淺談新能源汽車充電樁發(fā)展前景

安科瑞 陳聰

摘要：為了改善環(huán)境質(zhì)量，推動(dòng)可持續(xù)發(fā)展，新能源電動(dòng)汽車因*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(rèn)可。隨著新能源電動(dòng)汽車的不斷增加，充電樁的建設(shè)和發(fā)展便成為當(dāng)前的重中之重，但現(xiàn)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(lián)互通，造成資源的浪費(fèi)。為此本文對(duì)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(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀，其次立足電網(wǎng)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，研究了智能充電樁的設(shè)計(jì)原理和關(guān)鍵技術(shù)，結(jié)尾對(duì)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；充電樁；設(shè)計(jì)技術(shù)；發(fā)展和規(guī)劃

1新能源汽車智能充電樁技術(shù)分析

1.1充電樁的充電模式

目前的充電樁建設(shè)下，根據(jù)國標(biāo)GB/T18487.1-2015《電動(dòng)汽車傳導(dǎo)充電系統(tǒng)》要求。充電樁分為直流充電樁、交流充電樁，他們分別對(duì)應(yīng)直流充電模式和交流充電模式。根據(jù)兩者充電原理不同，交流充電樁可以被設(shè)計(jì)得很小很便捷，不需要什么多余的東西，因?yàn)榻涣鞒潆姌稛o法直接連接電動(dòng)汽車的電池，所以無法設(shè)置大電流充電，這就導(dǎo)致無法滿足現(xiàn)在電動(dòng)汽車電池的充電速度。而直流充電樁由于需要內(nèi)置很多設(shè)備，所以就只能設(shè)計(jì)得很大，再加上直流充電樁直接輸出給電動(dòng)汽車直流電，所以不管電動(dòng)汽車電池性能變得再好，充電時(shí)所需的電流再大，直流充電樁都可以隨著升級(jí)，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，也就更容易滿足用戶的使用的需求。

1.2充電樁的市場(chǎng)需求

隨著對(duì)新能源電動(dòng)汽車的補(bǔ)貼政策慢慢轉(zhuǎn)為對(duì)充電基礎(chǔ)設(shè)施的補(bǔ)貼政策，預(yù)計(jì)未來三年，新能源電動(dòng)汽車的發(fā)展將逐漸放緩，但電動(dòng)汽車充電樁的發(fā)展形勢(shì)將會(huì)一片大好，以現(xiàn)在車樁比3:1的狀況來看，電動(dòng)汽車充電樁的發(fā)展會(huì)變得特別火爆。

2新能源汽車充電樁的發(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(jù)電力負(fù)荷大，智能電網(wǎng)協(xié)調(diào)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的商業(yè)體系。例如特來電與酒店、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(shè)施。

與云計(jì)算搭建服務(wù)平臺(tái)，通過云端管理為充電樁運(yùn)營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(yùn)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(dá)到3：1，距離1:1的車樁比目標(biāo)還相差很遠(yuǎn)，而且據(jù)統(tǒng)計(jì)2020年有36%的公共充電樁被燃油車占領(lǐng)。在這種數(shù)量不足還被其他車種占據(jù)的背景下，就需要發(fā)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(wǎng)上數(shù)據(jù)平臺(tái)展示充電樁是否在占用以及使用截止時(shí)間，合理規(guī)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(fā)展的應(yīng)用趨勢(shì)

在電動(dòng)汽車電池不斷升級(jí)的同時(shí)，充電樁的技術(shù)卻沒有被重視，這就導(dǎo)致了電動(dòng)汽車電池技術(shù)與充電樁充電技術(shù)之間的差距越來越大，電動(dòng)汽車所需充滿電的時(shí)間也不斷增加，伴隨著充電時(shí)間的越來越長(zhǎng)，電動(dòng)汽車用戶的使用體驗(yàn)也越來越差，嚴(yán)重阻礙了電動(dòng)汽車市場(chǎng)的進(jìn)步?？吹娇焖俪潆姌督ㄔO(shè)的短板后，深圳市已經(jīng)開始布局大功率直流快充樁建設(shè)目標(biāo)。深圳市相關(guān)部門鼓勵(lì)發(fā)展大功率公共快速充電樁，彌補(bǔ)公共領(lǐng)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(chǎng)應(yīng)用對(duì)象方面提出了建樁目標(biāo)。尤其是提出要擴(kuò)大大功率直流充電樁的建設(shè)數(shù)量，保證用戶對(duì)充電的需求。

特斯拉創(chuàng)始人馬斯克表示：“特斯拉V3超級(jí)充電樁已經(jīng)可以投入使用，大充電功率可達(dá)250KW，20分鐘就可補(bǔ)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(jīng)開始布局大充電功率可達(dá)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)用電緊張的問題，還能降低企業(yè)運(yùn)營充電樁費(fèi)用。福特充電網(wǎng)絡(luò)效率提高30%，充電10分鐘續(xù)航增加100公里；國內(nèi)的電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航里程已經(jīng)基本都在400km-700km之間，所以現(xiàn)在60KW-150KW的直流充電樁已經(jīng)不能滿足其充電需要。通過市場(chǎng)上的充電樁發(fā)展情況來看，大功率充電樁將會(huì)是未來的主要發(fā)展趨勢(shì)。

2.2.2智能有序充電是電網(wǎng)對(duì)智能充電樁的發(fā)展要求

據(jù)電網(wǎng)統(tǒng)計(jì)，電動(dòng)汽車的充電的時(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(fù)荷與家庭用電負(fù)荷重疊在一起，在3h內(nèi)形成用電高峰期，嚴(yán)重影響電網(wǎng)的電力負(fù)荷；而過了這3h高峰期后，有8h的家用電低谷期，電力負(fù)荷只有20%左右。因此可以在智能充電樁上運(yùn)用信息分析技術(shù)和5G技術(shù)，主動(dòng)為用戶提供合理的充電時(shí)間設(shè)置以及低谷期電費(fèi)優(yōu)惠價(jià)格，用戶可根據(jù)自己的情況選擇是否聽取該設(shè)置方式，這樣就可以利用這8h的低谷期對(duì)電動(dòng)汽車進(jìn)行充電，形成一種有序錯(cuò)峰充電模式，這樣做可以使現(xiàn)有不少社區(qū)配電網(wǎng)無需進(jìn)行電網(wǎng)改造就能實(shí)現(xiàn)社區(qū)內(nèi)所有電動(dòng)車輛穩(wěn)定充電。

面對(duì)小區(qū)充電難，電力不足等問題，電網(wǎng)預(yù)計(jì)今年在全國大部分小區(qū)內(nèi)建設(shè)12萬個(gè)可支持有序充電的充電樁來解決這些問題。電網(wǎng)還聯(lián)合中電聯(lián)，制定V2G標(biāo)準(zhǔn)，大力推進(jìn)有序充電的進(jìn)程。

2.2.3智能充電樁無線充電技術(shù)的應(yīng)用前景

根據(jù)“新基建”的發(fā)展目標(biāo)，無感支付將會(huì)越來越重要，而無感支付其中就包括無線充電技術(shù)的應(yīng)用。目前無線充電技術(shù)有：電磁感應(yīng)式、無線電波式和電場(chǎng)耦合式。電磁感應(yīng)式充電樁基本原理是在收發(fā)端各安裝一個(gè)線圈，在充電樁發(fā)射端連接電源產(chǎn)生電磁信號(hào)，接收端感應(yīng)電磁信號(hào)并產(chǎn)生電流給電動(dòng)汽車充電，實(shí)現(xiàn)無線充電技術(shù)的電能傳輸。這種方式無線輸出功率大、制造技術(shù)成熟、環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)。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(zhuǎn)化為電能，從而實(shí)現(xiàn)無線電力傳輸。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的無線電波輕松獲取，從而實(shí)現(xiàn)能量的接收。這種方式的傳輸距離較遠(yuǎn)，可達(dá)10米，但是轉(zhuǎn)化效率低，傳輸功率基本都以無線電的形式浪費(fèi)掉。電場(chǎng)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(duì)稱偶極子而產(chǎn)生的磁感電場(chǎng)來傳輸電力，具有很強(qiáng)的抗水平錯(cuò)位的能力。這種方式充電效率傳輸可達(dá)到70%-80%，非常適合短距離充電。

3安科瑞充電樁收費(fèi)運(yùn)營云平臺(tái)

3.1概述

AcrelCloud-9000安科瑞充電柱收費(fèi)運(yùn)營云平臺(tái)系統(tǒng)通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)接入系統(tǒng)的電動(dòng)電動(dòng)自行車充電站以及各個(gè)充電整法行不間斷地?cái)?shù)據(jù)采集和監(jiān)控，實(shí)時(shí)監(jiān)控充電樁運(yùn)行狀態(tài)，進(jìn)行充電服務(wù)、支付管理，交易結(jié)算，資要管理、電能管理，明細(xì)查詢等。同時(shí)對(duì)充電機(jī)過溫保護(hù)、漏電、充電機(jī)輸入/輸出過壓，欠壓，絕緣低各類故障進(jìn)行預(yù)警；充電樁支持以太網(wǎng)、4G或WIFI等方式接入互聯(lián)網(wǎng)，用戶通過微信、支付寶，云閃付掃碼充電。

3.2應(yīng)用場(chǎng)所

適用于民用建筑、一般工業(yè)建筑、居住小區(qū)、實(shí)業(yè)單位、商業(yè)綜合體、學(xué)校、園區(qū)等充電樁模式的充電基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計(jì)。

3.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

3.3.1系統(tǒng)分為四層：

1）即數(shù)據(jù)采集層、網(wǎng)絡(luò)傳輸層、數(shù)據(jù)層和客戶端層。

2）數(shù)據(jù)采集層：包括電瓶車智能充電樁通訊協(xié)議為標(biāo)準(zhǔn)modbus-rtu。電瓶車智能充電樁用于采集充電回路的電力參數(shù)，并進(jìn)行電能計(jì)量和保護(hù)。

3）網(wǎng)絡(luò)傳輸層：通過4G網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)上傳至搭建好的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。

4）數(shù)據(jù)層：包含應(yīng)用服務(wù)器和數(shù)據(jù)服務(wù)器，應(yīng)用服務(wù)器部署數(shù)據(jù)采集服務(wù)、WEB網(wǎng)站，數(shù)據(jù)服務(wù)器部署實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫、歷史數(shù)據(jù)庫、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫。

5）應(yīng)客戶端層：系統(tǒng)管理員可在瀏覽器中訪問電瓶車充電樁收費(fèi)平臺(tái)。終端充電用戶通過刷卡掃碼的方式啟動(dòng)充電。

小區(qū)充電平臺(tái)功能主要涵蓋充電設(shè)施智能化大屏、實(shí)時(shí)監(jiān)控、交易管理、故障管理、統(tǒng)計(jì)分析、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理等功能，同時(shí)為運(yùn)維人員提供運(yùn)維APP，充電用戶提供充電小程序。

3.4安科瑞充電樁云平臺(tái)系統(tǒng)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(duì)設(shè)備狀態(tài)、設(shè)備使用率、充電次數(shù)、充電時(shí)長(zhǎng)、充電金額、充電度數(shù)、充電樁故障等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)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(tǒng)一管理小區(qū)充電樁，查看設(shè)備使用率，合理分配資源。

3.4.2.實(shí)時(shí)監(jiān)控

實(shí)時(shí)監(jiān)視充電設(shè)施運(yùn)行狀況，主要包括充電樁運(yùn)行狀態(tài)、回路狀態(tài)、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(tái)管理人員可管理充電用戶賬戶，對(duì)其進(jìn)行賬戶進(jìn)行充值、退款、凍結(jié)、注銷等操作，可查看小區(qū)用戶每日的充電交易詳細(xì)信息。

3.4.4故障管理

設(shè)備自動(dòng)上報(bào)故障信息，平臺(tái)管理人員可通過平臺(tái)查看故障信息并進(jìn)行派發(fā)處理，同時(shí)運(yùn)維人員可通過運(yùn)維APP收取故障推送，運(yùn)維人員在運(yùn)維工作完成后將結(jié)果上報(bào)。充電用戶也可通過充電小程序反饋現(xiàn)場(chǎng)問題。

3.4.5統(tǒng)計(jì)分析

通過系統(tǒng)平臺(tái)，從充電站點(diǎn)、充電設(shè)施、、充電時(shí)間、充電方式等不同角度，查詢充電交易統(tǒng)計(jì)信息、能耗統(tǒng)計(jì)信息等。

3.4.6基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理

在系統(tǒng)平臺(tái)建立運(yùn)營商戶，運(yùn)營商可建立和管理其運(yùn)營所需站點(diǎn)和充電設(shè)施，維護(hù)充電設(shè)施信息、價(jià)格策略、折扣、優(yōu)惠活動(dòng)，同時(shí)可管理在線卡用戶充值、凍結(jié)和解綁。3.4.7運(yùn)維APP

面向運(yùn)維人員使用，可以對(duì)站點(diǎn)和充電樁進(jìn)行管理、能夠進(jìn)行故障閉環(huán)處理、查詢流量卡使用情況、查詢充電\充值情況，進(jìn)行遠(yuǎn)程參數(shù)設(shè)置，同時(shí)可接收故障推送

3.4.8充電小程序

面向充電用戶使用，可查看附近空閑設(shè)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(tǒng)硬件配置

4結(jié)束語

本文對(duì)充電樁進(jìn)行由表及里，由淺入深的分析研究，通過對(duì)充電樁市場(chǎng)的了解，對(duì)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發(fā)展前景的展望，主要完成以下工作內(nèi)容：分析目前市場(chǎng)對(duì)充電樁發(fā)展的需求，提出目前充電樁需要滿足安全性、監(jiān)測(cè)性和快充性等性能需求。根據(jù)電網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)智能充電樁進(jìn)行整體設(shè)計(jì)并創(chuàng)新性的提出將智能電網(wǎng)平臺(tái)與智能充電樁通過通訊模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)交流，來保證用戶使用體驗(yàn)。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(qū)內(nèi)智能充電樁重復(fù)建設(shè)、分布不合理、物業(yè)管理等問題，保證了電網(wǎng)在社區(qū)內(nèi)對(duì)配電網(wǎng)的建設(shè)，為智能充電樁電力供應(yīng)提供了后勤保障。

參考文獻(xiàn)：

[1]文亦驍,宋春華.電動(dòng)汽車發(fā)展研究綜述[D].汽車零部件,2015.

[2]伍福平,王小軍,袁泉.電動(dòng)汽車充電設(shè)施的現(xiàn)狀與問題分析[J].科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新,2018(32):195-196.

[3]楊松.充電樁大躍進(jìn)[J].21世紀(jì)商業(yè)評(píng)論,2021(01):62-64.

[4]王寅飛,鄭泰山,李鵬.新能源汽車能量補(bǔ)充模式分析與探討[D].廣東省機(jī)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(fā)展研究.

[7]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè).2022.05版.