任運業(yè)

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘 要:傳統(tǒng)石油能源車逐漸向新電力能源方向轉(zhuǎn)變，這對電動車充電站配套設施提出了新的要求。基于此，文章對新能源電動車充電站進行了研究，并探討了其發(fā)展趨勢，以及目前存在的各類技術難題，提出汽車充電站的具體的發(fā)展策略，以促進其可持續(xù)發(fā)展。

關鍵詞:新能源電動車:光伏充電站:配套設施

0 引言

為了避免能源枯竭，需要尋找新型可再生能源替代原有的不ke再生能源，因此光伏電能發(fā)電應運而生。隨著我國社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，傳統(tǒng)燃油私家車的數(shù)量正逐漸增多，隨之而來的是石油能源消耗量的逐漸增大，因此我國將汽車開發(fā)的關注點放到了新能源上，各類新能源電動車應運而生。

目前，電動車包括電動自行車、電動汽車、電動公交車等，純電動車有綠色環(huán)保、節(jié)能、經(jīng)濟性等優(yōu)點，充電工作基本由使用者解決，借助充電站完成能源補充。電動汽車是21世紀汽車的主要發(fā)展方向，新能源電動車已經(jīng)成為各大汽車生產(chǎn)商攻堅的重點。目前，新能源電動車在我國仍然無法普及個人光伏充電，且外接電線存在的安全隱患，因此對新能源電動車充電站加大關注力度，推動電動車的普及和發(fā)展口。

在未來，電動車將是人們出行的主要工具之一，而光伏充電站與新能源電動車緊密聯(lián)系。為了推動該行業(yè)的發(fā)展，我國出臺了一系列的政策為其提供保障，在此背景下加快配套設施建設，包括停車場、超市等公共場所從而提高充電站的服務質(zhì)量。新能源電動車充電站是帶動電動車發(fā)展的一個關鍵點，需采用科學的手段在電動汽車的停靠區(qū)域設置充電設施，為后續(xù)行業(yè)發(fā)展帶來更大的發(fā)展空間。

1 新能源電動車光伏充電站發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢

1.1 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

(1)國外光伏充電站發(fā)展現(xiàn)狀。2013 年美國 EnvisionSolar International 宣布太陽能電動充電站試驗獲得成功，日光伏發(fā)電量約為16 kw·h，是世界全自動、可移動的發(fā)電充電站。該光伏系統(tǒng)還配備Envision Trak，儲于車載電池儲能裝置中，且在 2014 年已將電量儲存從原有的18%提高至25%。

(2)國內(nèi)光伏充電站發(fā)展現(xiàn)狀。2015 年北京建立了光伏超級充電站，該光伏充電站的兼容性非常強，整個充電站的能源提供全部由太陽能完成，共計建成50根充電樁，且在當年年底建成投入使用，為后續(xù)新能源車充電問題提供了支撐。如今，我國單一的光伏發(fā)電站每天可以為80輛電動車充電，主流車型都可以在此進行能源補充，且充電站還具備立體停車的功能。

1.2充電站市場發(fā)展趨勢

在環(huán)保壓力下，新能源技術的應用逐漸成為主流發(fā)展方向，如今我國新能源電動車將正式邁入產(chǎn)業(yè)化發(fā)展階段混合動力轎車、小型電動車、新電動公交車等不斷增多。為了避免出現(xiàn)能源枯竭的情況，我國還需進一步普及新能源電動車、多能源混合動力車，因此光伏電能發(fā)電擁有廣闊的市場前景，充電樁、充電站等配套設施也迎來快速發(fā)展時期。2017-2020 年中國光伏充電站保有量從90座快速增長至 618 座，年復合增長率達 181.8%。受益于新能源電動車應用的快速增長，充電設施建設速度較快，截至2020年底，我國共建設完成充電站5894座，但充電保有量遠低于新能源電動車的銷量增長。

2 新能源電動車光伏充電站的技術難題

2.1 光伏發(fā)電不穩(wěn)定性

光伏發(fā)電在我國的發(fā)展時間較短，目前存在的技術問題還較多，在優(yōu)化中需要對此加大關注力度。電動汽車充電時需要較高的電壓和電流，特點是需要長時間蓄電，但是天氣因素、環(huán)境因素等都會對光伏充電站的蓄電產(chǎn)生的影響，導致出現(xiàn)光伏發(fā)電不穩(wěn)定的現(xiàn)象，需予以解決。

2.2 成本過高柬縛產(chǎn)業(yè)發(fā)展

光伏充電站需要儲存后備能量，但其蓄電池采購成本過高，會由于使用環(huán)境和其他因素的影響而產(chǎn)生衰減，如果通過蓄電池來儲存能源，則蓄電池組建設成本會增加5倍但蓄電池的使用壽命約為8年，嚴重阻礙了行業(yè)的發(fā)展。光伏電站可以為充電樁提供能源，但與電網(wǎng)結合需保證充電樁運行的可靠性。

2.3 電動車充電樁標準脫軌

電動汽車行業(yè)標準目前都由西方掌握，由于我國起步比較晚，制約了我國充電站的發(fā)展，導致充電樁與標準脫軌。結合CCS 標準，要求電氣插座可以允許電動車慢充和快充，能夠囊括絕大部分甚至是全部電動車品牌，但我因現(xiàn)今部分區(qū)域的充電樁無法滿足該要求，且無法與Mennekes 類型兼容，導致充電時間遠慢于加油時間，因此未來行業(yè)優(yōu)化需要從標準化建設方面入手。

3 新能源電動車光伏充電站的發(fā)展策略

3.1 純太陽能供電系統(tǒng)

為了解決能源緊張等問題，太陽能資源被開發(fā)利用其作為可再生的清潔環(huán)保能源，符合我因綠色發(fā)展建設的需求，因此需積極探索及應用純太陽能供電系統(tǒng)。目前電動車充電站大多是通過電網(wǎng)供電，但是為了響應因家低碳節(jié)能的號召，需要通過光伏電板對此進行完善和優(yōu)化。純太陽能供電系統(tǒng)中儲能單元的設置非常重要，但光伏發(fā)電站初期的擁有量較少，而電力網(wǎng)絡由電網(wǎng)專營，供電變壓系統(tǒng)需要搭建光伏轉(zhuǎn)換電網(wǎng)，保證系統(tǒng)運行的安全性和穩(wěn)定性。

3.2 電網(wǎng)補充太陽能充電

儲能式太陽能電動車充電站能夠劃分多個儲能單元，可采用太陽能發(fā)電直接并入電網(wǎng)，避免影響系統(tǒng)安全。大量電動車需快速充電時，強大的電流可以對其他范圍電能造成干擾，為了保證充電站運行的穩(wěn)定性，需要聯(lián)合因家電網(wǎng)補充能源，根據(jù)實際需求自動在電網(wǎng)低谷時接通電網(wǎng)儲存電能，在太陽能發(fā)電不足時啟用混合供電，通過電通過電網(wǎng)補充太陽能充電，避免影響電網(wǎng)的正常工作。補充電網(wǎng)光伏充電站 如圖1所示

圖 1補充電網(wǎng)光伏充電站

3.3 太陽能系統(tǒng)配置優(yōu)化

太陽能充電站系統(tǒng)是一個獨立單元，需經(jīng)過大量數(shù)據(jù)算法和實踐結果配制出太陽能充電系統(tǒng)，在因家電網(wǎng)用電高峰時段反向供電。同時，需明確每個電站可以給多少臺車充電，當有電動車負載需充電時，利用蓄電池給電動車補充電量:且系統(tǒng)可在電網(wǎng)低谷時接通電網(wǎng)儲存電能:利用儲能電站的優(yōu)勢達到太陽能發(fā)電及充電要求。

3.4 充電柱智能控制器

采用光伏蓄電池新儲能技術，可以為不同電壓等級的電動車充電，并避免對其電池造成損害。充電柱智能控制具體策略如下:

(1)在優(yōu)化中需要由蓄電池輸出的直流電直接給電動車充電，系統(tǒng)提供交流充電接口，通過直流一交流一直流電壓變換避免產(chǎn)生損耗:

(2)通過器電池儲存電能，切換管理系統(tǒng)接通電網(wǎng)儲存電能，并在電子顯示屏上進行顯示，對太陽電池板的電壓、電流進行實時監(jiān)控:

(3)總監(jiān)控系統(tǒng)中，對太陽能充電站電量進行統(tǒng)計以此為太陽能電站穩(wěn)定運行提供基礎數(shù)據(jù)，保證運行的穩(wěn)定性。

3.5 電站監(jiān)控系統(tǒng)

近年來，因家和不斷出臺新的政策推動我因新能源電動車的發(fā)展，電站監(jiān)控系統(tǒng)也在不斷優(yōu)化，通過微電腦技術、檢測技術等進行改善。該系統(tǒng)集成于智能控制器中本地測量模塊具有過壓、欠壓、溫度、漏電報警及保護功能可在充電前對系統(tǒng)自身進行自檢，檢測當前狀態(tài)條件是否符合充電要求，從而不斷完善電量計算、統(tǒng)計。同時，要求對電池組和電池單元運行狀態(tài)進行動態(tài)監(jiān)控，測量電池的剩余電量，達到延長其使用壽命、降低運行成本的目的，保證系統(tǒng)工作在狀態(tài)，進一步提高系統(tǒng)的可靠性。

4 安科瑞充電樁收費運營云平臺系統(tǒng)選型方案

4.1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。

4.2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。

4.3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)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)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。

4.4安科瑞充電樁云平臺系統(tǒng)功能

4.4.1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。

4.4.2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。

4.4.3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。

4.4.4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。

4.4.5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。

4.4.6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。

4.4.7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

4.4.8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。

4.5系統(tǒng)硬件配置

5 結束語

新時代背景下，新能源電動車將成為我因汽車的主要發(fā)展方向，如今電動汽車已經(jīng)逐漸走向了成熟，但這也對電動車充電站配套設施發(fā)展提出了新的要求。新能源電動車光伏充電站在發(fā)展過程中離不開相關政策的支持，大力發(fā)展光伏發(fā)電技術，有助于推動光伏電動車的進一步發(fā)展。

參考文獻

【1】胡振文，蘆浩，韋勝喜，新能源電動車光伏充電站發(fā)展及研究.

【2】陳立興,黃學良,高速公路充電站電動汽車有序充電策略.電力自動化設備,2019,39(1):112-117.126.

【3】孔順飛,胡志堅謝仕煒,等,含電動汽車充電站的主動配電網(wǎng)二階段魯棒規(guī)劃模型及其求解方法.電工技術學報，2020.35(5):1093-1105.

【4】陳紅坤,夏方舟,袁棟,等.直流配電網(wǎng)中含光伏的電動汽車快速充電站優(yōu)化配置方案[J].電力系統(tǒng)自動化，2020,44(16):53-60.

【5】安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)應用手冊2020.06版.

作者介紹：
任運業(yè)，男，現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司。