安科瑞 陳聰

摘要：為了改善環(huán)境質(zhì)量，推動(dòng)可持續發(fā)展，新能源電動(dòng)汽車(chē)因*排放、低噪聲和低碳環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)得到的大力支持與大眾的高度認可。隨著(zhù)新能源電動(dòng)汽車(chē)的不斷增加，充電樁的建設和發(fā)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(chē)和樁之間無(wú)法互聯(lián)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(shù)進(jìn)行了研究。首先描述充電樁技術(shù)的國內外發(fā)展現狀，其次立足電網(wǎng)的設計標準，研究了智能充電樁的設計原理和關(guān)鍵技術(shù)，結尾對智能充電樁的發(fā)展方向和市場(chǎng)前景進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車(chē)；充電樁；設計技術(shù)；發(fā)展和規劃

1新能源汽車(chē)智能充電樁技術(shù)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(dòng)汽車(chē)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(wú)法直接連接電動(dòng)汽車(chē)的電池，所以無(wú)法設置大電流充電，這就導致無(wú)法滿(mǎn)足現在電動(dòng)汽車(chē)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(dòng)汽車(chē)直流電，所以不管電動(dòng)汽車(chē)電池性能變得再好，充電時(shí)所需的電流再大，直流充電樁都可以隨著(zhù)升級，增加充電功率。因此使用直流充電樁進(jìn)行充電的時(shí)間就會(huì )變得很短，也就更容易滿(mǎn)足用戶(hù)的使用的需求。

1.2充電樁的市場(chǎng)需求

隨著(zhù)對新能源電動(dòng)汽車(chē)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(lái)三年，新能源電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展將逐漸放緩，但電動(dòng)汽車(chē)充電樁的發(fā)展形勢將會(huì )一片大好，以現在車(chē)樁比3:1的狀況來(lái)看，電動(dòng)汽車(chē)充電樁的發(fā)展會(huì )變得特別火爆。

2新能源汽車(chē)充電樁的發(fā)展前景分析

2.1智能充電樁發(fā)展模式

2.1.1“智能互聯(lián)網(wǎng)+”的發(fā)展模式

“互聯(lián)網(wǎng)智能充電樁＋服務(wù)市場(chǎng)”的模式，以智能充電樁為，依據電力負荷大，智能電網(wǎng)協(xié)調充電樁降低充電速度的情況，優(yōu)先在中大型城市發(fā)展電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)并建立配套的餐飲、健身、美容、便利店、商品零售和休閑娛樂(lè )的商業(yè)體系。例如特來(lái)電與酒店、店鋪以及肯德基等餐飲場(chǎng)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(wù)平臺，通過(guò)云端管理為充電樁運營(yíng)商提供多種充電功率選擇和用電低谷時(shí)段提醒，從而有效降低充電樁運營(yíng)成本。

2.1.2智能共享充電模式

截至目前為止，我國車(chē)樁比才達到3：1，距離1:1的車(chē)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(chē)占領(lǐng)。在這種數量不足還被其他車(chē)種占據的背景下，就需要發(fā)展一種可以提升私家車(chē)充電樁利用率的新模式－充電樁智能共享充電模式，為用戶(hù)提供充電便利性。在客戶(hù)租用期間，網(wǎng)上數據平臺展示充電樁是否在占用以及使用截止時(shí)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(lái)發(fā)展的應用趨勢

在電動(dòng)汽車(chē)電池不斷升級的同時(shí)，充電樁的技術(shù)卻沒(méi)有被重視，這就導致了電動(dòng)汽車(chē)電池技術(shù)與充電樁充電技術(shù)之間的差距越來(lái)越大，電動(dòng)汽車(chē)所需充滿(mǎn)電的時(shí)間也不斷增加，伴隨著(zhù)充電時(shí)間的越來(lái)越長(cháng)，電動(dòng)汽車(chē)用戶(hù)的使用體驗也越來(lái)越差，嚴重阻礙了電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)的進(jìn)步?？吹娇焖俪潆姌督ㄔO的短板后，深圳市已經(jīng)開(kāi)始布局大功率直流快充樁建設目標。深圳市相關(guān)部門(mén)鼓勵發(fā)展大功率公共快速充電樁，彌補公共領(lǐng)域大功率直流快充充電樁不足，充電難的問(wèn)題。隨后，深圳市交通委員在市場(chǎng)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(hù)對充電的需求。

特斯拉創(chuàng )始人馬斯克表示：“特斯拉V3超級充電樁已經(jīng)可以投入使用，大充電功率可達250KW，20分鐘就可補滿(mǎn)特斯拉一天的用電量。”目前國外智能充電樁充電功率已經(jīng)開(kāi)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(wǎng)用電緊張的問(wèn)題，還能降低企業(yè)運營(yíng)充電樁費用。福特充電網(wǎng)絡(luò )效率提高30%，充電10分鐘續航增加100公里；國內的電動(dòng)汽車(chē)續航里程已經(jīng)基本都在400km-700km之間，所以現在60KW-150KW的直流充電樁已經(jīng)不能滿(mǎn)足其充電需要。通過(guò)市場(chǎng)上的充電樁發(fā)展情況來(lái)看，大功率充電樁將會(huì )是未來(lái)的主要發(fā)展趨勢。

2.2.2智能有序充電是電網(wǎng)對智能充電樁的發(fā)展要求

據電網(wǎng)統計，電動(dòng)汽車(chē)的充電的時(shí)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(wǎng)的電力負荷；而過(guò)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(shù)和5G技術(shù)，主動(dòng)為用戶(hù)提供合理的充電時(shí)間設置以及低谷期電費優(yōu)惠價(jià)格，用戶(hù)可根據自己的情況選擇是否聽(tīng)取該設置方式，這樣就可以利用這8h的低谷期對電動(dòng)汽車(chē)進(jìn)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(wǎng)無(wú)需進(jìn)行電網(wǎng)改造就能實(shí)現社區內所有電動(dòng)車(chē)輛穩定充電。

面對小區充電難，電力不足等問(wèn)題，電網(wǎng)預計今年在全國大部分小區內建設12萬(wàn)個(gè)可支持有序充電的充電樁來(lái)解決這些問(wèn)題。電網(wǎng)還聯(lián)合中電聯(lián)，制定V2G標準，大力推進(jìn)有序充電的進(jìn)程。

2.2.3智能充電樁無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)的應用前景

根據“新基建”的發(fā)展目標，無(wú)感支付將會(huì )越來(lái)越重要，而無(wú)感支付其中就包括無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)的應用。目前無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)有：電磁感應式、無(wú)線(xiàn)電波式和電場(chǎng)耦合式。電磁感應式充電樁基本原理是在收發(fā)端各安裝一個(gè)線(xiàn)圈，在充電樁發(fā)射端連接電源產(chǎn)生電磁信號，接收端感應電磁信號并產(chǎn)生電流給電動(dòng)汽車(chē)充電，實(shí)現無(wú)線(xiàn)充電技術(shù)的電能傳輸。這種方式無(wú)線(xiàn)輸出功率大、制造技術(shù)成熟、環(huán)境適應能力強。但是充電效率低、難以滿(mǎn)足大功率傳輸需求，傳輸距離短。無(wú)線(xiàn)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(shí)現無(wú)線(xiàn)電力傳輸。主要由微波發(fā)射器和微波接收裝置組成，可以將從障礙物反彈回來(lái)的無(wú)線(xiàn)電波輕松獲取，從而實(shí)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(wú)線(xiàn)電的形式浪費掉。電場(chǎng)耦合式充電樁的基本原理是利用通過(guò)沿垂直方向耦合兩組非對稱(chēng)偶極子而產(chǎn)生的磁感電場(chǎng)來(lái)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(yíng)云平臺

3.1概述

AcrelCloud-9000安科瑞充電柱收費運營(yíng)云平臺系統通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對接入系統的電動(dòng)電動(dòng)自行車(chē)充電站以及各個(gè)充電整法行不間斷地數據采集和監控，實(shí)時(shí)監控充電樁運行狀態(tài)，進(jìn)行充電服務(wù)、支付管理，交易結算，資要管理、電能管理，明細查詢(xún)等。同時(shí)對充電機過(guò)溫保護、漏電、充電機輸入/輸出過(guò)壓，欠壓，絕緣低各類(lèi)故障進(jìn)行預警；充電樁支持以太網(wǎng)、4G或WIFI等方式接入互聯(lián)網(wǎng)，用戶(hù)通過(guò)微信、支付寶，云閃付掃碼充電。

3.2應用場(chǎng)所

適用于民用建筑、一般工業(yè)建筑、居住小區、實(shí)業(yè)單位、商業(yè)綜合體、學(xué)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(wǎng)絡(luò )傳輸層、數據層和客戶(hù)端層。

2）數據采集層：包括電瓶車(chē)智能充電樁通訊協(xié)議為標準modbus-rtu。電瓶車(chē)智能充電樁用于采集充電回路的電力參數，并進(jìn)行電能計量和保護。

3）網(wǎng)絡(luò )傳輸層：通過(guò)4G網(wǎng)絡(luò )將數據上傳至搭建好的數據庫服務(wù)器。

4）數據層：包含應用服務(wù)器和數據服務(wù)器，應用服務(wù)器部署數據采集服務(wù)、WEB網(wǎng)站，數據服務(wù)器部署實(shí)時(shí)數據庫、歷史數據庫、基礎數據庫。

5）應客戶(hù)端層：系統管理員可在瀏覽器中訪(fǎng)問(wèn)電瓶車(chē)充電樁收費平臺。終端充電用戶(hù)通過(guò)刷卡掃碼的方式啟動(dòng)充電。

小區充電平臺功能主要涵蓋充電設施智能化大屏、實(shí)時(shí)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(shí)為運維人員提供運維APP，充電用戶(hù)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(diǎn)分布情況，對設備狀態(tài)、設備使用率、充電次數、充電時(shí)長(cháng)、充電金額、充電度數、充電樁故障等進(jìn)行統計顯示，同時(shí)可查看每個(gè)站點(diǎn)的站點(diǎn)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(shí)時(shí)監控

實(shí)時(shí)監視充電設施運行狀況，主要包括充電樁運行狀態(tài)、回路狀態(tài)、充電過(guò)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(hù)賬戶(hù)，對其進(jìn)行賬戶(hù)進(jìn)行充值、退款、凍結、注銷(xiāo)等操作，可查看小區用戶(hù)每日的充電交易詳細信息。

3.4.4故障管理

設備自動(dòng)上報故障信息，平臺管理人員可通過(guò)平臺查看故障信息并進(jìn)行派發(fā)處理，同時(shí)運維人員可通過(guò)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(hù)也可通過(guò)充電小程序反饋現場(chǎng)問(wèn)題。

3.4.5統計分析

通過(guò)系統平臺，從充電站點(diǎn)、充電設施、、充電時(shí)間、充電方式等不同角度，查詢(xún)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(yíng)商戶(hù)，運營(yíng)商可建立和管理其運營(yíng)所需站點(diǎn)和充電設施，維護充電設施信息、價(jià)格策略、折扣、優(yōu)惠活動(dòng)，同時(shí)可管理在線(xiàn)卡用戶(hù)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(diǎn)和充電樁進(jìn)行管理、能夠進(jìn)行故障閉環(huán)處理、查詢(xún)流量卡使用情況、查詢(xún)充電\充值情況，進(jìn)行遠程參數設置，同時(shí)可接收故障推送

3.4.8充電小程序

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

3.5系統硬件配置

4結束語(yǔ)

本文對充電樁進(jìn)行由表及里，由淺入深的分析研究，通過(guò)對充電樁市場(chǎng)的了解，對智能充電樁進(jìn)行分析，分析智能充電樁目前的發(fā)展模式狀況以及未來(lái)發(fā)展前景的展望，主要完成以下工作內容：分析目前市場(chǎng)對充電樁發(fā)展的需求，提出目前充電樁需要滿(mǎn)足安全性、監測性和快充性等性能需求。根據電網(wǎng)的標準，對智能充電樁進(jìn)行整體設計并創(chuàng )新性的提出將智能電網(wǎng)平臺與智能充電樁通過(guò)通訊模塊進(jìn)行數據交流，來(lái)保證用戶(hù)使用體驗。創(chuàng )新型的“互聯(lián)網(wǎng)智能充電樁＋房地產(chǎn)行業(yè)＋電網(wǎng)”的發(fā)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(yè)管理等問(wèn)題，保證了電網(wǎng)在社區內對配電網(wǎng)的建設，為智能充電樁電力供應提供了后勤保障。

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