任運業(yè)

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：智能用電小區(qū)是國家電網為了研究智能電網智能用電的先進技術如何運用于居民區(qū)，提高人民的生活水平，提高電網智能化水平以及提升用電服務質量而進行的一項嘗試。電動汽車作為智能用電小區(qū)建設的一個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。

關鍵詞：智能小區(qū)；電動汽車；充電樁；發(fā)展

1 電動汽車充電站介紹

電動汽車具有無(低)污染物律放、噪音低、能效高、維修及運行成本低等優(yōu)點，推動電動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。我國政府積極推進新能源汽車的應用與發(fā)展，充/換電站作為發(fā)展電動汽車所的重要配套基礎 設施，具有非常重要的社會效益和經濟效益。電動汽車充電樁其功能類似于加油站里面的加油機，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，可以根據不同的電壓等級為各種型號的電動汽車充電。電動 汽車充電樁作為電動汽車的能量補給裝置，其充電性 能關系到電池組的使用壽命、充電時間。實現對動力電池快速、安全、合理的電量補給是電動汽車充電器設計的基本原則。

2 充電樁的原理簡述

整體系統由四部分組成：電動汽車充電樁、集中器、電池管理系統系統(BMS)、充電管理服務平臺。電動汽車充電樁的控制電路主要由嵌入式ARM處理器完成，用戶可自助刷卡進行用戶鑒權、余額查詢、計費查詢等功能，也可提供語音輸出接口，實現語音交互。用戶可根據液晶顯示屏指示選擇4種充電模式 ：包括按時計費充電、按電量充電、自動充滿、按里程充電等。

電動汽車充電機控制器與集中器利用CAN總線進行數據交互，集中器與服務器平臺利用有線互聯網或無線GPRS網絡進行數據交互，為了安全起見，電量計費和金額數據實現安全加密。

電池管理系統系統(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)、預測動力電池的電池容量(SOC)和相應的剩余行駛里程，進行電池管理以避免出現過放電、過充、過熱和單體電池之間電壓嚴重不平衡現象，利用電池存儲能力和循環(huán)壽命。

充電服務管理平臺主要有三個功能：充電管理、充電運營、綜合查詢。充電管理對系統涉及到的基礎數據進行集中式管理，如電動汽車信息、電池信息、用戶卡信息、充電樁信息：充電運營主要對用戶充電進行計費管理；綜合查詢指對管理及運營的數據進行綜合分析查詢。

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不同 的充電要求?？砂窗惭b方式、安裝地點、充電方式的不同劃分，這么多種充電方式可以在電動車充電時提供莫大的方便。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。

直流式電動汽車充電樁是固定安裝在電動汽車外，與交流電網連接，輸入電壓采用三相四線 AC380V±15%，頻率50Hz，輸出為可調直流電，可直接為電動汽車的動力電池充電。據大家所知，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整范圍較寬，正因為這樣，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汽車外、與交流電網連接 ，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才能為電動汽車充電，是典型的“慢充"。在現在的市場上，直流電源的制作成本較昂貴，所以價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)展公網變壓器，解決小區(qū)充電樁用電問題

根據小區(qū)電動汽車的發(fā)展前景，做好預測 ，提前介入，當然 這要在政府支持，小區(qū)物業(yè)配合的前提下，按照充電樁的實際負 荷合理配備公用變壓器 ，實施一樁一表。

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 汽車充電機產生的諧波電流中檢測出諧波電流分量，由補償裝置產生一個與該分量大小相等而極性相反的電流分量去抵消它，從而使得流入電網的電流中只含有基波分量。APF裝置具有動態(tài)響應速度快，補償功能多樣化，可削弱閃變并補償無功的特點，且其補償特性不受電網阻抗的影響，由自身運算與控制電路來決定。

4.3 在小區(qū)原有供配電設備基礎上發(fā)展充電樁

原有小區(qū)在初建期間，配電設施一般考慮小區(qū)住戶，小區(qū)配套公用設施的用電，變壓器的負荷率一般都已達到80%左右，在 此基礎上增加充電樁用電，顯然不夠用，因為電動車充電樁每一個樁一般容量都在7千瓦以上，有的快速充電樁需用功率達到30千瓦。如果按此計算，一個小區(qū)100個車位就需要3000千瓦，且充電時間一般都會集中在夜間，一方面晚上停到車位上就是充電的好的時間，其次23點以后是谷段電價，價格便宜，充電的時間當然是在這一時間段充電，因此，小區(qū)充電樁的負荷利用率會很高的，而這個負荷是原有小區(qū)供配電設備無法承受的。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，根據需用負荷申請增容。

5 充電樁技術的趨勢是智能化

要想解決充電樁安裝困難的原因就對充電樁的工作原理和核心技術進行一定程度地了解。我國現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的方式進行對電動汽車充電，和手機的無線充電工作原理是一樣的。但是目 前應用廣的還是接觸式的充電樁，因為這種方式的充電樁的經濟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用就實現智能化，通過對充電設備的電池進行智能識別，然后控制相應的充電電壓、電流，使充電效率得到很大的提高，也保證了設備的安全性。充電樁的智能化是靠相關的研發(fā)人員在研發(fā)時對其進行程序的編寫，保證充電樁的智能化，使時間得到合理的控制，因為時間如果太長，一般人就會沒有耐心等待了，所以這也是充電樁技術研發(fā)時需要考慮的問題。

6安科瑞充電樁收費運營云平臺

6.1概述

AcrelCloud-9000安科瑞充電樁收費運營云平臺系統通過物聯網技術對接入系統的汽車充電站、電動自行車充電站以及各個充電樁進行不間斷地數據采集和監(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，資源管理、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、4G或WIFI等方式接入互聯網，用戶通過微信、支付寶、云閃付掃碼充電。

6.2應用場合

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、高速服務區(qū)、公寓寫字樓等場合。

6.3系統結構

現場設備層：連接于網絡中的各類傳感器，包括多功能電力儀表、汽車充電樁、電瓶車充電樁、電能質量分析儀表、電氣火災探測器、限流式保護器、煙霧傳感器、測溫裝置、智能插座、攝像頭等。

網絡通訊層：包含現場智能網關、網絡交換機等設備。智能網關主動采集現場設備層設備的數據，并可進行規(guī)約轉換，數據存儲，并通過網絡把數據上傳至搭建好的數據庫服務器，智能網關可在網絡故障時將數據存儲在本地，待網絡恢復時從中斷的位置繼續(xù)上傳數據，保證服務器端數據不丟失。

平臺管理層：包含應用服務器和數據服務器，完成對現場所有智能設備的數據交換，可在PC端或移動端實現實時監(jiān)測充電站配電系統運行狀態(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用。

6.4平臺功能描述

6.4.1充電服務

充電設施搜索，充電設施查看，地圖尋址，在線自助支付充電，充電結算，導航等。

6.4.2首頁總覽

總覽當日、當月開戶數、充值金額、充電金額、充電度數、充電次數、充電時長，累計的開戶數、充值金額、充電金額、充電度數、充電次數、充電時長，以及相應的環(huán)比增長和同比增長以及樁、站分布地圖導航、本月充電統計。

6.4.3交易結算

充電價格策略管理，預收費管理，賬單管理，營收和財務相關報表。

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、故障分析等管理項，為用戶管理故障和查詢提供方便。

6.4.5統計分析

統計分析支持運營趨勢分析、收益統計，方便用戶以曲線、能耗分析等分析工具，瀏覽樁的充電運營態(tài)勢。

6.4.6運營報告

按用戶周期分析汽車、電瓶車充電站、樁運行、交易、充值、充電及報警、故障情況，形成分析報告。

6.4.7APP、小程序移動端支持

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，充電樁運行監(jiān)測，充電樁異常交易監(jiān)測。

6.5選型配置

7結語

電動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型路線的主要載體。在未來城市中電動汽車的廣泛普及與用電小區(qū)電動汽車充電樁的運營實際上體現了智能電網對“電網和用戶間的智能互動"、“鼓勵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“推進低碳經濟"的需求。

參考文獻

[1]楊延志.北京地區(qū)電動汽車充換電項目 設計優(yōu)化問題研究 [D].華北電力大學：華北電力大學，2014.

[2]和雅.電動汽車充電樁設計研究[D].南昌大學：國科學技術信息研究所，2012

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

[4]國標GB50966-2014 電動汽車充電站設計規(guī)范中華人民 共和國住房和城鄉(xiāng)建設部， 2015.

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

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

[7]張曦予.電動汽車充電站功率需求建模[D].華北電力大學，2014

[8]安科瑞企業(yè)微電網設計與應用手冊.2020.06.