電動汽車智能充電樁管理方案探析

李鵬

國網廈門供電公司 福建廈門 361000

1 概述

各地紛紛建立電動汽車充電樁，地方政府成電動汽車充電樁建設關鍵推手。目前，全國已有40 多個省進行了充電樁的建設。初期充電樁建設將以小批量試點為主，通過試點加速行業標準的出臺，屆時充電樁將進入快速爆發式增長階段[1]。

眾所周知，常規的汽車主要以化石燃料作為汽車的動力能源，這種燃料不僅會污染環境，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汽車的生產和研究上。電動汽車的使用不僅可以減少向大氣排放的尾氣量，有效改善環境，而且其使用的電能資源是比較好獲取的，所以電動汽車的發展勢在必行。但是電動汽車自身較弱的續航能力、充電不方便等缺點一直是大家的顧慮，在一定程度上影響了電動汽車的推廣和使用。而電動汽車智能充電樁的提出能很好的解決電動汽車充電，它對電動汽車動力電池的維護可以根據動力電池的電量自動進行，簡化了汽車用戶操作行為，可以更好地促進電動汽車的推廣。

2 電動汽車的充電方法和建設充電樁監控系統的必要性

目前，電動汽車充電方式主要有以下幾種，如下圖1 所示：

圖1 電動汽車充電方式

（1）交流充電。交流充電樁一般是指固定在地面上，為具有車載充電機的電動汽車提供交流電源，主要安裝于公共建筑、居民小區停車場和充電站內，充電時間較長。一個交流充電樁可同時為一輛或多輛電動汽車充電，基于負荷特點和節能環保的要求，交流充電樁以安全性為基礎，以實用性、智能化和標準化為導向，集供配電系統、充電系統、充電站監控系統和計費管理系統于一體，實現計時、計電量、計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，充電時充電裝置會對電流進行整流和濾波，然后再充電，可以保護電源裝置，但是交流充電一般耗時較久，不適合大型的電動汽車充電。

（2）直流充電。直流充電采用整流設備為電動汽車的蓄電池充電，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汽車的充電需求，并且可以在較短時間內快速給電動汽車充電，直流充電樁一般安裝在電動汽車充電站中。直流充電站作為電動汽車充電站的前端設備，以實用性、智能化和標準化為導向，集配電系統、充電系統、監控系統和計費管理系統于一體，實現充電的人機互動、計費、計量、收費和充電管理等。

直流充電方式不需經車載裝置對電流進行調節，不需要整流裝置，可以減輕電動汽車負重，而且直流充電一般采用大功率充電，所以充電速度比較快，可達到快速充電效果，可適用于大型電動汽車。

（3）更換電池組。一般通過一主一備的兩組電池來實現，當一組在工作時候，另一組保持充電狀態，工作的電池電力耗盡時，更換另一組備用電池，這種充電方式可以減少汽車充電時間，提高電動汽車的利用率。但是，它需要加大電池的投資以及對電池的保養維護費用。

（4）非接觸式充電。這種方式采用的少，因為需要在電動汽車內嵌入特定的電氣元件，使得汽車隨時可以與該電氣元件接觸，達到隨時充電的目的。但是這種技術目前還不成熟且需要大量資金投入研發，所以并沒有被推廣使用。

盡管現在電動汽車還存在不少缺點，但隨著科技進步、技術成熟，電動汽車的缺點也將逐步攻克。電動汽車也有著它特有的優勢，比如噪音小、無污染。當今，電動汽車一般采用鋰電子電池，這種電池對充放電的要求很高，需要建設智能充電樁來管理，否則會損害鋰電池，嚴重時可能會引發安全事故，所以有必要對電動汽車充電樁進行充分管理。

3 電動汽車充電樁監控系統功能

監控系統主要是將統一的充電樁設備與系統接入，采集實時數據，實現遠程監控充電樁及充電狀態實時監控、充電量采集。[2]監控系統主要功能概括如下：

（1）充電樁管理。基于GIS 的電動汽車智能充電樁基本信息管理，分布，能力等信息。

（2）狀態監控。實現對電壓、電流、保護狀態、開關狀態等數據采集與實時監控。

（3）充電監控。充電時輸入輸出電壓、電流、充電時間、功率因數、當前充電模式、充電機故障狀態等數據采集與實時監控。

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

4 電動汽車充電樁綜合運營管理

電動汽車充電樁運營管理涉及到對分散于市區內充電設施的資產（設備）管理、計量計費、支付結算、統計分析、運行管理、用戶管理、客戶服務、集中監測等功能，為電動汽車充電服務網絡的運營管理提供有力支撐，保證電動汽車運營高效有序，實現運營智能化、規范化管理[2]。電動汽車充電樁綜合運營管理流程圖如下圖2 所示：

圖2 電動汽車充電樁綜合運營管理流程圖

對于運營系統的建設分兩步走，第一步使用樁設備提供商的運營系統，把充電業務先行推廣起來；第二步深度規劃系統的頂層設計，按照業務需求重構運營系統。

4.1 運營系統搭建

主要是利用設備商提供的運行系統完成運營系統搭建實現充電業務推廣。設備商提供的系統一般具有三大功能：

（1）充電站站級系統：能夠對充電樁的日常狀態、充電過程進行監控，能夠對樁下發指令實現對功率的自動調配；能實現支付對接；能實現對下游站級平臺的清算、對賬功能；

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

（3）建立數據通訊前置，達到樁群管理的功能。可以靈活的按照市場需求進行樁的組網控制。

4.2 數據運營中心建設

數據運行中心的建設要最終實現對全國充電樁的集中管控具體從以下幾個方面實施：

（1）建立數據通訊前置。直接面向充電樁，統一接口規范，實現充電樁軟件升級，實現信息的轉發與下達。

（2）建立充電樁云管理平臺。搭建云管理平臺實現充電業務集中監控，自動報告上送異常情況，并有自動調整功能。

（3）建立區域級站點管理平臺。對充電站的操作權限進行分配，權限不同，業務管理范圍不同。實現用電高峰期的功率調配，具有廣告管理等功能。提供站級二級清分結算等功能，預留賬務接口能夠與原有財務系統進行對接，實現銀企直連完成可以按照下轄站點的要求進行資金劃撥。

（4）建立全國運營總中心。完善完備數據記錄，便于查找維護；完善權限管理系統，實現任務分配、變更、指令下發及反饋；完善充電樁運營系統支付體系，支持多種便捷支付；完善充電樁用戶的賬戶體系，實現體系內的便捷支付；完善清分結算體系，實現財務自動清分與結算，并具有差錯報送及處理機制。

（5）建立便捷的APP 中心。提供充電樁定位、導航、支付等功能，方便用戶使用充電樁，并且基于互聯網思維提供車主互動平臺、運營商互動平臺，預留多種增值功能。

5 充電樁智能監控系統的設計

電動汽車充電樁智能監控系統需滿足配電系統的保護、控制、監視、通訊等要求，實現對整個充電站電力的監控和管理，包括配電監控、充電機監控、煙霧監控等，可對整個充電站設備的運行參數和設備狀態進行實時監測和控制，并實現數據的采集、統計和打印，以及歷史記錄的查詢和報警[3]。

5.1 管理層

在后臺建立數據庫，存儲歷史數據，同時通過后臺主機完成全系統監控和各種管理功能（權限、報警、打印、趨勢），并可實現與其它智能系統的通訊。

5.2 通訊層

通訊層主要是完成現場監視和控制，并實現通訊轉換和故障診斷功能。通訊層設備一般包括HMI人機界面、AC500可編程控制器、前端串口服務器，實現不同設備間信息傳遞，實現信息互通。

5.3 設備層

現場的遙信量、遙控量、控制、保護動作等信息均通過現場帶通訊功能的電力儀表實時采集，同時設置越限、告警和脫扣等功能保護，并以數字信息上傳至通訊層和后臺主機。設備層主要設備是EM 智能電量儀表、RTU 檢測與控制裝置及LNS 電流互感器。

6 結語

為了能夠縮短電動汽車蓄電池的充電時間，延長蓄電池的使用壽命，應充分加強對電動汽車智能充電樁的管理。通過充電樁的管理試下充電整個過程的智能化，減少人力資源投入。同時智能充電樁管理的提高還能在保護環境的同時促進電動汽車的推廣使用。