電動汽車立體停車設備的控制系統

王麗霞 楊裕祥 邱榮賢 丁學恭

(杭州職業技術學院友嘉機電學院1，浙江 杭州 310018;杭州友佳精密機械有限公司研發中心2，浙江 杭州 310018)

0 引言

全球能源危機和日益惡化的環境，嚴重制約了燃油汽車行業的發展。電動汽車將成為汽車的主要發展方向，但充電難和停車難限制了電動汽車的發展。

我國已開始有組織有計劃地推動電動汽車的研發和產業化［1］。目前，市場上的電動汽車充電設備有充電站和充電樁兩種［2］。充電樁方式，充電時間長且不能節約占地面積;充電站方式，投資大、建造數量少，目前只適合示范運營的公共交通電動汽車。立體停車設備有效地解決了土地供需緊張的問題［3］，其種類有升降橫移式［4］、巷道堆垛式、垂直提升式等［5］。但目前市場上的立體停車設備都只能停車，不能充電。如果能讓電動汽車停在車庫時能自動充電，將在很大程度上促進電動汽車行業的發展。

1 充電方式的選擇

電動汽車的充電方式一般有以下3種［6］。

①普通充電方式，充電電纜通過符合 GB 2099.1要求的額定電流不小于16 A的插頭插座與交流電網進行連接。一般需要5～8 h，適合家庭和停車場等場所。

②快速充電方式，充電的電流值要求較高，一般在150～400 A之間［7］。在20～30 min內，為電池充電50%～80%。存在成本高和降低電池壽命等缺點。

③更換電池方式，電動汽車在充電站把用完的電池卸下來，更換上充滿電的電池［8］。更換電池方式有兩大局限性:一是需要電池規格標準化;二是需要人工操作，不適合全自動化。

因此，電動汽車全自動立體停車庫采用普通充電方式，用智能充電機或市電進行充電。

2 立體停車設備的控制系統

立體停車設備的控制系統構成如圖1所示。

圖1 車庫控制系統構成Fig.1 The composition of the control system for parking facilities

立體車庫控制系統由PLC可編程序控制器(FX2N)PLC控制、接觸器 S-P11執行［9］。采用串口RS-485通信協議實現上位機(工業控制計算機)與PLC的通信傳輸［10］，組成局域網絡，實現整體停車場所有立體車庫的管理。

3 智能充電系統

充電收費管理系統原理圖如圖2所示。充電管理系統由立體車庫控制系統控制，包括IC卡刷卡裝置、人機操作界面、充電裝置和充電狀態監視裝置等［11］。

圖2 充電收費管理系統原理圖Fig.2 Schematic of charging payment management system

控制電路主要由嵌入式ARM處理器完成，用戶可自助刷卡進行用戶鑒權、余額查詢和計費查詢等功能。用戶也可根據人機操作界面指示選擇按時計費充電、按電量充電、自動充滿、按里程充電等充電模式。電動汽車充電控制系統與車庫控制系統利用有線互聯網進行數據交互。電動汽車充電機控制器與電池管理系統系統(BMS)利用CAN總線進行數據交互。

3.1 人機操作界面

人機操作界面是使用者與設備溝通的界面，采用按鈕操作方式，用于車位調度、存取車、充電等操作。界面操作方式有手動與自動兩種模式。將選擇開關旋到手動檔為手動模式，僅供維修保養人員使用;旋到自動檔進入自動模式，為停車用戶使用。

3.2 IC卡刷卡裝置

立體停車設備的進出口處設有IC卡刷卡裝置，用于停車、充電的開始和結束、費用計算和扣費以及打印票據等。刷卡付費采用先存車后扣費的形式。打印票據單內容包括車位號、用電量、電費、停車時間、停車費、合計費用和日期等內容。

3.3 安全充電裝置

在立體停車庫中，每個車位側板后部與電動汽車充電電纜對應的位置上安裝有專用的安全充電插座。此裝置應防水防踩踏，其結構安裝示意圖如圖3所示。

圖3 安全充電插座安裝示意圖Fig.3 Illustration of the installation of safety charging socket

3.4 充電狀態監視裝置

充電狀態監視裝置由安裝在立體停車庫控制箱內的電流表、電壓表、智能電表、電源接觸器和傳感器等組成。該裝置作用有兩個:測量用電量和保護充電線路和設備。充電線路示意圖如圖4所示。線路采用智能電表，用串行接口與立體停車設備的收費系統連接，將用電量及電費數據傳輸給收費系統。在充電線路中安裝傳感器，以將電流和電壓信號傳給立體停車設備PLC控制器，由PLC控制器控制電源接觸器。

圖4 充電線路示意圖Fig.4 Schematic of the charging circuit

4 立體停車設備操作程序

汽車入庫時，由車主按下人機操作界面上的“存車”按鈕，將車位指令傳輸到控制系統，控制系統指揮執行機構調度被呼叫車位到達指定位置。門禁系統打開，車主將汽車駛入車位，如需充電則把電動汽車的充電線插入車位上的專用充電插口。車主到出入口IC卡刷卡裝置處刷卡，此時系統開始計時且智能充電系統開始釋放電能并通過立體車庫控制系統，將充電電流輸送至該停車位為所停電動汽車充電。同時，充電狀態監視裝置開始監視充電電流、電壓等參數。門禁系統關閉，人機操作界面指示車主可離開立體停車設備，入庫完成。

汽車出庫時，由車主按下人機操作界面的“取車”按鈕，將車位指令傳輸到控制系統，控制系統控制執行機構調度被呼叫車位到達指定位置。門禁系統打開，車主到出入口IC卡刷卡裝置處刷卡，此時系統結束計時且智能充電系統關閉電能輸出。IC卡刷卡裝置顯示收費金額并完成IC卡內金額扣費，打印出收費憑證。車主將電動汽車的充電線拔出車位上的專用充電裝置并收回到電動汽車內后直接駛出立體停車設備，門禁系統關閉，出庫完成。車庫操作程序框圖如圖5所示。

圖5 停車設備操作程序流程Fig.5 Operational program of the parking facilities

5 結束語

研發的停車設備充電收費管理系統采用IC卡，方便快捷。每個車位側板后部安裝的安全充電插座具有防水防踩踏功能，保障了汽車和停車設備的安全。電動汽車立體停車設備既實現了電動汽車停車、充電、收費智能化，又大量地節約了土地資源，為電動汽車事業的發展提供了有效的保障。

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