新能源汽车充电桩在新型电力系统中的能效提升策略

安科瑞 刘迈

　　摘要：随着环境资源问题的关注度越来越高，节能减排理念已经深入到各个领域，为进一步推动可持续发展战略的深入落实，汽车领域将汽车的研发方向转为新能源电动汽车，该类汽车在节能减排方面体现出了较大的优势，是国内乃至交通领域发展的主要趋势。充电桩是新能源电动汽车的重要的基础设施，充电桩的能效对新能源电动汽车充电效率以及电力系统的能耗等都有重要的影响。从当前我国新能源电动汽车的发展情况来看，还存在诸多因素影响着充电桩的能效，充电桩能效也是目前众多车主在购车时所顾虑的问题，其对新能源电动汽车行业的持续健康发展也会有一定的影响。因此，新能源电动汽车领域的研究人员应该针对新型电力系统以及相关的充电技术进行深入研究，不断升级系统与优化技术，从而有效提升新能源电动汽车充电桩的能效，推动新能源电动汽车行业的稳健发展。

　　1、新型电力系统中新能源电动汽车充电桩能效的负面影响因素

　　（一）电力系统有待进一步升级

　　就我国目前新能源电动汽车的整体发展情况来看，电力系统自身情况是影响新能源电动汽车充电桩能效的关键因素，目前电力系统建设投资规模相对较小，相关基础设施设备的建设不够完善，设施设备功能老旧，自动化以及智能化水平相对较低，还未能实现对新能源电动汽车充电的远程监控与自动化控制，在一定程度上会影响充电桩供电的可靠性，无法实现在确保充电效率和质量的同时，节约能耗。另外，电力系统自身运行的稳定性、安全性也有待进一步提升，这对新能源电动汽车充电桩的能效也会产生直接的影响。例如，当遇到充电高峰期时，由于电力需求量较大，给电力系统造成较高的负荷，导致电力系统输出的电能质量相对较低，进而影响充电桩的能效。由此可见，电力系统自身的功能、设备以及运行状态是目前影响新能源电动汽车充电桩能效的关键因素。

　　（二）智能化的新能源充电技术缺乏

　　新能源电动汽车中电池的充电效率对充电桩的能效也会产生直接影响，就目前我国新能源电动汽车的发展情况来看，大部分电动汽车电池都是锂离子电池，从理论层面来看，当电池充电量达到100%时，则意味着该电池中每单位的容量已经被充满，但是在现实情况中，受到电池本身质量、充电环境温度及充电设备的性能等多方面的影响，电池很难达到100%充满，这既会影响充电桩的能效，又会影响新能源电动汽车的续航。另外，不同新能源电动汽车的电池在种类上、质量上、状态上都会存在一定的差异，这些均是影响充电效率的关键因素。例如，在同一个充电桩上充电的不同新能源电动汽车，因电池的不同可能需要消耗的充电时间就不同，这便对新能源充电技术提出了更高的要求。然而，在目前我国新能源电动汽车的发展中，缺少对智能化新能源充电技术的研发与推广。

　　（三）充电桩运维管理方法不科学

　　新能源电动汽车充电桩作为一种电子类产品，其自身的运行情况、故障问题等，也是影响其能效的关键因素。做好新能源电动汽车充电桩的运维管理工作，对提升充电桩能效及保障新能源电动汽车充电效率与充电质量等至关重要。但是从当前我国新能源电动汽车的发展情况来看，关于充电桩的运维管理方法仍然不够科学，依旧采用传统的巡检以及人力检测、维护等方式进行，缺少信息化、智能化的运维管理手段，未能实现对新能源电动汽车充电桩全天候、全天时的监测，因此无法实现及时发现充电桩运行过程中存在的故障，也未能对已经出现故障的充电桩进行及时的维修与处理。因此，在新型电力系统中，为了进一步提升新能源电动汽车充电桩的能效，应加强对充电桩运维管理方法的创新。

　　2、新型电力系统中新能源电动汽车充电桩能效提升的实施策略

　　（一）加快升级新型电力系统

　　电力系统自身的基础设备、功能、运行状态对新能源电动汽车充电桩的能效有直接影响，加强对电力系统的升级改造，对提升充电桩能效至关重要。在进行新型电力系统升级改造的过程中，具体可通过以下措施来实现。

　　（1）加大对电力系统建设的投入力度。针对我国新能源电动汽车的现实情况及发展需求而言，须科学规划电力系统的建设方案，并加大投入力度，确保建设方案能够得到顺利实施；引进先进的技术和设备，提升电力系统的自动化与智能化水平。

　　（2）升级电力系统自身的性能。电力系统在性能上主要包括其电压、频率的稳定性，电力系统的容量，以及电力供应的便捷性、安全性等。在进行电力系统升级的过程中，要充分分析当前电力系统中这些性能存在的不足，及其对新能源电动汽车充电桩能效的影响，从而针对性地引进信息化技术、物联网技术、大数据技术、人工智能技术以及先进的设施设备，对电力系统进行升级改造，从而提升电力系统电压、频率的稳定性，使其能够满足充电桩运行的需求，扩大电力系统的容量，保障充电桩的充电速度和质量。例如，可以通过接入先进的储能设备来实现提升充电桩的能效。储能设备具有一定的自动化调节功能，能够在用电高峰期进行自动储能，又能在用电低峰期进行自动放能，从而实现在保障电力系统正常供能的基础上，自动调节与平衡电力系统的负荷，以实现电力系统自身的智能调度，确保能源得到充分利用，有效提升充电桩的能效。

　　（3）优化电力系统的功能。在对新型电力系统进行升级的过程中，除了要确保其性能的稳定与安全，还要根据新能源电动汽车充电桩能效提升的相关需求，对电力系统的功能进行优化与升级，主要可以通过构建信息化、智能化的监控平台，实现有效的监控和管理，从而提升充电桩能效。例如，可以通过集控地图实时掌握新能源电动汽车充电桩网络的运行情况，从而根据用户需求，调整充电桩的运营策略，这样既满足用户的需求，又能避免能源浪费，同时提升充电桩能效。此外，增加远程控制功能，通过远程遥控对充电桩进行控制，也能够帮助提升充电桩能效。

　　（二）应用智能化新能源充电技术

　　加强对智能化系能源充电技术的研发与推广，对提升新能源电动汽车充电桩能效有重要帮助，在智能化新能源充电技术的推广中具体可以采取以下措施。

　　（1）加强对自动调整控制系统的应用。对自动调整控制系统进行应用能够对当前新能源电动汽车充电技术进行有效的升级，提升充电桩的充电效率和充电质量，从而提高充电桩的能效。该系统主要是根据不同电池的特性曲线来进行充电桩电压的自动化调节，在自动化、智能化的电压调节与控制系统中，使新能源电动汽车在充电过程中能够保持相对稳定的电压和频率。这种自动调整控制系统能够满足不同电池、不同充电环境的需求，通过系统对电池本身参数的分析以及对充电环境信息的捕捉与处理分析，自动生成科学的充电方案，使充电桩的充电能效达到最大。此外，通过该系统的应用，还能够实现对电池状态的实时监测，从而准确判断电池的状态。当电池达到充满状态，充电桩会及时停止充电，这样可以实现节能效果，也能够避免因过度充电而带来的安全风险。

　　（2）加强无线充电技术的有效应用。无线充电技术是现阶段比较应用比较广泛的一种先进的充电技术，其主要运用磁耦合原理来进行电能的传输，目前应用比较成熟的无线充电技术主要有磁共振无线充电以及电磁感应无线充电，在磁共振无线充电中主要运用的是谐振原理。通过调整发射器与接收器之间的频率，使二者能够在相同频率下产生共振，以此达到电能传输的目的。而电磁感应无线充电则是通过变化的磁场产生电流来实现对设备的供电。通过无线充电技术的应用能够有效提升充电效率，同时也能够有效避免因电缆连接问题而导致的能源消耗，既节能、又安全便捷。在新能源电动汽车的发展过程中，应加大对新能源充电技术的研发与应用，须不断融入新技术、新理念、新方法，创新更多先进的充电技术，以技术的提升实现能耗降低、能效提升。

　　（三）创新充电桩运维管理方法

　　加强对新能源电动汽车充电桩的运维管理，保障充电桩处于正常运行状态，减少充电桩故障，对提升充电桩效能有重要帮助。先进的管理方法是提升充电桩运维管理实效的关键基础，因此，相关管理人员要加强对新能源电动汽车充电桩运维管理方法的创新研究。在创新充电桩运维管理方法上主要可以采取以下措施。

　　（1）三维可视化管理。相关管理人员可以利用GIS技术、空间数据库技术等收集整理新能源电动汽车充电桩的空间数据，并对数据进行分析和处理，以数据的形式呈现充电桩的空间分布情况，结合实际需求调整充电桩的运营方案，以确保能源得到充分合理的利用。同时，还可以利用三维建模技术，运用二维数据构建可视化的三维模型，通过二维与三维的有机结合，为管理人员提供更直观、更精确的充电桩分布信息。

　　（2）对每台设备进行监测管理。管理人员可以利用物联网技术、传感器设备等获取每一台充电桩的运行数据，具体包括充电桩的电压、功率、充电情况、使用频率以及安防动态等。这些信息可以实时传输到监测平台上，帮助管理人员实时了解充电桩的运行情况，为巡检人员提供重点巡检区域，提升巡检工作效率，使其快速处理充电桩存在的问题，保障充电桩始终处于良好的运行状态，确保其充电的效率和质量。现阶段，数字孪生技术的快速发展与应用给新能源电动汽车充电桩的运维管理提供了良好的技术支持，通过运用数字孪生技术对充电桩进行数字化孪生处理，对孪生充电桩进行全面系统的分析，进而实现充电桩检测便捷性和检测结果准确性的提升。

　　（3）故障诊断管理。对充电桩进行故障诊断与故障预警，可以有效降低故障的发生率，从而延长充电桩的使用寿命，提升充电桩的能效。在对充电桩进行三维建模及全天候实时监测的基础上，通过运用故障树、深度学习算法等对新能源电动汽车充电桩的各项参数进行分析，能够及时发现异常并进行预警，准确诊断故障位置、产生原因，并给出具体的故障处理方案。通过有效的诊断发出预警，及时进行预处理，保障充电桩的正常运行，提升充电桩的能效。

　　综上所述，在新型电力系统中，有效提升新能源电动汽车充电桩的能效，对实现节能减排、深入落实可持续发展战略、提高新能源电动汽车充电效率，以及促进新能源电动汽车行业的可持续发展等方面都有重要价值。新能源电动汽车领域的研究人员、技术人员应充分重视充电桩能效的提升，针对目前新型电力系统、新能源充电技术以及充电桩运维管理方法等方面的影响因素，有针对性地制订科学的改进策略，从而有效提升新能源电动汽车充电桩的能效，为新能源电动汽车行业的发展提供保障。

　　3、安科瑞充电桩收费运营云平台系统选型方案

　　3.1概述

　　AcrelCloud-9000安科瑞充电柱收费运营云平台系统通过物联网技术对接入系统的电动电动自行车充电站以及各个充电整法行不间断地数据采集和监控，实时监控充电桩运行状态，进行充电服务、支付管理，交易结算，资要管理、电能管理，明细查询等。同时对充电机过温保护、漏电、充电机输入/输出过压，欠压，绝缘低各类故障进行预警；充电桩支持以太网、4G或WIFI等方式接入互联网，用户通过微信、支付宝，云闪付扫码充电。

　　3.2应用场所

　　适用于民用建筑、一般工业建筑、居住小区、实业单位、商业综合体、学校、园区等充电桩模式的充电基础设施设计。

　　3.3系统结构

系统分为四层：

　　1）即数据采集层、网络传输层、数据中心层和客户端层。

　　2）数据采集层：包括电瓶车智能充电桩通讯协议为标准modbus-rtu。电瓶车智能充电桩用于采集充电回路的电力参数，并进行电能计量和保护。

　　3）网络传输层：通过4G网络将数据上传至搭建好的数据库服务器。

　　4）数据中心层：包含应用服务器和数据服务器，应用服务器部署数据采集服务、WEB网站，数据服务器部署实时数据库、历史数据库、基础数据库。

　　5）应客户端层：系统管理员可在浏览器中访问电瓶车充电桩收费平台。终端充电用户通过刷卡扫码的方式启动充电。

　　小区充电平台功能主要涵盖充电设施智能化大屏、实时监控、交易管理、故障管理、统计分析、基础数据管理等功能，同时为运维人员提供运维APP，充电用户提供充电小程序。

　　3.4安科瑞充电桩云平台系统功能

　　3.4.1智能化大屏

　　智能化大屏展示站点分布情况，对设备状态、设备使用率、充电次数、充电时长、充电金额、充电度数、充电桩故障等进行统计显示，同时可查看每个站点的站点信息、充电桩列表、充电记录、收益、能耗、故障记录等。统一管理小区充电桩，查看设备使用率，合理分配资源。

　　3.4.2实时监控

　　实时监视充电设施运行状况，主要包括充电桩运行状态、回路状态、充电过程中的充电电量、充电电压/电流，充电桩告警信息等。

3.4.3交易管理

　　平台管理人员可管理充电用户账户，对其进行账户进行充值、退款、冻结、注销等操作，可查看小区用户每日的充电交易详细信息。

3.4.4故障管理

　　设备自动上报故障信息，平台管理人员可通过平台查看故障信息并进行派发处理，同时运维人员可通过运维APP收取故障推送，运维人员在运维工作完成后将结果上报。充电用户也可通过充电小程序反馈现场问题。

3.4.5统计分析

　　通过系统平台，从充电站点、充电设施、、充电时间、充电方式等不同角度，查询充电交易统计信息、能耗统计信息等。

3.4.6基础数据管理

　　在系统平台建立运营商户，运营商可建立和管理其运营所需站点和充电设施，维护充电设施信息、价格策略、折扣、优惠活动，同时可管理在线卡用户充值、冻结和解绑。

3.4.7运维APP

　　面向运维人员使用，可以对站点和充电桩进行管理、能够进行故障闭环处理、查询流量卡使用情况、查询充电\充值情况，进行远程参数设置，同时可接收故障推送

3.4.8充电小程序

　　面向充电用户使用，可查看附近空闲设备，主要包含扫码充电、账户充值，充电卡绑定、交易查询、故障申诉等功能。

3.5系统硬件配置

　　参考文献

　　[1]刘鹏飞.新型电力系统中新能源电动汽车充电桩的能效提升策略.[2]安科瑞企业微电网应用手册2020.06版.