安科瑞 繆凱倫 陳聰

摘 要：全國各地電瓶車充電引發(fā)火災的事故時有發(fā)生，對人民群眾的生命財產安全造成了威脅，本文介紹的電瓶車充電樁收費平臺，采用無線通信技術、物聯(lián)網(wǎng)技術和電氣火災探測及防護技術，對電瓶車充電樁的狀態(tài)及充電過程進行監(jiān)控，及時對充電樁過壓、欠壓、空載、絕緣檢測故障、漏電、過溫、短路等一系列故障進行預警和保護，并按照GB51348-2019《民用建筑電氣設計標準》中的規(guī)定設置限流式保護器，當線路發(fā)生短路時在150微秒內切斷回路，無危險火花產生，起到短路滅弧的作用，從而保障充電安全和預防火災事故，防范電瓶車火災隱患，保護人們的生命財產安全。

關鍵詞：電瓶車充電樁；充電安全；預警；云平臺

1 項目概述

河南某軍工企業(yè)為內部員工謀福利，計劃建造免費充電的電瓶車充電站點，同時要兼顧充電安全的問題。廠區(qū)內外共設置300臺電瓶車充電樁，每臺充電樁再搭配一套限流式保護器，用于及時切除火災隱患，保障充電安全。

基于軍工企業(yè)對于保密的要求，所有設備采用局域網(wǎng)組網(wǎng)的方式，對傳輸?shù)?/span>數(shù)據(jù)進行加密，平臺實施本地化部署，在局域網(wǎng)內訪問，此外，系統(tǒng)需求主要包括：

● 采用刷卡方式啟動充電，預留微信和支付寶充電方式

● 使用企業(yè)現(xiàn)有的員工卡進行充電，且要防止卡被復制

● 通過監(jiān)控值班室后臺實時監(jiān)控充電樁狀態(tài)

● 實現(xiàn)三級保護功能，包括短路保護、功率保護和系統(tǒng)保護，其中系統(tǒng)保護指超過功率閾值時不允許增加充電位

2 系統(tǒng)結構

現(xiàn)場采用電瓶車智能充電樁和限流式保護器，對充電回路進行采集，通過RS485接口與無線通信終端進行通訊，實現(xiàn)電力參數(shù)的監(jiān)測、預警與保護，再由無線通信終端，通過以太網(wǎng)將數(shù)據(jù)上傳至搭建在數(shù)據(jù)中心的電瓶車充電樁收費平臺。

平臺采用分層分布式結構進行設計，詳細拓撲結構如下：

系統(tǒng)分為四層：即數(shù)據(jù)采集層、網(wǎng)絡傳輸層、數(shù)據(jù)中心層和客戶端層。

數(shù)據(jù)采集層：包括電瓶車智能充電樁和限流式保護器，通訊協(xié)議為標準modbus-rtu。電瓶車智能充電樁用于采集充電回路的電力參數(shù)，并進行電能計量和保護。限流式保護器用于當線路發(fā)生短路時，在150微秒內切斷回路，無危險火花產生，起到短路滅弧的作用。

網(wǎng)絡傳輸層：包含無線通信終端。無線通信終端主動采集數(shù)據(jù)采集層的數(shù)據(jù)，通過以太網(wǎng)將數(shù)據(jù)上傳至搭建好的數(shù)據(jù)庫服務器。

數(shù)據(jù)中心層：包含應用服務器和數(shù)據(jù)服務器，應用服務器部署數(shù)據(jù)采集服務、WEB網(wǎng)站，數(shù)據(jù)服務器部署實時數(shù)據(jù)庫、歷史數(shù)據(jù)庫、基礎數(shù)據(jù)庫。應用服務器和數(shù)據(jù)服務器部署在局域網(wǎng)內，與外網(wǎng)隔離。

客戶端層：系統(tǒng)管理員通過局域網(wǎng)，在瀏覽器中訪問電瓶車充電樁收費平臺。終端充電用戶通過刷卡的方式啟動充電。

3 系統(tǒng)功能

3.1 登錄

在瀏覽器打開平臺鏈接、輸入賬戶名和權限密碼，進行登錄，防止未授權人員瀏覽有關信息。掃描左上角二維碼下載運維APP，可在移動端對現(xiàn)場設備進行日常運維。

3.2 首頁

顯示充電站地理位置、站點信息及充電設備狀態(tài)，包括充電中、空閑、故障、離線等。統(tǒng)計充電站運營數(shù)據(jù)和充電數(shù)據(jù)，包括充電金額、充電度數(shù)、充電次數(shù)、充電時長，并進行今日、昨日、本月趨勢分析和對比。

3.3 實時監(jiān)控

3.3.1 充電站監(jiān)控

展示當前充電站各充電樁的狀態(tài)及實時充電數(shù)據(jù)，統(tǒng)計站點和各充電樁今日充電數(shù)據(jù)，支持充電單價、設備重啟、充電/報警/保護等參數(shù)的遠程批量下發(fā)，其中對于遠程參數(shù)設置進行了權限控制，未授權的用戶不可操作，確保現(xiàn)場設備正常運行。

3.3.2 充電樁監(jiān)控

顯示充電樁各回路的狀態(tài)及充電數(shù)據(jù)，統(tǒng)計充電樁今日充電數(shù)據(jù)、訂單記錄、故障信息，可以查看訂單和故障的詳情。

3.4 設備監(jiān)控

顯示限流式保護器的狀態(tài)，包括線路中的剩余電流、溫度及異常報警，當線路發(fā)生短路時，自動在150微秒內切斷回路，無危險火花產生，起到短路滅弧的作用。

3.5 交易管理

3.5.1 賬戶管理

顯示所有關聯(lián)充電用戶的賬戶信息，可進行充值、退款、凍結、解凍、注銷等操作。

3.5.2 充電記錄

顯示所有訂單數(shù)據(jù)，可以對訂單按照充電站、充電樁、支付方式、交易狀態(tài)等進行分類查詢，可對充電中的充電樁進行停止充電操作。

3.5.3 交易流水

顯示所有訂單的交易流水明細，包括預付、消費、退款等類型，微信、支付寶、IC卡、錢包等支付方式及交易金額。

3.5.4 充值記錄

顯示錢包賬戶充值記錄，包括微信、支付寶、現(xiàn)金等支付方式、充值金額和錢包余額等，可以打印充值金額收款票據(jù)。

3.6 故障管理

3.6.1 故障查詢

顯示充電樁的故障信息及處理進度，故障類型包括過壓、欠壓、空載、絕緣檢測故障、漏電、過溫、短路等。

3.6.2 故障派發(fā)

顯示待派發(fā)的充電樁故障信息，派發(fā)之后生成工單，由運維人員到現(xiàn)場處理故障。

3.6.3 故障處理

顯示當前登錄用戶待處理的充電樁故障信息，運維人員處理完故障之后在平臺中進行閉環(huán)操作，支持圖片、文檔、視頻等附件上傳。

3.7 統(tǒng)計分析

3.7.1 運營趨勢

可按日、月、季度、年查看充電次數(shù)、充電時長、充電金額，同時顯示對應的曲線圖。

3.7.2 能耗分析

可查看時段充電站和充電樁的用電量，顯示對應的能耗趨勢圖并進行同環(huán)比分析。

3.7.3 故障分析

可查看相關時間內的故障數(shù)、故障狀態(tài)、故障類型、趨勢分析及故障列表。

3.7.4 財務報表

可根據(jù)時間查看關聯(lián)站點的財務數(shù)據(jù)，包括預付金額、消費金額、退款金額、充值金額、賬戶余額等，可導出成excel表格。

3.7.5 收益查詢

可查看總的收益統(tǒng)計、收益變化曲線圖、支付占比餅圖及實際收益報表。

3.7.6 能耗報表

可按日、月、年查看各個充電樁的用電量，可導出成excel表格。

3.8 報告分析

可根據(jù)選擇時間和站點查看站點的運營狀況，并以報告的形式展示，支持導出成PDF文件和打印。

3.9 IC卡管理

充電樁可以通過刷卡進行支付和啟動充電，使用C/S程序對射頻卡進行開卡、充值、退卡等操作。

3.10 運維APP

面向運維人員使用，可以對站點和充電樁進行管理、能夠進行故障閉環(huán)處理、查詢流量卡使用情況、查詢充電\充值情況，進行遠程參數(shù)設置。

4 系統(tǒng)應用價值

4.1 社會收益

? 充電安全

實時監(jiān)控充電過程，對充電機輸入輸出過壓、欠壓、絕緣檢測故障、漏電、過溫、短路等故障進行告警，并以短信、APP推送、小程序、釘釘?shù)确绞?/span>通知相關人員及時處理，避免過熱起火和電路老化等問題，保障充電安全。同時在短路時快速切斷回路，無危險火花產生，起到短路滅弧的作用，及時預防火災事故的發(fā)生。

? 解決充電難的問題

統(tǒng)一安裝充電設備，終端用戶只需要把電瓶車停在充電區(qū)，按照指示操作就能充電，實現(xiàn)終端用戶的有序充電。

? 解決管理難的問題

電瓶車集中停放、充電，易于管理，同時也更好地防止了被盜現(xiàn)象的發(fā)生，解決了用戶私拉亂接充電的問題。

? 環(huán)境友好

通過功率拓撲創(chuàng)新、電磁屏蔽設計，降低電磁輻射，減少對電氣設備、對人體的影響。

4.2 經濟收益

? 廣告收益

充電樁可以投放商業(yè)廣告提高商家的額外收益。預計單個廣告每個屏收益1元/天。小程序可以接入微信廣告聯(lián)盟，平均收益40元/天。

? 充電差價收益

通常充電樁按充電時間收費，每臺設備按1元充4小時計算，兩輪電動車功率為200W。充電期間都按200W計算，則4小時消耗電能0.88千瓦時。如每度電為0.6元，則4小時共計消費0.88*0.6=0.528元，充電一元錢的利潤則為1-0.528=0.472元。每臺充電樁每天充電10次，則每臺充電樁單日收益為4.72元，月收益為141.6元年收益為1722.8元。

按功率分檔收費，相對于按時間充電收益提高30%-60%。1檔位：0-150W480分鐘/元；2檔位：150-285W360分鐘/元；3檔位：285-400W240分鐘/元；4檔位：400-600W120分鐘/元。

? 享受政府補貼

各地政府對電瓶車集中停放，集中充電及其重視，三令五申各類紅頭文件，對于這種基礎設施建設非常重視，一般都伴有車棚建設的補貼。參考浙江省文件補貼100元/點位。

? 快速回籠資金

通過會員充值的活動快速回籠資金。

5 產品特點

5.1 電瓶車智能充電樁ACX10A-YHW

●  承載電流：25A

●  每路輸出電流:3A

●  待機功率：3W

●  防護等級：IP65

●  可同時充 10 輛電瓶車。

●  尺寸空間大，內部空間充裕，具備充足的電氣安全性。

●  實體按鍵設計，手感實在，使用壽命長。

●  顯示IC 刷卡次數(shù)，IC 卡余額，卡內余額語音播報。

●  每次扣費和充電時間可調，可多次刷卡掃碼，充電時間自動累計。

●  可根據(jù)客戶需求開通免費充電功能。

●  可使用微信、支付寶掃碼，刷卡支付充電。

●  自動識別出現(xiàn)故障的線路，并伴有字母和語音提示。

●  具有斷電記憶功能，當出現(xiàn)斷電，來電后可以繼續(xù)使用剩余的時間充電。

●  具有拔掉斷電功能，當用戶拔掉充電器，及時自動斷電。

●  具有充滿自停功能，自動檢測電瓶車充電狀態(tài)，如充滿則停止供電，計費時間清零。

●  具有過載保護功能，能識別大功率電器，自動暫停供電，防止用戶私接插線板給多臺電瓶車充電。

●  具有短路保護功能，當出現(xiàn)短路，保險絲熔斷確保安全。

●  具有功率分檔功能，根據(jù)檢測到的功率，按照不同功率檔位設定的時間開啟充電。

過溫保護功能，當檢測機箱溫度過高，停止充電

5.2 限流式保護器

ASCP200-1型電氣防火限流式保護器可克服傳統(tǒng)斷路器、空氣開關和監(jiān)控設備存在的短路電流大、切斷短路電流時間長、短路時產生的電弧火花大，以及使用壽命短等弊端，發(fā)生短路故障時，能以微秒級速度快速限制短路電流以實現(xiàn)滅弧保護，從而能顯著減少電氣火災事故，保障使用場所人員和財產的安全。

●  短路保護：保護器實時監(jiān)測用電線路電流，當線路發(fā)生短路故障時，能在150微秒內實現(xiàn)快速限流保護，并發(fā)出聲光報警信號；

●  過載保護：當線路電流過載且持續(xù)時間超過動作時間（3~60秒可設）時，保護器啟動限流保護，并發(fā)出聲光報警信號；

●  表內超溫保護：當保護器內部器件工作溫度過高時，保護器實施超溫限流保護，并發(fā)出聲光報警信號；

●  組網(wǎng)通訊：保護器具有1路RS485接口，可以將數(shù)據(jù)發(fā)送到后臺監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)遠程監(jiān)控

5.3 無線通信終端AWT100

●  支持串口MODBUS RTU協(xié)議的數(shù)據(jù)采集，并通過安科瑞平臺協(xié)議與安科瑞服務器通訊。
●  支持30個MODBUS RTU設備的數(shù)據(jù)采集。
●  支持對每個MODBUS設備5個寄存器地址域的采集，每個寄存器地址范圍不超過64個。
●  支持對每個MODBUS地址范圍預設報警地址以及報警值觸發(fā)報警。每個地址域報警地址目前5個。
●  支持服務器MODBUS或者LoRa透傳通訊。
●  支持固定IP和動態(tài)域名解析方式連接數(shù)據(jù)中心。
●  支持透明傳輸協(xié)議，通用模式（主動輪抄，定時上報），MQTT協(xié)議，智慧用電無線協(xié)議，預付費無線協(xié)議等，可定制開發(fā)。
●  AWT100-LW無線通信終端可通過LoRa通訊將數(shù)據(jù)上傳至服務器

6 結語

各級政府部門高度重視電瓶車充電引發(fā)火災的危害,GB51348-2019《民用建筑電氣設計標準》中也規(guī)定了儲備倉庫、電動車充電等場所的末端回路應設置限流式電氣防火保護器。AcrelCloud-9500電瓶車充電樁收費平臺將現(xiàn)場的離散電瓶車充電樁接入平臺，進行集中管理，降低管理難度，方便用戶運維，同時通過充電樁本身的安全監(jiān)控與保護，結合限流式保護器，能夠及時的杜絕充電過程中存在的火災隱患，讓充電安全、放心，能夠切實保障人民群眾的生命財產安全。

參考文獻

[1] Q/320281DGB57-2019《江蘇安科瑞電器制造有限公司電瓶車智能充電樁企業(yè)標準》

[2] GB51348-2019《民用建筑電氣設計標準》

[3] 《關于規(guī)范電動車停放充電加強火災防范的通告》

證書報告