淺析一種電動汽車充電樁集中監控平台的設計與實現

簡婷

韦德1946网址 上海嘉定201801

摘要：為(wei) 實現對電動汽車充電過程的監控以及大量電動汽車充電負荷與(yu) 電網的友好互動，從(cong) 而發揮其靈活調節作用，本文提出一種對充電樁進行集中監控的平台設計方案、構架及關(guan) 鍵技術，設計充電樁的監控方案以及與(yu) 係統之間的通信方案，通過數據的采集處理實現與(yu) 平台之間的交互。目前該係統已經完成平台和充電樁交互測試，並嵌入配電自動化係統，運行情況表明該集中監控平台應用於(yu) 大規模電動汽車充電樁監控的正確性和實用性。

關(guan) 鍵詞：有序充電，串口通信，數據采集，配電自動化係統

0 引言

        麵對傳(chuan) 統燃油汽車尾氣排放造成的汙染及其對石油資源的過度消耗所引發的環境與(yu) 能源問題，電動

        汽車(electricvehicle，EV)以其良好的環保、節能特性，成為(wei) 當今國際汽車發展的潮流和熱點之一。然而，隨之而來的大量電動汽車負荷接入電網所帶來的影響逐漸引起了電網運營者和研究人員的關(guan) 注，文

獻[2][3][4][5]均表明大規模電動汽車的充電行為(wei) 會(hui) 帶來係統局部電壓下降、變壓器過載、負荷峰上加峰等影響。考慮到電動汽車負荷的需求響應特性，文獻[6][7][8]提出利用電價(jia) 對電動汽車充電行為(wei) 進行有序引導，使其能充分發揮彈性負荷的作用，改善負荷形態，提高係統運行的經濟性。

        由於(yu) 電動汽車充電負荷的有序控製是建立在電動汽車充電行為(wei) 監視的基礎上，文獻[9]介紹了電動汽車充電設施監控的特點，以需求確定功能，提出了係統分層體(ti) 係架構設計方案，並給出通信組網方式及各層的軟件功能實現。文獻[10]根據電動汽車充電站的需求，充分考慮未來發展趨勢，以IEC61970/61850係列標準為(wei) 技術基礎，提出汽車充電站監控係統建模方案，建立電動汽車充電站係統模型、設備信息模型、通信模型，並介紹建模方法，給出了站內(nei) 智能電子設備(IED)信息集成的實現以及係統方案的應用前景。除了充電站的監視，大量散落在住宅小區、商場、辦公區域的充電樁的監視也，對  其進行監控既是保證動力電池充電安全的需要，也是進一步提高大規模電動汽車有序充電管理的必要條件。

        基於(yu) 以上分析，本文提出一種對充電樁進行集中監控的平台設計，通過充電樁的采集監控器實現充電信息的實時采集，並與(yu) 平台進行交互，從(cong) 而為(wei) 實現大規模電動汽車的有序充電提供支撐。借助所設計的係統平台架構，並將其嵌入到配電自動化係統中，從(cong) 而實現對電動汽車有序充電的控製，通過現場測試驗證了所提出監控平台的合理性。

一、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

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。

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

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

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：

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。

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) 。

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

二、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。

        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。

三、結束語

        本文提出了一種電動汽車充電樁集中監控係統的設計，通過本地采集車輛電池的電流、電壓等參數，

並采用串口及GPRS通信方式實現充電信息的實時采集與(yu) 監視，結合配電網的運行參數進行有序控製。

通過現場實際的安裝調試表明該平台具有較好的安全性、可靠性、準確性，能夠保障各充電樁的信息快速、安全地傳(chuan) 輸。目前已經成功應用於(yu) 某市多個(ge) 電動汽車充電樁，為(wei) 電動汽車的推廣與(yu) 應用提供了借鑒

和使用基礎。

參考文獻

[1]周建英，陳浩琿，方穎穎，張柳菁，莊玉林.一種電動汽車充電樁集中監控平台的設計與(yu) 實現

[2]中華人民共和國國務院.節能與(yu) 新能源汽車產(chan) 業(ye) 發展規劃(2012-2020年)[R/OL].

[3]田立亭,張明霞,汪奐伶.電動汽車對電網影響的評估和解決(jue) 方案[J].中國電機工程學報,2012,32(31):43-49.

[4]高賜威,張亮.電動汽車充電對電網影響的綜述[J].電網技術,2011,35(2):127-131.

[5]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：簡婷，女，現任於(yu) 韦德1946网址，主要從(cong) 事電瓶車充電樁的研發和應用。