淺談新能源汽車充電樁的建設及優(yōu)化分析

摘要：在全球倡導低碳減排的大背景下，新能源成為熱門行業(yè)在全球范圍內得以開展?，F(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備。我國現(xiàn)階段已經擁有大量的充電樁，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，且部分充電樁的質量存在問題由此導致安全事故。

關鍵詞：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背景進行分析，包括國際背景、國內背景、使用需求背景。在對新能源汽車充電樁現(xiàn)有問題進行分析，包括運維缺失、安全隱患、分布不均、費用偏高、充電速度。隨后在此基礎上制定相應的措施，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背景

2.1國際背景

經濟全球化大背景下，全球的生產力水平呈現(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力水平。確保生產能源穩(wěn)定持續(xù)才是確保生產穩(wěn)固提升的關鍵所在，由此探求新能源并確保其持續(xù)發(fā)展成為全球共同關注的問題。

2.2國內背景

我國長期以來高度重視環(huán)境建設與生產能源可持續(xù)發(fā)展建設，尤其在“十四五”規(guī)劃當中提出要做好新能源基礎設施建設工作，推動我國進一步充分發(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動能源，汽車充電樁產業(yè)由此應運而生。

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，關于汽車充電樁的建設理念、技術、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建成500萬座汽車充電樁，滿足了新能源汽車的能源供應需求，“十四五”規(guī)劃預計在全國范圍內再建設充電樁1000萬座。但是現(xiàn)階段的汽車充電樁存在一些質量問題，如觸摸屏失靈、界面復雜、起火、爆炸等，對人身財產安全造成嚴重威脅。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，充電樁建設工作不能單純追求數(shù)量更要注重提升質量，因此在建設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存在的問題

為了積極響應節(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行及時運維造成充電樁損壞。在一些國道、高速公路服務區(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。部分室內充電樁由于處于封閉空間，當出現(xiàn)故障的情況下很容易在短時間內造成人員傷亡。

3.3分布不均

通過分析已有調查結果表明，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重的分布不均的問題依然得不到解決，導致充電效率無法得到提升，不僅為用戶帶來不便，還會導致較為嚴重的資源浪費現(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一步增加車輛使用成本，結果導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，且車輛在進行充電時還會收取相應的停車費，綜合計算車輛的充電成本超出預算范圍。

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)性質決定了低盈利水平，這就使得各充電樁企業(yè)搶占市場份額的現(xiàn)象更加顯著。

事實上新能源汽車充電難的問題都是技術競爭的結果，不同企業(yè)所研制的充電樁使用的技術水平不同，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差異就在于充電速度不同。充電速度不僅關系到用戶的時間使用成本，關系到對車輛的養(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提升充電樁質量

4.1.1充電樁控制系統(tǒng)的硬件設計與器件選型

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

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上，還需要確保充電樁信息采集的準確性。

高性能、高質量的計費控制硬件是制造高質量充電樁的關鍵，經不斷實踐研究表明，在充電樁計費控制硬件中使用高性能DSP芯片TMS320F28335可以達到對數(shù)據(jù)分析處理的效果。在選定芯片的基礎上，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接口設計充電樁以太網模塊。

②充電設備控制器：

充電設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，分別負責與充電模塊的通信、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行分析，在此基礎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，通過提供技術幫助、簡化審批手續(xù)等方式讓更多的組織申請充電樁建設。

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、附加服務費等。

4.4統(tǒng)一充電樁充電速度

標準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，因此一臺標準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準充電樁，平穩(wěn)的標準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)網技術對接入系統(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、支付管理，交易結算，資源管理、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警；充電樁支持以太網、4G或WIFI等方式接入互聯(lián)網，用戶通過微信、支付寶、云閃付掃碼充電。

5.2應用場合

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、高速服務區(qū)、公寓寫字樓等場合。

5.3系統(tǒng)結構

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

網絡通訊層：包含現(xiàn)場智能網關、網絡交換機等設備。智能網關主動采集現(xiàn)場設備層設備的數(shù)據(jù)，并可進行規(guī)約轉換，數(shù)據(jù)存儲，并通過網絡把數(shù)據(jù)上傳至搭建好的數(shù)據(jù)庫服務器，智能網關可在網絡故障時將數(shù)據(jù)存儲在本地，待網絡恢復時從中斷的位置繼續(xù)上傳數(shù)據(jù)，保證服務器端數(shù)據(jù)不丟失。

平臺管理層：包含應用服務器和數(shù)據(jù)服務器，完成對現(xiàn)場所有智能設備的數(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用。

5.4平臺功能描述

5.4.1充電服務

充電設施搜索，充電設施查看，地圖尋址，在線自助支付充電，充電結算，導航等。

5.4.2首頁總覽

總覽當日、當月開戶數(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，以及相應的環(huán)比增長和同比增長以及樁、站分布地圖導航、本月充電統(tǒng)計。

5.4.3交易結算

充電價格策略管理，預收費管理，賬單管理，營收和財務相關報表。

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、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

按用戶指定周期分析汽車、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量與有效性。充電樁的優(yōu)化需要充分結合用戶的實際使用需求以及電網的狀況，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)建設具有積極意義。

【參考文獻】

[1]林曉丹.關于新能源汽車充電樁建設及優(yōu)化分析[J].時代汽車,2023

[2]朱國海.西部城市新能源汽車充電樁建設現(xiàn)狀及建議[J].建設科技，2022

[3]安科瑞企業(yè)微電網設計與應用手冊.2020.6版

作者簡介：

吳春紅，女，本科，江蘇安科瑞電器制造有限公司，主要從事智能電網供配電相關的研究和應用，手機：18702111910