林曉丹

摘 要：在全球倡導(dǎo)低碳減排的大背景下，新能源成為熱門行業(yè)在全球范圍內(nèi)得以開展。汽車尾氣排放會(huì)在一定程度上加重溫室效應(yīng)，并且化石能源的日漸緊缺也迫切對(duì)新能源汽車發(fā)展提出新要求。現(xiàn)階段的新能源汽車以電力汽車為主，與燃油汽車不同的是，電力汽車不再需要或只需少量燃油就可以提供驅(qū)動(dòng)力。新能源汽車的動(dòng)力補(bǔ)充方式為充電，因此充電樁成為新能源汽車的配套設(shè)備。我國(guó)現(xiàn)階段已經(jīng)擁有大量的充電樁，但是伴隨新能源汽車保有量的增加，現(xiàn)有的充電樁不足以滿足新能源汽車用戶的需求，且部分充電樁的質(zhì)量存在問(wèn)題由此導(dǎo)致安全事故。因此開展新能源汽車充電樁建設(shè)優(yōu)化對(duì)于充電樁發(fā)展及新能源汽車使用具有積極意義。

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(wèn)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 新能源汽車充電樁建設(shè)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(wèn)題。

2.2 國(guó)內(nèi)背景

我國(guó)長(zhǎng)期以來(lái)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。[1]

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，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，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(wàn)座汽車充電樁，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(wàn)座。但是現(xiàn)階段的汽車充電樁存在一些質(zhì)量問(wèn)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(guò)程中需要同時(shí)兼顧規(guī)劃與優(yōu)化工作。

3 新能源汽車充電樁建設(shè)存在的問(wèn)題

為了積極響應(yīng)節(jié)能減排與低碳環(huán)保的戰(zhàn)略要求，我國(guó)許多城市建設(shè)大量的充電樁，然而現(xiàn)實(shí)中許多城市的汽車充電樁存在閑置現(xiàn)象，利用率極其低下。充電樁利用率低下的現(xiàn)象暴露了許多充電樁建設(shè)過(guò)程中存在的問(wèn)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](méi)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(wú)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(lái)不便，還造成了嚴(yán)重的資源浪費(fèi)。[2]

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(méi)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(guò)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(guò)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(wèn)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(guò)于密集或過(guò)于稀疏，甚至部分區(qū)域存在大范圍內(nèi)沒(méi)有充電樁，這種現(xiàn)象在郊區(qū)展現(xiàn)的尤為明顯。[3]

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(wèn)題依然得不到解決，導(dǎo)致充電效率無(wú)法得到提升，不僅為用戶帶來(lái)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)搶占市場(chǎng)份額的現(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(wèn)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(lái)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(guò)快或過(guò)慢的充電速度都會(huì)對(duì)車輛電池造成直接影響。

4 新能源汽車充電樁優(yōu)化措施

4.1 提升充電樁質(zhì)量

4.1.1 充電樁控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)與器件選型

新能源汽車充電樁優(yōu)化的關(guān)鍵在于提升充電樁的質(zhì)量，因此需要對(duì)新能源汽車充電樁控制系統(tǒng)硬件與器件進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)與選型。

①計(jì)費(fèi)控制單元：

在新能源汽車充電樁控制系統(tǒng)當(dāng)中，計(jì)費(fèi)控制單元是重要組成部，在控制新能源汽車充電樁正常運(yùn)行的基礎(chǔ)上，還需要確保充電樁信息采集的準(zhǔn)確性。

高性能、高質(zhì)量的計(jì)費(fèi)控制硬件是制造高質(zhì)量充電樁的關(guān)鍵，經(jīng)不斷實(shí)踐研究表明，在充電樁計(jì)費(fèi)控制硬件中使用高性能 DSP 芯片TMS320F28335可以達(dá)到對(duì)數(shù)據(jù)高效分析處理的效果。[4]在選定芯片的基礎(chǔ)上，在芯片外部配備MAX3232和MAX3485實(shí)現(xiàn)信息顯示與通信，另外配備W5500和HR911105A 接口設(shè)計(jì)充電樁以太網(wǎng)模塊。圖1所示為計(jì)費(fèi)控制單元硬件結(jié)構(gòu)。

②充電設(shè)備控制器：

充電設(shè)備控制器的作用多樣，包括與計(jì)費(fèi)控制單元的通訊、數(shù)字出入量的檢測(cè)。優(yōu)化后的充電設(shè)備控制器配備3個(gè)CAN總線通信接口，3個(gè)接口的功能各不相同，分別負(fù)責(zé)與充電模塊的通信、與正在充電車輛的BMS1和BMS2通信。在與充電車輛BMS1 和BMS2 通信的過(guò)程中實(shí)現(xiàn)了信息交互，由此充電樁獲知充電車輛需要的充電參數(shù)，再由CAN向充電模塊傳遞，調(diào)整完成后由充電模塊直接輸出。

與此同時(shí)充電樁的充電控制器配有2路 RS485接口，2路RS485接口分別負(fù)責(zé)不同的功能：其中一條2路RS485接口主要負(fù)責(zé)向計(jì)費(fèi)控制系統(tǒng)傳送充電參數(shù)，隨后接收由計(jì)費(fèi)控制單元發(fā)出控制指令；剩余一路 RS485 接口直接與交直流絕緣監(jiān)測(cè)模塊實(shí)現(xiàn)通信，由此實(shí)現(xiàn)對(duì)絕緣檢測(cè)模塊絕緣電阻值的讀取與判斷，從而判斷新能源汽車的絕緣性能，由此制定異常情況下的應(yīng)急預(yù)案。圖2所示為充電設(shè)備控制器硬件結(jié)構(gòu)。[5]

4.1.2 強(qiáng)化充電樁機(jī)體保護(hù)

為了防止外界因素對(duì)公共充電樁造成的損壞，需要采取一定的措施強(qiáng)化對(duì)充電樁機(jī)體的保護(hù)。充電樁可以效仿加油站的方式，在充電柱上方搭設(shè)涼棚，從而防止充電樁受到外力而出現(xiàn)損壞，避免安全事故的發(fā)生。

4.2 擴(kuò)大充電樁建設(shè)規(guī)模

擴(kuò)大充電樁需要避免盲目性，擴(kuò)建之前需要對(duì)新能源汽車用戶的需求進(jìn)行分析，在此基礎(chǔ)上確保充電樁的合理分布。停車場(chǎng)、居民區(qū)是充電樁重點(diǎn)建設(shè)的主要區(qū)域。并且要大力宣傳、鼓勵(lì)充電樁建設(shè)，通過(guò)提供技術(shù)幫助、簡(jiǎn)化審批手續(xù)等方式讓更多的組織申請(qǐng)充電樁建設(shè)。

“十四五”規(guī)劃中明確指出要完成至少1000萬(wàn)座充電樁建設(shè)，因此各地區(qū)可以選擇結(jié)合新能源汽車用戶調(diào)查結(jié)果的基礎(chǔ)上，更進(jìn)一步精確選擇充電樁建設(shè)區(qū)域，在提升用戶使用便捷性的同時(shí)還提升了充電樁服務(wù)的精準(zhǔn)性，使更多的新能源汽車用戶的充電需求得到滿足。

4.3 優(yōu)惠充電費(fèi)用

現(xiàn)階段充電樁的主要付款方式為掃碼支付，但是許多系能源汽車用戶不僅需要支付充電費(fèi)，還需要支付停車費(fèi)，這使得許多用戶對(duì)充電樁使用價(jià)格極為不滿。為了緩解新能源汽車用戶的充電費(fèi)用負(fù)擔(dān)，國(guó)家針對(duì)充電樁使用費(fèi)用出臺(tái)了針對(duì)性政策，將全國(guó)范圍內(nèi)的新能源汽車充電費(fèi)用控制在合理的區(qū)間，且取消所有的不合理收費(fèi)，如停車費(fèi)、附加服務(wù)費(fèi)等。

部分地區(qū)由于情況特殊，并不能一律取消除充電費(fèi)意外的所有費(fèi)用，這些地區(qū)可以制定更加合理的收費(fèi)制度，如1小時(shí)內(nèi)免費(fèi)停車、3小時(shí)內(nèi)七折停車、附加服務(wù)費(fèi)自愿等，地方政府也可以予以充電站適當(dāng)?shù)难a(bǔ)貼，從而讓充電站為用于推出更大的收費(fèi)優(yōu)惠力度，提升用戶滿意度。

4.4 統(tǒng)一充電樁充電速度

標(biāo)準(zhǔn)的直流充電樁充電速度為1min/4km，大部分新能源汽車的續(xù)航里程為300km，因此一臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)的直流充電柱充滿一臺(tái)300km新能源汽車需要持續(xù)1h，如果使用慢速充電樁，充滿一臺(tái)300km新能源汽車需要花費(fèi)7-8h，很多情況下用戶沒(méi)有自主選擇充電樁速度的條件，因此統(tǒng)一充電樁的充電速度對(duì)于提升用戶體驗(yàn)具有重要意義。

對(duì)于現(xiàn)有的充電樁進(jìn)行改造，就是將所有的慢速充電樁統(tǒng)一改為快速充電。從技術(shù)層面出發(fā)需要為慢速充電樁更換充電配件，這種改造方式具有較高的施工成本。因此從全局的角度出發(fā)決定將所有的充電樁一律改為標(biāo)準(zhǔn)充電樁，這樣可以緩解大量的快速充電樁對(duì)電網(wǎng)造成的沖擊，同時(shí)平穩(wěn)的標(biāo)準(zhǔn)充電更有助于新能源汽車的保養(yǎng)。

4.5 充電樁信息線上發(fā)布管理

互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代下信息流通速度倍增，為了減少?gòu)V大新能源汽車用戶尋找充電樁時(shí)存在的麻煩，充電樁企業(yè)可以在公眾號(hào)上發(fā)布充電樁信息，包括充電樁的狀態(tài)、位置，讓用戶不在處于被動(dòng)地位，而是可以結(jié)合自身實(shí)際情況主動(dòng)選擇充電樁，而為了確保充電樁信息發(fā)布的及時(shí)性與有效性，充電樁企業(yè)要積極接受社會(huì)監(jiān)督，采納用戶提供的建議。通過(guò)公眾號(hào)發(fā)布充電樁信息，相比過(guò)去用戶尋找充電樁，為廣大新能源汽車用戶帶來(lái)極大的便利性，同時(shí)線上發(fā)布充電樁信息也有助于市政對(duì)充電樁的統(tǒng)一管理，也有助于充電樁企業(yè)對(duì)充電樁的維護(hù)。

5 結(jié)語(yǔ)

新能源汽車相比燃油汽車具有更高的環(huán)保意義，許多用戶考慮到充電比燃油價(jià)格更低，因此選擇使用新能源汽車。而實(shí)際上由于充電樁存在的諸多問(wèn)題，導(dǎo)致新能源汽車后續(xù)使用過(guò)程中存在諸多麻煩，其中不同企業(yè)充電樁的收費(fèi)、充電速度沒(méi)有為用戶帶來(lái)理想的體驗(yàn)感。由此可見要推行新能源汽車大范圍普及，就需要確保充電樁的質(zhì)量與有效性。充電樁的優(yōu)化需要充分結(jié)合用戶的實(shí)際使用需求以及電網(wǎng)的狀況，從而確保充電樁分布、收費(fèi)的合理性，減少用戶尋找充電樁時(shí)存在的麻煩，更是對(duì)我國(guó)新能源事業(yè)建設(shè)具有積極意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]張渲，夏雯麗，姚瑤.“新基建+雙碳”下的新能源充電樁發(fā)展趨勢(shì)和應(yīng)對(duì)策略[J].全國(guó)流通經(jīng)濟(jì)，2022（05）：134-137.

[2]朱國(guó)海.西部城市新能源汽車充電樁建設(shè)現(xiàn)狀及建議[J].建設(shè)科技，2022（01）：89-91+96.

[3]陳湛清，金敏燕，王志威，姚朗泉，梁佩瑜.新能源汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)現(xiàn)狀與發(fā)展問(wèn)題研究——以湛江市為例[J].汽車實(shí)用技術(shù)，2021，46（20）：234-236.

[4]蔣慧敏，陳新，孟蜜蜜，項(xiàng)宇龍.常州新能源汽車充電樁建設(shè)及優(yōu)化路徑研究[J].時(shí)代汽車，2021（16）：95-96.

[5]陳立新. 經(jīng)濟(jì)全球化背景下新能源汽車發(fā)展的控制策略[C]//.華南教育信息化研究經(jīng)驗(yàn)交流會(huì)2021論文匯編（十三）.，2021：830-833.