簡婷

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定  201801

摘要：電動汽車用戶年齡段參差不齊,對于充電操作流程的閱讀和理解存在困難;支付平臺的不兼容也給用戶帶來了不便。針對存在的問題,結合常規充電樁的特點,兼顧無人駕駛車輛的充電問題,設計并開發了一套集成自動充電和手動充電于一體的新式充電設備,既能兼容現有的充電方式,又能針對無人駕駛車輛實現自動充電口對接、充電、扣費等操作,提高了充電智能化。實驗結果表明,該系統運行穩定,能夠解決充電操作不統一和付費平臺不兼容等問題。

關鍵詞：充電樁;無人駕駛車輛;自動對接;智能充電

0 引言

     新能源電動汽車產銷與充電樁/站建造數量與日俱增,但在迅猛發展的同時也存在問題,比如:找充電樁難、付費方式不兼容、操作步驟不統一等。所以目前亟待研究出一種無人參與的新式充電設備,來解決市面上充電樁存在的問題。

     另一方面,車輛無人駕駛技術發展日趨成熟,包括美國、日本、德國、中國等在內的國家和地區都在進一步加快無人駕駛領域的布[1-2]。文獻[3]開展了無人駕駛車輛智能水平評價研究。文獻[4,5]介紹了無人駕駛主要技術手段和發展現狀。可以看出,無論是從解決實際問題出發還是從技術儲備角度出發,研究針對無人駕駛車輛的充電技術都是很有必要的。

     目前也有國內外部分學者針對電動汽車充電問題進行了相關研究。文獻[6]介紹了電動汽車充電相關的儀表校驗技術,文獻[7]開展了無人值守的智能充電樁的研究。文獻[8,9]探討了制約充電設施發展的主要原因以及產業建設研究。文獻[10]設計了智能充電樁嵌入式控制系統。但是目前關于充電樁的研究都只針對普通電動汽車,尚不能滿足自動駕駛的電動車輛充電問題。

     本論文立足技術創新,提出一種新式充電樁,該充電樁集成手動充電和自動充電于一體,手動充電兼容現有的電動汽車充電方式,自動充電方式則為無人車的充電問題提供解決方案。

1 系統整體設計

     充電服務系統包含了運營管理平臺、云端、用戶APP、充電樁、電動車輛,如圖1所示。

     常規的電動汽車,車主駕駛車輛進入充電區域后,可以自行插拔充電槍,并刷卡認證從而進行充電;而無人駕駛車輛則先進行車輛自動識別,然后通過自動對接技術來完成充電槍與充電口的識別與插接工作,從而進行充電操作。

安科瑞充電樁收費運營云平臺

     安科瑞Acrelcloud-9000充電樁收費運營云平臺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，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；用戶通過微信/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。

     充電樁可選配WIFI/4G/以太網接入互聯網，配合加密技術和秘鑰分發技術，基于TCP/IP的數據交互協議，與云端進行直連。云平臺包含了充電收費和充電樁運營的所有功能，包括財務管理、變壓器監控和運營分析等功能。

平臺結構

平臺主要功能

■資源管理

充電站檔案管理，充電樁檔案管理，用戶檔案管理，充電樁運行監測，充電樁異常交易監測。

■交易結算

充電價格策略管理，預收費管理，賬單管理，營收和財務相關報表。

■用戶管理

用戶注冊，用戶登錄，用戶帳戶管理，消息管理。

■充電服務

充電設施搜索，充電設施查看，地圖尋址，在線自助支付充電，充電結算，導航等。

■微信小程序

掃碼充電，賬單支付等功能。

■數據服務

數據采集，短信提醒，數據存儲和解析。

■變壓器監控

監控充電站變壓器負荷，超負荷時對充電樁的調度管理。

現場軟硬件配置

產品介紹

1、互聯網版智能交流樁系列

2、產品性能

注：*為通信方式，可選。

產品功能

1）智能監測：充電樁智能控制器對充電樁具備測量、控制與保護的功能，如運行狀態監測、故障狀態監測、充電計量與計費以及充電過程的聯動控制等。

2）智能計量：輸出配置智能電能表，進行充電計量，具備完善的通信功能，可將計量信息通過RS485分別上傳給充電樁智能控制器和網絡運營平臺。

3）云平臺：具備連接云平臺的功能，可以實現實時監控，財務報表分析等等。

4）保護功能：具備防雷保護、過載保護、短路保護和漏電保護等功能。

5）遠程升級：具備完善的通訊功能，可遠程對設備軟件進行升級。

6）適配車型：所有符合GB/T 20234.2-2015國標的電動汽車，適應不同車型的不同功率。

7）資產安全：產品全部由中國平安保險承保，充分保障設備、車輛、人員的安全。

產品特點

     智能、安全、穩定、云平臺、移動支付、遠程升級、導航、保險、用戶管理、適配車型廣泛、急停、體積小

ASCP系列電氣防火限流式保護器

國內電氣火災統計和分析

隨著社會經濟的飛速發展，社會電氣化程度不斷提高，用電負荷過大、線路短路等原因導致電氣火災發生越來越頻繁，使得火災數量呈上升趨勢。

據5年的統計分析，電氣火災發生的場所中，住宅發生火災事故的數量高居前列（占比51%），線路短路及線路老化是誘發事故的主要原因。

通過對5年電氣火災故事原因分析發現，主要有電線短路、過負荷用電、接觸不良等幾種原因導致事故發生。其中，電線短路占比48%。

配電線路短路特點

線路短路時，短路電流在很短時間內能達到額定電流的十幾倍甚至幾十倍。根據焦耳定律∶Q=I2Rt，在短路點產生的熱量成指數倍增加，使短路點瞬間熔化并火星四濺，很易引發火災事故。

傳統短路保護手段

傳統保護方式采用電磁脫扣式斷路器，檢測到短路時，脫扣器動作，分斷時間在毫秒級，無法控制短路電流。好的方式是采用響應速度快的限流技術和器件。

ASCP10-1電氣防火限流式保護器

額定電流：0~20A可設置

主要功能

短路限流：當線路發生短路故障時，能在150μs內實現快速限流保護，控制因短路電流過大所引起的電氣火災事故。

過載限流：當被保護線路的電流超過額定電流，線路過載且過載持續時間超過設定時間（3-60秒）時，保護器進行限流保護。

超溫限流：當保護器的內部元器件溫度超過設定值時，產品啟動超溫限流保護功能，防止因溫度過高造成產品損壞。

通訊功能：一路RS485接口，Modbus-RTU協議。

ASCP200-1電氣防火限流式保護器

額定電流：0~63A可設置

主要功能：

短路限流：當線路發生短路故障時，能在150μs內實現快速限流保護，控制因短路電流過大所引起的電氣火災事故。

過載限流：當被保護線路的電流超過額定電流，線路過載且過載持續時間超過設定時間（3-60秒）時，保護器進行限流保護。

超溫限流：當保護器的內部元器件溫度超過設定值時，產品啟動超溫限流保護功能，防止因溫度過高造成產品損壞。

過/欠壓保護：當保護器檢測到線路電壓欠壓或過壓時，保護器發出聲光報警信號，可預先設置是否啟動限流保護。

ASCP200-1電氣防火限流式保護器

額定電流：0~63A可設置

主要功能：

線纜溫度監測：當被監測線纜溫度超過報警設定值時，保護器發出聲光報警信號，可預先設置是否啟動限流保護。

漏電流監測：當被監測的線路漏電超過報警設定值時，保護器發出聲光報警信號，可預先設置是否啟動限流保護。

通訊功能：具有1路RS485接口，1路2G無線通訊，可以將數據發送到后臺監控系統，實現遠程監控。監控后臺可以是     安科瑞Acrel-6000/B電氣火災監控主機，也可以是安科瑞Acrel-6000安全云平臺，或三方監控軟件或平臺。

技術參數：

ASCP系列電氣防火限流式保護器—安裝與接線

尺寸與安裝：

接線方式：

選型及使用說明：

保護器設定的額定電流應該與其前級的斷路器的額定電流保持一致。

注意保證產品正常的通風和散熱。

保護器內部帶有交流電，嚴禁非專業人士擅自打開產品外殼。

保護器后方可接多個負載，需要保證負載的額定電流小于保護器的額定電流。

ASCP200為功能型，標配溫度監測和漏電流監測。

ASCP200-1電氣防火限流式保護器—過載功能演示

微斷保護下，線路過載測試試驗

現象：線路過載發熱，絕緣損壞致使短路，微斷跳閘保護，損壞點火星四濺。

限流式保護器保護下，線路過載測試

現象：線路過載發熱，絕緣損壞致使短路，保護器限流保護并報警，損壞點無火星產生。

微斷保護下，線路短路測試試驗

現象：模擬線路短路，微斷跳閘保護，短路點火星四濺。

限流式保護器保護下，線路短路測試

現象：模擬線路短路，保護器限流保護并報警，短路點無火星產生。

ASCP200-1電氣防火限流式保護器—典型系統圖

ASCP200-1電氣防火限流式保護器設計與使用誤區

限流式保護器有小電流的產品，就可以有大電流的產品，所以在設計時為了減少使用數量，盡可能選擇大電流的產品。

限流保護器的短路保護功能，應需遵守分級保護的要求，電流越大，末端短路滅弧效果越差；

線路短路時，盡可能減少停電范圍。

限流式保護器既然用在末端線路保護中，就一定可以裝在末端配電箱里。

限流式保護器采用固態開關，正常工作時有一定功耗，會產生熱量，不應安裝在密閉空間內。

限流式保護器和故障電弧探測器的區別

限流式保護器在有的場合也叫作滅弧式保護器，因此有時候容易和故障電弧探測器混淆，但限流式保護器主要用于故障短路后的快速切斷，相當于空氣開關瞬間脫扣功能的加強版，屬于事后保護。

故障電弧探測器則通過對接入線路中的串并聯故障電弧的監測，及時發現線路中的異常狀態和隱患，主要作用是事前防護。

限流式保護器和故障電弧探測器可以配合使用。

限流式保護器和傳統微斷的區別

ASCP200-1電氣防火限流式保護器-證書報告

ASCP200-1電氣防火限流式保護器-安裝圖片

。

電氣防火限流式保護器可有效克服傳統斷路器、空氣開關和監控設備存在的短路電流大、切斷短路電流時間長、短路時產生的電弧火花大，以及使用壽命短等弊端，發生短路故障時，能以微秒級速度快速限制短路電流以實現滅弧保護，從而能顯著減少電氣火災事故，保障使用場所人員和財產的安全。

ASCP200-1 型電氣防火限流式保護器是單相限流式保護器，大額定電流為 63A。可廣泛應用于學校、醫院、商場、賓館、娛樂場所、寺廟、文物建筑、會展、住宅、倉庫、幼兒園、老年人建筑、集體宿舍、電動車充電站及租賃式商場商鋪、批發市場、集貿市場、甲乙丙類危險品庫房等各種用電場所末端干、支路的線路保護。

2 結束語

     通過分析市面上的充電樁在服務過程中存在的不足,并結合無人駕駛技術的發展背景,本課題設計了一款集成手動充電方式和自動充電方式的新式充電樁。該新式充電設備既兼容現有的電動車輛,同時又可以為無人駕駛車輛直接提供充電服務,在一定程度上降低了充電樁更新換代的成本,為充電基礎設施的發展提供了新思路。

參考文獻

[1]端木慶玲,阮界望,馬鈞.無人駕駛汽車的先進技術與發展[J].農業裝備與車輛工程,2014,52(3):30-33.

[2]潘福全,亓榮杰,張璇,張麗霞.無人駕駛汽車研究綜述與發展展望[J].科技創新與應用,2017,(2):27-28.

[3]孫揚,楊賀.無人駕駛車輛智能水平等級劃分[J].科技導報,2017,35(17):80-83.