劉細(xì)鳳

安科瑞電氣股份限公司 上海嘉定 201801

摘要：智能用電小區(qū)是國家電網(wǎng)為了研究智能電網(wǎng)智能用電的先進(jìn)技術(shù)如何運(yùn)用于居民區(qū)，提高人民的生活水平，提高電網(wǎng)智能化水平以及提升用電服務(wù)質(zhì)量而進(jìn)行的一項(xiàng)嘗試。電動(dòng)汽車作為智能用電小區(qū)建設(shè)的一個(gè)組成部分同樣也逐漸被納入發(fā)展規(guī)劃，并且有著廣闊的發(fā)展前景。

關(guān)鍵詞：智能小區(qū)；電動(dòng)汽車；充電樁；發(fā)展

1 電動(dòng)汽車充電站介紹

電動(dòng)汽車具有無(低)污染物律放、噪音低、能效高、維修及運(yùn)行成本低等優(yōu)點(diǎn)，推動(dòng)電動(dòng)汽車替代燃油汽車將是緩解大氣環(huán)境污染和能源緊缺的有效方式之一。我國積極推進(jìn)新能源汽車的應(yīng)用與發(fā)展，充/換電站作為發(fā)展電動(dòng)汽車所的重要配套基礎(chǔ) 設(shè)施，具有非常重要的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。電動(dòng)汽車充電樁其功能類似于加油站里面的加油機(jī)，可以固定在地面或墻壁，安裝于公共建筑(商場、寫字樓、公共停車場等)和居民小區(qū)停車場或充電站內(nèi)，可以根據(jù)不同的電壓等級(jí)為各種型號(hào)的電動(dòng)汽車充電。電動(dòng) 汽車充電樁作為電動(dòng)汽車的能量補(bǔ)給裝置，其充電性 能關(guān)系到電池組的使用壽命、充電時(shí)間。實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)力電池快速、安全、合理的電量補(bǔ)給是電動(dòng)汽車充電器設(shè)計(jì)的基本原則。

2 充電樁的原理簡述

整體系統(tǒng)由四部分組成：電動(dòng)汽車充電樁、集中器、電池管理系統(tǒng)系統(tǒng)(BMS)、充電管理服務(wù)平臺(tái)。電動(dòng)汽車充電樁的控制電路主要由嵌入式ARM處理器完成，用戶可自助刷卡進(jìn)行用戶鑒權(quán)、余額查詢、計(jì)費(fèi)查詢等功能，也可提供語音輸出接口，實(shí)現(xiàn)語音交互。用戶可根據(jù)液晶顯示屏指示選擇4種充電模式 ：包括按時(shí)計(jì)費(fèi)充電、按電量充電、自動(dòng)充滿、按里程充電等。

電動(dòng)汽車充電機(jī)控制器與集中器利用CAN總線進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，集中器與服務(wù)器平臺(tái)利用有線互聯(lián)網(wǎng)或無線GPRS網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，為了安全起見，電量計(jì)費(fèi)和金額數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)安全加密。

電池管理系統(tǒng)系統(tǒng)(BMS)的主要功能是監(jiān)控電池的工作狀態(tài)(電池的電壓、電流和溫度)、預(yù)測動(dòng)力電池的電池容量(SOC)和相應(yīng)的剩余行駛里程，進(jìn)行電池管理以避免出現(xiàn)過放電、過充、過熱和單體電池之間電壓嚴(yán)重不平衡現(xiàn)象，利用電池存儲(chǔ)能力和循環(huán)壽命。

充電服務(wù)管理平臺(tái)主要有三個(gè)功能：充電管理、充電運(yùn)營、綜合查詢。充電管理對(duì)系統(tǒng)涉及到的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行集中式管理，如電動(dòng)汽車信息、電池信息、用戶卡信息、充電樁信息：充電運(yùn)營主要對(duì)用戶充電進(jìn)行計(jì)費(fèi)管理；綜合查詢指對(duì)管理及運(yùn)營的數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析查詢。

3 充電樁的種類

充電樁的安裝也分有很多的方式，不同的安裝方式適應(yīng)不同 的充電要求。可按安裝方式、安裝地點(diǎn)、充電方式的不同劃分，這么多種充電方式可以在電動(dòng)車充電時(shí)提供莫大的方便。安裝方式劃分，可分為落地式充電樁和掛壁式充電樁兩種不 同的充電樁。按安裝地點(diǎn)劃分，可分為公共充電樁、專用充電樁和自用充 電樁三種不同的充電樁。按充電方式劃分，可分為直流式充電樁和交流式充電樁兩種不同的充電樁。

直流式電動(dòng)汽車充電樁是固定安裝在電動(dòng)汽車外，與交流電網(wǎng)連接，輸入電壓采用三相四線 AC380V±15%，頻率50Hz，輸出為可調(diào)直流電，可直接為電動(dòng)汽車的動(dòng)力電池充電。據(jù)大家所知，直流充電樁是采用三相四線制供電的方式，有充足的功率，而且直流充電樁輸出的電壓和電流可調(diào)整范圍較寬，正因?yàn)檫@樣，所以直流充電樁是典型的“快充"。交流充電樁固定安裝在電動(dòng)汽車外、與交流電網(wǎng)連接 ，但它只提供電力輸出，沒有充電功能，充電式連接車載充電機(jī)才能為電動(dòng)汽車充電，是典型的“慢充"。在現(xiàn)在的市場上，直流電源的制作成本較昂貴，所以價(jià)格明顯高于交流充電樁。

4 解決充電樁智能小區(qū)用電的供電方案

4.1 在小區(qū)發(fā)展公網(wǎng)變壓器，解決小區(qū)充電樁用電問題

根據(jù)小區(qū)電動(dòng)汽車的發(fā)展前景，做好預(yù)測 ，提前介入，當(dāng)然 這要在支持，小區(qū)物業(yè)配合的前提下，按照充電樁的實(shí)際負(fù) 荷合理配備公用變壓器 ，實(shí)施一樁一表。

4.2 采用APF有源電力濾波器

將有源電力濾波器用于充電站諧波治理的基本思想是從電動(dòng) 汽車充電機(jī)產(chǎn)生的諧波電流中檢測出諧波電流分量，由補(bǔ)償裝置產(chǎn)生一個(gè)與該分量大小相等而極性相反的電流分量去抵消它，從而使得流入電網(wǎng)的電流中只含有基波分量。APF裝置具有動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度快，補(bǔ)償功能多樣化，可削弱閃變并補(bǔ)償無功的特點(diǎn)，且其補(bǔ)償特性不受電網(wǎng)阻抗的影響，由自身運(yùn)算與控制電路來決定。

4.3 在小區(qū)原有供配電設(shè)備基礎(chǔ)上發(fā)展充電樁

原有小區(qū)在初建期間，配電設(shè)施一般考慮小區(qū)住戶，小區(qū)配套公用設(shè)施的用電，變壓器的負(fù)荷率一般都已達(dá)到80%左右，在 此基礎(chǔ)上增加充電樁用電，顯然不夠用，因?yàn)殡妱?dòng)車充電樁每一個(gè)樁一般容量都在7千瓦以上，有的快速充電樁需用功率達(dá)到30千瓦。如果按此計(jì)算，一個(gè)小區(qū)100個(gè)車位就需要3000千瓦，且充電時(shí)間一般都會(huì)集中在夜間，一方面晚上停到車位上就是充電的好的時(shí)間，其次23點(diǎn)以后是谷段電價(jià)，價(jià)格便宜，充電的時(shí)間當(dāng)然是在這一時(shí)間段充電，因此，小區(qū)充電樁的負(fù)荷利用率會(huì)很高的，而這個(gè)負(fù)荷是原有小區(qū)供配電設(shè)備無法承受的。因此要解決小區(qū)停車位充電樁的用電問題，還是要考慮專變供電，才能解決。其第一種方式就是由小區(qū)物業(yè)出面，根據(jù)需用負(fù)荷申請(qǐng)?jiān)鋈荨?/p>

5 充電樁技術(shù)的趨勢(shì)是智能化

要想解決充電樁安裝困難的原因就對(duì)充電樁的工作原理和核心技術(shù)進(jìn)行一定程度地了解。我國現(xiàn)在可見的充電樁一般按照充電方式的不同可以分為兩種：接觸式充電樁和非接觸式的充電樁。非接觸式充電樁的工作原理就是通過磁場感應(yīng)的方式進(jìn)行對(duì)電動(dòng)汽車充電，和手機(jī)的無線充電工作原理是一樣的。但是目 前應(yīng)用廣的還是接觸式的充電樁，因?yàn)檫@種方式的充電樁的經(jīng)濟(jì)性和功率性是好于非接觸式的充電樁。充電樁要想得到廣泛應(yīng)用就實(shí)現(xiàn)智能化，通過對(duì)充電設(shè)備的電池進(jìn)行智能識(shí)別，然后控制相應(yīng)的充電電壓、電流，使充電效率得到很大的提高，也保證了設(shè)備的安全性。充電樁的智能化是靠相關(guān)的研發(fā)人員在研發(fā)時(shí)對(duì)其進(jìn)行程序的編寫，保證充電樁的智能化，使時(shí)間得到合理的控制，因?yàn)闀r(shí)間如果太長，一般人就會(huì)沒有耐心等待了，所以這也是充電樁技術(shù)研發(fā)時(shí)需要考慮的問題。

6安科瑞充電樁收費(fèi)運(yùn)營云平臺(tái)

6.1概述

AcrelCloud-9000安科瑞充電樁收費(fèi)運(yùn)營云平臺(tái)系統(tǒng)通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)接入系統(tǒng)的汽車充電站、電動(dòng)自行車充電站以及各個(gè)充電樁進(jìn)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，資源管理、電能管理、明細(xì)查詢等，同時(shí)對(duì)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(xué)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(wù)區(qū)、公寓寫字樓等場合。

6.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

現(xiàn)場設(shè)備層：連接于網(wǎng)絡(luò)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(zhì)量分析儀表、電氣、限流式保護(hù)器、煙霧傳感器、測溫裝置、智能插座、攝像頭等。

網(wǎng)絡(luò)通訊層：包含現(xiàn)場智能網(wǎng)關(guān)、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)等設(shè)備。智能網(wǎng)關(guān)主動(dòng)采集現(xiàn)場設(shè)備層設(shè)備的數(shù)據(jù)，并可進(jìn)行規(guī)約轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，并通過網(wǎng)絡(luò)把數(shù)據(jù)上傳至搭建好的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，智能網(wǎng)關(guān)可在網(wǎng)絡(luò)故障時(shí)將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在本地，待網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)時(shí)從中斷的位置繼續(xù)上傳數(shù)據(jù)，保證服務(wù)器端數(shù)據(jù)不丟失。

平臺(tái)管理層：包含應(yīng)用服務(wù)器和數(shù)據(jù)服務(wù)器，完成對(duì)現(xiàn)場所有智能設(shè)備的數(shù)據(jù)交換，可在PC端或移動(dòng)端實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測充電站配電系統(tǒng)運(yùn)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(yīng)用。

6.4平臺(tái)功能描述

6.4.1充電服務(wù)

充電設(shè)施搜索，充電設(shè)施查看，地圖尋址，在線自助支付充電，充電結(jié)算，導(dǎo)航等。

6.4.2首頁總覽

總覽當(dāng)日、當(dāng)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(shí)長，累計(jì)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(shí)長，以及相應(yīng)的環(huán)比增長和同比增長以及樁、站分布地圖導(dǎo)航、本月充電統(tǒng)計(jì)。

6.4.3交易結(jié)算

充電價(jià)格策略管理，預(yù)收費(fèi)管理，賬單管理，營收和財(cái)務(wù)相關(guān)報(bào)表。

6.4.4故障管理

故障管理故障記錄查詢、故障處理、故障確認(rèn)、故障分析等管理項(xiàng)，為用戶管理故障和查詢提供方便。

6.4.5統(tǒng)計(jì)分析

統(tǒng)計(jì)分析支持運(yùn)營趨勢(shì)分析、收益統(tǒng)計(jì)，方便用戶以曲線、能耗分析等分析工具，瀏覽樁的充電運(yùn)營態(tài)勢(shì)。

6.4.6運(yùn)營報(bào)告

按用戶規(guī)定周期分析汽車、電瓶車充電站、樁運(yùn)行、交易、充值、充電及報(bào)警、故障情況，形成分析報(bào)告。

6.4.7APP、小程序移動(dòng)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(xì)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(jìn)行充電。

6.4.8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(yùn)行監(jiān)測，充電樁異常交易監(jiān)測。

6.5選型配置

7結(jié)語

電動(dòng)汽車充電站作為智能用電小區(qū)的重要組成部分，也是未來新型交通能源轉(zhuǎn)型路線的主要載體。在未來城市中電動(dòng)汽車的廣泛普及與用電小區(qū)電動(dòng)汽車充電樁的運(yùn)營實(shí)際上體現(xiàn)了智能電網(wǎng)對(duì)“電網(wǎng)和用戶間的智能互動(dòng)"、“鼓勵(lì)使用各種形式分布式能 源"、“發(fā)展清潔環(huán)保型電力能源"與“推進(jìn)低碳經(jīng)濟(jì)"的需求。

參考文獻(xiàn)

[1]楊延志.北京地區(qū)電動(dòng)汽車充換電項(xiàng)目 設(shè)計(jì)優(yōu)化問題研究 [D].華北電力大學(xué)：華北電力大學(xué)，2014.

[2]和雅.電動(dòng)汽車充電樁設(shè)計(jì)研究[D].南昌大學(xué)：國科學(xué)技術(shù)信息研究所，2012

[3]趙明宇，吳峻，張衛(wèi)國等.基于時(shí)空約束的城市交流充 電樁優(yōu)化布局[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2016 (4)： 66-70，104.

[4]國標(biāo)GB50966-2014 電動(dòng)汽車充電站設(shè)計(jì)規(guī)范中華人民 共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部， 2015.

[5]劉娟娟，曹勝蘭.電動(dòng)汽車充電樁運(yùn)營模式研究[J].科技管理研究，2015 (19)： 202-206.

[6]盧芳.基于排隊(duì)論的電動(dòng)汽車充電站選址定容研究[D].北京交通大學(xué)，2015.

[7]張曦予.電動(dòng)汽車充電站功率需求建模[D].華北電力大學(xué)，2014

[8]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè).2020.06.

作者簡介：劉細(xì)鳳，女，現(xiàn)就職于安科瑞電氣股份有限公司