淺談電力電子技術(shù)在新能源汽車充電樁中的應(yīng)用

任運(yùn)業(yè)

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：闡述新能源汽車充電樁中的智能控制技術(shù)、充電樁與電網(wǎng)的互聯(lián)技術(shù)、變頻調(diào)節(jié)技術(shù)，探討實(shí)現(xiàn)充電樁的智能化控制和管理模式，實(shí)現(xiàn)充電樁與電網(wǎng)之間的數(shù)據(jù)交換和能源協(xié)調(diào)。

關(guān)鍵詞：電力電子技術(shù)，新能源汽車，充電樁控制技術(shù)。

0引言

隨著環(huán)境保護(hù)意識(shí)的增強(qiáng)和新能源汽車市場(chǎng)的快速發(fā)展，充電樁作為新能源汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施的關(guān)鍵組成部分，扮演著不可忽視的角色。然而，隨著新能源汽車數(shù)量的增加，充電樁所面臨的挑戰(zhàn)也越來(lái)越嚴(yán)峻。充電樁需要承擔(dān)高功率輸出、高效能轉(zhuǎn)換以及智能管理等多重任務(wù)，這對(duì)電力電子技術(shù)的應(yīng)用提出了更高的要求。在新能源汽車充電樁中，電力電子技術(shù)可以發(fā)揮關(guān)鍵作用，例如直流快充技術(shù)可以提高充電速度，高效能轉(zhuǎn)換技術(shù)可以提高能源利用效率，變壓器設(shè)計(jì)與控制則可以實(shí)現(xiàn)多種功率輸出。本研究的結(jié)果將有助于指導(dǎo)充電樁的設(shè)計(jì)和優(yōu)化，提高充電樁的充電效率、性能和用戶體驗(yàn)，為新能源汽車的發(fā)展和推廣提供重要支撐。

1研究背景

新能源汽車充電樁的基本原理與要求。新能源汽車充電樁作為連接電車和能源供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的重要環(huán)節(jié)，具有智能控制、互聯(lián)技術(shù)和變頻調(diào)節(jié)等關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用。了解新能源汽車充電樁的作用與基本原理，以及技術(shù)要求，能夠?yàn)槲覀兝斫夂屯七M(jìn)充電樁技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用提供基礎(chǔ)。

新能源汽車充電樁的作用與基本原理。新能源汽車充電樁是將交流電源轉(zhuǎn)換為適合新能源汽車電池充電的直流電源的設(shè)備。充電樁的作用是為新能源汽車提供可靠、安全和高效的充電服務(wù)。其基本原理是通過(guò)充電樁內(nèi)部的電力電子裝置，將電網(wǎng)交流電源轉(zhuǎn)換為符合新能源汽車電池需求的直流電源，并通過(guò)相應(yīng)的充電接口進(jìn)行輸出。

新能源汽車充電樁的技術(shù)要求。

（1）充電樁需要具備高功率輸出能力。隨著新能源汽車的增多，充電樁需要以更高的功率快速充電，以滿足用戶的需求。因此，充電樁的電力電子裝置需要具備高功率輸出的能力，并保證電能的高效能轉(zhuǎn)換。

（2）充電樁需要具備安全性能。充電樁需要通過(guò)安全設(shè)計(jì)和可靠的電力電子控制系統(tǒng)，確保充電過(guò)

程中不會(huì)發(fā)生電源故障、電流過(guò)載或短路等危險(xiǎn)情況。此外，充電樁還需要具備監(jiān)測(cè)和保護(hù)功能，以確保充電過(guò)程穩(wěn)定可靠。

（3）充電樁需要具備智能化管理能力。充電樁應(yīng)通過(guò)智能控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)充電樁與電網(wǎng)的互聯(lián)，以便實(shí)現(xiàn)電能計(jì)量、充電調(diào)度和遠(yuǎn)程監(jiān)控等功能。智能化管理能力可以提高充電樁的使用效率和操作便利性，同時(shí)也有利于電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

（4）充電樁需要具備適應(yīng)不同車型需求的靈活性。由于不同型號(hào)和品牌的新能源汽車電池參數(shù)各異，充電樁需要具備相應(yīng)的電壓變換、充電模式調(diào)節(jié)和電流控制等功能，以適應(yīng)不同車型的充電需求。

綜上所述，新能源汽車充電樁的技術(shù)要求包括高功率輸出能力、安全性能、智能化管理和靈活性。通過(guò)滿足這些要求，充電樁能夠提供更好的充電服務(wù)，促進(jìn)新能源汽車的推廣和普及。

2電力電子技術(shù)在充電樁中的應(yīng)用

電力電子技術(shù)在充電樁中的應(yīng)用是推動(dòng)新能源汽車充電技術(shù)革新的重要因素。了解直流快充技術(shù)、高效能轉(zhuǎn)換技術(shù)和變壓器設(shè)計(jì)與控制等關(guān)鍵技術(shù)，能夠?yàn)槲覀兩钊胩接懞屠斫怆娏﹄娮釉诔潆姌吨械膽?yīng)用提供基礎(chǔ)。

直流快充技術(shù)。直流快充技術(shù)是一種用于新能源汽車充電的高功率快速充電技術(shù)。它可以將電網(wǎng)交流電源快速轉(zhuǎn)換為適合新能源汽車電池充電的直流電源，以提供更快速和高效的充電服務(wù)。直流快充技術(shù)通常采用高功率的電力電子裝置和充電接口，能夠在較短的時(shí)間內(nèi)為新能源汽車充滿電，提高充電效率和用戶充電體驗(yàn)。

高效能轉(zhuǎn)換技術(shù)。高效能轉(zhuǎn)換技術(shù)是指在充電樁內(nèi)部電力電子裝置中使用的一種技術(shù)，通過(guò)該技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)交流電源到新能源汽車電池的高效能轉(zhuǎn)換。這種技術(shù)通常利用電力電子變流器和DC-DC變換器等裝置，通過(guò)高頻開(kāi)關(guān)控制，將交流電轉(zhuǎn)換為直流電，以減少能量損耗并提高整個(gè)轉(zhuǎn)換過(guò)程的效率。高效能轉(zhuǎn)換技術(shù)可以有效降低充電過(guò)程中的能源浪費(fèi)，節(jié)約電能成本，同時(shí)也減少了對(duì)電網(wǎng)的負(fù)擔(dān)。

變壓器設(shè)計(jì)與控制。變壓器設(shè)計(jì)與控制是指針對(duì)充電樁中的變壓器進(jìn)行的設(shè)計(jì)和控制策略。變壓器在充電樁中起到了電能轉(zhuǎn)換和電壓變換的重要作用，所以其設(shè)計(jì)與控制的優(yōu)化對(duì)整個(gè)充電過(guò)程的效率和安全性都有著重要影響。在變壓器的設(shè)計(jì)階段，需要根據(jù)充電樁的功率需求、輸入輸出電壓等參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)，以提高變壓器的效率和可靠性。而變壓器控制則包括了對(duì)變壓器的電流、電壓和溫度等參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和調(diào)控，以保證充電樁工作在安全穩(wěn)定的狀態(tài)下。

綜上所述，直流快充技術(shù)、高效能轉(zhuǎn)換技術(shù)和變壓器設(shè)計(jì)與控制是新能源汽車充電樁中的重要技術(shù)。它們的應(yīng)用能夠提高充電樁的功率輸出、能量轉(zhuǎn)換效率和安全可靠性，進(jìn)而促進(jìn)新能源汽車充電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

3提高充電樁性能和效率的關(guān)鍵技術(shù)

提高充電樁性能和效率的關(guān)鍵技術(shù)包括智能控制技術(shù)、充電樁與電網(wǎng)的互聯(lián)技術(shù)以及變頻調(diào)節(jié)技術(shù)。這些技術(shù)的應(yīng)用能夠提升充電樁的智能化程度、實(shí)現(xiàn)充電樁與電網(wǎng)的無(wú)縫銜接，并通過(guò)變頻調(diào)節(jié)技術(shù)優(yōu)化能量傳輸效率，為新能源汽車充電提供更便捷、高效的解決方案。

智能控制技術(shù)。智能控制技術(shù)是指在充電樁中采用的一種能夠?qū)崿F(xiàn)智能化控制和管理的技術(shù)。通過(guò)智能控制技術(shù)，充電樁可以實(shí)現(xiàn)與用戶智能設(shè)備的互通，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制充電樁的工作狀態(tài)，提供智能化的充電服務(wù)。智能控制技術(shù)可以通過(guò)優(yōu)化充電策略、實(shí)施動(dòng)態(tài)電價(jià)調(diào)節(jié)和用戶行為分析等手段，提高充電效率和用戶體驗(yàn)。此外，智能控制技術(shù)還可以實(shí)現(xiàn)充電樁的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和故障診斷，提高充電設(shè)備的可靠性和維護(hù)效率。

充電樁與電網(wǎng)的互聯(lián)技術(shù)。充電樁與電網(wǎng)的互聯(lián)技術(shù)是指將充電樁與電網(wǎng)進(jìn)行連接和互聯(lián)的一種技術(shù)。通過(guò)充電樁與電網(wǎng)的互聯(lián)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)充電樁的遠(yuǎn)程監(jiān)控和管理，實(shí)時(shí)獲取充電樁的工作狀態(tài)和能耗情況。同時(shí)，互聯(lián)技術(shù)還可以實(shí)現(xiàn)充電樁與電網(wǎng)之間的數(shù)據(jù)傳輸和信息交換，以支持電網(wǎng)調(diào)度、電能管理以及實(shí)現(xiàn)智能充電策略的執(zhí)行。充電樁與電網(wǎng)的互聯(lián)技術(shù)還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)充電樁的故障監(jiān)測(cè)和預(yù)警，提高充電設(shè)備的運(yùn)行安全性和可靠性。

變頻調(diào)節(jié)技術(shù)。變頻調(diào)節(jié)技術(shù)是指在充電樁中采用的一種能夠?qū)崿F(xiàn)電力電子轉(zhuǎn)換器中輸出電壓和頻率調(diào)節(jié)的技術(shù)。通過(guò)變頻調(diào)節(jié)技術(shù)，可以根據(jù)電池電壓、充電速度需求等參數(shù)，調(diào)節(jié)充電樁中電力電子裝置輸出的電壓和頻率。這樣可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電能的輸出進(jìn)行控制，提高充電設(shè)備的充電效率和充電質(zhì)量。變頻調(diào)節(jié)技術(shù)還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電力電子裝置的功率因數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，減少諧波和電網(wǎng)污染，提高充電設(shè)備的工作效率和電能利用率。

綜上所述，智能控制技術(shù)、充電樁與電網(wǎng)的互聯(lián)技術(shù)和變頻調(diào)節(jié)技術(shù)是新能源汽車充電樁中的重要技術(shù)。它們的應(yīng)用可以實(shí)現(xiàn)充電樁的智能化控制和管理，提高充電效率和用戶體驗(yàn)，同時(shí)還能夠?qū)崿F(xiàn)充電樁與電網(wǎng)之間的數(shù)據(jù)交換和能源協(xié)調(diào)，促進(jìn)新能源汽車充電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

4安科瑞充電樁收費(fèi)運(yùn)營(yíng)云平臺(tái)

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)

4.3.1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(wèn)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(wèn)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)語(yǔ)

本研究對(duì)電力電子技術(shù)在新能源汽車充電樁中的應(yīng)用進(jìn)行了研究和分析，并提出了提高充電樁性能和效率的關(guān)鍵技術(shù)。通過(guò)智能控制技術(shù)、充電樁與電網(wǎng)的互聯(lián)技術(shù)以及變頻調(diào)節(jié)技術(shù)的應(yīng)用，可以優(yōu)化充電樁的充電速度、能量利用效率和充電功率輸出，為用戶提供更高效、便捷的充電服務(wù)。這對(duì)推動(dòng)新能源汽車的發(fā)展和推廣具有重要意義。

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作者簡(jiǎn)介

任運(yùn)業(yè)，男，安科瑞電氣股份有限公司。