安科瑞 劉秋霞
摘要：為了改善環(huán)境質(zhì)量，推動可持續(xù)發(fā)展，新能源電動汽車因*排放、低噪聲和低碳環(huán)保等優(yōu)點得到的大力支持與大眾的高度認(rèn)可。隨著新能源電動汽車的不斷增加，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。為此本文對充電樁智能化、通用化技術(shù)進行了研究。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)計標(biāo)準(zhǔn)，研究了智能充電樁的設(shè)計原理和關(guān)鍵技術(shù)，結(jié)尾對智能充電樁的發(fā)展方向和市場前景進行了展望。
關(guān)鍵詞：電動汽車；充電樁；設(shè)計技術(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(shè)置大電流充電，這就導(dǎo)致無法滿足現(xiàn)在電動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(zhuǎn)為對充電基礎(chǔ)設(shè)施的補貼政策，預(yù)計未來三年，新能源電動汽車的發(fā)展將逐漸放緩，但電動汽車充電樁的發(fā)展形勢將會一片大好，以現(xiàn)在車樁比3:1的狀況來看，電動汽車充電樁的發(fā)展會變得特別火爆。
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"的模式，以智能充電樁為，依據(jù)電力負荷大，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(yè)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(shè)施。
與云計算搭建服務(wù)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(biāo)還相差很遠，而且據(jù)統(tǒng)計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)平臺展示充電樁是否在占用以及使用截止時間，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
在電動汽車電池不斷升級的同時，充電樁的技術(shù)卻沒有被重視，這就導(dǎo)致了電動汽車電池技術(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(yán)重阻礙了電動汽車市場的進步。看到快速充電樁建設(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，充電難的問題。隨后，深圳市交通委員在市場應(yīng)用對象方面提出了建樁目標(biāo)。尤其是提出要擴大大功率直流充電樁的建設(shè)數(shù)量，保證用戶對充電的需求。
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)運營充電樁費用。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。通過市場上的充電樁發(fā)展情況來看，大功率充電樁將會是未來的主要發(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(jù)電網(wǎng)統(tǒng)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(nèi)形成用電高峰期，嚴(yán)重影響電網(wǎng)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(shù)和5G技術(shù)，主動為用戶提供合理的充電時間設(shè)置以及低谷期電費優(yōu)惠價格，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(xiàn)有不少社區(qū)配電網(wǎng)無需進行電網(wǎng)改造就能實現(xiàn)社區(qū)內(nèi)所有電動車輛穩(wěn)定充電。
面對小區(qū)充電難，電力不足等問題，電網(wǎng)預(yù)計今年在全國大部分小區(qū)內(nèi)建設(shè)12萬個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)，大力推進有序充電的進程。
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)端各安裝一個線圈，在充電樁發(fā)射端連接電源產(chǎn)生電磁信號，接收端感應(yīng)電磁信號并產(chǎn)生電流給電動汽車充電，實現(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。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，從而實現(xiàn)能量的接收。這種方式的傳輸距離較遠，可達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(chǎn)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(tǒng)通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對接入系統(tǒng)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(shù)據(jù)采集和監(jiān)控，實時監(jiān)控充電樁運行狀態(tài)，進行充電服務(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(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)用場所
適用于民用建筑、一般工業(yè)建筑、居住小區(qū)、實業(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。
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)，并進行電能計量和保護。
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)器部署實時數(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平臺。終端充電用戶通過刷卡掃碼的方式啟動充電。
小區(qū)充電平臺功能主要涵蓋充電設(shè)施智能化大屏、實時監(jiān)控、交易管理、故障管理、統(tǒng)計分析、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)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(tǒng)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(shè)備狀態(tài)、設(shè)備使用率、充電次數(shù)、充電時長、充電金額、充電度數(shù)、充電樁故障等進行統(tǒng)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(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.實時監(jiān)控
實時監(jiān)視充電設(shè)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(jié)、注銷等操作，可查看小區(qū)用戶每日的充電交易詳細信息。
3.4.4故障管理
設(shè)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(fā)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(jié)果上報。充電用戶也可通過充電小程序反饋現(xiàn)場問題。
3.4.5統(tǒng)計分析
通過系統(tǒng)平臺，從充電站點、充電設(shè)施、、充電時間、充電方式等不同角度，查詢充電交易統(tǒng)計信息、能耗統(tǒng)計信息等。
3.4.6基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理
在系統(tǒng)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(shè)施，維護充電設(shè)施信息、價格策略、折扣、優(yōu)惠活動，同時可管理在線卡用戶充值、凍結(jié)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(huán)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(shù)設(shè)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(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
類型 | 型號 | 圖片 | 功能 |
安科瑞充電樁收費運營云平臺 | AcrelCloud-9000 |
| 安科瑞響應(yīng)節(jié)能環(huán)保、綠色出行的號召，為廣大用戶提供慢充和快充兩種充電方式壁掛式、落地式等多種類型的充電樁，包含智能7kW交流充電樁，30kW壁掛式直流充電樁，智能60kW/120kW直流一體式充電樁等來滿足新能源汽車行業(yè)快速、經(jīng)濟、智能運營管理的市場需求，提供電動汽車充電軟件解決方案，可以隨時隨地享受便捷高效安全的充電服務(wù)，微信掃一掃、微信公眾號、支付寶掃一掃、支付寶服務(wù)窗，充電方式多樣化，為車主用戶提供便捷、高效、安全的充電服務(wù)。實現(xiàn)對動力電池快速、高效、安全、合理的電量補給，能計時，計電度、計金額作為市民購電終端，同時為提高公共充電樁的效率和實用性。 |
互聯(lián)網(wǎng)版智能交流樁 | AEV-AC007D |
| 額定功率7kW，單相三線制，防護等級IP65，具備防雷 保護、過載保護、短路保護、漏電保護、智能監(jiān)測、智能計量、遠程升級，支持刷卡、掃碼、即插即用。 通訊方：4G/wifi/藍牙支持刷卡，掃碼、免費充電可選配顯示屏 |
互聯(lián)網(wǎng)版智能直流樁 | AEV-DC030D |
| 額定功率30kW，三相五線制，防護等級IP54，具備防雷保護、過載保護、短路保護、漏電保護、智能監(jiān)測、智能計量、恒流恒壓、電池保護、遠 程升級，支持刷卡、掃碼、即插即用 通訊方式：4G/以太網(wǎng) 支持刷卡，掃碼、免費充電 |
互聯(lián)網(wǎng)版智能直流樁 | AEV-DC060S |
| 額定功率60kW，三相五線制，防護等級IP54，具備防雷保護、過載保護、短路保護、漏電保護、智能監(jiān)測、智能計量、恒流恒壓、電池保護、遠程升級，支持刷卡、掃碼、即插即用 通訊方式：4G/以太網(wǎng) 支持刷卡，掃碼、免費充電 |
互聯(lián)網(wǎng)版智能直流樁 | AEV-DC120S |
| 額定功率120kW，三相五線制，防護等級IP54，具備防雷保護、過載保護、短路保護、漏電保護、智能監(jiān)測、智能計量、恒流恒壓、電池保護、遠程升級，支持刷卡、掃碼、即插即用 通訊方式：4G/以太網(wǎng) 支持刷卡，掃碼、免費充電 |
10路電瓶車智能充電樁 | ACX10A系列 |
| 10路承載電流25A，單路輸出電流3A，單回路功率1000W，總功率5500W。充滿自停、斷電記憶、短路保護、過載保護、空載保護、故障回路識別、遠程升級、功率識別、獨立計量、告警上報。 ACX10A-TYHN：防護等級IP21，支持投幣、刷卡，掃碼、免費充電 ACX10A-TYN：防護等級IP21，支持投幣、刷卡，免費充電 ACX10A-YHW：防護等級IP65，支持刷卡，掃碼，免費充電 ACX10A-YHN：防護等級IP21，支持刷卡，掃碼，免費充電 ACX10A-YW：防護等級IP65，支持刷卡、免費充電 ACX10A-MW：防護等級IP65，僅支持免費充電 |
2路智能插座 | ACX2A系列 |
| 2路承載電流20A，單路輸出電流10A，單回路功率2200W，總功率4400W。充滿自停、斷電記憶、短路保護、過載保護、空載保護、故障回路識別、遠程升級、功率識別，報警上報。 ACX2A-YHN：防護等級IP21，支持刷卡、掃碼充電 ACX2A-HN：防護等級IP21，支持掃碼充電 ACX2A-YN：防護等級IP21，支持刷卡充電 |
20路電瓶車智能充電樁 | ACX20A系列 |
| 20路承載電流50A，單路輸出電流3A，單回路功率1000W，總功率11kW。充滿自停、斷電記憶、短路保護、過載保護、空載保護、故障回路識別、遠程升級、功率識別，報警上報。 ACX20A-YHN：防護等級IP21，支持刷卡，掃碼，免費充電 ACX20A-YN：防護等級IP21，支持刷卡，免費充電 |
落地式電瓶車智能充電樁 | ACX10B系列 |
| 10路承載電流25A，單路輸出電流3A，單回路功率1000W，總功率5500W。充滿自停、斷電記憶、短路保護、過載保護、空載保護、故障回路識別、遠程升級、功率識別、獨立計量、告警上報。 ACX10B-YHW：戶外使用，落地式安裝，包含1臺主機及5根立柱，支持刷卡、掃碼充電,不帶廣告屏 ACX10B-YHW-LL：戶外使用，落地式安裝，包含1臺主機及5根立柱，支持刷卡、掃碼充電。液晶屏支持U盤本地投放圖片及視頻廣告 |
智能邊緣計算網(wǎng)關(guān) | ANet-2E4SM |
| 4路RS485串口，光耦隔離，2路以太網(wǎng)接口，支持ModbusRtu、ModbusTCP、DL/T645-1997、DL/T645-2007、CJT188-2004、OPCUA、ModbusTCP（主、從）、104（主、從）、建筑能耗、SNMP、MQTT；（主模塊）輸入電源：DC12V～36V。支持4G擴展模塊，485擴展模塊。 |
擴展模塊ANet-485 | M485模塊：4路光耦隔離RS485 | ||
擴展模塊ANet-M4G | M4G模塊：支持4G全網(wǎng)通 | ||
導(dǎo)軌式單相電表 | ADL200 |
| 單相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量，輸入電流：10（80）A； 電能精度：1級 支持Modbus和645協(xié)議 證書：MID/CE認(rèn)證 |
導(dǎo)軌式電能計量表 | ADL400 |
| 三相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量，分相總有功電能，總正反向有功電能統(tǒng)計，總正反向無功電能統(tǒng)計；紅外通訊；電流規(guī)格：經(jīng)互感器接入3×1（6）A，直接接入3×10（80）A，有功電能精度0.5S級，無功電能精度2級 證書：MID/CE認(rèn)證 |
無線計量儀表 | ADW300 |
| 三相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量，有功電能計量（正、反向）、四象限無功電能、總諧波含量、分次諧波含量（2～31次）；A、B、C、N四路測溫；1路剩余電流測量；支持RS485/LoRa/2G/4G/NB；LCD顯示；有功電能精度：0.5S級（改造項目） 證書：CPA/CE認(rèn)證 |
導(dǎo)軌式直流電表 | DJSF1352-RN |
| 直流電壓、電流、功率測量，正反向電能計量，復(fù)費率電能統(tǒng)計，SOE事件記錄:8位LCD顯示:紅外通訊:電壓輸入較大1000V，電流外接分流器接入(75mV)或霍爾元件接入(0-5V);電能精度1級，1路485通訊，1路直流電能計量AC/DC85-265V供電 證書：MID/CE認(rèn)證 |
面板直流電表 | PZ72L-DE |
| 直流電壓、電流、功率測量，正反向電能計量:紅外通訊:電壓輸入較大1000V，電流外接分流器接入·(75mV)或霍爾元件接入(0-20mA0-5V);電能精度1級 證書：CE認(rèn)證 |
電氣防火限流式保護器 | ASCP200-63D |
| 導(dǎo)軌式安裝，可實現(xiàn)短路限流滅弧保護、過載限流保護、內(nèi)部超溫限流保護、過欠壓保護、漏電監(jiān)測、線纜溫度監(jiān)測等功能;1路RS485通訊，1路NB或4G無線通訊(選配);額定電流為0~63A，額定電流菜單可設(shè)。 |
4結(jié)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(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：分析目前市場對充電樁發(fā)展的需求，提出目前充電樁需要滿足安全性、監(jiān)測性和快充性等性能需求。根據(jù)電網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)，對智能充電樁進行整體設(shè)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通訊模塊進行數(shù)據(jù)交流，來保證用戶使用體驗。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(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。
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