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安科瑞 繆凱倫 陳聰
摘 要：全國各地電瓶車充電引發火災的事故時有發生，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、物聯網技術和電氣火災探測及防護技術，對電瓶車充電樁的狀態及充電過程進行監控，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》中的規定設置限流式保護器，當線路發生短路時在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。
基于軍工企業對于保密的要求，所有設備采用局域網組網的方式，對傳輸的數據進行加密，平臺實施本地化部署，在局域網內訪問，此外，系統需求主要包括：
● 采用刷卡方式啟動充電，預留微信和支付寶充電方式
● 使用企業現有的員工卡進行充電，且要防止卡被復制
● 通過監控值班室后臺實時監控充電樁狀態
● 實現三級保護功能，包括短路保護、功率保護和系統保護，其中系統保護指超過功率閾值時不允許增加充電位
2 系統結構
現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，實現電力參數的監測、預警與保護，再由無線通信終端，通過以太網將數據上傳至搭建在數據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：
系統分為四層：即數據采集層、網絡傳輸層、數據中心層和客戶端層。
數據采集層：包括電瓶車智能充電樁和限流式保護器，通訊協議為標準modbus-rtu。電瓶車智能充電樁用于采集充電回路的電力參數，并進行電能計量和保護。限流式保護器用于當線路發生短路時，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。
網絡傳輸層：包含無線通信終端。無線通信終端主動采集數據采集層的數據，通過以太網將數據上傳至搭建好的數據庫服務器。
數據中心層：包含應用服務器和數據服務器，應用服務器部署數據采集服務、WEB網站，數據服務器部署實時數據庫、歷史數據庫、基礎數據庫。應用服務器和數據服務器部署在局域網內，與外網隔離。
客戶端層：系統管理員通過局域網，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 系統功能
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，可在移動端對現場設備進行日常運維。
顯示充電站地理位置、站點信息及充電設備狀態，包括充電中、空閑、故障、離線等。統計充電站運營數據和充電數據，包括充電金額、充電度數、充電次數、充電時長，并進行今日、昨日、本月趨勢分析和對比。
3.3.1 充電站監控
展示當前充電站各充電樁的狀態及實時充電數據，統計站點和各充電樁今日充電數據，支持充電單價、設備重啟、充電/報警/保護等參數的遠程批量下發，其中對于遠程參數設置進行了權限控制，未授權的用戶不可操作，確保現場設備正常運行。
3.3.2 充電樁監控
顯示充電樁各回路的狀態及充電數據，統計充電樁今日充電數據、訂單記錄、故障信息，可以查看訂單和故障的詳情。
3.5.1 賬戶管理
顯示所有關聯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
顯示所有訂單數據，可以對訂單按照充電站、充電樁、支付方式、交易狀態等進行分類查詢，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。
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
顯示待派發的充電樁故障信息，派發之后生成工單，由運維人員到現場處理故障。
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操作，支持圖片、文檔、視頻等附件上傳。
3.7.1 運營趨勢
可按日、月、季度、年查看充電次數、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比分析。
3.7.3 故障分析
可查看相關時間內的故障數、故障狀態、故障類型、趨勢分析及故障列表。
3.7.4 財務報表
可根據時間查看關聯站點的財務數據，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。
可根據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。
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。
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，進行遠程參數設置。
4 系統應用價值
? 充電安全
實時監控充電過程，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、釘釘等方式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生。
? 解決充電難的問題
統一安裝充電設備，終端用戶只需要把電瓶車停在充電區，按照指示操作就能充電，實現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象的發生，解決了用戶私拉亂接充電的問題。
? 環境友好
通過功率拓撲創新、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。
? 廣告收益
充電樁可以投放商業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
● 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，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，當出現斷電，來電后可以繼續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，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，當出現短路，保險絲熔斷確保安全。
● 具有功率分檔功能，根據檢測到的功率，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
ASCP200-1型電氣防火限流式保護器可克服傳統斷路器、空氣開關和監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，發生短路故障時，能以微秒級速度快速限制短路電流以實現滅弧保護，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：保護器實時監測用電線路電流，當線路發生短路故障時，能在150微秒內實現快速限流保護，并發出聲光報警信號；
● 過載保護：當線路電流過載且持續時間超過動作時間（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，并發出聲光報警信號；
● 組網通訊：保護器具有1路RS485接口，可以將數據發送到后臺監控系統，實現遠程監控
● 支持串口MODBUS RTU協議的數據采集，并通過安科瑞平臺協議與安科瑞服務器通訊。
● 支持30個MODBUS RTU設備的數據采集。
● 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和動態域名解析方式連接數據中心。
● 支持透明傳輸協議，通用模式（主動輪抄，定時上報），MQTT協議，智慧用電無線協議，預付費無線協議等，可定制開發。
● AWT100-LW無線通信終端可通過LoRa通訊將數據上傳至服務器
6 結語
各級政府部門高度重視電瓶車充電引發火災的危害,GB51348-2019《民用建筑電氣設計標準》中也規定了儲備倉庫、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標準》
[2] GB51348-2019《民用建筑電氣設計標準》
[3] 《關于規范電動車停放充電加強火災防范的通告》
證書報告
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