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安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
摘要:隨著電動汽車的普及,電動汽車充電樁的設(shè)計與優(yōu)化成了一個重要的研究課題。本論文旨在分析電動汽車充電樁的設(shè)計要素,并提出相應(yīng)的優(yōu)化方案。首先,對電動汽車充電技術(shù)進(jìn)行了概述,并介紹了相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。提出了充電樁的可持續(xù)發(fā)展策略,包括使用可再生能源,能源存儲技術(shù)應(yīng)用和廢棄電池回收與再利用等。通過案例分析和評估,驗證了提出的設(shè)計與優(yōu)化方案的可行性。本研究的結(jié)果對于促進(jìn)電動汽車充電樁的設(shè)計與優(yōu)化具有一定的指導(dǎo)意義。
關(guān)鍵詞:電動汽車充電樁;設(shè)計;優(yōu)化
0.引言
隨著環(huán)保意識的提高和技術(shù)的不斷進(jìn)步,電動汽車作為一種清潔交通工具,受到了越來越多人的關(guān)注和青睞。然而,電動汽車的普及面臨一個重要的挑戰(zhàn),即充電基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)和完善。電動汽車充電樁作為電動汽車充電的關(guān)鍵設(shè)備,起到了連接電力網(wǎng)絡(luò)和電動汽車的重要作用。因此,電動汽車充電樁的設(shè)計與優(yōu)化是推動電動汽車發(fā)展的關(guān)鍵一環(huán)。本文旨在深入研究電動汽車充電樁的設(shè)計與優(yōu)化,探討如何提高充電效率,提升用戶體驗,保障充電安全,并促進(jìn)電動汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施的可持續(xù)發(fā)展。
1.相關(guān)技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)
電動汽車充電技術(shù)是指將電能傳輸?shù)诫妱悠囯姵刂械倪^程。主要有三種充電技術(shù),直流快速充電,交流快速充電和交流普通充電。使用直流電源將電能傳輸?shù)诫妱悠囯姵刂校哂谐潆娝俣瓤?,適用于長途旅行等優(yōu)點。通常使用的充電標(biāo)準(zhǔn)有CHAdeMO和CCS。將交流電能通過充電樁轉(zhuǎn)換成直流電能,再傳輸?shù)诫妱悠囯姵刂?。這種充電方式適用于商業(yè)和公共場所,但充電時間較長。常見的交流快充標(biāo)準(zhǔn)為Type2。為了確保電動汽車充電樁的安全性,互操作性和一致性,制定了相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。國際電工委員會發(fā)布了IEC61851系列標(biāo)準(zhǔn),包括充電設(shè)備和系統(tǒng)的要求,安全性和測試方法等方面的規(guī)范。各國根據(jù)自身情況制定了充電樁的標(biāo)準(zhǔn)。不同地區(qū)和廠商之間的充電接口存在差異。遵循這些標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范,可以保證充電樁的質(zhì)量和安全性,并提高電動汽車用戶的使用便利性和體驗。
2.充電樁設(shè)計要素分析
充電功率是一個關(guān)鍵的設(shè)計要素,它決定了充電樁能夠提供的較大充電速度。根據(jù)用戶需求和充電樁使用場景的不同。對于長途出行和商業(yè)使用的充電樁,需要具備較高的充電功率,以提供更快的充電速度,縮短充電時間。針對家庭和辦公場所的充電樁,充電功率可以適度降低,以滿足日常充電需求。充電接口類型指的是充電設(shè)備與電動汽車之間的物理連接接口,不同和地區(qū),不同品牌的電動汽車可能采用不同的充電接口標(biāo)準(zhǔn)。充電樁應(yīng)當(dāng)支持多充電接口標(biāo)準(zhǔn),以滿足不同電動汽車的充電需求。充電樁應(yīng)當(dāng)具備良好的適配性,能夠自動識別和適應(yīng)連接的電動汽車的充電接口類型,確保正常充電。安全性和可靠性是充電樁設(shè)計中非常重要的考量因素。充電樁應(yīng)當(dāng)具備絕緣和漏電保護功能,以防止人身觸電和設(shè)備損壞等安全問題。充電樁應(yīng)當(dāng)具備過載和過壓保護機制,確保充電過程中電力供應(yīng)的穩(wěn)定性和安全性。
3.充電樁布局優(yōu)化
根據(jù)當(dāng)?shù)仉妱悠囉脩舻某潆娦枨?,交通流量,停車場需求等因素,進(jìn)行市場需求調(diào)研和分析,確定充電樁站點的選址。充電樁站點應(yīng)該盡量選擇在人流密集的區(qū)域,以便用戶在充電時能夠方便地進(jìn)行其他活動。充電樁站點應(yīng)盡量靠近主要道路,公共交通站點和人口密集區(qū)域,方便用戶到達(dá)。合理規(guī)劃充電樁與停車位的布局,確保充電樁之間的距離足夠,避免擁堵和沖突。在充電樁站點周圍設(shè)置明顯的標(biāo)識,方便用戶快速找到充電樁的位置。根據(jù)充電需求和用戶量預(yù)測,合理確定每個充電樁站點的充電樁數(shù)量。根據(jù)不同地區(qū)或站點的特點和需求,可以靈活配置不同類型的充電樁,如快充樁,慢充樁,半快充樁等,以滿足用戶的不同充電速度要求。在城市規(guī)劃中,需要考慮充電樁站點之間的距離以及交通便捷性,避免充電樁站點分布過于集中或過于分散,形成合理的充電網(wǎng)絡(luò)。通過以上的充電樁布局優(yōu)化,可提升用戶體驗和服務(wù)質(zhì)量,促進(jìn)電動汽車的普及和發(fā)展。
4.充電樁智能管理系統(tǒng)
充電樁智能管理系統(tǒng)是通過使用的技術(shù)和算法來實現(xiàn)充電樁的遠(yuǎn)程監(jiān)控,數(shù)據(jù)采集,調(diào)度和負(fù)載均衡,故障診斷和維護管理。智能管理系統(tǒng)可以通過網(wǎng)絡(luò)連接與充電樁建立通信,實時監(jiān)控充電樁的狀態(tài),充電速度,充電量等信息。系統(tǒng)可以收集充電樁的歷史數(shù)據(jù)和實時數(shù)據(jù),用于后續(xù)分析和優(yōu)化。根據(jù)充電樁的使用情況和用戶需求,智能管理系統(tǒng)可以實現(xiàn)充電樁的調(diào)度,即根據(jù)充電樁的可用性和用戶的需求,將用戶到附近的可用充電樁進(jìn)行充電,減少等待時間和排隊情況。智能管理系統(tǒng)可以根據(jù)充電樁站點的負(fù)載情況,調(diào)整充電樁之間的負(fù)載均衡,避免某些充電樁過載而其他充電樁處于空閑狀態(tài),提高充電效率和使用率。智能管理系統(tǒng)能夠通過對充電樁的數(shù)據(jù)分析和算法判斷,檢測故障情況并準(zhǔn)確定位問題,提供相應(yīng)的報警和通知,以便維修人員及時處理。
5.充電樁可持續(xù)發(fā)展策略
充電樁的可持續(xù)發(fā)展是實現(xiàn)綠色能源和環(huán)保目標(biāo)的關(guān)鍵。將充電樁與太陽能光伏板系統(tǒng)集成,通過光能轉(zhuǎn)化為電能,實現(xiàn)充電樁的可再生能源供應(yīng)。在適宜的地方利用風(fēng)力發(fā)電設(shè)備,為充電樁提供綠色能源供應(yīng)。通過使用電池等儲能技術(shù),將非高峰時段的電能儲存起來,在高峰時段使用,以平衡電網(wǎng)負(fù)荷和提供穩(wěn)定的電力供應(yīng)。結(jié)合智能管理系統(tǒng),優(yōu)化能源存儲和分配,使得充電樁能夠更有效地利用儲能技術(shù),減少對傳統(tǒng)電力供應(yīng)的依賴。建立完善的廢棄電池回收系統(tǒng),確保廢棄電池能夠得到安全,環(huán)保地處理。再利用與循環(huán)利用,對于回收的廢棄電池,進(jìn)行有效地處理和再利用,如進(jìn)行回收再生利用,研發(fā)新型產(chǎn)品或材料等,較大程度減少電池廢棄物對環(huán)境的影響。通過采取以上的充電樁可持續(xù)發(fā)展策略,可以實現(xiàn)充電樁的綠色能源供應(yīng),提高能源利用效率,減少對傳統(tǒng)能源的依賴,同時也能有效處理廢棄電池產(chǎn)生的環(huán)境問題。這將為電動汽車行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展作出貢獻(xiàn),推動綠色能源的普及和環(huán)境保護。
6.安科瑞充電樁收費運營云平臺
6.1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(shù)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(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(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(xué)校、園區(qū)等充電樁模式的充電基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計。
6.3.1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)行電能計量和保護。
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)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)器部署實時數(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(shè)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(chǔ)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。
6.4安科瑞充電樁云平臺系統(tǒng)功能
6.4.1智能化大屏
智能化大屏展示站點分布情況,對設(shè)備狀態(tài)、設(shè)備使用率、充電次數(shù)、充電時長、充電金額、充電度數(shù)、充電樁故障等進(jìn)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(shè)備使用率,合理分配資源。
6.4.2實時監(jiān)控
實時監(jiān)視充電設(shè)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。
6.4.3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。
6.4.4故障管理
設(shè)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(jìn)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(jié)果上報。充電用戶也可通過充電小程序反饋現(xiàn)場問題。
6.4.5統(tǒng)計分析
通過系統(tǒng)平臺,從充電站點、充電設(shè)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。
6.4.6基礎(chǔ)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(shè)施,維護充電設(shè)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(jié)和解綁。
6.4.7運維APP
面向運維人員使用,可以對站點和充電樁進(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,同時可接收故障推送。
6.4.8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。
6.5系統(tǒng)硬件配置
類型 | 型號 | 圖片 | 功能 |
安科瑞充電樁收費運營云平臺 | AcrelCloud-9000 | 安科瑞響應(yīng)節(jié)能環(huán)保、綠色出行的號召,為廣大用戶提供慢充和快充兩種充電方式壁掛式、落地式等多種類型的充電樁,包含智能7kW交流充電樁,30kW壁掛式直流充電樁,智能60kW/120kW直流一體式充電樁等來滿足新能源汽車行業(yè)快速、經(jīng)濟、智能運營管理的市場需求,提供電動汽車充電軟件解決方案,可以隨時隨地享受便捷安全的充電服務(wù),微信掃一掃、微信公眾號、支付寶掃一掃、支付寶服務(wù)窗,充電方式多樣化,為車主用戶提供便捷、安全的充電服務(wù)。實現(xiàn)對動力電池快速、安全、合理的電量補給,能計時,計電度、計金額作為市民購電終端,同時為提高公共充電樁的效率和實用性。 | |
互聯(lián)網(wǎng)版智能交流樁 | AEV-AC007D | 額定功率7kW,單相三線制,防護等級IP65,具備防雷保護、過載保護、短路保護、漏電保護、智能監(jiān)測、智能計量、遠(yuǎn)程升級,支持刷卡、掃碼、即插即用。通訊方:4G/wifi/藍(lán)牙支持刷卡,掃碼、免費充電可選配顯示屏 | |
互聯(lián)網(wǎng)版智能直流樁 | AEV-DC030D | 額定功率30kW,三相五線制,防護等級IP54,具備防雷保護、過載保護、短路保護、漏電保護、智能監(jiān)測、智能計量、恒流恒壓、電池保護、遠(yuǎn)程升級,支持刷卡、掃碼、即插即用通訊方式:4G/以太網(wǎng) 支持刷卡,掃碼、免費充電 | |
互聯(lián)網(wǎng)版智能直流樁 | AEV-DC060S | 額定功率60kW,三相五線制,防護等級IP54,具備防雷保護、過載保護、短路保護、漏電保護、智能監(jiān)測、智能計量、恒流恒壓、電池保護、遠(yuǎn)程升級,支持刷卡、掃碼、即插即用通訊方式:4G/以太網(wǎng) 支持刷卡,掃碼、免費充電 | |
互聯(lián)網(wǎng)版智能直流樁 | AEV-DC120S | 額定功率120kW,三相五線制,防護等級IP54,具備防雷保護、過載保護、短路保護、漏電保護、智能監(jiān)測、智能計量、恒流恒壓、電池保護、遠(yuǎn)程升級,支持刷卡、掃碼、即插即用通訊方式:4G/以太網(wǎng) 支持刷卡,掃碼、免費充電 | |
10路電瓶車智能充電樁 | ACX10A系列 | 10路承載電流25A,單路輸出電流3A,單回路功率1000W,總功率5500W。充滿自停、斷電記憶、短路保護、過載保護、空載保護、故障回路識別、遠(yuǎn)程升級、功率識別、獨立計量、告警上報。 ACX10A-TYHN:防護等級IP21,支持投幣、刷卡,掃碼、免費充電 ACX10A-TYN:防護等級IP21,支持投幣、刷卡,免費充電 ACX10A-YHW:防護等級IP65,支持刷卡,掃碼,免費充電 ACX10A-YHN:防護等級IP21,支持刷卡,掃碼,免費充電 ACX10A-YW:防護等級IP65,支持刷卡、免費充電 ACX10A-MW:防護等級IP65,僅支持免費充電 | |
2路智能插座 | ACX2A系列 | 2路承載電流20A,單路輸出電流10A,單回路功率2200W,總功率4400W。充滿自停、斷電記憶、短路保護、過載保護、空載保護、故障回路識別、遠(yuǎn)程升級、功率識別,報警上報。 ACX2A-YHN:防護等級IP21,支持刷卡、掃碼充電 ACX2A-HN:防護等級IP21,支持掃碼充電 ACX2A-YN:防護等級IP21,支持刷卡充電 | |
20路電瓶車智能充電樁 | ACX20A系列 | 20路承載電流50A,單路輸出電流3A,單回路功率1000W,總功率11kW。充滿自停、斷電記憶、短路保護、過載保護、空載保護、故障回路識別、遠(yuǎn)程升級、功率識別,報警上報。 ACX20A-YHN:防護等級IP21,支持刷卡,掃碼,免費充電 ACX20A-YN:防護等級IP21,支持刷卡,免費充電 | |
落地式電瓶車智能充電樁 | ACX10B系列 | 10路承載電流25A,單路輸出電流3A,單回路功率1000W,總功率5500W。充滿自停、斷電記憶、短路保護、過載保護、空載保護、故障回路識別、遠(yuǎn)程升級、功率識別、獨立計量、告警上報。 ACX10B-YHW:戶外使用,落地式安裝,包含1臺主機及5根立柱,支持刷卡、掃碼充電,不帶廣告屏 ACX10B-YHW-LL:戶外使用,落地式安裝,包含1臺主機及5根立柱,支持刷卡、掃碼充電。液晶屏支持U盤本地投放圖片及視頻廣告 | |
智能邊緣計算網(wǎng)關(guān) | ANet-2E4SM | 4路RS485串口,光耦隔離,2路以太網(wǎng)接口,支持ModbusRtu、ModbusTCP、DL/T645-1997、DL/T645-2007、CJT188-2004、OPCUA、ModbusTCP(主、從)、104(主、從)、建筑能耗、SNMP、MQTT;(主模塊)輸入電源:DC12V~36V。支持4G擴展模塊,485擴展模塊。 | |
擴展模塊ANet-485 | M485模塊:4路光耦隔離RS485 | ||
擴展模塊ANet-M4G | M4G模塊:支持4G全網(wǎng)通 | ||
導(dǎo)軌式單相電表 | ADL200 | 單相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量,輸入電流:10(80)A; 電能精度:1級 支持Modbus和645協(xié)議 證書:MID/CE認(rèn)證 | |
導(dǎo)軌式電能計量表 | ADL400 | 三相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量,分相總有功電能,總正反向有功電能統(tǒng)計,總正反向無功電能統(tǒng)計;紅外通訊;電流規(guī)格:經(jīng)互感器接入3×1(6)A,直接接入3×10(80)A,有功電能精度0.5S級,無功電能精度2級 證書:MID/CE認(rèn)證 | |
無線計量儀表 | ADW300 | 三相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量,有功電能計量(正、反向)、四象限無功電能、總諧波含量、分次諧波含量(2~31次);A、B、C、N四路測溫;1路剩余電流測量;支持RS485/LoRa/2G/4G/NB;LCD顯示;有功電能精度:0.5S級(改造項目) 證書:CPA/CE認(rèn)證 | |
導(dǎo)軌式直流電表 | DJSF1352-RN | 直流電壓、電流、功率測量,正反向電能計量,復(fù)費率電能統(tǒng)計,SOE事件記錄:8位LCD顯示:紅外通訊:電壓輸入較大1000V,電流外接分流器接入(75mV)或霍爾元件接入(0-5V);電能精度1級,1路485通訊,1路直流電能計量AC/DC85-265V供電 證書:MID/CE認(rèn)證 | |
面板直流電表 | PZ72L-DE | 直流電壓、電流、功率測量,正反向電能計量:紅外通訊:電壓輸入較大1000V,電流外接分流器接入·(75mV)或霍爾元件接入(0-20mA0-5V);電能精度1級 證書:CE認(rèn)證 | |
電氣防火限流式保護器 | ASCP200-63D | 導(dǎo)軌式安裝,可實現(xiàn)短路限流滅弧保護、過載限流保護、內(nèi)部超溫限流保護、過欠壓保護、漏電監(jiān)測、線纜溫度監(jiān)測等功能;1路RS485通訊,1路NB或4G無線通訊(選配);額定電流為0~63A,額定電流菜單可設(shè)。 |
7.結(jié)論
充電樁的設(shè)計與優(yōu)化是電動汽車行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要方面。本論文通過研究充電樁智能管理系統(tǒng),充電樁可持續(xù)發(fā)展策略和優(yōu)化挑戰(zhàn),并結(jié)合未來發(fā)展趨勢,得出以下結(jié)論,充電樁的可持續(xù)發(fā)展對于實現(xiàn)綠色能源和環(huán)保目標(biāo)至關(guān)重要,充電樁數(shù)量和布局的合理規(guī)劃可以滿足用戶需求并減少資源浪費,提升充電速度和效率需要使用更高功率的充電設(shè)備和充電技術(shù),充電樁與智能網(wǎng)聯(lián)技術(shù)的結(jié)合能夠提升充電樁的智能化程度和服務(wù)質(zhì)量。未來的發(fā)展趨勢包括多樣化充電設(shè)施,智能化管理系統(tǒng)的推廣,跨行業(yè)合作與整合以及科技創(chuàng)新與政策支持。這些結(jié)論為電動汽車充電樁的設(shè)計和優(yōu)化提供了指導(dǎo)和建議,有助于推動充電樁行業(yè)的發(fā)展和電動汽車市場的進(jìn)一步普及,以實現(xiàn)清潔能源和環(huán)境保護目標(biāo)。
參考文獻(xiàn)
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作者簡介
劉細(xì)鳳,女,安科瑞電氣股份有限公司,從事電氣相關(guān)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)研發(fā)工作