淺談電動汽車充電樁設計交流充電直流充電

摘要：在節能減排環境下，為(wei) 減少環境汙染問題，電動汽車應時而生。充電樁作為(wei) 電動汽車的重要組成部分以及重要能量來源，加強其研究能促進電動汽車的長久發展。文章分析研究了充電樁的發展時期和現狀，對我國目前已有的充電方式以及可行性進行了分析，探究了電動汽車充電樁設計，具體(ti) 為(wei) 硬件、軟件、功能設計等方麵，希望能助力我國的電動汽車飛速發展。

關(guan) 鍵詞：電動汽車；充電樁；設計

引言

在保護生態環境背景下，為(wei) 保護人類生存環境、保障經濟社會(hui) 可持續發展，我國汽車工業(ye) 逐漸向節能環保、綠色產(chan) 業(ye) 轉變，電動汽車作為(wei) 重要組成部分也勢必朝著節能減排趨勢發展。充電樁作為(wei) 電動汽車的加油機，對其係統設計進行研究具有非常重要的現實意義(yi) 。

一、電動汽車充電樁概述

1、電動汽車充電樁發展曆程及近況

新經濟時代，我國工業(ye) 發展飛速，但給生態環境帶來很多壓力和傷(shang) 害。隨著我國經濟文化的發展，加強環境保護意識、提倡節能低碳是我國社會(hui) 發展必然趨勢。因此電動汽車出現並逐漸推廣，目前，電動汽車在我國整個(ge) 汽車市場有著舉(ju) 足輕重的地位，在電動汽車推廣應用初期，因部分配套設施沒有得到完善，所以在很大程度上阻礙、製約了電動汽車的普及發展，隨著環境保護、可持續發展戰略的建立，該問題受到了相關(guan) 部門的關(guan) 注和重視，投入了大量的資金對電動汽車的配套設施進行豐(feng) 富、完善，並且已經取得了一定的成果和經驗，其中包含充電站、充電樁等。

2、電動汽車充電的方法

電動汽車充電的方法主要有交流充電、直流充電。直流充電不隻是大型的公共汽車，在很多停車場地都會(hui) 使用，同時具備交流、直流兩(liang) 種充電樁，直流充電樁相對於(yu) 交流更適用於(yu) 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，推動了電動汽車多功能車載濾波電路、三相整流橋等充電設施的發展，能夠對電動汽車的二次電池進行實時、有效充電，耗費時間較短，功率較高，被廣泛應用在小型電動汽車上。

（2）直流充電。借助地皮表麵的電源，對電動汽車的二次電池（蓄電池）實施充電行為(wei) 。與(yu) 交流充電方式不同，直流充電並不需要二次電池進行作用，充電時間較快，被廣泛應用於(yu) 大型的電動汽車以及電動汽車快充。

二、充電樁建設的兩(liang) 種可行模式

1、連接方式

為(wei) 便利汽車充電，可以在電動汽車的停放場地建造相應數量的交流充電樁，所用的220 V，380 V交流電壓是當今汽車工業(ye) 中普遍存在的，相對容易獲取，所以可以使用兩(liang) 種交流電壓形式。家用電動車或者小型電動車都可以，較大特點是電動汽車可以隨時利用閑暇時間進行充電，使用便捷。

2、建設直流充電樁

與(yu) 交流充電樁不同，直流充電樁更適合大型的電動汽車充電，在大型電動汽車停放場地建立直流充電樁，能夠使大型的電動汽車迅速充電。因為(wei) 直流充電樁的功率偏大，很容易對電動汽車的電網造成損害，因此需要定期對電網進行維護保養(yang) 。

三、安科瑞充電樁運營管理平台

1、係統架構

安科瑞Acrelcloud-充電樁收費運營雲(yun) 平台係統通過物聯網技術對接入係統的充電樁站點和各個(ge) 充電樁進行不間斷地數據采集和監控，同時對各類故障如充電機過溫保護、充電機輸入輸出過壓、欠壓、絕緣檢測故障等一係列故障進行預警；用戶通過微信小程序掃描二維碼，進行支付後，係統發起充電請求，控製二維碼對應的充電樁完成電動汽車的充電過程。

充電樁可選配WIFI模塊或GPRS模塊接入互聯網，配合加密技術和秘鑰分發技術，基於(yu) TCP/IP的數據交互協議，與(yu) 雲(yun) 端進行直連。雲(yun) 平台包含了充電收費和充電樁運營的所有功能，具體(ti) 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，充電樁運行監測，充電樁異常交易監測。

交易結算：充電價(jia) 格策略管理，預收費管理，賬單管理，營收和財務相關(guan) 報表

用戶管理：用戶注冊(ce) ，用戶登錄，用戶帳戶管理，消息管理

充電服務：充電設施搜索，充電設施查看，地圖尋址，在線自助支付充電，充電結算，導航等

微信小程序：掃碼充電，賬單支付等功能

數據服務：數據采集，短信提醒，數據存儲(chu) 和解析

變壓器監控：監控充電站變壓器負荷，每個(ge) 充電站配備一塊ARCM300T無線表，超負荷時係統自動對充電樁的進行調度管理，即當負荷超過百分之五十時，係統會(hui) 限製新增開始充電的充電樁的功率，降為(wei) 百分之五十，當變壓器負荷超過百分之八十時，係統將不允許新增充電樁開始充電，直到負荷下降為(wei) 止。

2、平台功能

2.1平台登錄

在瀏覽器打開雲(yun) 平台鏈接、輸入賬戶名和權限密碼，進行登錄，防止未授權人員瀏覽有關(guan) 信息。

2.2平台首頁

平台首頁總覽每天的開戶數、充值金額、充電金額、充電度數、充電次數、充電時長，累計的開戶數、充值金額、充電金額、充電度數、充電次數、充電時長，以及相應的環比增長和同比增長以及樁、站分布地圖導航、本月充電統計。

2.3實時監控

l 充電站監控

充電站監控頁麵監視用戶充電槍總數、正在充電的槍數、空閑槍數、插槍數量、故障槍數量等，匯總了用戶擁有各樁的當日充電總次數、總電量、總時長，進行負荷限製、故障查詢。

l 充電槍監控

充電樁監控頁麵充電槍的基本信息、今日充電電量、今日充電次數、今日充電時長和累計充電電量、累計充電次數、累計充電時長等、充電電壓電流等參數。

2.4微信小程序

l 搜索與(yu) 使用

微信小程序可以通過掃描二維碼和微信文字搜索找到，點擊後可以加入到小程序列表，如下圖所示

l 授權登錄界麵

用戶通過搜索或者掃碼等途徑初次打開小程序時，會(hui) 進入這個(ge) 頁麵，需要用戶授權登錄才可以進入小程序主功能頁麵，如圖所示：

l 主功能頁

初次進入主功能頁時需要授權定位才可以使用地圖相關(guan) 功能，在地圖上查看到當前所在區域的充電站，查看充電站信息，可以進行掃碼充電操作，地圖導航等。

l 充電

掃描充電槍上的二維碼，如果當前充電樁可用即可進入充電選擇頁麵，可以查看到當前的充電站名稱、充電槍名稱，以及當前的賬戶餘(yu) 額，電價(jia) 和預計可充電量等數據，還可以查看當前賬戶的曆史充電記錄。充電方式分為(wei) 按時間充電、按金額充電、按電量充電這三種方式。充電結束可以進進行評價(jia) 。

l 個(ge) 人信息

個(ge) 人信息可以顯示當前登錄賬號的昵稱和餘(yu) 額，同時包括、充值、充值記錄查詢、賬單查詢、充電記錄查詢、設置支付密碼等功能

3、硬件配置

3.1平台服務器：建議按照我方推薦配置購買(mai) ，或者客戶自己租用阿裏雲(yun) 資源。

推薦硬件配置清單：（如申請阿裏雲(yun) 可忽略）

若客戶自己租用阿裏雲(yun) 服務器，服務器配置根據充電槍點數的不同，分別如下：

3.2現場推薦硬件配置清單：

四、安科瑞限流式保護器的介紹與(yu) 選型

1、限流式保護器的設計

電氣防火限流式保護器可有效克服傳(chuan) 統斷路器、空氣開關(guan) 和監控設備存在的短路電流大、切斷短路電流時間長、短路時產(chan) 生的電弧火花大，以及使用壽命短等當弊端，發生短路故障時，能以微秒級速度快速限製短路電流以實現滅弧保護，從(cong) 而能顯著減少電氣火災事故，保障使用場所人員和財產(chan) 的安全。

安科瑞ASCP200-1電氣防火限流式保護器的主要元件是固態開關(guan) ，不同於(yu) 傳(chuan) 統家用的空氣開關(guan) （微斷）。我們(men) 知道，傳(chuan) 統空氣開關(guan) 的斷開是一種機械運動過程，分斷時間需要幾十毫秒(一般30～50ms)，帶負載斷開時通常伴隨有電弧的產(chan) 生。而固態開關(guan) 的斷開則是依靠半導體(ti) 內(nei) 部的載流子運動實現，分斷時間微秒級，速度快，無電弧產(chan) 生。

如圖1所示，當發生短路故障時，傳(chuan) 統空氣開關(guan) 在電流升至C點時才能動作，且無法瞬時切斷電流，而固態開關(guan) 則可以在電流升至B點時即瞬間切斷短路電流。

圖1短路故障前後電流與(yu) 時間關(guan) 係圖

從(cong) 流過電阻的電流熱量公式Q=I2Rt，可以很容易看出，傳(chuan) 統空氣開關(guan) 與(yu) 固態開關(guan) 在短路時所釋放的能量差別可以達到數千倍之多。因此當裝配限流式保護器的回路發生短路故障時，就可以避免電弧的產(chan) 生，從(cong) 而有效降低了電氣火災。

2、ASCP200-1功能特點

ASCP200-1型電氣防火限流式保護器是單相限流式保護器，較大額定電流為(wei) 63A。主要功能如下：

A）短路保護功能，線路發生短路故障時，能在150微秒內(nei) 實現快速限流保護；

B）過載保護功能，線路持續過載時，保護器限流保護；

C）表內(nei) 超溫保護功能，保護器內(nei) 部器件工作溫度過高時，保護器限流保護；

D）過/欠壓保護功能，線路欠壓或過壓時，保護器告警或限流保護（可設）；

E）電纜溫度監測功能，被測線纜溫度超過報警設定值時，保護器告警或限流保護（可設）；

F）漏電流監測功能，線路漏電超過報警設定值時，保護器告警或限流保護（可設）；

G）通訊功能，保護器配置1路RS485接口，1路2G無線通訊，可以將數據發送到安科瑞Acrel-6000安全雲(yun) 平台，或第三方監控軟件或平台，從(cong) 而實現遠程監控。

3、ASCP200-1技術參數

4、應用方案圖示

ASCP200-1型電氣防火限流式保護器建議安裝在入戶開關(guan) 下端，額定電流值根據入戶開關(guan) 的具體(ti) 規格進行設置，典型應用示意圖如圖2所示：

圖2ASCP200-1家用防火解決(jue) 方案安裝示意圖

5、使用注意事項

在選用限流式保護器時，限流式保護器的設定的額定電流應該與(yu) 其前上級的斷路器的額定電流保持一致。例如，當限流式保護器輸入端斷路器的額定電流為(wei) 32A時，應將限流式保護器的額定電流設置為(wei) 32A。為(wei) 保障限流式保護器的正常使用，嚴(yan) 禁將其使用於(yu) 與(yu) 其前端斷路器的額定電流不匹配的配電線路中。

ASCP200係列采用限流式保護器采用壁掛式安裝，可以掛牆安裝，也可以安裝在箱體(ti) 內(nei) ，應確保安裝場所無滴水、腐蝕性化學氣體(ti) 和沉澱物質，並注意環境溫度和通風散熱。

為(wei) 確保可靠連接，接線時應按接線圖進行，同時為(wei) 了防止接頭處接觸電阻過大而導致局部過熱，也避免因接觸不良而導致保護器工作不正常，線頭應采用合適大小的U形冷壓頭壓接後，再插入保護器相應端子上並將螺釘擰緊壓實。

保護器內(nei) 部帶有交流電，嚴(yan) 禁非專(zhuan) 業(ye) 人士擅自打開產(chan) 品外殼。保護器在使用期間，若被保護線路發生短路或過載故障而被限流保護時，保護器仍處於(yu) 帶電狀態，不允許隨意碰觸用電線路的金屬部分。待檢查線路，並排除故障後，長按保護器的複位按鍵約2秒鍾，使保護器恢複正常運行時。

當保護器因超溫而發生限流保護時，則可能是因為(wei) 負載電流過大，環境溫度過高或通風散熱不良等原因導致，可通過加強通風等措施，等保護器溫度降下來後，再長按複位鍵，使保護器複位，恢複正常運行。

五、結束語

綜上所述，可以看出來，在電動汽車智能充電樁的設計中，要考慮的因素較多，設計要求也更加高，對智能充電樁的要求也比較嚴(yan) 格，因此在設計智能充電樁的時候，需要對智能充電樁的連接方式、接口設計、問題處理等都要進行科學合理的選擇，讓智能充電樁的設計可以更好的服務於(yu) 客戶。

參考文獻

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[2] 魯莽,周小兵,張維.國內(nei) 外電動汽車充電設施發展狀況研究[J].華中電力.

[3] 安科瑞企業(ye) 微電網設計與(yu) 應用手冊(ce) .2020.06版

作者簡介：侯文莉，女，現任於(yu) 安科瑞電氣股份有限公司，主要從(cong) 事電瓶車充電樁的研發和應用