新能源汽車(chē)充電技術(shù)的智能化發(fā)展及其應(yīng)用

中圖分類(lèi)號(hào)：U469.72 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-8639（2025）06-0001-03

IntelligentDevelopmentof New EnergyVehicle Charging Technologyand Application

Li Ting （College of Optoelectronics and Information Engineering，Wuhan Vocational and Technical University，Wuhan 430074，China）

【Abstract】The intelligent development of new energyvehicle charging technology is promoting the transformationof thetransportenergy systeminthedirectionof highefficiency，safetyandsustainability.Thispaper focusesonthe constructionof vehicle-pile-network integration，discusses theintellgent developmentof newenergyvehicle charging technologysuch asintelligent power allcation technology，vehicle-network interaction technology，newcharging scene support，charging safety protectionsystem，etc.，and pointsoutthatat theapplication level，thefamily energy management linkage charging system，thepublic charging station inteligent guidance platformand thecloud battery healthmanagement switching mode，torealise thein-depth couplingof charging facilitiesandtheenergyinternet In order to provide an optimal path of energy scheduling for new energy vehicle charging system.

【Keywords】 new energy vehicles；charging technology；intelligent development

隨著電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)滲透率持續(xù)提升，充電基礎(chǔ)設(shè)施的智能化升級(jí)已成為制約產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)充電模式在應(yīng)對(duì)高密度城市交通、多元用戶(hù)需求及電網(wǎng)波動(dòng)性方面逐漸顯現(xiàn)適配性不足的缺陷，集中式充電站布局引發(fā)的電網(wǎng)局部過(guò)載、充電效率受環(huán)境因素制約、用戶(hù)充電體驗(yàn)碎片化等問(wèn)題日益凸顯。同時(shí)，可再生能源的大規(guī)模并網(wǎng)與電力市場(chǎng)改革進(jìn)程加速，對(duì)充電設(shè)施的能源交互能力提出更高要求，亟需通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)從單一電能補(bǔ)給向綜合能源服務(wù)節(jié)點(diǎn)的功能躍遷。在此背景下，新一代信息通信技術(shù)與電力電子器件的交叉融合，為破解充電效率瓶頸、優(yōu)化能源資源配置提供了全新路徑。車(chē)-樁-網(wǎng)一體化的構(gòu)建使得充電過(guò)程突破物理空間限制，人工智能算法驅(qū)動(dòng)的充電策略?xún)?yōu)化、車(chē)網(wǎng)雙向能量流控制技術(shù)的突破以及無(wú)線(xiàn)充電系統(tǒng)的工程化應(yīng)用，標(biāo)志著充電技術(shù)進(jìn)入主動(dòng)適配能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的新階段。本文將探討新能源汽車(chē)充電技術(shù)的智能化發(fā)展及其應(yīng)用，以期為新能源汽車(chē)充電技術(shù)的持續(xù)發(fā)展提供理論參考。

1新能源汽車(chē)智能充電技術(shù)體系

1.1車(chē)-樁-網(wǎng)一體化

在車(chē)樁網(wǎng)一體化中，車(chē)主要指電動(dòng)汽車(chē)，重點(diǎn)消納可再生能源；樁是專(zhuān)門(mén)服務(wù)于一體化項(xiàng)目的充電設(shè)備；網(wǎng)既指專(zhuān)屬的供電網(wǎng)絡(luò)，又指基于互聯(lián)網(wǎng)的管理平臺(tái)（圖1）。車(chē)樁網(wǎng)一體化以“互聯(lián)網(wǎng)+”模式，統(tǒng)一規(guī)劃、同步建設(shè)、一次成型，將打通電動(dòng)汽車(chē)充電產(chǎn)業(yè)發(fā)展“梗阻”，讓充電項(xiàng)目能在一個(gè)閉環(huán)平臺(tái)中集中管理、高效運(yùn)營(yíng)。在實(shí)踐中，車(chē)樁網(wǎng)一體化以能量流、信息流、價(jià)值流三流融合為核心驅(qū)動(dòng)，通過(guò)電動(dòng)汽車(chē)作為移動(dòng)儲(chǔ)能單元的動(dòng)態(tài)接入特性，實(shí)現(xiàn)可再生能源的就地消納與時(shí)空平移2。這種三位一體的協(xié)同架構(gòu)有效破解了傳統(tǒng)充電模式下資源錯(cuò)配、響應(yīng)遲滯、運(yùn)營(yíng)低效等系統(tǒng)性難題，為高比例可再生能源滲透場(chǎng)景下的充電設(shè)施規(guī)模化部署提供了技術(shù)底座。

1.2關(guān)鍵使能技術(shù)

新能源汽車(chē)智能充電技術(shù)體系的構(gòu)建依托多學(xué)科技術(shù)交叉融合，其核心使能技術(shù)構(gòu)成系統(tǒng)運(yùn)行的物理與數(shù)字基礎(chǔ)3。例如，電力電子拓?fù)鋭?chuàng)新聚焦寬禁帶半導(dǎo)體器件與諧振變換電路結(jié)合，通過(guò)拓?fù)渲貥?gòu)降低開(kāi)關(guān)損耗并提升能量轉(zhuǎn)換效率。多模通信協(xié)議融合建立車(chē)-樁-網(wǎng)數(shù)據(jù)通道，兼容CAN總線(xiàn)、電力載波與5G-V2X異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，確保控制指令跨域傳輸?shù)拇_定性與實(shí)時(shí)性。這些技術(shù)形成從能量轉(zhuǎn)換到信息處理的完整支撐鏈，驅(qū)動(dòng)充電系統(tǒng)向自適應(yīng)、可擴(kuò)展、高可靠的智慧能源節(jié)點(diǎn)演進(jìn)，見(jiàn)表1。

2新能源汽車(chē)充電技術(shù)的智能化發(fā)展

2.1 智能功率分配技術(shù)

智能功率分配技術(shù)通過(guò)多維感知與動(dòng)態(tài)決策實(shí)現(xiàn)充電過(guò)程的最優(yōu)能量控制。該技術(shù)建立電網(wǎng)狀態(tài)、電池特性與用戶(hù)需求的三維分析模型，實(shí)時(shí)解析配網(wǎng)負(fù)荷波動(dòng)、電池健康度及用戶(hù)充電偏好等參數(shù)，動(dòng)態(tài)生成個(gè)性化充電曲線(xiàn)。在硬件層面創(chuàng)新功率模塊拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，開(kāi)發(fā)支持雙向功率流的智能充電樁，依據(jù)電網(wǎng)調(diào)度指令與車(chē)輛電池管理系統(tǒng)反饋，自動(dòng)切換恒流恒壓充電模式并調(diào)整輸出功率等級(jí)4。在系統(tǒng)層面構(gòu)建多車(chē)協(xié)同充電優(yōu)化算法，通過(guò)充電負(fù)荷時(shí)空分布預(yù)測(cè)與排隊(duì)理論相結(jié)合，智能分配充電樁輸出功率與時(shí)間窗口，在保證充電需求的前提下實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)側(cè)負(fù)荷均衡。而電池保護(hù)機(jī)制嵌入充電策略決策過(guò)程，基于電化學(xué)阻抗譜分析動(dòng)態(tài)修正最大允許充電電流，結(jié)合溫度場(chǎng)仿真優(yōu)化散熱控制參數(shù)，實(shí)現(xiàn)充電速度與電池壽命的協(xié)同優(yōu)化，并有效提升充電設(shè)施利用率與電網(wǎng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。

2.2 車(chē)網(wǎng)互動(dòng)（V2X）技術(shù)

車(chē)網(wǎng)互動(dòng)技術(shù)構(gòu)建新能源汽車(chē)與能源網(wǎng)絡(luò)深度融合的雙向能量交換體系。該技術(shù)通過(guò)車(chē)輛動(dòng)力電池的儲(chǔ)能可調(diào)度性，將電動(dòng)汽車(chē)集群轉(zhuǎn)化為虛擬電廠(chǎng)參與電網(wǎng)調(diào)頻調(diào)峰。在核心實(shí)現(xiàn)層面開(kāi)發(fā)雙向充放電控制模塊，支持車(chē)輛根據(jù)電網(wǎng)頻率波動(dòng)實(shí)時(shí)切換充放電模式，通過(guò)智能算法協(xié)調(diào)車(chē)輛充放電功率與電網(wǎng)需求響應(yīng)指令的匹配度。分布式交易機(jī)制設(shè)計(jì)基于區(qū)塊鏈的能源共享平臺(tái)，建立車(chē)主、充電運(yùn)營(yíng)商、電網(wǎng)企業(yè)間的動(dòng)態(tài)定價(jià)模型，實(shí)現(xiàn)余電上網(wǎng)與需求側(cè)響應(yīng)的市場(chǎng)化運(yùn)作。安全防護(hù)體系集成功率流監(jiān)控與網(wǎng)絡(luò)攻擊防御雙重機(jī)制，在保障電池循環(huán)壽命的同時(shí)防范惡意充放電操控風(fēng)險(xiǎn)，從而推動(dòng)交通系統(tǒng)與能源系統(tǒng)形成良性互動(dòng)生態(tài)。

2.3 多模態(tài)充電系統(tǒng)集成技術(shù)

多模態(tài)充電系統(tǒng)集成技術(shù)聚焦于構(gòu)建兼容多種能量交互模式的復(fù)合型充電體系。該技術(shù)通過(guò)電力電子拓?fù)渲貥?gòu)與通信協(xié)議融合，實(shí)現(xiàn)有線(xiàn)傳導(dǎo)充電、無(wú)線(xiàn)電磁耦合、光伏直流直充等多模式的無(wú)縫切換。在核心設(shè)計(jì)層面開(kāi)發(fā)多端口能量路由器，集成高頻逆變模塊與諧振補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，依據(jù)車(chē)輛狀態(tài)、電網(wǎng)條件及環(huán)境參數(shù)動(dòng)態(tài)選擇最優(yōu)充電模式。而智能切換算法基于電池荷電狀態(tài)與充電設(shè)施可用性預(yù)測(cè)模型，結(jié)合實(shí)時(shí)電價(jià)信號(hào)與可再生能源出力特征，自主決策充電模式的優(yōu)先級(jí)與切換閾值。在實(shí)踐中，針對(duì)大功率充電場(chǎng)景設(shè)計(jì)分布式并聯(lián)控制架構(gòu)，通過(guò)多充電模塊的均流控制與熱管理協(xié)同，突破單模塊功率限制并提升系統(tǒng)可靠性，并在充電模式切換過(guò)程中維持電氣參數(shù)的平滑過(guò)渡，避免電壓電流沖擊對(duì)電池壽命的影響，有利于推動(dòng)充電基礎(chǔ)設(shè)施向高適應(yīng)性方向演進(jìn)。

2.4充電安全防護(hù)體系

充電安全防護(hù)體系構(gòu)建覆蓋充電過(guò)程全生命周期的多維度防護(hù)機(jī)制。在物理層面部署多傳感器融合監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)高頻采樣實(shí)時(shí)捕獲充電接口溫升、絕緣阻抗異常與電磁干擾波動(dòng)，結(jié)合特征模式識(shí)別算法實(shí)現(xiàn)毫秒級(jí)故障預(yù)警與主動(dòng)斷電保護(hù)。信息安全防護(hù)采用分層加密架構(gòu)，硬件層集成安全芯片實(shí)現(xiàn)密鑰管理與數(shù)據(jù)簽名，協(xié)議層強(qiáng)化通信報(bào)文完整性校驗(yàn)，應(yīng)用層構(gòu)建基于行為分析的異常流量檢測(cè)模型。電池管理系統(tǒng)與充電樁控制單元建立雙向認(rèn)證通道，在充電握手階段，雙方交換經(jīng)非對(duì)稱(chēng)加密算法簽名的設(shè)備標(biāo)識(shí)碼，通過(guò)預(yù)置根證書(shū)驗(yàn)證身份合法性。在數(shù)據(jù)交互過(guò)程中，每個(gè)通信報(bào)文嵌入由橢圓曲線(xiàn)加密算法生成的動(dòng)態(tài)令牌，結(jié)合會(huì)話(huà)密鑰與隨機(jī)數(shù)混淆機(jī)制，確保指令傳輸?shù)耐暾耘c抗重放攻擊能力。此外，系統(tǒng)級(jí)容錯(cuò)機(jī)制設(shè)計(jì)故障樹(shù)分析驅(qū)動(dòng)的應(yīng)急策略庫(kù)，在檢測(cè)到安全隱患時(shí)自動(dòng)觸發(fā)包括功率階梯降額、備用電源切換與拓?fù)渲貥?gòu)等多級(jí)響應(yīng)預(yù)案，這能夠形成從物理連接到數(shù)據(jù)交互的閉環(huán)防護(hù)鏈條，通過(guò)預(yù)防性監(jiān)測(cè)、實(shí)時(shí)防護(hù)與應(yīng)急恢復(fù)的三階段協(xié)同，系統(tǒng)性提升充電設(shè)施的本質(zhì)安全水平與抗風(fēng)險(xiǎn)能力。

3新能源汽車(chē)充電技術(shù)的智能化應(yīng)用

3.1家庭智能充電生態(tài)系統(tǒng)

家庭智能充電生態(tài)系統(tǒng)的核心在于實(shí)現(xiàn)新能源汽車(chē)充電需求與家庭用能特征的智能適配，通過(guò)住宅能源管理系統(tǒng)與充電樁控制單元的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交互，動(dòng)態(tài)協(xié)調(diào)光伏發(fā)電、儲(chǔ)能電池、電網(wǎng)供電與車(chē)輛充電間的能量流動(dòng)。在實(shí)踐中，系統(tǒng)部署光伏出力預(yù)測(cè)算法與用戶(hù)行為學(xué)習(xí)模型，基于天氣數(shù)據(jù)與歷史用電記錄生成未來(lái)24h家庭能源供需曲線(xiàn)，據(jù)此制定車(chē)輛充電計(jì)劃與儲(chǔ)能調(diào)度策略。而充電功率分配模塊實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)家庭總負(fù)載變化，當(dāng)光伏出力突增或主要電器關(guān)停時(shí)，自動(dòng)提升充電功率并優(yōu)先消納可再生能源。車(chē)輛到家庭（V2H）反向供電功能在電網(wǎng)停電或峰時(shí)電價(jià)時(shí)段啟動(dòng)，通過(guò)雙向充電樁將車(chē)載電池電能回饋至家庭關(guān)鍵負(fù)載，形成離網(wǎng)供電保障能力。家庭智能充電生態(tài)系統(tǒng)可以推動(dòng)家庭能源系統(tǒng)從單向消耗向自平衡生態(tài)轉(zhuǎn)型，在提升綠電消納率的同時(shí)降低用戶(hù)綜合用能成本。

3.2 公共充電設(shè)施智能化升級(jí)

公共充電設(shè)施智能化升級(jí)聚焦于構(gòu)建全流程無(wú)人化服務(wù)能力與資源動(dòng)態(tài)調(diào)度體系。公共充電設(shè)施通過(guò)部署云端充電樁集群監(jiān)控平臺(tái)，實(shí)時(shí)獲取充電車(chē)位狀態(tài)、設(shè)備健康度及周邊交通流量數(shù)據(jù)，結(jié)合強(qiáng)化學(xué)習(xí)算法動(dòng)態(tài)生成最優(yōu)充電引導(dǎo)策略。在實(shí)踐中，當(dāng)車(chē)輛駛?cè)氤潆娬緯r(shí)，智能識(shí)別系統(tǒng)自動(dòng)關(guān)聯(lián)車(chē)輛信息與用戶(hù)充電偏好，基于當(dāng)前電網(wǎng)負(fù)荷與分時(shí)電價(jià)模型推送個(gè)性化充電建議。充電樁內(nèi)置多維感知模塊，精確識(shí)別插槍狀態(tài)與電池特性參數(shù)，觸發(fā)自適應(yīng)充電協(xié)議匹配流程。在充電完成后，自動(dòng)執(zhí)行電子結(jié)算與票據(jù)推送，同步更新充電設(shè)施數(shù)字孿生體的運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)，這能夠通過(guò)資源利用最優(yōu)化與服務(wù)體驗(yàn)無(wú)縫化雙輪驅(qū)動(dòng)，提升公共充電設(shè)施運(yùn)營(yíng)效率與用戶(hù)滿(mǎn)意度。

3.3換電模式技術(shù)創(chuàng)新

換電模式技術(shù)創(chuàng)新在于突破云端電池管理平臺(tái)與自動(dòng)化換電裝備的深度融合。云端電池健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通過(guò)嵌入式傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)采集電池電壓、溫度、內(nèi)阻等關(guān)鍵參數(shù)，結(jié)合深度學(xué)習(xí)算法構(gòu)建電池退化模型，精準(zhǔn)評(píng)估電池剩余價(jià)值并動(dòng)態(tài)優(yōu)化充放電策略。而換電站部署模塊化電池倉(cāng)與六軸機(jī)械臂協(xié)同作業(yè)系統(tǒng)，基于視覺(jué)定位與力反饋控制實(shí)現(xiàn)電池包毫米級(jí)精準(zhǔn)抓取，全流程換電操作壓縮至 3min 內(nèi)完成。此外，電池流轉(zhuǎn)追溯系統(tǒng)應(yīng)通過(guò)區(qū)塊鏈分布式賬本技術(shù)固化每次充放電循環(huán)的電壓曲線(xiàn)、溫度分布及容量衰減數(shù)據(jù)，采用時(shí)間戳與哈希算法確保數(shù)據(jù)鏈的完整性與時(shí)序真實(shí)性。各充換電節(jié)點(diǎn)作為區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中的驗(yàn)證節(jié)點(diǎn)，共同維護(hù)電池全生命周期數(shù)據(jù)賬本，車(chē)企、運(yùn)營(yíng)商與回收商基于智能合約權(quán)限分級(jí)訪(fǎng)問(wèn)數(shù)據(jù)。這種技術(shù)創(chuàng)新重構(gòu)了能源補(bǔ)給服務(wù)模式，通過(guò)電池資產(chǎn)數(shù)字化管理與換電裝備智能化升級(jí)，實(shí)現(xiàn)補(bǔ)能效率與服務(wù)可靠性的雙重突破，為高頻運(yùn)營(yíng)車(chē)輛與特殊場(chǎng)景用能需求提供高效解決方案。

4結(jié)論

本文基于對(duì)新能源汽車(chē)智能充電技術(shù)體系的概述，分析了智能功率分配技術(shù)、車(chē)網(wǎng)互動(dòng)技術(shù)、多模態(tài)充電系統(tǒng)集成技術(shù)以及充電安全防護(hù)體系等新能源汽車(chē)充電技術(shù)的智能化發(fā)展，并概述了其家庭智能充電生態(tài)系統(tǒng)、公共充電設(shè)施智能化升級(jí)、換電模式技術(shù)創(chuàng)新等智能化應(yīng)用。隨著數(shù)字技術(shù)與智慧城市基礎(chǔ)設(shè)施的集成，未來(lái)新能源汽車(chē)充電技術(shù)將進(jìn)一步向高彈性、高可靠、全場(chǎng)景智能方向演進(jìn)。

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（編輯楊凱麟）