簡析新能源電動汽車充電樁的設(shè)計與優(yōu)化

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：隨著電動汽車的普及，電動汽車充電樁的設(shè)計與優(yōu)化成了一個重要的研究課題。本論文旨在分析電動汽車充電樁的設(shè)計要素，并提出相應(yīng)的優(yōu)化方案。首先，對電動汽車充電技術(shù)進(jìn)行了概述，并介紹了相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。提出了充電樁的可持續(xù)發(fā)展策略，包括使用可再生能源，能源存儲技術(shù)應(yīng)用和廢棄電池回收與再利用等。通過案例分析和評估，驗(yàn)證了提出的設(shè)計與優(yōu)化方案的可行性。本研究的結(jié)果對于促進(jìn)電動汽車充電樁的設(shè)計與優(yōu)化具有一定的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：電動汽車充電樁；設(shè)計；優(yōu)化

0.引言

隨著環(huán)保意識的提高和技術(shù)的不斷進(jìn)步，電動汽車作為一種清潔交通工具，受到了越來越多人的關(guān)注和青睞。然而，電動汽車的普及面臨一個重要的挑戰(zhàn)，即充電基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)和完善。電動汽車充電樁作為電動汽車充電的關(guān)鍵設(shè)備，起到了連接電力網(wǎng)絡(luò)和電動汽車的重要作用。因此，電動汽車充電樁的設(shè)計與優(yōu)化是推動電動汽車發(fā)展的關(guān)鍵一環(huán)。本文旨在深入研究電動汽車充電樁的設(shè)計與優(yōu)化，探討如何提高充電效率，提升用戶體驗(yàn)，保障充電安全，并促進(jìn)電動汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施的可持續(xù)發(fā)展。

1.相關(guān)技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)

電動汽車充電技術(shù)是指將電能傳輸?shù)诫妱悠囯姵刂械倪^程。主要有三種充電技術(shù)，直流快速充電，交流快速充電和交流普通充電。使用直流電源將電能傳輸?shù)诫妱悠囯姵刂校哂谐潆娝俣瓤欤m用于長途旅行等優(yōu)點(diǎn)。通常使用的充電標(biāo)準(zhǔn)有CHAdeMO和CCS。將交流電能通過充電樁轉(zhuǎn)換成直流電能，再傳輸?shù)诫妱悠囯姵刂小＿@種充電方式適用于商業(yè)和公共場所，但充電時間較長。常見的交流快充標(biāo)準(zhǔn)為Type2。為了確保電動汽車充電樁的安全性，互操作性和一致性，制定了相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。國際電工委員會發(fā)布了IEC61851系列標(biāo)準(zhǔn)，包括充電設(shè)備和系統(tǒng)的要求，安全性和測試方法等方面的規(guī)范。各國根據(jù)自身情況制定了充電樁的標(biāo)準(zhǔn)。不同地區(qū)和廠商之間的充電接口存在差異。遵循這些標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，可以保證充電樁的質(zhì)量和安全性，并提高電動汽車用戶的使用便利性和體驗(yàn)。

2.充電樁設(shè)計要素分析

充電功率是一個關(guān)鍵的設(shè)計要素，它決定了充電樁能夠提供的較大充電速度。根據(jù)用戶需求和充電樁使用場景的不同。對于長途出行和商業(yè)使用的充電樁，需要具備較高的充電功率，以提供更快的充電速度，縮短充電時間。針對家庭和辦公場所的充電樁，充電功率可以適度降低，以滿足日常充電需求。充電接口類型指的是充電設(shè)備與電動汽車之間的物理連接接口，不同和地區(qū)，不同品牌的電動汽車可能采用不同的充電接口標(biāo)準(zhǔn)。充電樁應(yīng)當(dāng)支持多充電接口標(biāo)準(zhǔn)，以滿足不同電動汽車的充電需求。充電樁應(yīng)當(dāng)具備良好的適配性，能夠自動識別和適應(yīng)連接的電動汽車的充電接口類型，確保正常充電。安全性和可靠性是充電樁設(shè)計中非常重要的考量因素。充電樁應(yīng)當(dāng)具備絕緣和漏電保護(hù)功能，以防止人身觸電和設(shè)備損壞等安全問題。充電樁應(yīng)當(dāng)具備過載和過壓保護(hù)機(jī)制，確保充電過程中電力供應(yīng)的穩(wěn)定性和安全性。

3.充電樁布局優(yōu)化

根據(jù)當(dāng)?shù)仉妱悠囉脩舻某潆娦枨螅煌髁浚＼噲鲂枨蟮纫蛩兀M(jìn)行市場需求調(diào)研和分析，確定充電樁站點(diǎn)的選址。充電樁站點(diǎn)應(yīng)該盡量選擇在人流密集的區(qū)域，以便用戶在充電時能夠方便地進(jìn)行其他活動。充電樁站點(diǎn)應(yīng)盡量靠近主要道路，公共交通站點(diǎn)和人口密集區(qū)域，方便用戶到達(dá)。合理規(guī)劃充電樁與停車位的布局，確保充電樁之間的距離足夠，避免擁堵和沖突。在充電樁站點(diǎn)周圍設(shè)置明顯的標(biāo)識，方便用戶快速找到充電樁的位置。根據(jù)充電需求和用戶量預(yù)測，合理確定每個充電樁站點(diǎn)的充電樁數(shù)量。根據(jù)不同地區(qū)或站點(diǎn)的特點(diǎn)和需求，可以靈活配置不同類型的充電樁，如快充樁，慢充樁，半快充樁等，以滿足用戶的不同充電速度要求。在城市規(guī)劃中，需要考慮充電樁站點(diǎn)之間的距離以及交通便捷性，避免充電樁站點(diǎn)分布過于集中或過于分散，形成合理的充電網(wǎng)絡(luò)。通過以上的充電樁布局優(yōu)化，可提升用戶體驗(yàn)和服務(wù)質(zhì)量，促進(jìn)電動汽車的普及和發(fā)展。

4.充電樁智能管理系統(tǒng)

充電樁智能管理系統(tǒng)是通過使用的技術(shù)和算法來實(shí)現(xiàn)充電樁的遠(yuǎn)程監(jiān)控，數(shù)據(jù)采集，調(diào)度和負(fù)載均衡，故障診斷和維護(hù)管理。智能管理系統(tǒng)可以通過網(wǎng)絡(luò)連接與充電樁建立通信，實(shí)時監(jiān)控充電樁的狀態(tài)，充電速度，充電量等信息。系統(tǒng)可以收集充電樁的歷史數(shù)據(jù)和實(shí)時數(shù)據(jù)，用于后續(xù)分析和優(yōu)化。根據(jù)充電樁的使用情況和用戶需求，智能管理系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)充電樁的調(diào)度，即根據(jù)充電樁的可用性和用戶的需求，將用戶到附近的可用充電樁進(jìn)行充電，減少等待時間和排隊(duì)情況。智能管理系統(tǒng)可以根據(jù)充電樁站點(diǎn)的負(fù)載情況，調(diào)整充電樁之間的負(fù)載均衡，避免某些充電樁過載而其他充電樁處于空閑狀態(tài)，提高充電效率和使用率。智能管理系統(tǒng)能夠通過對充電樁的數(shù)據(jù)分析和算法判斷，檢測故障情況并準(zhǔn)確定位問題，提供相應(yīng)的報警和通知，以便維修人員及時處理。

5.充電樁可持續(xù)發(fā)展策略

充電樁的可持續(xù)發(fā)展是實(shí)現(xiàn)綠色能源和環(huán)保目標(biāo)的關(guān)鍵。將充電樁與太陽能光伏板系統(tǒng)集成，通過光能轉(zhuǎn)化為電能，實(shí)現(xiàn)充電樁的可再生能源供應(yīng)。在適宜的地方利用風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，為充電樁提供綠色能源供應(yīng)。通過使用電池等儲能技術(shù)，將非高峰時段的電能儲存起來，在高峰時段使用，以平衡電網(wǎng)負(fù)荷和提供穩(wěn)定的電力供應(yīng)。結(jié)合智能管理系統(tǒng)，優(yōu)化能源存儲和分配，使得充電樁能夠更有效地利用儲能技術(shù)，減少對傳統(tǒng)電力供應(yīng)的依賴。建立完善的廢棄電池回收系統(tǒng)，確保廢棄電池能夠得到安全，環(huán)保地處理。再利用與循環(huán)利用，對于回收的廢棄電池，進(jìn)行有效地處理和再利用，如進(jìn)行回收再生利用，研發(fā)新型產(chǎn)品或材料等，較大程度減少電池廢棄物對環(huán)境的影響。通過采取以上的充電樁可持續(xù)發(fā)展策略，可以實(shí)現(xiàn)充電樁的綠色能源供應(yīng)，提高能源利用效率，減少對傳統(tǒng)能源的依賴，同時也能有效處理廢棄電池產(chǎn)生的環(huán)境問題。這將為電動汽車行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展作出貢獻(xiàn)，推動綠色能源的普及和環(huán)境保護(hù)。

6.安科瑞充電樁收費(fèi)運(yùn)營云平臺

6.1概述

AcrelCloud-9000安科瑞充電柱收費(fèi)運(yùn)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(shí)時監(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。同時對充電機(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。

6.2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(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。

6.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

6.3.1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。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(shí)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(yùn)維人員提供運(yùn)維APP，充電用戶提供充電小程序。

6.4安科瑞充電樁云平臺系統(tǒng)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(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(jìn)行統(tǒng)計顯示，同時可查看每個站點(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。

6.4.2實(shí)時監(jiān)控

實(shí)時監(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。

6.4.3交易管理

平臺管理人員可管理充電用戶賬戶，對其進(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。

6.4.4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(jìn)行派發(fā)處理，同時運(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。充電用戶也可通過充電小程序反饋現(xiàn)場問題。

6.4.5統(tǒng)計分析

通過系統(tǒng)平臺，從充電站點(diǎn)、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。

6.4.6基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理

在系統(tǒng)平臺建立運(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。

6.4.7運(yùn)維APP

面向運(yùn)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，同時可接收故障推送。

6.4.8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。

6.5系統(tǒng)硬件配置

7.結(jié)論

充電樁的設(shè)計與優(yōu)化是電動汽車行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要方面。本論文通過研究充電樁智能管理系統(tǒng)，充電樁可持續(xù)發(fā)展策略和優(yōu)化挑戰(zhàn)，并結(jié)合未來發(fā)展趨勢，得出以下結(jié)論，充電樁的可持續(xù)發(fā)展對于實(shí)現(xiàn)綠色能源和環(huán)保目標(biāo)至關(guān)重要，充電樁數(shù)量和布局的合理規(guī)劃可以滿足用戶需求并減少資源浪費(fèi)，提升充電速度和效率需要使用更高功率的充電設(shè)備和充電技術(shù)，充電樁與智能網(wǎng)聯(lián)技術(shù)的結(jié)合能夠提升充電樁的智能化程度和服務(wù)質(zhì)量。未來的發(fā)展趨勢包括多樣化充電設(shè)施，智能化管理系統(tǒng)的推廣，跨行業(yè)合作與整合以及科技創(chuàng)新與政策支持。這些結(jié)論為電動汽車充電樁的設(shè)計和優(yōu)化提供了指導(dǎo)和建議，有助于推動充電樁行業(yè)的發(fā)展和電動汽車市場的進(jìn)一步普及，以實(shí)現(xiàn)清潔能源和環(huán)境保護(hù)目標(biāo)。

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