电动汽车充电桩的现状特点与发展前景
时间：2022-06-17 05:09:45
[摘 要]新能源汽车作为一种新兴发展产业在很短时间内得到了迅猛的发展，与此配套的新能源汽车充电O施也得到了前所未有的发展机遇，本文就国内外充电设施的发展现状进行了对比，并对国内外相关政策进行分析，进而对国内充电桩未来发展形势寄予了良好期望。
[关键词]交流充电桩、直流充电桩、集中式、分散式
中图分类号：U469.72 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）13-0121-02
一、社会背景
在环境压力与能源危机日益严重的今天，节能减排已成为全世界面临新课题。汽车工业必然向着环保、清洁和节能的方向发展。
电动汽车具有无（低）污染物律放、噪音低、能效高、维修及运行成本低等优点，推动电动汽车替代燃油汽车将是缓解大气环境污染和能源紧缺的最有效方式之一。我国政府积极推进新能源汽车的应用与发展，充/换电站作为发展电动汽车所必须的重要配套基础设施，具有非常重要的社会效益和经济效益。
概念简介：
电动汽车充电桩其功能类似于加油站里面的加油机，可以固定在地面或墙壁，安装于公共建筑（商场、写字楼、公共停车场等）和居民小区停车场或充电站内，可以根据不同的电压等级为各种型号的电动汽车充电。电动汽车充电桩作为电动汽车的能量补给装置，其充电性能关系到电池组的使用寿命、充电时间。实现对动力电池快速、高效、安全、合理的电量补给是电动汽车充电器设计的基本原则。
原理简述：
整体系统由四部分组成：电动汽车充电桩、集中器、电池管理系统系统（BMS）、充电管理服务平台。
电动汽车充电桩的控制电路主要由嵌入式ARM处理器完成，用户可自助刷卡进行用户鉴权、余额查询、计费查询等功能，也可提供语音输出接口，实现语音交互。用户可根据液晶显示屏指示选择4种充电模式：包括按时计费充电、按电量充电、自动充满、按里程充电等。
电动汽车充电机控制器与集中器利用CAN总线进行数据交互，集中器与服务器平台利用有线互联网或无线GPRS网络进行数据交互，为了安全起见，电量计费和金额数据实现安全加密。
电池管理系统系统（BMS）的主要功能是监控电池的工作状态（电池的电压、电流和温度）、预测动力电池的电池容量（SOC）和相应的剩余行驶里程，进行电池管理以避免出现过放电、过充、过热和单体电池之间电压严重不平衡现象，最大限度地利用电池存储能力和循环寿命。
充电服务管理平台主要有三个功能：充电管理、充电运营、综合查询。充电管理对系统涉及到的基础数据进行集中式管理，如电动汽车信息、电池信息、用户卡信息、充电桩信息；充电运营主要对用户充电进行计费管理；综合查询指对管理及运营的数据进行综合分析查询。
充电桩类型
1、直流充电桩：固定安装在电动汽车外，与交流电网连接，可以为非车载电动汽车动力电池提供直流电源的供电装置。直流充电桩的输入电压采用三相四线AC380V±15%，频率50Hz，输出为可调直流电，直接为电动汽车的动力电池充电。由于直流充电桩采用三相四线制供电，可以提供足够的功率，输出的电压和电流调整范围大，可以实现快充的要求。
以某充电设备厂家典型产品为例：
（1）360KW分体式充电柜（目前主流产品分别覆盖30-360KW，本例为最大值产品）
额定输出功率：90～360KW
输出电流范围：780A（Max）
输出电压范围：200～500Vdc
输入电压：380VAC±20%（50±1Hz）
输入电压频率范围：三相五线制
输出电压纹波：≤±1%
稳压精度：≤±0.5%
稳流精度：≤±0.5%
效率：≥95%
功率因数：≥0.99
工作温度范围：-20～50℃
工作湿度范围：5%～95%
噪音：≤65dB
防护等级：柜体：IP20 桩体：IP54
输出口数量：2～8
安全防护：过/欠压保护，过温保护，直流输出过/欠压，过流/短路保护，输出反接保护，急停，防雷，热插拔等功能
规格尺寸：400mm*300mm*1400mm（充电桩部分）；800*800*2260（充电模块部分）
性能特点：a.兼容各种工作环境，独特的防盐雾、防潮、防霉等防护设计；b.模块化设计、定制级服务；c.充电快、造价低，采用分体式设计，多达8个充电接口，平均造价低，能同时给多辆车充电。d.模块化、热插拔技术；e.功率弹性，2个大功率充电口，6个小功率充电口；f.强大的信息采集、传输、通信功能。
2、交流充电桩：固定安装在电动汽车外、与交流电网连接，为电动汽车车载充电机（即固定安装在电动汽车上的充电机）提供交流电源的供电装置。交流充电桩只提供电力输出，没有充电功能，需连接车载充电机为电动汽车充电。相当于只是起了一个控制电源的作用的。
以某充电设备厂家典型产品为例：
（1）慢速交流充电桩（快速交流充电桩约功率80KW，本例为更为常见的慢速交流桩）
额定输出功率：7.2KW
输出电流范围：32A（Max）
输入电压：220Vac±20%
工作温度范围：-20～50℃
工作湿度范围：5%～95%
主要功能：触摸屏人机交互、状态显示、计量、刷卡、信息加密、紧停、PWM输出功率识别
通讯功能：支持RS485、以太网、GPRS无线通讯、CAN通讯
保护功能：过/欠压保护、过流保护， 漏电流保护，插座防误插、防误拨等功能
防护等级：IP54
安全防护：防雷击保护、抗电压冲击、耐电压绝缘
规格尺寸：壁挂式：225mm*125mm*400mm（宽*深*高）
落地式：225mm*125mm*1500mm（宽*深*高）
性能特点：a.防护等级高、实时监控；b.强大的信息采集、传输、通信功能；c.操作便捷；d.强大的数据恢复、防误操作功能；e.方便快捷的支付功能；f.造价低、安装维护方便。
3、交直流充电桩两者的区别：简单来说，交流充电桩需要借助车载充电机来充电，直流快速充电桩不需要这个设备。二者在充电速度上差别较大，一辆普通纯电动汽车完全放电后通过交流充电桩充满需要8个小时，而通过直流快速充电桩仅需要1到2个小时。交流充电桩给电动汽车的充电机提供电力输入，由于车载充电机的功率并不大，所以不能实现快速充电。直流快速充电桩是固定安装在电动汽车外、与交流电网连接，可以为非车载电动汽车的动力电池提供直流电源的供电装置，直流充电桩可以提供足够的功率，输出的电压和电流调整范围大，可以实现快充的要求。
充电设施建设方案：
1、地域集中式解决方案：本方案选择交流充电桩、一体式和分体式直流快速充电桩作为充设备，并设有电能储存装置，适宜部署在公交车站、出租车休息点、大型停车场等需要集中快速充电的区域。方案配备充电监控管理系统平台和云服务器平台，既满足充电站运营管理的需要，也方便终端客户对充电信息的及时了解（图1）。
方案特点：
a.智能监控：实时检测，及时报警，避免故障危险。
b.节能环保：采用电网为主，光储为辅的送电原则，缓解用电高峰期的电力紧张情况。
c.灵活适配：充电场所配备了各式充电桩，用户可以自由组合，灵活选择快充、慢充，合理分配时间。
d.稳定快速：提供稳定的快速充电方案，迅速增加汽车续航里程。
e.安全可靠：分体式充电桩在已有的安全防护系统上，对充电模块和充电接口进行分离，在提高充电效率的同时进一步保证用户的人身安全。
2、地域分散式解决方案：通过管理系统和云平台对分散于市区内充电设施实现资产（设备）管理、计量计费、支付结算、统计分析、运行管理、用户管理、客户服务、集中监测等功能，为电动汽车充电服务网络的运营管理提供有力支撑，保证电动汽车充电运营高效有序，实现运营智能化、规范化管理（图2）。
方案特点：
a.智能安全：采取实时保护，系统自动监控，液晶显示及与后台监控系统通讯等功能，通过后台监控系统，可实时监控交、直流桩的运行情况，并可与第三方后台系统进行信息交互。
b.预约指引：通过手机APP或其他智能终端连接云服务器，实现预约充电、查看充电桩地图等服务。
c.因地制宜：采用多种充电桩组合进行充电，满足城市各个地方的多样需求。
管理平台：
1、站级集中式智能监控系统：通过强大的监控系统，致力于充电桩数据监测、计量、计费，并为充电网络的运营及数据信息共享提供技术支持及服务。系统拥有强大的功能、多元化的客户服务以及科学的决策能力，令充电流程更为清晰简洁，提高充电站运营服务效率。
主要包括5大系统：充电设备监控系统、充电站综合管理系统、电池性能分析系统、安防视频监控系统、客服维护系统；除此之外，集中式智能监控系统还能和已有的车辆调度系统、车辆运行监控系统、停车场管理系统等进行良好的无缝对接，方便客户操作使用。
2、分布式充电智能云平台：在传统充电桩的基础上，加上智能联网模块， 包wifi 、GPRS、以太网等，制定标准协议，让充电桩可以快速连接上云端。通过它，充电桩不仅能够将自身的状态、充电数据、健康情况通知到云端；还能够接受云端发来的控制指令，进行不同功能工作，当技术升级时，充电桩的系统固件也可以通过云端进行远程升级；另外，用户也可以在终端上享受充电信息服务，包括充电引导、出行规划、车队能效管理等；不仅如此，云平台还可以连接金融机构、充电运营商和电力供应商，为用户和充电站服务商提供便捷的结算方式；最后，云平台还能与网络服务商合作，提供营销策略、增值服务、广告服务等，实现真正的互利双赢。
三、国内外建设现状研究
1、国外电动汽车能源供给设施建设：
本文以国外电动汽车及其能源供给设施建设领域发展相对先进的美国、日本为例进行介绍。
美国的充电设施
美国目前在新能源汽车行业的领先地位，来自于以下几个主要因素：
（1）基于构建智能电网的出发点进行充电设施网络建设布局；从智能电网发展的整体思路出发，将充电设施网络建设及车联网技术作为智能电网的关键环节。
（2）制定强有力的充电设施建设鼓励政策；美国目前新能源汽车保有量最大，得益于其强有力的充电设施网络建设鼓励措施。
（3）统一慢充标准，极大丰富私人交流充电桩，放开快充标准，促进车型的丰富，交流为主直流为辅，多种充电标准并存。
（4）培育专业化充电运营及服务企业，持续提高用户充电体验，提高用户粘性。专业化充电设施服务和运营公司持续改善充电体验。
日本的充电设施
由于日本本国的电网和电力的原因，电动汽车在日本的发展不是很顺利，相对而言充电设施的发展倒是提前的。截至2015年底，日本公共充电桩保有量约为22110个，其中快速直流充电桩5990个，普通交流充电桩16120个。其特点如下：
（1）直流充电桩主要建设在汽车销售店、便利店、公共场所以及购物中心等场所，普通交流充电桩主要分布在汽车销售店、酒店、停车场以及购物中心等场所。
（2）为各地商业设施之上新建的充电基础设施提供建设补贴（国家补贴之外的费用）和8年的维护费用。
