电动汽车无人充电桩怎样设计与实现

作者简介：李新伟，女，现任于安科瑞电气股份有限公司，主要从事电瓶车充电桩的研发和应用，Email:[e-mail]，手机：[phone]，QQ:2885177505

摘要：电动汽车用户年龄段参差不齐,对于充电操作流程的阅读和理解存在困难;支付平台的不兼容也给用户带来了不便。针对存在的问题,结合常规充电桩的特点,兼顾无人驾驶车辆的充电问题,设计并开发了一套集成自动充电和手动充电于一体的新式充电设备,既能兼容现有的充电方式,又能针对无人驾驶车辆实现自动充电口对接、充电、扣费等操作,提高了充电智能化。实验结果表明,该系统运行稳定,能够解决充电操作不统一和付费平台不兼容等问题。

关键词：充电桩;无人驾驶车辆;自动对接;智能充电

引言

新能源电动汽车产销与充电桩/站建造数量与日俱增,但在迅猛发展的同时也存在问题,比如:找充电桩难、付费方式不兼容、操作步骤不统一等。所以目前亟待研究出一种无人参与的新式充电设备,来解决市面上充电桩存在的问题。

另一方面,车辆无人驾驶技术发展日趋成熟,包括美国、日本、德国、中国等在内的国家和地区都在进一步加快无人驾驶领域的布局[1-2]。文献[3]开展了无人驾驶车辆智能水平评价研究。文献[4,5]介绍了无人驾驶主要技术手段和发展现状。可以看出,无论是从解决实际问题出发还是从技术储备角度出发,研究针对无人驾驶车辆的充电技术都是很有必要的。

目前也有国内外部分学者针对电动汽车充电问题进行了相关研究。文献[6]介绍了电动汽车充电相关的仪表校验技术,文献[7]开展了无人值守的智能充电桩的研究。文献[8,9]探讨了制约充电设施发展的主要原因以及产业建设研究。文献[10]设计了智能充电桩嵌入式控制系统。但是目前关于充电桩的研究都只针对普通电动汽车,尚不能满足自动驾驶的电动车辆充电问题。

本论文立足技术创新,提出一种新式充电桩,该充电桩集成手动充电和自动充电于一体,手动充电兼容现有的电动汽车充电方式,自动充电方式则为无人车的充电问题提供解决方案。

一、系统整体设计

充电服务系统包含了运营管理平台、云端、用户APP、充电桩、电动车辆,如图1所示。

常规的电动汽车,车主驾驶车辆进入充电区域后,可以自行插拔充电枪,并刷卡认证从而进行充电;而无人驾驶车辆则先进行车辆自动识别,然后通过自动对接技术来完成充电枪与充电口的识别与插接工作,从而进行充电操作。

 

图2无人充电桩硬件结构图

二、安科瑞充电桩运营管理平台

1、系统架构

 

安科瑞Acrelcloud-充电桩收费运营云平台系统通过物联网技术对接入系统的充电桩站点和各个充电桩进行不间断地数据采集和监控，同时对各类故障如充电机过温保护、充电机输入输出过压、欠压、绝缘检测故障等一系列故障进行预警；用户通过微信小程序扫描二维码，进行支付后，系统发起充电请求，控制二维码对应的充电桩完成电动汽车的充电过程。

充电桩可选配WIFI模块或GPRS模块接入互联网，配合加密技术和秘钥分发技术，基于TCP/IP的数据交互协议，与云端进行直连。云平台包含了充电收费和充电桩运营的所有功能，具体功能如下：

资源管理：充电站档案管理，充电桩档案管理，用户档案管理，充电桩运行监测，充电桩异常交易监测。

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：充电设施搜索，充电设施查看，地图寻址，在线自助支付充电，充电结算，导航等

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

变压器监控：监控充电站变压器负荷，每个充电站配备一块ARCM300T无线表，超负荷时系统自动对充电桩的进行调度管理，即当负荷超过百分之五十时，系统会限制新增开始充电的充电桩的功率，降为百分之五十，当变压器负荷超过百分之八十时，系统将不允许新增充电桩开始充电，直到负荷下降为止。

2、平台功能

2.1平台登录

在浏览器打开云平台链接、输入账户名和权限密码，进行登录，防止未授权人员浏览有关信息。

2.2平台首页

平台首页总览每天的开户数、充值金额、充电金额、充电度数、充电次数、充电时长，累计的开户数、充值金额、充电金额、充电度数、充电次数、充电时长，以及相应的环比增长和同比增长以及桩、站分布地图导航、本月充电统计。

2.3实时监控

l  充电站监控

充电站监控页面监视用户充电枪总数、正在充电的枪数、空闲枪数、插枪数量、故障枪数量等，汇总了用户拥有各桩的当日充电总次数、总电量、总时长，进行负荷限制、故障查询。

 

l  充电枪监控

充电桩监控页面充电枪的基本信息、今日充电电量、今日充电次数、今日充电时长和累计充电电量、累计充电次数、累计充电时长等、充电电压电流等参数。

 

2.4微信小程序

l  搜索与使用

微信小程序可以通过扫描二维码和微信文字搜索找到，点击后可以加入到小程序列表

 

l  授权登录界面

用户通过搜索或者扫码等途径初次打开小程序时，会进入这个页面，需要用户授权登录才可以进入小程序主功能页面

 

l  主功能页

初次进入主功能页时需要授权定位才可以使用地图相关功能，在地图上查看到当前所在区域的充电站，查看充电站信息，可以进行扫码充电操作，地图导航等。

 

l  充电

扫描充电枪上的二维码，如果当前充电桩可用即可进入充电选择页面，可以查看到当前的充电站名称、充电枪名称，以及当前的账户余额，电价和预计可充电量等数据，还可以查看当前账户的历史充电记录。充电方式分为按时间充电、按金额充电、按电量充电这三种方式。充电结束可以进进行评价。

 

l  个人信息

个人信息可以显示当前登录账号的昵称和余额，同时包括、充值、充值记录查询、账单查询、充电记录查询、设置支付密码等功能

 

四、结束语

通过分析市面上的充电桩在服务过程中存在的不足,并结合无人驾驶技术的发展背景,本课题设计了一款集成手动充电方式和自动充电方式的新式充电桩。该新式充电设备既兼容现有的电动车辆,同时又可以为无人驾驶车辆直接提供充电服务,在一定程度上降低了充电桩更新换代的成本,为充电基础设施的发展提供了新思路。

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