安科瑞 陳聰

摘要：為了改善環境質量，推動可持續發展，新能源電動汽車因*排放、低噪聲和低碳環保等優點得到的大力支持與大眾的高度認可。隨著新能源電動汽車的不斷增加，充電樁的建設和發展便成為當前的重中之重，但現在市面上的充電樁充電速度慢、安全性差且車和樁之間無法互聯互通，造成資源的浪費。為此本文對充電樁智能化、通用化技術進行了研究。首先描述充電樁技術的國內外發展現狀，其次立足電網的設計標準，研究了智能充電樁的設計原理和關鍵技術，結尾對智能充電樁的發展方向和市場前景進行了展望。

關鍵詞：電動汽車；充電樁；設計技術；發展和規劃

1新能源汽車智能充電樁技術分析

1.1充電樁的充電模式

目前的充電樁建設下，根據國標GB/T18487.1-2015《電動汽車傳導充電系統》要求。充電樁分為直流充電樁、交流充電樁，他們分別對應直流充電模式和交流充電模式。根據兩者充電原理不同，交流充電樁可以被設計得很小很便捷，不需要什么多余的東西，因為交流充電樁無法直接連接電動汽車的電池，所以無法設置大電流充電，這就導致無法滿足現在電動汽車電池的充電速度。而直流充電樁由于需要內置很多設備，所以就只能設計得很大，再加上直流充電樁直接輸出給電動汽車直流電，所以不管電動汽車電池性能變得再好，充電時所需的電流再大，直流充電樁都可以隨著升級，增加充電功率。因此使用直流充電樁進行充電的時間就會變得很短，也就更容易滿足用戶的使用的需求。

1.2充電樁的市場需求

隨著對新能源電動汽車的補貼政策慢慢轉為對充電基礎設施的補貼政策，預計未來三年，新能源電動汽車的發展將逐漸放緩，但電動汽車充電樁的發展形勢將會一片大好，以現在車樁比3:1的狀況來看，電動汽車充電樁的發展會變得特別火爆。

2新能源汽車充電樁的發展前景分析

2.1智能充電樁發展模式

2.1.1“智能互聯網+”的發展模式

“互聯網智能充電樁＋服務市場”的模式，以智能充電樁為，依據電力負荷大，智能電網協調充電樁降低充電速度的情況，優先在中大型城市發展電動汽車市場并建立配套的餐飲、健身、美容、便利店、商品零售和休閑娛樂的商業體系。例如特來電與酒店、店鋪以及肯德基等餐飲場所布局充電樁，目的就是將充電樁打造成一種配套設施。

與云計算搭建服務平臺，通過云端管理為充電樁運營商提供多種充電功率選擇和用電低谷時段提醒，從而有效降低充電樁運營成本。

2.1.2智能共享充電模式

截至目前為止，我國車樁比才達到3：1，距離1:1的車樁比目標還相差很遠，而且據統計2020年有36%的公共充電樁被燃油車占領。在這種數量不足還被其他車種占據的背景下，就需要發展一種可以提升私家車充電樁利用率的新模式－充電樁智能共享充電模式，為用戶提供充電便利性。在客戶租用期間，網上數據平臺展示充電樁是否在占用以及使用截止時間，合理規劃充電樁使用效果。

2.2智能充電樁前景展望

2.2.1大功率智能充電樁是未來發展的應用趨勢

在電動汽車電池不斷升級的同時，充電樁的技術卻沒有被重視，這就導致了電動汽車電池技術與充電樁充電技術之間的差距越來越大，電動汽車所需充滿電的時間也不斷增加，伴隨著充電時間的越來越長，電動汽車用戶的使用體驗也越來越差，嚴重阻礙了電動汽車市場的進步。看到快速充電樁建設的短板后，深圳市已經開始布局大功率直流快充樁建設目標。深圳市相關部門鼓勵發展大功率公共快速充電樁，彌補公共領域大功率直流快充充電樁不足，充電難的問題。隨后，深圳市交通委員在市場應用對象方面提出了建樁目標。尤其是提出要擴大大功率直流充電樁的建設數量，保證用戶對充電的需求。

特斯拉創始人馬斯克表示：“特斯拉V3超級充電樁已經可以投入使用，大充電功率可達250KW，20分鐘就可補滿特斯拉一天的用電量。”目前國外智能充電樁充電功率已經開始布局大充電功率可達350KW的智能充電樁；BlinkCharging合作CHAKRATEC推出直流快充解決方案，不僅能緩解電網用電緊張的問題，還能降低企業運營充電樁費用。福特充電網絡效率提高30%，充電10分鐘續航增加100公里；國內的電動汽車續航里程已經基本都在400km-700km之間，所以現在60KW-150KW的直流充電樁已經不能滿足其充電需要。通過市場上的充電樁發展情況來看，大功率充電樁將會是未來的主要發展趨勢。

2.2.2智能有序充電是電網對智能充電樁的發展要求

據電網統計，電動汽車的充電的時間都處在17:00-0:00，而用電高峰期則集中在19:00-22:00，充電樁用電負荷與家庭用電負荷重疊在一起，在3h內形成用電高峰期，嚴重影響電網的電力負荷；而過了這3h高峰期后，有8h的家用電低谷期，電力負荷只有20%左右。因此可以在智能充電樁上運用信息分析技術和5G技術，主動為用戶提供合理的充電時間設置以及低谷期電費優惠價格，用戶可根據自己的情況選擇是否聽取該設置方式，這樣就可以利用這8h的低谷期對電動汽車進行充電，形成一種有序錯峰充電模式，這樣做可以使現有不少社區配電網無需進行電網改造就能實現社區內所有電動車輛穩定充電。

面對小區充電難，電力不足等問題，電網預計今年在全國大部分小區內建設12萬個可支持有序充電的充電樁來解決這些問題。電網還聯合中電聯，制定V2G標準，大力推進有序充電的進程。

2.2.3智能充電樁無線充電技術的應用前景

根據“新基建”的發展目標，無感支付將會越來越重要，而無感支付其中就包括無線充電技術的應用。目前無線充電技術有：電磁感應式、無線電波式和電場耦合式。電磁感應式充電樁基本原理是在收發端各安裝一個線圈，在充電樁發射端連接電源產生電磁信號，接收端感應電磁信號并產生電流給電動汽車充電，實現無線充電技術的電能傳輸。這種方式無線輸出功率大、制造技術成熟、環境適應能力強。但是充電效率低、難以滿足大功率傳輸需求，傳輸距離短。無線電波式充電樁的基本原理是將微波的能量轉化為電能，從而實現無線電力傳輸。主要由微波發射器和微波接收裝置組成，可以將從障礙物反彈回來的無線電波輕松獲取，從而實現能量的接收。這種方式的傳輸距離較遠，可達10米，但是轉化效率低，傳輸功率基本都以無線電的形式浪費掉。電場耦合式充電樁的基本原理是利用通過沿垂直方向耦合兩組非對稱偶極子而產生的磁感電場來傳輸電力，具有很強的抗水平錯位的能力。這種方式充電效率傳輸可達到70%-80%，非常適合短距離充電。

3安科瑞充電樁收費運營云平臺

3.1概述

AcrelCloud-9000安科瑞充電柱收費運營云平臺系統通過物聯網技術對接入系統的電動電動自行車充電站以及各個充電整法行不間斷地數據采集和監控，實時監控充電樁運行狀態，進行充電服務、支付管理，交易結算，資要管理、電能管理，明細查詢等。同時對充電機過溫保護、漏電、充電機輸入/輸出過壓，欠壓，絕緣低各類故障進行預警；充電樁支持以太網、4G或WIFI等方式接入互聯網，用戶通過微信、支付寶，云閃付掃碼充電。

3.2應用場所

適用于民用建筑、一般工業建筑、居住小區、實業單位、商業綜合體、學校、園區等充電樁模式的充電基礎設施設計。

3.3系統結構

3.3.1系統分為四層：

1）即數據采集層、網絡傳輸層、數據層和客戶端層。

2）數據采集層：包括電瓶車智能充電樁通訊協議為標準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。

3）網絡傳輸層：通過4G網絡將數據上傳至搭建好的數據庫服務器。

4）數據層：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。

5）應客戶端層：系統管理員可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掃碼的方式啟動充電。

小區充電平臺功能主要涵蓋充電設施智能化大屏、實時監控、交易管理、故障管理、統計分析、基礎數據管理等功能，同時為運維人員提供運維APP，充電用戶提供充電小程序。

3.4安科瑞充電樁云平臺系統功能

3.4.1智能化大屏

智能化大屏展示站點分布情況，對設備狀態、設備使用率、充電次數、充電時長、充電金額、充電度數、充電樁故障等進行統計顯示，同時可查看每個站點的站點信息、充電樁列表、充電記錄、收益、能耗、故障記錄等。統一管理小區充電樁，查看設備使用率，合理分配資源。

3.4.2.實時監控

實時監視充電設施運行狀況，主要包括充電樁運行狀態、回路狀態、充電過程中的充電電量、充電電壓/電流，充電樁告警信息等。

3.4.3交易管理

平臺管理人員可管理充電用戶賬戶，對其進行賬戶進行充值、退款、凍結、注銷等操作，可查看小區用戶每日的充電交易詳細信息。

3.4.4故障管理

設備自動上報故障信息，平臺管理人員可通過平臺查看故障信息并進行派發處理，同時運維人員可通過運維APP收取故障推送，運維人員在運維工作完成后將結果上報。充電用戶也可通過充電小程序反饋現場問題。

3.4.5統計分析

通過系統平臺，從充電站點、充電設施、、充電時間、充電方式等不同角度，查詢充電交易統計信息、能耗統計信息等。

3.4.6基礎數據管理

在系統平臺建立運營商戶，運營商可建立和管理其運營所需站點和充電設施，維護充電設施信息、價格策略、折扣、優惠活動，同時可管理在線卡用戶充值、凍結和解綁。3.4.7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，同時可接收故障推送

3.4.8充電小程序

面向充電用戶使用，可查看附近空閑設備，主要包含掃碼充電、賬戶充值，充電卡綁定、交易查詢、故障申訴等功能。

3.5系統硬件配置

4結束語

本文對充電樁進行由表及里，由淺入深的分析研究，通過對充電樁市場的了解，對智能充電樁進行分析，分析智能充電樁目前的發展模式狀況以及未來發展前景的展望，主要完成以下工作內容：分析目前市場對充電樁發展的需求，提出目前充電樁需要滿足安全性、監測性和快充性等性能需求。根據電網的標準，對智能充電樁進行整體設計并創新性的提出將智能電網平臺與智能充電樁通過通訊模塊進行數據交流，來保證用戶使用體驗。創新型的“互聯網智能充電樁＋房地產行業＋電網”的發展模式，完善了社區內智能充電樁重復建設、分布不合理、物業管理等問題，保證了電網在社區內對配電網的建設，為智能充電樁電力供應提供了后勤保障。

參考文獻：

[1]文亦驍,宋春華.電動汽車發展研究綜述[D].汽車零部件,2015.

[2]伍福平,王小軍,袁泉.電動汽車充電設施的現狀與問題分析[J].科學技術創新,2018(32):195-196.

[3]楊松.充電樁大躍進[J].21世紀商業評論,2021(01):62-64.

[4]王寅飛,鄭泰山,李鵬.新能源汽車能量補充模式分析與探討[D].廣東省機械研究所,2017.

[5]甄文媛.“換擋期”的新角色[D].《汽車縱橫》編輯部,2016.

[6]劉飛.新能源汽車充電樁發展研究.

[7]安科瑞企業微電網設計與應用手冊.2022.05版.