安科瑞充电桩云平台：重塑充电行业生态，赋能多元应用场景

摘要：在全球提倡控排减排的大环境下，新能源电动汽车也越来越符合当下的实际情况，电动汽车逐步进入大众的视野，由于电动汽车保有量的不断增长，为保证大量电动汽车正常运行，就必须要保证有足够且安全的充电系统，为汽车正常行驶及长距离用车提供可靠的保障。现阶段，已建成的电动汽车充电桩数量持续增加，为使客户体验到更高品质的服务，结合智能技术，构建电动汽车智能导航系统，设立智能充电桩并且搭建智能服务平台。文章简要地对智能充电动力电池的特性进行探析，并对智能充电桩的设计要点以及应用方向做出探讨。

关键词：电动汽车；充电桩；充电管理系统

如今，随着环境污染情况加剧，自然资源匮乏严重，传统燃油汽车燃料紧缺以及排放污染等问题，不利于环境改善和节能减排，为减轻环境负担并符合未来社会发展的需要，电动汽车悄然问世。电动汽车的出现，有效减轻了环境污染的紧张态势，同时电动汽车相较于传统汽车不需依靠消耗有限的不可再生资源，而是利用清洁环保且更为经济实惠的电能运行。目前，绝大部分电动汽车是依靠电池完成工作，因电池自身原因，导致电动汽车续航能力有限，为保证全面推行电动汽车，保证电池可以方便快速且高效地完成充电工作成为亟待解决的重要问题，有需求就有市场，为方便广大电动汽车用户，电动汽车充电柱应运而生。为提高充电桩的使用效率，在加大充电桩投入的同时要更加注重其设计的规范性以及合理性，使充电桩高效率的用于电动汽车充电。

1电动汽车智能充电桩设计意义

电动汽车的运行是以电能为支持，具有零排放、噪音小等特点，相比燃油汽车更符合绿色环保的发展理念，逐渐被越来越多的人所认可。但是想要推动电动汽车的持续发展，前提必须要解决充电难的问题，这是消除电动汽车续航能力差的关键要素。对电动汽车目前所应用的充电方式进行分析，可发现整体效率比较低，现在所应用的锂离子蓄电池能效高、体积小，对充放电有着十分严格的要求，必须要对以往的充电方式进行优化设计，避免充电不当对电池以及人员带来安全隐患。并且，在高新技术支持下，电动汽车的种类不断增加，功能也更加完善，加强对智能充电桩的设计与研究，是整个产业发展的必然需求。当下，传统充电桩普遍存在充电能力、效率低下等情况，已无法满足大量的电动汽车充电需求，因此智能充电桩的优势显而易见。分析传统充电桩存在的诸多弊病，在智能充电桩的研发设计过程中要合理规避已知的问题，不断完善升级智能充电桩的软硬件系统配置，实现电动汽车智能化充电。

2电动汽车智能充电桩设计要求

2.1设计原则

智能化电动汽车充电桩的设计过程应严格执行国家电网公司标准，合理制定规划，设计具有特点的智能充电桩外观、软硬件系统、监控系统等，确保可以满足电动汽车充电的实际需求。要求智能充电桩各项功能完善且精准，例如应用RFID系统设计身份识别模块，不仅可以缩小体积量，而且还可以保持较高的扫描速度，同时在抗干扰、持久性、安全性以及穿透性等方面也有着显著优势。另外，基于CAN总线技术，使得智能充电桩与后台及其电池管理系统之间可以保持高效且稳定的数据通信能力。

2.2系统结构要求

智能充电桩各项功能要更加完善，且要具有较高的交互性，满足智能化以及自动化操作要求，为高效高质量充电提供支持。结构模块包括触控操作设备、信息读取模块、控制单元模块、计费模块、身份信息识别模块、远程信息交互模块、凭证打印模块、供电充电模块以及警示提醒模块等多个功能部分。应用智能充电桩为电动汽车充电时，首先要对用户的身份信息进行识别，确认无异常后便可通过触控屏幕进行操作，选择自己需要的充电模式开始充电，充电过程中客户可以通过显示屏直观地看到当前充电的电压、电流以及充电所需时长等详细信息。给车辆提供充电服务的同时智能充电系统与电池组管理系统建立通信，并实时发送指令精准控制充电的电压、电流和温度等数据。在汽车充电的整个过程中，智能充电桩监测预警模块要做到对各项数据信息的实时监控，确保能够快速检测到异常并发出预警信息，避免充电安全事故的发生。远程信息交互模块的功能是建立与后台运营系统的实时通信，待完成充电后，计量计费模块会准确计算本次充电的电量、时间以及费用，*后通过打印模块来将所有信息打印出来。

2.3应用功能要求

智能充电桩设计时需要保证各项基础功能完善，足以满足电动汽车充电要求。主要包括以下几个方面：①用户可以根据个人需求提前办理IC卡，在需要充电时直接使用IC卡刷卡操作即可激活充电桩，然后将充电枪与电动汽车进行有效连接，设备开始计量计费。

②设置的监测预警模块，主要功能是对充电桩的电流和电压参数进行实时监测，确保充电过程的安全性，同时为充电桩以及操作人员的安全提供保障。③智能充电桩配套设计的通信模块，为内部各模块之间有效通信提供支持，满足实时通信的基本要求。④设置的充电模块，确保了在智能充电桩进入到充电模式后，与蓄电池之间搭建通信连接，以及实现对蓄电池的全面检测，分析蓄电池的状态，判断其是否出现故障，以此来对电池功能进行维护，延长蓄电池的使用寿命。

3电动汽车充电桩主要分类

3.1交流电充电方式

交流电充电方式是电动汽车*基本的充电方式。其主要是合理利用220V或者是380V的交流电源直接引入充电桩之中，然后借助汽车自身的滤波装置以及整流装置，对汽车电池进行直冲，以此为电动汽车提供日常所需的电量能源。但是交流电充电方式花费的时间比较长，并且充电量比较少，主要适用于一些小型的电动汽车。

3.2直流电充电方式

一般情况下，直流电充电方式主要是合理利用地面充电站，从而获取直流电，并且建立充电桩，然后对电动汽车工作电池组进行直接充电，从而有效提升汽车的设计，将汽车运行中的自重进行有效降低，以此减轻电动汽车本身的负担。由于这种充电方式是将电能直接进行输送，所以其蓄电能力相对比较强，从而可以进行快速充电，主要适用于一些耗电量相对比较大的电动汽车。

3.3直接更换电池方式

更换电池的充电方式，其安全性相对比较高。一般情况下，这种充电方式主要适用于两组蓄电池的电动汽车，其一组蓄电池可以为汽车提供所需的能源，保证汽车正常运行使用，而另一组蓄电池则可以取下来进行充电，合理将两组电池进行更换，从而保证汽车运行过程中，电池具有充足的电量能源。但是，电池进行更换必须是建立在大量电池更换站的基础上，需要投入大量的人力资源，目前无法满足于这种智能化需求。

3.4非接触式充电方式

非接触式充电方式主要是借助相应的感应器件，将其安装在汽车充电的位置上，从而实现汽车与充电设备彼此之间并未发生接触，满足汽车在行驶的过程中随时进行充电的需求，不再受制于充电桩的数量问题。但是这种充电方式对技术要求相对比较高，并且其充电的速度以及质量无法得到保证，致使其在实际使用的过程中，并未进行全方面地推广。

4电动汽车充电桩充电管理系统的设计

4.1硬件设计

4.1.1带有光耦的输出电路设计

在电动汽车充电桩充电管理系统设计的整个过程中，首先要对光耦输出电路设计以及充电桩管理系统进行全方面了解，并且对其加强管理。在对光耦输出电路实际设计的过程中，其主要是对PWM光波电路进行了解，并且将其合理运用到充电桩管理系统之中，以此对STM32为一体的输出光波电压进行有效控制，促使其持续保持在正常范围之内，并且通过光耦转换作用，将电压的波动值控制在有效的范围内，然后进行光耦输出。除此之外，在实际系统设计过程中，为了有效避免其他光波影响PWM光波，必须对隔离干扰光耦电路输出加强管理设计。

4.1.2带有光耦的通信电路设计

电动汽车充电桩充电管理系统在设计的整个过程中，必须依据充电管理系统发展的实际需求，从而对充电管理系统进行全面设计，同时建立一个相对比较独立的通信功能系统。而在通信功能系统实际设计的过程中，主要是合理借助光耦模块，以此对通信系统进行设计。而在通信系统实际设计的整个过程中，其主要设计工作是对系统内部的RS485收发器芯片进行设计，以此对通信系统的安全性以及高效性提供保障。同时将电源管理模块和电源独立接地线模块二者有机地结合为一体，只有这样，才能保证在实际系统设计过程中快速有效地找到通信功能设计的接入点。另外，为了满足芯片传输和发送功能的实际发展需求，必须对光耦通信电路系统内部的ISL3152E芯片进行针对性的设计，与此同时，还要对通信系统的传输以及讯源的稳定性进行合理的设计。

4.1.3交流充电桩控制导引电路的设计分析

首先，要在充电之前做好相应的检测准备工作，观察其各个接口之间的连接程度，必须要保证其接口连接的完整性；其次，要对供电功率以及充电连接装置进行登记的处理，详尽记录下其设备以及功率等的各类数值信息，确保其数据信息记录的正确性；*后，要实时的开展精准的监测管理工作。采用充电电缆的形式来处理电动汽车和充电桩之间的连接工作，在充电工作开展之前，记录下其充电桩控制装置的变化信息，观察其电压数值是否达到其工作的标准要求，同时还应当确认出充电桩所涉及到的各个接口的连接程度，利用PWM信号占空比的数值来衡定其充电桩电流的*大安培量，精细化的管理充电的整个过程，让充电工作可以更为顺畅地进行，提升安全性，使其可以始终保持一个稳定的运行状态。

4.2软件设计

此次对于储能式电动汽车充电桩综合系统设计，选定DSP的控制芯片负责控制整个系统。该控制系统软件主要负责实时监测电池电压、荷电状态(SOC)、充放电温度及电流等。功率调度，则可确保电池恒流或恒压充放电系统功能得以实现。实际工作期间，DSP采样所获取电压反馈相应信号和所设电压实施对比分析，结合误差信号实施PI合理调节操作。PI调节装置所输出信号经DSP内部相应脉冲所生成单元和三角载波实施对比分析，促使PWM的驱动产生，经对Buck变换装置内部开关管实际占空比有效调节，促进稳压功能得以实现。以同等方式，对恒流输出过程PI控制装置予以科学优化及调节。储能式电动汽车充电桩综合系统控制核心部分，选定T公司所推出的浮点型全新数字信号的处理装置TMS320F28335，其工作频率为150MHz，且内包PWM18路输出端口、高分辨率6路脉宽调制系统模块(HRPWM)、16路的12位数模高精度转换装置(ADC)，实际转换时间为80ns。

在设计电动汽车充电桩充电管理系统过程中，加强对充电系统的具体流程进行合理的管理规划。一般情况下，在电动汽车充电桩充电系统实际设计的过程中，首先要对充电管理系统的充电流程加强管理，从而保证整个系统在实际系统运行中的稳定性，为电动汽车提供方便快捷的充电作业服务。在充电管理系统软件方面设计的过程中，主要是将充电管理系统设计的相关数据进行整理备案，然后将其记录在FM31256存储器内部之中，当存储器进行检验维修时，就可以从中获得相关的检验信息。通常情况下，电动汽车充电桩充电管理系统进行软件设计，侧重于对程序框图进行合理的设计，以系统运行中的相关数据为基础，从而把握整个系统的实际运转情况。更多资料请联系安科瑞陈芳芳136/119655/14

5安科瑞充电桩收费运营云平台系统选型方案

5.1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。

5.2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。

5.3系统结构

系统分为四层：

(1)即数据采集层、网络传输层、数据层和客户端层。

(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。

5.4安科瑞充电桩云平台系统功能

5.4.1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。

5.4.2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。

5.4.3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。

5.4.4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。

5.4.5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。

5.4.6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。6.4.5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

5.4.8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。

5.5系统硬件配置

安科瑞充电桩收费运营云平台

AcrelCloud-9000

安科瑞响应节能环保、绿色出行的号召，为广大用户提供慢充和快充两种充电方式壁挂式、落地式等多种类型的充电桩，包含智能7kW交流充电桩，30kW壁挂式直流充电桩，智能60kW/120kW直流一体式充电桩等来满足新能源汽车行业快速、经济、智能运营管理的市场需求，提供电动汽车充电软件解决方案，可以随时随地享受便捷安全的充电服务，微信扫一扫、微信公众号、支付宝扫一扫、支付宝服务窗，充电方式多样化，为车主用户提供便捷、安全的充电服务。实现对动力电池快速、安全、合理的电量补给，能计时，计电度、计金额作为市民购电终端，同时为提高公共充电桩的效率和实用性。

互联网版智能交流桩

AEV-AC007D

额定功率7kW，单相三线制，防护等级IP65，具备防雷

保护、过载保护、短路保护、漏电保护、智能监测、智能计量、远程升级，支持刷卡、扫码、即插即用。

通讯方：4G/wifi/蓝牙支持刷卡，扫码、免费充电可选配显示屏

互联网版智能直流桩

AEV-DC030D

额定功率30kW，三相五线制，防护等级IP54，具备防雷保护、过载保护、短路保护、漏电保护、智能监测、智能计量、恒流恒压、电池保护、远

程升级，支持刷卡、扫码、即插即用

通讯方式：4G/以太网

支持刷卡，扫码、免费充电

互联网版智能直流桩

AEV-DC060S

额定功率60kW，三相五线制，防护等级IP54，具备防雷保护、过载保护、短路保护、漏电保护、智能监测、智能计量、恒流恒压、电池保护、远程升级，支持刷卡、扫码、即插即用

通讯方式：4G/以太网

支持刷卡，扫码、免费充电

互联网版智能直流桩

AEV-DC120S

额定功率120kW，三相五线制，防护等级IP54，具备防雷保护、过载保护、短路保护、漏电保护、智能监测、智能计量、恒流恒压、电池保护、远程升级，支持刷卡、扫码、即插即用

通讯方式：4G/以太网

支持刷卡，扫码、免费充电

10路电瓶车智能充电桩

ACX10A系列

10路承载电流25A，单路输出电流3A，单回路功率1000W，总功率5500W。充满自停、断电记忆、短路保护、过载保护、空载保护、故障回路识别、远程升级、功率识别、独立计量、告警上报。

ACX10A-TYHN：防护等级IP21，支持投币、刷卡，扫码、免费充电

ACX10A-TYN：防护等级IP21，支持投币、刷卡，免费充电

ACX10A-YHW：防护等级IP65，支持刷卡，扫码，免费充电

ACX10A-YHN：防护等级IP21，支持刷卡，扫码，免费充电

ACX10A-YW：防护等级IP65，支持刷卡、免费充电

ACX10A-MW：防护等级IP65，仅支持免费充电

2路智能插座

ACX2A系列

2路承载电流20A，单路输出电流10A，单回路功率2200W，总功率4400W。充满自停、断电记忆、短路保护、过载保护、空载保护、故障回路识别、远程升级、功率识别，报警上报。

ACX2A-YHN：防护等级IP21，支持刷卡、扫码充电

ACX2A-HN：防护等级IP21，支持扫码充电

ACX2A-YN：防护等级IP21，支持刷卡充电

20路电瓶车智能充电桩

ACX20A系列

20路承载电流50A，单路输出电流3A，单回路功率1000W，总功率11kW。充满自停、断电记忆、短路保护、过载保护、空载保护、故障回路识别、远程升级、功率识别，报警上报。

ACX20A-YHN：防护等级IP21，支持刷卡，扫码，免费充电

ACX20A-YN：防护等级IP21，支持刷卡，免费充电

落地式电瓶车智能充电桩

ACX10B系列

10路承载电流25A，单路输出电流3A，单回路功率1000W，总功率5500W。充满自停、断电记忆、短路保护、过载保护、空载保护、故障回路识别、远程升级、功率识别、独立计量、告警上报。

ACX10B-YHW：户外使用，落地式安装，包含1台主机及5根立柱，支持刷卡、扫码充电,不带广告屏

ACX10B-YHW-LL：户外使用，落地式安装，包含1台主机及5根立柱，支持刷卡、扫码充电。液晶屏支持U盘本地投放图片及视频广告

智能边缘计算网关

ANet-2E4SM

4路RS485串口，光耦隔离，2路以太网接口，支持ModbusRtu、ModbusTCP、DL/T645-1997、DL/T645-2007、CJT188-2004、OPCUA、ModbusTCP（主、从）、104（主、从）、建筑能耗、SNMP、MQTT；（主模块）输入电源：DC12V～36V。支持4G扩展模块，485扩展模块。

扩展模块ANet-485

M485模块：4路光耦隔离RS485

扩展模块ANet-M4G

M4G模块：支持4G全网通

导轨式单相电表

ADL200

单相电参量U、I、P、Q、S、PF、F测量，输入电流：10（80）A；

电能精度：1级

支持Modbus和645协议

证书：MID/CE认证

导轨式电能计量表

ADL400

三相电参量U、I、P、Q、S、PF、F测量，分相总有功电能，总正反向有功电能统计，总正反向无功电能统计；红外通讯；电流规格：经互感器接入3×1（6）A，直接接入3×10（80）A，有功电能精度0.5S级，无功电能精度2级

证书：MID/CE认证

无线计量仪表

ADW300

三相电参量U、I、P、Q、S、PF、F测量，有功电能计量（正、反向）、四象限无功电能、总谐波含量、分次谐波含量（2～31次）；A、B、C、N四路测温；1路剩余电流测量；支持RS485/LoRa/2G/4G/NB；LCD显示；有功电能精度：0.5S级（改造项目）

证书：CPA/CE认证

导轨式直流电表

DJSF1352-RN

直流电压、电流、功率测量，正反向电能计量，复费率电能统计，SOE事件记录:8位LCD显示:红外通讯:电压输入*大1000V，电流外接分流器接入(75mV)或霍尔元件接入(0-5V);电能精度1级，1路485通讯，1路直流电能计量AC/DC85-265V供电

证书：MID/CE认证

面板直流电表

PZ72L-DE

直流电压、电流、功率测量，正反向电能计量:红外通讯:电压输入*大1000V，电流外接分流器接入·(75mV)或霍尔元件接入(0-20mA0-5V);电能精度1级

证书：CE认证

电气防火限流式保护器

ASCP200-63D

导轨式安装，可实现短路限流灭弧保护、过载限流保护、内部超温限流保护、过欠压保护、漏电监测、线缆温度监测等功能;1路RS485通讯，1路NB或4G无线通讯(选配);额定电流为0~63A，额定电流菜单可设。

开口式电流互感器

AKH-0.66/K

AKH-0.66K系列开口式电流互感器安装方便，无须拆一次母线，亦可带电操作，不影响客户正常用电，可与继电器保护、测量以及计量装置配套使用。

霍尔传感器

AHKC

霍尔电流传感器主要适用于交流、直流、脉冲等复杂信号的隔离转换，通过霍尔效应原理使变换后的信号能够直接被AD、DSP、PLC、二次仪表等各种采集装置直接采集和接受，响应时间快，电流测量范围宽精度高，过载能力强，线性好，抗干扰能力强。

智能剩余电流继电器

ASJ

该系列继电器可与低压断路器或低压接触器等组成组合式的剩余电流动作保护器，主要适用于交流50Hz，额定电压为400V及以下的TT或TN系统配电线路，防止接地故障电流引起的设备和电气火灾事故，也可用于对人身触电危险提供间接接触保护。

6结语

为缓解环境污染问题，电动汽车适时而生，但是随着电动汽车的全面普及，与之配套的充电桩的问题也逐渐浮出水面，为解决这一问题，需加大对智能充电桩的研究开发力度，结合现有实际情况，通过对充电桩外观以及硬件电路的设计，将充电全过程直观地呈现在用户面前，进一步提高用户的体验感，为推动电动汽车发展作出贡献。但是，再完美的产品也会或多或少存在缺陷，在实际使用过程中逐步发现其问题，进而不断完善产品，提高产品质量及实用性，不断推陈出新，刺激行业健康稳定发展。