电动汽车充电桩IC卡信息技术的应用探究.doc

1、电动汽车充电桩 IC 卡信息技术的应用探究摘要：为了适应电动汽车日益增长的需要，有必要建设电动汽车充电桩解决用户的充电需求。电动汽车充电桩 IC 卡信息技术的应用探究将电动汽车充电方式、付费方式、信息存储、数据管理、平衡用电负荷几个方面进行统一，提出研究一套智能化 IC 卡信息技术的理念，并从国内外研究现状、系统研究需求、研究目标、技术方案、研究方案等方面进行了探究。 关键词：预约充电；阶梯函数；费率切换；分时计量计价；经济性对比 中图分类号：F407.471 文献标识码：A 文章编号： 国家“十二五”规划明确提出，大力发展新能源产业，电动汽车作为重点扶持项目，已在北京奥运、上海世博会、广州亚

2、运上纷纷亮相，工信部将北京、上海、深圳、杭州等 25 个城市定为新能源汽车试点城市，深圳、上海、杭州、合肥、长春等 5 个城市启动私人购买新能源汽车补贴试点工作，补贴最高额度为 6 万元。在政策与需求的双重推动下，电动汽车频频亮相各大展会，巨大的市场要求我们电网公司务必要做好电动汽车充电基础设施建设工作。因此，有必要结合电网运行的特点，充分吸收国际先进理念，展开电动汽车充电桩 IC 卡信息技术的探究，以满足日益增长的电动汽车充电需求和充电桩设施建设的矛盾。 电动汽车充电桩 IC 卡信息技术旨在解决电动汽车充电方式、付费方式、信息存储、数据管理、平衡用电负荷几个方面进行统一，尤其是在平衡用电负荷

3、方面，采用分时计量计价函数，鼓励消费者夜间充电，大规模投入使用后，削峰填谷作用明显。本文分别从国内外研究现状、系统研究需求、研究目标、技术方案、研究方案等方面进行了探究。 1 国内外充电设施研究现状 1.1 电动汽车发展现状 汽车作为现代社会化大工业的产物，为推动人类文明向前跃进做出了巨大的贡献，给人类的生活带来了舒适和便捷。根据联合国的统计数据显示，目前汽车的耗油量已占全部石油消耗的 75%,同时也带来了巨大的环境污染。 要缓解这个日趋严重的问题，汽车工业必然向着环保、清洁和节能的方向发展，包括发展清洁替代燃料汽车和电动汽车。 电动汽车在环保、清洁、节能等方面占据明显的优势，据相关统计，电动

4、汽车在能量利用率比燃油汽车高 7.5 个百分点，污染物排量仅为普通内燃机车的 28%，基本无污染物排放。电动汽车具有无(低)污染物排放、噪音低、能效高、维修及运行成本低等优点，它的广泛普及将是缓解大气环境污染和能源紧缺的最有效方式之一。 1.2 国外电动汽车充电设施发展状况 目前，美国、日本、以色列、法国、英国等国家都已开始建设各自的电动汽车充电设施，主要以充电桩为主。美国国土辽阔，且各州独立性较强，在电动汽车及其充电设施设想上各州有所不同，加利福尼亚州、弗吉尼亚州等地都开展了充电设施的建设。其中加州的建设力度最大，由“美好空间项目”公司与加州北部的旧金山、奥克兰和圣何塞等城市的政府联手建设，

5、将于 2012 年在上述城市的所有居民区、商厦、停车场和政府大楼安装充电桩，以方便电动汽车驾驶者随时为汽车充电。该公司还将在上述地区兴建电池更换站，以方便长途驾车者随时更换电池，项目计划总投资达 10 亿美元。此外，美国第一太阳能公司（SolarCity）在加州 101 高速公路上建造了 5 个充电站。每个充电站能够提供 240V、70A 快速充电服务，能够在 3.5h 内为特斯拉纯电动汽车充满电。 1.3 国内电动汽车充电设施发展状况 多年来，国家政策引导下，我国在电动汽车、充电电池、直流电机等领域取得了突破性进展，国内多家汽车公司，如比亚迪，万向集团，上汽，奇瑞等均研发出电动汽车，并在奥运

6、场馆、多个城市的公交线路已经投入运行。电动汽车研发技术已经趋于成熟，多家汽车公司已经具备批量生产能力，多款电动汽车已经上市。为推进我国节能环保汽车的技术进步，促进汽车工业产业升级，国务院颁布汽车产业调整振兴规划细则 ， “逐步实现国产电动汽车产销规模”堪称是对纯电动车产业化的最大支持。在加速电动汽车充电站布局和建设中，国家电网、中石化、中海油、南方电网、中石油等大型央企纷纷发挥自身优势，均在全国范围内开始为充电站桩建设献力。 2 电动汽车充电桩 IC 卡信息技术的研究需求 2.1 用户充电需求分析 汽车充电不同加油，需要的时间厂，且环境多为无人值守。目前，充电结算的方式主要有，刷卡、投币、插卡

7、三种方式。投币式充电，需要人工经常回收硬币，增加人工成本，硬币留着无人值守的充电桩内也不安全，另外，还不能找补，在电动汽车充电的应用上不合适。插卡式充电，因长时间用户不在现场，带有金额的卡插在设备上，会增加不安全感。刷卡式充电，卡随身携带，充点电后再次刷卡结账，操作方便简单，账户安全可靠，汽车充电桩更合适采用刷卡式充电模式。 电动汽车为上班族提供了一个清洁、环保、便捷、节俭的交通工具，82.5%的上班族用车习惯是公司家之间两点往返，车辆停放时间长，使用时间短，100 公里续航里程足够满足用户当日使用，这个群体需要更可靠、更实惠、更经久耐用的充电方式。17.5%的上班族除了上下班的需要，周末喜欢

8、自驾游，这个群体，除了满足正常的充电需求外，还需要提供快速补充电能的解决方案。 2.2 解决办法 要求可靠、实惠、经久耐用的用户，需要交流慢充的充电方式，根据用户的使用习惯，可分为自动充电、按时间充电、按金额充电、预约充电四种模式。 自动充电是一种最简单快捷的充电方式，通过充电桩与电池取得联系获取充电信息和充电状态，当电池充电电量饱和的时候自动断开充电电路，完成一次充电的过程。另外，在充电桩内部增加传感器，判断充电的电压电流，形成一套自身的判断电路，避免通信干扰造成的错误数据对充电过程的干扰，有效杜绝过充电对电池造成的不可恢复的损害，有效保护电池，提高电池的使用寿命。 按时间充电模式，临时补充

9、电能的最佳方式，利用充电曲线达到稳态前的快速爬坡状态，对电池的电能进行及时的补充，是用户在紧急补充电能状态下的最佳解决方案。 按金额充电模式，为用户量身定制的充电功能，一些喜欢消费计划的用户可以使用此充电模式方便自己理财账户，让用户有一种 VIP 式服务的感受。 预约充电功能是针对平衡用电负荷开发的充电方式，启用预约充电功能用户车辆充电进入管理模式，系统会自动计算低电价切换时间，进入电价切换时候自动进行充电，为用户节省了开支又协助电网完成削峰填谷的一种充电方式。 需要快速补充电能的用户，可以有快速充电和换电两种方式，本文着重就适合大多数用户需求的慢充进行讨论。 3 电动汽车充电桩 IC 卡信息

10、技术的研究目标及经济指标 3.1 研究目标 通过开发电动汽车充电桩 IC 卡刷卡操作系统，实现电动汽车充电桩IC 卡刷卡付费、电费计量等功能，以适应电动汽车产业发展的市场需求。主要目标： 3.1.1 完成一套使用 IC 卡刷卡操作的电源管理系统，能对充电进行过程管理，有效控制意外造成的过充电对电池形成的不可恢复的损伤，提高充电质量，全面保护电池，最大限度保证电池使用寿命； 3.1.2 实现电动汽车在充电时，能够按需完成自动充电、按时间充电、按金额充电及预约充电功能。 3.1.3 特别在预约充电功能上，能够利用峰谷电价差值，在夜间用谷值电价对电动汽车进行充电，达到对电网的合理利用，减少电网基础设

11、施的投入，又能满足电动汽车充电的需要。达到鼓励消费者夜间充电，协助电网完成用电负荷的平衡目的。使新技术达到本地充电桩配套的技术要求，提升电动汽车动力电池充放电关键部件使用寿命，保持动力电池的安全和性能水平，为各类新能源汽车充电及其推广应用提供先决基础条件。 3.2 经济指标 使用费用经济性对比（以传统汽油车 1.4L 排量车辆计算） 注：汽车按年平均行驶里程 27000 公里计算 从上表中可以看出，在汽车排量相等的情况下，使用电动汽车平均每年的费用在白天充电时比传统汽油车省 17280-437412906 元，在夜间充电时比传统汽油车省 17280-1749.615530.4 元，使用分时段计

12、价、计费经济性非常突出。 4 电动汽车充电桩 IC 卡信息技术的研究方案 4.1 技术构架 4.2 功能设计 交流充电桩有三种充电方式，用户刷卡输入密码正确即进入充电方式选择界面。在此之前，如充电电缆松动或未插入，或者急停按钮按下，屏幕上方会动态显示故障原因及 LED 灯闪烁警示。充电桩设置了四种充电方式：自动充电、预约充电、按金额充电及按时间充电。 4.2.1 自动充电 进入充电界面后，界面显示有启用充电和取消两个按钮。选择启用充电，触发充电开关开始充电。 4.2.2 预约充电 使用预约充电功能，如果在低电价时段则自动开始充电，如果在高电价时段，则进行等待切换费率时段再进行充电。 4.2.3

13、 按金额充电 选择按金额充电，进入输入金额界面，用户可根据个人需求设定充电金额，启用充电。 按时间充电 4.2.4 选择按时间充电 进入输入时间界面，用户可按个人需求设定充电时间，启用充电。充电过程中，如遇到充电电缆松动或者被拔下，抑或者急停按钮按下，充电过程立即结束。 结束充电之后，进入刷卡确认界面。该界面显示用户本次消费金额、本次充电度数及本次充电时间三个数据以便客户即使了解自己的消费。刷卡确认，充电过程结束。 5 电动汽车充电桩 IC 卡信息技术的研究方案 5.1 研究思路 5.1.1 标准化 产品设计采用的技术标准文件： 接口采用 GB/T20234.2-2011电动汽车传导充电用连接

14、装置第 2 部分：交流充电接口 执行中国南方电网有限责任公司发布的电动汽车充电设施通用技术要求Q/CSG11516.1-2010。 满足 Q/SFKJ001-2012电动汽车交流充电桩 ，备案登记号：450200-3570。 充电桩产品具备一致性与通用性，可以满足网区内电动汽车即插即用。 5.1.2 专题研究 为确保项目的实施，在环保、节能、安全方面采取了有效的措施，产品的生产主要涉及机电加工制造，通过上下游的产业链方式，形成专业的工序分工协作。充电桩体和表面的油漆涂装是通过专业的配套厂家完成，有效地避免了环境污染和生产安全的风险，产品的设计开发、核心技术部分及电器组装、调试等技术含量较高部分

15、有我公司完成，这样不但大大的提高产品的生产效率，同时也减少应设备的重复增加而导致的资源浪费。产业链的形成以及专业化加工能力的提高，形成资源节约型合作体系，有力于社会资源的有效利用。 5.2 研究重点 项目研究的关键技术包括：过充过放保护系统、预约充电系统、分时计量计价函数、IC 卡管理系统。 过充过放保护系统。在充电桩内部增加传感器，判断充电的电压电流，形成一套自身的判断电路，避免通信干扰造成的错误数据对充电过程的干扰，有效杜绝过充电对电池造成的不可恢复的损害，有效保护电池，提高电池的使用寿命。 预约充电系统。通过使用 IC 卡刷卡操作完成预约充电功能，能在费率较低的时段自动切换至充电模式。需

16、要同步切换费率的时钟与设备时钟，需要使用电表的 RS485 通信，对电表信息进行读取。 分时计量计价函数。设计一个费率运算逻辑，当前电价是一个变量函数，函数值是一个受时间控制的阶梯函数。新一代智能电表具备分时计量功能，分时计量计价函数建立在电表高精度，高可靠性的计量基础上，通过编辑费率建立逻辑函数，在逻辑运算的基础上，结合数据库存储系统，实现分时计量计价函数。 6 结语 充电桩 IC 卡信息技术是一个综合性的技术开发，是机械、电子、自动化、传感技术等多个系统的整合平台，是搭建在用户和设备之间的信息纽带。对电动汽车充电桩 IC 卡信息技术的应用探究是电动汽车充电技术的重要环节之一。 研究电动汽车充电的分时计量计价结算，在未来电动汽车充电的可持续性发展上具有重要意义，也对大规模充电的电网用电负荷平衡具有重要意义，所以，有必要研究先进、高效、可靠的电动汽车充电桩 IC 卡信息技术。