電動(dòng)汽車智能充電樁管理方案探析

李鵬

國(guó)網(wǎng)廈門供電公司 福建廈門 361000

1 概述

各地紛紛建立電動(dòng)汽車充電樁，地方政府成電動(dòng)汽車充電樁建設(shè)關(guān)鍵推手。目前，全國(guó)已有40 多個(gè)省進(jìn)行了充電樁的建設(shè)。初期充電樁建設(shè)將以小批量試點(diǎn)為主，通過試點(diǎn)加速行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的出臺(tái)，屆時(shí)充電樁將進(jìn)入快速爆發(fā)式增長(zhǎng)階段[1]。

眾所周知，常規(guī)的汽車主要以化石燃料作為汽車的動(dòng)力能源，這種燃料不僅會(huì)污染環(huán)境，而且燃料資源是有限的、不可再生的。因此，大家逐漸把目光放在電動(dòng)汽車的生產(chǎn)和研究上。電動(dòng)汽車的使用不僅可以減少向大氣排放的尾氣量，有效改善環(huán)境，而且其使用的電能資源是比較好獲取的，所以電動(dòng)汽車的發(fā)展勢(shì)在必行。但是電動(dòng)汽車自身較弱的續(xù)航能力、充電不方便等缺點(diǎn)一直是大家的顧慮，在一定程度上影響了電動(dòng)汽車的推廣和使用。而電動(dòng)汽車智能充電樁的提出能很好的解決電動(dòng)汽車充電，它對(duì)電動(dòng)汽車動(dòng)力電池的維護(hù)可以根據(jù)動(dòng)力電池的電量自動(dòng)進(jìn)行，簡(jiǎn)化了汽車用戶操作行為，可以更好地促進(jìn)電動(dòng)汽車的推廣。

2 電動(dòng)汽車的充電方法和建設(shè)充電樁監(jiān)控系統(tǒng)的必要性

目前，電動(dòng)汽車充電方式主要有以下幾種，如下圖1 所示：

圖1 電動(dòng)汽車充電方式

（1）交流充電。交流充電樁一般是指固定在地面上，為具有車載充電機(jī)的電動(dòng)汽車提供交流電源，主要安裝于公共建筑、居民小區(qū)停車場(chǎng)和充電站內(nèi)，充電時(shí)間較長(zhǎng)。一個(gè)交流充電樁可同時(shí)為一輛或多輛電動(dòng)汽車充電，基于負(fù)荷特點(diǎn)和節(jié)能環(huán)保的要求，交流充電樁以安全性為基礎(chǔ)，以實(shí)用性、智能化和標(biāo)準(zhǔn)化為導(dǎo)向，集供配電系統(tǒng)、充電系統(tǒng)、充電站監(jiān)控系統(tǒng)和計(jì)費(fèi)管理系統(tǒng)于一體，實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)、計(jì)電量、計(jì)金額充電等全面智能化。

交流充電一般采用交流電源的是220V 或380V，充電時(shí)充電裝置會(huì)對(duì)電流進(jìn)行整流和濾波，然后再充電，可以保護(hù)電源裝置，但是交流充電一般耗時(shí)較久，不適合大型的電動(dòng)汽車充電。

（2）直流充電。直流充電采用整流設(shè)備為電動(dòng)汽車的蓄電池充電，功率較大，輸出電流、電壓變化范圍比較廣，因此可以滿足不同類型電動(dòng)汽車的充電需求，并且可以在較短時(shí)間內(nèi)快速給電動(dòng)汽車充電，直流充電樁一般安裝在電動(dòng)汽車充電站中。直流充電站作為電動(dòng)汽車充電站的前端設(shè)備，以實(shí)用性、智能化和標(biāo)準(zhǔn)化為導(dǎo)向，集配電系統(tǒng)、充電系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)和計(jì)費(fèi)管理系統(tǒng)于一體，實(shí)現(xiàn)充電的人機(jī)互動(dòng)、計(jì)費(fèi)、計(jì)量、收費(fèi)和充電管理等。

直流充電方式不需經(jīng)車載裝置對(duì)電流進(jìn)行調(diào)節(jié)，不需要整流裝置，可以減輕電動(dòng)汽車負(fù)重，而且直流充電一般采用大功率充電，所以充電速度比較快，可達(dá)到快速充電效果，可適用于大型電動(dòng)汽車。

（3）更換電池組。一般通過一主一備的兩組電池來實(shí)現(xiàn)，當(dāng)一組在工作時(shí)候，另一組保持充電狀態(tài)，工作的電池電力耗盡時(shí)，更換另一組備用電池，這種充電方式可以減少汽車充電時(shí)間，提高電動(dòng)汽車的利用率。但是，它需要加大電池的投資以及對(duì)電池的保養(yǎng)維護(hù)費(fèi)用。

（4）非接觸式充電。這種方式采用的少，因?yàn)樾枰陔妱?dòng)汽車內(nèi)嵌入特定的電氣元件，使得汽車隨時(shí)可以與該電氣元件接觸，達(dá)到隨時(shí)充電的目的。但是這種技術(shù)目前還不成熟且需要大量資金投入研發(fā)，所以并沒有被推廣使用。

盡管現(xiàn)在電動(dòng)汽車還存在不少缺點(diǎn)，但隨著科技進(jìn)步、技術(shù)成熟，電動(dòng)汽車的缺點(diǎn)也將逐步攻克。電動(dòng)汽車也有著它特有的優(yōu)勢(shì)，比如噪音小、無污染。當(dāng)今，電動(dòng)汽車一般采用鋰電子電池，這種電池對(duì)充放電的要求很高，需要建設(shè)智能充電樁來管理，否則會(huì)損害鋰電池，嚴(yán)重時(shí)可能會(huì)引發(fā)安全事故，所以有必要對(duì)電動(dòng)汽車充電樁進(jìn)行充分管理。

3 電動(dòng)汽車充電樁監(jiān)控系統(tǒng)功能

監(jiān)控系統(tǒng)主要是將統(tǒng)一的充電樁設(shè)備與系統(tǒng)接入，采集實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控充電樁及充電狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控、充電量采集。[2]監(jiān)控系統(tǒng)主要功能概括如下：

（1）充電樁管理?；贕IS 的電動(dòng)汽車智能充電樁基本信息管理，分布，能力等信息。

（2）狀態(tài)監(jiān)控。實(shí)現(xiàn)對(duì)電壓、電流、保護(hù)狀態(tài)、開關(guān)狀態(tài)等數(shù)據(jù)采集與實(shí)時(shí)監(jiān)控。

（3）充電監(jiān)控。充電時(shí)輸入輸出電壓、電流、充電時(shí)間、功率因數(shù)、當(dāng)前充電模式、充電機(jī)故障狀態(tài)等數(shù)據(jù)采集與實(shí)時(shí)監(jiān)控。

（4）汽車電池狀態(tài)監(jiān)控。主要監(jiān)控汽車電池的基本信息、電池單體電壓、電池單體溫度、電池故障狀態(tài)等信息。

4 電動(dòng)汽車充電樁綜合運(yùn)營(yíng)管理

電動(dòng)汽車充電樁運(yùn)營(yíng)管理涉及到對(duì)分散于市區(qū)內(nèi)充電設(shè)施的資產(chǎn)（設(shè)備）管理、計(jì)量計(jì)費(fèi)、支付結(jié)算、統(tǒng)計(jì)分析、運(yùn)行管理、用戶管理、客戶服務(wù)、集中監(jiān)測(cè)等功能，為電動(dòng)汽車充電服務(wù)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)營(yíng)管理提供有力支撐，保證電動(dòng)汽車運(yùn)營(yíng)高效有序，實(shí)現(xiàn)運(yùn)營(yíng)智能化、規(guī)范化管理[2]。電動(dòng)汽車充電樁綜合運(yùn)營(yíng)管理流程圖如下圖2 所示：

圖2 電動(dòng)汽車充電樁綜合運(yùn)營(yíng)管理流程圖

對(duì)于運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)的建設(shè)分兩步走，第一步使用樁設(shè)備提供商的運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)，把充電業(yè)務(wù)先行推廣起來；第二步深度規(guī)劃系統(tǒng)的頂層設(shè)計(jì)，按照業(yè)務(wù)需求重構(gòu)運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)。

4.1 運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)搭建

主要是利用設(shè)備商提供的運(yùn)行系統(tǒng)完成運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)搭建實(shí)現(xiàn)充電業(yè)務(wù)推廣。設(shè)備商提供的系統(tǒng)一般具有三大功能：

（1）充電站站級(jí)系統(tǒng)：能夠?qū)Τ潆姌兜娜粘顟B(tài)、充電過程進(jìn)行監(jiān)控，能夠?qū)断掳l(fā)指令實(shí)現(xiàn)對(duì)功率的自動(dòng)調(diào)配；能實(shí)現(xiàn)支付對(duì)接；能實(shí)現(xiàn)對(duì)下游站級(jí)平臺(tái)的清算、對(duì)賬功能；

（2）建立手機(jī)APP，能看到對(duì)附近充電樁的位置信息以地圖、列表的方式展示，同時(shí)可以顯示出樁的狀態(tài)信息，能夠快速定位、導(dǎo)航到最近處于空閑狀態(tài)、可用的充電樁；

（3）建立數(shù)據(jù)通訊前置，達(dá)到樁群管理的功能?？梢造`活的按照市場(chǎng)需求進(jìn)行樁的組網(wǎng)控制。

4.2 數(shù)據(jù)運(yùn)營(yíng)中心建設(shè)

數(shù)據(jù)運(yùn)行中心的建設(shè)要最終實(shí)現(xiàn)對(duì)全國(guó)充電樁的集中管控具體從以下幾個(gè)方面實(shí)施：

（1）建立數(shù)據(jù)通訊前置。直接面向充電樁，統(tǒng)一接口規(guī)范，實(shí)現(xiàn)充電樁軟件升級(jí)，實(shí)現(xiàn)信息的轉(zhuǎn)發(fā)與下達(dá)。

（2）建立充電樁云管理平臺(tái)。搭建云管理平臺(tái)實(shí)現(xiàn)充電業(yè)務(wù)集中監(jiān)控，自動(dòng)報(bào)告上送異常情況，并有自動(dòng)調(diào)整功能。

（3）建立區(qū)域級(jí)站點(diǎn)管理平臺(tái)。對(duì)充電站的操作權(quán)限進(jìn)行分配，權(quán)限不同，業(yè)務(wù)管理范圍不同。實(shí)現(xiàn)用電高峰期的功率調(diào)配，具有廣告管理等功能。提供站級(jí)二級(jí)清分結(jié)算等功能，預(yù)留賬務(wù)接口能夠與原有財(cái)務(wù)系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)接，實(shí)現(xiàn)銀企直連完成可以按照下轄站點(diǎn)的要求進(jìn)行資金劃撥。

（4）建立全國(guó)運(yùn)營(yíng)總中心。完善完備數(shù)據(jù)記錄，便于查找維護(hù)；完善權(quán)限管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)任務(wù)分配、變更、指令下發(fā)及反饋；完善充電樁運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)支付體系，支持多種便捷支付；完善充電樁用戶的賬戶體系，實(shí)現(xiàn)體系內(nèi)的便捷支付；完善清分結(jié)算體系，實(shí)現(xiàn)財(cái)務(wù)自動(dòng)清分與結(jié)算，并具有差錯(cuò)報(bào)送及處理機(jī)制。

（5）建立便捷的APP 中心。提供充電樁定位、導(dǎo)航、支付等功能，方便用戶使用充電樁，并且基于互聯(lián)網(wǎng)思維提供車主互動(dòng)平臺(tái)、運(yùn)營(yíng)商互動(dòng)平臺(tái)，預(yù)留多種增值功能。

5 充電樁智能監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

電動(dòng)汽車充電樁智能監(jiān)控系統(tǒng)需滿足配電系統(tǒng)的保護(hù)、控制、監(jiān)視、通訊等要求，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)充電站電力的監(jiān)控和管理，包括配電監(jiān)控、充電機(jī)監(jiān)控、煙霧監(jiān)控等，可對(duì)整個(gè)充電站設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)和設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制，并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、統(tǒng)計(jì)和打印，以及歷史記錄的查詢和報(bào)警[3]。

5.1 管理層

在后臺(tái)建立數(shù)據(jù)庫(kù)，存儲(chǔ)歷史數(shù)據(jù)，同時(shí)通過后臺(tái)主機(jī)完成全系統(tǒng)監(jiān)控和各種管理功能（權(quán)限、報(bào)警、打印、趨勢(shì)），并可實(shí)現(xiàn)與其它智能系統(tǒng)的通訊。

5.2 通訊層

通訊層主要是完成現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)視和控制，并實(shí)現(xiàn)通訊轉(zhuǎn)換和故障診斷功能。通訊層設(shè)備一般包括HMI人機(jī)界面、AC500可編程控制器、前端串口服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)不同設(shè)備間信息傳遞，實(shí)現(xiàn)信息互通。

5.3 設(shè)備層

現(xiàn)場(chǎng)的遙信量、遙控量、控制、保護(hù)動(dòng)作等信息均通過現(xiàn)場(chǎng)帶通訊功能的電力儀表實(shí)時(shí)采集，同時(shí)設(shè)置越限、告警和脫扣等功能保護(hù)，并以數(shù)字信息上傳至通訊層和后臺(tái)主機(jī)。設(shè)備層主要設(shè)備是EM 智能電量?jī)x表、RTU 檢測(cè)與控制裝置及LNS 電流互感器。

6 結(jié)語(yǔ)

為了能夠縮短電動(dòng)汽車蓄電池的充電時(shí)間，延長(zhǎng)蓄電池的使用壽命，應(yīng)充分加強(qiáng)對(duì)電動(dòng)汽車智能充電樁的管理。通過充電樁的管理試下充電整個(gè)過程的智能化，減少人力資源投入。同時(shí)智能充電樁管理的提高還能在保護(hù)環(huán)境的同時(shí)促進(jìn)電動(dòng)汽車的推廣使用。