电动汽车充电桩系统方案设计

安科瑞 陈聪

摘要：近年来电动汽车作为新能源汽车中技术为成熟的受到了人们的大力追捧。但是当前充电问题依然是困扰电动汽车产业将来快速发展的重要因素之一。因此，本文对电动汽车充电桩控制系统进行了研究与开发，旨在推出更加便捷的电动汽车充电系统，促进电动汽车产业的发展。

关键词：电动汽车；充电桩；控制系统

0引言

随着人们环保意识的逐渐提升，电动汽车愈来愈受到人们的追捧和喜爱。我国国内很多机构也对电动汽车提出了不同的充电模式，包括：电池组更换、快速充电、常规充电等。然而从实际应用层面来分析，汽车电池组不但拥有较为庞大的体积，而且其重量也比较重，经常性的更换不方便；而运用直流充电柜为电动汽车电池组充电，虽然达到了续航的目的，但也对电池的使用寿命造成很大损害。

所以，交流充电桩能够非常有效解决电动汽车电池组的能量补给以及续航问题，运用交流充电桩进行充电不需要对电池进行装卸，而是直接运用电缆线连接汽车电池组和充电桩就能够完成充电作业，而且交流电对电池组进行充电不会对电池的使用寿命和性能造成影响，是一种非常优秀的充电方式。另外，交流充电桩重量轻、体积小，和我国电力系统了解较为便捷，容易在居民小区、办公场所、超市以及电动汽车充电站内部进行布设。

1 电动汽车充电桩控制系统开发

1.1电动汽车充电桩控制系统的基本单元

本文中设计的电动汽车交流充电桩控制系统基本单元为：主充电电路系统、主控制电路系统、人机交互界面、收费系统、刷卡系统，其结构如图 1所示：

1.2控制系统的硬件组成元件

优秀的电动汽车智能充电系统不但能够满足电动汽车用户对充电的需求，而且还具备电力计量、结算等功能。

因此，本文设计的系统选择使用 At—mel企业生产的 ARM9处理器当成系统重要的组成部分。该处理器具备以下特性：拥有5个串口，2个 USB接口，1个主USB接口，另外一个为以太网接口，动态SDRAM 控制器，NAND控制器，以及多路IO 口，并且这些元件都可以满足工业级的温度范围，能够满足本系统实际使用环境的需求。

系统中的电量计量装置为多功能单相表计量，采用 RS485实现数据传送，电路图结构示意图如图2：

2 电动汽车充电桩控制系统的开发

为了确保用户使用的便捷性，本系统设计了如下应用模块：用户信息交互模块、电能

计量控制模块。系统软件功能模块示意图如图3所示：

3安科瑞AcrelCloud-9000充电站运营平台

3.1平台概述

安科瑞充电站运营平台依托物联网、云计算、互联网、大数据、AI等技术，对充电站配电系统的运行、电能消耗、电能质量、充电安全和行为安全进行实时监控和预警，为充电站的可靠、安全、经济运行提供保障，并及时切除安全隐患、避免电气火灾发生，从而保障人员的生命财产安全，打造“安全、高效、舒适、绿色”的“人—车—桩—电网—互联网—多种增值业务”的智慧充电站，提升充电站的社会和经济价值。

3.2适用场合

可广泛应用于医院、学校、酒店、体育场等公共建筑；商业广场、产业园等综合园区；企业、住宅小区等场所。

3.3系统结构

平台采用分层分布式结构，主要由感知层、网络层和平台层三个部分组成，详细拓扑结构如下：

现场设备层：连接于网络中的各类传感器，包括多功能电力仪表、汽车充电桩、电瓶车充电桩、电能质量分析仪表、电气火灾探测器、限流式保护器、烟雾传感器、测温装置、智能插座、摄像头等。

网络通讯层：包含现场智能网关、网络交换机等设备。智能网关主动采集现场设备层设备的数据，并可进行规约转换，数据存储，并通过网络把数据上传至搭建好的数据库服务器，智能网关可在网络故障时将数据存储在本地，待网络恢复时从中断的位置继续上传数据，保证服务器端数据不丢失。

平台管理层：包含应用服务器和数据服务器，完成对现场所有智能设备的数据交换，可在PC端或移动端实现实时监测充电站配电系统运行状态、充电桩的工作状态、充电过程及人员行为，并完成微信、支付宝在线支付等应用。

多功能电力仪表、汽车充电桩、电瓶车充电桩、电气火灾探测器、限流式保护器、智能插座可通过全网通4G通讯模组与平台直接通讯。

电能质量分析仪表、烟雾传感器和测温装置通过RS485，摄像头通过RJ45与智能网关通讯，再由智能网关通讯通过4G统一与平台通讯。

限流式保护器既可以通过4G连接平台，也可以通过RS485连接网关。

平台搭建在客户自己配置的服务器上。搭建完成之后，客户可以在任意能联网的地方，通过有权限的账号登陆网页以及手机APP查看各处的运行情况。

3.4相关产品介绍

3.4.1 7KW交流充电桩AEV-AC007D

产品功能

1）智能监测：充电桩智能控制器对充电桩具备测量、控制与保护的功能，如运行状态监测、故障状态监测、充电计量与计费以及充电过程的联动控制等。

2）智能计量：输出配置智能电能表，进行充电计量，具备完善的通信功能，可将计量信息通过RS485分别上传给充电桩智能控制器和网络运营平台。

3）云平台：具备连接云平台的功能，可以实现实时监控，财务报表分析等等。

4）保护功能：具备防雷保护、过载保护、短路保护，漏电保护和接地保护等功能。

5）材质可靠：保证长期使用并抵御复杂天气环境。

6）适配车型：满足国标充电接口，适配所有符合GB/T20234.2-2015国标的电动汽车，适应不同车型的不同功率。

7）资产安全：产品全部由中国平安保险承保，充分保障设备、车辆、人员的安全。

3.4.2直流充电桩系列

3.4.3电气火灾探测器ARCM300-Z

3.4.4限流式保护器ASCP200

产品功能：

1）短路保护：保护器实时监测用电线路电流，当线路发生短路故障时，能在150微秒内实现快速限流保护，并发出声光报警信号；

2）过载保护：当线路电流过载且持续时间超过动作时间（3~60秒可设）时，保护器启动限流保护，并发出声光报警信号；

3）表内超温保护：当保护器内部器件工作温度过高时，保护器实施超温限流保护，并发出声光报警信号；

4）组网通讯：保护器具有1路RS485接口，可以将数据发送到后台监控系统，实现远程监控。

3.5平台功能

3.5.1首页

平台首页显示充电站的位置及在线情况，统计充电站的充电数据。

3.5.2实时监控

1）充电站监控

可以按站点名称进行筛选，显示站点详情、充电枪列表、统计订单信息、故障记录，点击某个充电枪编号后在进入充电枪监控页面实时监测变压器负荷（搭配ACM300T、ADW300），当负荷超过50%时，系统会限制新增开始充电的充电桩的功率，降为50%，当变压器负荷超过80%时，系统将不允许新增充电桩开始充电，直到负荷下降为止。如图所示：

统计当前充电站各充电桩回路的数据；通过卡片的形式展现充电桩的数据；显示故障列表；如图所示：

2）充电桩监控

显示充电桩充电数据；显示各回路的充电状态；可以对充电中的回路进行手动终止；显示订单信息、故障信息；如图所示：

3）设备监控

显示限流式保护器的状态，包括线路中的剩余电流、温度及异常报警，如图所示：

3.5.3故障管理

1）故障查询

故障查询中记录了登录用户相关联的所有故障信息。如图所示：

2）故障派发

故障派发中记录了当前待派发的故障信息。如图所示：

3）故障处理

故障处理中记录了当前待处理的故障信息。如图所示：

3.5.4能耗分析

在能耗分析中，可查看规定时段关联站点和关联桩的能耗信息并显示对应的能耗趋势图。如图所示：

3.5.5故障分析

在故障分析中，可查看相关时间内的故障数、故障状态、故障类型、趋势分析以及故障列表。如图所示：

3.5.6财务报表

在财务报表中，可根据时间查看关联站点的财务数据。如图所示：

3.5.7收益查询

在收益查询中，可查看总的收益统计、收益变化曲线图、支付占比饼图以及实际收益报表。如图所示：

4结语

现在随着电动汽车产业的发展和应用，安全、便捷的汽车充电方式显得愈来愈重要。本文中设计的电动汽车充电桩控制系统拥有三大优点，主要表现在：

(1)电动汽车用户使用非常便捷；

(2)该系统的集成化程度非常高；

(3)系统非常简单，用户非常容易进行操作。

其实际应用后必将能够有力的促进我国电动汽车产业的发展。该系统在设计中不但考虑到了充电的便捷性，而且还对与充电桩的实际应用环境进行了结合，尽大程度的提升对电能的利用效率以及用户的实际使用满意度。我们相信，在未来随着我国电动汽车行业的进一步发展，电动汽车充电桩控制系统必将发挥出更大的作用。

参考文献:

[1] 朱江淼,张森.电动汽车充电站实时网络电能计量系统的研制[J].国外电子测量技术,2O15(12)．

[2] 温超,袁金云,王冬青.交流充电桩中触摸屏与 PLC的通信研究[J].青岛大学学

报(工程技术版),2015(03)．

1. 兰琴丽,周晨,孙皴.电动汽车充电桩控制系统开发[J].电子技术与软件工程,2016(24):40.

[4] 安科瑞企业微电网设计与应用手册2022.5版.