新能源汽車充電樁建設(shè)技術(shù)路線及發(fā)展趨勢(shì)

摘要：

在全球積極應(yīng)對(duì)氣候變化、推動(dòng)低碳減排的背景下，新能源汽車產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展，成為全球能源轉(zhuǎn)型的重要方向。傳統(tǒng)燃油汽車不僅排放大量溫室氣體，加劇全球變暖，還面臨化石能源日益枯竭的挑戰(zhàn)，這為新能源汽車的發(fā)展提供了強(qiáng)勁動(dòng)力。目前，新能源汽車以電動(dòng)汽車為主，其動(dòng)力來源或主要依賴電能，擺脫了對(duì)傳統(tǒng)燃油的依賴。充電作為電動(dòng)汽車的主要能量補(bǔ)充方式，使得充電樁成為的配套基礎(chǔ)設(shè)施。盡管我國(guó)充電樁建設(shè)已初具規(guī)模，但隨著新能源汽車保有量的快速增長(zhǎng)，現(xiàn)有充電樁的數(shù)量和服務(wù)質(zhì)量已無法滿足用戶需求。充電樁分布不均、充電效率低下、安全隱患等問題日益凸顯，嚴(yán)重制約了用戶體驗(yàn)和行業(yè)發(fā)展。因此，加快推進(jìn)充電樁建設(shè)優(yōu)化，提升充電設(shè)施的安全性、便捷性和智能化水平，對(duì)于促進(jìn)新能源汽車普及、推動(dòng)綠色交通發(fā)展具有重要意義。

關(guān)鍵詞:新能源 充電樁 電網(wǎng) 技術(shù)

1 引言

在開展新能源汽車充電樁建設(shè)與優(yōu)化工作之前，首先需要對(duì)現(xiàn)階段新能源汽車充電樁建設(shè)背景進(jìn)行分析，包括國(guó)際背景、國(guó)內(nèi)背景、使用需求背景。在對(duì)新能源汽車充電樁現(xiàn)有問題進(jìn)行分析，包括運(yùn)維缺失、安全隱患、分布不均、費(fèi)用偏高、充電速度。隨后在此基礎(chǔ)上制定相應(yīng)的措施，從而更好的滿足用戶需求并提升充電樁的利用效率，包括從硬件與保護(hù)層面出發(fā)提升充電樁質(zhì)量、優(yōu)惠充電費(fèi)用、統(tǒng)一充電樁充電速度、充電樁信息線上發(fā)布管理，推進(jìn)新能源汽車快速、持續(xù)、穩(wěn)定發(fā)展。

2 新能源充電樁建設(shè)的背景

2.1 國(guó)際背景

經(jīng)濟(jì)全球化大背景下，全球的生產(chǎn)力水平呈現(xiàn)持續(xù)增長(zhǎng)趨勢(shì)，化石能源的消耗量顯著增加，而日益緊缺的化石能源難以支撐快速增長(zhǎng)的社會(huì)生產(chǎn)力水平。確保生產(chǎn)能源穩(wěn)定持續(xù)才是確保生產(chǎn)穩(wěn)固提升的關(guān)鍵所在，由此探求新能源并確保其持續(xù)發(fā)展成為全球共同關(guān)注的問題。

2.2 國(guó)內(nèi)背景

我國(guó)長(zhǎng)期以來高度重視生態(tài)環(huán)境建設(shè)與生產(chǎn)能源可持續(xù)發(fā)展建設(shè)，尤其在“十四五"規(guī)劃當(dāng)中重點(diǎn)提出要做好新能源基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)工作推動(dòng)我國(guó)進(jìn)一步充分發(fā)揮資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)的積極作用。

隨著機(jī)動(dòng)車保有量的持續(xù)增加，汽車排放成為威脅生態(tài)環(huán)境建設(shè)與能源持續(xù)發(fā)展的一大主要原因，因此在新時(shí)代背景下我國(guó)致力于推進(jìn)新能源汽車發(fā)展，新能源汽車將有效減少氣體排放并最大限度上降低對(duì)化石能源的消耗。截至目前為止國(guó)際上所推出的新能源汽車主要以電力為主，按照動(dòng)力類型劃分可分為純電動(dòng)、油電混合，即現(xiàn)階段的新能源汽車需要將電力作為主要的驅(qū)動(dòng)能源，新能源汽車充電樁產(chǎn)業(yè)由此應(yīng)運(yùn)而生。

2.3 使用需求背景

在我國(guó)新能源汽車誕生初期，新能源汽車充電樁建設(shè)幾乎處于空白狀態(tài)，但是隨著新階段新能源汽車保有量的持續(xù)增長(zhǎng)，關(guān)于新能源汽車充電樁的建設(shè)理念、技術(shù)、規(guī)模隨之不斷提升。我國(guó)“十三五"規(guī)劃期間以在全國(guó)范圍內(nèi)建成500萬座新能源汽車充電樁，滿足了新能源汽車的能源供應(yīng)需求“十四五"規(guī)劃預(yù)計(jì)在全國(guó)范圍內(nèi)再建設(shè)充電樁1000萬座。但是現(xiàn)階段的新能源汽車充電樁存在一些質(zhì)量問題，如觸摸屏失靈、界面復(fù)雜、起火、爆炸等，對(duì)人身財(cái)產(chǎn)安全造成嚴(yán)重威脅。

為了確保我國(guó)新能源汽車事業(yè)可以長(zhǎng)期穩(wěn)定持續(xù)發(fā)展，充電樁建設(shè)工作不能單純追求數(shù)量，更要注重提升質(zhì)量，因此在建設(shè)充電樁的過程中需要同時(shí)兼顧規(guī)劃與優(yōu)化工作。

3 新能源充電樁建設(shè)存在的問題

3.1 運(yùn)維缺失

充電樁投入使用后需要定期維護(hù)與保養(yǎng)，從而確保充電樁的正常使用。而現(xiàn)階段許多地區(qū)的充電樁之所以被閑置，是因?yàn)槌潆姌稕]有進(jìn)行及時(shí)運(yùn)維造成充電樁損壞。

在一些國(guó)道、高速公路服務(wù)區(qū)都配備新能源汽車專用充電樁，但是其中大部分充電樁已經(jīng)無法使用，這種現(xiàn)象也是因?yàn)槌潆姌哆\(yùn)維缺失造成的。充電樁運(yùn)維缺失不僅給新能源汽車用戶帶來不便，還造成了嚴(yán)重的資源浪費(fèi)。

3.2 安全隱患

我國(guó)的公共充電樁多為室外充電樁，室外充電樁與加油站的加油機(jī)不同，并沒有配備專業(yè)的管理人員。并且室外充電樁通常情況下處于開放的環(huán)境中，因此受到自然環(huán)境因素的影響較大，在室外環(huán)境的長(zhǎng)期影響下容易造成充電樁線路老化、漏電、機(jī)體材料氧化等。部分室內(nèi)充電樁由于處于封閉空間，當(dāng)出現(xiàn)故障的情況下很容易在短時(shí)間內(nèi)造成人員傷亡。截至目前為止新能源汽車充電樁的安全隱患主要存在以下幾類:

(1)絕緣異常:新能源汽車充電樁出現(xiàn)絕緣異常的部位，通常在外殼、刷卡位置、金屬按鍵，當(dāng)充電樁漏電以后，用戶觸碰這些位置就會(huì)發(fā)生觸電:

(2)充電槍未鎖緊:新能源汽車充電需要通過充電槍與充電樁連接，用戶在充電槍使用完畢后在一定概率上會(huì)存在充電槍未鎖緊的情況充電槍未鎖緊就會(huì)造成漏電，此時(shí)如果下一個(gè)用戶直接使用就會(huì)與高壓電直接借助，造成安全事故:

(3)充電樁銹蝕:公用充電柱的金屬配件的漆面破損以后容易造成銹蝕，隨后銹蝕面積會(huì)不斷擴(kuò)大，進(jìn)而影響充電樁的實(shí)際使用性能，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)?dǎo)致充電樁出現(xiàn)穿孔，導(dǎo)致漏電造成人員觸電。

3.3 分布不均

通過分析已有調(diào)查結(jié)果表明，許多新能源汽車用戶都會(huì)選擇用地圖尋找充電樁，但是這種尋找充電樁的方式會(huì)浪費(fèi)許多時(shí)間，而最顯著的問題就表現(xiàn)在充電樁分布不均，具體表現(xiàn)在或部分地區(qū)過于密集或過于稀疏，甚至部分區(qū)域存在大范圍內(nèi)沒有充電樁，這種現(xiàn)象在郊區(qū)展現(xiàn)的尤為明顯。

新能源汽車充電樁市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)尤為激烈，即便是這種情況下充電樁依然存在嚴(yán)重的分布不均的問題依然得不到解決，導(dǎo)致充電效率無法得到提升，不僅為用戶帶來不便，還會(huì)導(dǎo)致較為嚴(yán)重的資源浪費(fèi)現(xiàn)象。

3.4 費(fèi)用偏高

之所以許多用戶選擇使用新能源汽車，是因?yàn)樾履茉雌囅啾热加推噧r(jià)格更加低廉，可以節(jié)省車輛使用成本。然而現(xiàn)實(shí)情況是，新能源汽車充電的費(fèi)用普遍偏高，且充電樁分布不均會(huì)進(jìn)一步增加車輛使用成本，結(jié)果導(dǎo)致新能源汽車的成本消耗大于燃油汽車。部分城市中心地區(qū)的充電樁的充電價(jià)格會(huì)普遍偏高，且車輛在進(jìn)行充電時(shí)還會(huì)收取相應(yīng)的停車費(fèi)，綜合計(jì)算車輛的充電成本超出預(yù)算范圍。

3.5 充電速度

我國(guó)的新能源汽車發(fā)展尚處于初級(jí)階段，新能源汽車充電樁企業(yè)數(shù)量極其有限，由此導(dǎo)致新能源汽車充電市場(chǎng)處于壟斷狀態(tài)。充電樁企業(yè)數(shù)量稀少，且競(jìng)爭(zhēng)激烈程度日益增加，而新能源汽車充電樁的行業(yè)性質(zhì)決定了低盈利水平，這就使得各充電樁企業(yè)搶占的現(xiàn)象更加顯著，這對(duì)于新能源汽車充電行業(yè)而言極為不利。

事實(shí)上新能源汽車充電難的問題都是技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)的結(jié)果，不同企業(yè)所研制的充電樁使用的技術(shù)水平不同，因而給用戶帶來的實(shí)際體驗(yàn)不同,根據(jù)許多新能源汽車用戶反映，不同企業(yè)的充電樁最顯著的技術(shù)差異就在于充電速度不同。充電速度不僅關(guān)系到用戶的時(shí)間使用成本，還關(guān)系到對(duì)車輛的養(yǎng)護(hù)效果，過快或過慢的充電速度都會(huì)對(duì)車輛電池造成直接影響。

4 解決方案

圖1 有序充電管理系統(tǒng)示意圖

圖2 平臺(tái)結(jié)構(gòu)圖

充電運(yùn)營(yíng)管理平臺(tái)是基于物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)技術(shù)的充電設(shè)施管理系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)充電樁的監(jiān)控、調(diào)度和管理，提高充電樁的利用率和充電效率，提升用戶的充電體驗(yàn)和服務(wù)質(zhì)量。用戶可以通過APP或小程序提前預(yù)約充電，避免在充電站排隊(duì)等待的情況，同時(shí)也能為充電站提供更準(zhǔn)確的充電需求數(shù)據(jù)，方便后續(xù)的調(diào)度和管理。通過平臺(tái)可對(duì)充電樁的功率、電壓、電流等參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理充電樁故障和異常情況對(duì)充電樁的功率進(jìn)行控制和管理，確保充電樁在合理的功率范圍內(nèi)充電，避免對(duì)電網(wǎng)造成過大的負(fù)荷。

5 安科瑞充電樁云平臺(tái)功能

平臺(tái)除了對(duì)充電樁的監(jiān)控外，還對(duì)充電站的光伏發(fā)電系統(tǒng)、儲(chǔ)能系統(tǒng)以及供電系統(tǒng)進(jìn)行集中監(jiān)控和統(tǒng)一協(xié)調(diào)管理，提高充電站的運(yùn)行可靠性，降低運(yùn)營(yíng)成本，平臺(tái)系統(tǒng)架構(gòu)如圖3所示。

圖3 充電樁運(yùn)營(yíng)管理平臺(tái)系統(tǒng)架構(gòu)

大屏顯示：展示充電站設(shè)備統(tǒng)計(jì)、使用率排行、運(yùn)營(yíng)統(tǒng)計(jì)圖表、節(jié)碳量統(tǒng)計(jì)等數(shù)據(jù)。

圖4 大屏展示界面

站點(diǎn)監(jiān)控：顯示設(shè)備實(shí)時(shí)狀態(tài)、設(shè)備列表、設(shè)備日志、設(shè)備狀態(tài)統(tǒng)計(jì)等功能。

圖5 站點(diǎn)監(jiān)控界面

設(shè)備監(jiān)控：顯示設(shè)備實(shí)時(shí)信息、配套設(shè)備狀態(tài)、設(shè)備實(shí)時(shí)曲線、關(guān)聯(lián)訂單信息、充電功率曲線等。

圖6 設(shè)備監(jiān)控界面

運(yùn)營(yíng)趨勢(shì)統(tǒng)計(jì)：顯示運(yùn)營(yíng)信息查詢、站點(diǎn)對(duì)比曲線、日月年報(bào)表、站點(diǎn)對(duì)比列表等功能。

圖7 運(yùn)營(yíng)趨勢(shì)界面

收益查詢：提供收益匯總、實(shí)際收益報(bào)表、收益變化曲線、支付方式占比等功能。

圖8 收益查詢界面

故障分析：提供故障匯總、故障狀態(tài)餅圖、故障趨勢(shì)分析、故障類型餅圖等功能。

圖9 故障分析界面

訂單記錄：提供實(shí)時(shí)/歷史訂單查詢、訂單終止、訂單詳情、訂單導(dǎo)出、運(yùn)營(yíng)商應(yīng)收信息、充電明細(xì)、交易流水查詢、充值余額明細(xì)等功能。

圖10 訂單查詢界面

6 總結(jié)

新能源汽車以其顯著的環(huán)保優(yōu)勢(shì)，吸引了眾多消費(fèi)者的目光。相較于傳統(tǒng)燃油汽車，新能源汽車在使用成本上更具吸引力，尤其是充電費(fèi)用遠(yuǎn)低于燃油費(fèi)用，這成為許多用戶選擇新能源汽車的重要原因。然而，充電樁建設(shè)和管理中存在的問題，卻為新能源汽車的實(shí)際使用帶來了諸多不便。不同企業(yè)充電樁收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一、充電速度參差不齊等問題，嚴(yán)重影響了用戶體驗(yàn)，成為制約新能源汽車普及的重要因素。因此，推動(dòng)新能源汽車大規(guī)模普及，著力提升充電樁的質(zhì)量和效率。充電樁的優(yōu)化應(yīng)緊密圍繞用戶實(shí)際需求和電網(wǎng)承載能力，科學(xué)規(guī)劃充電樁布局，制定合理的收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)，簡(jiǎn)化充電流程，為用戶提供便捷的充電服務(wù)。這不僅關(guān)乎用戶體驗(yàn)的提升，更對(duì)我國(guó)新能源汽車產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展具有深遠(yuǎn)意義。