劉曼佳，甘依依，游 力，鄧桂平

（國(guó)網(wǎng)湖北省電力公司電力科學(xué)研究院，湖北 武漢 430077）

0 引言

電動(dòng)汽車的迅猛發(fā)展帶動(dòng)了電動(dòng)汽車充電設(shè)施行業(yè)的快速擴(kuò)張。預(yù)計(jì)到2020年，我國(guó)電動(dòng)汽車規(guī)模將達(dá)到500×104輛，需要新建480×104個(gè)充電樁。以湖北為例，2016～2017年，國(guó)家電網(wǎng)公司在湖北省總計(jì)新建充電站267座、充電樁1 530臺(tái)。隨著充電設(shè)施的大面積投運(yùn)，其是否能安全健康運(yùn)行直接關(guān)系到用戶的綠色出行和充電樁行業(yè)的良性發(fā)展。通過(guò)分析提出電動(dòng)汽車充電設(shè)施在運(yùn)行中存在的關(guān)鍵問(wèn)題，并提出合理解決建議，對(duì)促進(jìn)電動(dòng)汽車充電設(shè)施行業(yè)健康發(fā)展具有積極意義。

1 國(guó)內(nèi)電動(dòng)汽車充電樁參數(shù)配置

1.1 交流充電樁

交流充電樁具備計(jì)量計(jì)費(fèi)、運(yùn)營(yíng)平臺(tái)接入功能，可廣泛使用于居民小區(qū)停車場(chǎng)、城市公用停車場(chǎng)、專用充電站。主流交流充電樁主要技術(shù)指標(biāo)如表1所示。

表1 交流充電樁主要技術(shù)參數(shù)Tab.1 Major technical index of mainstream AC electric vehicle chargers

1.2 直流充電樁

直流充電樁內(nèi)置多個(gè)并聯(lián)功率變換模塊，實(shí)際充電過(guò)程中可根據(jù)電動(dòng)汽車電池管理系統(tǒng)（BMS）所反饋的充電需求動(dòng)態(tài)調(diào)整輸出功率，可廣泛使用于城市集中快充站、公交專用快充站、高速公路服務(wù)區(qū)快充站，為電動(dòng)汽車提供直流快速充電。主流直流充電樁主要技術(shù)指標(biāo)如表2所示。

表2 直流充電樁主要技術(shù)參數(shù)Tab.2 Major technical index of mainstream DC electric vehicle chargers

2 在運(yùn)電動(dòng)汽車充電設(shè)施關(guān)鍵問(wèn)題

2.1 充電設(shè)施互操作性問(wèn)題

1）樁-車通信互動(dòng)問(wèn)題

目前，樁-車通信互動(dòng)問(wèn)題是阻礙直流充電樁對(duì)電動(dòng)汽車正常充電的關(guān)鍵問(wèn)題之一。對(duì)直流充電樁而言，在整個(gè)充電流程中，并不與電動(dòng)汽車蓄電池產(chǎn)生直接互動(dòng)，其功率輸出過(guò)程完全被動(dòng)聽從車載電池管理系統(tǒng)（BMS）所發(fā)出的通信報(bào)文指令。雖然GB/T 33003-2010《電動(dòng)汽車非車載充電機(jī)監(jiān)控單元與電池管理系統(tǒng)通信協(xié)議》中已規(guī)定了樁-車通信協(xié)議的具體標(biāo)準(zhǔn)，然而由于目前標(biāo)準(zhǔn)尚存在不完善之處、執(zhí)行力度不夠，充電樁和電動(dòng)汽車質(zhì)量良莠不齊，充電樁檢測(cè)認(rèn)證機(jī)制不夠完善，導(dǎo)致在實(shí)際充電操作過(guò)程中常常出現(xiàn)由于樁-車通信報(bào)文信息不準(zhǔn)確/不一致或通信質(zhì)量差而導(dǎo)致充電樁無(wú)法充電的問(wèn)題。

2）人-機(jī)互動(dòng)問(wèn)題

在充電設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)、安裝以及調(diào)試環(huán)節(jié)，由于缺乏統(tǒng)一檢測(cè)內(nèi)容和操作規(guī)程，導(dǎo)致在現(xiàn)場(chǎng)會(huì)出現(xiàn)技術(shù)人員各項(xiàng)作業(yè)無(wú)規(guī)程可依的混亂現(xiàn)象，存在諸多質(zhì)量及安全隱患。在用戶操作環(huán)節(jié)，目前有過(guò)半充電樁上的功能按鈕設(shè)計(jì)不能實(shí)現(xiàn)其所標(biāo)榜的按時(shí)間、金額或電量顯示的功能；此外在易用性方面，充電樁操作流程數(shù)及操作時(shí)間不同，部分充電樁操作流程復(fù)雜且不便捷，部分充電樁識(shí)別卡信息緩慢。以上典型問(wèn)題都對(duì)用戶操作體驗(yàn)造成了諸多不良影響[1]。

2.2 充電設(shè)施安全可靠性問(wèn)題

為了縮短用戶充電時(shí)間，充電樁普遍采用高電壓、大電流的工作方式，這對(duì)安全提出了極高的要求。新國(guó)標(biāo)對(duì)充電設(shè)施安全方面的充電溫度監(jiān)控、機(jī)械鎖與電子鎖聯(lián)動(dòng)、絕緣檢測(cè)和泄放電路等都進(jìn)行了規(guī)定。

然而在實(shí)際使用中，很多充電樁都安裝在露天環(huán)境中，常常在風(fēng)吹雨淋日曬等惡劣環(huán)境下工作，加之目前充電樁產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊，安全性能方面的技術(shù)指標(biāo)和試驗(yàn)項(xiàng)目在安裝前和使用中未經(jīng)檢測(cè)，無(wú)形中都增加了安全隱患和降低了使用可靠性。例如，有的充電樁沒(méi)有設(shè)置急停開關(guān)，不符合國(guó)標(biāo)要求，在使用中有安全隱患；有的充電樁的主回路電線銅線截面積達(dá)不到要求使電線發(fā)熱、加速老化，帶來(lái)安全隱患；部分充電樁未設(shè)置“超時(shí)錯(cuò)誤”處理機(jī)制，會(huì)導(dǎo)致過(guò)充等安全隱患[2]；部分充電樁在充電過(guò)程中出現(xiàn)非正常中斷，部分充電樁系統(tǒng)健壯性較差，異?；謴?fù)能力較弱，易死機(jī)。

在區(qū)域配電網(wǎng)可靠性方面，充電設(shè)施屬于配電網(wǎng)負(fù)荷端，當(dāng)大量充電設(shè)施接入?yún)^(qū)域配電網(wǎng)，其產(chǎn)生的電能質(zhì)量問(wèn)題和電壓質(zhì)量問(wèn)題勢(shì)必將對(duì)區(qū)域電網(wǎng)的供電可靠性造成影響[3]。

2.3 充電設(shè)施計(jì)量運(yùn)營(yíng)問(wèn)題

部分充電站存在未安裝計(jì)量考核表計(jì)或直流充電樁交流側(cè)未安裝電能計(jì)量裝置的情況，導(dǎo)致無(wú)法考核充電站在運(yùn)行過(guò)程中的耗電量或無(wú)法考核直流充電樁交直流轉(zhuǎn)換的電能損耗。同時(shí)，大部分安裝在充電樁內(nèi)的1.0級(jí)直流電能表均未進(jìn)行過(guò)計(jì)量檢定也未加封簽。上述問(wèn)題將嚴(yán)重影響運(yùn)營(yíng)商的運(yùn)營(yíng)利潤(rùn)，同時(shí)也極易造成與用戶之間的交易糾紛問(wèn)題。

2.4 充電設(shè)施運(yùn)行能效問(wèn)題

電動(dòng)汽車充電設(shè)施運(yùn)行能效水平將直接影響電動(dòng)汽車充電效率、充電服務(wù)質(zhì)量、充電站運(yùn)營(yíng)能耗成本和用戶充電成本，但目前對(duì)電動(dòng)汽車充電設(shè)施的運(yùn)行能效問(wèn)題關(guān)注較少。同時(shí)，由于國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上的充電樁產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊，且充電樁產(chǎn)品尚處于自愿認(rèn)證階段，許多企業(yè)送檢的設(shè)備和實(shí)際供貨的設(shè)備技術(shù)參數(shù)差別較大；另外，目前充電樁相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)其能效方面的技術(shù)指標(biāo)要求單一，僅包括充電機(jī)充電效率和功率因數(shù)2個(gè)技術(shù)指標(biāo)，且這2個(gè)指標(biāo)在充電樁安裝前和使用中都未經(jīng)檢測(cè)，使得實(shí)際運(yùn)行的充電樁充電效率無(wú)法得到保障[4]；此外，充電樁運(yùn)行一段時(shí)間后，因有的車型大電流頻繁充電，造成充電樁整體電壓、電流輸出降低[5]，進(jìn)一步降低了充電樁的充電效率，最終增加了充電設(shè)施運(yùn)營(yíng)成本及能耗水平。

3 解決措施

3.1 充電設(shè)施互操作性問(wèn)題解決措施

對(duì)于樁-車通信互動(dòng)問(wèn)題，建議繼續(xù)完善和細(xì)化通信協(xié)議相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容，特別針對(duì)通信協(xié)議的物理層、鏈路層和應(yīng)用層開展標(biāo)準(zhǔn)化工作，具體包括充電握手階段、充電參數(shù)配置和充電階段、充電結(jié)束階段，以及報(bào)文格式和故障響應(yīng)處理檢查，比如當(dāng)報(bào)文出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，是否能夠發(fā)出正確告警信息，或采取恰當(dāng)處理措施；對(duì)于人-機(jī)互動(dòng)問(wèn)題，建議抓緊制定出臺(tái)有關(guān)充電設(shè)施現(xiàn)場(chǎng)安裝調(diào)試和檢測(cè)環(huán)節(jié)的操作規(guī)范，同時(shí)對(duì)充電樁本體設(shè)備的基本功能出臺(tái)建議性設(shè)計(jì)規(guī)范，以將人為操作風(fēng)險(xiǎn)降至最低并提高用戶體驗(yàn)。

雖然國(guó)家級(jí)的機(jī)制尚未出臺(tái)，但目前一些核心的企業(yè)可以聯(lián)合起來(lái)成立相關(guān)的充電聯(lián)盟，這種情況在國(guó)外也有例可循。例如，在日本就有一些充電企業(yè)、車廠和電力公司，如東京電力成立聯(lián)盟，保證聯(lián)盟間的設(shè)備和車輛互聯(lián)互通。

3.2 充電設(shè)施安全可靠性問(wèn)題解決措施

隨著充電設(shè)施建設(shè)爆發(fā)期來(lái)臨，各種充電設(shè)備企業(yè)蜂涌而入，但是技術(shù)門檻并不高，因此，應(yīng)當(dāng)樹立起嚴(yán)格的行業(yè)安全門檻，把充電安全作為企業(yè)的重要責(zé)任。各充電樁生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)率先樹立標(biāo)桿，加強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)新，將電池、充電機(jī)、模塊、電網(wǎng)等環(huán)節(jié)充分協(xié)同，形成更有效的安全管理。

同時(shí)，新出爐的充電樁國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)重點(diǎn)明確了電動(dòng)汽車充電系統(tǒng)的基礎(chǔ)性、通用性、安全性要求，并對(duì)充電溫度監(jiān)控、機(jī)械鎖與電子鎖聯(lián)動(dòng)、絕緣檢測(cè)和泄放電路等都進(jìn)行了規(guī)定。例如增加了充電樁的安全隔離保護(hù)、充電溫度控制、機(jī)械鎖和電子鎖聯(lián)動(dòng)、過(guò)載和短路保護(hù)等安全措施，新國(guó)標(biāo)極大地提高了充電樁等相關(guān)配套設(shè)施的防水、防漏電等安全可靠性，無(wú)論是在露天還是封閉的環(huán)境下，都能對(duì)充電樁使用起到絕對(duì)的安全保障。

在充電樁并網(wǎng)可靠性方面，未來(lái)配電網(wǎng)規(guī)劃改造應(yīng)充分考慮電動(dòng)汽車充電負(fù)荷，使配電網(wǎng)具備能充分接納大規(guī)模充電樁接入的容量；同時(shí)，在充電側(cè)，要加強(qiáng)電能質(zhì)量治理工作，對(duì)于充電樁本體要通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新來(lái)減少設(shè)備運(yùn)行對(duì)電網(wǎng)造成的諧波污染，進(jìn)而雙向提升電網(wǎng)供電可靠性。

3.3 充電設(shè)施計(jì)量運(yùn)營(yíng)問(wèn)題解決措施

監(jiān)管部門應(yīng)出臺(tái)強(qiáng)制政策，在所有充電樁中加裝計(jì)量考核表計(jì)，針對(duì)直流充電樁應(yīng)在交直流轉(zhuǎn)換兩側(cè)同時(shí)加裝電能表；同時(shí)，應(yīng)統(tǒng)一由第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)開展充電樁電能表全檢工作并加封鉛封，以保證貿(mào)易結(jié)算依據(jù)的可信度，減少貿(mào)易結(jié)算糾紛。

3.4 充電設(shè)施運(yùn)行能效問(wèn)題解決措施

從技術(shù)角度改進(jìn)功率模塊、提升單體啟動(dòng)和輸出能效、降低待機(jī)能耗，從規(guī)劃管理角度提高使用率、減少空置率等方面系統(tǒng)考慮優(yōu)化充電設(shè)施能效水平[6]。同時(shí)，細(xì)化完善充電樁能效部分的設(shè)計(jì)、運(yùn)行及檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)在廠充電樁開展能效評(píng)級(jí)，對(duì)在運(yùn)充電樁開展第三方能效評(píng)估工作，對(duì)能效不達(dá)標(biāo)的設(shè)備應(yīng)強(qiáng)制整改或不予市場(chǎng)準(zhǔn)入。

4 結(jié)語(yǔ)

電動(dòng)汽車充電設(shè)施作為直接面向普通用戶的電網(wǎng)終端電氣設(shè)備，其互操作性、安全性、可靠性、計(jì)量問(wèn)題和能效問(wèn)題將對(duì)用戶、電網(wǎng)和運(yùn)營(yíng)商三方利益造成直接影響。因此，必須從充電樁體自身外觀和功能設(shè)計(jì)、用戶操作、技術(shù)人員作業(yè)、電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行、運(yùn)營(yíng)商運(yùn)營(yíng)成本等方面進(jìn)行全盤考慮，從設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、安裝、檢測(cè)、運(yùn)行維護(hù)等各個(gè)環(huán)節(jié)采取必要措施，例如制定一系列電動(dòng)汽車充電設(shè)施設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、操作規(guī)范及考核制度，從根本上杜絕問(wèn)題隱患，引導(dǎo)規(guī)范電動(dòng)汽車充電設(shè)施行業(yè)的良性發(fā)展。

（References）

[1]王艷華,繆金.充電樁發(fā)展現(xiàn)狀及問(wèn)題對(duì)策研究[J].中國(guó)市場(chǎng),2016(41):45-51.WANG Yanhua,MIU Jin.Analysis of current situation and countermeasures of electric vehicle chargers[J].China Market,2016(41):45-51.

[2]謝偉才.電動(dòng)汽車充電樁的設(shè)計(jì)與研究[J].通訊世界,2016(2):105-107.XIE Weicai.The design and analysis of electric vehicle chargers[J].Telecom World,2016(2):105-107.

[3]魯莽,周小兵,張維.國(guó)內(nèi)外電動(dòng)汽車充電設(shè)施發(fā)展?fàn)顩r研究[J].華中電力,2010(5):16-20.LU Mang,ZHOU Xiaobin,ZHANG Wei.Research on development of charging facilities for electric vehicles at home and abroad[J].Central China Electric Power,2010(5):16-20.

[4]周志堅(jiān),趙陽(yáng),馬浩,等.高速公路電動(dòng)汽車充電樁現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)方法[J].智能電網(wǎng),2016(4):432-436.ZHOUZhijian,ZHAO Yang,MA Hao,etal.A kind of field test method for electric vehicle charging pile[J].Smart Grid,2016(4):432-436.

[5]杜航.計(jì)及電動(dòng)汽車充電負(fù)荷的配網(wǎng)安全性與可靠性研究[D].北京：華北電力大學(xué),2014.DU Hang.Safety and reliability evaluation of distribution system with EV chargingload[D].Beijing:North China Electric Power University,2014.

[6]羅漢武.電動(dòng)汽車靈活接入的充電設(shè)施需求預(yù)測(cè)、運(yùn)行與能效評(píng)估方法研究[D].武漢:武漢大學(xué),2013.LUO Hanwu.Study on the forecasting,operation and energy efficiency evaluation method for electricvehicle chargingfacilities[D].Wuhan:Wuhan University,2013.