安科瑞 陳聰

摘要：隨著(zhù)我國經(jīng)濟社會(huì )快速發(fā)展，人民生活水平不斷提高，并且在近些年來(lái)，得益于國家政策的支持，新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)得到了迅速發(fā)展的機會(huì )，已經(jīng)成為推動(dòng)綠色低碳循環(huán)發(fā)展、促進(jìn)生態(tài)文明建設和滿(mǎn)足群眾出行需求的戰略性新興產(chǎn)業(yè)。我國各地都頒布了與電動(dòng)汽車(chē)相關(guān)的政策，使得電動(dòng)汽車(chē)的保有量迅速增加。部分地區的基礎設施較為完善，提供了充足的充電樁，但在充電樁運行之時(shí)，有時(shí)會(huì )發(fā)生通信、安全等方面的技術(shù)性問(wèn)題，不利于對電動(dòng)汽車(chē)的電能補充。因此，應當根據實(shí)際需要的技術(shù)問(wèn)題，運用適宜的充電樁技術(shù)，保證充電樁的使用效果。

關(guān)鍵詞：配網(wǎng)；配電站；電動(dòng)汽車(chē)；充電樁；分布式

0 引言

在我國提倡“雙碳”、綠色環(huán)保等的環(huán)境中，電動(dòng)汽車(chē)符合社會(huì )發(fā)展實(shí)際情況，逐漸走入了大眾的視野。為了確保電動(dòng)汽車(chē)的正常行駛和長(cháng)期運行，充電樁這種將電能從電網(wǎng)轉換到車(chē)載電池的設備成為*不可少的保障。在使用電動(dòng)汽車(chē)充電樁時(shí)，涉及到多種技術(shù)，其中對充電樁的配置和安裝尤為重要。因此，本文將對電動(dòng)汽車(chē)充電樁進(jìn)行概述，并詳細分析充電樁的配置和安裝問(wèn)題。

1 充電樁的概述

1.1充電樁的功能和分類(lèi)

目前我國大多數電動(dòng)汽車(chē)充電樁主要安裝在公共場(chǎng)所，還有在住宅、小區的停車(chē)場(chǎng)也逐漸普及。充電樁可以在墻面、地面等位置上加以固定，便于電動(dòng)汽車(chē)完成充電動(dòng)作，還能參照不同類(lèi)型的電動(dòng)汽車(chē)，選擇差異性的電壓等級，提高了充電的效率和質(zhì)量。充電樁輸入端口處可以同交流電網(wǎng)進(jìn)行連接，而在輸出端口處則通過(guò)充電口或感應區開(kāi)展充電工作，因此充電樁從技術(shù)路線(xiàn)可分為傳導式和無(wú)線(xiàn)充電樁。隨著(zhù)多年技術(shù)進(jìn)步和實(shí)踐應用，傳導式充電已經(jīng)取得了顯著(zhù)的成效。

效率和成本等方面對無(wú)線(xiàn)充電形成了巨大的優(yōu)勢，因此本文主要討論傳導式充電樁所涉及的技術(shù)。根據不同地點(diǎn)，充電樁可分為公共、專(zhuān)用兩類(lèi)；根據安裝方法，可將其劃分為懸空懸吊和墻面懸吊兩種類(lèi)型。如果按照充電方式分類(lèi)，則主要分為交流式、直流式兩種。

1.2優(yōu)化充電樁相關(guān)技術(shù)應用的意義

為了推進(jìn)我國環(huán)境保護事業(yè)發(fā)展的進(jìn)程，電動(dòng)汽車(chē)成為當前人們出行的重要交通工具，而此類(lèi)汽車(chē)的能源補給則和充電樁密切相關(guān)。如果充電樁的供應存在缺陷，將會(huì )對人們及時(shí)為汽車(chē)充電產(chǎn)生不利影響，從而降低電動(dòng)汽車(chē)的普及率和購買(mǎi)率。我國部分地區中現階段仍然缺少對充電樁及其相關(guān)技術(shù)的使用，或技術(shù)運用的水平較低，造成人們無(wú)法盡快找到充電樁，從而阻礙了我國環(huán)保工作的開(kāi)展，也說(shuō)明了充電樁的普及和充電樁有關(guān)技術(shù)的靈活運用，是我國達成“雙碳”目標、提升環(huán)境質(zhì)量的關(guān)鍵一環(huán)。

1.3充電樁充電管理技術(shù)

這項技術(shù)屬于一類(lèi)儲能式綜合技術(shù)，其核心部分采用DSP控制芯片，通過(guò)軟件實(shí)現電池電壓、荷電狀態(tài)、電流、充放電溫度的實(shí)時(shí)監測，并實(shí)現功率的有效調節，從而確保電池能夠穩定地實(shí)現充電和放電。通過(guò)DSP采集的電反饋信號，可以將其與預先設定的電壓值進(jìn)行比較，從而根據誤差信息來(lái)控制PI的變化。利用DSP技術(shù)，可以將三角載波與PI調節模塊相比較，從而產(chǎn)生PWM驅動(dòng)，這樣就可以在Buck變換設備的幫助下，有效地控制占空比，從而實(shí)現穩定壓力。在對光耦輸出電路設計之時(shí)，需要對PWM光波電路進(jìn)行了解，對STM32-體式輸出光波電壓進(jìn)行控制，在正常運行范圍內輸出光耦。為了其他光波不會(huì )對PWM光波產(chǎn)生影響，還要對光耦電路輸出進(jìn)行隔離管理。在通信系統設計上，主要會(huì )利用光耦模塊，對于系統內的RS485收發(fā)器芯片展開(kāi)設計，結合電源管理、電源獨立接地線(xiàn)兩個(gè)模塊，迅速找到通信功能設計的切入點(diǎn)，使通信系統的安全性得到保證。為了保證充電的安全性，通常需要對充電樁充電進(jìn)行檢查。在檢查時(shí)候，首先需要仔細檢查所有的接口，并確保它們都已經(jīng)被正常地連接。然后記錄下所有與充電連接裝置和供電功率有關(guān)的信息，并迅速進(jìn)行精細的監控。為了保證充電的順利進(jìn)行，建議采用充電電纜來(lái)連接充電樁與電動(dòng)汽車(chē)。在進(jìn)行充電時(shí)，還需要記錄充電樁的變化情況，并檢查電壓是否符合標準。通過(guò)采用PWM技術(shù)，可以準確控制充電樁的電流，從而有效地提升充電管理的效率，確保充電樁的穩定性和安全性。

2 配電站與電動(dòng)汽車(chē)充電樁合建的必要性及可行性分析

（1）隨著(zhù)環(huán)境污染日益嚴重，資源浪費也越來(lái)越嚴重，我國電力供應面臨著(zhù)嚴峻的挑戰，尤其是在用電高峰時(shí)期，缺電現象更加突出。因此，推動(dòng)清潔能源的發(fā)展已經(jīng)成為當務(wù)之急。

（2）電動(dòng)汽車(chē)具有*排放無(wú)污染的特點(diǎn)，其使用不僅有利于緩解當前日益嚴峻的環(huán)境壓力，還有助于降低石油進(jìn)口依賴(lài)度，增強國際競爭力。

（3）電動(dòng)汽車(chē)的普及離不開(kāi)配套設施的支撐，其中重要的就是充電設施。然而，現有的公共充電設施數量不足且布局不合理，難以滿(mǎn)足人們的日常需要。此外，私人充電樁價(jià)格昂貴，普通居民很難負擔得起。因此，加快充電基礎設施建設迫在眉睫。

（4）配電站與電動(dòng)汽車(chē)充電樁合建符合國家政策要求，順應時(shí)代潮流，具備良好的市場(chǎng)前景。

（5）配電站與電動(dòng)汽車(chē)充電樁合建充分利用了配電站原有場(chǎng)地，節省了大量成本投入，有效地提升了企業(yè)效益。

3針對10kV（20kV）配電站的構建

在我國的配電網(wǎng)絡(luò )中，主變壓器的容量范圍在10kV之間，進(jìn)出線(xiàn)的數量為1～2回，而低壓出線(xiàn)的數量則為4～8回。為了滿(mǎn)足電動(dòng)汽車(chē)充電樁的需求，在保持配電站建筑面積不變的前提下進(jìn)行了電氣配置。鑒于傳統的慢充和應急快充的不同，10kV（20kV）配電站內的充電樁（機）設計應當按照表1的要求進(jìn)行分類(lèi)，以確保充電的安全性和可靠性。而在具有充電功能的10kV（20kV）配電站中，配電站通常由電氣和充電樁土建這兩個(gè)部分構成。

表 1 結合 10kV(20kV)配電站的充電樁(機)設計方案分類(lèi)表

3.1電氣部分

在電氣部分中，充電樁配電時(shí)，需要對10kV(20kV)配電配電站設置獨立的配電室或配電間，配電室內安裝有計量裝置、電能質(zhì)量監測儀、繼電保護裝置以及其他輔助設備。為了解決常規慢充和應急快充的差異，一般選擇1樁1充的方式，并配備了APF單元，這樣可以在當地進(jìn)行補償，而且它的體積更小，可以進(jìn)行分散安裝[3]。而對應的電氣方案的一次選擇中，一般可以分為電源接入方案、電氣主接線(xiàn)接入、短路電流控制水平及主要設備選型以及主變容量這四個(gè)內容。在電源接入方案中，10kV(20kV)配電站宜采用單母線(xiàn)分段接線(xiàn)形式。當線(xiàn)路較長(cháng)時(shí)，宜采用雙母線(xiàn)接線(xiàn)形式。10kV(20kV)配電站進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)柜至負荷中心距離不宜超過(guò)6km。使用10kV高壓配電系統，并通過(guò)220V/380V交流輸入。在電氣主接線(xiàn)接入中，為了提高配電系統的可靠性和安全性，則需要將10kV配電裝置和配變進(jìn)行重新設計，并在其中加入充電樁。而在短路電流控制水平及主要設備選型中，當10kV(20kV)配電站正常工作時(shí)，三相短路電流不應大于額定電流的1.3倍。10kV(20kV)配電站正常工作時(shí)，單相接地故障電流不大于允許值。380V短路電流水平分別按50kA考慮。在主變容量中，10kV(20kV)配電站高壓側電壓等級選擇時(shí)，如果變電站位于海拔較低的地方，那么可以使用11OkV或35kV電壓等級。主變壓器的容量一般在2000kVA之間，但如果充電樁的總負載超過(guò)了100kW，那么就需要額外設置配電變壓器來(lái)滿(mǎn)足需求。

在對應的電氣方案的二次選擇中，可以從以下三個(gè)方面進(jìn)行，首先是對終端的控制時(shí)，該充電樁采用了新的人機交互技術(shù)，能夠實(shí)時(shí)顯示多種狀態(tài)的信息，包括運行狀態(tài)、充電電量、計費信息等，每個(gè)字符的準確性令人印象深刻，此外，還支持手動(dòng)調整參數和控制，讓操作變得更加簡(jiǎn)單、高效。采用技術(shù)，如安裝在充電樁內的電能表，不僅可以準確地監控充電樁的運行狀態(tài)，而且還可以方便快捷地進(jìn)行實(shí)地監控。對于IC卡讀卡裝置位于充電樁的底座，可以與外接的電力設備進(jìn)行通信，也能通過(guò)IC卡實(shí)現對充電過(guò)程的監測，從而實(shí)現對充電費用的準確計算。其次是通信系統中，借助配電站的方式，可以實(shí)現對數據的及時(shí)上傳。后是接地時(shí)，為了確保充電樁的安全性，采用了N-S系統，并且要求所有金屬外殼都具備可靠的接地。此外，采用了落地式或壁掛式安裝方式，有利于確保充電樁的穩定性。

3.2充電樁土建部分

充電樁土建部分的構建中，借助交流充電樁的落地式或者掛壁進(jìn)行安裝時(shí)，能夠使直流充電機采用落地式的方式實(shí)現的安裝需求。通常充電樁土建部分的安裝設計可以從以下兩個(gè)方面展開(kāi)，首先是對落地式充電樁基礎設計。為了提高配電站的可靠性，在配電站的外部設置了一個(gè)鋼筋混凝土充電樁基礎。這個(gè)樁需要保持外部尺寸為0.8米0.8mx1.0m米，基坑的地面高度是0.5m，地面下方的凈深是1.0m。而基礎做法則是為了保證溝壁和溝底的穩定性，采用了厚度為0.3m的C30鋼筋混凝土，并在其上鋪設了厚度為C15的鋼筋混凝土墊層。同時(shí)還需要在基礎內預埋了UPVC管，如果地基不良，那么需要進(jìn)行處理后再進(jìn)行基礎施工。其次是對壁掛式充電樁基礎設計時(shí)，為了確保配電站的安全可靠運行，在配電站外角落位置設置了鋼筋鹼充電樁基礎，并在其上安裝了壁掛式充電樁，其外包尺寸為0.6mx1.0m，基坑地面高度為0.5m，地面以下凈深為1.0m，并且預留了UPVC管穿電纜，以確保充電樁的安全可靠運行

4 10kV(20kV)配電站充電樁合建中的配置

4.1充電樁的配置

在本工程中，需要配置了7臺10kV（20kV）配電站，每個(gè)配電站內設置了兩組充電樁，一組用于常規慢充，另一組用于應急快速充電。為了滿(mǎn)足不同的用電需求，通常需要在10kV室內配電站中配置了1～3臺直流充電機和1～10臺交流充電機。其中1臺擁有7kW的交流充電樁，旨在滿(mǎn)足小型電動(dòng)汽車(chē)的充電需求，該設備采用220V進(jìn)線(xiàn)，可以安裝在實(shí)體建筑物的底部，也可以安裝在室內墻面上，并盡可能接近汽車(chē)的停放位置[4]。而另外1臺一體化直流充電機，具有40kW的輸出，能夠為小型電動(dòng)汽車(chē)提供充電服務(wù)，電機直接使用380V的直流電源，由于是固定安裝，因此具有方便移動(dòng)的特點(diǎn)，而在這個(gè)過(guò)程中，還能夠根據實(shí)際情況放置在停車(chē)場(chǎng)的邊緣。

4.2充電樁的布置

在10kV（20kV）配電站中，不僅可以在不影響建筑外觀(guān)的情況下，安裝1～8臺交流壁掛式充電機，還可以根據實(shí)際情況進(jìn)行調整。另外，采用落地式充電樁，不管是高壓還是低壓，均可以輕松實(shí)現。為了提高效率，將落地式交流充電樁的數量減少到少，并將它們集中到一個(gè)樁群里。這樣就能夠將充電樁分別放到不同的充電樁上，但由于充電樁的數量很多，所以也可以使用單獨的回路。

5經(jīng)濟比較

以設5臺7kW交流充電樁，1臺40kW直流充電樁為例。10kV室內配電站與分布式電動(dòng)汽車(chē)充電樁合建和單建充電樁電源材料費用如表2所示。由此可見(jiàn)，10kV（20kV）配電站與分布式電動(dòng)汽車(chē)充電樁合建方案的成本明顯低于單建方案，這一數字遠遠小于單建方案的10%，這一明顯的差距使得合建方案的成本更加合理。另外，由于合建方案減少了占地

面積，因此也節省了土地資源。[5]經(jīng)過(guò)分析，10kV（20kV）配電站和分布式電動(dòng)汽車(chē)充電樁的合建方案具有顯著(zhù)的優(yōu)勢，它既能夠節約成本，又能夠迅速實(shí)現，而且還能夠實(shí)現環(huán)保，因此具有很高的實(shí)施價(jià)值，值得被普遍采納。

表2 10kV（20kV）配電站分布式電動(dòng)汽車(chē)充電樁合建材料費用表

6安科瑞充電樁收費運營(yíng)云平臺系統選型方案

6.1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。

6.2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。

6.3系統結構

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。

6.4安科瑞充電樁云平臺系統功能

6.4.1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。

6.4.2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。

6.4.3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。

6.4.4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。

6.4.5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。

6.4.6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。

6.4.7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

6.4.8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。

6.5系統硬件配置

7結語(yǔ)

隨著(zhù)“綠色出行”的推行，充電基礎設施的供求關(guān)系出現了嚴重的失衡，為此，本文提出了一種新型的配電站與電動(dòng)汽車(chē)充電樁合建模式，它不僅可以充分利用現有配電站資源，節約投資，減少占地面積，而且還可以有效解決電動(dòng)汽車(chē)無(wú)序充電帶來(lái)的安全隱患問(wèn)題。“綠色出行”電動(dòng)汽車(chē)充電樁的需求分布廣泛，但不集中，因此，建設10kV室內配電站和分布式電動(dòng)汽車(chē)充電樁臺可以有效解決電源短缺、土地緊張以及分布范圍廣泛等問(wèn)題，為“綠色出行”推廣應用提供了一種可復制的新模式，從而大大擴大了推廣范圍和應用領(lǐng)域。

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