淮亞利
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
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)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),為降低電瓶車充電火災(zāi)隱患、實(shí)現(xiàn)安全充電的目標(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 ;智能 ;充電樁 ;系統(tǒng)設(shè)計(jì)
我國(guó)綜合國(guó)力日益增強(qiáng),經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展。電瓶車更是廣泛地進(jìn)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(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),百分之九十市售充電器不合格,非常容易引發(fā)充電火災(zāi)。而電動(dòng)自行車的劣質(zhì)電池充斥市場(chǎng),主要體現(xiàn)在缺乏統(tǒng)一。要想解決電瓶車充電裝置的安全性及功能性問(wèn)題,一定將理論和實(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)?;?、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。有的用戶甚至將車輛推入室內(nèi),或?qū)㈦姵夭鹦度胧页潆?,安全隱患非常大。
近年來(lái),電瓶車火災(zāi)事故頻發(fā),引起人員傷亡,消防、物業(yè)、消費(fèi)者各方對(duì)電動(dòng)車充電安全問(wèn)題開(kāi)始重視。2017 年 12
月 29 日,相關(guān)部門發(fā)布《關(guān)于規(guī)范電動(dòng)車停放充電加強(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)車或者為電動(dòng)車充電;構(gòu)成違反消防管理行為的, 單位將依法予以處罰;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
為保證電瓶車快速充電系統(tǒng)可靠運(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)可以減少電瓶車的運(yùn)行成本, 從而提高整體效益,促進(jìn)電瓶車的使用推廣。
4)效率高。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的電池,需要一個(gè)“萬(wàn)用充電器”[3]。近一年來(lái),一些項(xiàng)目試圖對(duì)電動(dòng)自行車充電進(jìn)行智能化改造,受困于技術(shù)瓶頸,只適用于支付環(huán)節(jié)的優(yōu)化,我們*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
同類型、規(guī)格電動(dòng)車電池安全充電的基礎(chǔ)和前提上,能夠識(shí)別出標(biāo)準(zhǔn),類型、規(guī)格多樣。由于現(xiàn)有的電瓶車充電裝置安全性很低, 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)別和電源控制準(zhǔn)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逯禃r(shí),充電過(guò)程停止。經(jīng)試驗(yàn),三節(jié)電動(dòng)車蓄電池 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)需采用級(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。充電樁和充電柜一定需要采用防雨、防水的材料,高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),插頭一定要通過(guò) 10000 次撥插測(cè)試*。
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 :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)、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),市面上電池種類很多,智能充電樁可識(shí)別電池類型和各種技術(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輛[6]。智能系統(tǒng)分為設(shè)防、解防、靜音、尋車、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。“自動(dòng)定位一鍵導(dǎo)航”功能自動(dòng)離客戶位置附近的充電站,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)、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,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,在短時(shí)間內(nèi)對(duì) Guarder 云智能電瓶車快速充電系統(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、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安科瑞充電樁運(yùn)營(yíng)管理平臺(tái)
安科瑞電動(dòng)自行車充電樁通過(guò)GPRS模塊與云端進(jìn)行通信和數(shù)據(jù)交互。系統(tǒng)能夠?qū)﹄妱?dòng)自行車充電樁的日常狀態(tài)、充電過(guò)程進(jìn)行監(jiān)控;實(shí)現(xiàn)充電支付對(duì)接:支持投幣、刷卡、支付等多種支付方式,保證支付交易過(guò)程的完整性,對(duì)充電過(guò)程中的異常情況進(jìn)行有效預(yù)警;實(shí)現(xiàn)對(duì)下游站級(jí)平臺(tái)的清算、對(duì)賬功能。平臺(tái)可對(duì)接消防物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)、小程序等,提供相關(guān)異常數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)電動(dòng)車充電安全管理的網(wǎng)絡(luò)化、可視化。
① 安全預(yù)警
對(duì)平臺(tái)連接的所有充電樁狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視,充電樁發(fā)生異常情況時(shí)可通過(guò)APP、短信及時(shí)向運(yùn)營(yíng)人員發(fā)出報(bào)警信號(hào),及時(shí)消除火災(zāi)隱患。
② 交易結(jié)算管理
平臺(tái)為運(yùn)營(yíng)方提供充電價(jià)格策略管理,預(yù)收費(fèi)管理,賬單管理,營(yíng)收和財(cái)務(wù)相關(guān)報(bào)表等,支持投幣、刷卡和掃碼充電。
③ 充電服務(wù)
可通過(guò)軟件搜索附近充電樁,并查看充電樁狀態(tài),并導(dǎo)航至可用充電樁。可通過(guò)在線自助支付實(shí)現(xiàn)充電。
④ 運(yùn)營(yíng)分析
對(duì)訂單進(jìn)行數(shù)據(jù)化分析,通過(guò)柱狀圖、報(bào)表方式直觀展示數(shù)據(jù),并支持和第三方平臺(tái)對(duì)接。
⑤ 小程序
可通過(guò)小程序掃碼充電,充電賬單支付。運(yùn)營(yíng)商和物業(yè)管理人員均可通過(guò)小程序管理,監(jiān)測(cè)充電樁狀態(tài)和充電交易情況。
5. 充電樁型號(hào)
(1)可同時(shí)充10輛電瓶車。
(2)尺寸空間大,投幣箱容量大,內(nèi)部空間充裕,具備充足的電氣穩(wěn)定性。
(3)實(shí)體按鍵設(shè)計(jì),手感實(shí)在,使用壽命長(zhǎng)。
(4)顯示投幣數(shù)、IC刷卡次數(shù)、IC卡余額,卡內(nèi)余額語(yǔ)音播報(bào)。
(5)每次扣費(fèi)和充電時(shí)間可調(diào),可多次投幣刷卡,充電時(shí)間自動(dòng)累計(jì)。
(6)可根據(jù)客戶需求開(kāi)通免費(fèi)充電功能、月卡功能和刷卡退費(fèi)。
(7)可使用支付、支付寶支付、APP 支付。
(8)自動(dòng)識(shí)別出現(xiàn)故障的線路,并伴有字母和語(yǔ)音提示。
(9)具有斷電記憶功能,當(dāng)出現(xiàn)斷電,來(lái)電后可以繼續(xù)使用剩余的時(shí)間充電。
(10)具有拔掉斷電功能,當(dāng)用戶拔掉充電器,及時(shí)自動(dòng)斷電。
(11)具有充滿自停功能,自動(dòng)檢測(cè)電瓶車充電狀態(tài),如充滿則停止供電,計(jì)費(fèi)時(shí)間清零。
(12)具有過(guò)載保護(hù)功能,能識(shí)別大功率電器,自動(dòng)暫停供電,防止用戶私接插線板給多臺(tái)電瓶車充電。
(13)具有短路保護(hù)功能,當(dāng)出現(xiàn)短路,保險(xiǎn)絲熔斷確保穩(wěn)定。
(14)具有按功率給時(shí)間功能,根據(jù)檢測(cè)到的功率,按照設(shè)定時(shí)間開(kāi)啟充電。
(15)可選配聯(lián)網(wǎng)煙感,當(dāng)出現(xiàn)火情,可發(fā)送短信給責(zé)任人。
(16)過(guò)溫保護(hù)功能,當(dāng)檢測(cè)機(jī)箱溫度過(guò)高,停止充電。
(17)夜間斷電功能,可設(shè)定夜間整機(jī)斷電黑屏,禁止夜間充電。
(18)遠(yuǎn)程抄表,485電表數(shù)據(jù)采集上報(bào)。
6總結(jié)
Guarder 云智能電瓶車快速充電系統(tǒng)是為電動(dòng)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(lǐng)域提供的電池存儲(chǔ)、充電解決方案,擺放在外賣快遞集中商圈、商鋪以及站點(diǎn)。
Guarder 云智能電瓶車快速充電系統(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)。給不同類型、規(guī)格電動(dòng)車電池安全充電的基礎(chǔ)和前提,一定能夠識(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)別和電源控制準(zhǔn)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。
參考文獻(xiàn)
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[2]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè).2019.11版