云智能電瓶車快速充電系統(tǒng)設計

李云南 劉文慶 楊月

摘要：居民住宅區(qū)和公共場所共享云智能充電系統(tǒng)，以電瓶車安全充電為基礎，基于GPRS、Ethernet構建互聯(lián)網(wǎng)+物聯(lián)網(wǎng)+人聯(lián)網(wǎng)的模式，通過自主研發(fā)智能充電樁、主機、通訊設備、服務端和客戶端應用系統(tǒng)，為降低電瓶車充電火災隱患、實現(xiàn)安全充電的終極目標提供技術手段及相關服務。本設計可以使用太陽能板、壓電膜等綠色能源作為補充，同時，充電樁自助設備終端還可以投放商業(yè)廣告（平面或對媒體形式）提高商家的額外收益，做到社會效益和經(jīng)濟效益的雙贏。

關鍵詞：電瓶車;智能;充電樁;系統(tǒng)設計

中圖分類號：TB472

文獻標識碼：A

文章編碼：1672-7053（2019）04-0150-02

Abstract：The cloud intelligent charging system is shared in residential areas and public places.Based on the safe charging of battery cars， based on GPRS and Ethernet， the Internet + Internet of things + human networking mode is built.Through independent research and development of intelligent charging piles， host computers， communication devices， service providers and clients， the system should be used to reduce the charging ?re hazards of battery cars and provide the ultimate goal of safe charging.Means and related services.This design can use solar panels， piezoelectric ?lms and other green energy as supplements.At the same time， charging pile self-service equipment terminal can also put commercial advertisements（plane or media form）to improve the additional revenue of businesses， so as to achieve win-win social and economic bene?ts.

Key Words：Battery car;Intelligence;Charging pile;System design

我國綜合國力日益增強，經(jīng)濟高速發(fā)展。電瓶車更是廣泛地進入人們的視野。因此電瓶車智能充電裝置的安全性面臨著新的挑戰(zhàn)。本文介紹了一種云智能電瓶車快速充電系統(tǒng)的設計過程。主要研究過程包括進行智能充電設計、進行硬件設計、進行外觀設計。

1云智能電瓶車快速充電系統(tǒng)的可實施性及必要性

近年來電動自行車充電火災事故頻發(fā)，造成群死群傷，這一現(xiàn)象也揭露了整個充電行業(yè)令人擔憂的現(xiàn)狀。

從用戶層面來看，全國使用電動自行車用戶近3億，并以每年超過3000萬的增量增加，具有良好的發(fā)展前景。

從產(chǎn)品層面來看，充電的核心產(chǎn)品――充電器，質量堪憂。據(jù)新聞調查公布的數(shù)據(jù)，90%市售充電器不合格，極易引發(fā)充電火災。而電動自行車的劣質電池充斥市場，主要體現(xiàn)在缺乏統(tǒng)一標準，類型、規(guī)格多樣。由于現(xiàn)有的電瓶車充電裝置安全性極低，要想解決電瓶車充電裝置的安全性及功能性問題，必須將理論和實踐相結合，在了解基礎功能以及各項優(yōu)化的基礎上，提高綜合型電瓶車充電系統(tǒng)的可實施性，做到理想化的設計[1]。

從服務方面來看，規(guī)?；?、優(yōu)質、安全的公共充電服務缺失。目前的充電服務，大多零散分布在各個小區(qū)和物業(yè)，一般都是通過物業(yè)提供插座，或者用戶自帶充電器方式完成充電。有的用戶甚至將車輛推入室內，或將電池拆卸入室充電，安全隱患極大。

近年來，電瓶車火災事故頻發(fā)，引起人員傷亡，政府、消防、物業(yè)、消費者各方對電動車充電安全問題開始重視。2017年12月29日，公安部發(fā)布《關于規(guī)范電動車停放充電加強火災防范的通告》，嚴禁在建筑內的共用走道、樓梯間、安全出口處等公共區(qū)域停放電動車或者為電動車充電;構成違反消防管理行為的，公安機關將依法予以處罰;引起火災，造成嚴重后果，構成犯罪的，依法追究刑事責任[2]。

2對充電系統(tǒng)的設計要求

為保證電瓶車快速充電系統(tǒng)可靠高效運作，對該系統(tǒng)的性能有以下幾項要求：

1）對安全性的要求。在電瓶車進行充電時，操作者進行開啟、斷開操作時;充電系統(tǒng)發(fā)生故障時，要保證人員安全。同時也要保證充電時電瓶車的安全，避免過熱起火和電路老化等等問題。

2）操作便捷。對電瓶車進行充電時，充電系統(tǒng)應操作簡易，充電過程應自動性強一些，不需要工作人員過多參與，過程不要過于復雜。

3）經(jīng)濟性。成本較小的充電系統(tǒng)可以減少電瓶車的運行成本，從而提高效益，促進電瓶車的使用推廣。

4）高效性。充電效率高是充電系統(tǒng)的重要指標，也關系著電瓶車的商業(yè)化推廣。本系統(tǒng)可以同時多輛充電，同時安全快速充電。

5）技術難題。為電動自行車提供公共充電服務，首要難題是公共充電設施如何適配五花八門的電池，需要一個“萬能充電器”[3]。近一年來，一些項目試圖對電動自行車充電進行智能化改造，受困于技術瓶頸，僅限于支付環(huán)節(jié)的優(yōu)化，我們完全可以將投幣插座升級為掃碼插座。電池、電源管理等關鍵領域無能為力，無法完成真正的智能化，無法集成充電模塊，無法消除劣質充電器帶來的隱患，無法做到戶外安全充電。電瓶車快速充電系統(tǒng)，突破了智能識別電池、自適應動態(tài)控制電源核心技術。在不同類型、規(guī)格電動車電池安全充電的基礎和前提上，能夠識別出電池規(guī)格參數(shù);在準確識別的基礎上，自適應輸出電壓、電流，動態(tài)調整電源參數(shù)，識別電池充滿，自動斷電。Guarder云智能充電網(wǎng)絡，具備人工智能網(wǎng)絡學習算法，新的充電曲線即時上傳云端，同步給所有在線設備，不斷提高電池識別和電源控制精確度。

6）充電原理。采用脈沖充電，有利于延長電瓶壽命。脈沖低壓交流電經(jīng)全波整流后是脈動直流，當其波峰電壓大于電瓶電壓時，可控硅才會導通，當脈動直流電壓處于波谷區(qū)時，可控硅反偏截止，停止向電瓶充電。因而流過電瓶的是脈動直流電，快速充電，充滿自停。剛開始充電時電瓶兩端電壓較低，充電電流較大。當電瓶即將充足時，充電電壓越來越接近脈動直流輸出電壓的波峰值，充電電流也會越來越小，自動變?yōu)殇噶鞒潆?。當電瓶兩端電壓被充到整流輸出的波峰最大值時，充電過程停止。經(jīng)試驗，三節(jié)電動車蓄電池36V串聯(lián)，用該充電器只需2個小時即可充滿。電路簡單、易于制作，幾乎不用維護及維修[4]。

3云智能電瓶車快速充電系統(tǒng)創(chuàng)新設計實踐――以Guarder項目為例

3.1Guarder云智能電池識別系統(tǒng)和硬件安全

我們設計了Guarder云智能電池識別系統(tǒng)，可根據(jù)電池的規(guī)格來預先調節(jié)充電樁的輸出電壓，有效解決充電器不適配問題，同時必須采用專業(yè)級戶外用電防護設備來確保安全。充電柜裝有溫度感應器，達到消防要求的溫度會自動斷電，且選用防爆材料制作充電柜的柜體，構筑最后一道防線，把火控制在柜子里面，不會傷及周邊。充電樁和充電柜必須采用防雨、防水的材料，高強度結構設計，插頭必須通過10000次撥插測試無故障。

3.2Guarder云智能充電新模式和軟件安全

充電過程中的保護措施包括：專業(yè)級戶外用電防護設備、接地保護、防雷保護、防塵防水保護、超載斷電保護、欠載斷電保護、線路短路保護、人身漏電保護、最長充電時間保護、充滿自停電池壽命保護、聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控實時保護[5]。引入電池識別系統(tǒng)，市面上電池種類很多，智能充電樁可識別電池類型和各種技術參數(shù)，做到實時監(jiān)控充電電流、電壓監(jiān)控、異常斷電、充滿自停充電，以保證充電安全。加入呼吸式心跳檢測，杜絕過載、過流、過溫、欠載、浪涌等風險。

3.3操作系統(tǒng)和智能系統(tǒng)

Guarder云智能系統(tǒng)是為電動車配備的足以完成智能功能的操作系統(tǒng)，操作系統(tǒng)分硬件系統(tǒng)、云系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)、客戶端系統(tǒng)等多個組成部分，通過各系統(tǒng)之間的相互協(xié)調，用戶能夠在遠處智能的遙控自己的車輛[6]。智能系統(tǒng)分為設防、解防、靜音、尋車、一鍵啟動、GPS功能，通過手機連接APP，可以實現(xiàn)對電動車的實時操控，安全、控制、定位等功能都可以通過一顆小小的芯片完成。能兼容所有的含有藍牙的手機，兼容安卓系統(tǒng)和蘋果系統(tǒng)[7]。

3.4APP

用戶可通過手機APP遠程查看充電進度，遠程控制充電開始、結束、異常通知?！白詣佣ㄎ灰绘I導航”功能自動推薦離客戶位置最近的充電站，并支持地圖導航。還能將新的充電曲線即時上傳云端，同步給所有在線設備。

在使用智能系統(tǒng)時，應注意以下事項：（1）在車輛行駛過程中，禁止操作本軟件;（2）手機電量偏低時，請及時將感應模式切換為遙控模式，避免影響正常使用;（3）感應距離與手機發(fā)射信號、車輛所處環(huán)境有關，可能造成與設置距離偏差;（4）部分功能需要手機系統(tǒng)功能支持;具體操作需要下載手機APP。

3.5Guarder云智能快速充電系統(tǒng)兒童防護

兒童防護在本產(chǎn)品中無疑也是非常重要的，不僅要對兒童自身的安全考慮，同時也要保護充電設施不被兒童無意破壞。所以充電插口都配有獨立安全門，預防兒童無意觸電安全風險和兒童毀壞充電插口和放入異物，以免影響使用。

3.6Guarder云智能自反饋系統(tǒng)

Guarder云智能電瓶車快速充電系統(tǒng)出現(xiàn)故障或被破壞將會對管理系統(tǒng)發(fā)出信號，通知維修人員，在最短時間內對Guarder云智能電瓶車快速充電系統(tǒng)進行維修。

3.7支付以及收費方式

充電站設備安裝好后，管理人員可根據(jù)自己實際情況任意設置，設備設置有多重保護措施，系統(tǒng)性能安全可靠。根據(jù)電動車充電功率，自動判斷收費標準;可同時采用按次計費和預付費模式。預付費模式，剩余金額自動返還;收費標準自由設置，充電時間10-999分鐘可調;計費方式：按充電次數(shù)計費，按電子錢包計費，按包月計費。支持APP支付、掃碼支付、充電IC卡支付等多種支付方式。支持微信、支付寶掃碼充電。用戶自行選擇“按時間、電量收費”，或者按時、按量、包月充電套餐。

4總結

Guarder云智能電瓶車快速充電系統(tǒng)是為電動自行車日常通勤用戶提供戶外公共充電的解決方案，安裝在小區(qū)、園區(qū)和商業(yè)樓宇等用戶生活、工作區(qū)域。充電柜是為外賣、快遞等物流垂直領域提供的電池存儲、充電解決方案，擺放在外賣快遞集中商圈、商鋪以及站點。

Guarder云智能電瓶車快速充電系統(tǒng)，突破了智能識別電池、自適應動態(tài)控制電源核心技術。給不同類型、規(guī)格電動車電池安全充電的基礎和前提，必須能夠識別出電池規(guī)格參數(shù)，在準確識別的基礎上，自適應輸出電壓、電流，動態(tài)調整電源參數(shù)，識別電池充滿，自動斷電。Guarder云智能充電網(wǎng)絡，具備人工智能網(wǎng)絡學習算法，新的充電曲線即時上傳云端，同步給所有在線設備，不斷提高電池識別和電源控制精確度。另外，本方案還可以使用太陽能板、壓電膜等綠色能源作為補充，同時，充電樁自助設備終端還可以投放商業(yè)廣告（平面或對媒體形式）提高商家的額外收益，做到社會效益和經(jīng)濟效益的雙贏。

參考文獻

[1]王錦堯.國內外電動自行車充電樁對比[J].合作經(jīng)濟與科技，2017（01）.

[2]邱亞楠，陳波，顧純清.電動自行車用充電器產(chǎn)品發(fā)展狀況分析[J]電動自行車，2016（09）.

[3]陸燦楠，葉樺，仰燕蘭等.校園電動自行車充電管理系統(tǒng)的設計[J].信息技術與信息化.2016（11）.

[4]麻友良，羅明勝，陳全世.電動汽車用電池智能化快速充電研究[J].武漢科技大學學報，2010，（02）：218-221.

[5]王敏，冷斌.電動車充電器定時裝置的設計[J].江西化工，2016（06）.

[6]秦國花.多功能車用智能充電電源控制系統(tǒng)[J].電子測試，2016（12）.

[7]潘曉東，詹嘉，楊軫.智能停車誘導系統(tǒng)的設計應用研究[J].華東交通大學學報，2007（01）.