在長(cháng)期發(fā)展過(guò)程中，能源問(wèn)題與環(huán)境問(wèn)題成為了困擾人類(lèi)社會(huì )的關(guān)鍵問(wèn)題，而加大電動(dòng)汽車(chē)的生產(chǎn)力度可以在一定程度上減少石油等資源的消耗以及污染物的排放，但電動(dòng)汽車(chē)需要智能充電樁的支持，所以需要在現有研究結果的基礎上對電動(dòng)汽車(chē)智能充電樁設計及關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行剖析。

1電動(dòng)汽車(chē)智能充電樁的政策規定與現狀

1.1政策規定

當前我國針對智能充電樁等配套設施制定了相應的政策，例如《關(guān)于加快電動(dòng)汽車(chē)充電基礎設施建設的指導意見(jiàn)》、《提升新能源汽車(chē)充電保障能力行動(dòng)計劃》等，對智能充電樁設計、建設進(jìn)行了規定[1]。

1.2設計現狀

2022年1月時(shí)我國制定了《“十四五"現代能源體系規劃》，強調要積極發(fā)展新能源并努力利用新能源代替化石能源，從而使能源結構轉型。同時(shí)，強調力爭到2025年，電力需求側響應能力達到極限負荷的3%～5%，其中華東、華中、南方等地區達到極限負荷的5%左右。在這種情況下，各個(gè)領(lǐng)域都需要持續推進(jìn)能源低碳轉型，提升能源系統效率，例如汽車(chē)制造領(lǐng)域應積極研發(fā)新能源電動(dòng)車(chē)并做好電動(dòng)汽車(chē)智能充電樁的設計工作。但相比于西方發(fā)達國家，我國電動(dòng)汽車(chē)起步相對較晚，相關(guān)技術(shù)還不夠成熟。且我國針對電動(dòng)汽車(chē)智能充電樁的設計體系還不夠完善，設計中仍然存在一些亟待解決的問(wèn)題。

1.3電動(dòng)汽車(chē)智能充電樁的類(lèi)型及比例

一，智能充電樁的類(lèi)型。從充電方式、充電接口數等各方面情況來(lái)看，智能充電樁包括諸多類(lèi)型。例如，從充電方式來(lái)看，智能充電樁包括交流、直流、交直流一體這三種類(lèi)型；從充電接口數來(lái)看，智能充電樁包括一樁一充、一樁多充這兩種類(lèi)型；從安裝地點(diǎn)來(lái)看，智能充電樁包括公用充電樁與專(zhuān)用充電樁這兩種類(lèi)型；從安裝方式來(lái)看，智能充電樁包括落地式與掛壁式這兩種類(lèi)型。其中公用充電樁與專(zhuān)用充電樁這一分類(lèi)較為常用，且公共充電樁可以為全部或部分社會(huì )車(chē)輛提供充電服務(wù)，專(zhuān)用樁只為部分特定的社會(huì )車(chē)輛服務(wù)，一般安裝到單位內部場(chǎng)合，僅供單位內部人員使用。二，智能充電樁的比例。在智能充電樁需求愈加強烈的背景下，我國加大了充電樁建設力度，使充電樁比例得到了改善。中國充電聯(lián)盟的統計數據表明，在2022年1月-8月，我國充電基礎設施增量為169.8萬(wàn)臺，同比 2021年1月-8月增長(cháng) 300.5%。且2022 年1-8月，車(chē)樁增量比達到2.3:1，有效改善了“一樁難求"的局面，但是這一比例仍然達不到發(fā)改委提出的相應要求。

2電動(dòng)汽車(chē)智能充電樁的設計

2.1總體設計

可以將智能充電樁分為功能結構模塊、人機交互模塊以及安全防護模塊，將功能結構模塊分為主控單元、智能通訊單元、功能擴展接口、智能計量結算單元；將人機交互模塊分為智能語(yǔ)音輸出單元、智能顯示單元、樁體顯示單元、智能身份識別單元、打印輸出單元；將安全防護模塊分為控制導引單元、電氣防護單元、緊急停止單元以及防水防塵單元[2]。

2.2可重構模塊化設計

一，功能結構模塊設計。例如，在進(jìn)行主控單元設計時(shí)需要將具有Cortex-M3內核的LPC1769當作主控芯片；在進(jìn)行智能通訊單元電路設計時(shí)需要采用高速、雙通道的芯片，且需要應用CAN總線(xiàn)通訊，從而實(shí)現智能充電樁與電動(dòng)汽車(chē)電池管理系統的信息交互；在進(jìn)行計量計費單元設計時(shí)需要選擇具有RS485通訊功能的智能電表，確保電表可以根據時(shí)段自動(dòng)調用相應的費率且能夠實(shí)時(shí)測量電能表的運行參數。二，人機交互模塊設計。在設計過(guò)程中可以通過(guò)RFID這種射頻識別技術(shù)進(jìn)行智能身份識別單元的設計，通過(guò)非接觸式的自動(dòng)識別進(jìn)行電磁耦合控制并為費用結算等環(huán)節提供支持，且需要完善智能顯示單元的硬件電路設計，確保初始界面有充電、查詢(xún)、管理以及幫助等基礎功能。三，安全防護模塊設計。在進(jìn)行控制導引系統設計時(shí)需要優(yōu)化充電連接方式設計，使電纜組件與供電設備連接，使電纜組件的另一頭與電動(dòng)汽車(chē)相連接，且需要優(yōu)化充電控制導引電路設計，確保其具備充電監測、充電功率識別、充電系統停止等功能。

2.3人機交互軟件分層設計及界面設計

一，分層設計?？梢詫⒅悄艹潆姌兜娜藱C交互軟件架構分為5層，即APP層、BUSS層、COMP層、INFRA層以及DRV層，將APP層當作人機交互系統的高層、將BUSS層當作系統的次高層并完善BUSS層對按鍵的處理流程（如圖一所示）、在COMP層中編寫(xiě)各種能夠對屏幕進(jìn)行操作的功能函數、在INFRA層中設計屏幕的實(shí)際繪制函數、在DRV層中完善硬件的驅動(dòng)程序設計。二，界面設計。在進(jìn)行界面設計時(shí)需要做好人機交互系統的原型設計與界面

流程設計工作，例如在進(jìn)行系統原型設計時(shí)應充分考慮充電過(guò)程中可能會(huì )出現的問(wèn)題并優(yōu)化原型流程，在進(jìn)行界面流程設計時(shí)應完善界面操作模式，讓用戶(hù)可以自主選擇自動(dòng)模式、定時(shí)模式或定費模式，之后再完善各個(gè)模式的具體功能。

圖一：BUSS層對按鍵的處理流程

3電動(dòng)汽車(chē)智能充電樁設計的關(guān)鍵技術(shù)

3.1直流一體化充電技術(shù)

直流一體化充電技術(shù)可以將整流模塊都安裝在智能充電樁中并通過(guò)交流電纜將交流電轉變?yōu)橹绷麟?，再通過(guò)充電槍為電動(dòng)汽車(chē)進(jìn)行充電。在設計智能充電樁時(shí)應綜合分析這種技術(shù)手段的優(yōu)勢與劣勢并準確判斷是否應用這種技術(shù)。

3.2柔性充電堆技術(shù)

柔性充電堆技術(shù)應用了智能控制技術(shù)，可以將全部或部分電動(dòng)汽車(chē)智能充電樁中的充電模塊集中在一起并形成功率池，且可以實(shí)現集中監控與調度，根據電動(dòng)汽車(chē)的充電需求自動(dòng)匹配很好的充電模塊數量。在應用這種技術(shù)時(shí)需要綜合分析智能充電樁的特點(diǎn)，從而優(yōu)化技術(shù)應用效果。

4電動(dòng)汽車(chē)智能充電樁的發(fā)展前景

在理念不斷改變、技術(shù)水平不斷提升的背景下，電動(dòng)汽車(chē)智能充電樁會(huì )逐漸向調節化、規范化等方向發(fā)展，且未來(lái)智能充電樁會(huì )得到新基建與虛擬電廠(chǎng)技術(shù)的加持，到那時(shí)充電樁就不再是單獨的、機械式的物理存在，且會(huì )具備智能物聯(lián)網(wǎng)的屬性，成為下一代能源互聯(lián)網(wǎng)的重要入口。其中虛擬電廠(chǎng)可以通過(guò)信息技術(shù)和軟件系統實(shí)現分布式電源、儲能、可調負荷等多種分布式資源的聚合和協(xié)同優(yōu)化。且虛擬電廠(chǎng)可以通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)、5G以及智能網(wǎng)關(guān)等先進(jìn)通信技術(shù)實(shí)現電網(wǎng)調度系統與用戶(hù)側可調節資源的雙向通信，因此需要加大對虛擬電廠(chǎng)的研究力度，不斷增加區域的調節能力，為用戶(hù)側可調節資源參與市場(chǎng)交易等各個(gè)方面提供技術(shù)保障，并通過(guò)虛擬電廠(chǎng)對新能源汽車(chē)與電網(wǎng)能量互動(dòng)等分布式能源進(jìn)行集中管理，使電動(dòng)汽車(chē)智能充電樁的可持續發(fā)展。

5安科瑞充電樁收費運營(yíng)云平臺

5.1概述

AcrelCloud-9000安科瑞充電柱收費運營(yíng)云平臺系統通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對接入系統的電動(dòng)電動(dòng)自行車(chē)充電站以及各個(gè)充電整法行不間斷地數據采集和監控，實(shí)時(shí)監控充電樁運行狀態(tài)，進(jìn)行充電服務(wù)、支付管理，交易結算，資要管理、電能管理，明細查詢(xún)等。同時(shí)對充電機過(guò)溫保護、漏電、充電機輸入/輸出過(guò)壓，欠壓，絕緣低各類(lèi)故障進(jìn)行預警；充電樁支持以太網(wǎng)、4G或WIFI等方式接入互聯(lián)網(wǎng)，用戶(hù)通過(guò)微信、支付寶，云閃付掃碼充電。

5.2應用場(chǎng)所

適用于民用建筑、一般工業(yè)建筑、居住小區、實(shí)業(yè)單位、商業(yè)綜合體、學(xué)校、園區等充電樁模式的充電基礎設施設計。

5.3系統結構

5.3.1系統分為四層：

1）即數據采集層、網(wǎng)絡(luò )傳輸層、數據中心層和客戶(hù)端層。

2）數據采集層：包括電瓶車(chē)智能充電樁通訊協(xié)議為標準modbus-rtu。電瓶車(chē)智能充電樁用于采集充電回路的電力參數，并進(jìn)行電能計量和保護。

3）網(wǎng)絡(luò )傳輸層：通過(guò)4G網(wǎng)絡(luò )將數據上傳至搭建好的數據庫服務(wù)器。

4）數據中心層：包含應用服務(wù)器和數據服務(wù)器，應用服務(wù)器部署數據采集服務(wù)、WEB網(wǎng)站，數據服務(wù)器部署實(shí)時(shí)數據庫、歷史數據庫、基礎數據庫。

5）應客戶(hù)端層：系統負責人可在瀏覽器中訪(fǎng)問(wèn)電瓶車(chē)充電樁收費平臺。終端充電用戶(hù)通過(guò)刷卡掃碼的方式啟動(dòng)充電。

小區充電平臺功能主要涵蓋充電設施智能化大屏、實(shí)時(shí)監控、交易管理、故障管理、統計分析、基礎數據管理等功能，同時(shí)為運維人員提供運維APP，充電用戶(hù)提供充電小程序。

5.4安科瑞充電樁云平臺系統功能

5.4.1智能化大屏

智能化大屏展示站點(diǎn)分布情況，對設備狀態(tài)、設備使用率、充電次數、充電時(shí)長(cháng)、充電金額、充電度數、充電樁故障等進(jìn)行統計顯示，同時(shí)可查看每個(gè)站點(diǎn)的站點(diǎn)信息、充電樁列表、充電記錄、收益、能耗、故障記錄等。統一管理小區充電樁，查看設備使用率，合理分配資源。

5.4.2.實(shí)時(shí)監控

實(shí)時(shí)監視充電設施運行狀況，主要包括充電樁運行狀態(tài)、回路狀態(tài)、充電過(guò)程中的充電電量、充電電壓/電流，充電樁告警信息等。

5.4.3交易管理

平臺管理人員可管理充電用戶(hù)賬戶(hù)，對其進(jìn)行賬戶(hù)進(jìn)行充值、退款、凍結、注銷(xiāo)等操作，可查看小區用戶(hù)每日的充電交易詳細信息。

5.4.4故障管理

設備自動(dòng)上報故障信息，平臺管理人員可通過(guò)平臺查看故障信息并進(jìn)行派發(fā)處理，同時(shí)運維人員可通過(guò)運維APP收取故障推送，運維人員在運維工作完成后將結果上報。充電用戶(hù)也可通過(guò)充電小程序反饋現場(chǎng)問(wèn)題。

5.4.5統計分析

通過(guò)系統平臺，從充電站點(diǎn)、充電設施、、充電時(shí)間、充電方式等不同角度，查詢(xún)充電交易統計信息、能耗統計信息等。

5.4.6基礎數據管理

在系統平臺建立運營(yíng)商戶(hù)，運營(yíng)商可建立和管理其運營(yíng)所需站點(diǎn)和充電設施，維護充電設施信息、價(jià)格策略、折扣、優(yōu)惠活動(dòng)，同時(shí)可管理在線(xiàn)卡用戶(hù)充值、 凍結和解綁。

5.4.7運維APP

面向運維人員使用，可以對站點(diǎn)和充電樁進(jìn)行管理、能夠進(jìn)行故障閉環(huán)處理、查詢(xún)流量卡使用情況、查詢(xún)充電\充值情況，進(jìn)行遠程參數設置，同時(shí)可接收故障推送

5.4.8充電小程序

面向充電用戶(hù)使用，可查看附近空閑設備，主要包含掃碼充電、賬戶(hù)充值，充電卡綁定、交易查詢(xún)、故障申訴等功能。

5.5系統硬件配置

6結語(yǔ)

智能充電樁的設計效果與技術(shù)應用情況會(huì )對電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展產(chǎn)生較大影響，因此應提高對智能充電樁設計的重視程度，根據設計要求開(kāi)展總體設計、可重構模塊化設計、人機交互界面設計等環(huán)節的工作并靈活應用各種關(guān)鍵技術(shù)，進(jìn)一步提升智能充電樁的實(shí)用性，為電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展提供支持。

參考文獻

[1]杜婕.電動(dòng)汽車(chē)智能充電樁的設計要求及相關(guān)技術(shù)探索[J].通信電源技術(shù),2019,36(03):65-66.

[2]張明慧,周天睿,于靜,金民.電動(dòng)汽車(chē)智能充電樁管理系統的設計與開(kāi)發(fā)[J].現代計算機,2021,27(33):110-115.

[3]劉娟.電動(dòng)汽車(chē)智能充電樁設計及關(guān)鍵技術(shù)研究

[4]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊.2022.05版.