安科瑞 师晴晴

 摘 要：全国各地电瓶车充电引发火灾的事故时有发生，对人民群众的生命财产安全造成了威胁，本文介绍的电瓶车充电桩收费平台，采用无线通信技术、物联网技术和电气火灾探测及防护技术，对电瓶车充电桩的状态及充电过程进行监控，及时对充电桩过压、欠压、空载、绝缘检测故障、漏电、过温、短路等一系列故障进行预警和保护，并按照GB51348-2019《民用建筑电气设计标准》中的规定设置限流式保护器，当线路发生短路时在150微秒内切断回路，无危险火花产生，起到短路灭弧的作用，从而保障充电安全和预防火灾事故，防范电瓶车火灾隐患，保护人们的生命财产安全。

  关键词：电瓶车充电桩；充电安全；预警；云平台

  1 项目概述

  河南某军工企业为内部员工谋福利，计划建造免费充电的电瓶车充电站点，同时要兼顾充电安全的问题。厂区内外共设置300台电瓶车充电桩，每台充电桩再搭配一套限流式保护器，用于及时切除火灾隐患，保障充电安全。

  基于军工企业对于保密的要求，所有设备采用局域网组网的方式，对传输的数据进行加密，平台实施本地化部署，在局域网内访问，此外，系统需求主要包括：

  ● 采用刷卡方式启动充电，预留微信和支付宝充电方式

  ● 使用企业现有的员工卡进行充电，且要防止卡被复制

  ● 通过监控值班室后台实时监控充电桩状态

  ● 实现三级保护功能，包括短路保护、功率保护和系统保护，其中系统保护指超过功率阈值时不允许增加充电位

  2 系统结构

  现场采用电瓶车智能充电桩和限流式保护器，对充电回路进行采集，通过RS485接口与无线通信终端进行通讯，实现电力参数的监测、预警与保护，再由无线通信终端，通过以太网将数据上传至搭建在数据中心的电瓶车充电桩收费平台。

  平台采用分层分布式结构进行设计，详细拓扑结构如下：

  系统分为四层：即数据采集层、网络传输层、数据中心层和客户端层。

  数据采集层：包括电瓶车智能充电桩和限流式保护器，通讯协议为标准modbus-rtu。电瓶车智能充电桩用于采集充电回路的电力参数，并进行电能计量和保护。限流式保护器用于当线路发生短路时，在150微秒内切断回路，无危险火花产生，起到短路灭弧的作用。

  网络传输层：包含无线通信终端。无线通信终端主动采集数据采集层的数据，通过以太网将数据上传至搭建好的数据库服务器。

  数据中心层：包含应用服务器和数据服务器，应用服务器部署数据采集服务、WEB网站，数据服务器部署实时数据库、历史数据库、基础数据库。应用服务器和数据服务器部署在局域网内，与外网隔离。

  客户端层：系统管理员通过局域网，在浏览器中访问电瓶车充电桩收费平台。终端充电用户通过刷卡的方式启动充电。

  3 系统功能

  3.1 登录

  在浏览器打开平台链接、输入账户名和权限密码，进行登录，防止未授权人员浏览有关信息。扫描左上角二维码下载运维APP，可在移动端对现场设备进行日常运维。

  3.2 首页

  显示充电站地理位置、站点信息及充电设备状态，包括充电中、空闲、故障、离线等。统计充电站运营数据和充电数据，包括充电金额、充电度数、充电次数、充电时长，并进行今日、昨日、本月趋势分析和对比。

  3.3 实时监控

  3.3.1 充电站监控

  展示当前充电站各充电桩的状态及实时充电数据，统计站点和各充电桩今日充电数据，支持充电单价、设备重启、充电/报警/保护等参数的远程批量下发，其中对于远程参数设置进行了权限控制，未授权的用户不可操作，确保现场设备正常运行。

  3.3.2 充电桩监控

  显示充电桩各回路的状态及充电数据，统计充电桩今日充电数据、订单记录、故障信息，可以查看订单和故障的详情。

  3.4 设备监控

  显示限流式保护器的状态，包括线路中的剩余电流、温度及异常报警，当线路发生短路时，自动在150微秒内切断回路，无危险火花产生，起到短路灭弧的作用。

  3.5 交易管理

  3.5.1 账户管理

  显示所有关联充电用户的账户信息，可进行充值、退款、冻结、解冻、注销等操作。

  3.5.2 充电记录

  显示所有订单数据，可以对订单按照充电站、充电桩、支付方式、交易状态等进行分类查询，可对充电中的充电桩进行停止充电操作。

  3.5.3 交易流水

  显示所有订单的交易流水明细，包括预付、消费、退款等类型，微信、支付宝、IC卡、钱包等支付方式及交易金额。

  3.5.4 充值记录

  显示钱包账户充值记录，包括微信、支付宝、现金等支付方式、充值金额和钱包余额等，可以打印充值金额收款票据。

  3.6 故障管理

  3.6.1 故障查询

  显示充电桩的故障信息及处理进度，故障类型包括过压、欠压、空载、绝缘检测故障、漏电、过温、短路等。

  3.6.2 故障派发

  显示待派发的充电桩故障信息，派发之后生成工单，由运维人员到现场处理故障。

  3.6.3 故障处理

  显示当前登录用户待处理的充电桩故障信息，运维人员处理完故障之后在平台中进行闭环操作，支持图片、文档、视频等附件上传。

  3.7 统计分析

  3.7.1 运营趋势

  可按日、月、季度、年查看充电次数、充电时长、充电金额，同时显示对应的曲线图。

  3.7.2 能耗分析

  可查看时段充电站和充电桩的用电量，显示对应的能耗趋势图并进行同环比分析。

  3.7.3 故障分析

  可查看相关时间内的故障数、故障状态、故障类型、趋势分析及故障列表。

  3.7.4 财务报表

  可根据时间查看关联站点的财务数据，包括预付金额、消费金额、退款金额、充值金额、账户余额等，可导出成excel表格。

  3.7.5 收益查询

  可查看总的收益统计、收益变化曲线图、支付占比饼图及实际收益报表。

  3.7.6 能耗报表

  可按日、月、年查看各个充电桩的用电量，可导出成excel表格。

  3.8 报告分析

  可根据选择时间和站点查看站点的运营状况，并以报告的形式展示，支持导出成PDF文件和打印。

  3.9 IC卡管理

  充电桩可以通过刷卡进行支付和启动充电，使用C/S程序对射频卡进行开卡、充值、退卡等操作。

  3.10 运维APP

  面向运维人员使用，可以对站点和充电桩进行管理、能够进行故障闭环处理、查询流量卡使用情况、查询充电充值情况，进行远程参数设置。

  4 系统应用价值

  4.1 社会收益

  Ø 充电安全

  实时监控充电过程，对充电机输入输出过压、欠压、绝缘检测故障、漏电、过温、短路等故障进行告警，并以短信、APP推送、小程序、钉钉等方式通知相关人员及时处理，避免过热起火和电路老化等问题，保障充电安全。同时在短路时快速切断回路，无危险火花产生，起到短路灭弧的作用，及时预防火灾事故的发生。

  Ø 解决充电难的问题

  统一安装充电设备，终端用户只需要把电瓶车停在充电区，按照指示操作就能充电，实现终端用户的有序充电。

  Ø 解决管理难的问题

  电瓶车集中停放、充电，易于管理，同时也更好地防止了被盗现象的发生，解决了用户私拉乱接充电的问题。

  Ø 环境友好

  通过功率拓扑创新、电磁屏蔽设计，降低电磁辐射，减少对电气设备、对人体的影响。

  4.2 经济收益

  Ø 广告收益

  充电桩可以投放商业广告提高商家的额外收益。预计单个广告每个屏收益1元/天。小程序可以接入微信广告联盟，平均收益40元/天。

  Ø 充电差价收益

  通常充电桩按充电时间收费，每台设备按1元充4小时计算，两轮电动车功率为200W。充电期间都按200W计算，则4小时消耗电能0.88千瓦时。如每度电为0.6元，则4小时共计消费0.88*0.6=0.528元，充电一元钱的利润则为1-0.528=0.472元。每台充电桩每天充电10次，则每台充电桩单日收益为4.72元，月收益为141.6元年收益为1722.8元。

  按功率分档收费，相对于按时间充电收益提高30%-60%。1档位：0-150W480分钟/元；2档位：150-285W360分钟/元；3档位：285-400W240分钟/元；4档位：400-600W120分钟/元。

  Ø 享受政府补贴

  各地政府对电瓶车集中停放，集中充电及其重视，三令五申各类红头文件，对于这种基础设施建设非常重视，一般都伴有车棚建设的补贴。参考浙江省文件补贴100元/点位。

  Ø 快速回笼资金

  通过会员充值的活动快速回笼资金。

  5 产品特点

  5.1 电瓶车智能充电桩ACX10A-YHW

  ●  承载电流：25A

  ●  每路输出电流:3A

  ●  待机功率：3W

  ●  防护等级：IP65

  ●  可同时充 10 辆电瓶车。

  ●  尺寸空间大，内部空间充裕，具备充足的电气安全性。

  ●  实体按键设计，手感实在，使用寿命长。

  ●  显示IC 刷卡次数，IC 卡余额，卡内余额语音播报。

  ●  每次扣费和充电时间可调，可多次刷卡扫码，充电时间自动累计。

  ●  可根据客户需求开通免费充电功能。

  ●  可使用微信、支付宝扫码，刷卡支付充电。

  ●  自动识别出现故障的线路，并伴有字母和语音提示。

  ●  具有断电记忆功能，当出现断电，来电后可以继续使用剩余的时间充电。

  ●  具有拔掉断电功能，当用户拔掉充电器，及时自动断电。

  ●  具有充满自停功能，自动检测电瓶车充电状态，如充满则停止供电，计费时间清零。

  ●  具有过载保护功能，能识别大功率电器，自动暂停供电，防止用户私接插线板给多台电瓶车充电。

  ●  具有短路保护功能，当出现短路，保险丝熔断确保安全。

  ●  具有功率分档功能，根据检测到的功率，按照不同功率档位设定的时间开启充电。

  过温保护功能，当检测机箱温度过高，停止充电

  5.2 限流式保护器

  ASCP200-1型电气防火限流式保护器可克服传统断路器、空气开关和监控设备存在的短路电流大、切断短路电流时间长、短路时产生的电弧火花大，以及使用寿命短等弊端，发生短路故障时，能以微秒级速度快速限制短路电流以实现灭弧保护，从而能显著减少电气火灾事故，保障使用场所人员和财产的安全。

  ●  短路保护：保护器实时监测用电线路电流，当线路发生短路故障时，能在150微秒内实现快速限流保护，并发出声光报警信号；

  ●  过载保护：当线路电流过载且持续时间超过动作时间（3~60秒可设）时，保护器启动限流保护，并发出声光报警信号；

  ●  表内超温保护：当保护器内部器件工作温度过高时，保护器实施超温限流保护，并发出声光报警信号；

  ●  组网通讯：保护器具有1路RS485接口，可以将数据发送到后台监控系统，实现远程监控

  5.3 无线通信终端AWT100

  ●  支持串口MODBUS RTU协议的数据采集，并通过安科瑞平台协议与安科瑞服务器通讯。

  ●  支持30个MODBUS RTU设备的数据采集。

  ●  支持对每个MODBUS设备5个寄存器地址域的采集，每个寄存器地址范围不超过64个

  ●  支持对每个MODBUS地址范围预设报警地址以及报警值触发报警。每个地址域报警地址目前5个。

  ●  支持服务器MODBUS或者LoRa透传通讯。

  ●  支持固定IP和动态域名解析方式连接数据中心。

  ●  支持透明传输协议，通用模式（主动轮抄，定时上报），MQTT协议，智慧用电无线协议，预付费无线协议等，可定制开发。

  ●  AWT100-LW无线通信终端可通过LoRa通讯将数据上传至服务器

  6 结语

  各级政府部门高度重视电瓶车充电引发火灾的危害,GB51348-2019《民用建筑电气设计标准》中也规定了储备仓库、电动车充电等场所的末端回路应设置限流式电气防火保护器。AcrelCloud-9500电瓶车充电桩收费平台将现场的离散电瓶车充电桩接入平台，进行集中管理，降低管理难度，方便用户运维，同时通过充电桩本身的安全监控与保护，结合限流式保护器，能够及时的杜绝充电过程中存在的火灾隐患，让充电安全、放心，能够切实保障人民群众的生命财产安全。

  参考文献

  [1] Q/320281DGB57-2019《江苏安科瑞电器制造有限公司电瓶车智能充电桩企业标准》

  [2] GB51348-2019《民用建筑电气设计标准》

  [3] 《关于规范电动车停放充电加强火灾防范的通告》

  证书报告