探索充電樁規劃發展及實施應用

范福來 趙兵 譚旎栗 周珂宇

（國網重慶市電力公司銅梁供電分公司，重慶 402560）

科技技術的進步給人們帶來方便的同時，卻給能源帶來了極大的消耗。在生態可持續發展觀引領下的新時代，新能源的開發與利用成為了眾人關心的重點。電動汽車行業作為我國新能源技術的一項引領性產業技術，得到了政府機構的大力支持與大量資金鼓勵。與此同時，作為電動汽車的充電環節，充電樁的規劃與建設，成為了電動汽車的發展關鍵。

一、充電樁的設計原則

在進行充電樁設計時，首先要考慮到充電站的規劃方式。一般而言，采用模塊化的設計方案，能夠給充電站的運營帶來一定的方便。也就是說，把充電站的充電裝置進行有效的劃分，劃分為多個模塊，把一個充電樁（或幾個充電樁）作為一個單獨的模塊來進行設計。因此，當某個充電樁出現故障時，不會對整個充電站起到致命影響。同時，當充電量增加時，可以通過模塊添加的方式進行充電樁的添加，而不影響現有充電設備的正規運行。在充電站的設計過程中，還要把簡潔與安全作為充電站建站的基本方針。按照安全優先，兼顧高效的原則進行充電站的整體布局以及充電樁的合理規劃。同時，考慮到充電樁在充電過程中的便利性原則，還需要根據充電站所在位置的人流及車流進行充電樁的規劃與設計。

二、充電樁整體發展規劃設置

參考不同類型城市的電動汽車使用概率情況，以及未來5 年的電車城市化潛在性發展前景，進行充電樁整體方案的規劃。首先考慮私家5-7 座新能源電車的蓄電池能量，一般而言這類小型電車的電池容量為30KWH—60KWH，在私家車庫或是定點安置的充電樁可采用交流充電樁方式進行充電，需要時間大概為6-8h，而如果在定點安置的直流充電樁進行充電，其充電時間大概為1h。

（一）充電方案的選擇

在進行公共設施充電電樁選擇時，需要考慮當前電車的預停留時間，和目前電車的電量情況。當充電客戶為上班人群，且在公司停車場進行停車充電時，因為工作時間一般要超過8 小時，交流充電樁就可以滿足充電需求，所以可以選擇交流充電樁進行充電。同時，如果用戶為到公司來拜訪的普通客戶，一般客戶會在公司停留的時間不超過2 個小時，因此需要選擇直流充電樁進行充電。直流充電樁主要采用的是短時快充方式，充電時間大概為1 小時，方便著急的客戶進行充電。

（二）充電樁停車位的配比安排

考慮到我國當前的電車使用率并不高，且很多上班族習慣于在自家的車庫進行充電，所以在充電樁停車位的設置上需要綜合性的考慮成本比例。根據目前政府對新能源汽車的支持力度，以及未來新能源電車的發展趨勢，可以在地下車位的配比方面，先進行10%比例的電樁配備，地上停車場的電樁配比可以再小一點，設置為8%左右就可以。

（三）直流交流電樁的分配比例

因為直流電樁的成本高，交流電樁的成本低，所以在進行電樁配比時，可以采用1：3 的方式進行配比。并且為電樁安設標語：“直流交流交互使用，能夠提高電車電容使用壽命。”。同時，充電站使用新型的交互式充電樁更加方便。交互式充電樁的特點是：根據變壓器的電容不同，進行直流/交流充電方式選擇，并根據不同的充電選擇方式，進行不同電容數值的電車充電。

三、充電站充電樁的具體實施與應用

（一）充電樁的走線方式實施

在進行充電樁的走線布置時，首先考慮電樁所處位置，如果是在低下停車場布置的充電樁，那么充電樁的走線需要與整體大樓的線路鋪設進行關聯，通過對大樓電力系統已有的電網鋪設進行分析，選擇合理的充電樁電線鋪設方式，切忌無計劃的鋪設線纜，在增加成本的基礎上，也給用電安全帶來一定的潛在性隱患。

在進行地上充電樁走線布置時，還需要考慮到物理環境對充電樁的影響，首先需要為室外停車場安設雨棚，避免充電樁直接暴露在空氣下，受到風雨侵襲后，產生電力隱患。同時，在監控及消防設施的安設過程中，也要綜合考慮充電樁布線特點。

（二）變壓器的電容電量計算

根據充電站的配電變壓容量，進行輸入電量和輸出功率折算，以數學公式的方式進行換算，其對應的數學公式如下所示：

其中，η 為變壓器工作效率，取值為0.9。

則配電容量的計算公式為：

其中，βm 為變壓器最佳負荷率，取值為0.8。

（三）充電站的基本組成

從充電站的角度來說，其最基本的組成成分就是充電樁。多個充電樁以模塊化的形式進行有機組合，再通過充電站管理系統，實施集中式數據信息管理。因此，對充電站的基本組成進行探討，應該先從充電樁的使用出發。考慮到充電樁可以采用兩種充電方式，分別為直流充電和交流充電方式，因此要把兩種充電方式都考慮在內，并進行充電樁的合理選取。與此同時，為了方便用戶自助充電，需要為充電站安設計費系統，以每一個充電樁為單位，進行充電費用的計費。另外，需要為充電站安置監控系統，如：充電和配電的檢測監控管理，安保系統的實時監控管理等。

（四）監控系統的運行方式設計

在充電樁充電的過程中，因為主要采取的方式為智能化自助充電方式，所以需要為充電站安置合理的監控系統，用來實時關注充電站的充電樁運行狀態。并根據充電現場的情況，進行有效的電力管理，以便實施更好的電力控制與突發問題解決方案。進行充電樁充電過程中，充電監控裝置的工作流程如圖1 所示：

（五）充電站的主要功能分析

通過對充電站各項充電設施合理安置后，采用數據網絡的形式進行充電樁數據實時控制與交互，同時考慮到電車的發展前景，選擇直流交流可以相互轉換式的智能式充電樁作為新能源汽車的充電裝置，是當前充電站可以選擇的最佳充電樁規劃方案。其中，充電樁充電方式的選擇為：當需要進行直流充電時，發出直流充電功率需求值，當需要交流充電時，發出交流充電功率需求值，然后系統根據需求值進行充電方式的隨機選取。

1.充電啟動及停止

在充電站的充電樁實施充電啟動時，首先采用恒流充電（一般為0.3C），在這個階段，充電樁的充電電流IA 恒定，充電電壓IV 逐漸升高。隨著充電電壓的增加，當充電電壓達到BMS（車載電壓最大限定值）時，電壓不再升高，改為恒壓充電方式進行充電，直至充電完畢。同時，當BMS檢測到車載蓄電池充滿，則發出停止充電請求，并啟用充電停止操作。

2.運行監視及運行管理

充電樁在運行過程中，針對充電站的正常運作和事故狀態，分別發出不同的信息提示。這兩種提示，是通過充電站監視系統來實現的。當設備正常運行時，設備綠燈常亮，提示設備正常，可以進行充電操作。當設備出現故障時，或由于某種原因而出現異常，則事故設備燈會呈現紅燈閃爍狀態，并根據報警提示音進一步確定事故源。該監視系統的應用，能夠方便對充電樁事故進行判定，并更加方便于自助充電的進行。同時，充電站管理系統自帶數據信息管理功能，可以在充電樁上進行充電站各種數據的定時記錄，也可以實時在線打印電力輸送統計表。

3.控制和遠程功能

計算機Internet 網絡通過實時連接的方式，接收充電站的各類信息，并能夠以遠程的方式進行實時終端控制，獲取充電站全部數據信息的同時，對充電站實施調度功能。當充電樁在進行電車充電時，系統根據用戶的充電方式選擇，進行充電電容的輸出，并實施充電。由于在充電的不同階段，充電樁的電壓、電流等參數都有不同的變化，因此需要根據用戶的個體化選擇進行充電參數的修改與指令的調度。

4.交易與維護功能

充電樁在使用過程中，需要和用戶之間進行緊密的聯系與信息交互，無論是在充電過程中，還是在繳費過程中，都是充電站與用戶的交易過程。充電站內用戶進行隨機充電，采用的是消費賬號的方式進行充電交易。用戶的賬號信息包括客戶個人信息、卡內余額和充電歷史記錄信息。這些信息是用戶實施繳費的憑據，也是充電站數據信息管理的最好憑證之一。

從充電樁自身的特點而言，它是一種有損耗的電力設備，且對安全性有著極高的要求。因此，對充電樁的維修與維護，對于充電站來說非常重要，需要根據充電站的個性化特點，合理安排檢修計劃，并進行定期維護和檢測。

（六）手機APP 的開發與應用

手機APP 是目前最為實用的一項應用服務技術，APP 的應用給電車充電帶來了更大的保障。用戶可以通過手機下載的APP端，實現最近（及城市內所有）充電站的查找，充電站充電停車位的實時預約，充電引導操作提示，以及掃碼結賬和過往充電信息的查詢等功能。手機APP 給電車用戶帶來方便的同時，給充電站也帶來了更大的收入。與此同時，越來越方便的充電設施將會給電車帶來更廣泛的發展空間，也會給我國交通事業帶來新的更加環保的未來。

四、結論

新能源交通運輸是我國當前經濟發展的一個新方向，也是全球化汽車、火車等交通運輸設施發展的總方向。充電站的建立與充電樁的安置能夠為新能源電車的高效使用提供技術方便，也能給我國交通運輸事業帶來更廣闊的發展空間。因此，對充電樁實施合理的發展規劃，并就充電站內充電樁的實施與應用，進行深入性的探討與研究，具有極高的理論意義及實踐價值。