随着环境和能源问题的日益严峻, 电动汽车和新能源发电应运而生。电动汽车也以其绿色环保、高效率等优点成为现代汽车工业的重要发展方向[1]。发展电动汽车必须建设与之配套的充电设施, 因此大力发展电动汽车充电设施已成为国内外研究的重点。
目前, 我国智能配电网和智能配电居民小区建设还很不普及和完善, 已有居民小区的供电容量不能满足较多电动汽车的充电需要。增加配电设备容量, 将会涉及投资、多部门协调及复杂的施工改造等问题, 而且还会导致负荷峰谷差变大, 降低设备利用率, 从而限制私家电动汽车的进一步推广。
针对上述问题, 文献[3]基于峰谷分时电价, 最大限度利用谷时段进行充电的双序谷有序充电控制方法;该方法虽能在不改变原配电容量的前提下, 实现对多辆电动汽车的同时充电, 但其只能实现慢速充电的需求, 对于快速充电仍无法满足。文献[4]根据配电网调度对快速充电站功率变化率的限制需求, 提出了含储能缓冲系统的快速充电站拓扑结构和控制策略。
结合上述文献, 本文提出在传统的充电桩内, 增加大容量蓄电池组和附加的能量转换系统, 设计了一种基于DSP的储能式电动汽车充电桩模拟装置, 可以在不改变配电网的前提下, 实现对电动汽车电池组的快速充电。
1 储能式充电桩的总体结构
图1所示为储能式充电桩的系统结构图, 该系统主要由功率调节系统 (PCS) [7]和DSP控制系统两部分组成。PCS采用直流母线式结构, 是电网与储能电池组和电动汽车电池组、储能电池组与汽车电池组之间的能量传输纽带;交流电网与直流母线之间采用PWM整流器, 实现能量的双向流动;直流母线与储能电池组之间采用双向Buck-Boost变换器, 实现电池组的充放电功能;直流电网与电池汽车电池组之间采用Buck变换器, 实现对电池的恒压、恒流和脉冲充电。控制系统以TMS320F28335为核心, 主要实现对储能电池组状态的监测和管理以及对PCS的控制调度。
2 硬件系统设计
系统的硬件主要包括功率调节系统、功率管和继电器驱动系统、相关参数采样系统、人机交互系统和辅助电源系统。继电器采用普通的光隔+三极管驱动;功率管采用专门的IGBT驱动芯片M57962;由于功率调节系统[6]是储能式充电桩内的关键部分, 因此下面主要对单向AC/DC、单向DC/DC和双向DC/DC的拓扑结构进行简单介绍。
1) 交流电网与直流母线之间采用单相不可控整流电路, 拓扑结构如图2 (a) 所示。单相220V交流电通过整流滤波后转变为311V直流电;为了防止电容充电电流过大, 通过限流电阻R1给电容充电。当电容充满电后吸合开关K2, 使R1短路, 减少电路损耗;滤波电容由两个400V/680μF电解电容串联组成;由于每个电容器的的漏电流存在差别, 所以在每个电容两端并联一个均压电阻, 提高电容的使用寿命。
2) 直流母线与电动汽车电池组之间采用图2 (b) 所示的Buck变换器, 通过电压闭环或电流闭环来调节V1的占空比, 可实现对电池的恒压或恒流充电;该电路结构简单, 实现容易。功率管V1采用FF100R12KS4型号的IGBT, 其最高耐压达1200V, 最大电流达200A, 内部集成续流二极管, 续流二极管采用MURP20040CT, 其内部两个400V/200A的二极管阴极相连, 电池侧采用LC滤波。
3) 直流母线与储能电池组之间采用图2 (c) 所示的BuckBoost变换器。当对储能电池充电时, V1、VD2导通, 电路工作于降压斩波模式;当储能电池放电时, V2、VD1导通, 电路工作于升压斩波模式;通过电压或电流闭环, 二者均可实现恒压或恒流充放电功能;该变换器结构简单、具有双向功率输送能力。功率管V1、V2均采用FF100R12KS4型号的IGBT;电池侧采用LC滤波。
3 软件系统设计
3.1 控制系统的算法设计
本系统采用DSP控制芯片对整个系统进行控制。储能电池的管理系统主要实现对电池的电压、充放电电流、温度和荷电状态 (SOC) 的监测。功率调度系统主要实现对电池的恒压或恒流充放电功能。下面主要对Buck变换器在恒压控制模式下的闭环控制算法[9]进行介绍。
恒压控制模式的控制框图如图3所示, 其中KFB=Vref/Vo, 为反馈系数;KMOD=1 / Vm, 为PWM脉宽调制器的增益, Vm为锯齿波的幅值;G1 (s) =Kp/ (1+ωs/s ) 为电压误差放大器的传递函数。本设计中采用数字PI调节器, 其中ωs用于消除稳态误差, 一般取为Gvd (s) 极点的1/10以下, Kp用于使剪切频率处的开环增益以-20d B/十倍频穿越0d B线;Gvd (s) 为Buck变换器的占空比至输出电压的传递函数, 利用状态空间平均法建立Buck变换器的交流小信号模型, 可以求出Gvd (s) 为
式中D为占空比, Vo为直流母线的电压平均值, L和C为输出的滤波电感和电容, R为负载电阻。
在实际工作中, DSP采样得到的电压反馈信号与设定电压进行比较, 根据误差信号进行PI调节。PI调节器输出信号由DSP内部脉冲生成单元与三角载波比较产生PWM驱动驱动, 通过不断调节Buck变换器中开关管的占空比, 来实现稳压功能。利用同样的方式, 可以设计恒流输出时的PI控制器。
3.2 控制系统的软件设计
本系统的控制核心采用TI公司新推出的一款浮点型数字信号处理器—TMS320F28335[10], 工作频率可达150MHz;内部包含18路PWM输出端口, 6路高分辨率脉宽调制模块 (HRPWM) ;16路高精度的12位数模转换器 (ADC) , 转换时间可达80ns。整个系统的主程序流程如图4所示。
4 实验结果与分析
本文设计了一台3k W的实验样机, 技术参数为:交流输入电压为单相220V;直流母线电压为311V;电动汽车电池组采用4只12V60Ah的铅酸蓄电池串联来模拟;储能电池组采用4只12V30Ah的铅酸蓄电池串联来模拟。
利用本系统对模拟电动汽车电池组以1C (60A) 进行充电, Buck-Boost变换器工作于Boost恒流放电模式, 放电电流为0.5C (30A) , 交流电网提供0.5C (30A) 的充电电流, 功率管的工作频率为10k Hz。图5为利用模拟储能电池组和交流电网同时给模拟电动汽车电池组进行恒流充电时, Buck变换器的输出电压波形, 忽略开通关断时刻的电压尖峰, 电压纹波< 50m V (每格100m V) 。图6为利用最佳充电方案给储能电池组进行充电时, 整个过程中端电压和充电电流的变化曲线。开始阶段采用0.1C (3A) 恒流充电, 当电压达到57.6V时, 采用恒压充电, 直至充电电流小于0.05C (1.5A) , 充电结束。由图6可见, 在开始充电瞬间, 电池电压迅速增大, 然后趋于稳定, 恒流充电最后阶段电池电压逐渐增大, 在恒压充电过程中, 充电电流逐渐减小, 与理论变化过程基本相同。
5 结论
通过以上分析可以看出, 采用储能式充电桩, 能使现有城市或家庭的配电系统无需进行太大的增容改造, 就可以承受电动汽车快速大电流充电的要求, 且可以减少电费支出, 同时具有传统充电桩具有的常规充电功能, 而且通过储能电池容量的配置, 可以满足不同容量的充电要求, 应用灵活。但是由于储能电池寿命、效率等因素的影响, 使其应用受到一定的限制。但是随着电池技术的不断提升, 将充电桩与电池储能技术相结合, 构建储能式电动汽车充电桩, 对推动电动汽车的广泛应用具有重要意义。
本文只是针对一个用户进行分析, 没有考虑到大量用户同时运行时对电网的影响, 所以今后应该针对某一个特定住宅小区来分析所有用户的出行习惯、行驶里程数等数学模型, 结合储能式充电桩的特点, 利用有序充电的控制方法, 设计出更加合理的充放电控制策略。
参考文献
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ICS 备案号:Q/CSG Q/CSG12001-2010中国南方电网有限责任公司企业标准 电动汽车充电站及充电桩验收规范
言.................................................................................................................................................................II1范
围.................................................................................................................................................................-1-2规范性引用文
件............................................................................................................................................-1-3名词术 语.........................................................................................................................................................-2-4总
则.................................................................................................................———————————————————————————————————————————————
................................................-3-5充电站验 收....................................................................................................................................................-3-5.1验收内容及要
求..........................................................................................................................................-3-5.2验收合格标
准..............................................................................................................................................-4-5.3验收文档资
料..............................................................................................................................................-4-6充电桩验 收.....................................................................................................................................................-5-6.1验收内容及要
求.........................................................................................................................................-5-6.2验收合格标
准.............................................................................................................................................-5-6.3验收文档资
料.................................................................................................................———————————————————————————————————————————————
............................-5-附录A充电站(桩)验收流程(规范性附 录)..........................................................................................-7-附录B充
电机验收大纲(规范性附
录)......................................................................................................-8-附录C充电站监控系统验收大纲(规范性附
录)....................................................................................-10-附录D充电 站系统整体性能验收大纲(规范性附
录)............................................................................-15-D.1通信测
试...................................................................................................................................................-15-D.2变配电设备的可靠性测
试......................................................................................................................-17-D.3充电站对配电网的谐波影响测
试..........................................................................................................-18-D.4用户界面及程序入
口..............................................................................................................................-18-I Q/CSG12001-2010前言
为贯彻落实国家节能环保，促进电动汽车推广应用，延伸供电服
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务价值链，指导和规范南方电网电动汽车配套充电设施建设，特制定本规范。本标准是中国南方电网有限责任公司电动汽车充电技术系列标准之一，该系列技术标准包括以下标准: Q/CSG11516.1-2010 Q/CSG11516.2-2010 Q/CSG11516.3-2010 Q/CSG11516.4-2010 Q/CSG11516.5-2010 Q/CSG11516.6-2010 Q/CSG11516.7-2010 Q/CSG11516.8-2010电动汽车充电设施通用技术要求电动汽车充电站及充电桩设计规范电动汽车非车载充电机技术规范电动汽车交流充电桩技术规范电动汽车非车载充电机充电接口规范电动汽车非车载充电机监控单元与电池管理系统通信协议电动汽车充电站监控系统技术规范电动汽车充电站及充电桩验收规范
本规范由中国南方电网有限责任公司标准化委员会批准。
本规范由中国南方电网有限责任公司生产技术部提出、归口、组织编写并解释。
本规范起草单位:广东电网公司、广东电网公司电力科学研究院、深圳供电局、广东省电力设计研究院、深圳供电规划设计院有限公司、深圳新能电力开发设计院有限公司
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本规范主要起草人:余南华、胡玉峰、曾强、黄志伟、李飞、梁晓兵、蒋浩、王晓毛、孙卫民、邓伟光、柯丽、罗俊平
本规范主要审查人:皇甫学真、刘映尚、陈建福、钟连宏、吴宇宁、李鹏、张志祥、殷承良、裴爱华、王磊、杨家全
II Q/CSG12001-2010 电动汽车充电站及充电桩验收规范 1范围
本标准规定了中国南方电网有限责任公司电动汽车充电站及充电桩验收应遵循的基本原则。本标准适用于中国南方电网有限责任公司及所属(含代管)各有关单位电动汽车充电站及充电桩新建、扩建和改建工程的验收工作。
2规范性引用文件
下列文件中的条款通过本标准的引用而构成本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单(不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。
GB50052-2009 GB50053 GB50054供配电系统设计规范10kV及以下变电所设计规范低压配电设计规范 ———————————————————————————————————————————————
3~110kV高压配电装置设计规范 电力工程电缆设计规范
火力发电厂与变电站设计防火规范 建筑设计防火规范
建筑物防雷设计规范(2000年版)建筑照明设计标准 外壳防护等级(IP代码)声环境质量标准 GB50060-2008GB50217-2008GB50229-2006GB50016-2006GB50057-19 94GB50034-2004GB4208-2008GB3096-2008 GB50260电力设施抗震设计规范
GBJ147电气装置安装工程高压电器施工及验收规范
GBJ148电气装置安装工程电力变压器、油浸电抗器、互感器施工及验收规范 GBJ149电气装置安装工程母线装置施工及验收规范 GB50150-2006 GB50168-2006 GB50169-2006 GB50171 GB50254电气装置安装工程电气设备交接试验标准电气装置安装工程电缆线路施工及验收规范电气装置安装工程接地装置施工及验收规范电气装置安装工程盘、柜及二次回路结线施工及验收规范电———————————————————————————————————————————————
气装置安装工程低压电器施工及验收规范 建筑装饰装修工程施工质量验收规范 建筑地面工程施工质量验收规范-1-GB50210-2001GB50209-2002 Q/CSG12001-2010 GB50202-2002 GB50204-2002 GB50207-2002 GB50258 GB50259建筑地基基础工程施工质量验收规范混凝土结构工程施工质量验收规范屋面工程质量验收规范1kV及以下配线工程施工及验收规范电气照明装置施工及验收规范
电能计量装置技术管理规程 电能质量技术监督规程
电测量及电能计量装置设计技术规程 DL/T448-2000DL/T1053-2007DL/T5137-2001 DL/T621 DL5027交流电气装置的接地电力设备典型消防规程 变电站安健环设施标准
电网建设工程安全和环境管理设施规范应用手册 电动汽车充电设施通用技术要求 电动汽车充电站及充电桩设计规范
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电动汽车非车载充电机技术规范 电动汽车交流充电桩技术规范 电动汽车非车载充电机充电接口规范
电动汽车非车载充电机监控单元与电池管理系统通信协议 电动汽车充电站监控系统技术规范
Q/CSG10001-2004CSG/MS0912-2007Q/CSG11516.1-2010Q/CSG11516.2-2010Q/CSG11516.3-2010Q/CSG11516.4-2010Q/CSG11516.5-2010Q/C SG11516.6-2010Q/CSG11516.7-2010 3名词术语 3.1验收Acceptance 指充电站、充电桩设施在现场安装调试完成后，在投入试运行前进行的验收工作，其目的是检验充电站、充电桩设施整体功能、性能是否满足实际运行的需要。
3.2工厂验收FactoryAcceptance 指充电站、充电桩有关设备在出厂前进行的测试检验工作，其目的是检验设备的功能和性能在工厂模拟测试环境下是否满足相关技术规范和项目技术合同的具体要求。
3.3差异Difference 指验收测试过程中发现的各项功能及性能、相关软硬件设备与合同技术文件或相关技术规范所规定的条款之间存在不相符合的项目，或者新提出的与原合同技术文件或相关技术规范不一致的技术要求。
3.4缺陷Defect ———————————————————————————————————————————————
指在验收测试中不满足合同技术文件或技术标准规定的基本功能和主要性能指标，且影响系统正常运行和功能使用的问题。
3.5偏差Deflection 指在验收测试中不满足合同技术文件或技术标准规定的具体功能和性能指标，但不影响系统稳定运行且可通过简易修改补充得以纠正的问题。
-2-Q/CSG12001-2010 4总则 4.1充电站、充电桩设施验收必须执行国家、行业及公司有关法律、法规、技术标准，符合电力建设施工、验收及质量验评标准、规范的有关要求，确保充电站、充电桩投运后安全、可靠。
4.2验收前，相关单位应完成工作并递交申请文件，满足如下验收条件，方可进入验收流程:(a)制造单位已向建设单位提供产品说明书、试验记录、合格证件以及装配图等技术文件。(b)制造单位已向建设单位提交设备工厂验收报告。
(c)施工单位完成充电站(充电桩)全部设施、安键环设施的现场安装工作及调试传动试验工作，完成“三检”工作，并已向建设单位提交安装记录、安装调试报告及其他验收所要求的工程资料。
(d)监理单位完成自验收工作，并向建设单位递交自检报告。———————————————————————————————————————————————
(e)施工单位向建设单位提交验收申请报告。
4.3验收条件具备后，建设单位应按附录A所示进入验收流程。
4.4在验收过程中，验收工作组应按照验收大纲和验收流程进行该阶段的验收工作，并在验收测试工作结束后完成验收报告的编制、上报和审批工作。
4.5验收完成后，验收工作组对发现的问题应发出整改通知书，提出限期整改意见，并对整改情况进行跟踪和反馈，根据需要再次组织验收，直至整改合格。
5充电站验收 5.1验收内容及要求 5.1.1充电机验收
具体试验方法与要求参见附录B。5.1.2监控部分验收
具体试验方法与要求参见附录C。5.1.3供配电设施验收
本部分所有试验应符合《电气装置安装工程电气设备交接试验标准》(GB50150-2006)。
供配电设施验收由以下部分组成: 5.1.3.1电缆
应符合《电气装置安装工程电缆线路施工及验收规范》(GB50168-2006)。5.1.3.2变压器
———————————————————————————————————————————————
应符合《电气装置安装工程电力变压器、油浸电抗器、互感器施工及验收规范》(GBJ148)。
5.1.3.3高压开关柜
应符合《电气装置安装工程盘、柜及二次回路结线施工及验收规范》(GB50171)。
5.1.3.4低压开关柜
应符合《电气装置安装工程盘、柜及二次回路结线施工及验收规范》(GB50171)。
-3-Q/CSG12001-2010 5.1.3.5低压母线
应符合《电气装置安装工程母线装置施工及验收规范》(GBJ149)。5.1.3.6开关柜及二次回路结线 应符合《电气装置安装工程盘、柜及二次回路结线施工及验收规范》(GB50171)。
5.1.3.7低压配线
应符合《1kV及以下配线工程施工及验收规范》(GB50258)。5.1.4其它部分验收 5.1.4.1防雷接地装置
应符合《电气装置安装工程接地装置施工及验收规范》(GB50169)。5.1.4.2照明灯具及配线
———————————————————————————————————————————————
应符合《电气照明装置施工及验收规范》(GB50259)。5.1.4.3土建工程
应符合《建筑地面工程施工质量验收规范》(GB50209—2002)、《建筑地基基础工程施工质量验收规范》(GB50202—2002)、《混凝土结构工程施工质量验收规范》(GB50204-2002)、《屋面工程质量验收规范》(GB(50207—2002)。当充电站内有装饰设计内容时，还应符合《建筑装饰装修工程施工质量验收规范》(GB50210—2001)。
5.1.4.4安键环设施
应符合《变电站安键环设施标准》(Q/CSG10001,2004)。5.1.5系统整体性能验收 具体试验方法与要求参见附录D。5.2验收合格标准
满足以下要求时，可认为验收合格:(a)系统文件及资料齐全。(b)所有软、硬件设备型号、数量、配置均符合项目合同技术协议的要求。(c)验收必须满足本规范附录的验收内容、要求及方法、项目技术文件和本规范要求，且无缺陷项目，验收结果偏差项目总数不得超过2%。
5.3验收文档资料
5.3.1验收申请文件,内容包括:(a)制造厂提供的产品说明书、试验记录、合格证件以及装配图等———————————————————————————————————————————————
技术文件。
(b)相关设备的工厂验收报告，要求验收合格。(c)安装记录。(d)现场安装调试报告。(e)自检报告。-4-Q/CSG12001-2010(f)施工、调试、监理单位的资质及人员资质材料。(g)验收申请报告。
5.3.2验收技术文件,内容包括:(a)技术联络会纪要。
(b)由设计单位出具的设计变更书。
5.3.3验收阶段项目建设文件,内容为项目阶段性工作报告。5.3.4验收报告文件,内容包括:(a)验收结论。
(d)现场设备验收及文件资料现场核查报告(附现场设备验收清单和文件资料清单)。
(e)验收测试统计及分析报告。
———————————————————————————————————————————————
6充电桩验收 6.1验收内容及要求
验收的技术要求参见《电动汽车交流充电桩技术规范》(Q/CSG11516.4-2010)。
6.2验收合格标准
满足以下要求时，可认为验收合格:(a)系统文件及资料齐全。
(b)所有软、硬件设备型号、数量、配置均符合项目合同技术协议的要求。(c)验收结果必须满足验收大纲要求、项目技术文件和本规范要求。(d)无缺陷项目，偏差项目总数不得超过2%。6.3验收文档资料
6.3.1验收申请文件,内容包括:(a)制造厂提供的产品说明书、试验记录、合格证件以及装配图等技术文件。(b)相关设备的工厂验收报告，要求验收合格。(c)安装记录。(d)现场安装调试报告。(e)自检报告。(f)施工、调试、监理单位的资质及人员资质材料。(g)验收申请报告。
6.3.2验收技术文件,内容包括: ———————————————————————————————————————————————
(a)技术联络会纪要。-5-Q/CSG12001-2010(b)设计变更书(系统设计有变动的情况下有效，设计单位提交)。6.3.3验收阶段项目建设文件,内容为项目阶段性工作报告。6.3.4验收报告文件,内容包括:(a)验收结论。
(b)验收报告(含测试大纲)。
(d)现场设备验收及文件资料现场核查报告(附现场设备验收清单和文件资料清单)。
(e)验收测试统计及分析报告。-6-Q/CSG12001-2010 附录A充电站(桩)验收流程(规范性附录)-7-Q/CSG12001-2010 附录B充电机验收大纲(规范性附录)表1充电机安装工程验收测试表 编号1.1 123456789序号
———————————————————————————————————————————————
测试项目外观
检查充电机铭牌、合格证、型号规格是否符合要求。检查外壳是否采用金属，壳体坚固，结构上防止人体轻易触及露电部分。
检查柜体安装是否整齐，固定可靠，框架无变形。检查柜体的漆层是否清洁无损。检查柜体接地是否牢固良好。
检查开启门是否用裸铜线与接地金属构架可靠连接。
检查基础型钢允许偏差，成列安装允许偏差是否满足要求，检查柜间连接是否牢固。检查充电机安装垂直倾斜度不超过5%。
防锈(防氧化):充电机铁质外壳和暴露在外的铁质支架、零件应采取双层防锈措施，非铁质的金属外壳也应具有防氧化保护膜或进行防氧化处理。
防盗保护:室外充电机外壳门应装防盗锁，固定充电机的螺栓必须是在打开外壳的门后才能安装或拆卸。机屏电器123456 1.3 12345678 检查充电机屏上各电器的名称、型号以及运行标志是否齐全、清晰。充电机屏上各个元器件应拆装方便。
充电机屏的发热器件应安装在散热良好的地方。检查熔断器规格，自动开关整定值是否符合设计要求,检查开关是否操作灵活，有无较大振动和噪声。检查充电机屏上信号是否显示正确。检查直流母线排尺寸是否符合要求，正负母线标识及相色是否正———————————————————————————————————————————————
确，是否连接牢固，固定可靠，是否与导线连接牢固可靠，是否采用阻燃绝缘铜母线。机屏二次回路及端子排
二次回路应按图纸施工，接线正确。导线与电气元件应连接牢固可靠。屏、柜内的导线不应有接头，导线芯线应无损伤。检查线芯标识正确、规范，二次回路的编号是否满足要求。
配线应整齐、清晰、美观，导线绝缘应良好，无损伤。二次回路接地应设专用螺栓。
检查电流回路和其它回路导线的截面是否满足要求。
检查可动部位导线的安装是否符合要求。端子排应无损坏，固定牢固，绝缘良好。
现场查看现场查看现场查看现场查看现场查看现场查看现场查看现场查看现场查看现场查看现场查看现场查看现场查看现场查看现场查看
-8-现场查看现场查看现场查看现场查看现场查看现场查看现场查看测量查看现场查看测试方式
测试记录 单项测试结论 10 1.2 现场查看 Q/CSG12001-2010 ———————————————————————————————————————————————
9101112131415 1.4 12345678 1.5 1 1.6 123456 1.7 端子应有序号，端子排应便于更换且接线方便。端子排离地高度宜大于350mm。
交流回路电压超过400V者，端子板应有足够的绝缘强度。检查端子与导线截面是否匹配。
连接件应采用铜质制品，绝缘件应采用自熄性阻燃材料。
端子牌应标明编号、名称，其标明的字迹应清晰、工整，且不易褪色。同一个端子并接的线芯不超过两根，不同线芯的导线不并接入同一个端子。机屏电缆接线
检查线径是否符合设计标准。
线耳与导线要压接搪锡焊牢，接头部分热缩包牢。检查引入柜电缆和铠装电缆的安装是否牢固。柜内电缆芯线应水平或垂直配置。强弱电回路不应使用同一根电缆。电缆接头无锈蚀，电缆孔密封。直流母线及接头应满足长期通过设计电流的要求，屏间引线应满———————————————————————————————————————————————
足长期通过设计电流的要求。检查充电机屏内所有电缆牌的标记是否清楚。机屏表计
检查所配表计数字显示是否清晰。人机界面与操作
检查人机界面的菜单切换功能和定值设置是否符合设计要求。
改变人机界面定值时，充电机仍应能够正常工作。充电机开停机操作正常，急停开关是否工作正常，充电机启动和停电恢复是否由人工确认后才能恢复。
检查人机界面的模拟量采集及显示数据是否正确，功能是否正常。检查人机界面是否符合《电动汽车非车载充电机技术规范》(Q/CSG11516.3-2010)中6.7.3规定的要求。检查GPS对时功能是否正常。充电机重要功能、性能指标
三遥测试:充电机“遥测、遥信、遥控”功能的检查按照《电动汽车非车载充电机技术规范》(Q/CSG11516.3-2010)附录A，对照主站充电机人机界面及操作，进行对比测试。
充电机输入/输出电流电压值指标测试:在单个充电任务与全站满负荷充电任务时测试各项指标，按照《电动汽车非车载充电机技术规范》(Q/CSG11516.3-2010)指标范围进行对比。
低压辅助电源指标测试:在单个充电任务与全站满负荷充电任务时测试各项指标，测试结果是否满足《电动汽车非车载充电机技术规范》(Q/CSG11516.3-2010)。现场操作现场操作现场操作现场查看现场查看现场查看现场查看测量查看现场查看现场查看现场查看现场查看现场查看现场查看———————————————————————————————————————————————
现场查看现场查看现场查看现场查看现场查看现场查看现场查看现场查看 1现场操作 2现场操作 3现场操作-9-Q/CSG12001-2010 4 电气绝缘性能测试:在单个充电任务与全站满负荷充电任务时测试绝缘电阻和漏电流指标，测试结果是否满足《电动汽车非车载充电机技术规范》(Q/CSG11516.3-2010)。
噪声测试:在单个充电任务与全站满负荷充电任务时测试各项指标，测试结果是否满足《电动汽车非车载充电机技术规范》(Q/CSG11516.3-2010)。充电机连接器123 功能测试:能够通过各项充电测试，BMS系统能正确响应充电过程。内部绝缘体应无裂纹或伤痕。外壳、手柄及电缆应无损伤或变形 现场操作查看现场查看现场现场操作 5 1.8 现场操作
测试结论:合格?/不合格?测试人员: ———————————————————————————————————————————————
附录C充电站监控系统验收大纲(规范性附录)表2系统平台总体测试表 单项测试结论
编号序号测试项目测试方式测试记录 2.1系统结构检查
检查系统是单网或冗余双网的配置，要求双网配置。1检查主备双网冗余配置 测试结论:合格?/不合格? 表3系统应用功能测试表 序号 测试人员: 编号3.1 测试项目数据采集 测试方式
测试记录单项测试结论 12345 3.2 1 支持多种规约，包括101、104、(a)正确填写各装置的通道类型、通道号、波特率、对应规约(可以选择多种规约，IEC61850 包括101、104、61850)等内容。人工或定时召唤数据周期可 ———————————————————————————————————————————————
(b)在人机会话界面上修改对应的门槛值。调(c)打开监视界面，点击通道状态一览，核
对接收的数据进行错误检查对通道状态显示是否正确。(d)打开监视界面，点击GPS信息，查看当
(e)通过终端装置产生一个变位遥信，打开接收卫星时钟的时间信号 事项查看器或者人机界面模块，查看是模拟量处理测试数据有效性检查(a)在数据库编辑器的遥测表，可以设置系 数和上下限值。-10-Q/CSG12001-2010 2 3 4 3.3遥测投退可设置遥测量可设置系数有效上下限值的设置状态量处理测试 正确判断事故遥信变位和正 常操作遥信变位
统计开关动作次数，动作次数
——————————————————————————————————————————————— 到达限值时报警(a)在发数端产生一次遥信变位，观察人机会话界面中相应厂站一次接线图上此遥信的状态变化情况和事项情况。(b)右键点击次开关，选择属性，观察动作次数的变化情况;选择右键菜单的置入
功能，观察开关的置入情况。
(c)将此开关设置成检修状态，再次产生变 为遥信，观察告警屏蔽情况;同时选择 遥控菜单，观察在检修状态下的遥控闭 锁功能。
(d)性能指标应满足《电动汽车充电站监控
和遥控闭锁功能 统计计算功能的测试3.4 1 2 3.5计算功能和自定义计算公式动作次数、事故动作次数等统计功能事项及告警处理测试内容(a)统计计算公式是否可以修改。(b)按主站系统操作说明书进行测试。观察动作次数、事故动作次数等信息
1事项报警、事故推画面、打印(a)产生一个遥信变位，在人机界面模块中查看事项跟踪窗口，是否有事项的显示，查看画面上对应的遥信是否有声光报警。(b)打开事项查看器的历史窗口，查看事项 ———————————————————————————————————————————————
是否存入历史数据库。
(c)在人机界面模块中右键点击某遥测，设 置报警限制，并手动产生一个越限的遥 测值，查看报警情况。3.6 1遥控功能的测试遥控操作的检查 2 3.7 1 2 3.8遥控事项记录功能事故追忆和重演功能的测试数据完整，能够反演出正确数据可以手动逐个时间断面查看数据库管理功能的测试打开人机界面模块，进行遥控操作，查看现场是否有遥控事件产生，是否对所产生的遥控事项有记录。在人机界面上选择相应的事故，进行重演，打开一次接线图进行自动或人工重演。
-11-Q/CSG12001-2010 1 2 3 3.9 1 ——————————————————————————————————————————————— 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 3.10 1 2 3 3.11 1 2 3具备数据库维护工具数据库存储参数的修改操作数据库修改权 限的设置人机会话功能的测试通过权限级别控制使用者访问系统的 能力及其操作控制范围图形的汉字显示图形多窗口、无级缩放、漫游、———————————————————————————————————————————————
分层分级显示设备快速查询和定位功能可根据需要设置、闭锁各种类型的数据支持设备挂牌人工置数网络拓扑和动态着色事项告警灵活方便多样的调图方式CPU负荷展示磁盘使用情况的展示具有操作员注释功能系统时钟和对时功能的测试GPS时钟是否已接入人工设置系统时间，系统内各节点机时间一致对终端的对时操作打印功能测试报表的打印功能实时事项的打印功能历史事项的打印功能GPS的性能指标应满足《电动汽车充电站监控系统技术规范》的相关要求按测试项目内容进行测试。(a)打开数据库编辑器，查看数据的编辑操作。(b)检查数据存储选择和存储参数设置功能。(c)修改某个数据表中的数据，检查是否有相应的操作权限产生。
-12-Q/CSG12001-2010 测试结论:合格?/不合格?测试人员:-13-Q/CSG12001-2010 表4系统管理功能测试表测试
记录单项测试结论编号序号测试项目测试方式 4.1 1 2 4.2 1 ——————————————————————————————————————————————— 3 4.3 1 2 3 4 4.4 1 2 4.5 1 2系统通信服务功能的测试通信接口通信状态监视系统配置管理功能的测试系统运行方式管理冗余管理模块自动切换及手动切换系统性能监视查看CPU负荷、磁盘占用情况查看磁盘、网卡状态查看各机器状态查看各机器上模块状态权限管理操作权限设置操作记录查询时钟管理自动对时手工对时(a)设置各类操作人员的操作权限，保证系统的安全运行。(b)各类操作均有记录，并可查询。(c)查看CPU负荷、磁盘占用情况等。(d)查看磁盘、网卡和软件的状态。(e)性能指标应满足《电动汽车充电站监控系统技术规范》的相关要求。通过系统提供的管理工具进行测试(a)检查系统提供的分布系统中各节点以及各任务间统一的透明的通信接口。(b)检查系统提供的网络通信状———————————————————————————————————————————————
态监视功能。检测系统自动、手动对时功能，保证全系统时钟的一致性。测试结论:合格?/不合格?测试人员:-14-Q/CSG12001-2010 附录D充电站系统整体性能验收大纲(规范性附录)充电站系统整体验收是对整个充电站系统各部分组成主要功能、性能之间的配合协作能力的一种验收方式。当各部分设备验收完成后，在特定的时间准备好必要的车辆，将整个充电站所有的充电机全部开启并处于最大功率，在测试过程中重点测试各通信网络的可靠性、变配电设备的可靠性、整个充电站对电网注入的谐波电流以及用户界面及程序入口测试。
D.1通信测试
(a)监控系统与充电机间开关量测试
———————————————————————————————————————————————
验收结论:合格?/不合格?测试人员: 注:测试选取充电机的开关状态位进行，主站应能及时反映上述遥信状态的变化;或观测实际充电过程中的遥信点的变化得出测试结果。
(b)监控系统与充电机间模拟量测试 表6监控系统与充电机间模拟量测试表 序号 1 2 3 4 验收结论:合格?/不合格?测试项目YC1YC2YC3YC4测试人员:测试输入值测试结果备注
注:
1、通过调试设备在充电机等终端装置加入测试值，检测主站显示的模拟量值与充电机等终端装置的实际电流、电压值是否一致;
2、改变充电机等终端装置的采集值即测试输入量值，检测主站能否正确及时的改变，改变值是否对应一致。
-15-Q/CSG12001-2010(c)充电机间自检报告及异常告警事件测试 表7充电机间自检报告及异常告警事件测试表 测试结果
———————————————————————————————————————————————
序号 检查对象 输入量 12 充电机自检充电机接口中 断 1-01-0 充电机 主站 响应时间 结论合格或不合格 验收结论:合格?/不合格? 注:模拟装置异常告警，检测主站是否正确反映。(d)主站与充电机定值测试 测试人员: 召唤充电机定值，检测主站与充电机实际的定值是否一致;是否可以实现各台充电机定值的定期召唤和比对，召唤周期是否可设置。
表8定值测试表 序号1234 测试项目
召唤充电机定值，检测与充电机实际的定值是否一致断开一台充电机的情况下，召唤全部定值的时间断开两台充电机的情况下，召唤———————————————————————————————————————————————
验收结论:合格?/不合格?(e)故障模拟测试 测试人员: 模拟各种故障，检测主站能否正确及时的显示动作报告、故障报告，同时测试报文上送的时间，观察不同装置同时动作情况下，报文是否有遗漏。
表9 故障模拟测试表 通信信息性与正确性 序号测试内容 模拟各种故障触发保护动作(如人为中断通信、半途中止充电过程等)，检测主站能否正确及时的收到报文
响应时间备注 1-16-Q/CSG12001-2010 验收结论:合格?/不合格? 测试人员: 注:测试方法是将保护动作一次，测试主站收集全部动作报告所———————————————————————————————————————————————
开始汽车充电插头与充电机连接，测试充电机与BMS通信，分别从充电机和BMS人机界面上进行记录测试，观察其是否能准确完整读取彼此提供的信息。
结束汽车充电插头与充电机的连接，测试充电机与BMS通信，分别从BMS和充电机人机界面上进行记录测试，观察其是否能准确完整读取充电结束或临时中断的有关信息。
模拟充电机及其它系统的通信临时中断，测试主站能否正确检测———————————————————————————————————————————————
到，并将通信中断记录保存到历史日志。
模拟充电机及其它系统的重启动，测试主站能否正确检测到，并将启动记录保存到历史日志。
测试结果 备注 2 验收结论:合格?/不合格?(h)调试工具对充电机召唤测试表 表12调试工具对充电机召唤测试表 内容
调试工具对充电机进行召唤 召唤次数 成功次数 测试人员: 是否满足备注 召唤20次以上 验收结论:合格?/不合格?D.2变配电设备的可靠性测试 表13变配电设备的可靠性测试表 序号1 测试内容 测试人员: 测试结果备注
在所有充电机同时满载运行1小时后，测试配变低压侧的各项指———————————————————————————————————————————————
标，观察其是否符合设计要求。-17-Q/CSG12001-2010 2在所有充电机同时满载运行时1小时后，测试配变设备的外部温度，发热情况是
否正常。
验收结论:合格?/不合格? D.3充电站对配电网的谐波影响测试 表14充电站对配电网的谐波影响测试序号
1测试内容测试人员:测试结果备注分别在在所有充电机同时满载运行与停止运行的两种工况下时，测试配变高压侧 的谐波指标，观察其是否符合电网要求。验收结论:合格?/不合格? D.4用户界面及程序入口(a)监控主站运行界面 1)系统工作状态。2)异常告警。
3)与充电机及其它系统的连接情况。4)充电机及其它系统是否处于检修状态。5)充电机及其它系统的动作记录和录波列表。6)信息分类是否合理。测试人员: 7)各种事件、列表的时间显示是否正确，排列是否合理，查看———————————————————————————————————————————————
方式是否直观。(b)监控主站信息查询 表15 序号
1测试方法充电机及其它系统信息点表配置查 询
通过外接的笔记本电脑，以网络形式 4实现对各种配置信息和事件、录波的
正如刘伟海所言，近年来各国电动汽车的发展已经取得了长足进步，与之相配套的充电桩等充电系统的发展也方兴未艾。一方面这为中国企业提供了巨大商机，另一方面，在各种相关标准仍不健全的情况下，企业的发展之路仍有阻力。为此，近年来德国莱茵T?V一直致力在此领域帮扶企业，并取得了不俗的业绩。
三大因素推动电动汽车快速发展
刘伟海告诉记者，不管是从各国政府的政策，还是从技术及市场的角度来说，电动汽车的发展都是难以阻挡的趋势。
从政府层面来说，根据我国《电动汽车科技发展“十二五”专项规划》，2015年中国电动汽车保有量计划达到50万辆，到2020年累计产销量达到500万辆。到2015年左右，20多个示范城市和周边区域将建成由40万个充电桩、2000个充换电站构成的网络化供电体系。
“不仅中国政府高度重视，世界上很多国家也纷纷出台了刺激电动汽车发展的计划。” 刘伟海说，“目前美国公用的充电桩就有1万根，私人的充电桩也有1万根。欧盟计划在2020年安装充电桩500万根。日本计划到2020年将新能源汽车的保有量增加到1000万辆，建设普通充电站200万座，快冲充电站也将有500座。”
从技术角度来看，刘伟海坦言在今后一段时期内，插电式混合动力电动车将与纯电动车并存。“如今的三元锂电电池比磷酸铁锂电池的密度要高70%，这是一个突破，而且已经生产出相关产品。电池的技术性问题一旦得到解决，再加上充电站设施也相对完善，电动汽车就会大行其道。这虽然仍旧需要一个过程，但是已经成为必然趋势。”
另外，从市场角度来看，国内电动大巴的发展速度很快；乘用车方面，在深圳、杭州、上海、北京、合肥等地，电动出租车也得到很快发展；不仅如此，诸如宝马等国际大牌也开始涉足电动汽车乘用车领域。
标准参差不齐阻碍企业发展
在刘伟海看来，国内电动汽车充电系统的发展趋势是非常好的，尽管如此，她坦诚地告诉记者，虽然大多数企业都在正规地按照相关标准来生产，但是依然有部分企业对相关标准并不熟悉，甚至某些企业为了追求利润而“起哄”。
“有时候，当你看到某些企业生产出来的产品的时候，你会大吃一惊，因为这些企业做出来的产品完全没有考虑标准或安全的要求，其产品完全是没有依据的。”刘伟海说。
事实上，企业产品的不规范与相关标准的不完善不无关系。以电动汽车充电系统的充电桩为例，中国的国标是2002年颁布的，此标准已经滞后于产品发展的需求，很多安全规范和技术参数与现在的国际标准有很大差异。
不仅如此，在国内的充电桩标准中，除了国标之外，还存在其他一系列地方或行业标准，如深圳市标、南网标准、国网标准、国家能源局标准等。这些可谓百家争鸣的标准的差异性非常大，给企业带来了极大的困惑，制约了行业的发展。
从国际上来看，充电桩领域内的各种国内标准和国际标准不能对接，差异性也很大，严重制约了相关企业对国际市场的开拓。由于国内的相关标准没有得到及时的更新发展，目前企业做得比较多的是按照国际电工委员会的标准（IEC）来进行测试，欧盟的相关标准基本上也是紧跟IEC标准的。
据了解，早在2010年11月，德国经济技术部就与中国认监委合作，专门针对电动汽车的整车、充电系统及电池等成立工作小组，力图找到两国互认的接口。“而像我们德国莱茵T?V这样的第三方检测认证机构，正是要推动这件事情的发展，让相关企业正视并使其产品达到相关标准。只有这样，中国企业走出去才会更有机会。”刘伟海说。
记者从德国莱茵T?V获悉，到2020年，欧、美、日电动汽车充电桩的总容量将会达到1000万根。而2015年之前，中国电动汽车充电桩的出口是处在导入期，未来潜力颇大。从技术上来看，目前国内企业也完全具有相关生产能力，如果能在国际标准符合性上有所突破，前途将不可限量。
提供全产业链“一站式服务”
为了帮助中国企业生产的产品达到相关国际标准，德国莱茵T?V已经在上海成立了自己的电动汽车充电桩和连接器的CB实验室。该实验室在2012年6月及8月初分别成功通过国际电工委员会的CBTL（CB体系接受的实验室）和中国认监委的CNAS资格认证，德国莱茵T?V也由此成为亚太区唯一一家有能力为电动汽车全产业链提供“一站式”测试认证服务的专业第三方机构。
据了解，目前，CB测试与CB报告已经在全球52个国家得到认可，CB测试主要是根据国际电工委员会的标准进行产品测试和认证，企业从一个机构取得CB证书后，由于有相互认可的协议，就可以很容易转化成其市场目标国家的认证证书。CB体系的主要目标是促进国际贸易，其手段是通过产品认证机构的合作，而使制造商更接近于理想的“一次测试，多国互认”的目标。
刘伟海告诉记者，在电动汽车检测领域，目前德国莱茵T?V的CBTL是全亚洲的唯一一家，这样的实验室在全球范围内也仅存两家。依靠灵敏的市场嗅觉和强大技术实力。从2009年开始，德国莱茵T?V大中华区就开始在这个领域投入人力和物力准备。2010年，在标准研读、设备准备、与企业互动，乃至撰写相关标准等方面，都做了大量的工作。2011年，德国莱茵T?V开始有了客户订单，此后迅速在这一领域开花结果。
目前，德国莱茵T?V大中华区在电动汽车领域已经拥有众多合作伙伴，如西门子、ABB、博士、施耐德、菲尼克斯等。目前，德国莱茵T?V大中华区与大众、宝马、奥迪、保时捷、奔驰、南瑞、比亚迪、台达等著名企业保持着良好的合作关系。
截至目前，德国莱茵T?V大中华区已经在电动汽车相关检测认证方面交出了令人满意的答卷，完成了中国出口到欧洲的第一辆电动大巴的认证。另外，国内的第一张充电桩证书也来自德国莱茵T?V大中华区。不仅如此，国内第一张充电电缆证书也是由德国莱茵T?V颁发的。刘伟海说；“在充电电缆领域，不仅国内没有统一的国标，国际上也没有IEC标准。因此，我们负责起草并制定了获得普遍认可的欧洲首个电动汽车充电电缆的安全规范及莱茵内部标准。由于这个标准的缜密性和权威性，几年来，德国莱茵T?V的内标得到了广大电动汽车电缆制造者和应用厂商的高度认可与广泛应用”。
在开拓欧洲市场的同时，随着中国出口北美、南美的电动汽车日益增多，德国莱茵 T?V提供的一站式服务，可以帮助中国企业满足各国的要求，包括欧洲的 CE 和 T?V、北美的 cT?Vus 认证。
刘伟海强调，德国莱茵T?V大中华区在整个电动汽车产业链上拥有非常健全的产业链。在整车及充电桩、零部件等方面，都可以为客户提供完整的一站式服务。“目前，我们正在整合电动汽车产业链，希望能够形成合力，共同推动电动汽车产业规范健康的发展。”基于世界范围内电动汽车广阔的发展潜力和前景，德国莱茵 T?V必将极大地推动中国电动汽车产业的发展并帮助中国电动汽车行业在国际舞台占有重要的一席之地。
链接
针对目前市场上电动汽车和充电设备接口不统一、功能、性能设计标准不统一,质量良莠不齐的现状,国家先后出台了一系列的规范和标准[5]。电动汽车充电桩作为电动汽车充电的主要渠道,其性能、工艺水平和质量直接影响到电动汽车的推广。因此,非常有必要根据国家相关标准的要求,进行了电动汽车充电桩的设计。电动汽车充电桩设计时,不仅要满足电动汽车充电的基本功能,还需要强化充电桩电气安全、数据安全设计和环境及电磁兼容性能的设计。
1 电动汽车充电桩设计
本项目设计的电动汽车智能充电桩依据《NB/T 33002-2010 电动汽车交流充电桩技术条件》、《Q/GDW 485-2010电动汽车交流充电桩技术条件》、《Q/GDW 478-2010电动汽车充电设施建设技术导则》、《国家电网公司电动汽车充电设施建设指导意见》相关要求进行设计。该产品在满足相关标准对电动汽车充电桩的技术要求基础上,强化了充电桩电气安全、数据安全设计和环境及电磁兼容性能的设计,增加了视频拍照、微型热敏打印、无线组网等功能。
1.1 硬件系统设计
电动汽车充电桩硬件系统主要由主控板、监控板、IC卡读写器、数字电表、移动通信模块、触摸屏、指示灯、按键等组成。硬件系统的硬件组成如图1所示。
主控板是硬件系统的核心组成部分,完成充电过程的启动、运行、实时监控以及关闭,并可通过多种通讯方式将数据实时传输至后台。主控板的主要功能特点包括:具备6个串口,一个以太网口,动态的SDRAM控制器,NAND控制器,以及多路IO口,具备工业级的温度范围等[6]。
为了实时监测充电桩的运行状态,保证充电过程的安全、可靠,设计了监控保护单元。监控保护单元组成框图如图2所示。该单元对充电桩的进线输入电压,充电输出电压、电流,充电接口连接状态,车载电池管理系统状态,车载电池状态等进行实时监测,一旦出现异常,能够及时切断电源输出,保护电动汽车、电池及充电桩本身的安全。
1.2 软件系统设计
1.2.1 系统工作流程
当电动汽车需要充电时,用户将充电卡放置刷卡区,根据画面提示通过键盘进行相应操作,连接充电接口,选择充电模式,启动充电过程。
在上述过程中,控制保护单元检测充电接口连接状态,如果连接状态不正常,则无法启动充电。同时,在充电过程中,显示区的充电指示灯点亮,监控单元实时监测充电电压、充电电流、充电接口连接状态、充电开关状态等,在异常或故障时断开充电开关,并报警。
充电桩软件系统主要完成的功能是将各功能模块有机的结合起来,实现各模块的协调调用,系统整体控制流程图如图3所示。
1.2.2 功能模块设计
充电桩软件设计时采用了模块化的编写原则,这样既能保证电动汽车充电桩软件系统高效可靠的运行,又能使该软件系统具有良好的扩展性,对产品升级换代具有非常重要的意义[6,7]。
按充电桩软件系统的功能可以把系统分为主控模块、人机交互、读卡器模块、计量计费模块、打印模块、后台通讯模块、远程通信模块等功能模块。其主要功能框图如图4所示。
当软件系统启动时,主控程序根据系统配置文件加载程序配置信息,并根据配置信息完成各通信模块的加载。软件平台强大的多线程处理能力,主控程序能够轻松的完成与各通信模块的交互。主控程序通过各模块通信能够完成用户信息采集与展示、实时数据采集与展示、充电流程控制、计量计费功能等功能,同时该主控程序还具备后台通信功能,能够把充电过程中的实时数据、充电记录等信息上送到远方后台系统。
人机交互模块设计时,界面显示单元显示的内容非常丰富,其中主要界面有欢迎界面、连接确认界面、充电参数设定界面、启动充电界面、充电界面、停止充电界面、结账界面、打印界面等。人机交互模块通过与主控模块的交互,获取控制命令完成界面切换;获取用户信息与实时数据信息并进行信息展示。
安全模块由带安全存取模块(SAM)的读卡器,密钥管理系统,数据加密、解密模块组成。带安全存取模块(SAM)的读卡器采用硬件加密技术,对用户卡与充电桩数据交互过程中所使用的临时变量进行加密处理,并对传递过程进行线路加密,保证了用户卡与充电桩进行数据交互的过程中,信息不会被外界窃取。密钥管理系统的主要功能是提供各种密钥的生成机制和加密算法,并将生成的密钥存储在具有密钥导出功能的CPU智能卡,即SAM(Security Access Module)卡中。数据加密模块用于把用户数据按照事先约定的加密方式加密并存储在用户卡的用户数据区域。解密模块用于将读取的用户卡数据还原为原始数据并进行相关的用户识别,扣费等操作。
1.3 环境及电磁兼容设计
电动汽车充电桩应用环境大多在室外,工作环境比较恶劣,需要适应雨、雪、雾、风吹、日晒、高温、低温等恶劣天气的考验;同时,电动汽车作为一个充电设备,还必须能够承受各种电磁干扰的考验,在典型的工业电磁骚扰环境下能够正常提供充电服务[7,8,9,10]。
桩体结构及工艺设计采用交叉覆盖工艺,既保证了桩体的防护等级达到IP54标准,在雨雪、水溅等情况下,水珠不能进入桩体及桩体内部;又能够在工作时形成良好空气流动,保证充电桩内部元件的散热;
桩体主体采用镀锌钢板,外表面采用汽车烤漆工艺,保证了充电桩在潮湿、盐雾等恶劣天气环境下不锈蚀;
元件选型时,所有零部件采用工业级元器件,保证充电桩在工业环境温度范围内稳定正常工作;
电气设计时,采用防雷器,电路设计上采用压敏电阻、瞬变抑制二极管、磁环、磁珠等措施,保证充电桩在典型工业骚扰环境下正常工作。
2 项目实施情况
充电桩操作界面如图6所示。
3 结论
本充电桩严格遵守国网公司相关标准,并根据电动汽车产业发展的规划和发展方向,研制了一种稳定、可靠、安全、实用的电动汽车智能充电桩。运行结果表明,本充电桩的使用提高了电动汽车充电桩的技术水平和实用化水平,有力的推动了电动汽车充电行业的发展。
参考文献
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[2]张允,陆佳政,李波.利用有源滤波功能的新型电动汽车交流充电桩[J].高电压技术,2011.1
[3]严晓燕.基于RFID预付费支付系统在充电站中的应用[J].电力信息化,2010.7
[4]邹强.电动汽车交流充电桩的电磁兼容测试研究[J].电子质量,2011.5
[5]陈荣江.电动汽车交流充电桩建设设计方案[J].电工技术,2011.6
[6]齐文炎,霍明霞,杨延超.电动汽车交流充电桩浅析[J].农村电工,2010.9
[7]崔玉峰,杨晴,张林山,王骏.国内外电动汽车发展现状及充电技术研究[J].云南电力技术,2010,2
编制单位：
随着新能源汽车的规模不断扩大，公共充电市场成为了兵家必争之地。充电设施不完善，严重制约了新能源汽车发展。为了促进产业发展，国家能源局制定的《电动汽车充电基础设施建设规划》与《充电基础设施建设指导意见》草案中明确提出，到2020年国内充换电站数量达到1.2万个，充电桩达到450万个。通过对我市汽车充电桩进行调研，情况如下：
一、什么是充电桩
充电桩是电动力车的电站，其功能类似于加油站里面的加油机。每个充电桩都装有充电插头，充电桩可以根据不同的电压等级，为各种型号的电动车充电。电动汽车充电桩采用的是交、直流供电方式，需要特制的充电卡刷卡使用，充电桩显示屏能显示充电量、费用、充电时间等数据。充电桩一般提供常规充电和快速充电两种充电方式，人们可以使用特定的充电卡在充电桩提供的人机交互操作界面上刷卡使用，进行相应的充电方式、充电时间、费用数据打印等操作，充电桩显示屏能显示充电量、费用、充电时间等数据。
二、我国充电桩发展历史
三、充电桩分类
1、充电形式：电动汽车充电桩一般每次充电可行驶200-300公里，除少数可以在自家车库进行慢速充电外，一般都要通过专用充电站（桩）进行充电，一般有三种充电形式：快速充电（10-30分钟充满），中速充电（1-2小时充满）和慢速充电（6-10小时充满）。
2、充电桩按安装方式可分为落地式充电桩、挂壁式充电桩。落地式充电桩适合安装在不靠近墙体的停车位。挂壁式充电桩适合安装在靠近墙体的停车位。
3、充电桩按安装地点可分为公共充电桩和专用充电桩。公共充电桩是建设在公共停车场（库）结合停车泊位，为社会车辆提供公共充电服务的充电桩。专用充电桩是建设单位（企业）自有停车场（库），为单位（企业）内部人员使用的充电桩。自用充电桩是建设在个人自有车位（库），为私人用户提供充电的充电桩。充电桩一般结合停车场（库）的停车位建设。
4、按充电接口数可分为一桩一充和一桩多充。
5、按充电方式充电桩（栓）可分为直流充电桩（栓），交流充电桩（栓）和交直流一体充电桩（栓）。
四、电动汽车充电站现状分析
当前，我国新能源汽车产业正加速发展，而下游充电桩数量的不足，则成为了制约其发展的主要瓶颈。数据显示，截至2014年底，我国电动汽车与充电设施的配比超过4:1，而标配为1:1，历史欠账严重，同时，新设施建设也严重滞后，而新能源汽车增量还在快速增加。电动汽车增长倒逼充电桩投资加快，应该是产业链最确定性的投资机会，对应市场规模或在千亿元级别。据统计，2014年新能源汽车共生产78499辆，销售74763辆，比上年分别增长3.5倍和3.2倍。目前，新能源汽车的发展呈现爆炸式增长，市场上在售的新能源汽车品牌和车型不断增多，现有的充电设施规模远远无法满足未来电动汽车的发展需求。随着新能源汽车的规模不 断扩大，以充电桩建设为重心的电动车后服务市场，势必会使充电桩领域吸引投资。数据显示，截至2014年底，我国共建设充换电站506个，充电桩3.73万个，加氢站4个。显然，这一数字远远不能满足市场的需要。但让人感到尴尬的是，在不少城市，这些已建成的充电站利用率并不高，相当多的充电站处于严重亏损中。
五、当前产业政策
2014年6月开始，国家能源局已经开始制定《电动汽车充电基础设施建设规划》以及《充电基础设施建设指导意见》，会从建设、运营、管理等多层面进一步加强对于充电基础设施建设的支持。而在下一步，国家也会把充电设施标准等作为示范城市考核的标准，以促进地方政府对于充电基础设施建设的积极性。“充电难”如今已经成为了制约我国电动汽车发展的主要瓶颈。充电桩是新能源汽车的基础配套设施，但处于极度的“供不应求”。政策提出了充电桩建设的最低下限值，即《电动汽车科技发展“十二五”专项规划》提出到2015年左右，在20个以上示范城市和周边区域建成由40万个充电桩、2000个充换电站构成的网络化供电体系，预计总投资在600亿元以上。虽无准确的官方数据调查充电桩数量，但市场估计我国共有充电桩数量不足3万个，未超过目标值的一半，远远滞后规划要求。市场对充电桩基础设施的需求更大，2015年新能源汽车基本产业化，纯动力汽车 和插电式汽车市场保有量至少达到50万辆，2020年新能源汽车超500万辆，按充电接口与新能源汽车数量比例不低于1:1，一辆车对应1个慢充、0.2个快充计算，2015年对慢充和快充的市场需求至少有50万和 10万个。可以预见，充电桩在短期内迎来爆发式增长，且新能源汽车与充电桩建设互为正反馈，充电设施和运营巨大的投资机会来临，充电设施市场预计达到千亿元。
山西省将实施鼓励新能源汽车生产、使用的政策措施。如，设立新能源汽车产业发展奖励资金，专项用于支持新能源汽车的生产和推广应用；实施停车费减免政策，在部分城市公共停车场、市政道路和繁华商业区停车场，对新能源汽车实行减免停车费政策；制定新能源汽车用能优惠政策，通过能源价格等杠杆，引导消费者使用新能源汽车等。
对于太原市而言，将编制新能源汽车产业基地发展规划(2014年至2020年)，并上报省经信委。同时，太原市将重点建设年产5000辆电动城市客车项目，打造电动汽车产业基地；依托江铃重汽等企业，重点建设两万辆煤层气重卡和8万台高端重卡发动机项目，打造燃气汽车产业基地；在太榆科技城开展煤层气气化和液化、煤制氢及氢能在新能源汽车领域的应用技术研究。
六、电动汽车行业趋势分析
（一）有利因素 电动汽车的发展主要源自于产品本身的优点以及国家政策的推进。与传统汽车相比，电动汽车具有能源利用效率高和环境污染少（或无污染）的特点，发展新能源汽车能够缓解能源供给和环境保护压力。传统汽车燃料来自于石油，而石油传统化石燃料是非可再生能源，总量有限。一方面石油价格持续高位运行，提高了人们的生产、生活成本；另一方面，我国作为石油进口大国，石油对外依存度已超警戒线，不利于国家安全。电动汽车的推广利于降低石油消耗，可有效缓解能源供给压力。此外，电动汽车有利于环境保护。汽车尾气中含有大量有害物质，其中主要包括固体悬浮颗粒、一氧化碳、氮氧化物、二氧化硫等，危及人类的呼吸系统、心血管系统；同时，汽车尾气中含有大量二氧化碳，会加剧当前的温室效应。电动汽车可有效改变这一情况，在实际使用中，电动汽车尾气排放显著低于传统汽车：混合动力汽车尾气排放通常可以减少尾气排放5%-50%，纯电动汽车则可以真正做到“零排放，零污染”。我国电动汽车行业的发展另一方面主要受益于国家政策的支持。新能源汽车从2009年开始逐步出台国家和省地市级的补贴政策。按照国家的补贴政策的范围和车辆的运营领域，将受补贴的整车分为三
类：十米以上城市公交、公共服务领域用的乘用车和轻型商用车（主要是出租、环卫、城管等领域）和私人消费的新能源汽车。
（二）不利因素
1、电池是阻碍新能源汽车推广的最大壁垒
无论是哪种类型电池，在体积、重量、安全性都存在或多或少的问题，与消费者的要求存在一定差距。目前新能源汽车使用磷酸铁锂电池和锰酸锂电池较多：磷酸铁锂电池在安全性，使用寿命方面存在较大优势，但密度过低是其明显缺陷，这将导致电池体积过大，不利于汽车内部的布局。另外，磷酸铁锂的技术专利掌握在美国企业手中，若大规模应用，存在一定的专利风险。锰酸锂电池在振实密度方面比磷酸铁锂略好，但在能量密度、充电次数等指标上明显不如磷酸铁锂电池。
电池一致性是技术上的一大难题。新能源汽车的电池组由多块单体电池组合而成，由于各单体电池电压、内阻、容量等特性的差别，通过不断充放电，单体电池间的不一致性将会持续恶化，电池组性能不断下降，最终导致使用寿命、安全性等各方面问题。如何降低电池组的不一致性，使其控制在可以容许的范围内是各个动力电池厂商的研发重点。在实际生产中，许多电池厂商均可以生产合格的单块电池，但在组合后电池性能显著下降。
2、充电设施建设进度缓慢，充电不够方便
充电设施主要有充电站、充电桩两类。充电站采取集中式充电，可同时为多辆新能源汽车充电，常用于环卫、公交 类新能源汽车的充电。充电桩主要分布于各个居民小区或工作地附近的停车场，多用于私人用新能源汽车充电。当前我国各个试点城市的充电设备较少，且设备分布较集中，消费者充电不便，充电设施建设进度的滞后拖累了新能源汽车推广。
3、新能源汽车购置成本高
由于尚未产业化，即使扣除中央和地方的新能源汽车补贴，新能源汽车购臵成本仍大幅高于常规汽车。对于自主品牌乘用车厂商而言，其客户多为中低端消费群体，他们对产品的价格敏感度较高，高价的新能源汽车对其更加缺乏吸引力。
七、充电桩行业市场竞争程度
垄断电动汽车充换电设施建设五年后，国家电网终于在全国两会期间松口全面放开，允许社会资本与国网竞争，投资建设充换电设施。对新能源汽车企业在市场推广产品是个很大的利好，更多资金和竞争者进入，充电设施建设和充电服务会有所改善。大多数投资者和新能源车企选择观望，至少有三个待解问题让他们打消投资念头：充换电站的运营模式不清晰；各地的充电设备与当地车企挂钩，不能通用；前期投资巨大，看不到盈利时间点。
不过这项新规定，为新能源汽车企业市场化提供了更广的空间，在家用充电领域可以大范围推行。比亚迪、启辰等 车企内部人士接受21世纪经济报道记者采访时表示，他们都在积极推广家用充电设施，短期内这是最有效的模式。
国家电网放权充电桩市场不仅仅是体制改革的一个进步标志，也是企业市场竞争加剧的表现，在市场放权的同时，让市场的竞争模式更具自由，从垄断走向自由是一个时代的进步，也是国家电网的一个大进步。
八、我市电动充电桩市场情况
据了解，为保护大气环境，提升城市品位，满足市民越来越“挑剔”的出行需求，太原市决定将原来烧油烧气的出租车全部更换为环保清洁、漂亮舒适、几乎无噪音的电动汽车。据太原市交通局局长郭治明说：面对不断更新的出租车，规划部门均有规划，将继续在长风商务区、博物馆、便民中心以及新建的图书馆、南站、飞机场等地方建设充电桩。具体来说，长风商务区1000个，南站250个，图书馆建400个，环路半径中1500个，此外，太原各公园底下将建6000个停车位，其中30%将为充电桩。考虑太原市出租车今年经营期到期，以及车辆的报废期陆续到期，借此机会，将一次性更新完8292辆出租车。到2月25日为止，已经上路的电动出租车是400多辆，今年3月份将更新2000辆。春节前充电桩的建设是420个，目前更换车的数量和现在充电桩的数量是可以满足要求的。太原未来还将建设充电塔。充电塔是什么概念呢？就像10层楼房，里面全部是充电设施，可 供司机吃饭、如厕、休息、维修。长风商务区地下室部分，已经设立了驾驶员的休息厅，方便司机充电时休息。
与传统的加油加气不同，电动汽车充电充满了网络气息，费用支付也变成了线上支付方式。出租车司机在手机上下载充电设施APP后，接通电源，在充电桩上扫描二维码，点击“充电”，即可完成。一般充满一次电，大概需要两个小时。太原市目前已有三座电动汽车充电场站投入使用，共有充电桩240个。仅长风商务区2号、4号停车场充电场站，春节期间就为新出租车充电313次、用电1.3万千瓦时。
九、效益分析
太原市的电动汽车充电费用由两部分构成，电费和服务费。其中，电费又分为峰、谷、平三个价格：用电高峰期，8时至11时，18时至23时，每千瓦时0.7640元;低谷期，23时至7时，每千瓦时0.3109元;平峰期，11时至18时，7时至8时，每千瓦时0.5292元。与烧气相比，3种电价高峰期成本要略高。太原市目前制定的服务费价格是每千瓦时0.45元。据了解，目前国内电动汽车充电场站服务费的最低价格是每千瓦时0.6元。太原市之所以要低于这一标准，目的是让利出租车司机，更加有助于电动出租车在全市的推广。
摘要：当前电动汽车市场正逐步受到人们的关注，由于其具有节省、环保等方面的优点，在未来具有非常大的发展空间，但是在电动汽车使用的过程中，面临的首要问题是车辆的续航能力不足。为了保证车辆的正常使用，就需要设计出可以快速充电的充电站。
关键词：电动汽车；快速充电站；充电站设计
在全世界的可用能源都在不断损耗的背景下，具有绿色环保功能的电动汽车有了很大的发展空间。但是电动汽车要想大量的推广使用，首先要解决的问题就是电动汽车的充电问题。一般情况下，使用普通的充电器进行充电，往往需要花费非常长的时间，无法满足日常生活的需要。为了可以使得电动汽车被顺利地推广使用，就需要研制出可以快速充电的电动汽车充电站。
1 电动汽车充电站的发展概况
在美国和欧洲等国家，电动汽车已经得到广泛的使用，在全球范围中电动汽车的销量正在逐步提升。各种各样的电动汽车快速充电站也相继出现在人们的视野当中。而在国内电动汽车行业有了很大的发展，国家电网单位也正在把电动汽车充电站作为重要的战略要点进行布置，以此来实现充电站代替石油站的目的，使电能成为主要的能源使用巨头。在一些停车场、商业中心等场所已经投资建设短路充电桩和充电站，虽然目前来说我国电动汽车的使用率不高，电动汽车快速充电站的布局也在逐步的摸索当中。但是电动汽车是我国新能源结构和未来战略发展的主要方向，为了使未来电动汽车使用量得到爆发式的提高，首先要对电动汽车快速充电站进行布局。
2 电动汽车对快速充电站的设计要求
2.1 快速充电站要具有通用性
由于不同的电动汽车蓄电池的电压等级和蓄电池等级是不同的，所以在公共场所使用的快速充电站需要使用各个电压等级和蓄电池系统。要保证充电站充电的广泛性，要可以根据不同类型的蓄电池使用不同的充电控制方法。所以在电动汽车商业化前期，首先要制定对充电装置、充电接口、接口协议和充电规范制定相对应的管理措施。
2.2 要具备较快的充电速度
传统的铅酸类蓄电池和发展前景比较好的镍氢和锂离子动力蓄电池对比，具有投入资金低、电池容量高、施工技术成熟、无记忆效应、跟随负荷输出特性好等方面的优点。但是铅酸类蓄电池也存在着续航能力不高的缺点。为了延长电动汽车的行驶路程，就需要建设出可以快速充电的充电站来对此问题进行解决，进而使得电动汽车可以顺利地推行使用。
2.3 对电能有比较高的转化率
电动汽车的运行能源费用和电动汽车的能耗指标是有着非常密切的联系的，如何有效地提高电动汽车的经济价值、建设电动汽车的能源消耗，是未来电动汽车产业顺利发展的一个重要方面。在建设充电站的过程中，要对建设成本和电能的转化率进行充分的考虑。要尽可能地选择建设成本低廉、电能转化率比较高的充电设施。
2.4 充电站要可以进行智能化充电
电动汽车蓄电池的应用水平和电池性能对电动汽车的普及和发展造成了非常大的影响，推行充电站的智能化充电主要是为了实现可以对电池的放电状态进行实时的监控，防止出现过放电的情况，尽可能地在无损电池的情况下对电池进行充电，提高电池的使用年限。在充电站的建设过程中，充电智能化技术主要可以从以下三个方面体现出来，具体为：（1）要可以对电池的电量进行智能化管理，对电量进行指导和计算；（2）对充电机、充电技术和充电站进行优化；（3）可以自动对蓄电池进行维护并可以自动诊断出电池的故障。
2.5 充电站要具有集成化的特点
在充电站的建设过程中，电动汽车的能力管理系统要可以和充电系统组成一个整体，要对电流检测、集成传输晶体管、反向放电保护等功能进行集成。要尽可能地实现高度集成化的充电站建设，节省出电动汽车内部零件，节省系统成本，对充电效果进行优化，提高电池的使用
年限。
3 充电站的设计措施
3.1 充电站配电系统的设计
充电站的配电系统主要分为测控系统和保护系统两个方面。主要是用来实现充电站配电系统监控保护功能和监控功能的实现，利用充电站后台系统和通信管理机达到对数据进行交换的目的。
配电系统主要是由监控屏、微机保护测控一体化装置、公用测控装置、通信管理装置等装置组成。其中微机保护功能装置要具有对进线变开关的遥控功能、测量进线变的功能和进线变的保护功能。公用测控装置是用来对充电站配电系统进行测控的，主要是用来收集出线开关的负荷电流和信号、0.5kV母线的电压，同时还具备遥控联络开关和低压进线开关的作用。一般情况下，会在0.5kV侧配置分段安装自投装置，从而对配电系统的自动化进行提升，达到无人值守的目的。
3.2 充电站控制功能的设计措施
（1）要确保控制的唯一性，同一个操作人员在同一时间只可以对一个对象进行控制。（2）可以对机械设备采取控制的保护措施，可以通过云台对相关设备进行控制，控制系统要具备时间定制功能。（3）为了可以从多个方面、多个视角对摄像机的焦距进行调整，所有的摄像机都可以被操作人员控制，如果云台自身具有预置功能，操作人员可以对云台进行操作和预制，要将景深和光圈进行调整。（4）要对职能设备和消防主机进行复归。（5）需要安装门禁系统，这样可以方便具有相关权限的人员将门锁打开和站内刷卡开门。
3.3 充电站计费系统的设计
充电站的计费系统主要是由计费部分和计量部分组成，其中计费系统主要是由服务器和计费工作站构成，计量系统主要是由直流电表、关口电表、充电计量管理机和交流电表构成。在充电站上直流电表、管口电表、交流电表的电量信息是由采集终端进行收集。充电站的充电信息和充电站的总电量的数据是通过以太网和计费工作站进行数据信息的交换，后台在对接收到的数据进行处理后，会把对应的计费信息和电量信息保存到数据库服务器上。为了保证上级系统可以及时地获得充电站的电量信息，要使用用电信息收集系统和每次充电完成用电信息的收集系统进行数据的互通。
3.4 充电站系统交流电桩的设计
交流电桩主要是用来对电动汽车提供充电的交流电源。系统占地面积一般不大，也相对比较简单、容易安装，可以在居民居住区的小区停车厂、电动汽车充电站、公共的停车场、室外或室内场所、大型商场的停车场等场所进行安装，操作使用都非常的方便，是非常关键的电动汽车充电设备。一般情况下交流充电桩要具备下面六个方面的功能，具体为：（1）交流电桩要具有漏电、过流、短路、欠压、过压等方面的保护功效；（2）交流电桩要具有提供6kW/15kW，AC220V交流电的能力；（3）交流电桩上要安装操作按键和急停开关等重要的操作接口；（4）为了清晰地显示出点桩的运行状态，交流电桩上要安装触摸屏和指示灯；（5）为了对交流充电量进行统计，要在交流电桩上安装多功能交流电度表；（6）交流电桩要具有数据小票的打印功能，可以设置几种不同类型的费用支付方法，并安装打印机。
3.5 充电站直流电机的设计
直流充电机主要有控制单元、功率单元、通信接口、电气接口四个方面的内容，通过利用整流设施为电动汽车进行充电。一般情况下，直流充电机的电压变化和输出电流都比较大，可以为各种类型的电动汽车的蓄电池进行充电。一般情况下，直流电机分为三个种类：（1）可输出最大电流为30A，输出电压为DC155～355V的小型电机，单台电机的最大功率为10kW；（2）可输出最大电流为220A，输出电压为DC350～550V的中型电机，单台电机的最大功率为150kW；（3）可输出最大电流为420A，输出电压为DC350～550V的大型电机，单台电机的最大功率为250kW。在进行设计的过程中，可以根据实际需要进行选取，也可以将多个直流充电机进行并联使用，来对输出功率进行
提升。
4 结语
电动汽车作为一种绿色、无污染的新型动力设备，在未来有非常大的发展空间，但是由于其具有续航能力差等方面的缺点，电动汽车要想在市场上被顺利地推广开来，其中一个关键的因素就是快速充电站的布置。本文通过对快速充电站的设计措施进行简单的分析，希望可以为快速充电站的设计起到一定的参考作用。
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1 智能充电桩的总体设计要求
我国幅员辽阔, 跨越了多个温度带, 自然环境较为复杂, 加之充电桩常工作在强电磁的环境下, 这些都对电动汽车智能充电桩的设计提出了更高的要求。
1.1 可经受多种极端天气的考验
随着全球气候不断变暖, 极端自然天气事件出现的概率越来越高, 对社会的各个行业均造成了严重的影响。对于智能充电桩而言, 其外部结构必须具备良好的封闭性, 使水珠、雨雪等无法进入桩内, 从而避免电路短路或系统故障;内部还需要形成良好要的空气流动, 从而及时散发元器件产生的热量。
1.2 应具备较强的抗电磁干扰能力
电磁环境主要是由各种电磁感应所造成的信号传输干扰现象。在无线移动通信技术快速发展的今天, 电磁干扰已经成为比较常见的现象之一。针对有强电磁干扰的工作环境, 在设计电动汽车智能充电桩时, 需要着重考虑电气布局, 从而降低各种电磁干扰造成的不良影响, 确保电动汽车智能充电桩能正常运转。
2 智能充电桩的设计和实现
2.1 外部整体结构和总控单元器件
电动汽车智能充电桩采用交叉覆盖工艺设计, 整个桩体结构的强度符合IP65 防护级别的要求, 可有效防止水的渗入。在主体设计方面, 电动汽车智能充电桩采用镀锌钢板作为系统硬件材料, 且为了保证其可以在潮湿、盐、雾等环境中正常运转, 采用了汽车烤漆工艺, 在其表面涂上了一层保护漆膜;在元器件选型方面, 考虑到不同地区的温差, 采用了意法半导体公司生产的STM32F107VCT6 微控制器, 其包含高性能的ARM Cortex-M3 32 位RISC内核 (工作频率为72 MHz) 、以太网接口、6 个与各个控制单元对接的串口、16 个IO接口, 可初步满足使用、监测工作的需求。此外, 该设备能在工业级温度范围内正常工作, 大幅提高了总控单元的运行效率。
2.2 显示和监控单元的设计和实现
显示单元由LCD显示器、触摸屏、指示灯和按键构成, 用户可通过LCD显示器, 并根据自身电动汽车的充电需求, 触摸屏幕上相应的按键来选择合适的服务方案。当服务完成后, 指示灯会立即提醒用户充电桩正处于工作状态。当充电完成后, 指示灯由红变绿, 提示用户充电完成。该系统的工作电压为3.3VDC, 逻辑电平为0~3.3 V, 显示屏驱动电压为5 VDC, 工作温度在0~50 ℃, 宽温在-25~75 ℃。监控单元用来主要监督智能充电桩的工作状态, 包括模拟量的采集、开关量的采集和开出控制。系统采集到模拟量后, 会将相应信息传输至开关量采集单元, 从而为用户提供与之充电需求相匹配的充电量;开出控制是在完成充电后指引用户将电动汽车开出充电桩, 以方便其他用户使用。
2.3 智能充电桩软件系统的设计和实现
2.3.1 主控模块
主控模块可根据用户的充电消费需求自动匹配最佳服务方案, 在客户确认服务后会将相应的信息传递至各个硬件模块, 进而开始充电。同时, 该模块还能收集用户的各种消费信息, 比如智能充电桩的实施运行数据、充电记录等。
2.3.2 安全模块
安全模块是指系统的安全存储单元, 由密钥管理单元、数据加密单元、解密单元构成。电动汽车用户在使用IC卡付费的过程中, 用户的个人信息将会得到加密处理。此外, 系统软件采用了密钥管理, 可防止黑客入侵系统, 提高了用户信息的安全性。值得注意的是, 解密单元可在用户刷卡结账时自动识别用户身份, 从而完成交易工作。
2.3.3 电气设计
电路的防静电设计主要以双向瞬态抑制二极管接地来实现通信线路的防静电保护。在内部控制板与外部各个功能模块的连接中采用了电能计量、触摸显示屏、无线通信传输模块和总控单元等。
3 结束语
综上所述, 电动汽车智能充电桩能满足我国电动汽车产业的发展所需, 具有充电操作便捷、实用性高的特点, 值得推广使用。
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伴随着经济的发展和科技的进步, 能源和环境问题日益成为各国关心的热点。各个汽车消费大国都在积极探索和推出各类电动汽车, 希望以此来缓解能源和环境压力, 电动汽车主要优点是可以减少石油消耗, 无汽车尾气污染。因此, 针对普通的电动汽车用户设计一种制造成本低、方便维护、操作简单、易于大量分布和集中管理的充电设备十分必要, 并且具有广阔的市场前景, 有利于电动汽车走进普通大众的家庭。
二、总体设计方案
(一) 总体设计要求
1.实用性要求:电动汽车交流充电桩作为一款面向普通电动汽车用户的产品, 需要具备适用范围广、功能组件模块化、多种充电模式等功能。
2.智能化要求:交流充电桩作为电动汽车用户自助充电的设备, 工作中要具有远程控制、自我管理、人机友好交互等功能。
3.安全性要求:交流充电桩一般安装于停车场或街头停车位等场合, 安全防护十分必要, 应具有电气防护设计、防爆、防盗、防误操作等功能。
4.可靠性要求:充电桩全天候工作于无人值守环境中, 要求充电桩能够在一般情况下正常工作, 应该具有抗干扰和环境适应性好、软件设计可靠、运行稳定等特性。
(二) 系统设计方案
根据上文充电桩的功能需求和设计要求, 提出了如下的充电桩设计方案, 交流充电桩的系统结构设计上分为控制系统、网络运行管理系统和安全防护系统三个部分。
控制系统对充电桩的运行进行控制, 控制系统以微处理器为核心, 微处理器对充电桩的运行数据进行处理, 通过外围设备接口电路设计和控制程序设计实现充电桩的运行管理。
安全保护系统主要作用是在充电桩运行中保护操作人员及设备的安全, 主要由电气防护单元、急停控制单元和控制引导单元组成。
网络化运行管理系统主要是处理充电桩消费信息的传输以及对充电桩运行状态的监控, 通过GPRS通信技术实现运行管理软件和充电桩的数据双向传输。
该设计方案完整地实现了交流充电桩的设计要求, 系统组件采用模块化, 方便了设备的组装、维护和升级。
三、系统电路设计
(一) 控制系统组成
(二) 充电控制单元设计
交流充电桩采用交流接触器作为充电电路的通断控制器, 交流接触器的线圈电压为12V。在自动控制中一般遵循低压控制高压原则, 因此对交流接触器的控制采用了多级串联控制结构, 利用小型直流继电器作为控制媒介, 实现控制系统通过板载控制电路对交流接触器的控制。
(三) 系统软件设计
控制系统主程序流程图如下所示:
四、总结
本充电桩设计较好地利用ARM单片机实施程序控制, 采用性能较好的STM32 处理芯片, 故整体电路控制功能强、性能较好, 经实验测试, 各项指标均符合系统设计要求, 具有较好的应用价值。
参考文献
作为现行城市交通中的绿色产品之一, 电动汽车因具有零排放、零污染等特点, 成为节能环保建设中的重要组成部分。但电动汽车使用的前提条件是有相应的能量补给来源, 需做好充电站建设工作。尽管以往学者研究中, 对于充电站建设规划等提出较多建议, 然而关于民用充电桩运营的探讨却较少, 这就导致无论在理论或实践层面, 民用充电桩运营模式都缺少相应的指导。因此, 本文对民用充电桩运营的相关研究, 具有十分重要的意义。
充电桩是现行城市发展中的重要设施, 其可根据电动汽车型号完成充电过程, 用户仅需通过刷卡操作, 便可完成一系列充电时间、充电方式选择以及费用数据打印等操作, 如图1所示, 为充电桩运行原理示意图。而关于充电桩运营模式, 现行世界各国主要以汽车厂商、电网企业以及政府等作为主导的模式为主。不同模式应用下都有一定的优势与不足之处, 如在政府主导模式下, 在美国、日本等国家较为常见, 强调在投资主体上以政府为主, 并在建设运营中由政府进行组织, 选择合适的设备供应商、电力供应商以及汽车厂商等。这种运营模式下, 优势主要表现在政府部门承担起所有建设费用, 包括亏损情况等, 有利于推动电动汽车的商业化。但需注意在充电桩建设步伐加快背景下, 需将更多资金注入其中, 很可能为政府财政带来较大压力, 加上该模式下未能体现出市场竞争, 容易对充电桩项目效率带来影响。再以电网企业主导模式为例, 如德国、法国等国家多会选用该种模式, 整个建设与运营过程都由电网企业负责。这种模式运用下, 能够将电网企业中技术标准、网络传输以及电力资源等优势发挥出来, 但由于在充电桩运营、终端销售网络等方面处于缺失状态, 使整个运营模式受到极大程度的制约。另外, 在汽车厂商主导模式下, 其强调企业为满足推广电动汽车需要, 主动建设与运营充电桩, 完全将该部分作为电动汽车市场服务的重要部分。然而也需注意在持续扩大充电桩规模中, 可能因电价波动而无法保证充电桩利润, 且在技术层面上也可能难以满足充电桩建设要求[1]。
2 电动汽车充电桩运营模式分析
本文在研究中主要立足于我国当前电动汽车市场化现状, 由于电动汽车发展仍处于初级阶段, 并不具备较大的电动汽车基数, 一般充电桩建设仍以电网企业为主体。但这些充电桩运营中, 存在明显的闲置问题, 很难从充电桩运营中获取利润。这种情况下, 无论选用哪种模式, 都无法取得理想效果。因此, 可考虑引入联盟模式, 主要强调由电网企业、汽车厂商合作完成充电桩建设运营过程, 达到优势互补与缺陷弥补等效果。
2.1 联盟运营模式理论分析
电网企业、汽车厂商的联盟, 其在理论上主要源自20世纪90年代西方国家中, 后期发展中逐渐以供应链合作形态呈现出来。从该理论的主要内容看, 强调从顾客需求角度出发, 坚持市场导向原则, 并利用合同形式使企业间构建收益、风险共同承担的关系。以电网企业、汽车厂商联盟运营为例, 其在构建合作关系中便需对市场实际需求进行分析, 确保充电桩建设运营在满足用户需求的基础上, 为自身创造更多的利润。由此可见, 联盟运营模式应用下, 有相应的理论作为依据。
2.2 联盟运营模式可行性研究
由于充电桩建设中涉及较多成本费用问题, 包括土地征用以及运营成本等, 要求在联盟运营模式下由电网企业、汽车厂商在共享利益的基础上, 做到分摊成本与风险。本文在研究这种模式可行性过程中, 主要采取二级供应链形式, 包括电网企业与汽车厂商, 假定对汽车厂商、电网企业分别利用A1与A2表示, 并假设a与b为二者充电桩建设成本。此时, 在b为常数情况下, A2的充电桩个数m2变化下, b不会发生改变, 原因在于电网企业在充电桩充电线路建设方面, 可直接以电网设施为依托, 采取改建措施, 所以成本问题主要产生于充电器硬件购买方面。假定A1充电桩个数为m1, 并使m1在a增长下随之提升, 有a1=k1m1+k2 (k2<b, k1与k2都大于0) 。此时可得到具体的成本曲线变化情况, 如图2所示。
从该变化中可发现, 无论对电网企业或汽车厂商, 若单独承担起其中的成本费用, 将为各自带来较大的投资压力, 一旦成本超出各自可承受范围, 便难以继续开展充电桩建设运营工作。同时需注意的是, 在充电桩建设中除在充电线路、充电设备等方面涉及到成本问题外, 对于汽车厂商也有电网租用费问题。因此, 为使这些成本降低, 汽车厂商迫切要求由电网企业负责部分充电桩建设工作, 这样才可使双方成本都得以降低, 且满足资源优化配置要求。由此可见, 无论从资源配置或成本控制角度, 这种联盟模式都具有一定的可行性。
2.3 联盟运营模式的运营策略
充电桩建设旨在推动电动汽车市场化, 同时也是适应现代城市节能环保理念落实的重要体现, 所以在联盟运营模式执行中, 注意坚持市场导向原则的基础上, 也要求有政府部门参与其中。如现行国内较多地区对充电桩建设采取的补贴政策, 对于一个充电桩建设, 政府补贴可保持在30%, 这样既能起到分摊建设成本的作用, 也有利于提高电网企业、汽车厂商建设积极性。但需注意的是在实际运营中, 由于充电桩建设规模不断扩大, 会促进电动汽车的普及推广, 此时电网企业、汽车厂商需在运营中采取相应的策略, 如智能电网铺设工作由电力企业为主体, 而充电设施产品服务以及终端客户信息掌握上由汽车厂商负责。在充电桩建设出师阶段, 建设费用可由二者共同支付, 并通过用户充电费的收取使盈利目标得以实现。针对其中的费用标准, 可考虑以民用电价为标准, 在其基础上提升10%收费, 或在不同时间段内采取相应的优惠措施, 如夜间充电等, 有利于提升运营水平[2]。
尽管电网企业、汽车厂商联盟运营下, 在资源配置与成本控制上所取得的效果较为明显, 但为使这种运营模式优势充分发挥出来, 还需注意在各主体责任上进行明确。如其中电网方面, 其需在充电桩建设规划、管理制度制定以及充电网络布置方面进行强化, 且在充电桩运营中能够结合不同区域实际情况, 在服务价格上进行控制, 并负责充电桩运营管理监督、考核与指导, 对运营中存在的问题及时处理。而对于汽车厂商, 其在职责上表现为充电桩的安装、充电桩运营效率的提高以及革新充电桩技术等层面。这样在二者责任明确下, 才可使建设运营工作的开展更为顺利。除此之外, 在充电桩建设运营中, 双方也需适时做好发电成本、电动汽车数量、充电桩数量等各方面的分析, 如电动汽车市场保持稳定发展情况下, 可考虑在充电桩建设速度上放缓, 采取充电桩共用措施, 以此使建设运营成本得以控制[3]。
4 结论
充电桩运营模式的合理选择是当前电动汽车市场化的必然要求。实际选择运营模式中, 应正确认识不同运营模式下的优势与不足, 可考虑将联盟运营模式作为充电桩运营主要模式, 通过研究发现, 无论从理论角度或实践方面, 都具有一定的可行性, 对推动电动汽车市场化发展可起到突出的作用。
参考文献
[1]刘娟娟, 曹胜兰.电动汽车充电桩运营模式研究[J].科技管理研究, 2015, 35 (19) :202~206.
[2]胡勇, 刘奇峰.基于Web GIS的分布式电动汽车充电桩运营管理系统设计与实现[J].电力建设, 2014, 35 (01) :98~103.
记者在距首都机场3号航站楼咫尺之遥的该站看到, 站内安装450千瓦大功率充电机4台、直流充电桩25台、交流充电桩25台, 可同时为4辆电动客车和50辆电动小汽车充电。机场的摆渡电动客车约20分钟可将电充满, 普通电动小汽车使用直流充电桩充满电约需1—2小时, 使用交流充电桩充满电约需6—8小时。
国家电网北京市电力公司介绍, APEC会议期间, 预计将有17辆电动客车和20辆新能源小客车在该站充电, 作为旅客在3个航站楼之间的摆渡车及保障APEC会议代表在机场和会议场址间的通勤车辆使用。该站采用双路电源供电, 可靠性高, 同时建设雨棚3座, 整体设计风格与首都机场融为一体。