汽車充電樁詳解

什么是充電樁

充電樁其功能類似于加油站里面的加油機(jī)，可以固定在地面或墻壁，安裝于公共建筑（公共樓宇、商場(chǎng)、公共停車場(chǎng)等）和居民小區(qū)停車場(chǎng)或充電站內(nèi)，可以根據(jù)不同的電壓等級(jí)為各種型號(hào)的電動(dòng)汽車充電。充電樁的輸入端與交流電網(wǎng)直接連接，輸出端都裝有充電插頭用于為電動(dòng)汽車充電。充電樁一般提供常規(guī)充電和快速充電兩種充電方式，人們可以使用特定的充電卡在充電樁提供的人機(jī)交互操作界面上刷卡使用，進(jìn)行相應(yīng)的充電方式、充電時(shí)間、費(fèi)用數(shù)據(jù)打印等操作，充電樁顯示屏能顯示充電量、費(fèi)用、充電時(shí)間等數(shù)據(jù)。

自19世紀(jì)第1輛電動(dòng)汽車面世至今，均采用可充蓄電池作為其動(dòng)力源。對(duì)于一輛電動(dòng)汽車來(lái)講，蓄電池充電設(shè)備是不可缺少的子系統(tǒng)之一。它的功能是將電網(wǎng)的電能轉(zhuǎn)化為電動(dòng)汽車車載蓄電池的電能。電動(dòng)汽車充電裝置的分類有不同的方法，總體上可分為車載充電裝置和非車載充電裝置。

車載充電裝置指安裝在電動(dòng)汽車上的采用地面交流電網(wǎng)和車載電源對(duì)電池組進(jìn)行充電的裝置，包括車載充電機(jī)、車載充電發(fā)電機(jī)組和運(yùn)行能量回收充電裝置，將一根帶插頭的交流動(dòng)力電纜線直接插到電動(dòng)汽車的充電插座中給蓄電池充電。車載充電裝置通常使用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、控制方便的接觸式充電器，也可以是感應(yīng)充電器。它完全按照車載蓄電池的種類進(jìn)行設(shè)計(jì)，針對(duì)性較強(qiáng)。非車載充電裝置，即地面充電裝置，主要包括專用充電機(jī)、專用充電站、通用充電機(jī)、公共場(chǎng)所用充電站等。它可以滿足各種電池的各種充電方式。通常非車載充電器的功率、體積和重量均比較大，以便能夠適應(yīng)各種充電方式。

另外，根據(jù)對(duì)電動(dòng)汽車蓄電池充電時(shí)能量轉(zhuǎn)換的方式不同，充電裝置可以分為接觸式和感應(yīng)式。隨著電力電子技術(shù)和變流控制技術(shù)的飛速發(fā)展，高精度可控變流技術(shù)的成熟和普及，分階段恒流充電模式已經(jīng)基本被充電電流和充電電壓連續(xù)變化的恒壓限流充電模式取代。主導(dǎo)充電工藝的還是恒壓限流充電模式。接觸式充電的最大問(wèn)題在于它的安全性和通用性。

為了使它滿足嚴(yán)格的安全充電標(biāo)準(zhǔn)，必須在電路上采用許多措施使充電設(shè)備能夠在各種環(huán)境下安全充電，恒壓限流充電和分階段恒流充電均屬于接觸式充電技術(shù)。新型的電動(dòng)汽車感應(yīng)充電技術(shù)發(fā)展很快。感應(yīng)充電器是利用高頻交流磁場(chǎng)的變壓器原理，將電能從離車的遠(yuǎn)方感應(yīng)到車載的副方，以達(dá)到給蓄電池充電的目的。感應(yīng)充電的最大優(yōu)點(diǎn)是安全，這是因?yàn)槌潆娖髋c車輛之間并無(wú)直接的點(diǎn)接觸，即使車輛在惡劣的氣候下，如雨雪天，進(jìn)行充電也無(wú)觸電的危險(xiǎn)。

電動(dòng)汽車作為一種發(fā)展前景廣闊的綠色交通工具，今后的普及速度會(huì)異常迅猛，未來(lái)的市場(chǎng)前景也是異常巨大的。在全球能源危機(jī)和環(huán)境危機(jī)嚴(yán)重的大背景下，我國(guó)政府積極推進(jìn)新能源汽車的應(yīng)用與發(fā)展，充/換電站作為發(fā)展電動(dòng)汽車所必須的重要配套基礎(chǔ)設(shè)施，具有非常重要的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。一場(chǎng)興建電動(dòng)汽車充/換電站的運(yùn)動(dòng)已經(jīng)在全國(guó)范圍內(nèi)展開。

整體系統(tǒng)由四部分組成：電動(dòng)汽車充電樁、集中器、電池管理系統(tǒng)（BMS）、充電管理服務(wù)平臺(tái)。電動(dòng)汽車充電樁（栓）的控制電路主要由嵌入式ARM處理器完成，用戶可自助刷卡進(jìn)行用戶鑒權(quán)、余額查詢、計(jì)費(fèi)查詢等功能，也可提供語(yǔ)音輸出接口，實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音交互。用戶可根據(jù)液晶顯示屏指示選擇4種充電模式：包括按時(shí)計(jì)費(fèi)充電、按電量充電、自動(dòng)充滿、按里程充電等。

電動(dòng)汽車充電機(jī)控制器與集中器利用CAN總線進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，集中器與服務(wù)器平臺(tái)利用有線互聯(lián)網(wǎng)或無(wú)線GPRS網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，為了安全起見，電量計(jì)費(fèi)和金額數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)安全加密。電池管理系統(tǒng)系統(tǒng)（BMS）的主要功能是監(jiān)控電池的工作狀態(tài)（電池的電壓、電流和溫度）、預(yù)測(cè)動(dòng)力電池的電池容量（SOC）和相應(yīng)的剩余行駛里程，進(jìn)行電池管理以避免出現(xiàn)過(guò)放電、過(guò)充、過(guò)熱和單體電池之間電壓嚴(yán)重不平衡現(xiàn)象，最大限度地利用電池存儲(chǔ)能力和循環(huán)壽命。

充電服務(wù)管理平臺(tái)主要有三個(gè)功能：充電管理、充電運(yùn)營(yíng)、綜合查詢。充電管理對(duì)系統(tǒng)涉及到的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行集中式管理，如電動(dòng)汽車信息、電池信息、用戶卡信息、充電樁（栓）信息；充電運(yùn)營(yíng)主要對(duì)用戶充電進(jìn)行計(jì)費(fèi)管理；綜合查詢指對(duì)管理及運(yùn)營(yíng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析查詢。通信方式 電動(dòng)汽車充電樁屬于配電網(wǎng)側(cè)，其通信方式往往和配電網(wǎng)自動(dòng)化一起綜合考慮。通信是配電網(wǎng)自動(dòng)化的一個(gè)重點(diǎn)和難點(diǎn)，區(qū)域不同、條件不同，可應(yīng)用的通信方式也不同，具體到電動(dòng)汽車充電樁，其通信方式主要有有線方式和無(wú)線方式：

有線方式

有線方式主要有：有線以太網(wǎng)（RJ45線、光纖）、工業(yè)串行總線（RS485、RS232、CAN總線）。有線以太網(wǎng)主要優(yōu)點(diǎn)是數(shù)據(jù)傳輸可靠、網(wǎng)絡(luò)容量大，缺點(diǎn)是布線復(fù)雜、擴(kuò)展性差、施工成本高、靈活性差。 工業(yè)串行總線（RS485、RS232、CAN總線）優(yōu)點(diǎn)是數(shù)據(jù)傳輸可靠，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是布網(wǎng)復(fù)雜、擴(kuò)展性差、施工成本高、靈活性差、通信容量低。

無(wú)線方式 無(wú)線方式主要采用移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商的移動(dòng)數(shù)據(jù)接入業(yè)務(wù)，如：GRPS、EVDO、CDMA等。

采用移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商的移動(dòng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需要將電動(dòng)汽車充電樁這一電網(wǎng)內(nèi)部設(shè)備接入移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商的移動(dòng)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，需要支付昂貴的月租和年費(fèi)，隨著充電樁數(shù)量的增加費(fèi)用將越來(lái)越大；同時(shí)數(shù)據(jù)的安全性和網(wǎng)絡(luò)的可靠性都受到移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商的限制，不利于設(shè)備的安全運(yùn)行；其次，移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商的移動(dòng)接入帶寬屬共享帶寬，當(dāng)局部區(qū)域有大量設(shè)備接入時(shí)，其接入的可靠性和每個(gè)用戶的平均帶寬會(huì)惡化，不利于充電樁群的密集接入、大數(shù)據(jù)量的數(shù)據(jù)傳輸。

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