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更新時間：2022-09-19
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吳柯霓
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
摘 要 ：居民住宅區(qū)和公共場所共享云智能充電系統(tǒng)，以電瓶車安全充電為基礎(chǔ)，基于 GPRS、Ethernet 構(gòu)建互聯(lián)網(wǎng) + 物聯(lián)網(wǎng) + 人聯(lián)網(wǎng)的模式，通過自主研發(fā)智能充電樁、主機、通訊設(shè)備、服務(wù)端和客戶端應(yīng)用系統(tǒng)，為降低電瓶車充電火災(zāi)隱患、實現(xiàn)安全充電的目標提供技術(shù)手段及相關(guān)服務(wù)。本設(shè)計可以使用太陽能板、壓電膜等綠色能源作為補充，同時，充電樁自助設(shè)備終端還可以投放商業(yè)廣告（平面或?qū)γ襟w形式）提高商家的額外收益，做到社會效益和經(jīng)濟效益的雙贏。
關(guān)鍵詞 ：電瓶車 ；智能 ；充電樁 ；系統(tǒng)設(shè)計
我國綜合國力日益增強，經(jīng)濟高速發(fā)展。電瓶車更是廣泛地進入人們的視野。因此電瓶車智能充電裝置的安全性面臨著新的挑戰(zhàn)。本文介紹了一種云智能電瓶車快速充電系統(tǒng)的設(shè)計過程。主要研究過程包括進行智能充電設(shè)計、進行硬件設(shè)計、進行外觀設(shè)計。
1 云智能電瓶車快速充電系統(tǒng)的可實施性及必要性
近年來電動自行車充電火災(zāi)事故頻發(fā)，造成群死群傷，這一現(xiàn)象也揭露了整個充電行業(yè)令人擔(dān)憂的現(xiàn)狀。
從用戶層面來看，全國使用電動自行車用戶近 3 億，并以每年超過 3000 萬的增量增加，具有良好的發(fā)展前景。
從產(chǎn)品層面來看，充電的核心產(chǎn)品――充電器，質(zhì)量堪憂。據(jù)新聞?wù){(diào)查公布的數(shù)據(jù)，百分之九十市售充電器不合格，非常容易引發(fā)充電火災(zāi)。而電動自行車的劣質(zhì)電池充斥市場，主要體現(xiàn)在缺乏統(tǒng)一。要想解決電瓶車充電裝置的安全性及功能性問題，一定將理論和實踐相結(jié)合，在了解基礎(chǔ)功能以及各項優(yōu)化的基礎(chǔ)上，提高綜合型電瓶車充電系統(tǒng)的可實施性，做到理想化的設(shè)計[1]。
從服務(wù)方面來看，規(guī)；、安全的公共充電服務(wù)缺失。目前的充電服務(wù)，大多零散分布在各個小區(qū)和物業(yè)，一般都是通過物業(yè)提供插座，或者用戶自帶充電器方式完成充電。有的用戶甚至將車輛推入室內(nèi)，或?qū)㈦姵夭鹦度胧页潆，安全隱患非常大。
近年來，電瓶車火災(zāi)事故頻發(fā)，引起人員傷亡，消防、物業(yè)、消費者各方對電動車充電安全問題開始重視。2017 年 12月 29 日，相關(guān)部門發(fā)布《關(guān)于規(guī)范電動車停放充電加強火災(zāi)防范的通告》，嚴禁在建筑內(nèi)的共用走道、樓梯間、安全出口處等公共區(qū)域停放電動車或者為電動車充電；構(gòu)成違反消防管理行為的， 機關(guān)單位將依法予以處罰；引起火災(zāi)，造成嚴重后果，依法追究刑事責(zé)任 [2]。
2 對充電系統(tǒng)的設(shè)計要求
為保證電瓶車快速充電系統(tǒng)可靠運作，對該系統(tǒng)的性能有以下幾項要求 ：
1)對安全性的要求。在電瓶車進行充電時，操作者進行開啟、斷開操作時 ；充電系統(tǒng)發(fā)生故障時，要保證人員安全。同時也要保證充電時電瓶車的安全，避免過熱起火和電路老化等等問題。
2)操作便捷。對電瓶車進行充電時，充電系統(tǒng)應(yīng)操作簡易， 充電過程應(yīng)自動性強一些，不需要工作人員過多參與，過程不要過于復(fù)雜。
3)經(jīng)濟性。成本較小的充電系統(tǒng)可以減少電瓶車的運行成本， 從而提高整體效益，促進電瓶車的使用推廣。
4)效率高。充電效率高是充電系統(tǒng)的重要指標，也關(guān)系著電瓶車的商業(yè)化推廣。本系統(tǒng)可以同時多輛充電，同時安全快速充電。
5)技術(shù)難題。為電動自行車提供公共充電服務(wù)，首要難題是公共充電設(shè)施如何適配五花八門的電池，需要一個“萬用充電器"[3]。近一年來，一些項目試圖對電動自行車充電進行智能化改造，受困于技術(shù)瓶頸，只適用于支付環(huán)節(jié)的優(yōu)化，我們*可以將投幣插座升級為掃碼插座。電池、電源管理等關(guān)鍵領(lǐng)域無能為力，無法完成智能化，無法集成充電模塊，無法消除劣質(zhì)充電器帶來的隱患，無法做到戶外安全充電。電瓶車快速充電系統(tǒng)，突破了智能識別電池、自適應(yīng)動態(tài)控制電源核心技術(shù)。在不同類型、規(guī)格電動車電池安全充電的基礎(chǔ)和前提上，能夠識別出標準，類型、規(guī)格多樣。由于現(xiàn)有的電瓶車充電裝置安全性很低， 電池規(guī)格參數(shù) ；在準確識別的基礎(chǔ)上，自適應(yīng)輸出電壓、電流，動態(tài)調(diào)整電源參數(shù)，識別電池充滿，自動斷電。Guarder 云智能充電網(wǎng)絡(luò)，具備人工智能網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)算法，新的充電曲線即時上傳云端，同步給所有在線設(shè)備，不斷提高電池識別和電源控制準確度。
6)充電原理。采用脈沖充電，有利于延長電瓶壽命。脈沖低壓交流電經(jīng)全波整流后是脈動直流，當(dāng)其波峰電壓大于電瓶電壓時，可控硅才會導(dǎo)通，當(dāng)脈動直流電壓處于波谷區(qū)時，可控硅反偏截止，停止向電瓶充電。因而流過電瓶的是脈動直流電，快速充電，充滿自停。剛開始充電時電瓶兩端電壓較低，充電電流較大。當(dāng)電瓶即將充足時，充電電壓越來越接近脈動直流輸出電壓的波峰值，充電電流也會越來越小，自動變?yōu)殇噶鞒潆。?dāng)電瓶兩端電壓被充到整流輸出的波峰值時，充電過程停止。經(jīng)試驗，三節(jié)電動車蓄電池 36V 串聯(lián)，用該充電器只需 2 個小時即可充滿。電路簡單、易于制作，幾乎不用維護及維修 [4]。
3 云智能電瓶車快速充電系統(tǒng)創(chuàng)新設(shè)計實踐――以 Guarder
項目為例
3.1Guarder 云智能電池識別系統(tǒng)和硬件安全
我們設(shè)計了 Guarder 云智能電池識別系統(tǒng)，可根據(jù)電池的規(guī)格來預(yù)先調(diào)節(jié)充電樁的輸出電壓，有效解決充電器不適配問題， 同時需采用專業(yè)級戶外用電防護設(shè)備來確保安全。充電柜裝有溫度感應(yīng)器，達到消防要求的溫度會自動斷電，且選用防爆材料制作充電柜的柜體，構(gòu)筑一道防線，把火控制在柜子里面， 不會傷及周邊。充電樁和充電柜一定需要采用防雨、防水的材料，高強度結(jié)構(gòu)設(shè)計，插頭一定要通過 10000 次撥插測試*。
3.2Guarder 云智能充電新模式和軟件安全
充電過程中的保護措施包括 ：專業(yè)級戶外用電防護設(shè)備、接地保護、防雷保護、防塵防水保護、超載斷電保護、欠載斷電保護、線路短路保護、人身漏電保護、充電時間保護、充滿自停電池壽命保護、聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控實時保護 [5]。引入電池識別系統(tǒng)，市面上電池種類很多，智能充電樁可識別電池類型和各種技術(shù)參數(shù)， 做到實時監(jiān)控充電電流、電壓監(jiān)控、異常斷電、充滿自停充電， 以保證充電安全。加入呼吸式心跳檢測，杜絕過載、過流、過溫、欠載、浪涌等風(fēng)險。
3.3操作系統(tǒng)和智能系統(tǒng)
Guarder 云智能系統(tǒng)是為電動車配備的足以完成智能功能的操作系統(tǒng)，操作系統(tǒng)分硬件系統(tǒng)、云系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)、客戶端系統(tǒng)等多個組成部分，通過各系統(tǒng)之間的相互協(xié)調(diào)，用戶能夠在遠處智能的遙控自己的車輛[6]。智能系統(tǒng)分為設(shè)防、解防、尋車、一鍵啟動、GPS 功能，通過連接 APP，可以實現(xiàn)對電動車的實時操控，安全、控制、定位等功能都可以通過一顆小小的芯片完成。能兼容所有的藍牙，兼容安卓系統(tǒng)和蘋果系統(tǒng)[7]。
3.4APP
用戶可通過APP 遠程查看充電進度，遠程控制充電開始、結(jié)束、異常通知！白詣佣ㄎ灰绘I導(dǎo)航"功能自動*離客戶位置附近的充電站，并支持地圖導(dǎo)航。還能將新的充電曲線即時上傳云端，同步給所有在線設(shè)備。
3.5Guarder 云智能快速充電系統(tǒng)兒童防護
兒童防護在本產(chǎn)品中無疑也是非常重要的，不僅要對兒童自身的安全考慮，同時也要保護充電設(shè)施不被兒童無意破壞。所以充電插口都配有獨立安全門，預(yù)防兒童無意觸電安全風(fēng)險和兒童毀壞充電插口和放入異物，以免影響使用。
3.6Guarder 云智能自反饋系統(tǒng)
Guarder 云智能電瓶車快速充電系統(tǒng)出現(xiàn)故障或被破壞將會對管理系統(tǒng)發(fā)出信號，通知維修人員，在短時間內(nèi)對 Guarder 云智能電瓶車快速充電系統(tǒng)進行維修。
3.7支付以及收費方式
充電站設(shè)備安裝好后，管理人員可根據(jù)自己實際情況任意設(shè)置，設(shè)備設(shè)置有多重保護措施，系統(tǒng)性能安全可靠。根據(jù)電動車充電功率，自動判斷收費標準 ；可同時采用按次計費和預(yù)付費模式。預(yù)付費模式，剩余金額自動返還 ；收費標準自由設(shè)置，充電時間 10-999 分鐘可調(diào) ；計費方式 ：按充電次數(shù)計費，按電子錢包計費，按包月計費。支持 APP 支付、掃碼支付、充電 IC 卡支付等多種支付方式。支持支付寶掃碼充電。用戶自行選擇“按時間、電量收費"，或者按時、按量、包月充電套餐。
4 安科瑞充電樁運營管理平臺
安科瑞電動自行車充電樁通過GPRS模塊與云端進行通信和數(shù)據(jù)交互。系統(tǒng)能夠?qū)﹄妱幼孕熊嚦潆姌兜娜粘顟B(tài)、充電過程進行監(jiān)控；實現(xiàn)充電支付對接：支持投幣、刷卡、線上支付等多種支付方式，保證支付交易過程的完整性，對充電過程中的異常情況進行有效預(yù)警；實現(xiàn)對下游站級平臺的清算、對賬功能。平臺可對接消防物聯(lián)網(wǎng)平臺、小程序等，提供相關(guān)異常數(shù)據(jù)，實現(xiàn)電動車充電安全管理的網(wǎng)絡(luò)化、可視化。
① 安全預(yù)警
??對平臺連接的所有充電樁狀態(tài)進行監(jiān)測，充電樁發(fā)生異常情況時可通過APP、短信及時向運營人員發(fā)出報警信號，及時消除火災(zāi)隱患。
② 交易結(jié)算管理
??平臺為運營方提供充電價格策略管理，預(yù)收費管理，賬單管理，營收和財務(wù)相關(guān)報表等，支持投幣、刷卡和掃碼充電。
③ 充電服務(wù)
??可通過軟件搜索附近充電樁，并查看充電樁狀態(tài)，并導(dǎo)航至可用充電樁。可通過在線自助支付實現(xiàn)充電。
④ 運營分析
??對訂單進行數(shù)據(jù)化分析，通過柱狀圖、報表方式直觀展示數(shù)據(jù)，并支持和第三方平臺對接。
⑤ 小程序
??可通過小程序掃碼充電，充電賬單支付。運營商和物業(yè)管理人員均可通過小程序管理，監(jiān)測充電樁狀態(tài)和充電交易情況。
5 充電樁型號
(1)可同時充10輛電瓶車。
(2)尺寸空間大，投幣箱容量大，內(nèi)部空間充裕，具備充足的電氣穩(wěn)定性。
(3)實體按鍵設(shè)計，手感實在，使用壽命長。
(4)顯示投幣數(shù)、IC刷卡次數(shù)、IC卡余額，卡內(nèi)余額語音播報。
(5)每次扣費和充電時間可調(diào)，可多次投幣刷卡，充電時間自動累計。
(6)可根據(jù)客戶需求開通免費充電功能、月卡功能和刷卡退費。
(7)可使用在線支付、支付寶支付、APP 支付。
(8)自動識別出現(xiàn)故障的線路，并伴有字母和語音提示。
(9)具有斷電記憶功能，當(dāng)出現(xiàn)斷電，來電后可以繼續(xù)使用剩余的時間充電。
(10)具有拔掉斷電功能，當(dāng)用戶拔掉充電器，及時自動斷電。
(11)具有充滿自停功能，自動檢測電瓶車充電狀態(tài)，如充滿則停止供電，計費時間清零。
(12)具有過載保護功能，能識別大功率電器，自動暫停供電，防止用戶私接插線板給多臺電瓶車充電。
(13)具有短路保護功能，當(dāng)出現(xiàn)短路，保險絲熔斷確保穩(wěn)定。
(14)具有按功率給時間功能，根據(jù)檢測到的功率，按照設(shè)定時間開啟充電。
(15)可選配聯(lián)網(wǎng)煙感，當(dāng)出現(xiàn)火情，可發(fā)送短信給責(zé)任人。
(16)過溫保護功能，當(dāng)檢測機箱溫度過高，停止充電。
(17)夜間斷電功能，可設(shè)定夜間整機斷電黑屏，禁止夜間充電。
(18)遠程抄表，485電表數(shù)據(jù)采集上報。
6 總結(jié)
Guarder 云智能電瓶車快速充電系統(tǒng)是為電動自行車日常通勤用戶提供戶外公共充電的解決方案，安裝在小區(qū)、園區(qū)和商業(yè)樓宇等用戶生活、工作區(qū)域。充電柜是為外賣、快遞等物流垂直領(lǐng)域提供的電池存儲、充電解決方案，擺放在外賣快遞集中商圈、商鋪以及站點。
Guarder 云智能電瓶車快速充電系統(tǒng)，突破了智能識別電池、自適應(yīng)動態(tài)控制電源核心技術(shù)。給不同類型、規(guī)格電動車電池安全充電的基礎(chǔ)和前提，一定能夠識別出電池規(guī)格參數(shù)，在準確識別的基礎(chǔ)上，自適應(yīng)輸出電壓、電流，動態(tài)調(diào)整電源參數(shù)，識別電池充滿，自動斷電。Guarder 云智能充電網(wǎng)絡(luò)，具備人工智能網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)算法，新的充電曲線即時上傳云端，同步給所有在線設(shè)備，不斷提高電池識別和電源控制準確度。另外，本方案還可以使用太陽能板、壓電膜等綠色能源作為補充，同時，充電樁自助設(shè)備終端還可以投放商業(yè)廣告（平面或?qū)γ襟w形式）提高商家的額外收益，做到社會效益和經(jīng)濟效益的雙贏。
參考文獻
[1]李云南,劉文慶（通訊作者),楊月,云智能電瓶車快速充電系統(tǒng)設(shè)計
[2]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應(yīng)用手冊.2019.11版
作者簡介：吳柯霓，女，現(xiàn)任于安科瑞電氣股份有限公司，主要從事電瓶車充電樁的研發(fā)和應(yīng)用，
當(dāng)前位置：
