浅谈关于智能电瓶车收费充电系统方案的设计应用
安科瑞 陈聪
【摘要】:近年来.随着电瓶车保有量的增加，每年因电瓶车充电引发的火灾事故高达70%以上，造成较大的人员伤亡和财产损失。电瓶车发生火灾，究其原因大多数是由于不少电瓶车车主选择自行拉扯电线充电时间过长，充满后无自动断电功能，不仅缩短电池的寿命，而且充电器过热易造成内部短路，埋下了严重的安全隐患，可能引发火灾事故。智能电瓶车充电桩具备稳定电压、过载保护、自断机制、异常预警等功能，通过集中式部署可与各类火灾安全事故隔绝，不仅提高了电瓶车电池的使用寿命，同时也提高了电瓶车的充电效率，保证了人身和设备安全，降低了消防安全隐患。
【关键词】:电瓶车；智能充电桩；安全隐患；充电效率
0 引言
电瓶车以其方便、快捷、廉价、环保等特点，成为我国农村和城市居民的主要交通工具，电瓶车的拥有量越来越大，电瓶车充电桩的需求量也会越来越大，各个医院、厂区、学校、工业园区、电瓶车维修点、共享单车充电站、小区、商场等电瓶车充电桩的需求越来越紧迫。根据十三五规划以及相关政策性文件等的推出，要求规范电动车的停放及充电行为，鼓励发展具备定时充电、自动断电、故障报警等功能的智能充电控制设施，推广安装电气火灾监控和可视监测系统，公共充电设备的发展必将朝着智能化的方向前进叫
公司智能环保电瓶车充电桩不但能解决传统充电设施管理手段落后、管理难度大、安全隐患多等痛点，而且充分利用了充电用户量大、刚需、高频的特点，依托充电APP上的用户，建设电瓶车产业链平台，通过互联网为用户提供便民生活服务。通过集中式部署与各类火灾安全事故隔绝，充电完成自动断电，大大降低人身和设备安全事故的发生。
1智能电瓶车充电桩系统方案的组成
智能电瓶车充电桩是新一代电瓶车智能充电设备，基于物联网的智能充电管理运营系统打破现有充电方式，为用户提供更加安全、智慧的充电解决方案。系统利用物联网、移动互联网等新一代信息技术，实现对用电设备的智能控制。通过平台数据分析，并与移动客户端或微信小程序对接，实时向用户反馈充电情况，将软件移动支付、信息查看融为一体，为居民提供用能服务叫通过对电瓶车停放充电车棚的集中控制，实现故障及时发现与定位，保障车棚安全运营。智能电瓶车充电桩系统方案主要组成包括：扫码充电终端（插座）、充电桩、物联网主机、云平台管理系统及用户终端冋。
1.1智能电瓶车充电桩的主要组成
1.1.1 柜体结构
电瓶车充电桩采用分体式安装，其外壳是通过检测的IP54防尘防水等级，设备可独立安装在户外，减少了运营商的安装运维成本。智能充电桩外观如图1所示。
图1智能充电桩外观示意图
1.1.2 刷卡模块
刷卡装置，对卡片实现硬件加密认证处理，保证其账户数据安全。
1.1.3信号接收模块
用于刷卡选择端口及语音提醒。刷卡装置，对卡片实现硬件加密认证处理，保证其账户数据安全。
1.1.4温度、漏电监测模块
主要用于监测回路温度以及检测回路是否存在漏电情况。
1.1.5 联网模块
独立的全网通4G网络，采用物联网技术连接云平台服务器，与用户进行数据交换及定位，突破联网难题。
1.1.6 CPU控制模块
采用分布式CPU控制板，电磁兼容性好，工作稳定可靠；具有输入过/欠压保护、输出过流保护、输出过压保护、输出短路保护、过温保护及告警功能。
1.1.7检测模块
检测模块主要完成负载的检测，通过数据通讯接口，读出充电设备参数，输出对应的充电电流，并通过充电芯片，或者通过输出的电流表，检测输出的流电电流大小。当检测到过载时，检测模块发送过载消息给控制模块，控制模块断开此路负载叫
1.2云平台管理
充电桩管理平台与互联网运营公司，以云计算、大数据、人工智能技术为核心，致力于为企业、社区提供电瓶车安全充电的多场景解决方案。通过网络模块与云端进行通信和数据交互。系统的软、硬件设计采用模块化特点，具有可重组性，系统采用分布式架构，满足工程分步实施的要求，方便软、硬件配置的升级。系统资源占用低，报警及时，报警数据信息会实时传输到我们的手机APP或电脑服务端。实现支付对接：能够支持投币、刷卡等多种支付方式；保证支付过程交易的完整性，对充电过程中的异常情况进行有效处理；实现对下级平台的清算、对账功能。
2智能电瓶车充电桩的功能
2.1安全措施
防火、防水、防雷、防尘，异常情况立即启动智能保护机制，杜绝火灾隐患。
2.2远程控制
使用物联网技术远程控制，一旦设备有任何问题即时反馈至后台。
2.3充满自停，保护电池
管理平台监测通过实时检测充电电流值，实现充满后自动断电，既保护车辆不因过充受损，保护电动车电池，延长寿命又预防火灾事故。
2.4智能识别，杜绝隐患
智能电瓶车充电桩，可以设定功率报警值，达到报警值时会断开对应充电回路，防止用户私接插线板给多台电瓶车充电或大功率设备进行充电，杜绝过载引起的安全隐患。出厂默认设定300W。
2.5 电池组自动识别
根据当前不同被充电池自动识别电池组为（24V、36V、48V、60V、72V）何种电池组电压，自动设定充电系统为该电池组充电参数。
2.6断电记忆
当出现电网停电时，来电恢复后可继续使用剩余的时间充电，用户利益不受损。
2.7空载保护
用户拔掉充电器或充电器插头未插紧，若还有剩余时间或电量，则会发出报警，同时在已设定的一定时间内关闭该回路供电。
2.8漏电、过载、短路保护
智能充电桩有自动熔断机制，采用软硬件双重保护机制严防过流、漏电、短路电气保护，灵活设置进行限流保护，充电桩待机状态不带电，避免触电；充满电自动切断、漏电过载自动断电、雷击保护。智能充电桩有短路保护功能，可以避免短路点产生危险性电弧火花，从源头上杜绝短路火灾发生的可能性。
2.9人性化的收费模式
用户可通过扫描二维码的方式进行查询、充值并接收提示消息，支持手机微信、支付宝等主流三方支付软件的线上支付功能，合理收费，满足不同人群的支付需求
2.10误拔防盗电提醒
在充电过程中，如被他人恶意拔掉充电器进行盗充，平台会及时断开电源，并实时推送信息给充电用户。
2.11 节约成本
每台设备支持10路插座输出，满足更多车辆充电，节约安装成本。
2.12电流自动调节
根据当前被充电池组特性，充电系统自动设置出当前电池组适合的充电电流。
3智能电瓶车充电桩系统技术优势
智能环保电瓶车充电桩控制系统所设计的功能充分考虑到用户使用的感受，充电桩设备控制系统具有实现简单、集成化程度高、用户操作界面友好等优点，为电瓶车充电提供安全、可靠的电源，对于推动整个行业对电瓶车的发展及充电桩技术的发展起到了重要作用。开发的智能电瓶车充电桩采用内置CPU控制技术，集计量为一体，效率高、电磁兼容性好，工作稳定可靠，分布式组装，能有效降低维护成本。设备多种保护措施：过充保护、短路保护、漏电保护、过载保护、防雷保护、空载保护、防雨保护、自检保护、远程控制、语音播报功能。智能充电桩具有平台化管理，能降低人工维护成本，随时知晓车辆和场地信息；集中式停充这种统一规范化管理，减少了乱停乱放乱冲的现象，降低了消防安全隐患；规范财务管理，实时知晓财务收支情况。采用智能控制芯片，性能稳定，过载断电、短路断电、断电记忆、独立控制等功能。
4智能电瓶车充电桩系统解决的实际问题
1） 根据大众需求，为小区、工厂、商场、学校等提供整体解决方案，解决电瓶车充电难、管理难、收费难的问题。
2） 改善电动车乱停、乱放、上电梯、私拉电线等问题。
3） 电流过载保护安全系数增加，大大降低充电引发火灾事故的概率，保证电动车充电安全，防止电动车充电引起火灾等危害。
4） 智能充电，保护电动车电池、延长电动车使用寿命，解放人工看守。
5安科瑞充电桩收费运营云平台
5.1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。
5.2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。
5.3系统结构
5.3.1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。
5.4安科瑞充电桩云平台系统功能
5.4.1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。
5.4.2.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。
5.4.3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。
5.4.4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。
5.4.5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。
5.4.6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。
5.4.7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。
5.4.8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。
5.5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、OPC UA、ModbusTCP（主、从）、104（主、从）、建筑能耗、SNMP、MQTT；（主模块）输入电源：DC 12 V ～36 V 。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 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结束语
随着数字化、信息化、智能化技术水平的不断提高，智能电瓶车充电桩系统在大数据、物联网、人工智能、虚拟助手等新科技的推动下，智能化程度越来越高，采用物联网技术为社区提供“智慧、安全、便捷”的电瓶车充电解决方案，助力和谐社区建设。智能环保电瓶车充电桩项目作为被鼓励与支持的民生工程，其建成与落地能够有效降低充电火灾安全隐患，提高电瓶车充电效率，提高电瓶车电池的使用寿命，节能、节钱，利民、惠民、便民,为营造和谐社会提供有力的技术和安全保证。
参考文献
[1]刘坍.浅谈我国电动自行车的发展[J].科技传播,2010,（12）.
[2]郭自强.关于快速充电一定义和分类及各种充电方法[J].电动自行车，2010.
[3]童诗白，华成英.模拟电子技术基础[M]高等教育出版社, 2000.
[4]杨旭,裴云庆，王兆安.开关电源技术[M].机械工业出版社, 2004.
[5]安科瑞企业微电网设计与应用手册2022.05版．
[6]任彦萍.浅谈智能环保电瓶车充电桩系统方案的设计应用[J].甘肃科技,37卷15期,2021年8月.