国家级创新项目- 电动自行车充电桩设计.docx

大学生创新训练项目申请书项目编号 项目名称 电动自行车充电桩再设计 项目负责人 联系电话 所在学院 学 号 专业班级 指导教师 E-mail 申请日期 2019.5.14 起止年月 2019.6 2021.6 填 写 说 明1、本申请书所列各项内容均须实事求是，认真填写，表达明确严谨，简明扼要2、申请人可以是个人，也可为创新团队，首页只填负责人。“项目编号”一栏不填。3、本申请书为大16开本（A4），左侧装订成册。可网上下载、自行复印或加页，但格式、内容、大小均须与原件一致。4、负责人所在学院认真审核, 经初评和答辩，签署意见后，将申请书（一式两份）报送大学项目管理办公室。一、 基本情况项目名称电动自行车充电桩再设计所属学科学科一级门：工学学科二级类：电气类申请金额10000 元起止年月2019 年 6 月至 2021 年 6 月负责人姓名性别民族出生年月年 月学号联系电话宅：手机: 指导教师联系电话宅：手机: 负责人曾经参与科研的情况指导教师承担科研课题情况指导教师对本项目的支持情况。项目组主要成员姓 名学号专业班级所在学院项目中的分工统筹兼顾模块功能实现模块功能实现微信平台开发二、 立项依据（可加页）（一） 项目简介目前，电动自行车在生活中十分的普及，但是充电问题一直是一个难题，由于充电桩数量很少，所以人们对于电动车充电桩的需求很大；不仅如此，由于老式电动车充电桩的安全性不太高，在下雨天时，容易出现充电器淋雨短路，甚至会造成整个充电桩停用，有着很大的安全隐患；另外，老式充电桩的空间利用效率不高，占用较大空间。我们的项目旨在解决老式充电桩存在的这些问题，对电动车充电桩进行再设计。（二） 研究目的据统计，仅XX大学某学生公寓就有700辆左右的电动自行车，而可供同学们使用的供电座最多可供90辆电动车同时充电，考虑到同学们日常出行的频率很高，对于电动车充电桩的需求很大，可谓是“僧多肉少”。不仅如此，由于电动车充电桩的匮乏，在夜晚常有同学未经允许擅自挪开别人的车，引起了很多争执。在下雨天时，由于充电器易淋雨短路，甚至造成整个充电桩停用，给同学们早造成极大的不便利。所以解决大学城内宿舍区电动车充电资源空间匮乏，充电安全等问题已是迫在眉睫。因此我们借助SIT立项的机会想要重新设计电动自行车充电桩，我们打算使一个充电基站可携带15-20个充电端口，利用相同的充电桩可以允许多出一倍的电动自行车同时充电，基本可以满足同学们的充电需求。同时，我们设计的内置充电接头可以减少同学们使用自带的充电器的麻烦，保证充电安全。我们希望可以通过电动自行车充电桩的再设计，合理利用有限的空间资源，满足同学们的充电需求，保护同学们的充电安全。（三） 研究内容1. 重新设计充电基座，将基座设计成圆柱形尽量节省空间，并且内置15-20个充电接头。2. 内置多接头充电线，满足不同型号电动车的充电要求，不需要自带充电器，保证用电安全。并且充电线可自动回收。3. 可选择的充电模式和充电时间，充电模式分为“48 V”，“60 V”,“72 V”，充电时长分为“3小时”，“6小时”，“9小时”，“12小时”。4. 采用三段式充电，分别为“恒流阶段”，“恒压阶段”，“涓流阶段”，保护用户的电池，增加使用寿命。5. 支持微信、支付宝支付，同时增加微信公众号，可以远程进行充电延时，断电等功能，支持在线查询充电情况，如还需多久可以充满，充电电压电流等。（四） 国、内外研究现状和发展动态国内电动自行车数量庞大，2019年已接近3亿辆，这给电动自动车充电桩的普及提供了巨大的优势。自2017年9月起，全国各地的消防安全委员会开始明令禁止各级民小区，公司私拉乱接电线进行电动车充电，而电动自行车充电桩也开始投入使用。国内电动自行车充电桩大多是由一个供电主机和9个供电端口组成，有些较为高级的充电桩，支持微信、支付宝等支付方式进行固定时长的充电，但没有办法进行远程操控，也没有办法查询实时的充电情况。未来的发展就是实现无需用户自带充电器，同时充电桩的安全性能提供进一步的要求，增加更多的人机交互，如在线查询充电状态，充电时间，通过手机进行在线续充，断电等功能。据测算，一台支持10台电动车同时充电的充电桩，可以满足100户居民使用，若1元充电4小时，电费1元一度，按科学的数据测试电动车充电桩每小时耗电0.12度，则充电成本：0.12*4*1=0.48元，利润：1-0.48-0.52元，每台10路循环共享使用，每天每台充电站的利润：0.52*10=5.2元，每月：0.52*30=156元，每年：156*12=1872元。目前充电桩技术的发展还处在初级阶段，很多市场还是空白的，易推广发展，居民小区，写字楼，医院，学校，以及每一个在建的小区的硬性刚需，目前市场饱和度不足10%，保守估计全国有超千万的充电桩需求。所以可以肯定，在未来充电桩产业一定会发展起来的。（五） 创新点与项目特色创新点：1. 内置多接头充电头线（可拉伸）能够合理节省空间，并且自主选择的充电模式适配不同型号的电动车，方便而且安全。2. 可以通过手机程序远程进行充电操控和状态查询。特色：1. 可推广性，可用到其他公共场合，且开发制作成本低，可以大量的投入使用。2. 内置接口有效抵御环境因素，解决了老式充电桩雷雨天易断电的弊端。3. 使用简单，方便快捷，易于用户上手，并且远程遥控带来了极大的方便。（六） 技术路线、拟解决的问题及预期成果技术路线：1.项目考察：了解身边已有产品，比如德智的充电桩，亲自体验充电桩充电，从中体会其优缺点（优点：配有不同型号的充电头等，缺点：对空间资源的利用不够充分，没有提醒功能），优点要保留甚至加强，缺点要在我们的产品中克服和解决；2. 产品功能实现：根据已有的装置，综合想改进的方面，提出自己的大致设计方案，即产品要实现的功能，大致总结为以下六大模块：支付模块、电力转换模块、断电模块、提醒模块、安全检测模块、控制模块；3. 模块的选择：根据我们要实现的功能，选取适当的模块，一个功能可能需要很多模块，一个模块可能能用在实现很多功能中，例如：支付模块：应用微信支付平台模块，方便快捷，目前技术已经很成熟，比如：德智宿舍楼梯口的洗衣机支付功能；电力转换模块：把220 V的交流电转化为可给电动车充电的直流电压，交流转直流，模块可以直接买来用；断电模块：初步计划是，在电动车充电6-8小时后断电，并且时刻监测插头是否在充电过程中被拔下，当检测到被拔下时，安全起见应当断电，可用继电器来实现控制；提醒模块：可以和支付模块一起做，微信支付平台具有提醒功能，在充电完成时提醒用户；安全监测模块：监测装置功率是否超过额定功率，以及电压、电流是否超过警戒值，是否发生短路等，可以通过内置保险丝、电磁继电器等方式来保护装置安全；控制装置：是充电装置的大脑，协调控制这些模块，使这些模块协同作用，比如控制不同阶段的充电电流，来实现对电动车电池的保护作用，可以用单片机来实现。内部结构设计：把实现功能所需要的模块组装起来，使其能够正常工作。在设计中要尽量保证系统的稳定性和可靠性要高，尽量缩小占用的空间，以及最大限度的提高效率（能够充电的电动车的数量），同时还要考虑到一些极端的情况（如短路、停电、负载过多等），先用一些电路仿真软件（如：Multisim）进行仿真；5. 外观的设计：根据内部结构的设计，设计其外形（AutoCAD），要做到美观并且能够遮风挡雨，选用合适的材料，使其坚固耐用，并有优秀的电屏蔽作用，保护使用者的安全（可以考虑3D打印）；6. 组装调试：把以上的装置和外壳组装起来，在做好安全防护的情况下，用电动车进行充电测试，测试其是否安全，是否可以正常充电；7. 迭代更新：推荐周边同学使用此充电桩，并向他们收集意见和建议，做可行性分析，再对产品进行完善升级，不断使其变得完善。预期成果：用户使用充电桩提供的接头，微信扫码支付充电费用，充电桩给电动车充电，并计时，待时间到后，自动断电，并通过微信公众号发送消息的形式提醒用户。如果遇到一些特殊情况，比如短路等，可以自动断电，保护人及装置的安全。我们可以申请专利，在德智先进行应用，最后甚至可以推广到全国，形成一个产业。（七） 项目研究进度安排2019年：完成初步结构设计，各模块设计；2020年：完成实物模型构建；2021年：对实物模型调试改进，形成最终产品。（八） 已有基础1. 与本项目有关的研究积累和已取得的成绩1. 可以使用Maxwell软件或者Multisim对特定情景的电流电压实际情况进行模拟分析验证，可以凭借此项技术研究充电桩充电过程中的电场磁场的分布，减少能量损耗。2. 学习过如51，32等型号的单片机的使用，可以通过编程对其进行操控，实现如定时，警报，遥控等功能。3. 可以熟练地使用C语言进行程序的设计，可以自主编写比较复杂的程序。4. 可以使用Autodesigner软件进行开发板的设计开发，便于我们自主设计需要的开发板。5. 运用AutoCAD进行简单的设计，可以画出充电基座的具体形状，表明数据，便与设计。2. 已具备的条件，尚缺少的条件及解决方法已具备的条件：微信平台大体框架已建立，相关知识的储备和积累（数电，模电，电路，单片机）尚缺少条件：具体模块的选择和采购，具体结构的精密设计，微信平台功能完善解决方法：查找具体模块的资料，向老师请教，选择最合适的型号；查询工业设计方面的资料，把内部结构做的紧凑、美观；参考已有的微信支付平台的构建。三、 经费预算开支科目 预算经费（元）主要用途 阶段下达经费计划（元）前半阶段后半阶段预算经费总额10000完成产品设计与研究600040001. 业务费300015001500（1）计算、分析、测试费1000研究分析，确定模型合理性500500（2）能源动力费500对充电设施充电检测300200（3）会议、差旅费500进行实地考察400100（4）文献检索费500下载购买必要文献300200（5）论文出版费500出版论文05002. 仪器设备购置费4000购买各种仪器设备300010003. 实验装置试制费1000装置安装5005004. 材料费2000购买必要材料10001000学校批准经费1000060004000四、 指导教师意见 导师（签章）：年 月 日五、 院系大学生创新创业训练计划专家组意见 专家组组长（签章）：年 月 日六、 学校大学生创新创业训练计划专家组意见 负责人（签章）：年 月 日七、 大学生创新创业训练计划领导小组审批意见 负责人（签章）：年 月 日