电动汽车充电桩监控平台系统的设计与应用

摘要：针对当前电动汽车电池寿命严重不足、无法及时充电的问题，将电动电子变流技术、智能监控技术、REIP无线射频技术和CAN总线技术应用于电动汽车智能充电桩的设计和研究。对无人值守的智能电动汽车充电桩进行了现实依据和理论可行性分析，提出了电动汽车智能充电桩的软件设计方法和硬件结构构成方案，兼具CAN总线网络通信功能和无人值守功能，将每个电动汽车智能充电桩视为一个智能节点，并建立了上下位置监控，结果表明，电动汽车智能充电桩能够快速为电动汽车充电，并具有完善的远程通信和监控功能，保证了电动汽车的耐久性。

关键字：电动汽车；充电桩；REIP无线射频；智能监控；CAN总线；

0引言

作为一种不可再生能源，常规石化燃料的使用不仅对大气造成了极大的污染，而且储量也越来越少。目前，许多国家和科研机构正在积极致力于电动汽车的研发和生产。中国在电动汽车行业起步早，发展迅速。电动汽车的发展已成为节能减排和改善地球环境的必然趋势。电动汽车以其零污染、零噪音、驾驶简单等优点一度成为人们关注的焦点，但电动汽车电池寿命弱、充电不便等缺点也成为限制广泛使用的障碍。当前，电动汽车采用蓄能电池作为动力来源，当电压较低时，必须进行电能供应，否则性能会受到很大影响。目前，中国有许多充电模式，如电池组快速更换、快速充电和常规充电，但动力电池体积大、重量大，更换旧J不方便。电动汽车智能充电桩不仅可以解决电动汽车随时随地充电的问题，还可以维护动力电池。它具有人性化的人机交互界面和完善的通信能力，确保用户操作简单，实现智能化。本研究将电力电子变流技术、智能监控技术、REIP无线射频技术等应用于电动汽车智能充电桩的设计与研究。

1电动汽车(EV)充电方式及充电桩监控系统建设的必要性

现在，电动汽车(EV)充电方式主要包括：

（1）交流充电。电网提供220V或380V交流电源，通过滤波、整流和车载充电装置的保护，实现电动汽车电池的充电过程。这种充电方式充电时间长，充电功率小。适用于小型纯电动汽车和混合动力汽车。

（2）DC充电。这种充电方式是在地面上提供DC电源，直接为汽车上的电池充电，省去了车载充电装置，有利于减轻车身重量。地面充电器通常功率大，可以实现快速充电。适用于电动公交车等大型电动汽车。

（3）更换电池组。这种充电方法为每辆电动汽车准备了两组电池。一组为电动汽车提供电源，另一组处于地面充电状态。当车载电池组电量不足时，可及时拆卸和更换充足电量的电池组。这种方法可以在短时间内实现充电过程。然而，需要建造大量的电池更换站，需要大量的人员进行维护。投资成本高，智能化程度低，不予采用。

（4）非接触式充电。这种充电方式需要在道路上嵌入电气元件，并且可以随时与车辆接触，这样在车辆行驶过程中可以在不受充电位置限制的情况下随时充电。目前，这种充电方式还没有引起足够的关注和兴趣，因此不会被采用。

充电桩监控系统建设的必要性分析如下：

随着社会科技力量的不断增强，电动汽车将逐渐得到人们的认可，因为它们具有零排放和低噪音的优点。建设一个庞大的充电系统也是不可或缺的一部分，就像现在的汽车加油站一样，随处可见。同时，目前大多数电动汽车电池使用能效高、体积小的锂离子电池作为能源电池。锂离子电池对充放电有很高的要求。如果没有相应的监控方法，会对电池造成不可修复的损坏，严重时会危及人身安全。

2电动汽车(EV)充电桩监控系统实现的功能

2．1.两种可行的充电桩建设模式

建造交流充电桩。在社区停车场建造交流充电桩时，使用220V或390V交流电压，这两种电压水平很容易获得。通过地面充电桩，您可以为家用电动汽车或环卫清洁车等小型电动汽车充电。这种交流充电桩的优点是可以利用车辆在夜间的闲置时间进行充电。

（2）建造DC充电桩。在电动公交车站或大型电动汽车场建造DC充电桩可以快速完成车辆充电过程。这种充电桩功率大，会对电网产生一定的影响，因此在施工过程中需要考虑电网的保护措施。本研究只需考虑交流220V、设计380V充电桩监控系统。

2．2.监控系统的主要功能

监控系统的主要功能包括：

(1)具有IC卡识别功能，通过手持IC卡激活和计费充电桩。

(2)具有检测和保护充电桩交流电源电压和电流的功能。

(3)具有监控电池充电状态、充电电压、充电电流、充电阶段的功能。

(4)具有通信功能，能与上级管理层进行通信和数据交换。

(5)具有电池智能维护功能，可在充电过程中对电池进行检测，对电池进行适度维护。

3智能充电桩监控系统设计

3．1.由硬件框架组成

充电池监控系统的结构图如图1所示。在图1中，AC交流电源输入为380V电网电源，直接连接人。经过滤波、整流、稳压等一系列操作，成为电动汽车充电的可用DC电源。IC卡识别模块用于用户激活充电桩。余额和个人信息可以通过读卡器显示。状态显示用于显示当前的充电模式和充电电流／电压、电池充电状态等信息。

硬件系统主要包括主控板、IC读卡器、检测芯片、显示电表、显示屏、键盘、通信模块等设备。

主控板是硬件系统的核心组成部分。它可以完成充电过程的启动、运行、实时监控和关闭，并通过各种通信方式将数据实时传输到后台。主控板的主要功能特点包括：通过通用串行总线和上位机CPU模块进行通信，对下位机进行检测和数据采集。同时，上位机需要具有显示功能。它有以太网口、动态SDRAM控制器、NAND控制器和多个交叉口，以及工业级温度范围。5J。为了实时监控充电桩的运行状态，确保充电过程的安全／实时监控电流、充电接口连接状态、车载电池管理系统状态、车载电池状态等。如有异常，可及时切断电源输出，保护电动汽车电池和充电桩本身的安全。

在电动汽车充电桩建设过程中，充电桩的外部材料应选用镀锌钢板，并具有一定的防潮防水性能，以确保在阴湿天气下正常运行。在选择部件时，应选择具有工业标准的电力电子设备，以确保充电桩在恶劣环境下能够正常运行。此外，为了防止电磁干扰，应选择具有屏蔽功能的通信线，并将接地线连接到外部，以抑制共模。

3．2充电桩智能监控系统软件构成

软件系统程序流程图如图2所示。当用户需要充电时，将电动汽车的充电插座与充电桩的充电手柄连接，然后通过IC卡读卡器激活充电桩；如果充电手柄与充电插座之间的连接不正常，则会发出警报。用户身份识别完成后，用户可以选择充电模式和充电时间。同时，充电桩检测电池状态。如果用户不允许在当前状态下选择当前充电模式，则会发出警报，并建议充电桩选择合理的充电模式。当充电模式选择正确时，可以在充电过程中研究正常充电过程

主程序在编写时，采用了模块化的原则，这样能够保证充电桩高效的运行，笔者按照充电桩的几大功能，将程序分为几个大的模块：中央控制模块、IC卡识别模块、通讯模块、显示模块、打印机模块、检测模块等6大模块。8 J。当充电桩被激活时，主程序能够有效地协调各个模块之间的工作从而完成从身份识别到充电结束的一整套流程，多线程处理可以保证各个模块之间相互独立，互不影响。

4智能充电桩的性能测试

经过现场测试，电动汽车智能充电桩完全能够满足快速充电的要求，并且具备电池的维护和保养功能，现场监控画面能够实时显示电池电压、电池电流、充电电压、充电电流、卡内余额等各项信息，用户可以很方便地进行充电操作，现场测试表明，电动汽车智能充电桩运行状况良好。系统整体测试截图如图3所示。

5 安科瑞充电桩收费运营云平台

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

5.3.1系统分为四层：

1）即数据采集层、网络传输层、数据中心层和客户端层。

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）数据中心层：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。

5.4.7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

通过在实验室进行的模拟充电实验，笔者得出以下结论，电动汽车智能充电桩的运行状况良好，充电模式可以根据需要进行修改，充电时间可根据充电模式的选择自动调整，*快充电时间在60 rain左右，用户信息可以显示当前卡内余额、历史充电记录，方便用户查询。当电池电压达到额定电压的90％的时候，系统会自动降低充电电流，对电池做出维护。凸显的一个问题就是，系统发热量较高，需配备散热设备进行散热，以保证电子器件的安全、稳定运行。

参考文献

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审核编辑 黄宇