李云南 刘文庆 杨月
摘要：居民住宅区和公共场所共享云智能充电系统，以电瓶车安全充电为基础，基于GPRS、Ethernet构建互联网+物联网+人联网的模式，通过自主研发智能充电桩、主机、通讯设备、服务端和客户端应用系统，为降低电瓶车充电火灾隐患、实现安全充电的终极目标提供技术手段及相关服务。本设计可以使用太阳能板、压电膜等绿色能源作为补充，同时，充电桩自助设备终端还可以投放商业广告（平面或对媒体形式）提高商家的额外收益，做到社会效益和经济效益的双赢。
关键词：电瓶车;智能;充电桩;系统设计
中图分类号：TB472
文献标识码：A
文章编码：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
我国综合国力日益增强，经济高速发展。电瓶车更是广泛地进入人们的视野。因此电瓶车智能充电装置的安全性面临着新的挑战。本文介绍了一种云智能电瓶车快速充电系统的设计过程。主要研究过程包括进行智能充电设计、进行硬件设计、进行外观设计。
1云智能电瓶车快速充电系统的可实施性及必要性
近年来电动自行车充电火灾事故频发，造成群死群伤，这一现象也揭露了整个充电行业令人担忧的现状。
从用户层面来看，全国使用电动自行车用户近3亿，并以每年超过3000万的增量增加，具有良好的发展前景。
从产品层面来看，充电的核心产品――充电器，质量堪忧。据新闻调查公布的数据，90%市售充电器不合格，极易引发充电火灾。而电动自行车的劣质电池充斥市场，主要体现在缺乏统一标准，类型、规格多样。由于现有的电瓶车充电装置安全性极低，要想解决电瓶车充电装置的安全性及功能性问题，必须将理论和实践相结合，在了解基础功能以及各项优化的基础上，提高综合型电瓶车充电系统的可实施性，做到理想化的设计[1]。
从服务方面来看，规模化、优质、安全的公共充电服务缺失。目前的充电服务，大多零散分布在各个小区和物业，一般都是通过物业提供插座，或者用户自带充电器方式完成充电。有的用户甚至将车辆推入室内，或将电池拆卸入室充电，安全隐患极大。
近年来，电瓶车火灾事故频发，引起人员伤亡，政府、消防、物业、消费者各方对电动车充电安全问题开始重视。2017年12月29日，公安部发布《关于规范电动车停放充电加强火灾防范的通告》，严禁在建筑内的共用走道、楼梯间、安全出口处等公共区域停放电动车或者为电动车充电;构成违反消防管理行为的，公安机关将依法予以处罚;引起火灾，造成严重后果，构成犯罪的，依法追究刑事责任[2]。
2对充电系统的设计要求
为保证电瓶车快速充电系统可靠高效运作，对该系统的性能有以下几项要求：
1）对安全性的要求。在电瓶车进行充电时，操作者进行开启、断开操作时;充电系统发生故障时，要保证人员安全。同时也要保证充电时电瓶车的安全，避免过热起火和电路老化等等问题。
2）操作便捷。对电瓶车进行充电时，充电系统应操作简易，充电过程应自动性强一些，不需要工作人员过多参与，过程不要过于复杂。
3）经济性。成本较小的充电系统可以减少电瓶车的运行成本，从而提高效益，促进电瓶车的使用推广。
4）高效性。充电效率高是充电系统的重要指标，也关系着电瓶车的商业化推广。本系统可以同时多辆充电，同时安全快速充电。
5）技术难题。为电动自行车提供公共充电服务，首要难题是公共充电设施如何适配五花八门的电池，需要一个“万能充电器”[3]。近一年来，一些项目试图对电动自行车充电进行智能化改造，受困于技术瓶颈，仅限于支付环节的优化，我们完全可以将投币插座升级为扫码插座。电池、电源管理等关键领域无能为力，无法完成真正的智能化，无法集成充电模块，无法消除劣质充电器带来的隐患，无法做到户外安全充电。电瓶车快速充电系统，突破了智能识别电池、自适应动态控制电源核心技术。在不同类型、规格电动车电池安全充电的基础和前提上，能够识别出电池规格参数;在准确识别的基础上，自适应输出电压、电流，动态调整电源参数，识别电池充满，自动断电。Guarder云智能充电网络，具备人工智能网络学习算法，新的充电曲线即时上传云端，同步给所有在线设备，不断提高电池识别和电源控制精确度。
6）充电原理。采用脉冲充电，有利于延长电瓶寿命。脉冲低压交流电经全波整流后是脉动直流，当其波峰电压大于电瓶电压时，可控硅才会导通，当脉动直流电压处于波谷区时，可控硅反偏截止，停止向电瓶充电。因而流过电瓶的是脉动直流电，快速充电，充满自停。刚开始充电时电瓶两端电压较低，充电电流较大。当电瓶即将充足时，充电电压越来越接近脉动直流输出电压的波峰值，充电电流也会越来越小，自动变为涓流充电。当电瓶两端电压被充到整流输出的波峰最大值时，充电过程停止。经试验，三节电动车蓄电池36V串联，用该充电器只需2个小时即可充满。电路简单、易于制作，几乎不用维护及维修[4]。
3云智能电瓶车快速充电系统创新设计实践――以Guarder项目为例
3.1Guarder云智能电池识别系统和硬件安全
我们设计了Guarder云智能电池识别系统，可根据电池的规格来预先调节充电桩的输出电压，有效解决充电器不适配问题，同时必须采用专业级户外用电防护设备来确保安全。充电柜装有温度感应器，达到消防要求的温度会自动断电，且选用防爆材料制作充电柜的柜体，构筑最后一道防线，把火控制在柜子里面，不会伤及周边。充电桩和充电柜必须采用防雨、防水的材料，高强度结构设计，插头必须通过10000次拨插测试无故障。
3.2Guarder云智能充电新模式和软件安全
充电过程中的保护措施包括：专业级户外用电防护设备、接地保护、防雷保护、防尘防水保护、超载断电保护、欠载断电保护、线路短路保护、人身漏电保护、最长充电时间保护、充满自停电池寿命保护、联网监控实时保护[5]。引入电池识别系统，市面上电池种类很多，智能充电桩可识别电池类型和各种技术参数，做到实时监控充电电流、电压监控、异常断电、充满自停充电，以保证充电安全。加入呼吸式心跳检测，杜绝过载、过流、过温、欠载、浪涌等风险。
3.3操作系统和智能系统
Guarder云智能系统是为电动车配备的足以完成智能功能的操作系统，操作系统分硬件系统、云系统、软件系统、客户端系统等多个组成部分，通过各系统之间的相互协调，用户能够在远处智能的遥控自己的车辆[6]。智能系统分为设防、解防、静音、寻车、一键启动、GPS功能，通过手机连接APP，可以实现对电动车的实时操控，安全、控制、定位等功能都可以通过一颗小小的芯片完成。能兼容所有的含有蓝牙的手机，兼容安卓系统和苹果系统[7]。
3.4APP
用户可通过手机APP远程查看充电进度，远程控制充电开始、结束、异常通知。“自动定位一键导航”功能自动推荐离客户位置最近的充电站，并支持地图导航。还能将新的充电曲线即时上传云端，同步给所有在线设备。
在使用智能系统时，应注意以下事项：（1）在车辆行驶过程中，禁止操作本软件;（2）手机电量偏低时，请及时将感应模式切换为遥控模式，避免影响正常使用;（3）感应距离与手机发射信号、车辆所处环境有关，可能造成与设置距离偏差;（4）部分功能需要手机系统功能支持;具体操作需要下载手机APP。
3.5Guarder云智能快速充电系统儿童防护
儿童防护在本产品中无疑也是非常重要的，不仅要对儿童自身的安全考虑，同时也要保护充电设施不被儿童无意破坏。所以充电插口都配有独立安全门，预防儿童无意触电安全风险和儿童毁坏充电插口和放入异物，以免影响使用。
3.6Guarder云智能自反馈系统
Guarder云智能电瓶车快速充电系统出现故障或被破坏将会对管理系统发出信号，通知维修人员，在最短时间内对Guarder云智能电瓶车快速充电系统进行维修。
3.7支付以及收费方式
充电站设备安装好后，管理人员可根据自己实际情况任意设置，设备设置有多重保护措施，系统性能安全可靠。根据电动车充电功率，自动判断收费标准;可同时采用按次计费和预付费模式。预付费模式，剩余金额自动返还;收费标准自由设置，充电时间10-999分钟可调;计费方式：按充电次数计费，按电子钱包计费，按包月计费。支持APP支付、扫码支付、充电IC卡支付等多种支付方式。支持微信、支付宝扫码充电。用户自行选择“按时间、电量收费”，或者按时、按量、包月充电套餐。
4总结
Guarder云智能电瓶车快速充电系统是为电动自行车日常通勤用户提供户外公共充电的解决方案，安装在小区、园区和商业楼宇等用户生活、工作区域。充电柜是为外卖、快递等物流垂直领域提供的电池存储、充电解决方案，摆放在外卖快递集中商圈、商铺以及站点。
Guarder云智能电瓶车快速充电系统，突破了智能识别电池、自适应动态控制电源核心技术。给不同类型、规格电动车电池安全充电的基础和前提，必须能够识别出电池规格参数，在准确识别的基础上，自适应输出电压、电流，动态调整电源参数，识别电池充满，自动断电。Guarder云智能充电网络，具备人工智能网络学习算法，新的充电曲线即时上传云端，同步给所有在线设备，不断提高电池识别和电源控制精确度。另外，本方案还可以使用太阳能板、压电膜等绿色能源作为补充，同时，充电桩自助设备终端还可以投放商业广告（平面或对媒体形式）提高商家的额外收益，做到社会效益和经济效益的双赢。
参考文献
[1]王锦堯.国内外电动自行车充电桩对比[J].合作经济与科技，2017（01）.
[2]邱亚楠，陈波，顾纯清.电动自行车用充电器产品发展状况分析[J]电动自行车，2016（09）.
[3]陆灿楠，叶桦，仰燕兰等.校园电动自行车充电管理系统的设计[J].信息技术与信息化.2016（11）.
[4]麻友良，罗明胜，陈全世.电动汽车用电池智能化快速充电研究[J].武汉科技大学学报，2010，（02）：218-221.
[5]王敏，冷斌.电动车充电器定时装置的设计[J].江西化工，2016（06）.
[6]秦国花.多功能车用智能充电电源控制系统[J].电子测试，2016（12）.
[7]潘晓东，詹嘉，杨轸.智能停车诱导系统的设计应用研究[J].华东交通大学学报，2007（01）.
