)施的發(fā)展，能夠?qū)﹄妱?dòng)汽車的二次電池進(jìn)行實(shí)時(shí),、有效充電,，耗費(fèi)時(shí)間較短，功率較高,，被廣泛應(yīng)用在小型電動(dòng)汽車上,。

（2）直流充電。借助地皮表面的電源,，對(duì)電動(dòng)汽車的二次電池（蓄電池）實(shí)施充電行為,。與交流充電方式不同，直流充電并不需要二次電池進(jìn)行作用,，充電時(shí)間較快,，被廣泛應(yīng)用于大型的電動(dòng)汽車以及電動(dòng)汽車快充。

二,、充電樁建設(shè)的兩種可行模式

1,、連接方式

為便利汽車充電,，可以在電動(dòng)汽車的停放場(chǎng)地建造相應(yīng)數(shù)量的交流充電樁，所用的220 V,，380 V交流電壓是當(dāng)今汽車工業(yè)中普遍存在的,，相對(duì)容易獲取，所以可以使用兩種交流電壓形式,。家用電動(dòng)車或者小型電動(dòng)車都可以,，較大特點(diǎn)是電動(dòng)汽車可以隨時(shí)利用閑暇時(shí)間進(jìn)行充電，使用便捷,。

2,、建設(shè)直流充電樁

與交流充電樁不同，直流充電樁更適合大型的電動(dòng)汽車充電,，在大型電動(dòng)汽車停放場(chǎng)地建立直流充電樁,，能夠使大型的電動(dòng)汽車迅速充電。因?yàn)橹绷鞒潆姌兜墓β势?，很容易?duì)電動(dòng)汽車的電網(wǎng)造成損害,，因此需要定期對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)。

三,、安科瑞充電樁運(yùn)營(yíng)管理平臺(tái)

1,、系統(tǒng)架構(gòu)

安科瑞Acrelcloud-充電樁收費(fèi)運(yùn)營(yíng)云平臺(tái)系統(tǒng)通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)接入系統(tǒng)的充電樁站點(diǎn)和各個(gè)充電樁進(jìn)行不間斷地?cái)?shù)據(jù)采集和監(jiān)控，同時(shí)對(duì)各類故障如充電機(jī)過(guò)溫保護(hù),、充電機(jī)輸入輸出過(guò)壓,、欠壓、絕緣檢測(cè)故障等一系列故障進(jìn)行預(yù)警,；用戶通過(guò)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(qǐng)求,，控制二維碼對(duì)應(yīng)的充電樁完成電動(dòng)汽車的充電過(guò)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(tái)包含了充電收費(fèi)和充電樁運(yùn)營(yíng)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(yùn)行監(jiān)測(cè),，充電樁異常交易監(jiān)測(cè)。

交易結(jié)算：充電價(jià)格策略管理，預(yù)收費(fèi)管理,，賬單管理,，營(yíng)收和財(cái)務(wù)相關(guān)報(bào)表

用戶管理：用戶注冊(cè)，用戶登錄,，用戶賬戶管理,，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(chǔ)和解析

變壓器監(jiān)控：監(jiān)控充電站變壓器負(fù)荷,，每個(gè)充電站配備一塊ARCM300T無(wú)線表，超負(fù)荷時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)對(duì)充電樁的進(jìn)行調(diào)度管理,，即當(dāng)負(fù)荷超過(guò)百分之五十時(shí),，系統(tǒng)會(huì)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(guò)百分之八十時(shí),，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(tái)功能

2.1平臺(tái)登錄

在瀏覽器打開云平臺(tái)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,。

2.2平臺(tái)首頁(yè)

平臺(tái)首頁(yè)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(shí)長(zhǎng),，累計(jì)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(shí)長(zhǎng),，以及相應(yīng)的環(huán)比增長(zhǎng)和同比增長(zhǎng)以及樁,、站分布地圖導(dǎo)航,、本月充電統(tǒng)計(jì)。

2.3實(shí)時(shí)監(jiān)控

l 充電站監(jiān)控

充電站監(jiān)控頁(yè)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(shí)長(zhǎng),，進(jìn)行負(fù)荷限制、故障查詢,。

l 充電槍監(jiān)控

充電樁監(jiān)控頁(yè)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(shí)長(zhǎng)和累計(jì)充電電量,、累計(jì)充電次數(shù)、累計(jì)充電時(shí)長(zhǎng)等,、充電電壓電流等參數(shù),。

2.4微信小程序

l 搜索與使用

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

l 授權(quán)登錄界面

用戶通過(guò)搜索或者掃碼等途徑初次打開小程序時(shí),，會(huì)進(jìn)入這個(gè)頁(yè)面，需要用戶授權(quán)登錄才可以進(jìn)入小程序主功能頁(yè)面,，如圖所示：

l 主功能頁(yè)

初次進(jìn)入主功能頁(yè)時(shí)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。

l 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(yè)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(jià)和預(yù)計(jì)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(shí)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(píng)價(jià),。

l 個(gè)人信息

個(gè)人信息可以顯示當(dāng)前登錄賬號(hào)的昵稱和余額,，同時(shí)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

3,、硬件配置

3.1平臺(tái)服務(wù)器：建議按照我方推薦配置購(gòu)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(qǐng)阿里云可忽略）

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(diǎn)數(shù)的不同，分別如下：

3.2現(xiàn)場(chǎng)推薦硬件配置清單：

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(jì)

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(shí)間長(zhǎng),、短路時(shí)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(shí),，能以微秒級(jí)速度快速限制短路電流以實(shí)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(chǎng)所人員和財(cái)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(yùn)動(dòng)過(guò)程，分?jǐn)鄷r(shí)間需要幾十毫秒(一般30～50ms),，帶負(fù)載斷開時(shí)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(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn),，分?jǐn)鄷r(shí)間微秒級(jí),，速度快，無(wú)電弧產(chǎn)生,。

如圖1所示,，當(dāng)發(fā)生短路故障時(shí)，傳統(tǒng)空氣開關(guān)在電流升至C點(diǎn)時(shí)才能動(dòng)作,，且無(wú)法瞬時(shí)切斷電流,，而固態(tài)開關(guān)則可以在電流升至B點(diǎn)時(shí)即瞬間切斷短路電流。

圖1短路故障前后電流與時(shí)間關(guān)系圖

從流過(guò)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(shí)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(shí)，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(diǎn)

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(shí),，能在150微秒內(nèi)實(shí)現(xiàn)快速限流保護(hù),；

B）過(guò)載保護(hù)功能，線路持續(xù)過(guò)載時(shí),，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(guò)高時(shí),，保護(hù)器限流保護(hù),；

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

E）電纜溫度監(jiān)測(cè)功能，被測(cè)線纜溫度超過(guò)報(bào)警設(shè)定值時(shí),，保護(hù)器告警或限流保護(hù)（可設(shè)）,；

F）漏電流監(jiān)測(cè)功能，線路漏電超過(guò)報(bào)警設(shè)定值時(shí),，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(wú)線通訊,，可以將數(shù)據(jù)發(fā)送到安科瑞Acrel-6000安全云平臺(tái)，或第三方監(jiān)控軟件或平臺(tái),，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控,。

3、ASCP200-1技術(shù)參數(shù)

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：

圖2ASCP200-1家用防火解決方案安裝示意圖

5,、使用注意事項(xiàng)

在選用限流式保護(hù)器時(shí),，限流式保護(hù)器的設(shè)定的額定電流應(yīng)該與其前上級(jí)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(shí),，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(chǎng)所無(wú)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(shí)應(yīng)按接線圖進(jìn)行,，同時(shí)為了防止接頭處接觸電阻過(guò)大而導(dǎo)致局部過(guò)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(shí),。

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(guò)載故障而被限流保護(hù)時(shí)，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(zhǎng)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(yùn)行時(shí)。

當(dāng)保護(hù)器因超溫而發(fā)生限流保護(hù)時(shí),，則可能是因?yàn)樨?fù)載電流過(guò)大,，環(huán)境溫度過(guò)高或通風(fēng)散熱不良等原因?qū)е拢赏ㄟ^(guò)加強(qiáng)通風(fēng)等措施,，等保護(hù)器溫度降下來(lái)后,，再長(zhǎng)按復(fù)位鍵，使保護(hù)器復(fù)位,，恢復(fù)正常運(yùn)行,。

五,、結(jié)束語(yǔ)

綜上所述,，可以看出來(lái),，在電動(dòng)汽車智能充電樁的設(shè)計(jì)中，要考慮的因素較多,，設(shè)計(jì)要求也更加高,，對(duì)智能充電樁的要求也比較嚴(yán)格，因此在設(shè)計(jì)智能充電樁的時(shí)候,，需要對(duì)智能充電樁的連接方式,、接口設(shè)計(jì)、問(wèn)題處理等都要進(jìn)行科學(xué)合理的選擇,，讓智能充電樁的設(shè)計(jì)可以更好的服務(wù)于客戶,。

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