电动汽车智能充电桩的设计分析

引言

随着环境问题日益加剧和能源资源短缺的背景下，节能减排工作的重要性愈发凸显。推广使用电动汽车能够有效改善环境状况并降低能源消耗水平。作为一种主要依赖电能作为动力的新型交通工具，电动汽车在实际应用中面临着充电效率提升的关键挑战。在这一技术背景下，智能充电桩的设计与优化成为提升能效的重要方向；相较于传统充电桩，在能效方面表现更为突出的智能充电桩逐渐受到市场青睐，并在节能降耗目标实现方面发挥着越来越重要的作用

一、智能充电桩设计要求

1、智能充电桩的设计原则

1.1安全性

安全性始终处于首位，在设计电动汽车智能充电桩的过程中，则必须高度重视安全性。在规划和建设过程中，则必须高度重视安全性这一核心要素，在整个充电过程中，则必须确保各项安全措施得到落实包括但不限于充电桩本体的安全性、蓄电池的安全性以及工作人员的工作环境与健康等多方面的保障措施。

1.2便捷性与效率高性

智能充电桩必定具备的核心功能是智能化，在这一核心功能的设计过程中要尽量减少对人工操作的干预。同时，在这一过程中需要特别注重充电效率，在这一阶段需要重点关注桩体的充放电速度，并确保其充放电效率最大化。

1.3成本低

设计过程中成为一个不容忽视的问题，在构建时要确保其安全性和便利性的同时还要考虑成本投入，并尽可能地降低建设成本以实现低投入且高效率的目标

2、智能充电桩的硬件系统要求

就如智能充电桩这样一种设备，在其运行环境中会面临诸多挑战性条件。首先就其工作环境而言可概括为：一方面该设备的工作温度范围较大气候条件也较为复杂；另一方面该设备还面临着较强的电磁辐射以及其他恶劣环境因素的困扰这都会给设备的设计带来较大的技术难题。具体而言在设计阶段需要综合考虑哪些因素呢？第一点是外部结构必须具备防雨防雪功能以防止雨水渗透从而影响设备运行系统的正常运转；同时为了确保良好的散热效果须保证内部空气循环顺畅且散热效果佳；此外还需要考虑到不同气候条件下设备的适应性要求即无论是在严寒还是炎热的情况下该设备都能稳定可靠地运行。第二点则是要采取有效的措施来增强抗电磁干扰能力因为在实际运行过程中该设备所处的环境中存在多种类型的电磁波 interference 这不仅会影响信号传输还可能导致系统运行出现异常现象因此必须采取一系列专门的技术手段来实现对该问题的有效抑制和控制

3、智能充电桩的软件系统功能目标

就该智能充电桩软件系统的功能定位而言，在设计之初就需要充分考虑以下几点：(1)操作界面必须直观明了并体现人性化的考量；(2)充放电管理必须确保安全可靠的运行状态；(3)系统应具备多样化的服务模式可供用户选择；(4)电费计算与用电统计模块须精确无误；(5)通信接口配置需多样化；最后一点则是消费凭证打印格式需规范。

由上述智能充电桩的软件系统功能目标可以看出,该终端控制器必须具备高效的数据采集能力,以及高效的数据显示与处理能力。基于提升客户使用体验和提高服务质量的目标,该设备应具备快速的数据传输速度,模块化的稳定性以及高读卡响应速度等特性。同时,它还应支持根据时间时段.计费金额.用电度数进行精确计费,并通过刷卡完成支付流程,从而确保计费过程更加精准可靠,最终提升整体的数据传输效率。

二、电动汽车智能充电桩的设计应用分析

基于市场及公司运营的需求, 我司计划开发一款产品, 该产品需在满足相关标准的基础上具备联网控制、实时计费和实时监控功能. 我作为项目负责人, 主要负责项目中硬件电气模块的设计工作, 同时也参与嵌入式软件系统的开发.

1、连接方式

在智能充电桩设计中、其主要连接方式为两个关键组件：一个是充电桩标准充电棒、另一个是充电桩标准充电棒套件。相较于前者、使用起来更加便捷、但后者内置有导线、容易受损且可能遭到盗窃、甚至被非法人员破坏。在防雨功能的设计上有所取舍、会稍微牺牲用户的使用体验感。综合考量后决定采用第二种配置方案

2、接口设计

在智能充电桩的设计过程中

3、通信延迟丢包问题处理

在设计智能充电桩时需注意通信延迟和数据丢包的问题 这些问题会导致关键数据出现不完整的情况 关键数据主要指的是用户的结算信息 在本项目初期测试阶段采用单独推送的结算方式 在测试期间发现断网或传输不完整等情况会导致记录丢失 从而无法完成扣费操作 经过改进 后期测试采用多次传输并增加了充电前网络验证 这种改进措施有效避免了通信延迟和数据丢失问题 确保了所有传输记录的安全性 提供了更好的服务体验 并使智能充电桩的设计更加科学合理

三、安科瑞充电桩运营管理平台

1、系统架构

该平台通过物联网技术实现了与入网充电桩站点及各类充电桩的无缝连接，在线实时监测与记录各项运行数据，并对包括充电机过温保护、输入输出过压、欠压、绝缘检测故障等多种异常情况进行智能预警；当用户完成微信小程序扫码支付后，在线提交充电请求指令时（或称向），系统会自动识别并控制对应二维码展示的充电桩设备开展电动汽车的快速充换电服务（或称充满电）

充电桩可搭配WIFI模块或GPRS模块与互联网连接；配合采用加密技术和秘钥分发技术；基于TCP/IP数据交互协议；与云端建立直接连接；云平台整合了充电桩的收费管理以及运营功能；具体功能如下：

充电桩可搭配WIFI模块或GPRS模块与互联网连接；配合采用加密技术和秘钥分发技术；基于TCP/IP数据交互协议；与云端建立直接连接；云平台整合了充电桩的收费管理以及运营功能；具体功能如下：

资源管理系统：包括充电站档案记录、充电桩档案维护以及用户的档案信息维护；涉及对充电桩运行状态的持续监控；并负责识别并处理异常交易行为。

交易结算：充电价格策略管理，预收费管理，账单管理，营收和财务相关报表

用户管理：用户注册，用户登录，用户帐户管理，消息管理

充电服务：查找充电桩位置并获取详细信息，
定位充电桩位置并展示相关建议，
获取您的地理位置信息并规划最优路径，
通过手机APP完成便捷的在线自助支付，
完成电费计算与扣款，
进行路径规划与指示

微信小程序：扫码充电，账单支付等功能

数据服务：数据采集，短信提醒，数据存储和解析

Transformer监控：实时监控充电站变压器的工作状态及负载情况，并配备有型号为ARCM300T的无线电流互感器用于精确测量。当电网出现超载现象时，在线调度管理系统会自动启动平衡措施以缓解压力。具体而言，在电网功率超过50%的情况下（即现有插座满载后），该系统将减少新增插座供电的能力至不超过50%；而一旦发现变压器负载达到80%，则禁止新增插座接入直至电力需求恢复正常水平

2、平台功能

2.1平台登录

通过访问云平台链接并输入用户名及权限码进行操作；完成登录流程以确保未被授权的人员无法查看相关信息。

2.2平台首页

平台首页概览每日开户情况及充换存数据统计情况：包括每天的开户数（数量）、充值金额（充换存金额）、 charging amount（充换存金额）、 charging degree（度数）、 charging count（次数）、 charging duration（时长），以及累计指标：累计开户数量（数量）、累计充换存金额（金额）、 charging amount（时长），同时提供相关联的环比与同比变化情况，并包含充电桩与站点分布地图导航功能及本月完整的充电数据统计情况

2.3实时监控

l 充电站监控

充电桩监控页面实时监测用户的各类充电枪具数量信息：包括充入状态下的设备个数、闲置状态下的设备个数以及故障设备的具体情况等；并对各桩位记录每日的充入次数统计情况：包括充入电量数据以及充入时长数据等信息；并实现了负荷限制功能和故障排查功能

l 充电枪监控

该监控界面提供以下关键信息：包括充电枪的基础配置参数；当天的总电能消耗量；当天完成的充换个数；充放电总时长及累计总电能；累计充换个数及总充放电时长；同时记录并显示电压与电流的具体数值。

2.4微信小程序

l 搜索与使用

微信小程序可通过利用扫描二维码及微信文字搜索功能获取其入口位置，在成功识别并点击后即可注册并加入小程序列表中，请参考下图进行操作

l 授权登录界面

当用户首次通过搜索引擎或扫描二维码等方式打开小程序时，将被引导至该页面；只有在用户进行授权登录的情况下才能进入小程序主功能页面，并如图所示：

l 主功能页

初次进入主功能页时需获取权限定位以便使用地图相关功能，在地图上显示当前所在区域内的充电站位置，并可以查询相关信息支持通过扫码完成 charging 操作 并提供相关的导航服务

l 充电

通过扫描充电枪顶端的二维码，在当前充电桩可用的情况下，则可直接进入充电选择页面。此页面将包含以下信息：查询到当前的充电站名称、连接的充电枪名称、账户余额等基础数据；还包括电价水平以及预计能充入的最大电量等详细参数；此外还可以查询到当前账户的历史充放电记录。目前支持三种主要的充放电模式：按时间安排自动充能、按金额付费自动充能以及根据实际电量自动补能这三大类方式中的一种。当充完电后可对本次操作进行评价

l 个人信息

个人信息可展示登录账号的昵称及余额，并整合了多项功能服务

四、结束语

由此可见，在电动汽车智能充电桩的设计过程中要考虑的因素较多，并且设计标准更为严格。