龔永波
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定201801
摘要：文章設計了一款電動車智能充電系統(tǒng)，以智能充電樁為數(shù)據(jù)采集終端，將采集到的電壓電流等信息上傳給服務器，數(shù)據(jù)庫接受到信息后進行分析并同時傳輸?shù)娇头?。該系統(tǒng)實現(xiàn)了安全高效充電、數(shù)據(jù)分析、公平計費、節(jié)能環(huán)保等功能，很大地提高了用戶體驗，能夠有效管理和控制電動車的充電，對提升社會穩(wěn)定、構建和諧社會具有重要意義。
關鍵詞：智能充電樁；系統(tǒng)設計；高效充電；
0引言
本系統(tǒng)以傳感器作為數(shù)據(jù)采集終端，通過電流電壓、溫度、氣體、RFID射頻識別等傳感器將信息匯總至主控MCU，并通過WIFI上傳至服務器，服務器接收到數(shù)據(jù)后進行解析，實現(xiàn)手機客戶端實時查看。本系統(tǒng)不僅可以安全充電，還具備網絡支付、數(shù)據(jù)分析等功能，為政府監(jiān)管部門、從業(yè)人員、產品用戶提供可靠的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)信息共享。服務器與數(shù)據(jù)庫主要為硬件、APP以及大數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)傳輸，將各部分鏈接為一個整體，并將各部分的反饋情況傳輸給需要的模塊，實現(xiàn)信息共享，并添加太陽能板，從而打造出一個整體化、系統(tǒng)化、高效
化、節(jié)能化的智能充電系統(tǒng)。
1系統(tǒng)設計方案及關鍵技術
1.1智能充電樁模塊
充電樁使用在平常生活中隨處可見，隨著電子技術的發(fā)展，充電樁向小型化、模塊化、集成化、智能化、高效化方向發(fā)展。尤其是近幾年以來移動互聯(lián)網、物聯(lián)網的迅速崛起，為智能化充電樁提供了網絡基礎和技術手段。本文介紹的智能充電樁的具體功能結構如圖1所
示，主要包括高性能微處理器、液晶顯示模塊（顯示二維碼充電信息等）、矩陣鍵盤（交互接口）、傳感器模塊以及無線通信模塊。
圖1智能充電樁功能框圖
電流電壓模塊作為本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集終端，是整個系統(tǒng)的基礎。電流電壓信息采集模塊簡介如下：
（1）使用開關電源供電方案，在85VAD～260VAC電壓范圍內均可以正常工作，并且可以同時
為其他模塊進行相應供電。
（2）使用智能電氣參數(shù)測試算法，準確度可達到國家0.5s級標準，具有很高的準確度。
（3）本產品具有TTL和RS485電平接口，可以實現(xiàn)對該模塊的遠程管理。
（4）本設備進行了高電流測試，可在60A電流下進行正常工作。安全數(shù)據(jù)傳輸：向數(shù)據(jù)庫上傳數(shù)據(jù)時，采用WIFI、LORA、GPRS等安全可靠的無線通信技術，確保數(shù)據(jù)傳輸過程中不會被截獲破解，數(shù)據(jù)傳輸采用PGP（PrettyGoodPrivacy）技術，PGP采用了一種RSA和傳統(tǒng)加密的雜合算法，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?
1.2服務器平臺
服務器采用分布式集群設計，實現(xiàn)業(yè)務拆分，應用服務和數(shù)據(jù)服務分離，負載均衡，反向代理和CDN，保證了大量用戶的使用，*大限度地提高了系統(tǒng)整體的運行速率。使用抽樣分析，數(shù)據(jù)區(qū)間對比和對比分析模型曲線類型。
1.3APP應用程序
（1）關鍵技術：用戶平臺的數(shù)據(jù)模型、MVP設計模型
（2）軟件名稱：智能充電樁APP。
（3）軟件運行環(huán)境：Android系統(tǒng)。
（4）軟件開發(fā)平臺：AndroidStudio。
（5）軟件開發(fā)語言：java、xml。
（6）軟件介紹：移動客戶端作為智能稱重系統(tǒng)的一環(huán)，服務于商戶，實現(xiàn)本地與云平臺的鏈接。
（7）功能分析：①建立本地數(shù)據(jù)倉庫，通過與服務器的交互實現(xiàn)實時的功能本地化服務；②提供良好的用戶體驗，方便顧客對信息的實時查詢；③可與財務賬號綁定，實現(xiàn)實時查詢財務信息。
圖2服務器模式圖
2智能充電樁系統(tǒng)的設計實現(xiàn)
2.1主控模塊設計
控制模塊選用STM32F103ZET6作為主處理器，電路設計加入了防干擾電路，可起到防靜電、濾除雜波的作用。圖3為系統(tǒng)MCU原理圖。
圖3MCU原理圖
2.2電流電壓模塊布局設計
該模塊主要由傳感器、AD轉換電路組成，電流電壓模塊印刷電路圖如圖4所示。
圖4電流電壓模塊印刷電路圖
2.3PT1000的高精度溫度測量
在引線電阻和自熱效應方面，通過三線制恒流源驅動方案解決了該問題，并在單片機系統(tǒng)設計中添加了相應的校正控制方案，使產品能夠實現(xiàn)元器件漂移和鉑電阻傳感器的自動校準，從而使產品具備優(yōu)異的溫度測量精確度。
本系統(tǒng)使用三線制恒流源驅動電路來驅動溫度傳感器，溫度傳感器將變化的電阻值信號（由溫度變化而引起）轉換成電壓信號。在本文設計的系統(tǒng)中、恒流源具有輸出電流穩(wěn)定、溫度不易發(fā)生改變、輸出電阻較大，輸出電流極性可更改等方面的特點。
另外，使用集成運放構成的恒流源具有穩(wěn)定性好、恒流性能佳的優(yōu)點，特別是在負載一端需要接地的場合應用更加廣泛，因此采用了圖5所示的設計。
圖3三線制恒流驅動法高精度測量方案
3安科瑞AcrelEMS-IDC數(shù)據(jù)中心綜合能效管理系統(tǒng)
3.1平臺組成
安科瑞電氣緊跟數(shù)據(jù)中心能效、資源利用率和可用性，提高運維效率并降低運維成本。
AcrelEMS數(shù)據(jù)中心的能源管理提供全方位的監(jiān)測和控制，主要分為電力監(jiān)控、動環(huán)監(jiān)控、能耗統(tǒng)計分析（能源管理）、蓄電池監(jiān)控、精密配電監(jiān)控、智能母線監(jiān)控、智能照明、消防相關的子系統(tǒng)。
3.2平臺拓撲圖
3.3充電樁系統(tǒng)解決方案
數(shù)據(jù)中心停車場有電動汽車和電動自行車，均需要提供充電樁。充電樁管理系統(tǒng)通過物聯(lián)網技術對接入系統(tǒng)的充電樁站點和各個充電樁進行不間斷地數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控，解決物業(yè)、用電管理部門的充電樁使用、監(jiān)控問題。電動自行車充電可采用投幣、掃碼充電方式，電動汽車支持IC卡和掃碼充電方式。遠程充電樁系統(tǒng)可實時遠程完成啟動充電、強制停止、單價設置等控制指令，用戶可通過APP、微信、支付寶小程序掃描二維碼，進行支付后，系統(tǒng)發(fā)起充電請求，控制二維碼對應的充電樁完成電動汽車的充電過程。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、絕緣檢測故障等一系列故障進行預警；能夠遠程控制，提供財務報表和數(shù)據(jù)分析等功能。
4產品選型
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應用場景 |
型號 |
圖 片 |
保護功能 |
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充電樁管理平臺 |
AcrelCloud-9000 |
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采用泛在物聯(lián)、云計算、大數(shù)據(jù)、移動通訊、智能傳感等技術手段可為用戶提供能源數(shù)據(jù)采集、統(tǒng)計分析、能效分析、用能預警、設備管理等服務，平臺可以廣泛應用于多種領域。 |
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新能源汽車充電樁 |
AEV-AC007D-LCD |
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輸入輸出電壓：AC220V 1個充電接口，充電線長5米；輸出功率7km；掃碼、刷卡支付：標 配無線通訊：4G、WIFI、藍牙三選一（下單備注規(guī)格，無備注默認4G 通訊）。 |
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AEV-DC060S |
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直流60kw雙槍一體充電機 |
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AEV-DC120S |
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直流120kw雙槍一體充電機 |
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智能電動車充電樁 |
ACX10A系列 |
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10路承載電流25A，單路輸出電流3A，單回路功率1000W，總功率5500W。充滿自停、斷電記憶、短路保護、過載保護、空載保護、故障回路識別、遠程升級、功率識別、獨立計量、告警上報。 ACX10A-TYHN：防護等級IP21，支持投幣、刷卡，掃碼、免費充電 ACX10A-TYN：防護等級IP21，支持投幣、刷卡，免費充電 ACX10A-YHW：防護等級IP65，支持刷卡，掃碼，免費充電 ACX10A-YHN：防護等級IP21，支持刷卡，掃碼，免費充電 ACX10A-YW：防護等級IP65，支持刷卡、免費充電 ACX10A-MW：防護等級IP65，僅支持免費充電 |
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ACX2A系列 |
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2路承載電流20A，單路輸出電流10A，單回路功率2200W，總功率4400W。充滿自停、斷電記憶、短路保護、過載保護、空載保護、故障回路識別、遠程升級、功率識別，報警上報。 ACX2A-YHN：防護等級IP21，支持刷卡、掃碼充電 ACX2A-HN：防護等級IP21，支持掃碼充電 ACX2A-YN：防護等級IP21，支持刷卡充電 |
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應用場景 |
型號 |
圖 片 |
保護功能 |
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充電樁管理平臺 |
AcrelCloud-9000 |
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采用泛在物聯(lián)、云計算、大數(shù)據(jù)、移動通訊、智能傳感等技術手段可為用戶提供能源數(shù)據(jù)采集、統(tǒng)計分析、能效分析、用能預警、設備管理等服務，平臺可以廣泛應用于多種領域。 |
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新能源汽車充電樁 |
AEV-AC007D-LCD |
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輸入輸出電壓：AC220V 1個充電接口，充電線長5米；輸出功率7km；掃碼、刷卡支付：標 配無線通訊：4G、WIFI、藍牙三選一（下單備注規(guī)格，無備注默認4G 通訊）。 |
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AEV-DC060S |
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直流60kw雙槍一體充電機 |
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AEV-DC120S |
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直流120kw雙槍一體充電機 |
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智能電動車充電樁 |
ACX10A系列 |
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10路承載電流25A，單路輸出電流3A，單回路功率1000W，總功率5500W。充滿自停、斷電記憶、短路保護、過載保護、空載保護、故障回路識別、遠程升級、功率識別、獨立計量、告警上報。 ACX10A-TYHN：防護等級IP21，支持投幣、刷卡，掃碼、免費充電 ACX10A-TYN：防護等級IP21，支持投幣、刷卡，免費充電 ACX10A-YHW：防護等級IP65，支持刷卡，掃碼，免費充電 ACX10A-YHN：防護等級IP21，支持刷卡，掃碼，免費充電 ACX10A-YW：防護等級IP65，支持刷卡、免費充電 ACX10A-MW：防護等級IP65，僅支持免費充電 |
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ACX2A系列 |
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2路承載電流20A，單路輸出電流10A，單回路功率2200W，總功率4400W。充滿自停、斷電記憶、短路保護、過載保護、空載保護、故障回路識別、遠程升級、功率識別，報警上報。 ACX2A-YHN：防護等級IP21，支持刷卡、掃碼充電 ACX2A-HN：防護等級IP21，支持掃碼充電 ACX2A-YN：防護等級IP21，支持刷卡充電 |
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應用場景 |
型號 |
圖 片 |
保護功能 |
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充電樁管理平臺 |
AcrelCloud-9000 |
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采用泛在物聯(lián)、云計算、大數(shù)據(jù)、移動通訊、智能傳感等技術手段可為用戶提供能源數(shù)據(jù)采集、統(tǒng)計分析、能效分析、用能預警、設備管理等服務，平臺可以廣泛應用于多種領域。 |
5小結
移動互聯(lián)網時代，傳統(tǒng)市場正逐漸向智慧型市場、信息型市場轉變，各行各業(yè)對自動化、數(shù)據(jù)管理和電腦化聯(lián)網的需求與日俱增，第三方支付已經成為發(fā)展*快、*具有生命力的支付方式，已得到廣大消費者與商戶的認可。推出可掃碼支付、在線支付的充電樁是時代潮
流的大趨勢。目前，我國提倡用發(fā)展來改善民生，所以設計一套具有高效、安全、節(jié)能等特點的智能充電系統(tǒng)既是時代的要求，也是當代大學生義不容辭的責任和義務。
在社會發(fā)展、政策導向、時代要求等的前提下，我國電動車充電樁大多局限于小型化、非化的形勢，還沒有建成真正面向不同用戶的充電站服務網絡，有著很大的發(fā)展空間。
6參考文獻
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[11]安科瑞企業(yè)微電網設計與應用手冊2022.5版
作者簡介：
龔永波，本科，安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向為智能電網供配電，Email: 28801392115@qq.com手機：18702101301 QQ:2881392115
