程瑜

安科瑞電氣股份有限公司上海嘉定201801

摘要：控制系統的設計在新能源汽車充電樁結構的優化中扮演著關鍵角色。因此，本文綜合控制系統設計原理，著重研究充電樁控制系統的開發與應用要點，涵蓋了線路結構、安全管理等多個方面。通過明確系統的優勢，旨在推動國內汽車充電樁技術的進一步發展。

關鍵詞：新能源汽車；充電樁系統；探索

0引言

電力開發在當代新能源行業應用中具有重要地位，它滿足了社會對低成本資源和廣泛應用的需求。特別是隨著國內新能源汽車等技術的不斷推廣，持續性電力供應系統的研究成為綜合資源利用的重要方向。

1新能源汽車充電樁控制系統設計原理

1.1充電管理與調度原理

充電樁的控制系統具備管理多個充電樁的能力，以根據不同車輛的需求合理分配充電資源。這涉及到一系列重要功能，包括實時監測電池狀態，識別連接的車輛，以及智能管理充電功率等。通過這些功能的協同作用，可以大程度地提高充電效率，確保車輛能夠在短的時間內獲得所需的電能，同時避免過度負載和資源浪費。這種智能化的控制系統為新能源汽車的普及和可持續發展提供了堅實的支持[1]。

1.2通信與數據交換原理

控制系統通過通信網絡與充電樁和車輛進行實時數據交換。通常采用互聯網、物聯網技術，以及標準通信協議來實現充電樁與控制系統之間的高效通信。這種通信架構支持遠程監控，實時數據采集和快速故障診斷。通過遠程監控，運營商能夠實時監測充電樁狀態、電池充電情況等信息，為運維提供及時反饋和決策支持。同時，數據采集還有助于分析充電行為和需求趨勢，為優化充電服務提供寶貴數據支持。這種通信技術的應用，提高了充電樁的管理效率和可靠性。

1.3電能管理原理

電能管理在充電樁的運行中扮演著至關重要的角色，旨在確保充電過程的安全性和高效性。控制系統具備智能調節電流和電壓的能力，以滿足各種不同車型和電池類型的充電需求。通過實時監測電池狀態和溫度，系統可以動態調整電能輸出，防止過載、電池過熱或其他潛在問題的發生。這種的電能管理不僅有助于延長電池壽命，還提高了充電效率，減少了能源浪費，推動了新能源汽車的普及和發展。因此，電能管理在充電樁控制系統中的作用不可忽視。

1.4安全管理原理

安全管理原理在充電樁控制系統中具有極其重要的地位。系統不斷監測電池和設備的狀態，以確保充電過程中不會出現電池泄漏、過壓、過流或其他異常情況，從而保障用戶和設備的安全。此外，為了杜絕潛在風險，實施嚴格的用戶身份驗證和訪問控制，以防止未經授權的人員或設備對充電樁進行操作。這種全面的安全管理原則不僅有助于防范潛在危險，還增強了用戶的信任感，促進了新能源汽車的廣泛應用。因此，安全管理在充電樁控制系統設計中扮演著不可或缺的角色[2]。

1.5用戶界面原理

用戶界面原理在充電樁控制系統中發揮著關鍵作用。為了確保用戶操作的便捷性，系統通常配備了直觀的用戶界面，如觸摸屏、手機應用或網頁。通過這些界面，用戶可以輕松選擇不同的充電模式，實時查看充電進度，以及便捷地進行付款等操作。這種用戶友好的設計不僅提升了充電服務的便捷性，還增強了用戶體驗，促進了新能源汽車的普及和使用。因此，用戶界面原理是為了滿足用戶需求和提高充電服務的可用性而不可或缺的組成部分。

1.6智能調度原理

智能調度原理在充電樁控制系統中扮演著重要角色，旨在優化充電樁的使用率，從而降低充電站的擁堵和高峰期的充電需求。智能調度的實現需要考慮多種因素，包括電價、充電站的容量、用戶需求等。通過綜合考慮這些因素，系統可以自動調整充電樁的使用計劃，以大程度地提高充電資源的利用效率，同時降低電力成本。這不僅有助于平衡電網負荷，還改善了用戶充電體驗，促進了新能源汽車的可持續發展。因此，智能調度原理在充電樁控制系統中的應用具有重要意義。

2新能源汽車充電樁控制系統設計與應用

2.1汽車充電樁線路控制

首先，汽車充電樁線路控制是充電樁系統中的核心要素之一。它直接涉及到電能傳輸的安全性和效率。線路控制的首要任務是電能管理，確保充電過程中電流和電壓的穩定和可控。這包括實時監測電池的狀態，根據不同車型和電池類型的需求調整充電功率，以大程度地提高充電效率。其次，線路控制需要選用合適的線纜和連接器，以減小電阻和能量損失，從而確保電能的高效傳輸。后，線路控制系統還需要具備故障檢測功能，及時發現并報警任何可能影響充電安全的線路或連接問題。總之，汽車充電樁線路控制是為了提供高效、可靠和安全的充電體驗而不可或缺的關鍵要素。

2.2汽車充電樁檢測控制

首先，汽車充電樁檢測控制是保障充電過程的安全性和有效性的重要環節。其首要任務是對電池狀態進行實時監測和診斷。通過監測電池的電壓、電流、溫度等參數，檢測控制系統可以判斷電池的健康狀況，確保充電過程中不會出現過充、過放等問題，從而延長電池壽命。其次，檢測控制系統需要實現對車輛和電池的身份識別，以確保只有授權車輛可以使用充電樁，提高充電站的安全性。后，該系統還應具備故障診斷和報警功能，及時發現并通知維護人員處理任何可能的設備故障或異常情況，確保充電過程的穩定性和可靠性。綜合而言，汽車充電樁檢測控制是為了提供安全、高效和可靠的充電服務而至關重要的組成部分。

2.3汽車充電樁程序控制

首先，汽車充電樁的程序控制是確保充電過程順利進行的核心要素。該控制系統首要任務是管理充電流程的啟動和結束，以確保充電會在正確的時間開始，并在達到設定目標后自動停止。這涉及到充電樁與車輛之間的通信和協調，確保電流和電壓的適當調整，以滿足電池的充電需求。其次，程序控制系統需要支持多種充電接口和標準，以適應不同類型的新能源汽車。后，該系統還應具備遠程監控和追蹤功能，允許運營商遠程管理充電樁的狀態，進行故障診斷和維護，以提高充電服務的可用性和便捷性。綜合而言，汽車充電樁的程序控制是為了實現充電的智能化、標準化和便捷化而不可或缺的部分[3]。

2.4汽車充電樁安全控制

充電樁的程序控制在新能源汽車充電系統中發揮著關鍵作用。首先，它確保了充電過程的安全和可控。通過程序控制，充電樁可以實現對電流和電壓的準確調節，以滿足不同電池類型和充電需求。充電過程的啟動和停止也可以控制，確保充電的順利進行，同時避免了過充或過放等危險情況。其次，程序控制系統需要支持多種充電接口和標準。隨著不同類型的新能源汽車興起，充電接口和充電標準也各異。因此，控制系統具備兼容性，能夠適應各種充電需求，無論是快充、慢充還是超級充電站。后，遠程監控和追蹤功能是程序控制系統的重要組成部分。這些功能允許運營商遠程監控充電樁的狀態，包括是否正常運行、是否發生故障等。遠程診斷和維護也可以通過程序控制實現，以提高充電服務的可用性和便捷性，減少了故障維修的停機時間。

3安科瑞充電樁收費運營云平臺

3.1概述

AcrelCloud-9000安科瑞充電柱收費運營云平臺系統通過物聯網技術對接入系統的電動電動自行車充電站以及各個充電整法行不間斷地數據采集和監控，實時監控充電樁運行狀態，進行充電服務、支付管理，交易結算，資要管理、電能管理，明細查詢等。同時對充電機過溫保護、漏電、充電機輸入/輸出過壓，欠壓，絕緣低各類故障進行預警；充電樁支持以太網、4G或WIFI等方式接入互聯網，用戶通過微信、支付寶，云閃付掃碼充電。

3.2應用場所

適用于民用建筑、一般工業建筑、居住小區、實業單位、商業綜合體、學校、園區等充電樁模式的充電基礎設施設計。

3.3系統結構

3.3.1系統分為四層：

1）即數據采集層、網絡傳輸層、數據層和客戶端層。

2）數據采集層：包括電瓶車智能充電樁通訊協議為標準modbus-rtu。電瓶車智能充電樁用于采集充電回路的電力參數，并進行電能計量和保護。

3）網絡傳輸層：通過4G網絡將數據上傳至搭建好的數據庫服務器。

4）數據層：包含應用服務器和數據服務器，應用服務器部署數據采集服務、WEB網站，數據服務器部署實時數據庫、歷史數據庫、基礎數據庫。

5）應客戶端層：系統管理員可在瀏覽器中訪問電瓶車充電樁收費平臺。終端充電用戶通過刷卡掃碼的方式啟動充電。

小區充電平臺功能主要涵蓋充電設施智能化大屏、實時監控、交易管理、故障管理、統計分析、基礎數據管理等功能，同時為運維人員提供運維APP，充電用戶提供充電小程序。

4安科瑞充電樁云平臺系統功能

4.1智能化大屏

智能化大屏展示站點分布情況，對設備狀態、設備使用率、充電次數、充電時長、充電金額、充電度數、充電樁故障等進行統計顯示，同時可查看每個站點的站點信息、充電樁列表、充電記錄、收益、能耗、故障記錄等。統一管理小區充電樁，查看設備使用率，合理分配資源。

4.2實時監控

實時監視充電設施運行狀況，主要包括充電樁運行狀態、回路狀態、充電過程中的充電電量、充電電壓/電流，充電樁告警信息等。

4.3交易管理

平臺管理人員可管理充電用戶賬戶，對其進行賬戶進行充值、退款、凍結、注銷等操作，可查看小區用戶每日的充電交易詳細信息。

4.4故障管理

設備自動上報故障信息，平臺管理人員可通過平臺查看故障信息并進行派發處理，同時運維人員可通過運維APP收取故障推送，運維人員在運維工作完成后將結果上報。充電用戶也可通過充電小程序反饋現場問題。

4.5統計分析

通過系統平臺，從充電站點、充電設施、充電時間、充電方式等不同角度，查詢充電交易統計信息、能耗統計信息等。

4.6基礎數據管理

在系統平臺建立運營商戶，運營商可建立和管理其運營所需站點和充電設施，維護充電設施信息、價格策略、折扣、優惠活動，同時可管理在線卡用戶充值、凍結和解綁。

4.7運維APP

面向運維人員使用，可以對站點和充電樁進行管理、能夠進行故障閉環處理、查詢流量卡使用情況、查詢充電充值情況，進行遠程參數設置，同時可接收故障推送。

4.8充電小程序

面向充電用戶使用，可查看附近空閑設備，主要包含掃碼充電、賬戶充值，充電卡綁定、交易查詢、故障申訴等功能。

5系統硬件配置

類型	型號	圖片	功能
安科瑞充電樁收費運營云平臺	AcrelCloud-9000

	安科瑞響應國家節能環保、綠色出行的號召，為廣大用戶提供慢充和快充兩種充電方式壁掛式、落地式等多種類型的充電樁，包含智能7kW交流充電樁，30kW壁掛式直流充電樁，智能60kW/120kW直流一體式充電樁等來滿足新能源汽車行業快速、經濟、智能運營管理的市場需求，提供電動汽車充電軟件解決方案，可以隨時隨地享受便捷安全的充電服務，微信掃一掃、微信公眾號、支付寶掃一掃、支付寶服務窗，充電方式多樣化，為車主用戶提供便捷、安全的充電服務。實現對動力電池快速、安全、合理的電量補給，能計時，計電度、計金額作為市民購電終端，同時為提高公共充電樁的效率和實用性。
互聯網版智能交流樁	AEV-AC007D

	額定功率7kW，單相三線制，防護等級IP65，具備防雷保護、過載保護、短路保護、漏電保護、智能監測、智能計量、遠程升級，支持刷卡、掃碼、即插即用。通訊方：4G/wifi/藍牙支持刷卡，掃碼、免費充電可選配顯示屏
互聯網版智能直流樁	AEV-DC030D

	額定功率30kW，三相五線制，防護等級IP54，具備防雷保護、過載保護、短路保護、漏電保護、智能監測、智能計量、恒流恒壓、電池保護、遠程升級，支持刷卡、掃碼、即插即用通訊方式：4G/以太網 支持刷卡，掃碼、免費充電
互聯網版智能直流樁	AEV-DC060S

	額定功率60kW，三相五線制，防護等級IP54，具備防雷保護、過載保護、短路保護、漏電保護、智能監測、智能計量、恒流恒壓、電池保護、遠程升級，支持刷卡、掃碼、即插即用通訊方式：4G/以太網 支持刷卡，掃碼、免費充電
互聯網版智能直流樁	AEV-DC120S

	額定功率120kW，三相五線制，防護等級IP54，具備防雷保護、過載保護、短路保護、漏電保護、智能監測、智能計量、恒流恒壓、電池保護、遠程升級，支持刷卡、掃碼、即插即用通訊方式：4G/以太網 支持刷卡，掃碼、免費充電
10路電瓶車智能充電樁	ACX10A系列		10路承載電流25A，單路輸出電流3A，單回路功率1000W，總功率5500W。充滿自停、斷電記憶、短路保護、過載保護、空載保護、故障回路識別、遠程升級、功率識別、獨立計量、告警上報。 ACX10A-TYHN：防護等級IP21，支持投幣、刷卡，掃碼、免費充電 ACX10A-TYN：防護等級IP21，支持投幣、刷卡，免費充電 ACX10A-YHW：防護等級IP65，支持刷卡，掃碼，免費充電 ACX10A-YHN：防護等級IP21，支持刷卡，掃碼，免費充電 ACX10A-YW：防護等級IP65，支持刷卡、免費充電 ACX10A-MW：防護等級IP65，僅支持免費充電
2路智能插座	ACX2A系列		2路承載電流20A，單路輸出電流10A，單回路功率2200W，總功率4400W。充滿自停、斷電記憶、短路保護、過載保護、空載保護、故障回路識別、遠程升級、功率識別，報警上報。 ACX2A-YHN：防護等級IP21，支持刷卡、掃碼充電 ACX2A-HN：防護等級IP21，支持掃碼充電 ACX2A-YN：防護等級IP21，支持刷卡充電
20路電瓶車智能充電樁	ACX20A系列		20路承載電流50A，單路輸出電流3A，單回路功率1000W，總功率11kW。充滿自停、斷電記憶、短路保護、過載保護、空載保護、故障回路識別、遠程升級、功率識別，報警上報。 ACX20A-YHN：防護等級IP21，支持刷卡，掃碼，免費充電 ACX20A-YN：防護等級IP21，支持刷卡，免費充電
落地式電瓶車智能充電樁	ACX10B系列		10路承載電流25A，單路輸出電流3A，單回路功率1000W，總功率5500W。充滿自停、斷電記憶、短路保護、過載保護、空載保護、故障回路識別、遠程升級、功率識別、獨立計量、告警上報。 ACX10B-YHW：戶外使用，落地式安裝，包含1臺主機及5根立柱，支持刷卡、掃碼充電,不帶廣告屏 ACX10B-YHW-LL：戶外使用，落地式安裝，包含1臺主機及5根立柱，支持刷卡、掃碼充電。液晶屏支持U盤本地投放圖片及視頻廣告
智能邊緣計算網關	ANet-2E4SM

	4路RS485串口，光耦隔離，2路以太網接口，支持ModbusRtu、ModbusTCP、DL/T645-1997、DL/T645-2007、CJT188-2004、OPCUA、ModbusTCP（主、從）、104（主、從）、建筑能耗、SNMP、MQTT；（主模塊）輸入電源：DC12V～36V。支持4G擴展模塊，485擴展模塊。
擴展模塊ANet-485	M485模塊：4路光耦隔離RS485
擴展模塊ANet-M4G	M4G模塊：支持4G全網通
導軌式單相電表	ADL200

	單相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量，輸入電流：10（80）A； 電能精度：1級 支持Modbus和645協議 證書：MID/CE認證
導軌式電能計量表	ADL400

	三相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量，分相總有功電能，總正反向有功電能統計，總正反向無功電能統計；紅外通訊；電流規格：經互感器接入3×1（6）A，直接接入3×10（80）A，有功電能精度0.5S級，無功電能精度2級 證書：MID/CE認證
無線計量儀表	ADW300

	三相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量，有功電能計量（正、反向）、四象限無功電能、總諧波含量、分次諧波含量（2～31次）；A、B、C、N四路測溫；1路剩余電流測量；支持RS485/LoRa/2G/4G/NB；LCD顯示；有功電能精度：0.5S級（改造項目） 證書：CPA/CE認證
導軌式直流電表	DJSF1352-RN

	直流電壓、電流、功率測量，正反向電能計量，復費率電能統計，SOE事件記錄:8位LCD顯示:紅外通訊:電壓輸入較大1000V，電流外接分流器接入(75mV)或霍爾元件接入(0-5V);電能精度1級，1路485通訊，1路直流電能計量AC/DC85-265V供電 證書：MID/CE認證
面板直流電表	PZ72L-DE

	直流電壓、電流、功率測量，正反向電能計量:紅外通訊:電壓輸入較大1000V，電流外接分流器接入·(75mV)或霍爾元件接入(0-20mA0-5V);電能精度1級 證書：CE認證
電氣防火限流式保護器	ASCP200-63D

導軌式安裝，可實現短路限流滅弧保護、過載限流保護、內部超溫限流保護、過欠壓保護、漏電監測、線纜溫度監測等功能;1路RS485通訊，1路NB或4G無線通訊(選配);額定電流為0~63A，額定電流菜單可設。

6結語

綜合以上論述，新能源汽車充電樁控制系統的設計是優化和調節社會能源供應體系的理論總結。在此基礎上，本文通過探討汽車充電樁的線路控制、檢測控制、程序控制以及安全控制等方面，分析了新能源汽車充電樁控制系統的實施方式。因此，本研究成果有望為推廣綠色發展理念提供新的思路和方法。

參考文獻

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[4]趙岐，蔡陶亮，胡澤，左建，趙紓杰.新能源汽車充電樁系統探索

[5]安科瑞企業微電網設計與應用手冊.2023.13版.

審核編輯 黃宇