浅谈电瓶车在线充电管理系统的设计与应用

摘要：基于ARM 硬件平台，研究了电瓶车充电技术，提出了一种智能型电瓶车在线充电系统，该系统可根据实际充电情况实现智能断电，同时提供给用户一种远程充电、断电的平台，目的是防止电瓶车过度充电引发电瓶损伤和火灾等事故的发生。

关键词：ARM；电瓶车；充电

0 引言

随着社会的发展，城市电瓶车数量迅猛发展，目前制约电瓶车行业发展的大问题是电瓶问题，电瓶作为电瓶车的核心部件，选择好的充电方式至关重要，现有的几种充电方式均不太理想：首先，人为断电无法保证电瓶是否损坏，可能出现几天不断电的情况，事故多发皆由此发生。其次，投币式快速充电装置多采用大电流加反脉冲的工作原理，本身对电瓶即有损害，且充电时长仅取决于投币多少，时间到即断电，该时长不一定是好时间，多适用于车无电且急需用电的情况。此外，自定义延时插座由于需在插座上另加延时插座，在公共场所容易被偷，且延时也仅从时间角度考虑，无法针对电瓶电量情况而自动确定。

本文提出了一种基于ARM 的电瓶车在线安充电系统，包含多个现场充电装置，可根据实际的充电情况智能断电，同时提供给用户一个远程充电、断电的平台，可使得忘记拔充电的用户自动切断充电回路，以防电瓶的损伤和火灾等事故的发生。

1 系统结构设计

系统的总体设计方案如图1所示：本系统包括两套以上的现场充电装置，单套充电装置中包括现场充电的控制器一套，设置在充电插座低压回路中的电流传感器以4- 20mA 模拟信号形式和控制器连接，在充电插座的插孔内设置机械式限位开关，限位开关触点和控制器相连，1继电器和2继电器设置在充电插座的低压回路中，1继电器和2继电器和控制器用以控制充电插座的电流通断，控制器以RS485 形式连接票据打印机，同时现场所有充电装置的控制器集中连接至局域网，局域网内设有平台服务器搭建软件平台，平台服务器与外部互联网相连，通过互联网与用户的手机和电脑实现通讯。充电插座的低压回路供用户充电。

图l系统总体设计方案

其中，充电插座、票据打印机固定在墙壁上，控制器、电流传感器、限位开关、1继电器和2继电器均在墙壁内部或背面隐式安装。

2 工作原理

本系统由32 位 MCU 为主控制器，通过AID 转换，把信号送往MCU进行处理，系统的主控制器采用LM3Sl l38微控制器，该微控制器围绕ARM Cortex-M3处理器内核来设计的。Cortex-M3是基于ARMv7-M架构的ARM 处理器。

本系统采用现场多信号转换控制技术，根据充电回路电流的计算、普遍充电时间和远程用户的控制综合管理电瓶车充电时间。具体为以下几点。

2.1限位采集

本系统利用充电插座内的限位开关感知是否有插头插入，当有插头插入时控制器开始运算处理并输出控制，当插头拔出时控制器停止控制工作，仅实现上位机的通讯巡回诊断，并恢复继电器l、2的状态。

2.2电流信息的采集

本系统采用电流传感器采集充电回路电流，当电流不为零时利用控制器对电流进行计算，从而对继电器l、2 实现控制。

2.3票据打印

当用户将充电器插入充电插座时，限位开关感知有插头插入，则控制器通过RS485通讯线控制票据打印机打印票据，票据内容包括，平台登录及配套二维码、所配随机验证码或用户名和密码。

2.4控制器的处理与控制

控制器识别限位信息和回路电流信息进行计算处理，当有插头插入充电插座时，开始发送打印信息至票据打印机打印，同时开始充电计时T1。

充电计时 T1可按普遍时间规律和远程手动设定的时间来确定，普遍时间规律为大于一般电瓶车充电时长，以便控制器通过电流的计算控制断电，作为电瓶缺水等故障时电流信息不准的保障措施。手动设定优先级高于普遍时间规律，为用户熟知自己电瓶车性能后自定义的时间，当在此时间内充满电后，控制器也将控制回路断电。

充电计时时间内，控制器对充电电流的稳定性进行监控，按时间段计算电流波动偏差： /::,,.T=Tn-Tn-1, 当心Tl<=T限值，即当电流波动在可接受范围之内持续5分钟后，判定充电已经达到恒流状态（表现为充电器显示绿灯），此时开始延时计时 T2(一般为1个小时左右）。

当到达延时时间T2 或设定时间T1后，控制器控制继电1、2 断电，断电后持续检测限位开关状态，当插头拔出时限位开关恢复，此时控制继电器1、2 恢复以便下次的循环。                

控制器另有防浪涌功能，当检测出电流过大处于非正常使用状态时，自动控制继电器1、2断电，这样避免了一些事故的发生。

2.5继电器控制

继电器l、2的作用主要是控制充电回路的通断，电充满、电流过大或充电时间到时，控制回路断电，此时插座无电；当限位开关从1到0时（即拔出插头的过程，）继电器失电恢复原样，此时插座内有电。

2.6系统平台建立与外部通讯

系统平台以平台服务器为载体,可采集多个现场控制器信息，集中式在界面上展现。平台服务器内部软件以Bl/S软件架构搭建WEB形式展现，以外部互联网形式发布,可在电脑、手机等可联网的设备上观看并操作。平台管理人员可集中监控所有充电电瓶车的状况,发现问题及时联络车主。

而个体用户，即电瓶车车主，可根据所取的票据远程登录平台,用相应的随机验证方式单独操作自己的电瓶车，监控电瓶车的状况。如发生过载使得充电停止后,用户可以手动远程操作控制器，使得电瓶车再次充电。如手动操作后仍然过载跳电，则用户可知需前往查看,更换充电口或者查验是否充电器有问题。

3安科瑞电瓶车充电桩及在线充电管理系统产品介绍

3.1电瓶车充电桩产品介绍

电瓶车智能充电桩是新一代电动自行车智能充电设备，具有交流输出电源远程通断控制、充电控制、电度计量、按时计费功能于一体的交流供电装置，该装置能通过电瓶车的车配充电器为电动自行车充电。支付方式可选择投币、刷卡、扫码使用，设备内部可引出10路出线至插座，通过电瓶车的车配充电器完成充电。可连接云平台给用户提供可靠及智能化的充电服务。

3.2电瓶车充电桩技术参数

3.3电瓶车充电桩选型表

3.4电瓶车在线充电管理系统架构

3.5电瓶车在线充电管理系统功能介绍

3.5.1资源管理

充电站档案管理，充电桩档案管理，用户档案管理，充电桩异常交易监测。

3.5.2交易结算

充电价格策略管理，预收费管理，账单管理，营收和财务相关报表。

3.5.3用户管理

用户注册，用户登录，用户账户管理

3.5.4充电服务

充电设施搜索，充电设施查看，地图寻址，在线自助支付充电，充电结算，导航等。

3.5.5小程序

扫码充电，账单支付等功能。

3.5.6数据服务

数据采集，短信提醒，数据存储和解析。

4结语

本系统改变原有仅从时间上来控制电瓶车断电的方法，利用插座和电流的信息，结合普遍规律的时间和用户自定义的时间综合控制电瓶车的充电，有助于电瓶的优利用，保护不受损伤。

首先，用户可通过网络以手机、电脑等远程监控电瓶车充电状态，多模式遥控电瓶车的充断电，实现了信息的远程共享。管理人员可通过平台实现电瓶车充电的集中式管理。即使用户什么都不操作，系统也可自动对电瓶车实行充电的控制和管理，对忘了拔电的用户提供保障功能。

其次，以票据形式打印充电信息，每次充电配置随机验证信息，除管理外每个人仅能操作自己的电瓶车，使得恶作剧的形式无处遁形。

系统不对外部进行改造，而以暗装方式安装，避免了装置被盗的情况，且充电场所可开放公共用户，无需收费，避免了很多麻烦，可设置在办公楼、大型商场等公共场所，可大大方便用户，提高公共场所口碑。

参考文献：

[1] 王刚,张万民,电动车充电过程起火原因分析及技术防范措施[J]消防科学与技术，2012 (12).

[2] 瞿国庆,张晓冬,袁异贵,瞿峰,基于ARM的电瓶车安全在线充电系统[J].

[3] 安科瑞企业微电网设计与应用手册.2019.11

[4]安科瑞电瓶车充电桩收费云平台.2019.11