電動汽車智能充電樁管理方案

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

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電動汽車智能充電樁管理方案

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

電動汽車采用了電力作為發動能源，但是同樣存在很大缺陷，即續航能力方面存在較大不足。因此如何利用現代技術進行電動汽車的智能充電便十分重要。在電動汽車智能充電的研究過程中需要用到的技術有有電力電子變流技術、REIP無線射頻技術、智能監控技術以及CAN總線技術等。本文將CAN總線的無人值守功能與網絡通訊功能與應用到電動汽車智能充電樁的設計與研究中。開展了無人值守的智能電動車充電樁的現實依據和理論可行性分析，提出了一種兼備和無人值守功能的電動汽車智能充電樁的軟件設計方法和硬件結構組成方案，把每個電動汽車智能充電樁視為一個智能節點，建立了上位機組態監控和下位機數據采集相互結合的系統整體框架。電動汽車智能充電樁的研究和使用能夠實現電動汽車快速充電，并且能夠監控并控制充電情況，從而解決電動汽車續航不足的問題。

電動汽車；智能充電樁；管理方案

1　概述

常規汽車一般使用化石燃料作為動力能源，而這種燃料的使用不僅會造成環境污染，而且由于化石能源是不可再生資源，資源儲備量越來越少。因此越來越多的國家開始致力于電動汽車的研究和生產。在電動汽車行業方面我國屬于起步較早而且發展十分迅速的，為了進一步節能減排，改善地球的現有環境，電動汽車的發展已經成為了必然趨勢。但是電動汽車較弱的續航能力、不便于充電等方面也是一直被人詬病，大大限制了電動汽車的大范圍使用。目前的電動汽車的動力來源一般是蓄電池，如果電壓比較低，就需要進行充電，否則在速度、汽車性能等方面都會受到很大影響。充電模式多種多樣，其中用的比較多的是常規充電、電池組快速更換以及快速充電等，作為電動汽車的動力電池重量較大、體積也較，因此會面臨更換時不方便的問題。而電動汽車智能充電樁得使用將能夠完美解決電動汽車充電問題。智能充電樁能夠根據動力電池的電量進行電池維護，汽車用戶進行操作時也十分簡便。不僅能夠解決電動汽車隨時隨地充電的問題，還能夠對動力電池進行維護。

2　電動汽車的充電方法和建設充電樁監控系統的必要性

目前，電動汽車充電方式主要有以下幾種：

（1）交流充電。交流充電時一般采用的是220V或380V的交流電源，進行充電時車載充電裝置會對電流進行整流和濾波，從而保護電動汽車電源，并且實現對電動汽車的充電。但是這種充電方式需要較久的充電時間，因此比較適合小型的電動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電動汽車的蓄電池進行充電，不需要經過車載裝置進行電流調節，因此可以大大減輕汽車自重。因此進行直流充電時充電功率較大，充電效率較高，可以達到快速充電的目的，因此可以用于大型的電動汽車充電。

（3）更換電池組。使用這種方式充電時需要為電動汽車準備兩組電池，當一組電池給電動汽車提供動力，另外一組就進行地面直流充電。如果正在使用的蓄電池電力不足時，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間。但是充電時間的縮短代價是建造較多數量的電池更換站并且需要很多工作人員對電池更換站進行維護，因此需要投入大量的成本，降低了電動汽車充電智能化，因此一般不使用這種方式進行充電。

（4）非接觸式充電。這種方式在電動汽車充電當中并不常見，因為需要嵌入特定的電氣元件，而且還需要保證與汽車隨時都能夠進行接觸。只有做到了這樣才能夠保證電動汽車在行駛時也能夠隨時隨地充電。同樣由于技術和投入資金的原因，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，都需要建設充電樁，為了保證充電智能化，充電樁監控系統也是必不可少的。盡管現在電動汽車還存在不少的缺點，但是隨著社會、科技等的發展，電動汽車由于其噪音小、無污染等優點就會逐漸被人們接受和認可，因此需要進行充電系統的建設，盡管這項工程十分龐大，但是必要性仍然是存在的。隨著電動汽車的發展，現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，如果不建設智能充電樁管理，將會對鋰電池造成極大傷害，更有甚者會危及到人們的生命安全。

3　電動汽車充電樁監控系統實現的功能

3.1充電樁建設的兩種可行模式

（1）交流充電樁的建設。在停車場進行交流充電樁的建設，交流電壓可以采用220V或者380V，這兩種電壓適用于大多數的電動汽車蓄電池。通過這些交流充電樁可以能夠給小型的家用電動車或是環衛的清潔車進行充電，這種充電樁的建設方式有最大的優點在于能夠在夜間進行電池充電。

（2）直流充電樁的建設。這種充電樁一般適合建設在大型電動汽車或公交車聚集較多的場合，直流充電樁能夠為大型電動汽車進行快速充電，因此這種充電樁擁有較大的功率，對電網運行可能會造成一定程度的影響。因此在直流充電樁的建設時需要考慮對電網的保護。

3．2監控系統的主要功能

監控系統主要包括以下功能：

（1）IC卡識別功能，需要通過識別IC卡來完成激活充電樁以及計費方面的功能。

（2）蓄電池在充電樁進行充電時需要能夠對蓄電池的電壓和電流進行保護和檢測功能。

（3）電動汽車電池充電時對其充電狀態、電壓、電流等方面進行電池情況的監控。

（4）電池進行充電時需要對電池進行智能維護，以延長電池的使用時間。

4　充電樁智能監控系統的設計

4．1硬件框架組成

充電樁的電源為380V交流電網電源，經過對交流電進行整流、濾波和穩壓等措施就變成直流電源，能夠供給電動汽車進行充電。想要完成充電樁的充電還需要IC卡識別模塊，這個模塊的設計能夠讓用戶激活充電樁，讀卡器將會識別出IC卡上的用戶信息，識別完成后能夠顯示個人信息、余額等。而狀態顯示模塊則用來將充電過程中的狀態信息充分顯示出來。硬件系統包括了中央主控板、檢測芯片、IC讀卡器以及顯示屏、鍵盤等設備。建設充電樁過程中，其樁體材料的選擇應該以鍍鋅鋼板優先，考慮到防潮防水性能，還應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充電樁智能監控系統的軟件構成

當需要給電動汽車充電時，只需要將電動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行正常連接將會進行提示和報警。完成身份識別后，用戶可以進行充電時間、充電模式的選擇，同時在充電過程中充電樁將會檢測電池的充電狀態，如果充電模式被檢測到不對的話，同樣會提示和報警，充電樁也會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到是正確的，充電樁將會進行正常充電過程，充電樁給電動汽車充電過程中，充電樁的顯示屏將會顯示出用戶信息、用戶卡上余額、已經充電得時間以及充電完成剩余時間等信息。電動汽車充電結束后，充電樁將會發出提示，用戶IC卡停止計費，將票據通過打印機打印出來，等到用戶與電動汽車一同離開后，充電樁就會進入到自動鎖定的狀態，直到下一個用戶激活為止。以上步驟是智能充電樁的正常使用程序。

5　總結

電動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行整流、濾波和穩壓等措施變成直流電源后才能使用，但是充電效率較高。為了能夠保證電動汽車蓄電池的充電時間，延長蓄電池的使用時間，應該對電動汽車智能充電樁進行充分管理。從充電開始到充電結束充電樁的管理最好也能實現智能化，以減少人力的投入。智能充電樁管理的提高也能夠促進電動汽車的推廣使用，為保護環境盡一份力。

［1］王濤，張東華，賀智軼，等．電動汽車充電樁的控制系統研究與設計［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汽車交流充電樁［J］．高電壓技術，2013（01）.

2016-3-12

TP311.52

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