淺談新能源汽車充電樁的建設(shè)及優(yōu)化分析

江蘇安科瑞電器制造有限公司 江蘇江陰 214405

摘要：在全球倡導(dǎo)低碳減排的大背景下，新能源成為熱門行業(yè)在全球范圍內(nèi)得以開展。現(xiàn)階段的新能源汽車以電力汽車為主，與燃油汽車不同的是，電力汽車不再需要或只需少量燃油就可以提供驅(qū)動力。新能源汽車的動力補充方式為充電，因此充電樁成為新能源汽車的配套設(shè)備。我國現(xiàn)階段已經(jīng)擁有大量的充電樁，但是伴隨新能源汽車保有量的增加，現(xiàn)有的充電樁不足以滿足新能源汽車用戶的需求，且部分充電樁的質(zhì)量存在問題由此導(dǎo)致安全事故。

關(guān)鍵詞：電動汽車；新能源；充電樁；安科瑞充電樁收費運營云平臺系統(tǒng)

1、前言

在開展新能源汽車充電樁建設(shè)與優(yōu)化工作之前，首先需要對現(xiàn)階段新能源汽車充電樁建設(shè)背景進(jìn)行分析，包括國際背景、國內(nèi)背景、使用需求背景。在對新能源汽車充電樁現(xiàn)有問題進(jìn)行分析，包括運維缺失、安全隱患、分布不均、費用偏高、充電速度。隨后在此基礎(chǔ)上制定相應(yīng)的措施，從而更好的滿足用戶需求并提升充電樁的利用效率，包括從硬件與保護層面出發(fā)提升充電樁質(zhì)量、優(yōu)惠充電費用、統(tǒng)一充電樁充電速度、充電樁信息線上發(fā)布管理，推進(jìn)新能源汽車快速、持續(xù)、穩(wěn)定發(fā)展。

1. 新能源汽車充電樁建設(shè)背景

2.1國際背景

經(jīng)濟全球化大背景下，全球的生產(chǎn)力水平呈現(xiàn)持續(xù)增長趨勢，化石能源的消耗量顯著增加，而日益緊缺的化石能源難以支撐快速增長的社會生產(chǎn)力水平。確保生產(chǎn)能源穩(wěn)定持續(xù)才是確保生產(chǎn)穩(wěn)固提升的關(guān)鍵所在，由此探求新能源并確保其持續(xù)發(fā)展成為全球共同關(guān)注的問題。

2.2國內(nèi)背景

我國長期以來高度重視環(huán)境建設(shè)與生產(chǎn)能源可持續(xù)發(fā)展建設(shè)，尤其在“十四五"規(guī)劃當(dāng)中提出要做好新能源基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)工作，推動我國進(jìn)一步充分發(fā)揮資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會的積極作用。隨著機動車保有量的持續(xù)增加，汽車排放成為威脅環(huán)境建設(shè)與能源持續(xù)發(fā)展的一大主要原因，因此在新時代背景下我國致力于推進(jìn)新能源汽車發(fā)展。截至目前為止國際上所推出的新能源汽車主要以電力為主，按照動力類型劃分可分為純電動、油電混合，即現(xiàn)階段的新能源汽車需要將電力作為主要的驅(qū)動能源，汽車充電樁產(chǎn)業(yè)由此應(yīng)運而生。

2.3使用需求背景

在我國新能源汽車誕生初期，汽車充電樁建設(shè)幾乎處于空白狀態(tài)，但是隨著新階段新能源汽車保有量的持續(xù)增長，關(guān)于汽車充電樁的建設(shè)理念、技術(shù)、規(guī)模隨之不斷提升。我國“十三五"規(guī)劃期間以在全國范圍內(nèi)建成500萬座汽車充電樁，滿足了新能源汽車的能源供應(yīng)需求，“十四五"規(guī)劃預(yù)計在全國范圍內(nèi)再建設(shè)充電樁1000萬座。但是現(xiàn)階段的汽車充電樁存在一些質(zhì)量問題，如觸摸屏失靈、界面復(fù)雜、起火、爆炸等，對人身財產(chǎn)安全造成嚴(yán)重威脅。為了確保我國新能源汽車事業(yè)可以長期穩(wěn)定持續(xù)發(fā)展，充電樁建設(shè)工作不能單純追求數(shù)量更要注重提升質(zhì)量，因此在建設(shè)充電樁的過程中需要同時兼顧規(guī)劃與優(yōu)化工作。

1. 新能源汽車充電樁建設(shè)存在的問題

為了積極響應(yīng)節(jié)能減排與低碳環(huán)保的戰(zhàn)略要求，我國許多城市建設(shè)大量的充電樁，然而現(xiàn)實中許多城市的汽車充電樁存在閑置現(xiàn)象。充電樁利用率低下的現(xiàn)象暴露了許多充電樁建設(shè)過程中存在的問題。

3.1運維缺失

充電樁投入使用后需要定期維護與保養(yǎng)，從而確保充電樁的正常使用。而現(xiàn)階段許多地區(qū)的充電樁之所以被閑置，是因為充電樁沒有進(jìn)行及時運維造成充電樁損壞。在一些國道、高速公路服務(wù)區(qū)都配備新能源汽車專用充電樁，但是其中大部分充電樁已經(jīng)無法使用，這種現(xiàn)象也是因為充電樁運維缺失造成的。充電樁運維缺失不僅給新能源汽車用戶帶來不便，還造成了嚴(yán)重的資源浪費。

3.2安全隱患

我國的公共充電樁多為室外充電樁，室外充電樁與加油站的加油機不同，并沒有配備相關(guān)的管理人員。并且室外充電樁通常情況下處于開放的環(huán)境中，因此受到自然環(huán)境因素的影響較大，在室外環(huán)境的長期影響下容易造成充電樁線路老化、漏電、機體材料氧化等。部分室內(nèi)充電樁由于處于封閉空間，當(dāng)出現(xiàn)故障的情況下很容易在短時間內(nèi)造成人員傷亡。

3.3分布不均

通過分析已有調(diào)查結(jié)果表明，許多新能源汽車用戶都會選擇用地圖尋找充電樁，但是這種尋找充電樁的方式會浪費許多時間，而問題就表現(xiàn)在充電樁分布不均，具體表現(xiàn)在或部分地區(qū)過于密集或過于稀疏，甚至部分區(qū)域存在大范圍內(nèi)沒有充電樁，這種現(xiàn)象在郊區(qū)展現(xiàn)的尤為明顯。新能源汽車充電樁市場競爭尤為激烈，即便是這種情況下充電樁依然存在嚴(yán)重的分布不均的問題依然得不到解決，導(dǎo)致充電效率無法得到提升，不僅為用戶帶來不便，還會導(dǎo)致較為嚴(yán)重的資源浪費現(xiàn)象。

3.4費用偏高

之所以許多用戶選擇使用新能源汽車，是因為新能源汽車相比燃油汽車價格更加低廉，可以節(jié)省車輛使用成本。然而現(xiàn)實情況是，新能源汽車充電的費用普遍偏高，且充電樁分布不均會進(jìn)一步增加車輛使用成本，結(jié)果導(dǎo)致新能源汽車的成本消耗大于燃油汽車。部分城市中心地區(qū)的充電樁的充電價格會普遍偏高，且車輛在進(jìn)行充電時還會收取相應(yīng)的停車費，綜合計算車輛的充電成本超出預(yù)算范圍。

3.5充電速度

我國的新能源汽車發(fā)展尚處于初級階段，新能源汽車充電樁企業(yè)數(shù)量有限，由此導(dǎo)致新能源汽車充電市場處于壟斷狀態(tài)。充電樁企業(yè)數(shù)量不多，且競爭激烈程度日益增加，而汽車充電樁的行業(yè)性質(zhì)決定了低盈利水平，這就使得各充電樁企業(yè)搶占的現(xiàn)象更加顯著。

事實上新能源汽車充電難的問題都是技術(shù)競爭的結(jié)果，不同企業(yè)所研制的充電樁使用的技術(shù)水平不同，因而給用戶帶來的實際體驗不同。根據(jù)許多新能源汽車用戶反映，不同企業(yè)的充電樁顯著的技術(shù)差異就在于充電速度不同。充電速度不僅關(guān)系到用戶的時間使用成本，關(guān)系到對車輛的養(yǎng)護效果，過快或過慢的充電速度都會對車輛電池造成直接影響。

1. 新能源汽車充電樁優(yōu)化措施

4.1提升充電樁質(zhì)量

4.1.1充電樁控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計與器件選型

新能源汽車充電樁優(yōu)化的關(guān)鍵在于提升充電樁的質(zhì)量，因此需要對新能源汽車充電樁控制系統(tǒng)硬件與器件進(jìn)行合理的設(shè)計與選型。

①計費控制單元：

在新能源汽車充電樁控制系統(tǒng)當(dāng)中，計費控制單元是重要組成部，在控制新能源汽車充電樁正常運行的基礎(chǔ)上，還需要確保充電樁信息采集的準(zhǔn)確性。

高性能、高質(zhì)量的計費控制硬件是制造高質(zhì)量充電樁的關(guān)鍵，經(jīng)不斷實踐研究表明，在充電樁計費控制硬件中使用高性能DSP芯片TMS320F28335可以達(dá)到對數(shù)據(jù)分析處理的效果。在選定芯片的基礎(chǔ)上，在芯片外部配備MAX3232和MAX3485實現(xiàn)信息顯示與通信，另外配備W5500和HR911105A接口設(shè)計充電樁以太網(wǎng)模塊。

②充電設(shè)備控制器：

充電設(shè)備控制器的作用多樣，包括與計費控制單元的通訊、數(shù)字出入量的檢測。優(yōu)化后的充電設(shè)備控制器配備3個CAN總線通信接口，3個接口的功能各不相同，分別負(fù)責(zé)與充電模塊的通信、與正在充電車輛的BMS1和BMS2通信。在與充電車輛BMS1和BMS2通信的過程中實現(xiàn)了信息交互，由此充電樁獲知充電車輛需要的充電參數(shù)，再由CAN向充電模塊傳遞，調(diào)整完成后由充電模塊直接輸出。

4.1.2強化充電樁機體保護

為了防止外界因素對公共充電樁造成的損壞，需要采取一定的措施強化對充電樁機體的保護。充電樁可以效仿加油站的方式，在充電柱上方搭設(shè)涼棚，從而防止充電樁受到外力而出現(xiàn)損壞，避免安全事故的發(fā)生。

4.2擴大充電樁建設(shè)規(guī)模

擴大充電樁需要避免盲目性，擴建之前需要對新能源汽車用戶的需求進(jìn)行分析，在此基礎(chǔ)上確保充電樁的合理分布。并且要大力宣傳、鼓勵充電樁建設(shè)，通過提供技術(shù)幫助、簡化審批手續(xù)等方式讓更多的組織申請充電樁建設(shè)。

4.3優(yōu)惠充電費用

現(xiàn)階段充電樁的主要付款方式為掃碼支付，但是許多系能源汽車用戶不僅需要支付充電費，還需要支付停車費，這使得許多用戶對充電樁使用價格不滿。國家針對充電樁使用費用出臺了針對性政策，將全國范圍內(nèi)的新能源汽車充電費用控制在合理的區(qū)間，且取消所有的不合理收費，如停車費、附加服務(wù)費等。

4.4統(tǒng)一充電樁充電速度

標(biāo)準(zhǔn)的直流充電樁充電速度為1min/4km，大部分新能源汽車的續(xù)航里程為300km，因此一臺標(biāo)準(zhǔn)的直流充電柱充滿一臺300km新能源汽車需要持續(xù)1h，如果使用慢速充電樁，充滿一臺300km新能源汽車需要花費7-8h，很多情況下用戶沒有自主選擇充電樁速度的條件，因此統(tǒng)一充電樁的充電速度對于提升用戶體驗具有重要意義。對于現(xiàn)有的充電樁進(jìn)行改造，就是將所有的慢速充電樁統(tǒng)一改為快速充電。從技術(shù)層面出發(fā)需要為慢速充電樁更換充電配件，這種改造方式具有較高的施工成本。因此從全局的角度出發(fā)決定將所有的充電樁一律改為標(biāo)準(zhǔn)充電樁，平穩(wěn)的標(biāo)準(zhǔn)充電更有助于新能源汽車的保養(yǎng)。

5、安科瑞充電樁收費運營云平臺系統(tǒng)

5.1概述

AcrelCloud-9000安科瑞充電樁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)的汽車充電站、電動自行車充電站以及各個充電樁進(jìn)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(jìn)行充電服務(wù)、支付管理，交易結(jié)算，資源管理、電能管理、明細(xì)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(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。

5.2應(yīng)用場合

適用于住宅小區(qū)等物業(yè)環(huán)境、各類企事業(yè)單位、醫(yī)院、景區(qū)、學(xué)校、園區(qū)等公建、公共停車場、公路充電站、公交樞紐、購物中心、商業(yè)綜合體、商業(yè)廣場、地下停車場、高速服務(wù)區(qū)、公寓寫字樓等場合。

5.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

現(xiàn)場設(shè)備層：連接于網(wǎng)絡(luò)中的各類傳感器，包括多功能電力儀表、汽車充電樁、電瓶車充電樁、電能質(zhì)量分析儀表、電氣火災(zāi)探測器、限流式保護器、煙霧傳感器、測溫裝置、智能插座、攝像頭等。

網(wǎng)絡(luò)通訊層：包含現(xiàn)場智能網(wǎng)關(guān)、網(wǎng)絡(luò)交換機等設(shè)備。智能網(wǎng)關(guān)主動采集現(xiàn)場設(shè)備層設(shè)備的數(shù)據(jù)，并可進(jìn)行規(guī)約轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)存儲，并通過網(wǎng)絡(luò)把數(shù)據(jù)上傳至搭建好的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，智能網(wǎng)關(guān)可在網(wǎng)絡(luò)故障時將數(shù)據(jù)存儲在本地，待網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)時從中斷的位置繼續(xù)上傳數(shù)據(jù)，保證服務(wù)器端數(shù)據(jù)不丟失。

平臺管理層：包含應(yīng)用服務(wù)器和數(shù)據(jù)服務(wù)器，完成對現(xiàn)場所有智能設(shè)備的數(shù)據(jù)交換，可在PC端或移動端實現(xiàn)實時監(jiān)測充電站配電系統(tǒng)運行狀態(tài)、充電樁的工作狀態(tài)、充電過程及人員行為，并完成微信、支付寶在線支付等應(yīng)用。

5.4平臺功能描述

5.4.1充電服務(wù)

充電設(shè)施搜索，充電設(shè)施查看，地圖尋址，在線自助支付充電，充電結(jié)算，導(dǎo)航等。

5.4.2首頁總覽

總覽當(dāng)日、當(dāng)月開戶數(shù)、充值金額、充電金額、充電度數(shù)、充電次數(shù)、充電時長，累計的開戶數(shù)、充值金額、充電金額、充電度數(shù)、充電次數(shù)、充電時長，以及相應(yīng)的環(huán)比增長和同比增長以及樁、站分布地圖導(dǎo)航、本月充電統(tǒng)計。

5.4.3交易結(jié)算

充電價格策略管理，預(yù)收費管理，賬單管理，營收和財務(wù)相關(guān)報表。

5.4.4故障管理

故障管理故障記錄查詢、故障處理、故障確認(rèn)、故障分析等管理項，為用戶管理故障和查詢提供方便。

5.4.5統(tǒng)計分析

統(tǒng)計分析支持運營趨勢分析、收益統(tǒng)計，方便用戶以曲線、能耗分析等分析工具，瀏覽樁的充電運營態(tài)勢。

5.4.6運營報告

按用戶周期分析汽車、電瓶車充電站、樁運行、交易、充值、充電及報警、故障情況，形成分析報告。

5.4.7APP、小程序移動端支持

通過模糊搜索和地圖搜索的功能，可查詢可用的電樁和電站等詳細(xì)信息。掃碼充電，在線支付:掃描充電樁二維碼，完成支付，微信支付完成后，即可進(jìn)行充電。

5.4.8資源管理

充電站檔案管理，充電樁檔案管理，用戶檔案管理，充電樁運行監(jiān)測，充電樁異常交易監(jiān)測。

5.5系統(tǒng)硬件配置

6、結(jié)語

新能源汽車相比燃油汽車具有更高的環(huán)保意義，許多用戶考慮到充電比燃油價格更低，因此選擇使用新能源汽車。而實際上由于充電樁存在的諸多問題，導(dǎo)致新能源汽車后續(xù)使用過程中存在諸多麻煩，其中不同企業(yè)充電樁的收費、充電速度沒有為用戶帶來理想的體驗感。由此可見要推行新能源汽車大范圍普及，就需要確保充電樁的質(zhì)量與有效性。充電樁的優(yōu)化需要充分結(jié)合用戶的實際使用需求以及電網(wǎng)的狀況，從而確保充電樁分布、收費的合理性，減少用戶尋找充電樁時存在的麻煩，更是對我國新能源事業(yè)建設(shè)具有積極意義。

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