電動汽車充電樁ic卡信息技術的應用探究

1、<p>　　電動汽車充電樁IC卡信息技術的應用探究</p><p>　　摘要：為了適應電動汽車日益增長的需要，有必要建設電動汽車充電樁解決用戶的充電需求。電動汽車充電樁IC卡信息技術的應用探究將電動汽車充電方式、付費方式、信息存儲、數(shù)據(jù)管理、平衡用電負荷幾個方面進行統(tǒng)一，提出研究一套智能化IC卡信息技術的理念，并從國內外研究現(xiàn)狀、系統(tǒng)研究需求、研究目標、技術方案、研究方案等方面進行了探究。 </p

2、><p>　　關鍵詞：預約充電；階梯函數(shù)；費率切換；分時計量計價；經濟性對比 </p><p>　　中圖分類號：F407.471 文獻標識碼：A 文章編號： </p><p>　　國家“十二·五”規(guī)劃明確提出，大力發(fā)展新能源產業(yè)，電動汽車作為重點扶持項目，已在北京奧運、上海世博會、廣州亞運上紛紛亮相，工信部將北京、上海、深圳、杭州等25個城市定為新能源汽車試點

3、城市，深圳、上海、杭州、合肥、長春等5個城市啟動私人購買新能源汽車補貼試點工作，補貼最高額度為6萬元。在政策與需求的雙重推動下，電動汽車頻頻亮相各大展會，巨大的市場要求我們電網公司務必要做好電動汽車充電基礎設施建設工作。因此，有必要結合電網運行的特點，充分吸收國際先進理念，展開電動汽車充電樁IC卡信息技術的探究，以滿足日益增長的電動汽車充電需求和充電樁設施建設的矛盾。 </p><p>　　電動汽車充電樁IC卡信

4、息技術旨在解決電動汽車充電方式、付費方式、信息存儲、數(shù)據(jù)管理、平衡用電負荷幾個方面進行統(tǒng)一，尤其是在平衡用電負荷方面，采用分時計量計價函數(shù)，鼓勵消費者夜間充電，大規(guī)模投入使用后，削峰填谷作用明顯。本文分別從國內外研究現(xiàn)狀、系統(tǒng)研究需求、研究目標、技術方案、研究方案等方面進行了探究。 </p><p>　　1國內外充電設施研究現(xiàn)狀 </p><p>　　1.1電動汽車發(fā)展現(xiàn)狀 </p&

5、gt;<p>　　汽車作為現(xiàn)代社會化大工業(yè)的產物，為推動人類文明向前躍進做出了巨大的貢獻，給人類的生活帶來了舒適和便捷。根據(jù)聯(lián)合國的統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，目前汽車的耗油量已占全部石油消耗的75%,同時也帶來了巨大的環(huán)境污染。 </p><p>　　要緩解這個日趨嚴重的問題，汽車工業(yè)必然向著環(huán)保、清潔和節(jié)能的方向發(fā)展，包括發(fā)展清潔替代燃料汽車和電動汽車。 </p><p>　　電動汽車

6、在環(huán)保、清潔、節(jié)能等方面占據(jù)明顯的優(yōu)勢，據(jù)相關統(tǒng)計，電動汽車在能量利用率比燃油汽車高7.5個百分點，污染物排量僅為普通內燃機車的2－8%，基本無污染物排放。電動汽車具有無(低)污染物排放、噪音低、能效高、維修及運行成本低等優(yōu)點，它的廣泛普及將是緩解大氣環(huán)境污染和能源緊缺的最有效方式之一。 </p><p>　　1.2國外電動汽車充電設施發(fā)展狀況 </p><p>　　目前，美國、日本、以色

7、列、法國、英國等國家都已開始建設各自的電動汽車充電設施，主要以充電樁為主。美國國土遼闊，且各州獨立性較強，在電動汽車及其充電設施設想上各州有所不同，加利福尼亞州、弗吉尼亞州等地都開展了充電設施的建設。其中加州的建設力度最大，由“美好空間項目”公司與加州北部的舊金山、奧克蘭和圣何塞等城市的政府聯(lián)手建設，將于2012年在上述城市的所有居民區(qū)、商廈、停車場和政府大樓安裝充電樁，以方便電動汽車駕駛者隨時為汽車充電。該公司還將在上述地區(qū)興建電池更

8、換站，以方便長途駕車者隨時更換電池，項目計劃總投資達10億美元。此外，美國第一太陽能公司（SolarCity）在加州101高速公路上建造了5個充電站。每個充電站能夠提供240V、70A快速充電服務，能夠在3.5h內為特斯拉純電動汽車充滿電。 </p><p>　　1.3國內電動汽車充電設施發(fā)展狀況 </p><p>　　多年來，國家政策引導下，我國在電動汽車、充電電池、直流電機等領域取得了

9、突破性進展，國內多家汽車公司，如比亞迪，萬向集團，上汽，奇瑞等均研發(fā)出電動汽車，并在奧運場館、多個城市的公交線路已經投入運行。電動汽車研發(fā)技術已經趨于成熟，多家汽車公司已經具備批量生產能力，多款電動汽車已經上市。為推進我國節(jié)能環(huán)保汽車的技術進步，促進汽車工業(yè)產業(yè)升級，國務院頒布《汽車產業(yè)調整振興規(guī)劃細則》，“逐步實現(xiàn)國產電動汽車產銷規(guī)模”堪稱是對純電動車產業(yè)化的最大支持。在加速電動汽車充電站布局和建設中，國家電網、中石化、中海油、南方電

10、網、中石油等大型央企紛紛發(fā)揮自身優(yōu)勢，均在全國范圍內開始為充電站樁建設獻力。 </p><p>　　2電動汽車充電樁IC卡信息技術的研究需求 </p><p>　　2.1用戶充電需求分析 </p><p>　　汽車充電不同加油，需要的時間廠，且環(huán)境多為無人值守。目前，充電結算的方式主要有，刷卡、投幣、插卡三種方式。投幣式充電，需要人工經?；厥沼矌?，增加人工成本，硬幣

11、留著無人值守的充電樁內也不安全，另外，還不能找補，在電動汽車充電的應用上不合適。插卡式充電，因長時間用戶不在現(xiàn)場，帶有金額的卡插在設備上，會增加不安全感。刷卡式充電，卡隨身攜帶，充點電后再次刷卡結賬，操作方便簡單，賬戶安全可靠，汽車充電樁更合適采用刷卡式充電模式。 </p><p>　　電動汽車為上班族提供了一個清潔、環(huán)保、便捷、節(jié)儉的交通工具，82.5%的上班族用車習慣是公司——家之間兩點往返，車輛停放時間長，

12、使用時間短，100公里續(xù)航里程足夠滿足用戶當日使用，這個群體需要更可靠、更實惠、更經久耐用的充電方式。17.5%的上班族除了上下班的需要，周末喜歡自駕游，這個群體，除了滿足正常的充電需求外，還需要提供快速補充電能的解決方案。 </p><p><b>　　2.2解決辦法 </b></p><p>　　要求可靠、實惠、經久耐用的用戶，需要交流慢充的充電方式，根據(jù)用戶的使

13、用習慣，可分為自動充電、按時間充電、按金額充電、預約充電四種模式。 </p><p>　　自動充電是一種最簡單快捷的充電方式，通過充電樁與電池取得聯(lián)系獲取充電信息和充電狀態(tài)，當電池充電電量飽和的時候自動斷開充電電路，完成一次充電的過程。另外，在充電樁內部增加傳感器，判斷充電的電壓電流，形成一套自身的判斷電路，避免通信干擾造成的錯誤數(shù)據(jù)對充電過程的干擾，有效杜絕過充電對電池造成的不可恢復的損害，有效保護電池，提高電

14、池的使用壽命。 </p><p>　　按時間充電模式，臨時補充電能的最佳方式，利用充電曲線達到穩(wěn)態(tài)前的快速爬坡狀態(tài)，對電池的電能進行及時的補充，是用戶在緊急補充電能狀態(tài)下的最佳解決方案。 </p><p>　　按金額充電模式，為用戶量身定制的充電功能，一些喜歡消費計劃的用戶可以使用此充電模式方便自己理財賬戶，讓用戶有一種VIP式服務的感受。 </p><p>　　預

15、約充電功能是針對平衡用電負荷開發(fā)的充電方式，啟用預約充電功能用戶車輛充電進入管理模式，系統(tǒng)會自動計算低電價切換時間，進入電價切換時候自動進行充電，為用戶節(jié)省了開支又協(xié)助電網完成削峰填谷的一種充電方式。 </p><p>　　需要快速補充電能的用戶，可以有快速充電和換電兩種方式，本文著重就適合大多數(shù)用戶需求的慢充進行討論。 </p><p>　　3電動汽車充電樁IC卡信息技術的研究目標及經濟

16、指標 </p><p><b>　　3.1研究目標 </b></p><p>　　通過開發(fā)電動汽車充電樁IC卡刷卡操作系統(tǒng)，實現(xiàn)電動汽車充電樁IC卡刷卡付費、電費計量等功能，以適應電動汽車產業(yè)發(fā)展的市場需求。 </p><p><b>　　主要目標： </b></p><p>　　3.1.1完成一套

17、使用IC卡刷卡操作的電源管理系統(tǒng)，能對充電進行過程管理，有效控制意外造成的過充電對電池形成的不可恢復的損傷，提高充電質量，全面保護電池，最大限度保證電池使用壽命； </p><p>　　3.1.2實現(xiàn)電動汽車在充電時，能夠按需完成自動充電、按時間充電、按金額充電及預約充電功能。 </p><p>　　3.1.3特別在預約充電功能上，能夠利用峰谷電價差值，在夜間用谷值電價對電動汽車進行充電，

18、達到對電網的合理利用，減少電網基礎設施的投入，又能滿足電動汽車充電的需要。達到鼓勵消費者夜間充電，協(xié)助電網完成用電負荷的平衡目的。使新技術達到本地充電樁配套的技術要求，提升電動汽車動力電池充放電關鍵部件使用壽命，保持動力電池的安全和性能水平，為各類新能源汽車充電及其推廣應用提供先決基礎條件。 </p><p><b>　　3.2經濟指標 </b></p><p>　　

19、使用費用經濟性對比（以傳統(tǒng)汽油車1.4L排量車輛計算） </p><p>　　注：汽車按年平均行駛里程27000公里計算 </p><p>　　從上表中可以看出，在汽車排量相等的情況下，使用電動汽車平均每年的費用在白天充電時比傳統(tǒng)汽油車省17280-4374＝12906元，在夜間充電時比傳統(tǒng)汽油車省17280-1749.6＝15530.4元，使用分時段計價、計費經濟性非常突出。 </

20、p><p>　　4電動汽車充電樁IC卡信息技術的研究方案 </p><p><b>　　4.1技術構架 </b></p><p><b>　　4.2功能設計 </b></p><p>　　交流充電樁有三種充電方式，用戶刷卡輸入密碼正確即進入充電方式選擇界面。在此之前，如充電電纜松動或未插入，或者急停按鈕

21、按下，屏幕上方會動態(tài)顯示故障原因及LED燈閃爍警示。充電樁設置了四種充電方式：自動充電、預約充電、按金額充電及按時間充電。 </p><p>　　4.2.1自動充電 </p><p>　　進入充電界面后，界面顯示有啟用充電和取消兩個按鈕。選擇啟用充電，觸發(fā)充電開關開始充電。 </p><p>　　4.2.2預約充電 </p><p>　　使用

22、預約充電功能，如果在低電價時段則自動開始充電，如果在高電價時段，則進行等待切換費率時段再進行充電。 </p><p>　　4.2.3按金額充電 </p><p>　　選擇按金額充電，進入輸入金額界面，用戶可根據(jù)個人需求設定充電金額，啟用充電。 </p><p><b>　　按時間充電 </b></p><p>　　4.2

23、.4選擇按時間充電 </p><p>　　進入輸入時間界面，用戶可按個人需求設定充電時間，啟用充電。充電過程中，如遇到充電電纜松動或者被拔下，抑或者急停按鈕按下，充電過程立即結束。 </p><p>　　結束充電之后，進入刷卡確認界面。該界面顯示用戶本次消費金額、本次充電度數(shù)及本次充電時間三個數(shù)據(jù)以便客戶即使了解自己的消費。刷卡確認，充電過程結束。 </p><p>

24、;　　5電動汽車充電樁IC卡信息技術的研究方案 </p><p><b>　　5.1研究思路 </b></p><p><b>　　5.1.1標準化 </b></p><p>　　產品設計采用的技術標準文件： </p><p>　　接口采用GB/T20234.2-2011《電動汽車傳導充電用連接裝置

25、第2部分：交流充電接口》 </p><p>　　執(zhí)行中國南方電網有限責任公司發(fā)布的《電動汽車充電設施通用技術要求》——Q/CSG11516.1-2010。 </p><p>　　滿足Q/SFKJ001-2012《電動汽車交流充電樁》，備案登記號：450200-3570。 </p><p>　　充電樁產品具備一致性與通用性，可以滿足網區(qū)內電動汽車即插即用。 </

26、p><p>　　5.1.2專題研究 </p><p>　　為確保項目的實施，在環(huán)保、節(jié)能、安全方面采取了有效的措施，產品的生產主要涉及機電加工制造，通過上下游的產業(yè)鏈方式，形成專業(yè)的工序分工協(xié)作。充電樁體和表面的油漆涂裝是通過專業(yè)的配套廠家完成，有效地避免了環(huán)境污染和生產安全的風險，產品的設計開發(fā)、核心技術部分及電器組裝、調試等技術含量較高部分有我公司完成，這樣不但大大的提高產品的生產效率，同

27、時也減少應設備的重復增加而導致的資源浪費。產業(yè)鏈的形成以及專業(yè)化加工能力的提高，形成資源節(jié)約型合作體系，有力于社會資源的有效利用。 </p><p><b>　　5.2研究重點 </b></p><p>　　項目研究的關鍵技術包括：過充過放保護系統(tǒng)、預約充電系統(tǒng)、分時計量計價函數(shù)、IC卡管理系統(tǒng)。 </p><p>　　過充過放保護系統(tǒng)。在充電

28、樁內部增加傳感器，判斷充電的電壓電流，形成一套自身的判斷電路，避免通信干擾造成的錯誤數(shù)據(jù)對充電過程的干擾，有效杜絕過充電對電池造成的不可恢復的損害，有效保護電池，提高電池的使用壽命。 </p><p>　　預約充電系統(tǒng)。通過使用IC卡刷卡操作完成預約充電功能，能在費率較低的時段自動切換至充電模式。需要同步切換費率的時鐘與設備時鐘，需要使用電表的RS485通信，對電表信息進行讀取。 </p><

29、p>　　分時計量計價函數(shù)。設計一個費率運算邏輯，當前電價是一個變量函數(shù)，函數(shù)值是一個受時間控制的階梯函數(shù)。新一代智能電表具備分時計量功能，分時計量計價函數(shù)建立在電表高精度，高可靠性的計量基礎上，通過編輯費率建立邏輯函數(shù)，在邏輯運算的基礎上，結合數(shù)據(jù)庫存儲系統(tǒng)，實現(xiàn)分時計量計價函數(shù)。 </p><p><b>　　6結語 </b></p><p>　　充電樁IC卡

30、信息技術是一個綜合性的技術開發(fā)，是機械、電子、自動化、傳感技術等多個系統(tǒng)的整合平臺，是搭建在用戶和設備之間的信息紐帶。對電動汽車充電樁IC卡信息技術的應用探究是電動汽車充電技術的重要環(huán)節(jié)之一。 </p><p>　　研究電動汽車充電的分時計量計價結算，在未來電動汽車充電的可持續(xù)性發(fā)展上具有重要意義，也對大規(guī)模充電的電網用電負荷平衡具有重要意義，所以，有必要研究先進、高效、可靠的電動汽車充電樁IC卡信息技術。 &l