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)境資源問題的關注度越來越高，節(jié)能減排理念已經(jīng)深入到各個領域，為進一步推動可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的深入落實，汽車領域?qū)⑵嚨难邪l(fā)方向轉為新能源電動汽車，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)乃至全球交通領域發(fā)展的主要趨勢。充電樁是新能源電動汽車的重要的基礎設施，充電樁的能效對新能源電動汽車充電效率以及電力系統(tǒng)的能耗等都有重要的影響。從當前我國新能源電動汽車的發(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所顧慮的問題，其對新能源電動汽車行業(yè)的持續(xù)健康發(fā)展也會有一定的影響。因此，新能源電動汽車領域的研究人員應該針對新型電力系統(tǒng)以及相關的充電技術進行深入研究，不斷升級系統(tǒng)與優(yōu)化技術，從而有效提升新能源電動汽車充電樁的能效，推動新能源電動汽車行業(yè)的穩(wěn)健發(fā)展。

1、新型電力系統(tǒng)中新能源電動汽車充電樁能效的負面影響因素

（一）電力系統(tǒng)有待進一步升級

就我國目前新能源電動汽車的整體發(fā)展情況來看，電力系統(tǒng)自身情況是影響新能源電動汽車充電樁能效的關鍵因素，目前電力系統(tǒng)建設投資規(guī)模相對較小，相關基礎設施設備的建設不夠完善，設施設備功能老舊，自動化以及智能化水平相對較低，還未能實現(xiàn)對新能源電動汽車充電的遠程監(jiān)控與自動化控制，在一定程度上會影響充電樁供電的可靠性，無法實現(xiàn)在確保充電效率和質(zhì)量的同時，節(jié)約能耗。另外，電力系統(tǒng)自身運行的穩(wěn)定性、安全性也有待進一步提升，這對新能源電動汽車充電樁的能效也會產(chǎn)生直接的影響。例如，當遇到充電高峰期時，由于電力需求量較大，給電力系統(tǒng)造成較高的負荷，導致電力系統(tǒng)輸出的電能質(zhì)量相對較低，進而影響充電樁的能效。由此可見，電力系統(tǒng)自身的功能、設備以及運行狀態(tài)是目前影響新能源電動汽車充電樁能效的關鍵因素。

（二）智能化的新能源充電技術缺乏

新能源電動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汽車的發(fā)展情況來看，大部分電動汽車電池都是鋰離子電池，從理論層面來看，當電池充電量達到100%時，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)實情況中，受到電池本身質(zhì)量、充電環(huán)境溫度及充電設備的性能等多方面的影響，電池很難達到100%充滿，這既會影響充電樁的能效，又會影響新能源電動汽車的續(xù)航。另外，不同新能源電動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鍵因素。例如，在同一個充電樁上充電的不同新能源電動汽車，因電池的不同可能需要消耗的充電時間就不同，這便對新能源充電技術提出了更高的要求。然而，在目前我國新能源電動汽車的發(fā)展中，缺少對智能化新能源充電技術的研發(fā)與推廣。

（三）充電樁運維管理方法不科學

新能源電動汽車充電樁作為一種電子類產(chǎn)品，其自身的運行情況、故障問題等，也是影響其能效的關鍵因素。做好新能源電動汽車充電樁的運維管理工作，對提升充電樁能效及保障新能源電動汽車充電效率與充電質(zhì)量等至關重要。但是從當前我國新能源電動汽車的發(fā)展情況來看，關于充電樁的運維管理方法仍然不夠科學，依舊采用傳統(tǒng)的巡檢以及人力檢測、維護等方式進行，缺少信息化、智能化的運維管理手段，未能實現(xiàn)對新能源電動汽車充電樁全天候、全天時的監(jiān)測，因此無法實現(xiàn)及時發(fā)現(xiàn)充電樁運行過程中存在的故障，也未能對已經(jīng)出現(xiàn)故障的充電樁進行及時的維修與處理。因此，在新型電力系統(tǒng)中，為了進一步提升新能源電動汽車充電樁的能效，應加強對充電樁運維管理方法的創(chuàng)新。

2、新型電力系統(tǒng)中新能源電動汽車充電樁能效提升的實施策略

（一）加快升級新型電力系統(tǒng)

電力系統(tǒng)自身的基礎設備、功能、運行狀態(tài)對新能源電動汽車充電樁的能效有直接影響，加強對電力系統(tǒng)的升級改造，對提升充電樁能效至關重要。在進行新型電力系統(tǒng)升級改造的過程中，具體可通過以下措施來實現(xiàn)。

（1）加大對電力系統(tǒng)建設的投入力度。針對我國新能源電動汽車的現(xiàn)實情況及發(fā)展需求而言，須科學規(guī)劃電力系統(tǒng)的建設方案，并加大投入力度，確保建設方案能夠得到順利實施；引進先進的技術和設備，提升電力系統(tǒng)的自動化與智能化水平。

（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，以及電力供應的便捷性、安全性等。在進行電力系統(tǒng)升級的過程中，要充分分析當前電力系統(tǒng)中這些性能存在的不足，及其對新能源電動汽車充電樁能效的影響，從而針對性地引進信息化技術、物聯(lián)網(wǎng)技術、大數(shù)據(jù)技術、人工智能技術以及先進的設施設備，對電力系統(tǒng)進行升級改造，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行的需求，擴大電力系統(tǒng)的容量，保障充電樁的充電速度和質(zhì)量。例如，可以通過接入先進的儲能設備來實現(xiàn)提升充電樁的能效。儲能設備具有一定的自動化調(diào)節(jié)功能，能夠在用電高峰期進行自動儲能，又能在用電低峰期進行自動放能，從而實現(xiàn)在保障電力系統(tǒng)正常供能的基礎上，自動調(diào)節(jié)與平衡電力系統(tǒng)的負荷，以實現(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)新能源電動汽車充電樁能效提升的相關需求，對電力系統(tǒng)的功能進行優(yōu)化與升級，主要可以通過構建信息化、智能化的監(jiān)控平臺，實現(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時掌握新能源電動汽車充電樁網(wǎng)絡的運行情況，從而根據(jù)用戶需求，調(diào)整充電樁的運營策略，這樣既滿足用戶的需求，又能避免能源浪費，同時提升充電樁能效。此外，增加遠程控制功能，通過遠程遙控對充電樁進行控制，也能夠幫助提升充電樁能效。

（二）應用智能化新能源充電技術

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

（1）加強對自動調(diào)整控制系統(tǒng)的應用。對自動調(diào)整控制系統(tǒng)進行應用能夠?qū)Ξ斍靶履茉措妱悠嚦潆娂夹g進行有效的升級，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行充電樁電壓的自動化調(diào)節(jié)，在自動化、智能化的電壓調(diào)節(jié)與控制系統(tǒng)中，使新能源電動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，自動生成科學的充電方案，使充電樁的充電能效達到最大。此外，通過該系統(tǒng)的應用，還能夠?qū)崿F(xiàn)對電池狀態(tài)的實時監(jiān)測，從而準確判斷電池的狀態(tài)。當電池達到充滿狀態(tài)，充電樁會及時停止充電，這樣可以實現(xiàn)節(jié)能效果，也能夠避免因過度充電而帶來的安全風險。

（2）加強無線充電技術的有效應用。無線充電技術是現(xiàn)階段比較應用比較廣泛的一種先進的充電技術，其主要運用磁耦合原理來進行電能的傳輸，目前應用比較成熟的無線充電技術主要有磁共振無線充電以及電磁感應無線充電，在磁共振無線充電中主要運用的是諧振原理。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，以此達到電能傳輸?shù)哪康?。而電磁感應無線充電則是通過變化的磁場產(chǎn)生電流來實現(xiàn)對設備的供電。通過無線充電技術的應用能夠有效提升充電效率，同時也能夠有效避免因電纜連接問題而導致的能源消耗，既節(jié)能、又安全便捷。在新能源電動汽車的發(fā)展過程中，應加大對新能源充電技術的研發(fā)與應用，須不斷融入新技術、新理念、新方法，創(chuàng)新更多先進的充電技術，以技術的提升實現(xiàn)能耗降低、能效提升。

（三）創(chuàng)新充電樁運維管理方法

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

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

（2）對每臺設備進行監(jiān)測管理。管理人員可以利用物聯(lián)網(wǎng)技術、傳感器設備等獲取每一臺充電樁的運行數(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態(tài)等。這些信息可以實時傳輸?shù)奖O(jiān)測平臺上，幫助管理人員實時了解充電樁的運行情況，為巡檢人員提供重點巡檢區(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)字孿生技術的快速發(fā)展與應用給新能源電動汽車充電樁的運維管理提供了良好的技術支持，通過運用數(shù)字孿生技術對充電樁進行數(shù)字化孿生處理，對孿生充電樁進行全面系統(tǒng)的分析，進而實現(xiàn)充電樁檢測便捷性和檢測結果準確性的提升。

（3）故障診斷管理。對充電樁進行故障診斷與故障預警，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。在對充電樁進行三維建模及全天候?qū)崟r監(jiān)測的基礎上，通過運用故障樹、深度學習算法等對新能源電動汽車充電樁的各項參數(shù)進行分析，能夠及時發(fā)現(xiàn)異常并進行預警，準確診斷故障位置、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)出預警，及時進行預處理，保障充電樁的正常運行，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汽車充電樁的能效，對實現(xiàn)節(jié)能減排、深入落實可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略、提高新能源電動汽車充電效率，以及促進新能源電動汽車行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展等方面都有重要價值。新能源電動汽車領域的研究人員、技術人員應充分重視充電樁能效的提升，針對目前新型電力系統(tǒng)、新能源充電技術以及充電樁運維管理方法等方面的影響因素，有針對性地制訂科學的改進策略，從而有效提升新能源電動汽車充電樁的能效，為新能源電動汽車行業(yè)的發(fā)展提供保障。

3、安科瑞充電樁收費運營云平臺系統(tǒng)選型方案

3.1概述

AcrelCloud-9000安科瑞充電柱收費運營云平臺系統(tǒng)通過物聯(lián)網(wǎng)技術對接入系統(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，資要管理、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(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應用場所

適用于民用建筑、一般工業(yè)建筑、居住小區(qū)、實業(yè)單位、商業(yè)綜合體、學校、園區(qū)等充電樁模式的充電基礎設施設計。

3.3系統(tǒng)結構

系統(tǒng)分為四層：

1）即數(shù)據(jù)采集層、網(wǎng)絡傳輸層、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)議為標準modbus-rtu。電瓶車智能充電樁用于采集充電回路的電力參數(shù)，并進行電能計量和保護。

3）網(wǎng)絡傳輸層：通過4G網(wǎng)絡將數(shù)據(jù)上傳至搭建好的數(shù)據(jù)庫服務器。

4）數(shù)據(jù)中心層：包含應用服務器和數(shù)據(jù)服務器，應用服務器部署數(shù)據(jù)采集服務、WEB網(wǎng)站，數(shù)據(jù)服務器部署實時數(shù)據(jù)庫、歷史數(shù)據(jù)庫、基礎數(shù)據(jù)庫。

5）應客戶端層：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施智能化大屏、實時監(jiān)控、交易管理、故障管理、統(tǒng)計分析、基礎數(shù)據(jù)管理等功能，同時為運維人員提供運維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分布情況，對設備狀態(tài)、設備使用率、充電次數(shù)、充電時長、充電金額、充電度數(shù)、充電樁故障等進行統(tǒng)計顯示，同時可查看每個站點的站點信息、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，查看設備使用率，合理分配資源。

3.4.2實時監(jiān)控

實時監(jiān)視充電設施運行狀況，主要包括充電樁運行狀態(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，對其進行賬戶進行充值、退款、凍結、注銷等操作，可查看小區(qū)用戶每日的充電交易詳細信息。

3.4.4故障管理

設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行派發(fā)處理，同時運維人員可通過運維APP收取故障推送，運維人員在運維工作完成后將結果上報。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)計分析

通過系統(tǒng)平臺，從充電站點、充電設施、、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。

3.4.6基礎數(shù)據(jù)管理

在系統(tǒng)平臺建立運營商戶，運營商可建立和管理其運營所需站點和充電設施，維護充電設施信息、價格策略、折扣、優(yōu)惠活動，同時可管理在線卡用戶充值、凍結和解綁。

3.4.7運維APP

面向運維人員使用，可以對站點和充電樁進行管理、能夠進行故障閉環(huán)處理、查詢流量卡使用情況、查詢充電\充值情況，進行遠程參數(shù)設置，同時可接收故障推送

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

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