新能源汽車充電樁在新型電力系統(tǒng)中的能效提升策略

摘要：隨著環(huán)境資源問題的關(guān)注度越來越高，節(jié)能減排理念已經(jīng)深入到各個(gè)領(lǐng)域，為進(jìn)一步推動(dòng)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的深入落實(shí)，汽車領(lǐng)域?qū)⑵嚨难邪l(fā)方向轉(zhuǎn)為新能源電動(dòng)汽車，該類汽車在節(jié)能減排方面體現(xiàn)出了較大的優(yōu)勢，是國內(nèi)乃至全球交通領(lǐng)域發(fā)展的主要趨勢。充電樁是新能源電動(dòng)汽車的重要的基礎(chǔ)設(shè)施，充電樁的能效對新能源電動(dòng)汽車充電效率以及電力系統(tǒng)的能耗等都有重要的影響。從當(dāng)前我國新能源電動(dòng)汽車的發(fā)展情況來看，還存在諸多因素影響著充電樁的能效，充電樁能效也是目前眾多車主在購車時(shí)所顧慮的問題，其對新能源電動(dòng)汽車行業(yè)的持續(xù)健康發(fā)展也會有一定的影響。因此，新能源電動(dòng)汽車領(lǐng)域的研究人員應(yīng)該針對新型電力系統(tǒng)以及相關(guān)的充電技術(shù)進(jìn)行深入研究，不斷升級系統(tǒng)與優(yōu)化技術(shù)，從而有效提升新能源電動(dòng)汽車充電樁的能效，推動(dòng)新能源電動(dòng)汽車行業(yè)的穩(wěn)健發(fā)展。

1、新型電力系統(tǒng)中新能源電動(dòng)汽車充電樁能效的負(fù)面影響因素

（一）電力系統(tǒng)有待進(jìn)一步升級

就我國目前新能源電動(dòng)汽車的整體發(fā)展情況來看，電力系統(tǒng)自身情況是影響新能源電動(dòng)汽車充電樁能效的關(guān)鍵因素，目前電力系統(tǒng)建設(shè)投資規(guī)模相對較小，相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備的建設(shè)不夠完善，設(shè)施設(shè)備功能老舊，自動(dòng)化以及智能化水平相對較低，還未能實(shí)現(xiàn)對新能源電動(dòng)汽車充電的遠(yuǎn)程監(jiān)控與自動(dòng)化控制，在一定程度上會影響充電樁供電的可靠性，無法實(shí)現(xiàn)在確保充電效率和質(zhì)量的同時(shí)，節(jié)約能耗。另外，電力系統(tǒng)自身運(yùn)行的穩(wěn)定性、安全性也有待進(jìn)一步提升，這對新能源電動(dòng)汽車充電樁的能效也會產(chǎn)生直接的影響。例如，當(dāng)遇到充電高峰期時(shí)，由于電力需求量較大，給電力系統(tǒng)造成較高的負(fù)荷，導(dǎo)致電力系統(tǒng)輸出的電能質(zhì)量相對較低，進(jìn)而影響充電樁的能效。由此可見，電力系統(tǒng)自身的功能、設(shè)備以及運(yùn)行狀態(tài)是目前影響新能源電動(dòng)汽車充電樁能效的關(guān)鍵因素。

（二）智能化的新能源充電技術(shù)缺乏

新能源電動(dòng)汽車中電池的充電效率對充電樁的能效也會產(chǎn)生直接影響，就目前我國新能源電動(dòng)汽車的發(fā)展情況來看，大部分電動(dòng)汽車電池都是鋰離子電池，從理論層面來看，當(dāng)電池充電量達(dá)到100%時(shí)，則意味著該電池中每單位的容量已經(jīng)被充滿，但是在現(xiàn)實(shí)情況中，受到電池本身質(zhì)量、充電環(huán)境溫度及充電設(shè)備的性能等多方面的影響，電池很難達(dá)到100%充滿，這既會影響充電樁的能效，又會影響新能源電動(dòng)汽車的續(xù)航。另外，不同新能源電動(dòng)汽車的電池在種類上、質(zhì)量上、狀態(tài)上都會存在一定的差異，這些均是影響充電效率的關(guān)鍵因素。例如，在同一個(gè)充電樁上充電的不同新能源電動(dòng)汽車，因電池的不同可能需要消耗的充電時(shí)間就不同，這便對新能源充電技術(shù)提出了更高的要求。然而，在目前我國新能源電動(dòng)汽車的發(fā)展中，缺少對智能化新能源充電技術(shù)的研發(fā)與推廣。

（三）充電樁運(yùn)維管理方法不科學(xué)

新能源電動(dòng)汽車充電樁作為一種電子類產(chǎn)品，其自身的運(yùn)行情況、故障問題等，也是影響其能效的關(guān)鍵因素。做好新能源電動(dòng)汽車充電樁的運(yùn)維管理工作，對提升充電樁能效及保障新能源電動(dòng)汽車充電效率與充電質(zhì)量等至關(guān)重要。但是從當(dāng)前我國新能源電動(dòng)汽車的發(fā)展情況來看，關(guān)于充電樁的運(yùn)維管理方法仍然不夠科學(xué)，依舊采用傳統(tǒng)的巡檢以及人力檢測、維護(hù)等方式進(jìn)行，缺少信息化、智能化的運(yùn)維管理手段，未能實(shí)現(xiàn)對新能源電動(dòng)汽車充電樁全天候、全天時(shí)的監(jiān)測，因此無法實(shí)現(xiàn)及時(shí)發(fā)現(xiàn)充電樁運(yùn)行過程中存在的故障，也未能對已經(jīng)出現(xiàn)故障的充電樁進(jìn)行及時(shí)的維修與處理。因此，在新型電力系統(tǒng)中，為了進(jìn)一步提升新能源電動(dòng)汽車充電樁的能效，應(yīng)加強(qiáng)對充電樁運(yùn)維管理方法的創(chuàng)新。

2、新型電力系統(tǒng)中新能源電動(dòng)汽車充電樁能效提升的實(shí)施策略

（一）加快升級新型電力系統(tǒng)

電力系統(tǒng)自身的基礎(chǔ)設(shè)備、功能、運(yùn)行狀態(tài)對新能源電動(dòng)汽車充電樁的能效有直接影響，加強(qiáng)對電力系統(tǒng)的升級改造，對提升充電樁能效至關(guān)重要。在進(jìn)行新型電力系統(tǒng)升級改造的過程中，具體可通過以下措施來實(shí)現(xiàn)。

（1）加大對電力系統(tǒng)建設(shè)的投入力度。針對我國新能源電動(dòng)汽車的現(xiàn)實(shí)情況及發(fā)展需求而言，須科學(xué)規(guī)劃電力系統(tǒng)的建設(shè)方案，并加大投入力度，確保建設(shè)方案能夠得到順利實(shí)施；引進(jìn)先進(jìn)的技術(shù)和設(shè)備，提升電力系統(tǒng)的自動(dòng)化與智能化水平。

（2）升級電力系統(tǒng)自身的性能。電力系統(tǒng)在性能上主要包括其電壓、頻率的穩(wěn)定性，電力系統(tǒng)的容量，以及電力供應(yīng)的便捷性、安全性等。在進(jìn)行電力系統(tǒng)升級的過程中，要充分分析當(dāng)前電力系統(tǒng)中這些性能存在的不足，及其對新能源電動(dòng)汽車充電樁能效的影響，從而針對性地引進(jìn)信息化技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)、人工智能技術(shù)以及先進(jìn)的設(shè)施設(shè)備，對電力系統(tǒng)進(jìn)行升級改造，從而提升電力系統(tǒng)電壓、頻率的穩(wěn)定性，使其能夠滿足充電樁運(yùn)行的需求，擴(kuò)大電力系統(tǒng)的容量，保障充電樁的充電速度和質(zhì)量。例如，可以通過接入先進(jìn)的儲能設(shè)備來實(shí)現(xiàn)提升充電樁的能效。儲能設(shè)備具有一定的自動(dòng)化調(diào)節(jié)功能，能夠在用電高峰期進(jìn)行自動(dòng)儲能，又能在用電低峰期進(jìn)行自動(dòng)放能，從而實(shí)現(xiàn)在保障電力系統(tǒng)正常供能的基礎(chǔ)上，自動(dòng)調(diào)節(jié)與平衡電力系統(tǒng)的負(fù)荷，以實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)自身的智能調(diào)度，確保能源得到充分利用，有效提升充電樁的能效。

（3）優(yōu)化電力系統(tǒng)的功能。在對新型電力系統(tǒng)進(jìn)行升級的過程中，除了要確保其性能的穩(wěn)定與安全，還要根據(jù)新能源電動(dòng)汽車充電樁能效提升的相關(guān)需求，對電力系統(tǒng)的功能進(jìn)行優(yōu)化與升級，主要可以通過構(gòu)建信息化、智能化的監(jiān)控平臺，實(shí)現(xiàn)有效的監(jiān)控和管理，從而提升充電樁能效。例如，可以通過集控地圖實(shí)時(shí)掌握新能源電動(dòng)汽車充電樁網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行情況，從而根據(jù)用戶需求，調(diào)整充電樁的運(yùn)營策略，這樣既滿足用戶的需求，又能避免能源浪費(fèi)，同時(shí)提升充電樁能效。此外，增加遠(yuǎn)程控制功能，通過遠(yuǎn)程遙控對充電樁進(jìn)行控制，也能夠幫助提升充電樁能效。

（二）應(yīng)用智能化新能源充電技術(shù)

加強(qiáng)對智能化系能源充電技術(shù)的研發(fā)與推廣，對提升新能源電動(dòng)汽車充電樁能效有重要幫助，在智能化新能源充電技術(shù)的推廣中具體可以采取以下措施。

（1）加強(qiáng)對自動(dòng)調(diào)整控制系統(tǒng)的應(yīng)用。對自動(dòng)調(diào)整控制系統(tǒng)進(jìn)行應(yīng)用能夠?qū)Ξ?dāng)前新能源電動(dòng)汽車充電技術(shù)進(jìn)行有效的升級，提升充電樁的充電效率和充電質(zhì)量，從而提高充電樁的能效。該系統(tǒng)主要是根據(jù)不同電池的特性曲線來進(jìn)行充電樁電壓的自動(dòng)化調(diào)節(jié)，在自動(dòng)化、智能化的電壓調(diào)節(jié)與控制系統(tǒng)中，使新能源電動(dòng)汽車在充電過程中能夠保持相對穩(wěn)定的電壓和頻率。這種自動(dòng)調(diào)整控制系統(tǒng)能夠滿足不同電池、不同充電環(huán)境的需求，通過系統(tǒng)對電池本身參數(shù)的分析以及對充電環(huán)境信息的捕捉與處理分析，自動(dòng)生成科學(xué)的充電方案，使充電樁的充電能效達(dá)到最大。此外，通過該系統(tǒng)的應(yīng)用，還能夠?qū)崿F(xiàn)對電池狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測，從而準(zhǔn)確判斷電池的狀態(tài)。當(dāng)電池達(dá)到充滿狀態(tài)，充電樁會及時(shí)停止充電，這樣可以實(shí)現(xiàn)節(jié)能效果，也能夠避免因過度充電而帶來的安全風(fēng)險(xiǎn)。

（2）加強(qiáng)無線充電技術(shù)的有效應(yīng)用。無線充電技術(shù)是現(xiàn)階段比較應(yīng)用比較廣泛的一種先進(jìn)的充電技術(shù)，其主要運(yùn)用磁耦合原理來進(jìn)行電能的傳輸，目前應(yīng)用比較成熟的無線充電技術(shù)主要有磁共振無線充電以及電磁感應(yīng)無線充電，在磁共振無線充電中主要運(yùn)用的是諧振原理。通過調(diào)整發(fā)射器與接收器之間的頻率，使二者能夠在相同頻率下產(chǎn)生共振，以此達(dá)到電能傳輸?shù)哪康?。而電磁感?yīng)無線充電則是通過變化的磁場產(chǎn)生電流來實(shí)現(xiàn)對設(shè)備的供電。通過無線充電技術(shù)的應(yīng)用能夠有效提升充電效率，同時(shí)也能夠有效避免因電纜連接問題而導(dǎo)致的能源消耗，既節(jié)能、又安全便捷。在新能源電動(dòng)汽車的發(fā)展過程中，應(yīng)加大對新能源充電技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用，須不斷融入新技術(shù)、新理念、新方法，創(chuàng)新更多先進(jìn)的充電技術(shù)，以技術(shù)的提升實(shí)現(xiàn)能耗降低、能效提升。

（三）創(chuàng)新充電樁運(yùn)維管理方法

加強(qiáng)對新能源電動(dòng)汽車充電樁的運(yùn)維管理，保障充電樁處于正常運(yùn)行狀態(tài)，減少充電樁故障，對提升充電樁效能有重要幫助。先進(jìn)的管理方法是提升充電樁運(yùn)維管理實(shí)效的關(guān)鍵基礎(chǔ)，因此，相關(guān)管理人員要加強(qiáng)對新能源電動(dòng)汽車充電樁運(yùn)維管理方法的創(chuàng)新研究。在創(chuàng)新充電樁運(yùn)維管理方法上主要可以采取以下措施。

（1）三維可視化管理。相關(guān)管理人員可以利用GIS技術(shù)、空間數(shù)據(jù)庫技術(shù)等收集整理新能源電動(dòng)汽車充電樁的空間數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，以數(shù)據(jù)的形式呈現(xiàn)充電樁的空間分布情況，結(jié)合實(shí)際需求調(diào)整充電樁的運(yùn)營方案，以確保能源得到充分合理的利用。同時(shí)，還可以利用三維建模技術(shù)，運(yùn)用二維數(shù)據(jù)構(gòu)建可視化的三維模型，通過二維與三維的有機(jī)結(jié)合，為管理人員提供更直觀、更精確的充電樁分布信息。

（2）對每臺設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測管理。管理人員可以利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、傳感器設(shè)備等獲取每一臺充電樁的運(yùn)行數(shù)據(jù)，具體包括充電樁的電壓、功率、充電情況、使用頻率以及安防動(dòng)態(tài)等。這些信息可以實(shí)時(shí)傳輸?shù)奖O(jiān)測平臺上，幫助管理人員實(shí)時(shí)了解充電樁的運(yùn)行情況，為巡檢人員提供重點(diǎn)巡檢區(qū)域，提升巡檢工作效率，使其快速處理充電樁存在的問題，保障充電樁始終處于良好的運(yùn)行狀態(tài)，確保其充電的效率和質(zhì)量?，F(xiàn)階段，數(shù)字孿生技術(shù)的快速發(fā)展與應(yīng)用給新能源電動(dòng)汽車充電樁的運(yùn)維管理提供了良好的技術(shù)支持，通過運(yùn)用數(shù)字孿生技術(shù)對充電樁進(jìn)行數(shù)字化孿生處理，對孿生充電樁進(jìn)行全面系統(tǒng)的分析，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)充電樁檢測便捷性和檢測結(jié)果準(zhǔn)確性的提升。

（3）故障診斷管理。對充電樁進(jìn)行故障診斷與故障預(yù)警，可以有效降低故障的發(fā)生率，從而延長充電樁的使用壽命，提升充電樁的能效。在對充電樁進(jìn)行三維建模及全天候?qū)崟r(shí)監(jiān)測的基礎(chǔ)上，通過運(yùn)用故障樹、深度學(xué)習(xí)算法等對新能源電動(dòng)汽車充電樁的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行分析，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常并進(jìn)行預(yù)警，準(zhǔn)確診斷故障位置、產(chǎn)生原因，并給出具體的故障處理方案。如果遇到氣候、環(huán)境，也能通過有效的診斷發(fā)出預(yù)警，及時(shí)進(jìn)行預(yù)處理，保障充電樁的正常運(yùn)行，提升充電樁的能效。

綜上所述，在新型電力系統(tǒng)中，有效提升新能源電動(dòng)汽車充電樁的能效，對實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排、深入落實(shí)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略、提高新能源電動(dòng)汽車充電效率，以及促進(jìn)新能源電動(dòng)汽車行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展等方面都有重要價(jià)值。新能源電動(dòng)汽車領(lǐng)域的研究人員、技術(shù)人員應(yīng)充分重視充電樁能效的提升，針對目前新型電力系統(tǒng)、新能源充電技術(shù)以及充電樁運(yùn)維管理方法等方面的影響因素，有針對性地制訂科學(xué)的改進(jìn)策略，從而有效提升新能源電動(dòng)汽車充電樁的能效，為新能源電動(dòng)汽車行業(yè)的發(fā)展提供保障。

3、安科瑞充電樁收費(fèi)運(yùn)營云平臺系統(tǒng)選型方案

3.1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(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。

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(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)

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)中心層和客戶端層。

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)中心層：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、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(dòng)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(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，對設(shè)備狀態(tài)、設(shè)備使用率、充電次數(shù)、充電時(shí)長、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(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(shí)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(bào)。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(jì)分析

通過系統(tǒng)平臺，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(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

參考文獻(xiàn)

[1]劉鵬飛.新型電力系統(tǒng)中新能源電動(dòng)汽車充電樁的能效提升策略.[2]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)應(yīng)用手冊2020.06版.