安科瑞 陳聰

摘 要:傳統(tǒng)石油能源車逐漸向新電力能源方向轉變，這對電動車充電站配套設施提出了新的要求?；诖耍恼聦π履茉措妱榆嚦潆娬具M行了研究，并探討了其發(fā)展趨勢，以及目前存在的各類技術難題，提出汽車充電站的具體的發(fā)展策略，以促進其可持續(xù)發(fā)展。

關鍵詞:新能源電動車:光伏充電站:配套設施

0 引言

為了避免能源枯竭，需要尋找新型可再生能源替代原有的不能再生能源，因此光伏電能發(fā)電應運而生。隨著我國社會經濟的快速發(fā)展，傳統(tǒng)燃油私家車的數量正逐漸增多，隨之而來的是石油能源消耗量的逐漸增大，因此我國將汽車開發(fā)的關注點放到了新能源上，各類新能源電動車應運而生。

目前，電動車包括電動自行車、電動汽車、電動公交車等，純電動車有綠色環(huán)保、節(jié)能、經濟性等優(yōu)點，充電工作基本由使用者解決，借助充電站完成能源補充。電動汽車是21世紀汽車的主要發(fā)展方向，新能源電動車已經成為各大汽車生產商攻堅的重點。目前，新能源電動車在我國仍然無法普及個人光伏充電，且外接電線存在的安全隱患，因此對新能源電動車充電站加大關注力度，推動電動車的普及和發(fā)展口。

在未來，電動車將是人們出行的主要工具之一，而光伏充電站與新能源電動車緊密聯(lián)系。為了推動該行業(yè)的發(fā)展，我國出臺了一系列的政策為其提供保障，在此背景下加快配套設施建設，包括停車場、超市等公共場所從而提高充電站的服務質量。新能源電動車充電站是帶動電動車發(fā)展的一個關鍵點，需采用科學的手段在電動汽車的?？繀^(qū)域設置充電設施，為后續(xù)行業(yè)發(fā)展帶來更大的發(fā)展空間。

1 新能源電動車光伏充電站發(fā)展現狀及趨勢

1.1 國內外發(fā)展現狀

(1)國外光伏充電站發(fā)展現狀。2013 年美國 EnvisionSolar International 宣布太陽能電動充電站試驗獲得成功，日光伏發(fā)電量約為16 kw·h，是世界全自動、可移動的發(fā)電充電站。該光伏系統(tǒng)還配備Envision Trak，儲于車載電池儲能裝置中，且在 2014 年已將電量儲存從原有的18%提高至25%。

(2)國內光伏充電站發(fā)展現狀。2015 年北京建立了光伏超級充電站，該光伏充電站的兼容性非常強，整個充電站的能源提供全部由太陽能完成，共計建成50根充電樁，且在當年年底建成投入使用，為后續(xù)新能源車充電問題提供了支撐。如今，我國單一的光伏發(fā)電站每天可以為80輛電動車充電，主流車型都可以在此進行能源補充，且充電站還具備立體停車的功能。

1.2充電站市場發(fā)展趨勢

在環(huán)保壓力下，新能源技術的應用逐漸成為主流發(fā)展方向，如今我國新能源電動車將正式邁入產業(yè)化發(fā)展階段混合動力轎車、小型電動車、新電動公交車等不斷增多。為了避免出現能源枯竭的情況，我國還需進一步普及新能源電動車、多能源混合動力車，因此光伏電能發(fā)電擁有廣闊的市場前景，充電樁、充電站等配套設施也迎來快速發(fā)展時期。2017-2020 年中國光伏充電站保有量從90座快速增長至 618 座，年復合增長率達 181.8%。受益于新能源電動車應用的快速增長，充電設施建設速度較快，截至2020年底，我國共建設完成充電站5894座，但充電保有量遠低于新能源電動車的銷量增長。

2 新能源電動車光伏充電站的技術難題

2.1 光伏發(fā)電不穩(wěn)定性

光伏發(fā)電在我國的發(fā)展時間較短，目前存在的技術問題還較多，在優(yōu)化中需要對此加大關注力度。電動汽車充電時需要較高的電壓和電流，特點是需要長時間蓄電，但是天氣因素、環(huán)境因素等都會對光伏充電站的蓄電產生的影響，導致出現光伏發(fā)電不穩(wěn)定的現象，需予以解決。

2.2 成本過高柬縛產業(yè)發(fā)展

光伏充電站需要儲存后備能量，但其蓄電池采購成本過高，會由于使用環(huán)境和其他因素的影響而產生衰減，如果通過蓄電池來儲存能源，則蓄電池組建設成本會增加5倍但蓄電池的使用壽命約為8年，嚴重阻礙了行業(yè)的發(fā)展。光伏電站可以為充電樁提供能源，但與電網結合需保證充電樁運行的可靠性。

2.3 電動車充電樁標準脫軌

電動汽車行業(yè)標準目前都由西方掌握，由于我國起步比較晚，制約了我國充電站的發(fā)展，導致充電樁與標準脫軌。結合CCS 標準，要求電氣插座可以允許電動車慢充和快充，能夠囊括絕大部分甚至是全部電動車品牌，但我因現今部分區(qū)域的充電樁無法滿足該要求，且無法與Mennekes 類型兼容，導致充電時間遠慢于加油時間，因此未來行業(yè)優(yōu)化需要從標準化建設方面入手。

3 新能源電動車光伏充電站的發(fā)展策略

3.1 純太陽能供電系統(tǒng)

為了解決能源緊張等問題，太陽能資源被開發(fā)利用其作為可再生的清潔環(huán)保能源，符合我因綠色發(fā)展建設的需求，因此需積極探索及應用純太陽能供電系統(tǒng)。目前電動車充電站大多是通過電網供電，但是為了響應因家低碳節(jié)能的號召，需要通過光伏電板對此進行完善和優(yōu)化。純太陽能供電系統(tǒng)中儲能單元的設置非常重要，但光伏發(fā)電站初期的擁有量較少，而電力網絡由電網專營，供電變壓系統(tǒng)需要搭建光伏轉換電網，保證系統(tǒng)運行的安全性和穩(wěn)定性。

3.2 電網補充太陽能充電

儲能式太陽能電動車充電站能夠劃分多個儲能單元，可采用太陽能發(fā)電直接并入電網，避免影響系統(tǒng)安全。大量電動車需快速充電時，強大的電流可以對其他范圍電能造成干擾，為了保證充電站運行的穩(wěn)定性，需要聯(lián)合因家電網補充能源，根據實際需求自動在電網低谷時接通電網儲存電能，在太陽能發(fā)電不足時啟用混合供電，通過電通過電網補充太陽能充電，避免影響電網的正常工作。補充電網光伏充電站 如圖1所示

圖 1補充電網光伏充電站

3.3 太陽能系統(tǒng)配置優(yōu)化

太陽能充電站系統(tǒng)是一個獨立單元，需經過大量數據算法和實踐結果配制出太陽能充電系統(tǒng)，在因家電網用電高峰時段反向供電。同時，需明確每個電站可以給多少臺車充電，當有電動車負載需充電時，利用蓄電池給電動車補充電量:且系統(tǒng)可在電網低谷時接通電網儲存電能:利用儲能電站的優(yōu)勢達到太陽能發(fā)電及充電要求。

3.4 充電柱智能控制器

采用光伏蓄電池新儲能技術，可以為不同電壓等級的電動車充電，并避免對其電池造成損害。充電柱智能控制具體策略如下:

(1)在優(yōu)化中需要由蓄電池輸出的直流電直接給電動車充電，系統(tǒng)提供交流充電接口，通過直流一交流一直流電壓變換避免產生損耗:

(2)通過器電池儲存電能，切換管理系統(tǒng)接通電網儲存電能，并在電子顯示屏上進行顯示，對太陽電池板的電壓、電流進行實時監(jiān)控:

(3)總監(jiān)控系統(tǒng)中，對太陽能充電站電量進行統(tǒng)計以此為太陽能電站穩(wěn)定運行提供基礎數據，保證運行的穩(wěn)定性。

3.5 電站監(jiān)控系統(tǒng)

近年來，因家和不斷出臺新的政策推動我因新能源電動車的發(fā)展，電站監(jiān)控系統(tǒng)也在不斷優(yōu)化，通過微電腦技術、檢測技術等進行改善。該系統(tǒng)集成于智能控制器中本地測量模塊具有過壓、欠壓、溫度、漏電報警及保護功能可在充電前對系統(tǒng)自身進行自檢，檢測當前狀態(tài)條件是否符合充電要求，從而不斷完善電量計算、統(tǒng)計。同時，要求對電池組和電池單元運行狀態(tài)進行動態(tài)監(jiān)控，測量電池的剩余電量，達到延長其使用壽命、降低運行成本的目的，保證系統(tǒng)工作在狀態(tài)，進一步提高系統(tǒng)的可靠性。

4 安科瑞充電樁收費運營云平臺系統(tǒng)選型方案

4.1概述

AcrelCloud-9000安科瑞充電柱收費運營云平臺系統(tǒng)通過物聯(lián)網技術對接入系統(tǒng)的電動電動自行車充電站以及各個充電整法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，資要管理、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(lián)網，用戶通過微信、支付寶，云閃付掃碼充電。

4.2應用場所

適用于民用建筑、一般工業(yè)建筑、居住小區(qū)、實業(yè)單位、商業(yè)綜合體、學校、園區(qū)等充電樁模式的充電基礎設施設計。

4.3系統(tǒng)結構

系統(tǒng)分為四層：

1）即數據采集層、網絡傳輸層、數據層和客戶端層。

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

3）網絡傳輸層：通過4G網絡將數據上傳至搭建好的數據庫服務器。

4）數據層：包含應用服務器和數據服務器，應用服務器部署數據采集服務、WEB網站，數據服務器部署實時數據庫、歷史數據庫、基礎數據庫。

5）應客戶端層：系統(tǒng)管理員可在瀏覽器中訪問電瓶車充電樁收費平臺。終端充電用戶通過刷卡掃碼的方式啟動充電。

小區(qū)充電平臺功能主要涵蓋充電設施智能化大屏、實時監(jiān)控、交易管理、故障管理、統(tǒng)計分析、基礎數據管理等功能，同時為運維人員提供運維APP，充電用戶提供充電小程序。

4.4安科瑞充電樁云平臺系統(tǒng)功能

4.4.1智能化大屏

智能化大屏展示站點分布情況，對設備狀態(tài)、設備使用率、充電次數、充電時長、充電金額、充電度數、充電樁故障等進行統(tǒng)計顯示，同時可查看每個站點的站點信息、充電樁列表、充電記錄、收益、能耗、故障記錄等。統(tǒng)一管理小區(qū)充電樁，查看設備使用率，合理分配資源。

4.4.2實時監(jiān)控

實時監(jiān)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)、充電過程中的充電電量、充電電壓/電流，充電樁告警信息等。

4.4.3交易管理

平臺管理人員可管理充電用戶賬戶，對其進行賬戶進行充值、退款、凍結、注銷等操作，可查看小區(qū)用戶每日的充電交易詳細信息。

4.4.4故障管理

設備自動上報故障信息，平臺管理人員可通過平臺查看故障信息并進行派發(fā)處理，同時運維人員可通過運維APP收取故障推送，運維人員在運維工作完成后將結果上報。充電用戶也可通過充電小程序反饋現場問題。

4.4.5統(tǒng)計分析

通過系統(tǒng)平臺，從充電站點、充電設施、、充電時間、充電方式等不同角度，查詢充電交易統(tǒng)計信息、能耗統(tǒng)計信息等。

4.4.6基礎數據管理

在系統(tǒng)平臺建立運營商戶，運營商可建立和管理其運營所需站點和充電設施，維護充電設施信息、價格策略、折扣、優(yōu)惠活動，同時可管理在線卡用戶充值、凍結和解綁。

4.4.7運維APP

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

4.4.8充電小程序

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

4.5系統(tǒng)硬件配置

5 結束語

新時代背景下，新能源電動車將成為我因汽車的主要發(fā)展方向，如今電動汽車已經逐漸走向了成熟，但這也對電動車充電站配套設施發(fā)展提出了新的要求。新能源電動車光伏充電站在發(fā)展過程中離不開相關政策的支持，大力發(fā)展光伏發(fā)電技術，有助于推動光伏電動車的進一步發(fā)展。

參考文獻

1. 胡振文，蘆浩，韋勝喜，新能源電動車光伏充電站發(fā)展及研究.

2. 陳立興,黃學良,高速公路充電站電動汽車有序充電策略.電力自動化設備,2019,39(1):112-117.126.

3. 孔順飛,胡志堅謝仕煒,等,含電動汽車充電站的主動配電網二階段魯棒規(guī)劃模型及其求解方法.電工技術學報，2020.35(5):1093-1105.

4. 陳紅坤,夏方舟,袁棟,等.直流配電網中含光伏的電動汽車快速充電站優(yōu)化配置方案[J].電力系統(tǒng)自動化，2020,44(16):53-60.

5. 安科瑞企業(yè)微電網應用手冊2020.06版.