云智能電瓶車(chē)快速充電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

李云南 劉文慶 楊月

摘要：居民住宅區(qū)和公共場(chǎng)所共享云智能充電系統(tǒng)，以電瓶車(chē)安全充電為基礎(chǔ)，基于GPRS、Ethernet構(gòu)建互聯(lián)網(wǎng)+物聯(lián)網(wǎng)+人聯(lián)網(wǎng)的模式，通過(guò)自主研發(fā)智能充電樁、主機(jī)、通訊設(shè)備、服務(wù)端和客戶端應(yīng)用系統(tǒng)，為降低電瓶車(chē)充電火災(zāi)隱患、實(shí)現(xiàn)安全充電的終極目標(biāo)提供技術(shù)手段及相關(guān)服務(wù)。本設(shè)計(jì)可以使用太陽(yáng)能板、壓電膜等綠色能源作為補(bǔ)充，同時(shí)，充電樁自助設(shè)備終端還可以投放商業(yè)廣告（平面或?qū)γ襟w形式）提高商家的額外收益，做到社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益的雙贏。

關(guān)鍵詞：電瓶車(chē);智能;充電樁;系統(tǒng)設(shè)計(jì)

中圖分類(lèi)號(hào)：TB472

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)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(guó)綜合國(guó)力日益增強(qiáng)，經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展。電瓶車(chē)更是廣泛地進(jìn)入人們的視野。因此電瓶車(chē)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(chē)快速充電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程。主要研究過(guò)程包括進(jìn)行智能充電設(shè)計(jì)、進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)、進(jìn)行外觀設(shè)計(jì)。

1云智能電瓶車(chē)快速充電系統(tǒng)的可實(shí)施性及必要性

近年來(lái)電動(dòng)自行車(chē)充電火災(zāi)事故頻發(fā)，造成群死群傷，這一現(xiàn)象也揭露了整個(gè)充電行業(yè)令人擔(dān)憂的現(xiàn)狀。

從用戶層面來(lái)看，全國(guó)使用電動(dòng)自行車(chē)用戶近3億，并以每年超過(guò)3000萬(wàn)的增量增加，具有良好的發(fā)展前景。

從產(chǎn)品層面來(lái)看，充電的核心產(chǎn)品――充電器，質(zhì)量堪憂。據(jù)新聞?wù){(diào)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(zāi)。而電動(dòng)自行車(chē)的劣質(zhì)電池充斥市場(chǎng)，主要體現(xiàn)在缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，類(lèi)型、規(guī)格多樣。由于現(xiàn)有的電瓶車(chē)充電裝置安全性極低，要想解決電瓶車(chē)充電裝置的安全性及功能性問(wèn)題，必須將理論和實(shí)踐相結(jié)合，在了解基礎(chǔ)功能以及各項(xiàng)優(yōu)化的基礎(chǔ)上，提高綜合型電瓶車(chē)充電系統(tǒng)的可實(shí)施性，做到理想化的設(shè)計(jì)[1]。

從服務(wù)方面來(lái)看，規(guī)模化、優(yōu)質(zhì)、安全的公共充電服務(wù)缺失。目前的充電服務(wù)，大多零散分布在各個(gè)小區(qū)和物業(yè)，一般都是通過(guò)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(chē)輛推入室內(nèi)，或?qū)㈦姵夭鹦度胧页潆姡踩[患極大。

近年來(lái)，電瓶車(chē)火災(zāi)事故頻發(fā)，引起人員傷亡，政府、消防、物業(yè)、消費(fèi)者各方對(duì)電動(dòng)車(chē)充電安全問(wèn)題開(kāi)始重視。2017年12月29日，公安部發(fā)布《關(guān)于規(guī)范電動(dòng)車(chē)停放充電加強(qiáng)火災(zāi)防范的通告》，嚴(yán)禁在建筑內(nèi)的共用走道、樓梯間、安全出口處等公共區(qū)域停放電動(dòng)車(chē)或者為電動(dòng)車(chē)充電;構(gòu)成違反消防管理行為的，公安機(jī)關(guān)將依法予以處罰;引起火災(zāi)，造成嚴(yán)重后果，構(gòu)成犯罪的，依法追究刑事責(zé)任[2]。

2對(duì)充電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求

為保證電瓶車(chē)快速充電系統(tǒng)可靠高效運(yùn)作，對(duì)該系統(tǒng)的性能有以下幾項(xiàng)要求：

1）對(duì)安全性的要求。在電瓶車(chē)進(jìn)行充電時(shí)，操作者進(jìn)行開(kāi)啟、斷開(kāi)操作時(shí);充電系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，要保證人員安全。同時(shí)也要保證充電時(shí)電瓶車(chē)的安全，避免過(guò)熱起火和電路老化等等問(wèn)題。

2）操作便捷。對(duì)電瓶車(chē)進(jìn)行充電時(shí)，充電系統(tǒng)應(yīng)操作簡(jiǎn)易，充電過(guò)程應(yīng)自動(dòng)性強(qiáng)一些，不需要工作人員過(guò)多參與，過(guò)程不要過(guò)于復(fù)雜。

3）經(jīng)濟(jì)性。成本較小的充電系統(tǒng)可以減少電瓶車(chē)的運(yùn)行成本，從而提高效益，促進(jìn)電瓶車(chē)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(biāo)，也關(guān)系著電瓶車(chē)的商業(yè)化推廣。本系統(tǒng)可以同時(shí)多輛充電，同時(shí)安全快速充電。

5）技術(shù)難題。為電動(dòng)自行車(chē)提供公共充電服務(wù)，首要難題是公共充電設(shè)施如何適配五花八門(mén)的電池，需要一個(gè)“萬(wàn)能充電器”[3]。近一年來(lái)，一些項(xiàng)目試圖對(duì)電動(dòng)自行車(chē)充電進(jìn)行智能化改造，受困于技術(shù)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(jí)為掃碼插座。電池、電源管理等關(guān)鍵領(lǐng)域無(wú)能為力，無(wú)法完成真正的智能化，無(wú)法集成充電模塊，無(wú)法消除劣質(zhì)充電器帶來(lái)的隱患，無(wú)法做到戶外安全充電。電瓶車(chē)快速充電系統(tǒng)，突破了智能識(shí)別電池、自適應(yīng)動(dòng)態(tài)控制電源核心技術(shù)。在不同類(lèi)型、規(guī)格電動(dòng)車(chē)電池安全充電的基礎(chǔ)和前提上，能夠識(shí)別出電池規(guī)格參數(shù);在準(zhǔn)確識(shí)別的基礎(chǔ)上，自適應(yīng)輸出電壓、電流，動(dòng)態(tài)調(diào)整電源參數(shù)，識(shí)別電池充滿，自動(dòng)斷電。Guarder云智能充電網(wǎng)絡(luò)，具備人工智能網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)算法，新的充電曲線即時(shí)上傳云端，同步給所有在線設(shè)備，不斷提高電池識(shí)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(zhǎng)電瓶壽命。脈沖低壓交流電經(jīng)全波整流后是脈動(dòng)直流，當(dāng)其波峰電壓大于電瓶電壓時(shí)，可控硅才會(huì)導(dǎo)通，當(dāng)脈動(dòng)直流電壓處于波谷區(qū)時(shí)，可控硅反偏截止，停止向電瓶充電。因而流過(guò)電瓶的是脈動(dòng)直流電，快速充電，充滿自停。剛開(kāi)始充電時(shí)電瓶?jī)啥穗妷狠^低，充電電流較大。當(dāng)電瓶即將充足時(shí)，充電電壓越來(lái)越接近脈動(dòng)直流輸出電壓的波峰值，充電電流也會(huì)越來(lái)越小，自動(dòng)變?yōu)殇噶鞒潆姟．?dāng)電瓶?jī)啥穗妷罕怀涞秸鬏敵龅牟ǚ遄畲笾禃r(shí)，充電過(guò)程停止。經(jīng)試驗(yàn)，三節(jié)電動(dòng)車(chē)蓄電池36V串聯(lián)，用該充電器只需2個(gè)小時(shí)即可充滿。電路簡(jiǎn)單、易于制作，幾乎不用維護(hù)及維修[4]。

3云智能電瓶車(chē)快速充電系統(tǒng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)踐――以Guarder項(xiàng)目為例

3.1Guarder云智能電池識(shí)別系統(tǒng)和硬件安全

我們?cè)O(shè)計(jì)了Guarder云智能電池識(shí)別系統(tǒng)，可根據(jù)電池的規(guī)格來(lái)預(yù)先調(diào)節(jié)充電樁的輸出電壓，有效解決充電器不適配問(wèn)題，同時(shí)必須采用專(zhuān)業(yè)級(jí)戶外用電防護(hù)設(shè)備來(lái)確保安全。充電柜裝有溫度感應(yīng)器，達(dá)到消防要求的溫度會(huì)自動(dòng)斷電，且選用防爆材料制作充電柜的柜體，構(gòu)筑最后一道防線，把火控制在柜子里面，不會(huì)傷及周邊。充電樁和充電柜必須采用防雨、防水的材料，高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，插頭必須通過(guò)10000次撥插測(cè)試無(wú)故障。

3.2Guarder云智能充電新模式和軟件安全

充電過(guò)程中的保護(hù)措施包括：專(zhuān)業(yè)級(jí)戶外用電防護(hù)設(shè)備、接地保護(hù)、防雷保護(hù)、防塵防水保護(hù)、超載斷電保護(hù)、欠載斷電保護(hù)、線路短路保護(hù)、人身漏電保護(hù)、最長(zhǎng)充電時(shí)間保護(hù)、充滿自停電池壽命保護(hù)、聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控實(shí)時(shí)保護(hù)[5]。引入電池識(shí)別系統(tǒng)，市面上電池種類(lèi)很多，智能充電樁可識(shí)別電池類(lèi)型和各種技術(shù)參數(shù)，做到實(shí)時(shí)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(cè)，杜絕過(guò)載、過(guò)流、過(guò)溫、欠載、浪涌等風(fēng)險(xiǎn)。

3.3操作系統(tǒng)和智能系統(tǒng)

Guarder云智能系統(tǒng)是為電動(dòng)車(chē)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(gè)組成部分，通過(guò)各系統(tǒng)之間的相互協(xié)調(diào)，用戶能夠在遠(yuǎn)處智能的遙控自己的車(chē)輛[6]。智能系統(tǒng)分為設(shè)防、解防、靜音、尋車(chē)、一鍵啟動(dòng)、GPS功能，通過(guò)手機(jī)連接APP，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)車(chē)的實(shí)時(shí)操控，安全、控制、定位等功能都可以通過(guò)一顆小小的芯片完成。能兼容所有的含有藍(lán)牙的手機(jī)，兼容安卓系統(tǒng)和蘋(píng)果系統(tǒng)[7]。

3.4APP

用戶可通過(guò)手機(jī)APP遠(yuǎn)程查看充電進(jìn)度，遠(yuǎn)程控制充電開(kāi)始、結(jié)束、異常通知?！白詣?dòng)定位一鍵導(dǎo)航”功能自動(dòng)推薦離客戶位置最近的充電站，并支持地圖導(dǎo)航。還能將新的充電曲線即時(shí)上傳云端，同步給所有在線設(shè)備。

在使用智能系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)注意以下事項(xiàng)：（1）在車(chē)輛行駛過(guò)程中，禁止操作本軟件;（2）手機(jī)電量偏低時(shí)，請(qǐng)及時(shí)將感應(yīng)模式切換為遙控模式，避免影響正常使用;（3）感應(yīng)距離與手機(jī)發(fā)射信號(hào)、車(chē)輛所處環(huán)境有關(guān)，可能造成與設(shè)置距離偏差;（4）部分功能需要手機(jī)系統(tǒng)功能支持;具體操作需要下載手機(jī)APP。

3.5Guarder云智能快速充電系統(tǒng)兒童防護(hù)

兒童防護(hù)在本產(chǎn)品中無(wú)疑也是非常重要的，不僅要對(duì)兒童自身的安全考慮，同時(shí)也要保護(hù)充電設(shè)施不被兒童無(wú)意破壞。所以充電插口都配有獨(dú)立安全門(mén)，預(yù)防兒童無(wú)意觸電安全風(fēng)險(xiǎn)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(chē)快速充電系統(tǒng)出現(xiàn)故障或被破壞將會(huì)對(duì)管理系統(tǒng)發(fā)出信號(hào)，通知維修人員，在最短時(shí)間內(nèi)對(duì)Guarder云智能電瓶車(chē)快速充電系統(tǒng)進(jìn)行維修。

3.7支付以及收費(fèi)方式

充電站設(shè)備安裝好后，管理人員可根據(jù)自己實(shí)際情況任意設(shè)置，設(shè)備設(shè)置有多重保護(hù)措施，系統(tǒng)性能安全可靠。根據(jù)電動(dòng)車(chē)充電功率，自動(dòng)判斷收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn);可同時(shí)采用按次計(jì)費(fèi)和預(yù)付費(fèi)模式。預(yù)付費(fèi)模式，剩余金額自動(dòng)返還;收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)自由設(shè)置，充電時(shí)間10-999分鐘可調(diào);計(jì)費(fèi)方式：按充電次數(shù)計(jì)費(fèi)，按電子錢(qián)包計(jì)費(fèi)，按包月計(jì)費(fèi)。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(shí)間、電量收費(fèi)”，或者按時(shí)、按量、包月充電套餐。

4總結(jié)

Guarder云智能電瓶車(chē)快速充電系統(tǒng)是為電動(dòng)自行車(chē)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(mài)、快遞等物流垂直領(lǐng)域提供的電池存儲(chǔ)、充電解決方案，擺放在外賣(mài)快遞集中商圈、商鋪以及站點(diǎn)。

Guarder云智能電瓶車(chē)快速充電系統(tǒng)，突破了智能識(shí)別電池、自適應(yīng)動(dòng)態(tài)控制電源核心技術(shù)。給不同類(lèi)型、規(guī)格電動(dòng)車(chē)電池安全充電的基礎(chǔ)和前提，必須能夠識(shí)別出電池規(guī)格參數(shù)，在準(zhǔn)確識(shí)別的基礎(chǔ)上，自適應(yīng)輸出電壓、電流，動(dòng)態(tài)調(diào)整電源參數(shù)，識(shí)別電池充滿，自動(dòng)斷電。Guarder云智能充電網(wǎng)絡(luò)，具備人工智能網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)算法，新的充電曲線即時(shí)上傳云端，同步給所有在線設(shè)備，不斷提高電池識(shí)別和電源控制精確度。另外，本方案還可以使用太陽(yáng)能板、壓電膜等綠色能源作為補(bǔ)充，同時(shí)，充電樁自助設(shè)備終端還可以投放商業(yè)廣告（平面或?qū)γ襟w形式）提高商家的額外收益，做到社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益的雙贏。

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