電動汽車充電設(shè)施互聯(lián)互通關(guān)鍵技術(shù)研究

摘 要：闡述了電動汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展存在的問題，從設(shè)計(jì)和開發(fā)電動汽車充電樁智能管理系統(tǒng)、構(gòu)建電動汽車充電服務(wù)一體化平臺、探索電動汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施的運(yùn)營模式、加強(qiáng)電動汽車充電一體化安全預(yù)警防護(hù)等不同角度，探討了電動汽車充電設(shè)施互聯(lián)互通關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用情況，對于加速推進(jìn)電動汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展和促進(jìn)充電基礎(chǔ)設(shè)施長效運(yùn)轉(zhuǎn)具有重要意義。

關(guān)鍵詞：電動汽車;充電基礎(chǔ)設(shè)施;互聯(lián)互通;關(guān)鍵技術(shù)

0 引言

電動汽車基本實(shí)現(xiàn)了零排放，是“以電代油”戰(zhàn)略實(shí)施的重要舉措，對于提高我國能源安全、應(yīng)對氣候變化、改善環(huán)境起著重要作用。本文重點(diǎn)探討電動汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施的統(tǒng)籌規(guī)劃與實(shí)施，從不同角度分析電動汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施應(yīng)用的互聯(lián)互通關(guān)鍵技術(shù)，以更好地減少汽車尾氣排放，優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)綠色可持續(xù)發(fā)展。

1 電動汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施概述

電動汽車是以車載電源為驅(qū)動的交通工具，采用以整車充電的集中充電方式，電動汽車的充電基礎(chǔ)設(shè)施根據(jù)充電樁連接電源電流和功率的不同，分為直流快充和交流慢充兩種模式?！蛾P(guān)于加快電動汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的指導(dǎo)意見》（國辦發(fā)〔2015〕73號）中提出，到2020年，基本建成適度超前、車樁相隨、智能高效的充電基礎(chǔ)設(shè)施體系，形成統(tǒng)一開放、競爭有序的“互聯(lián)網(wǎng)+充電基礎(chǔ)設(shè)施”產(chǎn)業(yè)生態(tài)體系，實(shí)現(xiàn)不同充電服務(wù)平臺的互聯(lián)互通，提高電動汽車充電設(shè)施的通用性和開放性。

2 電動汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展存在的問題

2.1? 充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)難度大

盡管當(dāng)前的電動汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)有良好的政策支持，然而因新能源汽車推廣使用不足、成本高等問題，導(dǎo)致充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的難度較大，并牽涉土地、配電網(wǎng)支撐等建設(shè)問題，極大地制約了充電基礎(chǔ)設(shè)施的推廣和完善。

2.2? ? 老舊居民小區(qū)內(nèi)充電樁的安裝難度大

部分老舊居民小區(qū)內(nèi)因其配電網(wǎng)容量有限，難以進(jìn)行合理的車位所有權(quán)分配，因而加大了小區(qū)內(nèi)充電樁的安裝難度，導(dǎo)致電動汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)滯后。

2.3? ? 電動汽車使用效率偏低

電動汽車充電網(wǎng)絡(luò)尚未充分互聯(lián)互通，導(dǎo)致出現(xiàn)“有車無處充電，有站無人問津”的現(xiàn)象。車主在尋找充電樁、支付過程中面臨困擾，充電的便捷性極大地影響了消費(fèi)者購買新能源汽車的欲望。另外，燃油車占位、充電設(shè)施缺乏系統(tǒng)的維護(hù)和有效的管理，均導(dǎo)致充電樁利用率低下，增加了新能源汽車消費(fèi)者的使用負(fù)擔(dān)。

2.4? ? 充電時(shí)間問題

充電時(shí)間一直是影響消費(fèi)者購買新能源汽車的關(guān)鍵因素之一。隨著電動汽車?yán)m(xù)航里程的不斷提升以及動力電池技術(shù)的快速發(fā)展，依然沒能徹底緩解廣大消費(fèi)者的里程焦慮，其根本原因在于充電時(shí)間而非續(xù)航里程，新能源汽車動輒30 min以上的快充時(shí)間，相比傳統(tǒng)燃油車顯得尤為不便。

2.5? ? 尚未形成成熟的充電服務(wù)商業(yè)模式

當(dāng)前還缺乏統(tǒng)一完善的智能充電服務(wù)平臺，各充電運(yùn)營商之間缺乏良好的信息互聯(lián)和互通，導(dǎo)致充電設(shè)施利用率極低，有待探索更加成熟完善的充電服務(wù)商業(yè)模式。

2.6? ? 充電安全問題

電動汽車充電安全隱患不僅在于電池本身，還在于充電環(huán)節(jié)存在安全隱患，如：電動汽車BMS、充電模塊、充電槍、充電樁監(jiān)控平臺等，均會引發(fā)電動汽車充電安全問題。近年來充電安全事故時(shí)有發(fā)生，如何進(jìn)一步提高充電設(shè)施的安全性仍是世界各國研究和關(guān)注的焦點(diǎn)。

3 電動汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施互聯(lián)互通關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用分析

3.1? ? 設(shè)計(jì)和開發(fā)電動汽車充電樁智能管理系統(tǒng)

針對當(dāng)前充電樁系統(tǒng)不健全、功能不完善、用戶體驗(yàn)差、利用率低等問題，要引入物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、Android技術(shù)，設(shè)計(jì)和應(yīng)用電動汽車充電樁智能管理系統(tǒng)，提出基于HTTP和MQTT通信協(xié)議的系統(tǒng)通信功能設(shè)計(jì)方案，實(shí)現(xiàn)電動汽車充電樁的智能化管理，包括設(shè)備監(jiān)控管理、調(diào)度管理、運(yùn)營分析及其他增值服務(wù)，為消費(fèi)者提供良好的人機(jī)交互體驗(yàn)，為用戶提供智能化服務(wù)。

系統(tǒng)服務(wù)器端主要包括以下模塊：（1）登陸模塊。通過服務(wù)器端實(shí)現(xiàn)相關(guān)的所有業(yè)務(wù)。（2）人員管理模塊。通過該模塊實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)所有用戶的信息管理。（3）設(shè)備監(jiān)控管理模塊。該部分是系統(tǒng)的核心和關(guān)鍵，由服務(wù)器端獲取客戶端主動上報(bào)的充電數(shù)據(jù)信息，并對上報(bào)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，控制充電電流、電壓的輸出，實(shí)現(xiàn)對充電狀態(tài)的遠(yuǎn)程控制。（4）調(diào)度管理模塊。該模塊在檢測到電動汽車用戶的充電請求時(shí)，獲悉其位置信息、電動汽車剩余電量信息、充電樁狀態(tài)信息，運(yùn)用相關(guān)算法進(jìn)行計(jì)算和分析，形成多種調(diào)度方案，下發(fā)至用戶的移動智能終端，向用戶提供可選擇的充電策略，實(shí)現(xiàn)充電樁的智能化調(diào)度和管理。（5）運(yùn)營分析管理模塊。該模塊主要實(shí)現(xiàn)對訂單的管理和數(shù)據(jù)的分析，計(jì)算獲悉充電次數(shù)、充電電量、總收益等。

系統(tǒng)客戶端則基于客戶端用戶的需求，實(shí)現(xiàn)以下模塊的設(shè)計(jì)和應(yīng)用：（1）數(shù)據(jù)主動上報(bào)模塊。這是系統(tǒng)的核心功能模塊，主要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)上報(bào)，實(shí)現(xiàn)服務(wù)器對設(shè)備的實(shí)時(shí)在線監(jiān)控。（2）充電狀態(tài)控制模塊。該模塊包括視圖驅(qū)動和狀態(tài)控制，由視圖驅(qū)動實(shí)現(xiàn)對視圖的判斷和改變，由狀態(tài)控制實(shí)現(xiàn)對充電數(shù)據(jù)、服務(wù)器控制數(shù)據(jù)的狀態(tài)控制。（3）動態(tài)計(jì)費(fèi)模塊。該模塊主要實(shí)現(xiàn)費(fèi)用的實(shí)時(shí)計(jì)算，由充電開始時(shí)間直至結(jié)束時(shí)間的電量計(jì)費(fèi)，通過充電樁屏幕和移動智能終端同步顯示計(jì)費(fèi)賬單詳情。

3.2? ? 構(gòu)建電動汽車充電服務(wù)一體化平臺

基于電動汽車充電服務(wù)的實(shí)際需求，合理規(guī)劃布局電動汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施，確保公共區(qū)域內(nèi)有足夠的充電樁數(shù)量，實(shí)現(xiàn)對充電基礎(chǔ)設(shè)施的二次優(yōu)化規(guī)劃擴(kuò)建，實(shí)現(xiàn)對充電樁位置、使用信息的監(jiān)控與管理，推進(jìn)充電樁的共享使用，提高充電樁的利用效率。同時(shí)，在構(gòu)建電動汽車充電服務(wù)一體化平臺的過程中，要考慮電池續(xù)航能力的限制性因素，進(jìn)行充電樁地理定位和導(dǎo)航，實(shí)現(xiàn)充電樁信息的充分共享，快速準(zhǔn)確獲悉充電樁的位置、類型、狀態(tài)等信息。同時(shí)，在電動汽車充電服務(wù)一體化平臺的應(yīng)用中，還要采用共享柜模塊，包括電控鎖、傳感器等裝置，實(shí)現(xiàn)對柜門電控鎖的鎖合，確保柜門正確關(guān)閉，確認(rèn)汽車充電專用配件的歸還情況。

3.3? ? 探索電動汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施的運(yùn)營模式

為了推廣新能源汽車的應(yīng)用，提升民眾對新能源汽車的體驗(yàn)感和認(rèn)同度，要構(gòu)建新能源汽車分時(shí)租賃一體化運(yùn)營體系，在政府支持下打造電動汽車分時(shí)租賃站點(diǎn)，以政務(wù)公車出行為切入點(diǎn)，為公務(wù)出行提供專享分時(shí)租賃服務(wù)，并面向民眾開放分時(shí)租賃的用車體驗(yàn)服務(wù)，緩解交通擁堵、停車難等問題，并與景區(qū)合作，為旅游人群提供短程自駕游玩的出行方案。同時(shí)，還要嚴(yán)格分時(shí)租賃公司的準(zhǔn)入標(biāo)準(zhǔn)，優(yōu)先選取續(xù)航時(shí)程長、可靠性高、質(zhì)保期長的新能源汽車，并加強(qiáng)新能源汽車分時(shí)租賃運(yùn)營模式的運(yùn)營保障，加強(qiáng)相關(guān)部門的協(xié)調(diào)和配合，優(yōu)先對其發(fā)放相關(guān)專用許可證，給予適當(dāng)補(bǔ)貼和用地指標(biāo)支持，并提供及時(shí)、快捷、高效的故障響應(yīng)服務(wù)，形成城市多層次公共交通體系。

3.4? ? 加強(qiáng)電動汽車充電一體化安全預(yù)警防護(hù)

在新能源電動汽車規(guī)?；l(fā)展進(jìn)程中，還要關(guān)注電動汽車充電一體化安全預(yù)警和防護(hù)，要構(gòu)建電動汽車充電一體化安全預(yù)警防護(hù)體系，從電動汽車充電安全相關(guān)的動力電池、充電設(shè)備、配電網(wǎng)三個(gè)層面入手，分析影響電動汽車充電安全的相關(guān)因素，如：對負(fù)荷特征的影響、對電氣設(shè)備的影響、對電能質(zhì)量的影響、對系統(tǒng)三相不平衡的影響等，并提出電動汽車充電一體安全預(yù)警防護(hù)指標(biāo)評價(jià)體系，相關(guān)指標(biāo)包括：電池累計(jì)故障次數(shù)、電池SOH、電池組電壓極差、BMS響應(yīng)率、充電設(shè)備累計(jì)故障次數(shù)、充電輸出過壓率、電壓水平波動率、配電臺變累計(jì)故障次數(shù)、臺變功率越限率等，采用基于灰色關(guān)聯(lián)度法及其改進(jìn)方法，實(shí)現(xiàn)對動力電池、充電設(shè)備、配電臺變的實(shí)時(shí)預(yù)警和防護(hù)。

4 結(jié)語

綜上所述，隨著電動汽車的規(guī)?；l(fā)展，電動汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)成為關(guān)注焦點(diǎn)，要做好電動汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施的規(guī)劃布局，進(jìn)行充電站選址的合理布局和設(shè)置，并采用電動汽車充電樁智能化管理技術(shù)和系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)電動汽車充電站的“無人值守”，更好地優(yōu)化調(diào)度管理策略，實(shí)現(xiàn)電動汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施的智能化調(diào)度，以其便捷、快速的操作提高用戶的充電體驗(yàn)，并探索電動汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施的運(yùn)營模式，完善電動汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施的安全預(yù)警和防護(hù)，形成完善、系統(tǒng)、安全的充電網(wǎng)絡(luò)，利用電網(wǎng)和“互聯(lián)網(wǎng)+”資源實(shí)現(xiàn)充電基礎(chǔ)設(shè)施的互聯(lián)互通。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 吳輝江，林松跑，吳蕓蕓.加快電動汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)[J].浙江經(jīng)濟(jì)，2016（20）：58.

[2] 許艷華.破解充電設(shè)施困境的五項(xiàng)重點(diǎn)工作[J].汽車縱橫，2018（2）：54-57.

收稿日期：2019-12-12

作者簡介：余靜（1982—），女，安徽桐城人，工程師，從事新能源汽車充電設(shè)施方面的研究工作。