新能源汽車智能有序充電管理系統設計

摘要：在能源需求急劇增長與全球環境保護共識日益增強的背景下，新能源電動汽車以其環保特性在全球范圍內受到關注。隨著新能源汽車數量的迅猛增長，充電需求的激增給電力網絡安全平穩運行帶來巨大壓力。鑒于此，本文中研究了新能源汽車智能有序充電管理系統設計策略，通過引入智能技術提升充電樁使用效率，精準調控能源分配，有效減少電力能源浪費，為綠色出行目標實現提供科技支撐。

關鍵詞：新能源汽車；智能充電；系統設計

doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2025.02.033

中圖分類號：TM 910.6；TP 315" " " " " 文獻標志碼：A" " " " " " 文章編碼：1672-7274（2025）02-0-03

Design of Intelligent and Orderly Charging Management System for New Energy Vehicles

XU Yunying1， JIANG Xia2， FEI Ke1

（1. State Grid Jiangsu Electric Power Co.， Ltd.， Wuxi Power Supply Branch， Wuxi 214000， China;

2. State Grid Jiangsu Electric Power Co.， Ltd.， Jiangyin Power Supply Branch， Jiangyin 214400， China）

Abstract： Against the backdrop of rapidly increasing energy demand and growing global consensus on environmental protection， new energy electric vehicles have attracted attention worldwide for their environmental characteristics. With the rapid increase in the number of new energy vehicles， the surge in charging demand has brought enormous pressure to the safe and stable operation of the power network. In view of this， this article studies the design strategy of an intelligent and orderly charging management system for new energy vehicles. By introducing intelligent technology to improve the efficiency of charging piles， accurately regulate energy allocation， effectively reduce energy waste， and provide technological support for achieving green travel goals.

Keywords： new energy vehicles; intelligent charging; system design

隨著新能源汽車保有量的急劇增長，有序充電問題是行業與公眾關注的焦點，無序的充電行為對電網安全構成潛在威脅，加劇電網負荷[1]。當大規模新能源汽車在同一時段內集中充電時，電網將承受巨大的電力負荷沖擊，極易導致電網設備過載，進而引發供電質量下降、電網穩定性受損等一系列連鎖反應，影響居民與企業的日常用電體驗，對電網基礎設施造成難以估量的損害，將制約新能源汽車產業的健康發展[2]。為此需構建一個高效、智能的有序充電管理系統，實現對充電樁的精準調度與高效管理，優化充電資源的配置。

1" "新能源汽車智能充電樁規劃方案設計

1.1 精準選定場址與科學配比布局

在規劃充電樁布局時，設計人員需深入分析停車場環境，精確預測充電設備需求，統籌電力、消防、通風等影響因素，保障充電樁穩定運行，有效降低安全風險[3-4]。與此同時，規劃充電樁布局應與排水、道路、消防等城市基礎設施無縫對接，確保供電、線路等設計接入適配電動汽車需求，實現資源高效配置[5]。此外，為防止發生安全事故，設計中需強化抗震設計與熱管理，降低震動與高溫影響。充電樁布局規劃選址應兼顧安全與便利性，滿足用戶充電需求，增強通信網絡覆蓋，提高信息查詢效率，優化用戶充電體驗。

1.2 智能終端多元化功能深度設計

1.2.1 用戶身份安全認證與個性化充電計劃定制功能

新能源汽車智能充電生態系統為全面響應用戶多元化身份認證的需求，融合刷卡、掃碼及先進的人臉識別技術，提供個性化的充電規劃服務，通過深度分析用戶的出行模式、充電偏好及車輛實時狀態，運用智能算法精確定制最優充電策略，確保每位用戶都能享受到量身定制的充電解決方案。此外，該系統實現云端數據的無縫共享與廣泛交互，打破地域與品牌之間的壁壘，實現充電樁網絡間的信息自由流通，確保系統能夠精準預測充電需求，實現資源的優化配置與高效利用。同時，通過實時監測與快速響應機制，系統能夠迅速定位并解決充電過程中的故障問題，確保充電服務的連續性與穩定性[6]。

1.2.2 充電站全面信息查詢與實時精準導航功能

為了進一步優化用戶的充電體驗，提升便捷度與滿意度，智能充電功能系統需提供充電站信息速覽與智能導航服務功能，允許用戶迅速且全面地掌握充電站的具體位置、可用充電樁數量及營業時間等關鍵信息，巧妙地融入先進的導航技術，依據用戶的當前位置與充電目的地，智能生成最為高效的充電路線規劃，極大地縮短用戶尋找充電站的時間。與此同時，系統引入預約充電服務功能，賦予用戶提前鎖定充電樁的能力，通過實時反饋充電樁的使用狀態，幫助用戶合理安排充電時間，避免到達充電站后無樁可用的情況，減輕充電站在高峰時段的負荷壓力，促進充電資源的均衡分配與高效利用。

1.2.3 精細化監控充電過程參數功能

智能充電管理系統在運作過程中，需對充電樁的電力輸入輸出進行嚴密監控，具體包括功率、電流、電壓等核心電氣參數，確保數據的全面性與準確性。系統通過精準記錄充電的起止時間，詳細記錄任何充電中斷、故障等異常事件，為后續的故障排查與性能優化提供數據支持。此外，該系統在監控充電過程的同時，可綜合考慮充電電量、功率及時長等多個維度，通過精密的算法模型，計算出充電成本、能耗效率等經濟指標，為用戶提供清晰、透明的充電費用概覽。

1.2.4 集成在線支付與便捷賬單查詢功能

智能充電系統為深化用戶體驗可集成微信、支付寶及銀行卡等多元化支付方式，實現一鍵支付的便捷體驗，簡化支付環節并提升交易的安全性與效率。與此同時，系統內置便捷的賬單查詢服務，用戶可隨時通過指定渠道查看詳細的充電記錄與費用明細，實現費用管理的清晰化與高效化，增強用戶的自主掌控感，為用戶提供便捷的財務管理工具，提升了用戶的整體滿意度。此外，智能充電系統可智能生成賬單，并即時通過用戶指定的設備渠道進行發送，降低充電站的運營成本。

2" "智能有序充電管理系統架構設計

2.1 硬件設計

2.1.1 控制系統微處理器選型

智能有序充電管理系統基于STM32級別的32位微控制器，內部集成64 KB的SRAM確保高速緩存容量的充足性，利用512 KB Flash存儲器，為系統程序的穩定存儲與高效執行提供保障。運算效能設計為STM32以72 MHz的頻率工作，供電電壓設計為3.3 V，降低整體能耗，延長設備的服役壽命。在通信領域，基于異步與同步串行通信協議為數據傳輸提供多樣化的選擇，同時系統配備五路獨立的發送器接口，集成120個通用I/O端口、CAN總線接口、四個USB 2.0高速接口以及5個SPI串行外設接口等輸入輸出接口資源，滿足系統多樣化的連接需求，拓寬該系統在工業自動化領域的應用前景。此外，在定時控制與模數轉換方面，系統內嵌多達11個高精度定時器，基于極高的精度對系統進行實時控制，還配備11位分辨率的模數轉換器及72個采樣通道，借助高精度、多通道的ADC模塊，提升系統數據采集能力。

2.1.2 控制系統電源設計

智能有序充電管理系統作為二級負荷體系中的關鍵一環，采用系統內置UPS雙電源冗余設計以應對突發性的主電源中斷，確保備用電源能夠即時無縫接管，從而有效抵御斷電風險。在電源供應的核心領域，該系統采用高度集成的精密直流穩壓電路架構，巧妙融合變壓器、整流電路、濾波裝置以及穩壓模塊等關鍵組件，實現從220 V交流電源向穩定直流電壓的高效、精確轉換。同時基于LM7824、LM7812及LM7805三款高性能的三端集成穩壓器，分別精準輸出±24 V、±12 V及±5 V的直流電壓，為系統中的各個關鍵組件提供電力支持。

2.1.3 充電單元電路設計

智能充電系統以充電單元為核心，集成直流交流轉換、整流濾波、脈沖調制與放電去極化等模塊，形成系統功能核心。電路布局如圖1所示。

（1）直流至交流轉換電路設計。系統創新性地融入零開關PWM技術，高效實現直流至交流轉換。經整流濾波后的直流電，通過晶閘管逆變器精準變換為高頻脈沖，再經變壓器調壓與單相橋式整流濾波，恢復為穩定直流。集成智能電流監控可實時偵測并保護電路免受欠壓、過壓、過溫侵害，確保轉換過程安全無憂，有效規避異常電流風險。

（2）整流濾波電路設計。優化整流濾波電路，針對380 V/50 Hz三相交流，采用高效三相橋式整流，初轉直流。隨后，電容C1與電感L1精細配置，構建深度濾波網絡，濾除波動與諧波，確保直流輸出平滑穩定，提升整體充電效能與電池保護效果。

（3）放電去極化電路設計。電路采用負脈沖放電，充電后精準去極化，促進電池化學還原，防氣泡結晶。集成電容、二極管與TLC5615，智能調控放電過程。單片機與傳感器協同，實時監測電池溫流，有效提升電池性能，延長使用壽命，

2.2 軟件設計

2.2.1 管控軟件平臺設計

智能調度體系的充電優化算法以智能化為核心，巧妙實現負荷的“削峰填谷”，有效均衡電網負載，并顯著降低用戶充電成本。軟件管理平臺融合管理、實時監控與深度數據分析能力，形成閉環管理體系。軟件總體架構如圖2所示。

2.2.2 充電能量管理模塊設計

當充電能量管理系統構建高效能量協調策略，促進多源能源靈活調度與深度融合。該系統可精細調控負荷，平滑曲線，提升設備效率，補償波動。面對逆送電挑戰，系統可智能調節，遏制逆功率，保障電網穩定。后臺管理軟件采用先進編程技術，依托高性能硬件環境，以IDEA、VSCode為核心，結合Anaconda高效構建Python環境，確保開發流程順暢。

（1）基礎數據管理體系集成充電樁信息、用戶資料、車輛品牌與車型數據庫管理，各模塊均設直觀界面，確保數據全面管控與高效操作。充電樁管理精細至編號、通信、相位等屬性，支持快速檢索；用戶資料與充電記錄維護便捷，支持賬號或手機號查詢；車輛品牌與車型數據庫動態更新，確保數據準確，支持快速檢索，推動車輛數據管理高效化。

（2）優化有序充電管理體系，后臺軟件深度應用，實時監控充電設施狀態，涵蓋飽和度、效率、流量及電網連接情況。軟件透明化充電過程，展示功率、累積電量等參數；后臺界面直觀展示充電樁狀態，含編號、相位、通信狀態等，動態統計各類狀態數量，即時概覽充電站運行；用戶可快速定位查看詳情，提升管理效率與響應速度。

（3）重構基礎數據管理界面，深化功能以優化用戶體驗。新界面含“歷史追溯”與“預測分析”兩大板塊，用戶可自定義查詢充電樁及基礎負荷數據，涵蓋功率、電流等關鍵指標，結果以圖表直觀展示；預測分析則基于歷史數據，精準預測未來24小時負荷，以可視化形式展現預測結果，輔以深度分析。

（4）綜合管理系統具有歷史回溯與負荷預測功能。回溯界面可靈活查詢充電樁及基礎負荷數據，全面覆蓋功率、電流等關鍵指標，圖表展示清晰呈現數據趨勢。預測界面基于歷史數據，科學預測未來24小時負荷，基于圖表與解析提升負荷管理精準度與預見性。

3" "結束語

相關部門緊密協作，共同發布促進新能源汽車消費與電網安全和諧共生的政策措施，明確強調智能有序充電與車網互動的理念，通過科技手段引導用戶采用綠色、高效的充電模式。新能源汽車有序充電可均衡電力負荷，優化供需，提升電網效能，推動清潔能源進一步發展。

參考文獻

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作者簡介：徐韻瀅（1991-），女，漢族，江蘇無錫人，工程師，本科，研究方向為電力工程技術。

蔣" " 夏（1988-），女，漢族，江蘇江陰人，工程師，本科，研究方向為電力工程技術。

費" " 科（1987-），男，漢族，江蘇江陰人，工程師，碩士，研究方向為電網規劃。