新能源汽車(chē)智能充電樁關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用

張瑾

（深圳市建筑科學(xué)研究院股份有限公司 廣東深圳 518049）

隨著當(dāng)代社會(huì)的飛速發(fā)展，人們傳統(tǒng)的消費(fèi)意識(shí)和生活方式逐步改變，在日常生活和工作過(guò)程中，環(huán)保意識(shí)進(jìn)一步增強(qiáng)。近年來(lái)，隨著我國(guó)傳統(tǒng)燃油汽車(chē)數(shù)量的進(jìn)一步增大，國(guó)家整體不可再生資源被大量消耗，汽車(chē)尾氣伴隨著燃油汽車(chē)數(shù)量的增多而不斷增加，導(dǎo)致我國(guó)環(huán)境污染問(wèn)題進(jìn)一步嚴(yán)重。為了最大限度地解決環(huán)境污染問(wèn)題和我國(guó)較為緊張的能源儲(chǔ)備問(wèn)題，需要全面控制傳統(tǒng)模式下的燃油汽車(chē)的數(shù)量，同時(shí)發(fā)展新能源汽車(chē)，才能有效擺脫對(duì)傳統(tǒng)不可再生資源的過(guò)度依賴(lài)，為環(huán)境保護(hù)做出努力。在此條件下，對(duì)新能源汽車(chē)的研究進(jìn)一步增多，新能源汽車(chē)智能充電樁成為新能源汽車(chē)市場(chǎng)化和規(guī)模化發(fā)展過(guò)程中必不可少的重要內(nèi)容，對(duì)新能源汽車(chē)智能充電樁的探討和研究也就具備重要理論意義與現(xiàn)實(shí)價(jià)值［1］。

1 新能源汽車(chē)智能充電樁發(fā)展現(xiàn)狀

當(dāng)新能源汽車(chē)在市場(chǎng)上占有了一定份額并獲得了不少客戶(hù)的青睞后，新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)隨之得到了一定的發(fā)展。但與此同時(shí)，新能源汽車(chē)用戶(hù)也面臨著智能充電樁的難題，在日常使用新能源汽車(chē)的過(guò)程中，使用者很希望能夠及時(shí)地了解周邊智能充電樁的具體位置?；诖耍瑢?duì)新能源汽車(chē)智能充電樁電量的實(shí)時(shí)控制和檢測(cè)掌握也就顯得尤為重要，能夠?yàn)樾履茉雌?chē)使用客戶(hù)提供詳細(xì)的充電樁的電量檢測(cè)報(bào)告，并進(jìn)一步通過(guò)相關(guān)控制手段推動(dòng)智能化管理和精細(xì)化管理，這也是近年來(lái)新能源汽車(chē)智能充電樁的基本發(fā)展趨勢(shì)和方向。當(dāng)前階段，電子信息技術(shù)飛速發(fā)展，在一定程度上促進(jìn)了新能源汽車(chē)電樁儲(chǔ)能技術(shù)水平的不斷提高和儲(chǔ)能措施的進(jìn)一步完善，不僅可以使新能源汽車(chē)的電池更換頻率得到一定的降低，也可以使新能源汽車(chē)的電池更換方式更加方便，拓展了新能源汽車(chē)的使用方式，也隨之促進(jìn)了新能源汽車(chē)智能電樁和電站的發(fā)展，為后續(xù)新能源汽車(chē)智能化技術(shù)的優(yōu)化、智慧電樁技術(shù)的進(jìn)步，甚至是電站功能的充分滿(mǎn)足和優(yōu)化提供強(qiáng)有力的技術(shù)支撐［2］。

2 新能源汽車(chē)智能充電樁關(guān)鍵技術(shù)

2.1 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在新能源汽車(chē)智能充電樁的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，要想做好智能充電樁的優(yōu)化設(shè)計(jì)，必須完善其基礎(chǔ)設(shè)施配件框架結(jié)構(gòu)，包括完善其中央主控板、讀卡器、打印機(jī)、監(jiān)控裝置，甚至是GPRS通信模塊等硬件結(jié)構(gòu)的參數(shù)設(shè)置。圖1即為新能源汽車(chē)智能充電樁的整體框架結(jié)構(gòu)圖，在中央控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)上，加強(qiáng)對(duì)充電裝置的啟動(dòng)、運(yùn)行，甚至是及時(shí)停止等功能的優(yōu)化設(shè)計(jì)，充分發(fā)揮智能充電樁充電系統(tǒng)主模塊和監(jiān)控模塊全過(guò)程監(jiān)管的作用，便于借助多種通信方式及時(shí)、高效地收集充電樁運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的各類(lèi)型數(shù)據(jù)，并將其傳輸?shù)胶笈_(tái)進(jìn)行處理和分析［3］。例如，可采取控制能力優(yōu)秀、接口兼容性更強(qiáng)、資源更加豐富和處理速度更加強(qiáng)大的優(yōu)質(zhì)微處理器優(yōu)化主控系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)，加強(qiáng)主控系統(tǒng)、上位機(jī)及與控制器之間的連接，以確保整個(gè)新能源汽車(chē)智能充電樁控制系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行和電池管理系統(tǒng)性能的實(shí)現(xiàn)，使智能充電樁用戶(hù)的自動(dòng)操作及余額自動(dòng)查詢(xún)等諸多功能得以實(shí)現(xiàn)，并可根據(jù)新能源使用汽車(chē)使用者的客戶(hù)等級(jí)，設(shè)置相應(yīng)的監(jiān)管權(quán)限，提高整個(gè)智能充電樁操作的安全性和便捷性。

圖1 新能源汽車(chē)智能充電樁的整體框架結(jié)構(gòu)圖

2.2 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

新能源汽車(chē)智能充電樁軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要是確保智能充電樁不同模塊之間的高效結(jié)合，實(shí)現(xiàn)不同模塊功能之間的相互聯(lián)系、相互作用和相互支撐，各模塊之間的效能能夠相互協(xié)調(diào)配合，以保證智能充電樁順利完成充電工作，整個(gè)軟件系統(tǒng)的功能框架圖如圖2所示。在優(yōu)化設(shè)計(jì)智能充電樁主控系統(tǒng)時(shí)，必須連接好智能充電樁主機(jī)服務(wù)器、云端服務(wù)器甚至是儲(chǔ)存服務(wù)器等基本軟件元件，結(jié)合新能源汽車(chē)車(chē)型規(guī)格、用戶(hù)使用目的和用戶(hù)消費(fèi)需求等，設(shè)計(jì)更加便捷且更加科學(xué)的智能充電樁。當(dāng)新能源汽車(chē)使用者選定服務(wù)模式后，中央控制模塊能快速啟動(dòng)信息傳遞功能，將不同單元子模塊可能需要的數(shù)據(jù)傳遞到信息處理部分，使子單元模塊能按照既定操作命令實(shí)現(xiàn)數(shù)字化充電過(guò)程。同時(shí)，智能充電樁在提供電能供應(yīng)的日常工作過(guò)程中，也可采取邊運(yùn)行邊收集資料的模式，采集用戶(hù)充電量、使用頻率、消費(fèi)金額等數(shù)據(jù)，達(dá)到充電樁智慧控制和數(shù)據(jù)管轄的目的［4］。

圖2 軟件系統(tǒng)功能框架圖

在設(shè)計(jì)新能源汽車(chē)智能充電樁軟件系統(tǒng)安全管理模塊的過(guò)程中，應(yīng)從保障新能源汽車(chē)使用客戶(hù)數(shù)據(jù)安全性和私密性入手，不斷優(yōu)化安全保密模塊管理模塊、數(shù)據(jù)加固模塊等，建立相應(yīng)的ms系統(tǒng)并設(shè)定相應(yīng)的dl模塊，實(shí)現(xiàn)對(duì)新能源汽車(chē)客戶(hù)數(shù)據(jù)的定義和監(jiān)管操作。應(yīng)利用數(shù)據(jù)加密軟件或信息加密技術(shù)，設(shè)計(jì)出科學(xué)且精度較高的密鑰管理體系，完善數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)安全設(shè)置。另外，應(yīng)將新能源汽車(chē)數(shù)據(jù)與管理信息系統(tǒng)等相結(jié)合，使新能源汽車(chē)使用者在刷卡操作時(shí)產(chǎn)生數(shù)據(jù)交互和集成，確保整個(gè)新能源汽車(chē)充電系統(tǒng)對(duì)客戶(hù)數(shù)據(jù)個(gè)人信息及消費(fèi)信息的自動(dòng)加密和識(shí)別，防止商業(yè)秘密泄露，保障新能源汽車(chē)用戶(hù)信息安全。

在新能源汽車(chē)人機(jī)交互系統(tǒng)的設(shè)計(jì)上，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)智能充電樁界面系統(tǒng)的內(nèi)容設(shè)計(jì)，設(shè)置歡迎界面、充電界面和付款界面、應(yīng)用界面等，設(shè)計(jì)出和中央主控系統(tǒng)交互管理的優(yōu)勢(shì)界面，并借助計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的輸入輸出功能和多點(diǎn)觸發(fā)功能，模擬智能充電樁客戶(hù)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系數(shù)據(jù)庫(kù)的對(duì)話(huà)，使新能源使用者能在智能充電樁的操作下絲滑點(diǎn)擊和放大界面，并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)信息［5］。此外，在系統(tǒng)軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)上，應(yīng)進(jìn)一步優(yōu)化流程設(shè)計(jì)和編碼設(shè)計(jì)，強(qiáng)化充電模式選擇、充電過(guò)程控制、計(jì)費(fèi)過(guò)程甚至是連接過(guò)程等操作，提升操作準(zhǔn)確性。

2.3 環(huán)境兼容系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

新能源汽車(chē)智能充電樁環(huán)境兼容系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，能夠在高度緊扣綠色環(huán)保和安全等諸多設(shè)計(jì)理念的情況下，不斷優(yōu)化新能源汽車(chē)與環(huán)境的兼容，從而降低新能源汽車(chē)對(duì)能源資源的消耗，減少新能源汽車(chē)對(duì)周邊環(huán)境的污染，從而使其更具備環(huán)境友好型特質(zhì)。在此過(guò)程中，應(yīng)綜合考慮新能源汽車(chē)充電過(guò)程的相關(guān)影響因素和新能源汽車(chē)的用戶(hù)使用需求，在明晰智能充電樁基本設(shè)計(jì)原理和客戶(hù)需求的基礎(chǔ)上，利用云計(jì)算技術(shù)支撐智能充電樁的數(shù)據(jù)庫(kù)，構(gòu)建相應(yīng)的數(shù)據(jù)消費(fèi)模型和客戶(hù)關(guān)系模型，分析智能充電樁與客戶(hù)之間的數(shù)據(jù)信息特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)兼容的功能，對(duì)智能充電樁進(jìn)行更加精確和科學(xué)的控制［6］。

由于智能充電樁往往設(shè)置于室外，因此，必須充分考慮充電站高溫、暴曬、暴雨、暴雪、冰凍等諸多自然環(huán)境因素給智能充電樁帶來(lái)的不良影響，也就是說(shuō)，充電樁的安裝設(shè)計(jì)必須充分考慮周邊環(huán)境、水文條件和氣候條件等因素，避免周邊自然環(huán)境給智能充電樁帶來(lái)性能上的損傷。

為了避免智能充電樁遭受電磁干擾，電站的選址應(yīng)選擇工業(yè)級(jí)別低的位置，避免低溫度甚至是充電樁所處空間環(huán)境對(duì)整個(gè)充電過(guò)程的負(fù)面影響。此外，在充電樁的電器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，必須加入防雷裝置，采取壓敏電阻的靜電結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化充電系統(tǒng)電路，通過(guò)磁環(huán)、磁柱等加強(qiáng)對(duì)智能充電樁數(shù)據(jù)傳輸通信線路的靜電保護(hù)，避免受到電磁效應(yīng)干擾而影響消費(fèi)者體驗(yàn)。

3 新能源汽車(chē)智能充電樁的應(yīng)用

截至2020年4月，全國(guó)范圍內(nèi)建成的新能源汽車(chē)充電場(chǎng)所共計(jì)1.16萬(wàn)座，建成充電樁9.5萬(wàn)個(gè)，其中，在高速路口等重要干線的新能源汽車(chē)快充站2022座，充電樁8270個(gè)，形成了橫豎相交、縱橫交錯(cuò)、內(nèi)外相連的涵蓋絕大多數(shù)高速公路的快速充電網(wǎng)絡(luò)，覆蓋了全國(guó)4.9 萬(wàn)km 的高速公路，囊括了我國(guó)19 個(gè)省的171 個(gè)城市，對(duì)我國(guó)提升新能源汽車(chē)長(zhǎng)距離運(yùn)輸能力有著難以估量的價(jià)值，也直接打消了新能源汽車(chē)用戶(hù)對(duì)續(xù)航時(shí)間短的顧慮，擴(kuò)大了該產(chǎn)業(yè)的市場(chǎng)占有份額。截至2020年，國(guó)家電網(wǎng)中車(chē)聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)累計(jì)接入的充電樁高達(dá)45.7萬(wàn)個(gè)，覆蓋了我國(guó)整個(gè)公共充電樁85%以上，有效實(shí)現(xiàn)了新能源汽車(chē)智能充電樁和物聯(lián)網(wǎng)等設(shè)備的快速發(fā)展與契合?？偠灾S著國(guó)家環(huán)境保護(hù)政策措施的實(shí)施，在國(guó)家電網(wǎng)和新能源汽車(chē)生產(chǎn)企業(yè)強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合的大環(huán)境背景下，新能源汽車(chē)消費(fèi)市場(chǎng)與工業(yè)3.0、智能制造及萬(wàn)物互聯(lián)等緊密聯(lián)系，盡全力為建設(shè)新能源汽車(chē)智慧平臺(tái)打下了扎實(shí)的基礎(chǔ)，充分發(fā)揮了不同層級(jí)、不同主體的積極作用，在新能源汽車(chē)萬(wàn)物互聯(lián)背景下為整合優(yōu)質(zhì)資源、拓寬合作廣度與增加合作深度做出了貢獻(xiàn)，為我國(guó)進(jìn)一步擴(kuò)大新能源汽車(chē)市場(chǎng)規(guī)模打下了基礎(chǔ)，也為新能源汽車(chē)智能充電樁的使用書(shū)寫(xiě)了全新篇章。

4 結(jié)語(yǔ)

在新能源汽車(chē)取代傳統(tǒng)模式下的燃油汽車(chē)的整個(gè)社會(huì)發(fā)展過(guò)程中，新能源汽車(chē)智能充電樁技術(shù)是新能源汽車(chē)市場(chǎng)化、規(guī)?；涂焖倨占暗闹匾A(chǔ)，要想發(fā)展新能源汽車(chē)，就必須控制傳統(tǒng)燃油汽車(chē)的數(shù)量，扭轉(zhuǎn)我國(guó)能源緊張和環(huán)境惡化的不良局面，減少汽車(chē)尾氣污染和石油能源等的消耗，也就應(yīng)不斷完善和優(yōu)化新能源汽車(chē)應(yīng)用過(guò)程中的智能電樁設(shè)計(jì)，在新能源汽車(chē)應(yīng)用過(guò)程中全面考慮環(huán)境因素、硬件設(shè)計(jì)因素、軟件架構(gòu)因素甚至是兼容系統(tǒng)等諸多因素對(duì)整個(gè)新能源汽車(chē)充電樁的影響，為更好地利用新能源汽車(chē)智能充電樁打下更扎實(shí)的基礎(chǔ)。