淺談新能源的充電樁供配電設計與運維管理

摘要：進入21世紀，我國經濟發展速度加快，但是針對環境的影響較大。為(wei) 能進一步保護環境，各行業(ye) 都在倡導節能減排。新能源汽車的出現，是減少汽車尾氣排放的重要措施。因此，研究新能源汽車的實際發展情況，並了解充電樁供配電設計對策十分重要。基於(yu) 此，文章對新能源汽車的發展瓶頸進行分析，簡述高壓直掛多能互補超充電站，以及傳(chuan) 統充電站的類別和結構組成，詳細分析充電樁供配電設計，以及充電樁運營管理對策，並就新能源適用問題進行分析。關(guan) 鍵詞：新能源；充電樁；供配電設計；供配電管理0引言 在我國相關(guan) 政策中明確，要加強應用新能源汽車，完善充電樁等配套設施，以進一步推動新能源汽車行業(ye) 向前發展。充電樁作為(wei) 新能源汽車的組成，要注重研究充電樁安裝技術，提高充電樁安裝水平，讓新能源汽車行業(ye) 帶動充電樁行業(ye) 發展。在“雙碳”目標下，我國2021年的新能源汽車保有量達到7840000台，占據我國總體(ti) 汽車的2.6%。根據預測到2025年，新能源汽車的保有量將達到26000000輛，占據總車輛的7%，同時對應的充電樁數量在2025年將突破10000000台，在這種情況下就需要更多穩定的充電樁。

1 新能源汽車的發展瓶頸

從(cong) 目前的新能源汽車發展上能看出，新能源汽車所存在的問題可以分為(wei) 三點，分別是充電難、充電慢和維護難，充電難是指目前所具備的充電樁數量與(yu) 新能源汽車數量不匹配，車樁比為(wei) 2.6∶1，公共充電樁大約為(wei) 1600000台，市場上所具備的充電樁約為(wei) 4000000條。充電慢是指現有的充電樁往往都為(wei) 60kW，缺少120kW的直流充電，導致車輛所需要停留的時間過長。維護難在於(yu) 充電樁的故障率較高，需要在後期支出一定的維護成本。

在這種情況下，為(wei) 解決(jue) 充電慢的問題，高壓快充技術成為(wei) 未來發展的關(guan) 鍵。從(cong) 實際技術應用上能看出，提高充電電流或者提高充電電壓是能解決(jue) 充電慢的重要方法，充電電流的提升針對熱管理要求較高，同時在推廣上也有著較大的難度。充電電壓的提升，不僅(jin) 能減少質量，還能節約空間，能進一步實現快速充電，因此，在未來發展上以提高充電電壓為(wei) 基礎的高壓快充技術成為(wei) 重要發展形勢。與(yu) 此同時，應用新技術來升級充電樁也是關(guan) 鍵，比如利用技術來強化管理能源，完善監控，能將充電樁、汽車和運營商三個(ge) 方麵的數據進一步整合，能實現樁與(yu) 樁之間的有效管理。通過利用大數據方式來匹配車主和充電樁資源，能確保新能源汽車車主有效的找到充電樁，便於(yu) 合理利用，提高充電樁的利用率。

2傳(chuan) 統充電站概述2.1傳(chuan) 統充電站的類別

一種是申請10kW的外線作為(wei) 充電樁電源，另外一種是用戶預留電源，並不需要申請外線。傳(chuan) 統充電站從(cong) 結構方麵可以分為(wei) 一體(ti) 式和分體(ti) 式，一體(ti) 式在樁體(ti) 內(nei) 布置充電模塊，分體(ti) 式在電源堆箱體(ti) 中集成充電模塊控製係統，在樁體(ti) 中隻有交互和槍頭。

2.2 傳(chuan) 統充電樁存在的問題

對於(yu) 傳(chuan) 統的充電樁來說，在直流電源輸出功率上存在問題，功率可達360 kW，功率轉換耗損超過10%，在轉換能源時的耗損嚴(yan) 重。此外，交流測電能質量存在問題，因為(wei) 功率會(hui) 波動，導致直流電源效率受到影響，回路引起的諧振過電流會(hui) 影響內(nei) 部係統正常運行，導致線路被毀。同時，新能源還會(hui) 滲透電網功率，導致功率降低。接入新能源方麵，則會(hui) 因為(wei) 新能源自身的特點，導致電能的實際利用率較差。

3 高壓直掛多能互補超充電站的結構

高壓直掛多能互補超充電樁迎合時代發展、應用當前的信息技術進行監控，通過對大數據的應用能實現對係統的實時監控，進而實現智能化運行[5]。同時，其充電功率能達到360 W/ 槍，而且是直流配電，並沒有交流過程，能有效降低成本。高壓直掛多能互補超充電樁在安裝完成後，商家可以利用手機App來控製，實現遠程控製與(yu) 管理，安裝時也方便，能根據當地的情況自由組合，具有高度集成化的特點。 高壓直掛多能互補快速充電站拓撲圖如圖1 所示，采用高壓進入充電站箱變，輸出充電槍頭通過電動牽引車輛。

4 充電樁的類型

充電樁根據電壓來劃分，可以分為(wei) 單相充電和三相充電，其中的單相充電電壓為(wei) 220 V，三相充電電壓為(wei) 380 V。 充電樁根據電流來劃分，可以分為(wei) 直流型和交流型，其中交流型是依靠在新能源汽車上安裝車載充電方式來充電，電流並不大，而且所需要充滿的時間較長，屬於(yu) 充電速度慢的充電樁，往往更加適合居民區。直流充電樁可以將交流轉為(wei) 直流，但是需要新能源汽車上存在充電單元。這一類充電池的電流大，對應的充電時間較短，較為(wei) 適合公共場所[6]。正常情況下，這類充電樁的電壓為(wei) 380 V，並且輸出功率各不相同。需要明確的是，雖然這類充電樁能有效縮短充電時間，但是需要更加注重設施安全。 交流充電樁外界環境應在-20 ～ 50 ℃，海拔高度不能超過1 km。在電氣方麵，要連接好插座和插頭，為(wei) 插座供電，安裝漏保裝置。一旦發現故障應能立即使用監察裝置，並切斷故障電路。在照明配電線路中，插座和照明不能使用同一套回路來供電。

直流充電樁輸入電壓應為(wei) 三相四線， 電壓為(wei) 380 V AC，頻率為(wei) 50 Hz，應滿足電池負載要求，以直流輸出電為(wei) 主。直流充電樁充電分為(wei) 快充和普通兩(liang) 種，其中普通充電充滿要5 h 左右，而快速充電則能在1 h內(nei) 完成充電。

充電樁應根據實際情況來針對性配備操作設備，讓用戶能自己根據實際情況對應選擇適合的充電方式，並能讓充電順利完成。同時，在充電上，應能直觀地顯示電池電量，實現無人管理目標。充電池應能充分監控整個(ge) 充電流程，一旦出現問題能1時間處理。充電池應能監控汽車的電池狀態，以電壓和溫度為(wei) 監控標準，自動調整內(nei) 部電壓、電流。此外，充電樁還應從(cong) 實際入手來配備相應的風冷裝置。

5 充電樁的供配電設計

在民用建築中，中斷供電會(hui) 影響公共安全的設施，會(hui) 影響公共交通的設置，其供電負荷不能低於(yu) 二級。如果是充電樁不具備單獨安裝變壓器的情況，而是與(yu) 其他用電設施同時使用變壓器，就需要充分考慮輸入功率的差距，並遵循配電等級越低對應供電穩定的原則選擇二級配電模式。通過變壓器電壓母線來試配配電箱，再由配電箱來供電。針對輸入功率較大的充電樁，則通過母線來直接供電。

因為(wei) 直流充電樁的功率大，所以在實際安裝上也需要充分考慮變壓器。在安裝變壓器時的容量設計，是對應充電樁的需求，並非與(yu) 其他的需求綜合。比如，儲(chu) 能型的充電樁隨著數量的不斷增加，其變壓器容量也逐漸穩定，而增加容量的目的是解決(jue) 電流對於(yu) 變壓器的實際影響。非儲(chu) 能充電樁因為(wei) 會(hui) 受到中間環節的影響，采取隔離式變壓器來減少外界電流的影響，隨著安裝直流充電樁的數量增多，對應的變壓器容量也需要增加。

根據實際資料調查分析能得出，要想明確直流充電樁的實際係數，要根據實際情況有效分析，並按照當地供電部門和項目情況進行科學合理調整。在選擇變壓器容量上，需要考慮項目的正常用電需求，並適當地留有一定的容量空間，滿足後續充電樁發展。同時，采取控製器對充電樁的能源使用情況加以控製，在峰值期間能減少充電樁使用，降低直流充電樁的實際功率輸入，以此讓係統正常運行。

在峰值期間管理能源，按照充電樁類型來選擇。對於(yu) 儲(chu) 能直流充電樁應采取分時充電原則，根據電價(jia) 變化情況來充電，進一步減少成本投入。此外，還要控製好充放電方法，進一步延長設備的使用壽命。同時，需要充分考慮防火性能，要將直流充電安裝在室外。直流充電和變配電室放在一起，以減少在線路方麵的電能耗損。針對充電樁的回路，應針對性設置好電流保護，並去除一些不必要的設備，做好接地防護，保證設備的正常使用。

6 新能源適用分析

新能源是補充傳(chuan) 統能源的重要方法，因為(wei) 其對環境友好的特點，被人們(men) 所重視。隨著當前技術水平的提高，新能源已經在民用建築中得以廣泛應用。針對民用建築來說，常用的新能源有風能、地熱能、太陽能等。其中，風能利用建築主體(ti) 優(you) 化布局，確保建築與(yu) 外界通風適合，減少能源消耗。通過風能來發電，不考慮工程造價(jia) ，會(hui) 發電時產(chan) 生較大噪聲，而且在城市中的風能資源有限。如果是利用地熱能源來發電，由於(yu) 地熱能也屬於(yu) 天然能源，需要區域內(nei) 有地熱能，然後通過地熱熱泵技術來加熱水，實現建築和供暖和製冷。太陽能則是通過太陽光線來發電，不會(hui) 受到場地因素的影響。目前，利用光伏板來發電的技術成熟，以後還會(hui) 不斷優(you) 化，能進一步提高光電轉換效率。隨著技術的發展，初期的成本投入也會(hui) 降低，能為(wei) 充電樁使用太陽能打下基礎。常見的光伏發電係統中有充放電裝置、儲(chu) 能裝置和光伏列陣等，而所選擇的容量可以根據光伏板輸出功率、麵積和轉換效率等決(jue) 定。當前，因為(wei) 受到技術影響，所以光伏板的實際輸出功率一般在150 W/m2 左右，效率不低於(yu) 70%。

針對民用建築，可以利用離網和並網兩(liang) 種，主要考慮實際的用電量。如果安裝120 kW 左右的光伏係統，並不能有效滿足實際的用電需求；如果是利用離網型單一類型，則需要增加蓄電池的容量，目前主要是應用並網型係統。在此基礎上，並網係統應為(wei) 避免出現“孤島”效應，及時采取相應措施，比如設置防逆流控製裝置，實時監測變壓器的電流與(yu) 電壓，以此保證光伏係統的電量能小於(yu) 實際的用電負荷，避免係統反送電能。

7 充電樁運營管理對策7.1 構建一體(ti) 化服務體(ti) 係

從(cong) 實際情況入手來加強服務，為(wei) 車主、企業(ye) 和部門等提供綜合服務。在構建一體(ti) 化服務體(ti) 係時，可以以當地的管理部門為(wei) 基礎，設置控製**，然後將充電樁連接在一起，加強運營與(yu) 管理，構建一體(ti) 化管理服務網絡。迎合時代發展應用信息化技術，建設數據庫，確保數據庫的實時更新，在服務體(ti) 係中有充電樁、用戶、賬戶和汽車等多方麵要素，讓用戶能及時明確充電樁的位置，提高服務質量。7.2 增強車主意識

在實際管理中，應增強車主的自身安全意識，減少事故的發生。充電樁的安裝和生產(chan) 企業(ye) 可以從(cong) 實際出發，根據充電樁在使用時的注意事項來設置活動，也可以在車主充電時為(wei) 其提供視頻學習(xi) ，便於(yu) 提高車主正確使用充電樁意識，減少事故發生。同時，還應能將責任落到實處，針對充電樁的使用單位和負責單位都應明確責任，並簽署合同，以此規範充電樁的安全使用要求和責任，提高使用人員自身的責任感，規範充電樁的使用方法。

8 hth下载地址充電樁收費運營雲(yun) 平台係統選型方案

8.1概述

AcrelCloud-9000hth下载地址充電柱收費運營雲(yun) 平台係統通過物聯網技術對接入係統的電動電動自行車充電站以及各個(ge) 充電整法行不間斷地數據采集和監控，實時監控充電樁運行狀態，進行充電服務、支付管理，交易結算，資要管理、電能管理，明細查詢等。同時對充電機過溫保護、漏電、充電機輸入/輸出過壓，欠壓，絕緣低各類故障進行預警；充電樁支持以太網、4G或WIFI等方式接入互聯網，用戶通過微信、支付寶，雲(yun) 閃付掃碼充電。

8.2應用場所

適用於(yu) 民用建築、一般工業(ye) 建築、居住小區、實業(ye) 單位、商業(ye) 綜合體(ti) 、學校、園區等充電樁模式的充電基礎設施設計。

8.3係統結構

係統分為(wei) 四層：

1）即數據采集層、網絡傳(chuan) 輸層、數據**層和客戶端層。

2）數據采集層：包括電瓶車智能充電樁通訊協議為(wei) 標準modbus-rtu。電瓶車智能充電樁用於(yu) 采集充電回路的電力參數，並進行電能計量和保護。

3）網絡傳(chuan) 輸層：通過4G網絡將數據上傳(chuan) 至搭建好的數據庫服務器。

4）數據**層：包含應用服務器和數據服務器，應用服務器部署數據采集服務、WEB網站，數據服務器部署實時數據庫、曆史數據庫、基礎數據庫。

5）應客戶端層：係統管理員可在瀏覽器中訪問電瓶車充電樁收費平台。終端充電用戶通過刷卡掃碼的方式啟動充電。

小區充電平台功能主要涵蓋充電設施智能化大屏、實時監控、交易管理、故障管理、統計分析、基礎數據管理等功能，同時為(wei) 運維人員提供運維APP，充電用戶提供充電小程序。

8.4 hth下载地址充電樁雲(yun) 平台係統功能

8.4.1智能化大屏

智能化大屏展示站點分布情況，對設備狀態、設備使用率、充電次數、充電時長、充電金額、充電度數、充電樁故障等進行統計顯示，同時可查看每個(ge) 站點的站點信息、充電樁列表、充電記錄、收益、能耗、故障記錄等。統一管理小區充電樁，查看設備使用率，合理分配資源。

8.4.2實時監控

實時監視充電設施運行狀況，主要包括充電樁運行狀態、回路狀態、充電過程中的充電電量、充電電壓/電流，充電樁告警信息等。

8.4.3交易管理

平台管理人員可管理充電用戶賬戶，對其進行賬戶進行充值、退款、凍結、注銷等操作，可查看小區用戶每日的充電交易詳細信息。

8.4.4故障管理

設備自動上報故障信息，平台管理人員可通過平台查看故障信息並進行派發處理，同時運維人員可通過運維APP收取故障推送，運維人員在運維工作完成後將結果上報。充電用戶也可通過充電小程序反饋現場問題。

8.4.5統計分析

通過係統平台，從(cong) 充電站點、充電設施、、充電時間、充電方式等不同角度，查詢充電交易統計信息、能耗統計信息等。

8.4.6基礎數據管理

在係統平台建立運營商戶，運營商可建立和管理其運營所需站點和充電設施，維護充電設施信息、價(jia) 格策略、折扣、優(you) 惠活動，同時可管理在線卡用戶充值、 凍結和解綁。

8.4.7運維APP

麵向運維人員使用，可以對站點和充電樁進行管理、能夠進行故障閉環處理、查詢流量卡使用情況、查詢充電\充值情況，進行遠程參數設置，同時可接收故障推送

8.4.8充電小程序

麵向充電用戶使用，可查看附近空閑設備，主要包含掃碼充電、賬戶充值，充電卡綁定、交易查詢、故障申訴等功能。

8.5係統硬件配置

9 結束語

大力推廣應用新能源汽車的目的是減少對**能源的依賴。在充電樁中應用新能源技術能減少對環境的汙染，從(cong) 而使新能源技術成為(wei) 這一行業(ye) 發展的重要技術。從(cong) 當前實際情況能看出，要想應用新能源技術，依然需要較高的成本，在未來仍需不斷研究，降低成本，同時減少對環境的汙染，推動新能源汽車和充電樁更好地發展。

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