新能源汽車智能充電樁的技術(shù)與應(yīng)用

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：燃油汽車的發(fā)展帶來(lái)了能源的消耗以及環(huán)境的污染，這使得新能源汽車逐漸進(jìn)入到人們的生活中。雖然新能源汽車具有動(dòng)力成本低、環(huán)境污染小的優(yōu)勢(shì)，但仍存在充電難、充電慢等關(guān)鍵問(wèn)題?；诖?，本文首先分析了新能源汽車智能充電樁建設(shè)現(xiàn)存問(wèn)題，后圍繞提升新能源汽車智能充電樁服務(wù)質(zhì)量，提出了幾點(diǎn)智能充電樁關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用策略。

關(guān)鍵詞：新能源汽車；智能充電樁；充電技術(shù)

0引言

隨著各大車企對(duì)新能源汽車的投入，新能源汽車也成為人們出行的。然而，新能源汽車充電難充電慢等問(wèn)題，直接影響著新能源汽車的普及。傳統(tǒng)的新能源汽車智能充電樁存在利用率較低等問(wèn)題，主要原因就在于智能充電樁電力容量不足、充電樁存在質(zhì)量問(wèn)題等，這就使得新能源智能充電樁的創(chuàng)新設(shè)計(jì)成為重要話題。

1新能源汽車智能充電樁建設(shè)現(xiàn)存問(wèn)題

1.1電力容量不足

新能源汽車的發(fā)展時(shí)間較短，各個(gè)小區(qū)、商場(chǎng)、車庫(kù)等，并未完善充電樁及智能充電樁的建設(shè)，這也使得充電樁電力容量難以滿足新能源汽車的充電需求。因此，在新能源汽車智能充電樁的建設(shè)過(guò)程中要重視電力擴(kuò)容，通過(guò)敷設(shè)供電線路、配備相應(yīng)的供電設(shè)備，提升智能充電樁的電力容量，提高智能充電樁的利用率。

1.2充電樁質(zhì)量與通信問(wèn)題

智能充電樁的設(shè)備質(zhì)量與通信技術(shù)直接影響著智能充電樁的使用質(zhì)量，比如出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信延時(shí)問(wèn)題時(shí)，往往會(huì)導(dǎo)致充電費(fèi)用結(jié)算不及時(shí)，影響了智能充電樁的經(jīng)濟(jì)效益。又或者智能充電樁的硬件問(wèn)題，使得充電時(shí)新能源汽車電池狀態(tài)信息充、電放電信息的采集出現(xiàn)失誤，影響了新能源汽車的電池壽命。

1.3充電管理系統(tǒng)問(wèn)題

新能源汽車智能充電樁的充電管理系統(tǒng)，能夠自動(dòng)識(shí)別新能源汽車電池容量實(shí)現(xiàn)充滿自停、斷電記憶、智能計(jì)費(fèi)等功能。然而，部分智能充電樁并未完善相關(guān)硬件設(shè)計(jì)與軟件設(shè)計(jì)，容易出現(xiàn)線路故障、過(guò)度充電、違規(guī)操作等問(wèn)題，直接影響了新能源汽車充電的可靠性[1]。2新能源汽車智能充電樁關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用策略

2.1重視動(dòng)態(tài)功率請(qǐng)求，提升充電功率

動(dòng)態(tài)功率是指智能識(shí)別電網(wǎng)中的功率需求，提升智能充電樁的電力容量。尤其是在電網(wǎng)負(fù)荷較大的情況下，智能充電樁通過(guò)支持動(dòng)態(tài)功率，請(qǐng)求協(xié)調(diào)汽車充電功率上限，不僅能夠滿足新能源汽車的充電需求，也能提升充電效率。設(shè)計(jì)人員要應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)化通信協(xié)議，實(shí)現(xiàn)智能充電樁電網(wǎng)新能源汽車之間的良好通信。由智能充電樁智能充電控制系統(tǒng)分析充電功率，分析新能源汽車的充電狀態(tài)與充電需求，相應(yīng)調(diào)整智能充電樁的充電功率。

2.2應(yīng)用溫控充電曲線，提升充電效率

新能源汽車充電過(guò)程中，容易受到外界環(huán)境溫度的影響，因此新能源汽車智能充電樁設(shè)計(jì)過(guò)程中也要應(yīng)用溫控充電曲線、通過(guò)分析外界環(huán)境溫度與新能源汽車電池的實(shí)際溫度。智能優(yōu)化汽車充電過(guò)程。

智能充電樁要智能分析溫度對(duì)新能源汽車電池的影響，電池溫度過(guò)高或過(guò)低時(shí)都會(huì)影響充電速度、充電效率以及電池的使用壽命。因此智能充電樁要智能分析電池溫度，若電池溫度過(guò)高或過(guò)低時(shí)，要調(diào)整智能充電曲線，以此提升充電效果，保障新能源汽車的充電安全。比如在電池溫度過(guò)高時(shí)，往往會(huì)導(dǎo)致電池過(guò)熱容易出現(xiàn)火災(zāi)的問(wèn)題。此時(shí)智能充電樁要減少充電電流或降低充電電壓，新能源汽車溫度升高過(guò)程，提升電池的使用壽命[2]。

2.3完善系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)，提升充電樁整體性能

新能源汽車智能充電樁的使用過(guò)程中，充電樁質(zhì)量以及通信系統(tǒng)質(zhì)量直接影響著充電效率。因此技術(shù)人員要完善系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)、網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議與接口設(shè)計(jì)，提升智能充電樁的充電效率與使用質(zhì)量。

一，完善智能充電樁系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)，包括充電樁硬件設(shè)計(jì)與充電樁軟件設(shè)計(jì)。其中硬件設(shè)計(jì)包括充電連接器、充電控制器、電源模塊。軟件設(shè)計(jì)，包括優(yōu)化充電控制算法、用戶使用界面等。在優(yōu)化系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，技術(shù)人員要從充電樁硬件與軟件角度出發(fā)，提升充電數(shù)據(jù)在硬件軟件流通的合理性。如硬件模塊與軟件模塊之間，應(yīng)用合適的通信協(xié)議，提升數(shù)據(jù)流動(dòng)的真實(shí)性，同時(shí)也能避免充電數(shù)據(jù)的丟失。

二，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議與接口設(shè)計(jì)。一是依據(jù)智能充電樁管理系統(tǒng)需求與通信特點(diǎn)，提升數(shù)據(jù)通信的穩(wěn)定性與安全性，比如應(yīng)用MCTT等通信協(xié)議提升智能充電樁系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性，應(yīng)用SSL/TLS協(xié)議保障相關(guān)數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?。二是設(shè)計(jì)合適的硬件接口。當(dāng)前新能源汽車的充電接口并不一致，因此在智能充電樁中要設(shè)計(jì)友好的硬件接口與軟件接口，確保不同類型的新能源汽車都能使用智能充電樁完成充電過(guò)程。同時(shí)友好的軟件接口也能為智能充電樁功能的拓展提供支持，也能實(shí)現(xiàn)智能充電樁的功能更新，提高智能充電樁的使用質(zhì)量。

2.4應(yīng)用智能軟件系統(tǒng)，優(yōu)化智能充電樁服務(wù)質(zhì)量

智能充電樁軟件系統(tǒng)能夠提供充電服務(wù)、支付服務(wù)等，為提升新能源汽車充電質(zhì)量，技術(shù)人員要完善智能充電樁軟件系統(tǒng)。比如采用模塊化設(shè)計(jì)，將后臺(tái)通信模塊、計(jì)量計(jì)費(fèi)模塊、人機(jī)交互模塊、遠(yuǎn)程通信模塊等進(jìn)行系統(tǒng)化組合。通信模塊收集與展示充電的信息，控制新能源汽車充電流程。由人機(jī)互動(dòng)模塊，展示充電參數(shù)充電界面、計(jì)費(fèi)界面。由安全模塊設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)加密系統(tǒng)與讀卡器系統(tǒng)，提升充電數(shù)據(jù)的安全性。通過(guò)完善智能充電樁的軟件系統(tǒng)，使用戶在充電過(guò)程中獲得良好的充電體驗(yàn)，進(jìn)而提升智能充電樁的服務(wù)質(zhì)量。

3安科瑞充電樁收費(fèi)運(yùn)營(yíng)云平臺(tái)

3.1概述

AcrelCloud-9000安科瑞充電柱收費(fèi)運(yùn)營(yíng)云平臺(tái)系統(tǒng)通過(guò)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(guò)溫保護(hù)、漏電、充電機(jī)輸入/輸出過(guò)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(guò)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(guò)4G網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)上傳至搭建好的數(shù)據(jù)庫(kù)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(kù)、歷史數(shù)據(jù)庫(kù)、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)。

5）應(yīng)客戶端層：系統(tǒng)管理員可在瀏覽器中訪問(wèn)電瓶車充電樁收費(fèi)平臺(tái)。終端充電用戶通過(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)充電小程序反饋現(xiàn)場(chǎng)問(wèn)題。

3.4.5統(tǒng)計(jì)分析

通過(guò)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(yíng)商戶，運(yùn)營(yíng)商可建立和管理其運(yùn)營(yíng)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)語(yǔ)

總的來(lái)說(shuō)。在新能源汽車不斷普及的背景下，新能源汽車智能充電樁建設(shè)要解決傳統(tǒng)充電方式存在的電力容量不足、充電樁質(zhì)量問(wèn)題，以及充電管理系統(tǒng)問(wèn)題等。應(yīng)用動(dòng)態(tài)功率技術(shù)、溫控充電曲線設(shè)計(jì)以及完善充電樁系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)，應(yīng)用智能軟件系統(tǒng)，提升智能充電樁的整體性能與使用質(zhì)量，為新能源汽車的推廣與應(yīng)用提供支持。

參考文獻(xiàn)

1. 何顯忠.新能源汽車智能充電控制系統(tǒng)優(yōu)化分析[J].汽車測(cè)試報(bào)告,2023,(19):53-55.

2. 湯向華,朱富云,呂帥帥,倪紅軍,汪興興.新能源汽車智能充電樁的設(shè)計(jì)與研究[J].中國(guó)高新科技,2020,(10):26-28.

3. 郭宗澤，唐潮.探討新能源汽車智能充電樁關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用

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