浅谈新能源电动汽车充电桩系统研究

程瑜

安科瑞电气股份有限公司 上海嘉定201801

摘要：控制系统的设计在新能源汽车充电桩结构的优化中扮演着关键角色。因此，本文综合控制系统设计原理，着重研究充电桩控制系统的开发与应用要点，涵盖了线路结构、安全管理等多个方面。通过明确系统的优势，旨在推动国内汽车充电桩技术的进一步发展。

关键词：新能源汽车；充电桩系统；探索

0引言

电力开发在当代新能源行业应用中具有重要地位，它满足了社会对低成本资源和广泛应用的需求。特别是随着国内新能源汽车等技术的不断推广，持续性电力供应系统的研究成为综合资源利用的重要方向。

1 新能源汽车充电桩控制系统设计原理

1.1 充电管理与调度原理

充电桩的控制系统具备管理多个充电桩的能力，以根据不同车辆的需求合理分配充电资源。这涉及到一系列重要功能，包括实时监测电池状态，识别连接的车辆，以及智能管理充电功率等。通过这些功能的协同作用，可以大程度地提高充电效率，确保车辆能够在短的时间内获得所需的电能，同时避免过度负载和资源浪费。这种智能化的控制系统为新能源汽车的普及和可持续发展提供了坚实的支持[1]。

1.2 通信与数据交换原理

控制系统通过通信网络与充电桩和车辆进行实时数据交换。通常采用互联网、物联网技术，以及标准通信协议来实现充电桩与控制系统之间的高效通信。这种通信架构支持远程监控，实时数据采集和快速故障诊断。通过远程监控，运营商能够实时监测充电桩状态、电池充电情况等信息，为运维提供及时反馈和决策支持。同时，数据采集还有助于分析充电行为和需求趋势，为优化充电服务提供宝贵数据支持。这种通信技术的应用，提高了充电桩的管理效率和可靠性。

1.3 电能管理原理

电能管理在充电桩的运行中扮演着至关重要的角色，旨在确保充电过程的安全性和高效性。控制系统具备智能调节电流和电压的能力，以满足各种不同车型和电池类型的充电需求。通过实时监测电池状态和温度，系统可以动态调整电能输出，防止过载、电池过热或其他潜在问题的发生。这种的电能管理不仅有助于延长电池寿命，还提高了充电效率，减少了能源浪费，推动了新能源汽车的普及和发展。因此，电能管理在充电桩控制系统中的作用不可忽视。

1.4 安全管理原理

安全管理原理在充电桩控制系统中具有极其重要的地位。系统不断监测电池和设备的状态，以确保充电过程中不会出现电池泄漏、过压、过流或其他异常情况，从而保障用户和设备的安全。此外，为了杜绝潜在风险，实施严格的用户身份验证和访问控制，以防止未经授权的人员或设备对充电桩进行操作。这种全面的安全管理原则不仅有助于防范潜在危险，还增强了用户的信任感，促进了新能源汽车的广泛应用。因此，安全管理在充电桩控制系统设计中扮演着不可或缺的角色[2]。

1.5 用户界面原理

用户界面原理在充电桩控制系统中发挥着关键作用。为了确保用户操作的便捷性，系统通常配备了直观的用户界面，如触摸屏、手机应用或网页。通过这些界面，用户可以轻松选择不同的充电模式，实时查看充电进度，以及便捷地进行付款等操作。这种用户友好的设计不仅提升了充电服务的便捷性，还增强了用户体验，促进了新能源汽车的普及和使用。因此，用户界面原理是为了满足用户需求和提高充电服务的可用性而不可或缺的组成部分。

1.6 智能调度原理

智能调度原理在充电桩控制系统中扮演着重要角色，旨在优化充电桩的使用率，从而降低充电站的拥堵和高峰期的充电需求。智能调度的实现需要考虑多种因素，包括电价、充电站的容量、用户需求等。通过综合考虑这些因素，系统可以自动调整充电桩的使用计划，以大程度地提高充电资源的利用效率，同时降低电力成本。这不仅有助于平衡电网负荷，还改善了用户充电体验，促进了新能源汽车的可持续发展。因此，智能调度原理在充电桩控制系统中的应用具有重要意义。

2 新能源汽车充电桩控制系统设计与应用

2.1 汽车充电桩线路控制

首先，汽车充电桩线路控制是充电桩系统中的核心要素之一。它直接涉及到电能传输的安全性和效率。线路控制的首要任务是电能管理，确保充电过程中电流和电压的稳定和可控。这包括实时监测电池的状态，根据不同车型和电池类型的需求调整充电功率，以大程度地提高充电效率。其次，线路控制需要选用合适的线缆和连接器，以减小电阻和能量损失，从而确保电能的高效传输。后，线路控制系统还需要具备故障检测功能，及时发现并报警任何可能影响充电安全的线路或连接问题。总之，汽车充电桩线路控制是为了提供高效、可靠和安全的充电体验而不可或缺的关键要素。

2.2 汽车充电桩检测控制

首先，汽车充电桩检测控制是保障充电过程的安全性和有效性的重要环节。其首要任务是对电池状态进行实时监测和诊断。通过监测电池的电压、电流、温度等参数，检测控制系统可以判断电池的健康状况，确保充电过程中不会出现过充、过放等问题，从而延长电池寿命。其次，检测控制系统需要实现对车辆和电池的身份识别，以确保只有授权车辆可以使用充电桩，提高充电站的安全性。后，该系统还应具备故障诊断和报警功能，及时发现并通知维护人员处理任何可能的设备故障或异常情况，确保充电过程的稳定性和可靠性。综合而言，汽车充电桩检测控制是为了提供安全、高效和可靠的充电服务而至关重要的组成部分。

2.3 汽车充电桩程序控制

首先，汽车充电桩的程序控制是确保充电过程顺利进行的核心要素。该控制系统首要任务是管理充电流程的启动和结束，以确保充电会在正确的时间开始，并在达到设定目标后自动停止。这涉及到充电桩与车辆之间的通信和协调，确保电流和电压的适当调整，以满足电池的充电需求。其次，程序控制系统需要支持多种充电接口和标准，以适应不同类型的新能源汽车。后，该系统还应具备远程监控和追踪功能，允许运营商远程管理充电桩的状态，进行故障诊断和维护，以提高充电服务的可用性和便捷性。综合而言，汽车充电桩的程序控制是为了实现充电的智能化、标准化和便捷化而不可或缺的部分[3]。

2.4 汽车充电桩安全控制

充电桩的程序控制在新能源汽车充电系统中发挥着关键作用。首先，它确保了充电过程的安全和可控。通过程序控制，充电桩可以实现对电流和电压的准确调节，以满足不同电池类型和充电需求。充电过程的启动和停止也可以控制，确保充电的顺利进行，同时避免了过充或过放等危险情况。其次，程序控制系统需要支持多种充电接口和标准。随着不同类型的新能源汽车兴起，充电接口和充电标准也各异。因此，控制系统具备兼容性，能够适应各种充电需求，无论是快充、慢充还是超级充电站。后，远程监控和追踪功能是程序控制系统的重要组成部分。这些功能允许运营商远程监控充电桩的状态，包括是否正常运行、是否发生故障等。远程诊断和维护也可以通过程序控制实现，以提高充电服务的可用性和便捷性，减少了故障维修的停机时间。

3安科瑞充电桩收费运营云平台

3.1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。

3.2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。

3.3系统结构

3.3.1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。

4安科瑞充电桩云平台系统功能

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

 

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系统硬件配置

 

类型	型号	图片	功能
安科瑞充电桩收费运营云平台	AcrelCloud-9000

	安科瑞响应国家节能环保、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:电压输入较大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:电压输入较大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。

 

6结语

综合以上论述，新能源汽车充电桩控制系统的设计是优化和调节社会能源供应体系的理论总结。在此基础上，本文通过探讨汽车充电桩的线路控制、检测控制、程序控制以及安全控制等方面，分析了新能源汽车充电桩控制系统的实施方式。因此，本研究成果有望为推广绿色发展理念提供新的思路和方法。

参考文献

[1]华光辉,夏俊荣,廖家齐等.新能源汽车充换电及车网互动[J/OL].现代电力:1-9[2023-09-20].

[2]黄蔚瑶,新能源汽车40KW至120KW直流充电桩及其智能化充泊系统的研发.四川省,泸州能源投资有限公司,2022-07-26.

[3]钱建华.新能源汽车充电桩控制系统设计研究[J].装备制造技术,2022(06):114-116+134.

[4]赵岐，蔡陶亮，胡泽，左建，赵纾杰.新能源汽车充电桩系统探索

[5]安科瑞企业微电网设计与应用手册.2023.13版.

审核编辑 黄宇