淺談安科瑞新能源電動(dòng)車光伏充電站發(fā)展及研究

任運(yùn)業(yè)

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘 要:傳統(tǒng)石油能源車逐漸向新電力能源方向轉(zhuǎn)變，這對(duì)電動(dòng)車充電站配套設(shè)施提出了新的要求?；诖?，文章對(duì)新能源電動(dòng)車充電站進(jìn)行了研究，并探討了其發(fā)展趨勢(shì)，以及目前存在的各類技術(shù)難題，提出汽車充電站的具體的發(fā)展策略，以促進(jìn)其可持續(xù)發(fā)展。

關(guān)鍵詞:新能源電動(dòng)車:光伏充電站:配套設(shè)施

0 引言

為了避免能源枯竭，需要尋找新型可再生能源替代原有的不ke再生能源，因此光伏電能發(fā)電應(yīng)運(yùn)而生。隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，傳統(tǒng)燃油私家車的數(shù)量正逐漸增多，隨之而來(lái)的是石油能源消耗量的逐漸增大，因此我國(guó)將汽車開發(fā)的關(guān)注點(diǎn)放到了新能源上，各類新能源電動(dòng)車應(yīng)運(yùn)而生。

目前，電動(dòng)車包括電動(dòng)自行車、電動(dòng)汽車、電動(dòng)公交車等，純電動(dòng)車有綠色環(huán)保、節(jié)能、經(jīng)濟(jì)性等優(yōu)點(diǎn)，充電工作基本由使用者解決，借助充電站完成能源補(bǔ)充。電動(dòng)汽車是21世紀(jì)汽車的主要發(fā)展方向，新能源電動(dòng)車已經(jīng)成為各大汽車生產(chǎn)商攻堅(jiān)的重點(diǎn)。目前，新能源電動(dòng)車在我國(guó)仍然無(wú)法普及個(gè)人光伏充電，且外接電線存在的安全隱患，因此對(duì)新能源電動(dòng)車充電站加大關(guān)注力度，推動(dòng)電動(dòng)車的普及和發(fā)展口。

在未來(lái)，電動(dòng)車將是人們出行的主要工具之一，而光伏充電站與新能源電動(dòng)車緊密聯(lián)系。為了推動(dòng)該行業(yè)的發(fā)展，我國(guó)出臺(tái)了一系列的政策為其提供保障，在此背景下加快配套設(shè)施建設(shè)，包括停車場(chǎng)、超市等公共場(chǎng)所從而提高充電站的服務(wù)質(zhì)量。新能源電動(dòng)車充電站是帶動(dòng)電動(dòng)車發(fā)展的一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，需采用科學(xué)的手段在電動(dòng)汽車的?？繀^(qū)域設(shè)置充電設(shè)施，為后續(xù)行業(yè)發(fā)展帶來(lái)更大的發(fā)展空間。

1 新能源電動(dòng)車光伏充電站發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)

1.1 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

(1)國(guó)外光伏充電站發(fā)展現(xiàn)狀。2013 年美國(guó) EnvisionSolar International 宣布太陽(yáng)能電動(dòng)充電站試驗(yàn)獲得成功，日光伏發(fā)電量約為16 kw·h，是世界全自動(dòng)、可移動(dòng)的發(fā)電充電站。該光伏系統(tǒng)還配備Envision Trak，儲(chǔ)于車載電池儲(chǔ)能裝置中，且在 2014 年已將電量?jī)?chǔ)存從原有的18%提高至25%。

(2)國(guó)內(nèi)光伏充電站發(fā)展現(xiàn)狀。2015 年北京建立了光伏超級(jí)充電站，該光伏充電站的兼容性非常強(qiáng)，整個(gè)充電站的能源提供全部由太陽(yáng)能完成，共計(jì)建成50根充電樁，且在當(dāng)年年底建成投入使用，為后續(xù)新能源車充電問題提供了支撐。如今，我國(guó)單一的光伏發(fā)電站每天可以為80輛電動(dòng)車充電，主流車型都可以在此進(jìn)行能源補(bǔ)充，且充電站還具備立體停車的功能。

1.2充電站市場(chǎng)發(fā)展趨勢(shì)

在環(huán)保壓力下，新能源技術(shù)的應(yīng)用逐漸成為主流發(fā)展方向，如今我國(guó)新能源電動(dòng)車將正式邁入產(chǎn)業(yè)化發(fā)展階段混合動(dòng)力轎車、小型電動(dòng)車、新電動(dòng)公交車等不斷增多。為了避免出現(xiàn)能源枯竭的情況，我國(guó)還需進(jìn)一步普及新能源電動(dòng)車、多能源混合動(dòng)力車，因此光伏電能發(fā)電擁有廣闊的市場(chǎng)前景，充電樁、充電站等配套設(shè)施也迎來(lái)快速發(fā)展時(shí)期。2017-2020 年中國(guó)光伏充電站保有量從90座快速增長(zhǎng)至 618 座，年復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá) 181.8%。受益于新能源電動(dòng)車應(yīng)用的快速增長(zhǎng)，充電設(shè)施建設(shè)速度較快，截至2020年底，我國(guó)共建設(shè)完成充電站5894座，但充電保有量遠(yuǎn)低于新能源電動(dòng)車的銷量增長(zhǎng)。

2 新能源電動(dòng)車光伏充電站的技術(shù)難題

2.1 光伏發(fā)電不穩(wěn)定性

光伏發(fā)電在我國(guó)的發(fā)展時(shí)間較短，目前存在的技術(shù)問題還較多，在優(yōu)化中需要對(duì)此加大關(guān)注力度。電動(dòng)汽車充電時(shí)需要較高的電壓和電流，特點(diǎn)是需要長(zhǎng)時(shí)間蓄電，但是天氣因素、環(huán)境因素等都會(huì)對(duì)光伏充電站的蓄電產(chǎn)生的影響，導(dǎo)致出現(xiàn)光伏發(fā)電不穩(wěn)定的現(xiàn)象，需予以解決。

2.2 成本過(guò)高柬縛產(chǎn)業(yè)發(fā)展

光伏充電站需要儲(chǔ)存后備能量，但其蓄電池采購(gòu)成本過(guò)高，會(huì)由于使用環(huán)境和其他因素的影響而產(chǎn)生衰減，如果通過(guò)蓄電池來(lái)儲(chǔ)存能源，則蓄電池組建設(shè)成本會(huì)增加5倍但蓄電池的使用壽命約為8年，嚴(yán)重阻礙了行業(yè)的發(fā)展。光伏電站可以為充電樁提供能源，但與電網(wǎng)結(jié)合需保證充電樁運(yùn)行的可靠性。

2.3 電動(dòng)車充電樁標(biāo)準(zhǔn)脫軌

電動(dòng)汽車行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)目前都由西方掌握，由于我國(guó)起步比較晚，制約了我國(guó)充電站的發(fā)展，導(dǎo)致充電樁與標(biāo)準(zhǔn)脫軌。結(jié)合CCS 標(biāo)準(zhǔn)，要求電氣插座可以允許電動(dòng)車慢充和快充，能夠囊括絕大部分甚至是全部電動(dòng)車品牌，但我因現(xiàn)今部分區(qū)域的充電樁無(wú)法滿足該要求，且無(wú)法與Mennekes 類型兼容，導(dǎo)致充電時(shí)間遠(yuǎn)慢于加油時(shí)間，因此未來(lái)行業(yè)優(yōu)化需要從標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)方面入手。

3 新能源電動(dòng)車光伏充電站的發(fā)展策略

3.1 純太陽(yáng)能供電系統(tǒng)

為了解決能源緊張等問題，太陽(yáng)能資源被開發(fā)利用其作為可再生的清潔環(huán)保能源，符合我因綠色發(fā)展建設(shè)的需求，因此需積極探索及應(yīng)用純太陽(yáng)能供電系統(tǒng)。目前電動(dòng)車充電站大多是通過(guò)電網(wǎng)供電，但是為了響應(yīng)因家低碳節(jié)能的號(hào)召，需要通過(guò)光伏電板對(duì)此進(jìn)行完善和優(yōu)化。純太陽(yáng)能供電系統(tǒng)中儲(chǔ)能單元的設(shè)置非常重要，但光伏發(fā)電站初期的擁有量較少，而電力網(wǎng)絡(luò)由電網(wǎng)專營(yíng)，供電變壓系統(tǒng)需要搭建光伏轉(zhuǎn)換電網(wǎng)，保證系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性。

3.2 電網(wǎng)補(bǔ)充太陽(yáng)能充電

儲(chǔ)能式太陽(yáng)能電動(dòng)車充電站能夠劃分多個(gè)儲(chǔ)能單元，可采用太陽(yáng)能發(fā)電直接并入電網(wǎng)，避免影響系統(tǒng)安全。大量電動(dòng)車需快速充電時(shí)，強(qiáng)大的電流可以對(duì)其他范圍電能造成干擾，為了保證充電站運(yùn)行的穩(wěn)定性，需要聯(lián)合因家電網(wǎng)補(bǔ)充能源，根據(jù)實(shí)際需求自動(dòng)在電網(wǎng)低谷時(shí)接通電網(wǎng)儲(chǔ)存電能，在太陽(yáng)能發(fā)電不足時(shí)啟用混合供電，通過(guò)電通過(guò)電網(wǎng)補(bǔ)充太陽(yáng)能充電，避免影響電網(wǎng)的正常工作。補(bǔ)充電網(wǎng)光伏充電站 如圖1所示

圖 1補(bǔ)充電網(wǎng)光伏充電站

3.3 太陽(yáng)能系統(tǒng)配置優(yōu)化

太陽(yáng)能充電站系統(tǒng)是一個(gè)獨(dú)立單元，需經(jīng)過(guò)大量數(shù)據(jù)算法和實(shí)踐結(jié)果配制出太陽(yáng)能充電系統(tǒng)，在因家電網(wǎng)用電高峰時(shí)段反向供電。同時(shí)，需明確每個(gè)電站可以給多少臺(tái)車充電，當(dāng)有電動(dòng)車負(fù)載需充電時(shí)，利用蓄電池給電動(dòng)車補(bǔ)充電量:且系統(tǒng)可在電網(wǎng)低谷時(shí)接通電網(wǎng)儲(chǔ)存電能:利用儲(chǔ)能電站的優(yōu)勢(shì)達(dá)到太陽(yáng)能發(fā)電及充電要求。

3.4 充電柱智能控制器

采用光伏蓄電池新儲(chǔ)能技術(shù)，可以為不同電壓等級(jí)的電動(dòng)車充電，并避免對(duì)其電池造成損害。充電柱智能控制具體策略如下:

(1)在優(yōu)化中需要由蓄電池輸出的直流電直接給電動(dòng)車充電，系統(tǒng)提供交流充電接口，通過(guò)直流一交流一直流電壓變換避免產(chǎn)生損耗:

(2)通過(guò)器電池儲(chǔ)存電能，切換管理系統(tǒng)接通電網(wǎng)儲(chǔ)存電能，并在電子顯示屏上進(jìn)行顯示，對(duì)太陽(yáng)電池板的電壓、電流進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控:

(3)總監(jiān)控系統(tǒng)中，對(duì)太陽(yáng)能充電站電量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)以此為太陽(yáng)能電站穩(wěn)定運(yùn)行提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，保證運(yùn)行的穩(wěn)定性。

3.5 電站監(jiān)控系統(tǒng)

近年來(lái)，因家和不斷出臺(tái)新的政策推動(dòng)我因新能源電動(dòng)車的發(fā)展，電站監(jiān)控系統(tǒng)也在不斷優(yōu)化，通過(guò)微電腦技術(shù)、檢測(cè)技術(shù)等進(jìn)行改善。該系統(tǒng)集成于智能控制器中本地測(cè)量模塊具有過(guò)壓、欠壓、溫度、漏電報(bào)警及保護(hù)功能可在充電前對(duì)系統(tǒng)自身進(jìn)行自檢，檢測(cè)當(dāng)前狀態(tài)條件是否符合充電要求，從而不斷完善電量計(jì)算、統(tǒng)計(jì)。同時(shí)，要求對(duì)電池組和電池單元運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)控，測(cè)量電池的剩余電量，達(dá)到延長(zhǎng)其使用壽命、降低運(yùn)行成本的目的，保證系統(tǒng)工作在狀態(tài)，進(jìn)一步提高系統(tǒng)的可靠性。

4 安科瑞充電樁收費(fèi)運(yùn)營(yíng)云平臺(tái)系統(tǒng)選型方案

4.1概述

AcrelCloud-9000安科瑞充電柱收費(fèi)運(yùn)營(yíng)云平臺(tái)系統(tǒng)通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)接入系統(tǒng)的電動(dòng)電動(dòng)自行車充電站以及各個(gè)充電整法行不間斷地?cái)?shù)據(jù)采集和監(jiān)控，實(shí)時(shí)監(jiān)控充電樁運(yùn)行狀態(tài)，進(jìn)行充電服務(wù)、支付管理，交易結(jié)算，資要管理、電能管理，明細(xì)查詢等。同時(shí)對(duì)充電機(jī)過(guò)溫保護(hù)、漏電、充電機(jī)輸入/輸出過(guò)壓，欠壓，絕緣低各類故障進(jìn)行預(yù)警；充電樁支持以太網(wǎng)、4G或WIFI等方式接入互聯(lián)網(wǎng)，用戶通過(guò)微信、支付寶，云閃付掃碼充電。

4.2應(yīng)用場(chǎng)所

適用于民用建筑、一般工業(yè)建筑、居住小區(qū)、實(shí)業(yè)單位、商業(yè)綜合體、學(xué)校、園區(qū)等充電樁模式的充電基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計(jì)。

4.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)分為四層：

1）即數(shù)據(jù)采集層、網(wǎng)絡(luò)傳輸層、數(shù)據(jù)層和客戶端層。

2）數(shù)據(jù)采集層：包括電瓶車智能充電樁通訊協(xié)議為標(biāo)準(zhǔn)modbus-rtu。電瓶車智能充電樁用于采集充電回路的電力參數(shù)，并進(jìn)行電能計(jì)量和保護(hù)。

3）網(wǎng)絡(luò)傳輸層：通過(guò)4G網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)上傳至搭建好的數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器。

4）數(shù)據(jù)層：包含應(yīng)用服務(wù)器和數(shù)據(jù)服務(wù)器，應(yīng)用服務(wù)器部署數(shù)據(jù)采集服務(wù)、WEB網(wǎng)站，數(shù)據(jù)服務(wù)器部署實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)、歷史數(shù)據(jù)庫(kù)、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)。

5）應(yīng)客戶端層：系統(tǒng)管理員可在瀏覽器中訪問電瓶車充電樁收費(fèi)平臺(tái)。終端充電用戶通過(guò)刷卡掃碼的方式啟動(dòng)充電。

小區(qū)充電平臺(tái)功能主要涵蓋充電設(shè)施智能化大屏、實(shí)時(shí)監(jiān)控、交易管理、故障管理、統(tǒng)計(jì)分析、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理等功能，同時(shí)為運(yùn)維人員提供運(yùn)維APP，充電用戶提供充電小程序。

4.4安科瑞充電樁云平臺(tái)系統(tǒng)功能

4.4.1智能化大屏

智能化大屏展示站點(diǎn)分布情況，對(duì)設(shè)備狀態(tài)、設(shè)備使用率、充電次數(shù)、充電時(shí)長(zhǎng)、充電金額、充電度數(shù)、充電樁故障等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)顯示，同時(shí)可查看每個(gè)站點(diǎn)的站點(diǎn)信息、充電樁列表、充電記錄、收益、能耗、故障記錄等。統(tǒng)一管理小區(qū)充電樁，查看設(shè)備使用率，合理分配資源。

4.4.2實(shí)時(shí)監(jiān)控

實(shí)時(shí)監(jiān)視充電設(shè)施運(yùn)行狀況，主要包括充電樁運(yùn)行狀態(tài)、回路狀態(tài)、充電過(guò)程中的充電電量、充電電壓/電流，充電樁告警信息等。

4.4.3交易管理

平臺(tái)管理人員可管理充電用戶賬戶，對(duì)其進(jìn)行賬戶進(jìn)行充值、退款、凍結(jié)、注銷等操作，可查看小區(qū)用戶每日的充電交易詳細(xì)信息。

4.4.4故障管理

設(shè)備自動(dòng)上報(bào)故障信息，平臺(tái)管理人員可通過(guò)平臺(tái)查看故障信息并進(jìn)行派發(fā)處理，同時(shí)運(yùn)維人員可通過(guò)運(yùn)維APP收取故障推送，運(yùn)維人員在運(yùn)維工作完成后將結(jié)果上報(bào)。充電用戶也可通過(guò)充電小程序反饋現(xiàn)場(chǎng)問題。

4.4.5統(tǒng)計(jì)分析

通過(guò)系統(tǒng)平臺(tái)，從充電站點(diǎn)、充電設(shè)施、、充電時(shí)間、充電方式等不同角度，查詢充電交易統(tǒng)計(jì)信息、能耗統(tǒng)計(jì)信息等。

4.4.6基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理

在系統(tǒng)平臺(tái)建立運(yùn)營(yíng)商戶，運(yùn)營(yíng)商可建立和管理其運(yùn)營(yíng)所需站點(diǎn)和充電設(shè)施，維護(hù)充電設(shè)施信息、價(jià)格策略、折扣、優(yōu)惠活動(dòng)，同時(shí)可管理在線卡用戶充值、凍結(jié)和解綁。

4.4.7運(yùn)維APP

面向運(yùn)維人員使用，可以對(duì)站點(diǎn)和充電樁進(jìn)行管理、能夠進(jìn)行故障閉環(huán)處理、查詢流量卡使用情況、查詢充電\充值情況，進(jìn)行遠(yuǎn)程參數(shù)設(shè)置，同時(shí)可接收故障推送

4.4.8充電小程序

面向充電用戶使用，可查看附近空閑設(shè)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。

4.5系統(tǒng)硬件配置

5 結(jié)束語(yǔ)

新時(shí)代背景下，新能源電動(dòng)車將成為我因汽車的主要發(fā)展方向，如今電動(dòng)汽車已經(jīng)逐漸走向了成熟，但這也對(duì)電動(dòng)車充電站配套設(shè)施發(fā)展提出了新的要求。新能源電動(dòng)車光伏充電站在發(fā)展過(guò)程中離不開相關(guān)政策的支持，大力發(fā)展光伏發(fā)電技術(shù)，有助于推動(dòng)光伏電動(dòng)車的進(jìn)一步發(fā)展。

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作者介紹：
任運(yùn)業(yè)，男，現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司。