浅谈电动车充电管理系统设计

张颖姣

安科瑞电气股份有限公司上海嘉定 201801

摘要：随着我国社会经济的不断发展，汽车的保有量得到大幅提升。然而，汽车使用数量的激增导致尾气排放大大增加，对大气环境造成了严重污染。因此，为了保护环境，许多新型环保汽车的设计正积极推广，电动汽车便是其中之一。电动汽车通过充电桩获得电力，提高充电桩的充电性能，从而为电动汽车的发展打下坚实的基础，同时也提供了便捷的充电服务。

关键词：电动汽车；充电桩；充电管理；系统设计

0引言

新能源汽车研发和应用的推进，在一定程度上削减了化石能源的使用，有利于落实和推进节能减排，有效控制了环境污染的惨烈，如今新能源汽车蓬勃发展，有效缓解了大气污染问题。但由于电动汽车行业还不成熟、充电桩接口问题、市场质量参差不齐等问题，国家也对电动自充电桩的设计实施规范。为了有效实现充电桩的效益，设计人员从充电桩的基本功能入手，创新充电桩充电管理系统设计，不断提高其安全性和实用性。

1.电动汽车充电桩主要分类

首先交流充电,交流充电是为电机提供220V或380V交流充电服务。交流充电方式可在公共停车场为公交提供充电服务，也可以用于小型电动汽车。其次，直流充电。与电力驱动电动汽车的地面维护不同，大型电动汽车可以在不使用电池的情况下快速完成充电并开车，相比之下，无需使用蓄电池存储电量。第三，直接更换电池方式。将电池更换充电方式，提升充电安全性。通常用于有两组蓄电池的电动汽车，其中一组蓄电池供车辆驱动，另一组电池则可取出进行充电，以实现电池更迭，保证车辆顺畅运转和电池持续供能。非接触式充电方式，利用感应器件实现汽车非接触式充电，车辆和充电设备无需接触即可完成充电。这种方式可满足行驶中车辆的随时充电需求，而不会受限于充电桩数量。但是，该方式对技术要求较高，充电速度和质量均难以保证，限制了其推广应用。

2.电动汽车充电桩的充电特征分析

在电动汽车充电桩充电特性分析过程中，需要结合快充和慢充两种分析方法。第一种是快充车，充电速度调整为大于或等于3C，电池容量可在100kWh范围内操纵，车身上有两个直流充电孔，可同时用电枪充电。考虑到汽车快速充气电池容量相对较小，车辆运营时单位一次性用电量较高，需要确保车辆很好地适应起动和换班间隙，确保合理充电。考虑到电池容量大，有必要在运行过程中分析往返行程中如果将耗电量控制在范围内，并在每次发车间隔快速填充。为满足慢充车的充电需求，确保每天至少充电2-3次。当然，在慢充车中，有一种特殊的“快速填充”技术模式，允许在发车换班间隔进行快速充电。在这一过程中，充电桩的选择是根据电动汽车的实际特点进行的，以避免深冲深放电对电池寿命产生不利影响。特别是当电动汽车的剩余功率小于30%时，这时进行充电，补充到80%以上。在电动汽车方面，由于BMS系统为电池提供了有效的保护，因此有必要积极限制充电桩电池的输入功率，合理确定其快速充电时间。

3.电动汽车充电桩充电管理系统的设计原则

首先，在进行电动汽车充电管理系统设计时，只有加强系统的安全性设计，才能确保电动汽车的充电管理系统在实际运行中安全可靠。其次，开放性设计原则的运用非常关键。由于使用电动汽车的用户来自不同文化和知识背景，因此增强该管理系统的开放性原则设计。在进行开放性原则系统设计时，首先应该注意系统的数据通信协议的设计。，发展性原则。关于电动汽车充电桩运营管理系统的设计与开发，在技术架构方面，应加强发展性视角。需注重系统设计的优化，采用多层逻辑处理层体系，划分表现层、控制层、数据操作层及服务层。同时，应关注技术应用，提升设计水平。

4.电动汽车充电桩充电管理系统的设计

4.1软件设计

在储能电动汽车充电桩的综合系统设计中，选择DSP芯片作为控制核心，负责掌控整个系统。在实际设计充电系统时，首要任务是对充电流程进行管理以确保系统的稳定运行，为电动汽车提供便捷的充电服务。在存储器检验维修过程中，可获取相关检验信息。电动汽车充电桩管理系统软件设计还应着重于合理设计程序框图，以实际运转数据为基础，把握系统运行情况。

4.2后台监控

设计充电桩时，要做好监测后台，监管各充电桩的运行信息，如电压、电流输送和充电时间等，这可快速发现潜在运行风险和故障、缩短维修周期。同时，形成数据库，方便汽车使用者快速查找可充电桩，以提高电动汽车的普及率。此外，对于充值卡可施行后台监管，公示客户缴费时间、缴费场所以及卡内余额，使客户能快速了解充值卡情况。如此一来，客户无需担心因余额不足造成充电中断，轻松享受更智能的服务。

4.3环境及电磁兼容设计

为了提高充电桩的使用寿命，需要将其融入环境保护理念，使其不受结构破坏，充电桩仍需承受恶劣环境和强电磁环境。充电桩的主要材料以镀锌钢板为主，采用烤漆技术可提高桩表面的防腐能力。

4.4回转电路设计

控制电路的主要作用是在充电前检查接口，因此在连接到充电设备和电源时，保证信息的准确性和充电。电动汽车连接充电桩时，连接充电电缆，为了达到这一目的和原理，充电前对充电桩进行控制，并详细记录控制和监测数据。完成记录，确定电压值是否符合要求，并检查接口之间的通信，确保整个过程的安全。

4.5设置配比与场址选择

每栋建筑停车场配置的充电设备数量符合当地法规。在选择具体位置时，应从消防、电力、通风、洪水破坏等方面广泛考虑充电桩。充电桩的位置还应满足供电容量、供电半径、线路路径和其他能源接入要求。现场的选择远离火灾危险环境，特别是爆炸区域，遵守环境保护和消防安全要求，避免安装在可能积水的地方、低洼地区以及不会受到严重振动或高温影响的地方。充电桩的位置还应满足用户和设备的通信需求，并应确保公共通信网络能够覆盖。

5.加强电动汽车充电桩规划设计

5.1科学选择充电桩站点

首先，充电桩的竖立配合城市道路、排水、消防等基础设施。举例来说，在兴建充电桩时，应充分考虑环境保护和防火安全，以及与楼宇的合理防火距离。同时，应保证充电桩部位不受爆炸、剧烈振动和高温的危害。其次，充电桩应放置在远离厕所、洗手间和容易积水的地方。综上所述，充电桩的放置科学合理，才能满足电动汽车的充电需求。因此，填料桩通常放置在住宅区、企业、公众停车场等。

5.2 明确设计要点

大多数充电桩在使用时进行高负荷并不断工作。充电桩设计应注意稳定性和可靠性，以保证充填效率和质量。在充电桩设备方面，可以采用适应性更强的模块化结构来应对雷击、防静电干扰、电磁干扰和过电压。可采用镀锌钢为材料，均匀地在表面涂上保护层，减少雨水的腐蚀作用。在设计充电桩时考虑到防静电的需要，主要是采用双向瞬态模式抑制二极管接地。此外，内部控制面板应提供触摸屏、无线模块、电能测量和整个控制模块的完全连接。控制模块可以实时监控充电桩的操作，以确保其足够可靠和安全使用。

5.3 建立统一规划的充电体系

在制订综合资助计划时，在电力系统的编码标准、数据与付款之间的联系、系统覆盖率高、信息量高和系统运作效率高等范畴进行高水平的综合规划。在电力汽车充电站的具体建设中，针对新时代发展的具体需要，结合业务发展模式，在具体建设中引入“PPP”管理模式。运营、建设并逐步完善相关综合关税制度，促进社会资本更多参与。在有关系统的发展过程中，政府应发挥适当的领导作用，让所有充电桩制造业参与具体的发展过程。

6.安科瑞充电桩收费运营云平台

6.1概述

AcrelCloud-9000安科瑞充电柱收费运营云平台系统通过物联网技术对接入系统的电动电动自行车充电站以及各个充电整法行不间断地数据采集和监控，实时监控充电桩运行状态，进行充电服务、支付管理，交易结算，资要管理、电能管理，明细查询等。同时对充电机过温保护、漏电、充电机输入/输出过压，欠压，绝缘低各类故障进行预警；充电桩支持以太网、4G或WIFI等方式接入互联网，用户通过微信、支付宝，云闪付扫码充电。

6.2应用场所

适用于民用建筑、一般工业建筑、居住小区、实业单位、商业综合体、学校、园区等充电桩模式的充电基础设施设计。

6.3系统结构

6.3.1系统分为四层：

1）即数据采集层、网络传输层、数据中心层和客户端层。

2）数据采集层：包括电瓶车智能充电桩通讯协议为标准modbus-rtu。电瓶车智能充电桩用于采集充电回路的电力参数，并进行电能计量和保护。

3）网络传输层：通过4G网络将数据上传至搭建好的数据库服务器。

4）数据中心层：包含应用服务器和数据服务器，应用服务器部署数据采集服务、WEB网站，数据服务器部署实时数据库、历史数据库、基础数据库。

5）应客户端层：系统管理员可在浏览器中访问电瓶车充电桩收费平台。终端充电用户通过刷卡扫码的方式启动充电。

小区充电平台功能主要涵盖充电设施智能化大屏、实时监控、交易管理、故障管理、统计分析、基础数据管理等功能，同时为运维人员提供运维APP，充电用户提供充电小程序。

6.4安科瑞充电桩云平台系统功能

6.4.1智能化大屏

智能化大屏展示站点分布情况，对设备状态、设备使用率、充电次数、充电时长、充电金额、充电度数、充电桩故障等进行统计显示，同时可查看每个站点的站点信息、充电桩列表、充电记录、收益、能耗、故障记录等。统一管理小区充电桩，查看设备使用率，合理分配资源。

6.4.2.实时监控

实时监视充电设施运行状况，主要包括充电桩运行状态、回路状态、充电过程中的充电电量、充电电压/电流，充电桩告警信息等。

6.4.3交易管理

平台管理人员可管理充电用户账户，对其进行账户进行充值、退款、冻结、注销等操作，可查看小区用户每日的充电交易详细信息。

6.4.4故障管理

设备自动上报故障信息，平台管理人员可通过平台查看故障信息并进行派发处理，同时运维人员可通过运维APP收取故障推送，运维人员在运维工作完成后将结果上报。充电用户也可通过充电小程序反馈现场问题。

6.4.5统计分析

通过系统平台，从充电站点、充电设施、、充电时间、充电方式等不同角度，查询充电交易统计信息、能耗统计信息等。

6.4.6基础数据管理

在系统平台建立运营商户，运营商可建立和管理其运营所需站点和充电设施，维护充电设施信息、价格策略、折扣、优惠活动，同时可管理在线卡用户充值、 冻结和解绑。

6.4.7运维APP

面向运维人员使用，可以对站点和充电桩进行管理、能够进行故障闭环处理、查询流量卡使用情况、查询充电充值情况，进行远程参数设置，同时可接收故障推送

6.4.8充电小程序

面向充电用户使用，可查看附近空闲设备，主要包含扫码充电、账户充值，充电卡绑定、交易查询、故障申诉等功能。

6.5系统硬件配置

7结语

总之，随着电动汽车的普及，充电桩问题日益突出。为了解决这个问题，需要加大对智能充电桩的研发力度，使充电过程更加直观且提高用户体验，从而为推动电动汽车的发展作出贡献。即使产品再完美，也难免存在缺陷，因此需要不断推陈出新，以促进电动汽车行业的健康稳定发展。

参考文献

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贝钰垠.电动汽车充电桩电气设计[J].电子世界，2019（12）：192-193.

电动汽车充电桩充电管理系统设计.张卫东

安科瑞企业微电网设计与应用手册.2022.05版.

审核编辑 黄宇