摘要：進(jìn)入21世紀，我國經(jīng)濟發(fā)展速度加快，但是針對環(huán)境的影響較大。為能進(jìn)一步保護環(huán)境，各行業(yè)都在倡導節能減排。新能源汽車(chē)的出現，是減少汽車(chē)尾氣排放的重要措施。因此，研究新能源汽車(chē)的實(shí)際發(fā)展情況，并了解充電樁供配電設計對策十分重要?；诖?，文章對新能源汽車(chē)的發(fā)展瓶頸進(jìn)行分析，簡(jiǎn)述高壓直掛多能互補超充電站，以及傳統充電站的類(lèi)別和結構組成，詳細分析充電樁供配電設計，以及充電樁運營(yíng)管理對策，并就新能源適用問(wèn)題進(jìn)行分析。關(guān)鍵詞：新能源；充電樁；供配電設計；供配電管理0引言 在我國相關(guān)政策中明確，要加強應用新能源汽車(chē)，完善充電樁等配套設施，以進(jìn)一步推動(dòng)新能源汽車(chē)行業(yè)向前發(fā)展。充電樁作為新能源汽車(chē)的組成，要注重研究充電樁安裝技術(shù)，提高充電樁安裝水平，讓新能源汽車(chē)行業(yè)帶動(dòng)充電樁行業(yè)發(fā)展。在“雙碳"目標下，我國2021年的新能源汽車(chē)保有量達到7840000臺，占據我國總體汽車(chē)的2.6%。根據預測到2025年，新能源汽車(chē)的保有量將達到26000000輛，占據總車(chē)輛的7%，同時(shí)對應的充電樁數量在2025年將突破10000000臺，在這種情況下就需要更多穩定的充電樁。

1 新能源汽車(chē)的發(fā)展瓶頸

從目前的新能源汽車(chē)發(fā)展上能看出，新能源汽車(chē)所存在的問(wèn)題可以分為三點(diǎn)，分別是充電難、充電慢和維護難，充電難是指目前所具備的充電樁數量與新能源汽車(chē)數量不匹配，車(chē)樁比為2.6∶1，公共充電樁大約為1600000臺，市場(chǎng)上所具備的充電樁約為4000000條。充電慢是指現有的充電樁往往都為60kW，缺少120kW的直流充電，導致車(chē)輛所需要停留的時(shí)間過(guò)長(cháng)。維護難在于充電樁的故障率較高，需要在后期支出一定的維護成本。

在這種情況下，為解決充電慢的問(wèn)題，高壓快充技術(shù)成為未來(lái)發(fā)展的關(guān)鍵。從實(shí)際技術(shù)應用上能看出，提高充電電流或者提高充電電壓是能解決充電慢的重要方法，充電電流的提升針對熱管理要求較高，同時(shí)在推廣上也有著(zhù)較大的難度。充電電壓的提升，不僅能減少質(zhì)量，還能節約空間，能進(jìn)一步實(shí)現快速充電，因此，在未來(lái)發(fā)展上以提高充電電壓為基礎的高壓快充技術(shù)成為重要發(fā)展形勢。與此同時(shí)，應用新技術(shù)來(lái)升級充電樁也是關(guān)鍵，比如利用技術(shù)來(lái)強化管理能源，完善監控，能將充電樁、汽車(chē)和運營(yíng)商三個(gè)方面的數據進(jìn)一步整合，能實(shí)現樁與樁之間的有效管理。通過(guò)利用大數據方式來(lái)匹配車(chē)主和充電樁資源，能確保新能源汽車(chē)車(chē)主有效的找到充電樁，便于合理利用，提高充電樁的利用率。

2傳統充電站概述2.1傳統充電站的類(lèi)別

一種是申請10kW的外線(xiàn)作為充電樁電源，另外一種是用戶(hù)預留電源，并不需要申請外線(xiàn)。傳統充電站從結構方面可以分為一體式和分體式，一體式在樁體內布置充電模塊，分體式在電源堆箱體中集成充電模塊控制系統，在樁體中只有交互和槍頭。

2.2 傳統充電樁存在的問(wèn)題

對于傳統的充電樁來(lái)說(shuō)，在直流電源輸出功率上存在問(wèn)題，功率可達360 kW，功率轉換耗損超過(guò)10%，在轉換能源時(shí)的耗損嚴重。此外，交流測電能質(zhì)量存在問(wèn)題，因為功率會(huì )波動(dòng)，導致直流電源效率受到影響，回路引起的諧振過(guò)電流會(huì )影響內部系統正常運行，導致線(xiàn)路被毀。同時(shí)，新能源還會(huì )滲透電網(wǎng)功率，導致功率降低。接入新能源方面，則會(huì )因為新能源自身的特點(diǎn)，導致電能的實(shí)際利用率較差。

3 高壓直掛多能互補超充電站的結構

高壓直掛多能互補超充電樁迎合時(shí)代發(fā)展、應用當前的信息技術(shù)進(jìn)行監控，通過(guò)對大數據的應用能實(shí)現對系統的實(shí)時(shí)監控，進(jìn)而實(shí)現智能化運行[5]。同時(shí)，其充電功率能達到360 W/ 槍?zhuān)沂侵绷髋潆?，并沒(méi)有交流過(guò)程，能有效降低成本。高壓直掛多能互補超充電樁在安裝完成后，商家可以利用手機App來(lái)控制，實(shí)現遠程控制與管理，安裝時(shí)也方便，能根據當地的情況自由組合，具有高度集成化的特點(diǎn)。 高壓直掛多能互補快速充電站拓撲圖如圖1 所示，采用高壓進(jìn)入充電站箱變，輸出充電槍頭通過(guò)電動(dòng)牽引車(chē)輛。

4 充電樁的類(lèi)型

充電樁根據電壓來(lái)劃分，可以分為單相充電和三相充電，其中的單相充電電壓為220 V，三相充電電壓為380 V。 充電樁根據電流來(lái)劃分，可以分為直流型和交流型，其中交流型是依靠在新能源汽車(chē)上安裝車(chē)載充電方式來(lái)充電，電流并不大，而且所需要充滿(mǎn)的時(shí)間較長(cháng)，屬于充電速度慢的充電樁，往往更加適合居民區。直流充電樁可以將交流轉為直流，但是需要新能源汽車(chē)上存在充電單元。這一類(lèi)充電池的電流大，對應的充電時(shí)間較短，較為適合公共場(chǎng)所[6]。正常情況下，這類(lèi)充電樁的電壓為380 V，并且輸出功率各不相同。需要明確的是，雖然這類(lèi)充電樁能有效縮短充電時(shí)間，但是需要更加注重設施安全。 交流充電樁外界環(huán)境應在-20 ～ 50 ℃，海拔高度不能超過(guò)1 km。在電氣方面，要連接好插座和插頭，為插座供電，安裝漏保裝置。一旦發(fā)現故障應能立即使用監察裝置，并切斷故障電路。在照明配電線(xiàn)路中，插座和照明不能使用同一套回路來(lái)供電。

直流充電樁輸入電壓應為三相四線(xiàn)， 電壓為380 V AC，頻率為50 Hz，應滿(mǎn)足電池負載要求，以直流輸出電為主。直流充電樁充電分為快充和普通兩種，其中普通充電充滿(mǎn)要5 h 左右，而快速充電則能在1 h內完成充電。

充電樁應根據實(shí)際情況來(lái)針對性配備操作設備，讓用戶(hù)能自己根據實(shí)際情況對應選擇適合的充電方式，并能讓充電順利完成。同時(shí)，在充電上，應能直觀(guān)地顯示電池電量，實(shí)現無(wú)人管理目標。充電池應能充分監控整個(gè)充電流程，一旦出現問(wèn)題能1時(shí)間處理。充電池應能監控汽車(chē)的電池狀態(tài)，以電壓和溫度為監控標準，自動(dòng)調整內部電壓、電流。此外，充電樁還應從實(shí)際入手來(lái)配備相應的風(fēng)冷裝置。

5 充電樁的供配電設計

在民用建筑中，中斷供電會(huì )影響公共安全的設施，會(huì )影響公共交通的設置，其供電負荷不能低于二級。如果是充電樁不具備單獨安裝變壓器的情況，而是與其他用電設施同時(shí)使用變壓器，就需要充分考慮輸入功率的差距，并遵循配電等級越低對應供電穩定的原則選擇二級配電模式。通過(guò)變壓器電壓母線(xiàn)來(lái)試配配電箱，再由配電箱來(lái)供電。針對輸入功率較大的充電樁，則通過(guò)母線(xiàn)來(lái)直接供電。

因為直流充電樁的功率大，所以在實(shí)際安裝上也需要充分考慮變壓器。在安裝變壓器時(shí)的容量設計，是對應充電樁的需求，并非與其他的需求綜合。比如，儲能型的充電樁隨著(zhù)數量的不斷增加，其變壓器容量也逐漸穩定，而增加容量的目的是解決電流對于變壓器的實(shí)際影響。非儲能充電樁因為會(huì )受到中間環(huán)節的影響，采取隔離式變壓器來(lái)減少外界電流的影響，隨著(zhù)安裝直流充電樁的數量增多，對應的變壓器容量也需要增加。

根據實(shí)際資料調查分析能得出，要想明確直流充電樁的實(shí)際系數，要根據實(shí)際情況有效分析，并按照當地供電部門(mén)和項目情況進(jìn)行科學(xué)合理調整。在選擇變壓器容量上，需要考慮項目的正常用電需求，并適當地留有一定的容量空間，滿(mǎn)足后續充電樁發(fā)展。同時(shí)，采取控制器對充電樁的能源使用情況加以控制，在峰值期間能減少充電樁使用，降低直流充電樁的實(shí)際功率輸入，以此讓系統正常運行。

在峰值期間管理能源，按照充電樁類(lèi)型來(lái)選擇。對于儲能直流充電樁應采取分時(shí)充電原則，根據電價(jià)變化情況來(lái)充電，進(jìn)一步減少成本投入。此外，還要控制好充放電方法，進(jìn)一步延長(cháng)設備的使用壽命。同時(shí)，需要充分考慮防火性能，要將直流充電安裝在室外。直流充電和變配電室放在一起，以減少在線(xiàn)路方面的電能耗損。針對充電樁的回路，應針對性設置好電流保護，并去除一些不必要的設備，做好接地防護，保證設備的正常使用。

6 新能源適用分析

新能源是補充傳統能源的重要方法，因為其對環(huán)境友好的特點(diǎn)，被人們所重視。隨著(zhù)當前技術(shù)水平的提高，新能源已經(jīng)在民用建筑中得以廣泛應用。針對民用建筑來(lái)說(shuō)，常用的新能源有風(fēng)能、地熱能、太陽(yáng)能等。其中，風(fēng)能利用建筑主體優(yōu)化布局，確保建筑與外界通風(fēng)適合，減少能源消耗。通過(guò)風(fēng)能來(lái)發(fā)電，不考慮工程造價(jià)，會(huì )發(fā)電時(shí)產(chǎn)生較大噪聲，而且在城市中的風(fēng)能資源有限。如果是利用地熱能源來(lái)發(fā)電，由于地熱能也屬于天然能源，需要區域內有地熱能，然后通過(guò)地熱熱泵技術(shù)來(lái)加熱水，實(shí)現建筑和供暖和制冷。太陽(yáng)能則是通過(guò)太陽(yáng)光線(xiàn)來(lái)發(fā)電，不會(huì )受到場(chǎng)地因素的影響。目前，利用光伏板來(lái)發(fā)電的技術(shù)成熟，以后還會(huì )不斷優(yōu)化，能進(jìn)一步提高光電轉換效率。隨著(zhù)技術(shù)的發(fā)展，初期的成本投入也會(huì )降低，能為充電樁使用太陽(yáng)能打下基礎。常見(jiàn)的光伏發(fā)電系統中有充放電裝置、儲能裝置和光伏列陣等，而所選擇的容量可以根據光伏板輸出功率、面積和轉換效率等決定。當前，因為受到技術(shù)影響，所以光伏板的實(shí)際輸出功率一般在150 W/m2 左右，效率不低于70%。

針對民用建筑，可以利用離網(wǎng)和并網(wǎng)兩種，主要考慮實(shí)際的用電量。如果安裝120 kW 左右的光伏系統，并不能有效滿(mǎn)足實(shí)際的用電需求；如果是利用離網(wǎng)型單一類(lèi)型，則需要增加蓄電池的容量，目前主要是應用并網(wǎng)型系統。在此基礎上，并網(wǎng)系統應為避免出現“孤島"效應，及時(shí)采取相應措施，比如設置防逆流控制裝置，實(shí)時(shí)監測變壓器的電流與電壓，以此保證光伏系統的電量能小于實(shí)際的用電負荷，避免系統反送電能。

7 充電樁運營(yíng)管理對策7.1 構建一體化服務(wù)體系

從實(shí)際情況入手來(lái)加強服務(wù)，為車(chē)主、企業(yè)和部門(mén)等提供綜合服務(wù)。在構建一體化服務(wù)體系時(shí)，可以以當地的管理部門(mén)為基礎，設置控制**，然后將充電樁連接在一起，加強運營(yíng)與管理，構建一體化管理服務(wù)網(wǎng)絡(luò )。迎合時(shí)代發(fā)展應用信息化技術(shù)，建設數據庫，確保數據庫的實(shí)時(shí)更新，在服務(wù)體系中有充電樁、用戶(hù)、賬戶(hù)和汽車(chē)等多方面要素，讓用戶(hù)能及時(shí)明確充電樁的位置，提高服務(wù)質(zhì)量。7.2 增強車(chē)主意識

在實(shí)際管理中，應增強車(chē)主的自身安全意識，減少事故的發(fā)生。充電樁的安裝和生產(chǎn)企業(yè)可以從實(shí)際出發(fā)，根據充電樁在使用時(shí)的注意事項來(lái)設置活動(dòng)，也可以在車(chē)主充電時(shí)為其提供視頻學(xué)習，便于提高車(chē)主正確使用充電樁意識，減少事故發(fā)生。同時(shí)，還應能將責任落到實(shí)處，針對充電樁的使用單位和負責單位都應明確責任，并簽署合同，以此規范充電樁的安全使用要求和責任，提高使用人員自身的責任感，規范充電樁的使用方法。

8 安科瑞充電樁收費運營(yíng)云平臺系統選型方案

8.1概述

AcrelCloud-9000安科瑞充電柱收費運營(yíng)云平臺系統通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對接入系統的電動(dòng)電動(dòng)自行車(chē)充電站以及各個(gè)充電整法行不間斷地數據采集和監控，實(shí)時(shí)監控充電樁運行狀態(tài)，進(jìn)行充電服務(wù)、支付管理，交易結算，資要管理、電能管理，明細查詢(xún)等。同時(shí)對充電機過(guò)溫保護、漏電、充電機輸入/輸出過(guò)壓，欠壓，絕緣低各類(lèi)故障進(jìn)行預警；充電樁支持以太網(wǎng)、4G或WIFI等方式接入互聯(lián)網(wǎng)，用戶(hù)通過(guò)微信、支付寶，云閃付掃碼充電。

8.2應用場(chǎng)所

適用于民用建筑、一般工業(yè)建筑、居住小區、實(shí)業(yè)單位、商業(yè)綜合體、學(xué)校、園區等充電樁模式的充電基礎設施設計。

8.3系統結構

系統分為四層：

1）即數據采集層、網(wǎng)絡(luò )傳輸層、數據**層和客戶(hù)端層。

2）數據采集層：包括電瓶車(chē)智能充電樁通訊協(xié)議為標準modbus-rtu。電瓶車(chē)智能充電樁用于采集充電回路的電力參數，并進(jìn)行電能計量和保護。

3）網(wǎng)絡(luò )傳輸層：通過(guò)4G網(wǎng)絡(luò )將數據上傳至搭建好的數據庫服務(wù)器。

4）數據**層：包含應用服務(wù)器和數據服務(wù)器，應用服務(wù)器部署數據采集服務(wù)、WEB網(wǎng)站，數據服務(wù)器部署實(shí)時(shí)數據庫、歷史數據庫、基礎數據庫。

5）應客戶(hù)端層：系統管理員可在瀏覽器中訪(fǎng)問(wèn)電瓶車(chē)充電樁收費平臺。終端充電用戶(hù)通過(guò)刷卡掃碼的方式啟動(dòng)充電。

小區充電平臺功能主要涵蓋充電設施智能化大屏、實(shí)時(shí)監控、交易管理、故障管理、統計分析、基礎數據管理等功能，同時(shí)為運維人員提供運維APP，充電用戶(hù)提供充電小程序。

8.4 安科瑞充電樁云平臺系統功能

8.4.1智能化大屏

智能化大屏展示站點(diǎn)分布情況，對設備狀態(tài)、設備使用率、充電次數、充電時(shí)長(cháng)、充電金額、充電度數、充電樁故障等進(jìn)行統計顯示，同時(shí)可查看每個(gè)站點(diǎn)的站點(diǎn)信息、充電樁列表、充電記錄、收益、能耗、故障記錄等。統一管理小區充電樁，查看設備使用率，合理分配資源。

8.4.2實(shí)時(shí)監控

實(shí)時(shí)監視充電設施運行狀況，主要包括充電樁運行狀態(tài)、回路狀態(tài)、充電過(guò)程中的充電電量、充電電壓/電流，充電樁告警信息等。

8.4.3交易管理

平臺管理人員可管理充電用戶(hù)賬戶(hù)，對其進(jìn)行賬戶(hù)進(jìn)行充值、退款、凍結、注銷(xiāo)等操作，可查看小區用戶(hù)每日的充電交易詳細信息。

8.4.4故障管理

設備自動(dòng)上報故障信息，平臺管理人員可通過(guò)平臺查看故障信息并進(jìn)行派發(fā)處理，同時(shí)運維人員可通過(guò)運維APP收取故障推送，運維人員在運維工作完成后將結果上報。充電用戶(hù)也可通過(guò)充電小程序反饋現場(chǎng)問(wèn)題。

8.4.5統計分析

通過(guò)系統平臺，從充電站點(diǎn)、充電設施、、充電時(shí)間、充電方式等不同角度，查詢(xún)充電交易統計信息、能耗統計信息等。

8.4.6基礎數據管理

在系統平臺建立運營(yíng)商戶(hù)，運營(yíng)商可建立和管理其運營(yíng)所需站點(diǎn)和充電設施，維護充電設施信息、價(jià)格策略、折扣、優(yōu)惠活動(dòng)，同時(shí)可管理在線(xiàn)卡用戶(hù)充值、 凍結和解綁。

8.4.7運維APP

面向運維人員使用，可以對站點(diǎn)和充電樁進(jìn)行管理、能夠進(jìn)行故障閉環(huán)處理、查詢(xún)流量卡使用情況、查詢(xún)充電\充值情況，進(jìn)行遠程參數設置，同時(shí)可接收故障推送

8.4.8充電小程序

面向充電用戶(hù)使用，可查看附近空閑設備，主要包含掃碼充電、賬戶(hù)充值，充電卡綁定、交易查詢(xún)、故障申訴等功能。

8.5系統硬件配置

9 結束語(yǔ)

大力推廣應用新能源汽車(chē)的目的是減少對**能源的依賴(lài)。在充電樁中應用新能源技術(shù)能減少對環(huán)境的污染，從而使新能源技術(shù)成為這一行業(yè)發(fā)展的重要技術(shù)。從當前實(shí)際情況能看出，要想應用新能源技術(shù)，依然需要較高的成本，在未來(lái)仍需不斷研究，降低成本，同時(shí)減少對環(huán)境的污染，推動(dòng)新能源汽車(chē)和充電樁更好地發(fā)展。

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