新能源電動汽車充電樁快速充電技術(shù)研究與應(yīng)用方案

摘要:隨著電動汽車的快速發(fā)展，電動汽車充電技術(shù)成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。傳統(tǒng)的慢充技術(shù)存在著充電時間長、不便捷等問題，難以滿足人們對電動汽車充電的追切需求。而快速充電技術(shù)的出現(xiàn)，為電動汽車的充電提供了更加高效和便捷的解決方案基于此，本文簡單討論電動汽車充電樁快速充電技術(shù)優(yōu)勢和問題，深入探討技術(shù)要點(diǎn)，以供參考。

關(guān)鍵詞:電動汽車;快速充電;溫度控制

一、引言

快速充電技術(shù)是指通過利用高功率充電設(shè)備，將電動汽車的電池快速充滿電的技術(shù)。相較于傳統(tǒng)的慢充技術(shù)，快速充電技術(shù)具備充電速度快、充電效率高等優(yōu)勢。通過高功率充電設(shè)備和優(yōu)化的充電流程，電動汽車的充電時間可以大幅縮短，從而更好地滿足人們對于長途出行或急需用車的需求

二、汽車快速充電技術(shù)的現(xiàn)狀

汽車快速充電技術(shù)是指能夠在短時間內(nèi)為電動汽車充電至高容量的技術(shù)。目前，有兩種主要的快速充電技術(shù):直流快充(DC Fast Charging)和無線充電技術(shù)。直流快充技術(shù)是當(dāng)前使用最廣泛的快速充電技術(shù)之一。它通過專門設(shè)計(jì)的充電設(shè)備向電動汽車提供直流電力，以便更快地充電。直流快充技術(shù)通常能夠在短時間內(nèi)充電至 80%以上的電池容量。目前，國際上常見的直流快充標(biāo)準(zhǔn)包括 CHAdeM0、CCS(Combined ChargingSystem)和特斯拉的超級充電網(wǎng)。無線充電技術(shù)是另一種快速充電技術(shù)，它通過電磁感應(yīng)原理將充電設(shè)備中的電能傳輸?shù)诫妱悠囍校瑹o需物理連接。無線充電技術(shù)被視為未來充電技術(shù)的趨勢，因?yàn)樗峁┝烁憷某潆姺绞?。目前，無線充電技術(shù)正在不斷發(fā)展中，并且一些汽車制造商已經(jīng)開始在部分車型中應(yīng)用?？傮w而言，汽車快速充電技術(shù)在過去幾年取得了顯著的進(jìn)展?？焖俪潆娬军c(diǎn)數(shù)量迅速增長，充電效率和充電速度也在不斷提高。然而，仍然存在一些挑戰(zhàn)，如快速充電設(shè)備的成本、能源供給的可靠性和電池的耐久性等。隨著技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和推廣應(yīng)用，我們可以期待汽車快速充電技術(shù)在未來得到進(jìn)一步提升和普及。

三、電動汽車充電樁快速充電技術(shù)存在的問題

3.1成本問題

電動汽車充電樁快速充電技術(shù)在推動電動汽車行業(yè)發(fā)展方面具有積極作用，然而，其中存在著一些成本問題。下面是關(guān)于電動汽車充電樁快速充電技術(shù)成本問題的要點(diǎn)。首先，快速充電技術(shù)需要充電設(shè)備，這通常意味著更高的投資成本?？焖俪潆娫O(shè)備比普通充電設(shè)備更為復(fù)雜，需要更多的硬件和電子元件，以及用于散熱和保護(hù)系統(tǒng)的更多附件和設(shè)備。這些額外的組件和功能都會增加充電樁的制造成本。其次，快速充電技術(shù)需要更大功率的電源供應(yīng)，這可能需要進(jìn)行電網(wǎng)改造和升級，從而增加了基礎(chǔ)設(shè)施的成本。為了滿足快速充電設(shè)備對高功率電源的需求，需要增加變壓器容量、改造配電設(shè)備、增設(shè)新的電纜和電線等，這些都需要投入額外的經(jīng)費(fèi)。最后，快速充電樁的安裝和布局也會對成本產(chǎn)生影響?？焖俪潆娫O(shè)備通常需要較大的占地面積，而這在城市等有限空間環(huán)境中可能很難實(shí)施。此外，充電樁的安裝、土建工程、設(shè)備搬遷等等，都需要投入人力和資金來完成，增加了成本。

3.2電網(wǎng)壓力和容量問題

電動汽車充電樁快速充電技術(shù)的推廣和應(yīng)用受到電網(wǎng)壓力和容量問題的制約。下面是關(guān)于電網(wǎng)壓力和容量問題的要點(diǎn)。首先，電動汽車快速充電技術(shù)需要大功率電源來滿足快速充電的需求。這意味著在短時間內(nèi)向電動汽車提供大量的電能。然而，電網(wǎng)的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)往往無法滿足這種高功率需求。傳輸和分配高功率電能會對電網(wǎng)產(chǎn)生額外的壓力，容易導(dǎo)致電網(wǎng)的過載和不穩(wěn)定。其次，電動汽車的普及和快速充電設(shè)備的大規(guī)模部署會給電網(wǎng)容量帶來挑戰(zhàn)。隨著電動汽車數(shù)量的增加，每天的充電需求將顯著增加?？焖俪潆娫O(shè)備每次充電需要更多的電能，這將加大對電網(wǎng)的負(fù)荷。如果沒有適當(dāng)?shù)碾娋W(wǎng)規(guī)劃和配套建設(shè)，電網(wǎng)容量可能會不足，導(dǎo)致供電不穩(wěn)定和充電速度的降低。

四、電動汽車充電樁快速充電技術(shù)要點(diǎn)

4.1 智能充電管理

電動汽車充電樁快速充電技術(shù)的智能充電管理可以提高充電效率、優(yōu)化電網(wǎng)負(fù)荷，并提供更好的用戶體驗(yàn)。以下是關(guān)于智能充電管理的要點(diǎn)。首先，智能充電管理通過利用物聯(lián)網(wǎng)和云計(jì)算技術(shù)，集成充電樁、電動汽車和電網(wǎng)之間的通信，實(shí)現(xiàn)更智能化和自動化的充電管理。通過連接到云服務(wù)器的充電樁，可以實(shí)時監(jiān)控和收集充電過程中的相關(guān)數(shù)據(jù)，如充電速度、電量、使用頻率等。通過這些數(shù)據(jù)，可以進(jìn)行智能分析和調(diào)度，以確定最后，智能充電管理還可以提供更多的數(shù)據(jù)與分析，為電動汽車充電樁的運(yùn)營和管理提供決策支持。通過智能分析和預(yù)測模型，系統(tǒng)可以根據(jù)歷史數(shù)據(jù)和行為模式，預(yù)測充電需求和電網(wǎng)負(fù)荷，并提供相應(yīng)的優(yōu)化建議。這些數(shù)據(jù)和分析結(jié)果有助于優(yōu)化充電樁的布局和位置選擇，提高充電樁的利用率和服務(wù)質(zhì)量。

4.2 溫度控制

電動汽車充電樁快速充電技術(shù)的溫度控制是確保充電安全和提高充電效率的關(guān)鍵。以下是關(guān)于如何進(jìn)行溫度控制的要點(diǎn)。首先，充電樁的設(shè)計(jì)和制造需要考慮散熱和溫度控制?？焖俪潆娺^程中，充電樁和電動汽車電池會產(chǎn)生大量的熱量，如果不能及時散熱，溫度會升高，可能導(dǎo)致充電樁和電池的損壞甚至安全隱患。因此，充電樁應(yīng)該采用散熱設(shè)計(jì)，包括散熱片、風(fēng)扇、散熱管等，以有效冷卻充電器和電池。其次，通過溫度傳感器和監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)時監(jiān)測充電樁、電池和充電線的溫度變化。溫度傳感器可以安裝在關(guān)鍵部位，如充電插頭、電池組、電纜等，以及充電樁內(nèi)部的關(guān)鍵元件上，實(shí)時感知溫度變化。監(jiān)控系統(tǒng)可以收集溫度數(shù)據(jù)，并對溫度進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測和分析，發(fā)現(xiàn)異常情況并及時響應(yīng)。再次，通過控制系統(tǒng)和算法，實(shí)現(xiàn)溫度控制和調(diào)節(jié)。基于監(jiān)測到的溫度數(shù)據(jù)，控制系統(tǒng)可以根據(jù)設(shè)定的溫度范圍和安全閥值，自動控制充電過程中的電流和功率，以保持溫度在安全范圍內(nèi)。例如，當(dāng)溫度升高到預(yù)設(shè)值時，系統(tǒng)可以自動降低充電功率，以控制溫度的上升速度。當(dāng)溫度降低到可接受范圍時，系統(tǒng)可以逐漸恢復(fù)充電功率，提高充電效率。另外，充電樁可以配備溫度保護(hù)裝置和報警系統(tǒng)。當(dāng)溫度超過安全范圍時，溫度保護(hù)裝置可以自動切斷充電電源，以防止溫度繼續(xù)升高。同時，報警系統(tǒng)可以發(fā)出警報信號，提醒操作人員或用戶注意異常情況，并采取必要的措施。最后，定期的維護(hù)和保養(yǎng)也是溫度控制的重要環(huán)節(jié)。充電樁和相關(guān)設(shè)備的散熱系統(tǒng)需要定期清潔、檢查和維護(hù)，以確保散熱效果良好同時，應(yīng)根據(jù)制造商的建議和要求，及時更換散熱片、風(fēng)扇、散熱劑等易損件，以保證散熱系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

4.3 充電樁網(wǎng)絡(luò)化

電動汽車充電樁網(wǎng)絡(luò)化是實(shí)現(xiàn)充電設(shè)施的智能管理和高效運(yùn)營的關(guān)鍵。以下是關(guān)于如何進(jìn)行充電樁網(wǎng)絡(luò)化的要點(diǎn)。首先，充電樁網(wǎng)絡(luò)化可以借助物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，將充電樁通過網(wǎng)絡(luò)連接起來。每個充電樁都可以具備獨(dú)立的通信模塊，通過無線通信技術(shù)(如4G/5G、wi-Fi等)，將充電樁與云服務(wù)器建立連接。通過網(wǎng)絡(luò)連接，可以實(shí)時監(jiān)控和管理充電樁的狀態(tài)、電量、使用情況和故障信息等，方便遠(yuǎn)程監(jiān)控和故障排除。其次，充電樁網(wǎng)絡(luò)化可以實(shí)現(xiàn)充電服務(wù)的智能化和個性化。通過充電樁與用戶手機(jī)應(yīng)用或網(wǎng)頁平臺的連接，用戶可以隨時查看充電樁的實(shí)時狀態(tài)、空閑充電樁的位置、預(yù)約充電以及充電歷史等信息用戶可以根據(jù)自身需求進(jìn)行充電樁的選擇和預(yù)約，提高充電的便利性和用戶體驗(yàn)。再次，充電樁網(wǎng)絡(luò)化可以實(shí)現(xiàn)充電服務(wù)的智能調(diào)度和優(yōu)化。通過云服務(wù)器的數(shù)據(jù)分析和算法，可以對充電樁的使用情況、充電需求和電網(wǎng)負(fù)荷進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控和分析?；跀?shù)據(jù)分析的結(jié)果，可以進(jìn)行充電樁的智能調(diào)度和優(yōu)化，合理安排充電樁的運(yùn)營計(jì)劃，提高充電樁的利用率和服務(wù)效率。例如，根據(jù)充電樁的使用情況和充電需求，可以靈活調(diào)整充電樁的功率和優(yōu)先級，以更大程度滿足用戶和電網(wǎng)的需求。充電樁網(wǎng)絡(luò)化還可以實(shí)現(xiàn)充電數(shù)據(jù)的采集和分析。通過網(wǎng)絡(luò)連接和數(shù)據(jù)采集,可以收集充電過程中的相關(guān)數(shù)據(jù),如充電速度、電量、充電時長等。這些數(shù)據(jù)可以用于分析充電樁的使用情況、電動汽車的充電習(xí)慣，為充電設(shè)施的規(guī)劃和布局提供決策支持。同時，還可以為電動汽車的行駛里程、充電效率等數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析，以優(yōu)化電動汽車的能源利用和行車路線規(guī)劃。此外，充電樁網(wǎng)絡(luò)化還可以支持支付和結(jié)算功能。通過網(wǎng)絡(luò)連接和用戶認(rèn)證，可以實(shí)現(xiàn)用戶的身份驗(yàn)證和支付功能，方便用戶付費(fèi)，同時，系統(tǒng)可以收集充電相關(guān)數(shù)據(jù)，為用戶提供詳細(xì)的充電賬單和結(jié)算報告。

4.4 電網(wǎng)壓力和容量優(yōu)化

隨著電動汽車的普及，電動汽車充電樁的數(shù)量不斷增加，給電網(wǎng)壓力和容量帶來了挑戰(zhàn)。如何優(yōu)化電動汽車充電樁快速充電技術(shù)的使用，以降低對電網(wǎng)的影響，是當(dāng)前亟待解決的問題。下面我們將介紹如何優(yōu)化電動汽車充電樁快速充電技術(shù)的使用，以應(yīng)對電網(wǎng)壓力和容量問題。

首先，建立充電樁智能調(diào)度和控制系統(tǒng)。當(dāng)前，智能調(diào)度和控制系統(tǒng)已經(jīng)成為充電樁建設(shè)和運(yùn)營的基本要求。通過充電樁智能調(diào)度和控制系統(tǒng)，可以準(zhǔn)確實(shí)時地分析電網(wǎng)負(fù)載和容量情況，充分利用電網(wǎng)的彈性資源，實(shí)現(xiàn)充電樁的智能調(diào)度和控制，以降低對電網(wǎng)的沖擊，有效解決電網(wǎng)壓力和容量問題。其次，采用直流快速充電技術(shù)。相較于交流充電技術(shù)，直流快速充電技術(shù)在短時間內(nèi)可為車輛充電，具有省時和高效的特點(diǎn)。直流快速充電技術(shù)可將交流電源的電流轉(zhuǎn)換成直流電源進(jìn)行快速充電，不占用交流電源，減少對電網(wǎng)的負(fù)荷，從而降低對電網(wǎng)壓力和容量的影響。再次，增加電網(wǎng)負(fù)能量的利用率。在充電樁快速充電技術(shù)的使用中，電網(wǎng)負(fù)能量的利用率可以在一定程度上降低對電網(wǎng)的壓力，減少能源浪費(fèi)。采用電網(wǎng)負(fù)能量的利用技術(shù)，如儲能利用、峰谷電價利用等，將負(fù)能量轉(zhuǎn)化成有用能量進(jìn)行充電，降低電網(wǎng)負(fù)荷峰值，優(yōu)化電網(wǎng)容量規(guī)劃，從而提高電網(wǎng)的利用率。最后，推廣分布式充電技術(shù)。分布式充電技術(shù)是針對大規(guī)模充電樁系統(tǒng)而研發(fā)的一種基于新型網(wǎng)絡(luò)和控制技術(shù)的充電技術(shù)。該技術(shù)可以通過對充電樁進(jìn)行分布式布局、分散充電，至大限度地減少對電網(wǎng)的沖擊，降低充電樁數(shù)量對電網(wǎng)容量和壓力的影響。

4.5 成本優(yōu)化

隨著電動汽車的普及和需求的增加，電動汽車充電樁的建設(shè)和使用成本也成為一個重要問題。其中，快速充電技術(shù)的使用對成本的影響更加明顯。下面將介紹如何優(yōu)化電動汽車充電樁快速充電技術(shù)的使用成本。首先，選擇合適的充電樁類型和品牌。在購買充電樁時，企業(yè)應(yīng)充分考慮充電樁的實(shí)際需求和適用環(huán)境，選擇具有高性價比的充電樁品牌，以從根源上降低成本。特別是對于快速充電技術(shù)，應(yīng)選擇技術(shù)成熟、操作簡單、可靠性強(qiáng)的充電樁品牌，減少故障率和運(yùn)維成本。其次，優(yōu)化充電樁的投資規(guī)劃和布局。在進(jìn)行充電樁的規(guī)劃和布局時，企業(yè)應(yīng)充分考慮每個充電站的最后，引入可再生能源技術(shù)和節(jié)能措施。在充電樁的建設(shè)和運(yùn)營過程中，可以通過引入可再生能源技術(shù)，如太陽能、風(fēng)能等，減少對傳統(tǒng)能源的依賴，緩解能源壓力和環(huán)保壓力，降低充電樁的能耗，優(yōu)化其運(yùn)營成本。對于已建成充電樁，也可以通過智能節(jié)能措施，如遠(yuǎn)程電量調(diào)度、智能合理充電等，提升其能源利用效率，進(jìn)一步降低成本。

作者介紹：

曹華偉，男，現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司

Tel:137/7441/3253（V同號）

五、應(yīng)用方案

圖1 平臺結(jié)構(gòu)圖

充電運(yùn)營管理平臺是基于物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)技術(shù)的充電設(shè)施管理系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)對充電樁的監(jiān)控、調(diào)度和管理，提高充電樁的利用率和充電效率，提升用戶的充電體驗(yàn)和服務(wù)質(zhì)量。用戶可以通過APP或小程序提前預(yù)約充電，避免在充電站排隊(duì)等待的情況，同時也能為充電站提供更準(zhǔn)確的充電需求數(shù)據(jù)，方便后續(xù)的調(diào)度和管理。通過平臺可對充電樁的功率、電壓、電流等參數(shù)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，及時發(fā)現(xiàn)和處理充電樁故障和異常情況對充電樁的功率進(jìn)行控制和管理，確保充電樁在合理的功率范圍內(nèi)充電，避免對電網(wǎng)造成過大的負(fù)荷。

六、安科瑞充電樁云平臺具體的功能

平臺除了對充電樁的監(jiān)控外，還對充電站的光伏發(fā)電系統(tǒng)、儲能系統(tǒng)以及供電系統(tǒng)進(jìn)行集中監(jiān)控和統(tǒng)一協(xié)調(diào)管理，提高充電站的運(yùn)行可靠性，降低運(yùn)營成本，平臺系統(tǒng)架構(gòu)如圖2所示。

圖2 充電樁運(yùn)營管理平臺系統(tǒng)架構(gòu)

大屏顯示：展示充電站設(shè)備統(tǒng)計(jì)、使用率排行、運(yùn)營統(tǒng)計(jì)圖表、節(jié)碳量統(tǒng)計(jì)等數(shù)據(jù)。

圖3 大屏展示界面

站點(diǎn)監(jiān)控：顯示設(shè)備實(shí)時狀態(tài)、設(shè)備列表、設(shè)備日志、設(shè)備狀態(tài)統(tǒng)計(jì)等功能。

圖4 站點(diǎn)監(jiān)控界面

設(shè)備監(jiān)控：顯示設(shè)備實(shí)時信息、配套設(shè)備狀態(tài)、設(shè)備實(shí)時曲線、關(guān)聯(lián)訂單信息、充電功率曲線等。

圖5 設(shè)備監(jiān)控界面

運(yùn)營趨勢統(tǒng)計(jì)：顯示運(yùn)營信息查詢、站點(diǎn)對比曲線、日月年報表、站點(diǎn)對比列表等功能。

圖6 運(yùn)營趨勢界面

收益查詢：提供收益匯總、實(shí)際收益報表、收益變化曲線、支付方式占比等功能。

圖7 收益查詢界面

故障分析：提供故障匯總、故障狀態(tài)餅圖、故障趨勢分析、故障類型餅圖等功能。

圖8 故障分析界面

訂單記錄：提供實(shí)時/歷史訂單查詢、訂單終止、訂單詳情、訂單導(dǎo)出、運(yùn)營商應(yīng)收信息、充電明細(xì)、交易流水查詢、充值余額明細(xì)等功能。

圖9 訂單查詢界面

七、產(chǎn)品選型

安科瑞為廣大用戶提供多種類型的充電樁，包含智能30kw直流充電樁，60kw/80kw/120kw/160kw直流一體式充電樁，以及240kw、480kw、720kw直流分體式充電樁來滿足新能源汽車行業(yè)快速、經(jīng)濟(jì)、智能運(yùn)營管理的市場需求。實(shí)現(xiàn)對動力電池快速、高效、安全、合理的電量補(bǔ)給，同時為提高公共充電樁的效率和實(shí)用性，具有有智能監(jiān)測：充電樁智能控制器對充電樁具備測量、控制與保護(hù)的功能；智能計(jì)量：輸出配置智能電能表，進(jìn)行充電計(jì)量，具備完善的通信功能；云平臺：具備連接云平臺的功能，可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時監(jiān)控，財務(wù)報表分析等等；遠(yuǎn)程升級：具備完善的通訊功能，可遠(yuǎn)程對設(shè)備軟件進(jìn)行升級；保護(hù)功能：具備防雷保護(hù)、過載保護(hù)、短路保護(hù)，漏電保護(hù)和接地保護(hù)等功能；適配車型：滿足國標(biāo)充電接口，適配所有符合國標(biāo)的電動汽車，適應(yīng)不同車型的不同功率。下面是具體產(chǎn)品的型號和技術(shù)參數(shù)：

九、結(jié)論

電動汽車充電樁快速充電技術(shù)的發(fā)展面臨一些挑戰(zhàn)，但也帶來了巨大的機(jī)遇和發(fā)展?jié)摿?。通過加強(qiáng)充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、推動充電標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一和充電設(shè)備的智能化，有信心推動快速充電技術(shù)的廣泛應(yīng)用和普及，為電動汽車的發(fā)展和普及提供更好的充電服務(wù)和體驗(yàn)。

作者介紹：

曹華偉，男，現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司

Tel:137/7441/3253（V同號）

參 考 文 獻(xiàn)：

[1]徐領(lǐng)，王思.新能源汽車公共充電樁建設(shè)與使用的改進(jìn)對策研究1.汽車維護(hù)與修理，2023(18)71-72+74.

[2]王凌鋒，黃張弛.新能源汽車充電樁發(fā)展現(xiàn)狀及可行性改良分析門1.內(nèi)燃機(jī)與配件，2023(17)121-123.

[3]高純斌.基于 stm32f407的直流快速充電樁控制系統(tǒng)的研發(fā) [1.吉林工程技術(shù)師范學(xué)院學(xué)報，2023,39(6):92-96.

[4]謝卓均.一種基于充電樁配電箱的發(fā)電車快速接入轉(zhuǎn)換箱 [1.自動化應(yīng)用，2023，64(2):104-106.

審核編輯 黃宇