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淺談智能充電樁系統設計

更新時間：2023-11-30

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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：文章設計了一款電動車智能充電系統，以智能充電樁為數據采集終端，將采集到的電壓電流等信息上傳給服務器，數據庫接受到信息后進行分析并同時傳輸到客服端。該系統實現了安全高效充電、數據分析、公平計費、節能環保等功能，很大地提高了用戶體驗，能夠有效管理和控制電動車的充電，對提升社會穩定、構建和諧社會具有重要意義。

關鍵詞：智能充電樁；系統設計；高效充電；

0 引言

本系統以傳感器作為數據采集終端，通過電流電壓、溫度、氣體、RFID射頻識別等傳感器將信息匯總至主控MCU，并通過WIFI上傳至服務器，服務器接收到數據后進行解析，實現手機客戶端實時查看。本系統不僅可以安全充電，還具備網絡支付、數據分析等功能，為政府監管部門、從業人員、產品用戶提供可靠的數據，實現信息共享。服務器與數據庫主要為硬件、APP以及大數據進行數據傳輸，將各部分鏈接為一個整體，并將各部分的反饋情況傳輸給需要的模塊，實現信息共享，并添加太陽能板，從而打造出一個整體化、系統化、高效化、節能化的智能充電系統。

1 系統設計方案及關鍵技術

1.1 智能充電樁模塊

充電樁使用在平常生活中隨處可見，隨著電子技術的發展，充電樁向小型化、模塊化、集成化、智能化、高效化方向發展。尤其是近幾年以來移動互聯網、物聯網的迅速崛起，為智能化充電樁提供了網絡基礎和技術手段。本文介紹的智能充電樁的具體功能結構如圖1所

示，主要包括高性能微處理器、液晶顯示模塊（顯示二維碼充電信息等）、矩陣鍵盤（交互接口）、傳感器模塊以及無線通信模塊。

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圖1 智能充電樁功能框圖

電流電壓模塊作為本系統的數據采集終端，是整個系統的基礎。電流電壓信息采集模塊簡介如下：

（1）使用開關電源供電方案，在85VAD～260VAC電壓范圍內均可以正常工作，并且可以同時

為其他模塊進行相應供電。

（2）使用智能電氣參數測試算法，準確度可達到國家0.5s級標準，具有很高的準確度。

（3）本產品具有TTL和RS485電平接口，可以實現對該模塊的遠程管理。

（4）本設備進行了高電流測試，可在60A電流下進行正常工作。安全數據傳輸：向數據庫上傳數據時，采用WIFI、LORA、GPRS等安全可靠的無線通信技術，確保數據傳輸過程中不會被截獲破解，數據傳輸采用PGP（PrettyGoodPrivacy）技術，PGP采用了一種RSA和傳統加密的雜合算法，保證數據傳輸的安全。

1.2 服務器平臺

服務器采用分布式集群設計，實現業務拆分，應用服務和數據服務分離，負載均衡，反向代理和CDN，保證了大量用戶的使用，*大限度地提高了系統整體的運行速率。使用抽樣分析，數據區間對比和對比分析模型曲線類型。

1.3 APP應用程序

（1）關鍵技術：用戶平臺的數據模型、MVP設計模型

（2）軟件名稱：智能充電樁APP。

（3）軟件運行環境：Android系統。

（4）軟件開發平臺：AndroidStudio。

（5）軟件開發語言：java、xml。

（6）軟件介紹：移動客戶端作為智能稱重系統的一環，服務于商戶，實現本地與云平臺的鏈接。

（7）功能分析：

①建立本地數據倉庫，通過與服務器的交互實現實時的功能本地化服務；

②提供良好的用戶體驗，方便顧客對信息的實時查詢；

③可與財務賬號綁定，實現實時查詢財務信息。

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圖2 服務器模式圖

2智能充電樁系統的設計實現

2.1主控模塊設計

控制模塊選用STM32F103ZET6作為主處理器，電路設計加入了防干擾電路，可起到防靜電、濾除雜波的作用。圖3為系統MCU原理圖。

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圖3 MCU原理圖

2.2 電流電壓模塊布局設計

該模塊主要由傳感器、AD轉換電路組成，電流電壓模塊印刷電路圖如圖4所示。

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圖4 電流電壓模塊印刷電路圖

2.3 PT1000的高精度溫度測量

在引線電阻和自熱效應方面，通過三線制恒流源驅動方案解決了該問題，并在單片機系統設計中添加了相應的校正控制方案，使產品能夠實現元器件漂移和鉑電阻傳感器的自動校準，從而使產品具備優異的溫度測量精確度。

本系統使用三線制恒流源驅動電路來驅動溫度傳感器，溫度傳感器將變化的電阻值信號（由溫度變化而引起）轉換成電壓信號。在本文設計的系統中、恒流源具有輸出電流穩定、溫度不易發生改變、輸出電阻較大，輸出電流極性可更改等方面的特點。

另外，使用集成運放構成的恒流源具有穩定性好、恒流性能佳的優點，特別是在負載一端需要接地的場合應用更加廣泛，因此采用了圖5所示的設計。

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圖3 三線制恒流驅動法高精度測量方案

3 安科瑞AcrelEMS-IDC數據中心綜合能效管理系統

3.1 平臺組成

安科瑞電氣緊跟數據中心能效、資源利用率和可用性，提高運維效率并降低運維成本。

AcrelEMS數據中心的能源管理提供監測和控制，主要分為電力監控、動環監控、能耗統計分析（能源管理）、蓄電池監控、精密配電監控、智能母線監控、智能照明、消防相關的子系統。

3.2平臺拓撲圖

3.3充電樁系統解決方案

數據中心停車場有電動汽車和電動自行車，均需要提供充電樁。充電樁管理系統通過物聯網技術對接入系統的充電樁站點和各個充電樁進行不間斷地數據采集和監控，解決物業、用電管理部門的充電樁使用、監控問題。電動自行車充電可采用投幣、掃碼充電方式，電動汽車支持IC卡和掃碼充電方式。遠程充電樁系統可實時遠程完成啟動充電、強制停止、單價設置等控制指令，用戶可通過APP、微信、支付寶小程序掃描二維碼，進行支付后，系統發起充電請求，控制二維碼對應的充電樁完成電動汽車的充電過程。同時對各類故障如充電機過溫保護、充電機輸入輸出過壓、欠壓、絕緣檢測故障等一系列故障進行預警；能夠遠程控制，提供財務報表和數據分析等功能。

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4 產品選型

5小結

移動互聯網時代，傳統市場正逐漸向智慧型市場、信息型市場轉變，各行各業對自動化、數據管理和電腦化聯網的需求與日俱增，第三方支付已經成為發展*快、*具有生命力的支付方式，已得到廣大消費者與商戶的認可。推出可掃碼支付、在線支付的充電樁是時代潮

流的大趨勢。目前，我國提倡用發展來改善民生，所以設計一套具有高效、安全、節能等特點的智能充電系統既是時代的要求，也是當代大學生義不容辭的責任和義務。

在社會發展、政策導向、時代要求等的前提下，我國電動車充電樁大多局限于小型化、非正規化的形勢，還沒有建成真正面向不同用戶的充電站服務網絡，有著很大的發展空間。

6參考文獻

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作者簡介：吳柯霓，女，現任職于安科瑞電氣股份有限公司，主要從事數據中心的設計與應用。