李鵬

國網(wǎng)廈門供電公司 福建廈門 361000

1 概述

各地紛紛建立電動汽車充電樁，地方政府成電動汽車充電樁建設(shè)關(guān)鍵推手。目前，全國已有40 多個省進行了充電樁的建設(shè)。初期充電樁建設(shè)將以小批量試點為主，通過試點加速行業(yè)標準的出臺，屆時充電樁將進入快速爆發(fā)式增長階段[1]。

眾所周知，常規(guī)的汽車主要以化石燃料作為汽車的動力能源，這種燃料不僅會污染環(huán)境，而且燃料資源是有限的、不可再生的。因此，大家逐漸把目光放在電動汽車的生產(chǎn)和研究上。電動汽車的使用不僅可以減少向大氣排放的尾氣量，有效改善環(huán)境，而且其使用的電能資源是比較好獲取的，所以電動汽車的發(fā)展勢在必行。但是電動汽車自身較弱的續(xù)航能力、充電不方便等缺點一直是大家的顧慮，在一定程度上影響了電動汽車的推廣和使用。而電動汽車智能充電樁的提出能很好的解決電動汽車充電，它對電動汽車動力電池的維護可以根據(jù)動力電池的電量自動進行，簡化了汽車用戶操作行為，可以更好地促進電動汽車的推廣。

2 電動汽車的充電方法和建設(shè)充電樁監(jiān)控系統(tǒng)的必要性

目前，電動汽車充電方式主要有以下幾種，如下圖1 所示：

圖1 電動汽車充電方式

（1）交流充電。交流充電樁一般是指固定在地面上，為具有車載充電機的電動汽車提供交流電源，主要安裝于公共建筑、居民小區(qū)停車場和充電站內(nèi)，充電時間較長。一個交流充電樁可同時為一輛或多輛電動汽車充電，基于負荷特點和節(jié)能環(huán)保的要求，交流充電樁以安全性為基礎(chǔ)，以實用性、智能化和標準化為導向，集供配電系統(tǒng)、充電系統(tǒng)、充電站監(jiān)控系統(tǒng)和計費管理系統(tǒng)于一體，實現(xiàn)計時、計電量、計金額充電等全面智能化。

交流充電一般采用交流電源的是220V 或380V，充電時充電裝置會對電流進行整流和濾波，然后再充電，可以保護電源裝置，但是交流充電一般耗時較久，不適合大型的電動汽車充電。

（2）直流充電。直流充電采用整流設(shè)備為電動汽車的蓄電池充電，功率較大，輸出電流、電壓變化范圍比較廣，因此可以滿足不同類型電動汽車的充電需求，并且可以在較短時間內(nèi)快速給電動汽車充電，直流充電樁一般安裝在電動汽車充電站中。直流充電站作為電動汽車充電站的前端設(shè)備，以實用性、智能化和標準化為導向，集配電系統(tǒng)、充電系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)和計費管理系統(tǒng)于一體，實現(xiàn)充電的人機互動、計費、計量、收費和充電管理等。

直流充電方式不需經(jīng)車載裝置對電流進行調(diào)節(jié)，不需要整流裝置，可以減輕電動汽車負重，而且直流充電一般采用大功率充電，所以充電速度比較快，可達到快速充電效果，可適用于大型電動汽車。

（3）更換電池組。一般通過一主一備的兩組電池來實現(xiàn)，當一組在工作時候，另一組保持充電狀態(tài)，工作的電池電力耗盡時，更換另一組備用電池，這種充電方式可以減少汽車充電時間，提高電動汽車的利用率。但是，它需要加大電池的投資以及對電池的保養(yǎng)維護費用。

（4）非接觸式充電。這種方式采用的少，因為需要在電動汽車內(nèi)嵌入特定的電氣元件，使得汽車隨時可以與該電氣元件接觸，達到隨時充電的目的。但是這種技術(shù)目前還不成熟且需要大量資金投入研發(fā)，所以并沒有被推廣使用。

盡管現(xiàn)在電動汽車還存在不少缺點，但隨著科技進步、技術(shù)成熟，電動汽車的缺點也將逐步攻克。電動汽車也有著它特有的優(yōu)勢，比如噪音小、無污染。當今，電動汽車一般采用鋰電子電池，這種電池對充放電的要求很高，需要建設(shè)智能充電樁來管理，否則會損害鋰電池，嚴重時可能會引發(fā)安全事故，所以有必要對電動汽車充電樁進行充分管理。

3 電動汽車充電樁監(jiān)控系統(tǒng)功能

監(jiān)控系統(tǒng)主要是將統(tǒng)一的充電樁設(shè)備與系統(tǒng)接入，采集實時數(shù)據(jù)，實現(xiàn)遠程監(jiān)控充電樁及充電狀態(tài)實時監(jiān)控、充電量采集。[2]監(jiān)控系統(tǒng)主要功能概括如下：

（1）充電樁管理?；贕IS 的電動汽車智能充電樁基本信息管理，分布，能力等信息。

（2）狀態(tài)監(jiān)控。實現(xiàn)對電壓、電流、保護狀態(tài)、開關(guān)狀態(tài)等數(shù)據(jù)采集與實時監(jiān)控。

（3）充電監(jiān)控。充電時輸入輸出電壓、電流、充電時間、功率因數(shù)、當前充電模式、充電機故障狀態(tài)等數(shù)據(jù)采集與實時監(jiān)控。

（4）汽車電池狀態(tài)監(jiān)控。主要監(jiān)控汽車電池的基本信息、電池單體電壓、電池單體溫度、電池故障狀態(tài)等信息。

4 電動汽車充電樁綜合運營管理

電動汽車充電樁運營管理涉及到對分散于市區(qū)內(nèi)充電設(shè)施的資產(chǎn)（設(shè)備）管理、計量計費、支付結(jié)算、統(tǒng)計分析、運行管理、用戶管理、客戶服務(wù)、集中監(jiān)測等功能，為電動汽車充電服務(wù)網(wǎng)絡(luò)的運營管理提供有力支撐，保證電動汽車運營高效有序，實現(xiàn)運營智能化、規(guī)范化管理[2]。電動汽車充電樁綜合運營管理流程圖如下圖2 所示：

圖2 電動汽車充電樁綜合運營管理流程圖

對于運營系統(tǒng)的建設(shè)分兩步走，第一步使用樁設(shè)備提供商的運營系統(tǒng)，把充電業(yè)務(wù)先行推廣起來；第二步深度規(guī)劃系統(tǒng)的頂層設(shè)計，按照業(yè)務(wù)需求重構(gòu)運營系統(tǒng)。

4.1 運營系統(tǒng)搭建

主要是利用設(shè)備商提供的運行系統(tǒng)完成運營系統(tǒng)搭建實現(xiàn)充電業(yè)務(wù)推廣。設(shè)備商提供的系統(tǒng)一般具有三大功能：

（1）充電站站級系統(tǒng)：能夠?qū)Τ潆姌兜娜粘顟B(tài)、充電過程進行監(jiān)控，能夠?qū)断掳l(fā)指令實現(xiàn)對功率的自動調(diào)配；能實現(xiàn)支付對接；能實現(xiàn)對下游站級平臺的清算、對賬功能；

（2）建立手機APP，能看到對附近充電樁的位置信息以地圖、列表的方式展示，同時可以顯示出樁的狀態(tài)信息，能夠快速定位、導航到最近處于空閑狀態(tài)、可用的充電樁；

（3）建立數(shù)據(jù)通訊前置，達到樁群管理的功能?？梢造`活的按照市場需求進行樁的組網(wǎng)控制。

4.2 數(shù)據(jù)運營中心建設(shè)

數(shù)據(jù)運行中心的建設(shè)要最終實現(xiàn)對全國充電樁的集中管控具體從以下幾個方面實施：

（1）建立數(shù)據(jù)通訊前置。直接面向充電樁，統(tǒng)一接口規(guī)范，實現(xiàn)充電樁軟件升級，實現(xiàn)信息的轉(zhuǎn)發(fā)與下達。

（2）建立充電樁云管理平臺。搭建云管理平臺實現(xiàn)充電業(yè)務(wù)集中監(jiān)控，自動報告上送異常情況，并有自動調(diào)整功能。

（3）建立區(qū)域級站點管理平臺。對充電站的操作權(quán)限進行分配，權(quán)限不同，業(yè)務(wù)管理范圍不同。實現(xiàn)用電高峰期的功率調(diào)配，具有廣告管理等功能。提供站級二級清分結(jié)算等功能，預(yù)留賬務(wù)接口能夠與原有財務(wù)系統(tǒng)進行對接，實現(xiàn)銀企直連完成可以按照下轄站點的要求進行資金劃撥。

（4）建立全國運營總中心。完善完備數(shù)據(jù)記錄，便于查找維護；完善權(quán)限管理系統(tǒng)，實現(xiàn)任務(wù)分配、變更、指令下發(fā)及反饋；完善充電樁運營系統(tǒng)支付體系，支持多種便捷支付；完善充電樁用戶的賬戶體系，實現(xiàn)體系內(nèi)的便捷支付；完善清分結(jié)算體系，實現(xiàn)財務(wù)自動清分與結(jié)算，并具有差錯報送及處理機制。

（5）建立便捷的APP 中心。提供充電樁定位、導航、支付等功能，方便用戶使用充電樁，并且基于互聯(lián)網(wǎng)思維提供車主互動平臺、運營商互動平臺，預(yù)留多種增值功能。

5 充電樁智能監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計

電動汽車充電樁智能監(jiān)控系統(tǒng)需滿足配電系統(tǒng)的保護、控制、監(jiān)視、通訊等要求，實現(xiàn)對整個充電站電力的監(jiān)控和管理，包括配電監(jiān)控、充電機監(jiān)控、煙霧監(jiān)控等，可對整個充電站設(shè)備的運行參數(shù)和設(shè)備狀態(tài)進行實時監(jiān)測和控制，并實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、統(tǒng)計和打印，以及歷史記錄的查詢和報警[3]。

5.1 管理層

在后臺建立數(shù)據(jù)庫，存儲歷史數(shù)據(jù)，同時通過后臺主機完成全系統(tǒng)監(jiān)控和各種管理功能（權(quán)限、報警、打印、趨勢），并可實現(xiàn)與其它智能系統(tǒng)的通訊。

5.2 通訊層

通訊層主要是完成現(xiàn)場監(jiān)視和控制，并實現(xiàn)通訊轉(zhuǎn)換和故障診斷功能。通訊層設(shè)備一般包括HMI人機界面、AC500可編程控制器、前端串口服務(wù)器，實現(xiàn)不同設(shè)備間信息傳遞，實現(xiàn)信息互通。

5.3 設(shè)備層

現(xiàn)場的遙信量、遙控量、控制、保護動作等信息均通過現(xiàn)場帶通訊功能的電力儀表實時采集，同時設(shè)置越限、告警和脫扣等功能保護，并以數(shù)字信息上傳至通訊層和后臺主機。設(shè)備層主要設(shè)備是EM 智能電量儀表、RTU 檢測與控制裝置及LNS 電流互感器。

6 結(jié)語

為了能夠縮短電動汽車蓄電池的充電時間，延長蓄電池的使用壽命，應(yīng)充分加強對電動汽車智能充電樁的管理。通過充電樁的管理試下充電整個過程的智能化，減少人力資源投入。同時智能充電樁管理的提高還能在保護環(huán)境的同時促進電動汽車的推廣使用。