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(jié)合常規(guī)充電樁的特點,兼顧無人駕駛車輛的充電問題,設(shè)計并開發(fā)了一套集成自動充電和手動充電于一體的新式充電設(shè)備,既能兼容現(xiàn)有的充電方式,又能針對無人駕駛車輛實現(xiàn)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(jié)果表明,該系統(tǒng)運行穩(wěn)定,能夠解決充電操作不統(tǒng)一和付費平臺不兼容等問題。

關(guān)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(chǎn)銷與充電樁/站建造數(shù)量與日俱增,但在迅猛發(fā)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(tǒng)一等。所以目前亟待研究出一種無人參與的新式充電設(shè)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(shù)發(fā)展日趨成熟,包括美國、日本、德國、中國等在內(nèi)的國家和地區(qū)都在進(jìn)一步加快無人駕駛領(lǐng)域的布[1-2]。文獻(xiàn)[3]開展了無人駕駛車輛智能水平評價研究。文獻(xiàn)[4,5]介紹了無人駕駛主要技術(shù)手段和發(fā)展現(xiàn)狀?？梢钥闯?無論是從解決實際問題出發(fā)還是從技術(shù)儲備角度出發(fā),研究針對無人駕駛車輛的充電技術(shù)都是很有必要的。

     目前也有國內(nèi)外部分學(xué)者針對電動汽車充電問題進(jìn)行了相關(guān)研究。文獻(xiàn)[6]介紹了電動汽車充電相關(guān)的儀表校驗技術(shù),文獻(xiàn)[7]開展了無人值守的智能充電樁的研究。文獻(xiàn)[8,9]探討了制約充電設(shè)施發(fā)展的主要原因以及產(chǎn)業(yè)建設(shè)研究。文獻(xiàn)[10]設(shè)計了智能充電樁嵌入式控制系統(tǒng)。但是目前關(guān)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(shù)創(chuàng)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(xiàn)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(tǒng)整體設(shè)計

     充電服務(wù)系統(tǒng)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(guī)的電動汽車,車主駕駛車輛進(jìn)入充電區(qū)域后,可以自行插拔充電槍,并刷卡認(rèn)證從而進(jìn)行充電;而無人駕駛車輛則先進(jìn)行車輛自動識別,然后通過自動對接技術(shù)來完成充電槍與充電口的識別與插接工作,從而進(jìn)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(tǒng)通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對接入系統(tǒng)的充電樁站點和各個充電樁進(jìn)行不間斷地數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控，同時對各類故障如充電機過溫保護(hù)、充電機輸入輸出過壓、欠壓、絕緣檢測故障等一系列故障進(jìn)行預(yù)；用戶通過微信/支付寶小程序掃描二維碼，進(jìn)行支付后，系統(tǒng)發(fā)起充電請求，控制二維碼對應(yīng)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(wǎng)接入互聯(lián)網(wǎng)，配合加密技術(shù)和秘鑰分發(fā)技術(shù)，基于TCP/IP的數(shù)據(jù)交互協(xié)議，與云端進(jìn)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(wù)管理、變壓器監(jiān)控和運營分析等功能。

平臺結(jié)構(gòu)

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(jiān)測，充電樁異常交易監(jiān)測。

■交易結(jié)算

充電價格策略管理，預(yù)收費管理，賬單管理，營收和財務(wù)相關(guān)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(wù)

充電設(shè)施搜索，充電設(shè)施查看，地圖尋址，在線自助支付充電，充電結(jié)算，導(dǎo)航等。

■微信小程序

掃碼充電，賬單支付等功能。

■數(shù)據(jù)服務(wù)

數(shù)據(jù)采集，短信提醒，數(shù)據(jù)存儲和解析。

■變壓器監(jiān)控

監(jiān)控充電站變壓器負(fù)荷，超負(fù)荷時對充電樁的調(diào)度管理。

現(xiàn)場軟硬件配置

產(chǎn)品介紹

1、互聯(lián)網(wǎng)版智能交流樁系列

2、產(chǎn)品性能

注：*為通信方式，可選。

產(chǎn)品功能

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

2）智能計量：輸出配置智能電能表，進(jìn)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(wǎng)絡(luò)運營平臺。

3）云平臺：具備連接云平臺的功能，可以實現(xiàn)實時監(jiān)控，財務(wù)報表分析等等。

4）保護(hù)功能：具備防雷保護(hù)、過載保護(hù)、短路保護(hù)和漏電保護(hù)等功能。

5）遠(yuǎn)程升級：具備完善的通訊功能，可遠(yuǎn)程對設(shè)備軟件進(jìn)行升級。

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

7）資產(chǎn)安全：產(chǎn)品全部由中國平安保險承保，充分保障設(shè)備、車輛、人員的安全。

產(chǎn)品特點

     智能、安全、穩(wěn)定、云平臺、移動支付、遠(yuǎn)程升級、導(dǎo)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(hù)器

國內(nèi)電氣火災(zāi)統(tǒng)計和分析

隨著社會經(jīng)濟的飛速發(fā)展，社會電氣化程度不斷提高，用電負(fù)荷過大、線路短路等原因?qū)е码姎饣馂?zāi)發(fā)生越來越頻繁，使得火災(zāi)數(shù)量呈上升趨勢。

據(jù)5年的統(tǒng)計分析，電氣火災(zāi)發(fā)生的場所中，住宅發(fā)生火災(zāi)事故的數(shù)量高居前列（占比51%），線路短路及線路老化是誘發(fā)事故的主要原因。

通過對5年電氣火災(zāi)故事原因分析發(fā)現(xiàn)，主要有電線短路、過負(fù)荷用電、接觸不良等幾種原因?qū)е率鹿拾l(fā)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(nèi)能達(dá)到額定電流的十幾倍甚至幾十倍。根據(jù)焦耳定律∶Q=I2Rt，在短路點產(chǎn)生的熱量成指數(shù)倍增加，使短路點瞬間熔化并火星四濺，很易引發(fā)火災(zāi)事故。

傳統(tǒng)短路保護(hù)手段

傳統(tǒng)保護(hù)方式采用電磁脫扣式斷路器，檢測到短路時，脫扣器動作，分?jǐn)鄷r間在毫秒級，無法控制短路電流。好的方式是采用響應(yīng)速度快的限流技術(shù)和器件。

ASCP10-1電氣防火限流式保護(hù)器

額定電流：0~20A可設(shè)置

主要功能

短路限流：當(dāng)線路發(fā)生短路故障時，能在150μs內(nèi)實現(xiàn)快速限流保護(hù)，控制因短路電流過大所引起的電氣火災(zāi)事故。

過載限流：當(dāng)被保護(hù)線路的電流超過額定電流，線路過載且過載持續(xù)時間超過設(shè)定時間（3-60秒）時，保護(hù)器進(jìn)行限流保護(hù)。

超溫限流：當(dāng)保護(hù)器的內(nèi)部元器件溫度超過設(shè)定值時，產(chǎn)品啟動超溫限流保護(hù)功能，防止因溫度過高造成產(chǎn)品損壞。

通訊功能：一路RS485接口，Modbus-RTU協(xié)議。

ASCP200-1電氣防火限流式保護(hù)器

額定電流：0~63A可設(shè)置

主要功能：

短路限流：當(dāng)線路發(fā)生短路故障時，能在150μs內(nèi)實現(xiàn)快速限流保護(hù)，控制因短路電流過大所引起的電氣火災(zāi)事故。

過載限流：當(dāng)被保護(hù)線路的電流超過額定電流，線路過載且過載持續(xù)時間超過設(shè)定時間（3-60秒）時，保護(hù)器進(jìn)行限流保護(hù)。

超溫限流：當(dāng)保護(hù)器的內(nèi)部元器件溫度超過設(shè)定值時，產(chǎn)品啟動超溫限流保護(hù)功能，防止因溫度過高造成產(chǎn)品損壞。

過/欠壓保護(hù)：當(dāng)保護(hù)器檢測到線路電壓欠壓或過壓時，保護(hù)器發(fā)出聲光報警信號，可預(yù)先設(shè)置是否啟動限流保護(hù)。

ASCP200-1電氣防火限流式保護(hù)器

額定電流：0~63A可設(shè)置

主要功能：

線纜溫度監(jiān)測：當(dāng)被監(jiān)測線纜溫度超過報警設(shè)定值時，保護(hù)器發(fā)出聲光報警信號，可預(yù)先設(shè)置是否啟動限流保護(hù)。

漏電流監(jiān)測：當(dāng)被監(jiān)測的線路漏電超過報警設(shè)定值時，保護(hù)器發(fā)出聲光報警信號，可預(yù)先設(shè)置是否啟動限流保護(hù)。

通訊功能：具有1路RS485接口，1路2G無線通訊，可以將數(shù)據(jù)發(fā)送到后臺監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。監(jiān)控后臺可以是     安科瑞Acrel-6000/B電氣火災(zāi)監(jiān)控主機，也可以是安科瑞Acrel-6000安全云平臺，或三方監(jiān)控軟件或平臺。

技術(shù)參數(shù)：

ASCP系列電氣防火限流式保護(hù)器—安裝與接線

尺寸與安裝：

接線方式：

選型及使用說明：

保護(hù)器設(shè)定的額定電流應(yīng)該與其前級的斷路器的額定電流保持一致。

注意保證產(chǎn)品正常的通風(fēng)和散熱。

保護(hù)器內(nèi)部帶有交流電，嚴(yán)禁非專業(yè)人士擅自打開產(chǎn)品外殼。

保護(hù)器后方可接多個負(fù)載，需要保證負(fù)載的額定電流小于保護(hù)器的額定電流。

ASCP200為功能型，標(biāo)配溫度監(jiān)測和漏電流監(jiān)測。

ASCP200-1電氣防火限流式保護(hù)器—過載功能演示

微斷保護(hù)下，線路過載測試試驗

現(xiàn)象：線路過載發(fā)熱，絕緣損壞致使短路，微斷跳閘保護(hù)，損壞點火星四濺。

限流式保護(hù)器保護(hù)下，線路過載測試

現(xiàn)象：線路過載發(fā)熱，絕緣損壞致使短路，保護(hù)器限流保護(hù)并報警，損壞點無火星產(chǎn)生。

微斷保護(hù)下，線路短路測試試驗

現(xiàn)象：模擬線路短路，微斷跳閘保護(hù)，短路點火星四濺。

限流式保護(hù)器保護(hù)下，線路短路測試

現(xiàn)象：模擬線路短路，保護(hù)器限流保護(hù)并報警，短路點無火星產(chǎn)生。

ASCP200-1電氣防火限流式保護(hù)器—典型系統(tǒng)圖

ASCP200-1電氣防火限流式保護(hù)器設(shè)計與使用誤區(qū)

限流式保護(hù)器有小電流的產(chǎn)品，就可以有大電流的產(chǎn)品，所以在設(shè)計時為了減少使用數(shù)量，盡可能選擇大電流的產(chǎn)品。

限流保護(hù)器的短路保護(hù)功能，應(yīng)需遵守分級保護(hù)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(hù)器既然用在末端線路保護(hù)中，就一定可以裝在末端配電箱里。

限流式保護(hù)器采用固態(tài)開關(guān)，正常工作時有一定功耗，會產(chǎn)生熱量，不應(yīng)安裝在密閉空間內(nèi)。

限流式保護(hù)器和故障電弧探測器的區(qū)別

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

故障電弧探測器則通過對接入線路中的串并聯(lián)故障電弧的監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)線路中的異常狀態(tài)和隱患，主要作用是事前防護(hù)。

限流式保護(hù)器和故障電弧探測器可以配合使用。

限流式保護(hù)器和傳統(tǒng)微斷的區(qū)別

ASCP200-1電氣防火限流式保護(hù)器-證書報告

ASCP200-1電氣防火限流式保護(hù)器-安裝圖片

。

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

ASCP200-1 型電氣防火限流式保護(hù)器是單相限流式保護(hù)器，大額定電流為 63A。可廣泛應(yīng)用于學(xué)校、醫(yī)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(fā)市場、集貿(mào)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(hù)。

2 結(jié)束語

     通過分析市面上的充電樁在服務(wù)過程中存在的不足,并結(jié)合無人駕駛技術(shù)的發(fā)展背景,本課題設(shè)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(shè)備既兼容現(xiàn)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(wù),在一定程度上降低了充電樁更新?lián)Q代的成本,為充電基礎(chǔ)設(shè)施的發(fā)展提供了新思路。

參考文獻(xiàn)

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