摘 要：闡述了電動(dòng)汽車(chē)充電基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展存在的問(wèn)題，從設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)電動(dòng)汽車(chē)充電樁智能管理系統(tǒng)、構(gòu)建電動(dòng)汽車(chē)充電服務(wù)一體化平臺(tái)、探索電動(dòng)汽車(chē)充電基礎(chǔ)設(shè)施的運(yùn)營(yíng)模式、加強(qiáng)電動(dòng)汽車(chē)充電一體化安全預(yù)警防護(hù)等不同角度，探討了電動(dòng)汽車(chē)充電設(shè)施互聯(lián)互通關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用情況，對(duì)于加速推進(jìn)電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展和促進(jìn)充電基礎(chǔ)設(shè)施長(zhǎng)效運(yùn)轉(zhuǎn)具有重要意義。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車(chē);充電基礎(chǔ)設(shè)施;互聯(lián)互通;關(guān)鍵技術(shù)

0 引言

電動(dòng)汽車(chē)基本實(shí)現(xiàn)了零排放，是“以電代油”戰(zhàn)略實(shí)施的重要舉措，對(duì)于提高我國(guó)能源安全、應(yīng)對(duì)氣候變化、改善環(huán)境起著重要作用。本文重點(diǎn)探討電動(dòng)汽車(chē)充電基礎(chǔ)設(shè)施的統(tǒng)籌規(guī)劃與實(shí)施，從不同角度分析電動(dòng)汽車(chē)充電基礎(chǔ)設(shè)施應(yīng)用的互聯(lián)互通關(guān)鍵技術(shù)，以更好地減少汽車(chē)尾氣排放，優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)綠色可持續(xù)發(fā)展。

1 電動(dòng)汽車(chē)充電基礎(chǔ)設(shè)施概述

電動(dòng)汽車(chē)是以車(chē)載電源為驅(qū)動(dòng)的交通工具，采用以整車(chē)充電的集中充電方式，電動(dòng)汽車(chē)的充電基礎(chǔ)設(shè)施根據(jù)充電樁連接電源電流和功率的不同，分為直流快充和交流慢充兩種模式。《關(guān)于加快電動(dòng)汽車(chē)充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的指導(dǎo)意見(jiàn)》（國(guó)辦發(fā)〔2015〕73號(hào)）中提出，到2020年，基本建成適度超前、車(chē)樁相隨、智能高效的充電基礎(chǔ)設(shè)施體系，形成統(tǒng)一開(kāi)放、競(jìng)爭(zhēng)有序的“互聯(lián)網(wǎng)+充電基礎(chǔ)設(shè)施”產(chǎn)業(yè)生態(tài)體系，實(shí)現(xiàn)不同充電服務(wù)平臺(tái)的互聯(lián)互通，提高電動(dòng)汽車(chē)充電設(shè)施的通用性和開(kāi)放性。

2 電動(dòng)汽車(chē)充電基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展存在的問(wèn)題

2.1? 充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)難度大

盡管當(dāng)前的電動(dòng)汽車(chē)充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)有良好的政策支持，然而因新能源汽車(chē)推廣使用不足、成本高等問(wèn)題，導(dǎo)致充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的難度較大，并牽涉土地、配電網(wǎng)支撐等建設(shè)問(wèn)題，極大地制約了充電基礎(chǔ)設(shè)施的推廣和完善。

2.2? ? 老舊居民小區(qū)內(nèi)充電樁的安裝難度大

部分老舊居民小區(qū)內(nèi)因其配電網(wǎng)容量有限，難以進(jìn)行合理的車(chē)位所有權(quán)分配，因而加大了小區(qū)內(nèi)充電樁的安裝難度，導(dǎo)致電動(dòng)汽車(chē)充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)滯后。

2.3? ? 電動(dòng)汽車(chē)使用效率偏低

電動(dòng)汽車(chē)充電網(wǎng)絡(luò)尚未充分互聯(lián)互通，導(dǎo)致出現(xiàn)“有車(chē)無(wú)處充電，有站無(wú)人問(wèn)津”的現(xiàn)象。車(chē)主在尋找充電樁、支付過(guò)程中面臨困擾，充電的便捷性極大地影響了消費(fèi)者購(gòu)買(mǎi)新能源汽車(chē)的欲望。另外，燃油車(chē)占位、充電設(shè)施缺乏系統(tǒng)的維護(hù)和有效的管理，均導(dǎo)致充電樁利用率低下，增加了新能源汽車(chē)消費(fèi)者的使用負(fù)擔(dān)。

2.4? ? 充電時(shí)間問(wèn)題

充電時(shí)間一直是影響消費(fèi)者購(gòu)買(mǎi)新能源汽車(chē)的關(guān)鍵因素之一。隨著電動(dòng)汽車(chē)?yán)m(xù)航里程的不斷提升以及動(dòng)力電池技術(shù)的快速發(fā)展，依然沒(méi)能徹底緩解廣大消費(fèi)者的里程焦慮，其根本原因在于充電時(shí)間而非續(xù)航里程，新能源汽車(chē)動(dòng)輒30 min以上的快充時(shí)間，相比傳統(tǒng)燃油車(chē)顯得尤為不便。

2.5? ? 尚未形成成熟的充電服務(wù)商業(yè)模式

當(dāng)前還缺乏統(tǒng)一完善的智能充電服務(wù)平臺(tái)，各充電運(yùn)營(yíng)商之間缺乏良好的信息互聯(lián)和互通，導(dǎo)致充電設(shè)施利用率極低，有待探索更加成熟完善的充電服務(wù)商業(yè)模式。

2.6? ? 充電安全問(wèn)題

電動(dòng)汽車(chē)充電安全隱患不僅在于電池本身，還在于充電環(huán)節(jié)存在安全隱患，如：電動(dòng)汽車(chē)BMS、充電模塊、充電槍、充電樁監(jiān)控平臺(tái)等，均會(huì)引發(fā)電動(dòng)汽車(chē)充電安全問(wèn)題。近年來(lái)充電安全事故時(shí)有發(fā)生，如何進(jìn)一步提高充電設(shè)施的安全性仍是世界各國(guó)研究和關(guān)注的焦點(diǎn)。

3 電動(dòng)汽車(chē)充電基礎(chǔ)設(shè)施互聯(lián)互通關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用分析

3.1? ? 設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)電動(dòng)汽車(chē)充電樁智能管理系統(tǒng)

針對(duì)當(dāng)前充電樁系統(tǒng)不健全、功能不完善、用戶體驗(yàn)差、利用率低等問(wèn)題，要引入物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、Android技術(shù)，設(shè)計(jì)和應(yīng)用電動(dòng)汽車(chē)充電樁智能管理系統(tǒng)，提出基于HTTP和MQTT通信協(xié)議的系統(tǒng)通信功能設(shè)計(jì)方案，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車(chē)充電樁的智能化管理，包括設(shè)備監(jiān)控管理、調(diào)度管理、運(yùn)營(yíng)分析及其他增值服務(wù)，為消費(fèi)者提供良好的人機(jī)交互體驗(yàn)，為用戶提供智能化服務(wù)。

系統(tǒng)服務(wù)器端主要包括以下模塊：（1）登陸模塊。通過(guò)服務(wù)器端實(shí)現(xiàn)相關(guān)的所有業(yè)務(wù)。（2）人員管理模塊。通過(guò)該模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)所有用戶的信息管理。（3）設(shè)備監(jiān)控管理模塊。該部分是系統(tǒng)的核心和關(guān)鍵，由服務(wù)器端獲取客戶端主動(dòng)上報(bào)的充電數(shù)據(jù)信息，并對(duì)上報(bào)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，控制充電電流、電壓的輸出，實(shí)現(xiàn)對(duì)充電狀態(tài)的遠(yuǎn)程控制。（4）調(diào)度管理模塊。該模塊在檢測(cè)到電動(dòng)汽車(chē)用戶的充電請(qǐng)求時(shí)，獲悉其位置信息、電動(dòng)汽車(chē)剩余電量信息、充電樁狀態(tài)信息，運(yùn)用相關(guān)算法進(jìn)行計(jì)算和分析，形成多種調(diào)度方案，下發(fā)至用戶的移動(dòng)智能終端，向用戶提供可選擇的充電策略，實(shí)現(xiàn)充電樁的智能化調(diào)度和管理。（5）運(yùn)營(yíng)分析管理模塊。該模塊主要實(shí)現(xiàn)對(duì)訂單的管理和數(shù)據(jù)的分析，計(jì)算獲悉充電次數(shù)、充電電量、總收益等。

系統(tǒng)客戶端則基于客戶端用戶的需求，實(shí)現(xiàn)以下模塊的設(shè)計(jì)和應(yīng)用：（1）數(shù)據(jù)主動(dòng)上報(bào)模塊。這是系統(tǒng)的核心功能模塊，主要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)上報(bào)，實(shí)現(xiàn)服務(wù)器對(duì)設(shè)備的實(shí)時(shí)在線監(jiān)控。（2）充電狀態(tài)控制模塊。該模塊包括視圖驅(qū)動(dòng)和狀態(tài)控制，由視圖驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)視圖的判斷和改變，由狀態(tài)控制實(shí)現(xiàn)對(duì)充電數(shù)據(jù)、服務(wù)器控制數(shù)據(jù)的狀態(tài)控制。（3）動(dòng)態(tài)計(jì)費(fèi)模塊。該模塊主要實(shí)現(xiàn)費(fèi)用的實(shí)時(shí)計(jì)算，由充電開(kāi)始時(shí)間直至結(jié)束時(shí)間的電量計(jì)費(fèi)，通過(guò)充電樁屏幕和移動(dòng)智能終端同步顯示計(jì)費(fèi)賬單詳情。

3.2? ? 構(gòu)建電動(dòng)汽車(chē)充電服務(wù)一體化平臺(tái)

基于電動(dòng)汽車(chē)充電服務(wù)的實(shí)際需求，合理規(guī)劃布局電動(dòng)汽車(chē)充電基礎(chǔ)設(shè)施，確保公共區(qū)域內(nèi)有足夠的充電樁數(shù)量，實(shí)現(xiàn)對(duì)充電基礎(chǔ)設(shè)施的二次優(yōu)化規(guī)劃擴(kuò)建，實(shí)現(xiàn)對(duì)充電樁位置、使用信息的監(jiān)控與管理，推進(jìn)充電樁的共享使用，提高充電樁的利用效率。同時(shí)，在構(gòu)建電動(dòng)汽車(chē)充電服務(wù)一體化平臺(tái)的過(guò)程中，要考慮電池續(xù)航能力的限制性因素，進(jìn)行充電樁地理定位和導(dǎo)航，實(shí)現(xiàn)充電樁信息的充分共享，快速準(zhǔn)確獲悉充電樁的位置、類型、狀態(tài)等信息。同時(shí)，在電動(dòng)汽車(chē)充電服務(wù)一體化平臺(tái)的應(yīng)用中，還要采用共享柜模塊，包括電控鎖、傳感器等裝置，實(shí)現(xiàn)對(duì)柜門(mén)電控鎖的鎖合，確保柜門(mén)正確關(guān)閉，確認(rèn)汽車(chē)充電專用配件的歸還情況。

3.3? ? 探索電動(dòng)汽車(chē)充電基礎(chǔ)設(shè)施的運(yùn)營(yíng)模式

為了推廣新能源汽車(chē)的應(yīng)用，提升民眾對(duì)新能源汽車(chē)的體驗(yàn)感和認(rèn)同度，要構(gòu)建新能源汽車(chē)分時(shí)租賃一體化運(yùn)營(yíng)體系，在政府支持下打造電動(dòng)汽車(chē)分時(shí)租賃站點(diǎn)，以政務(wù)公車(chē)出行為切入點(diǎn)，為公務(wù)出行提供專享分時(shí)租賃服務(wù)，并面向民眾開(kāi)放分時(shí)租賃的用車(chē)體驗(yàn)服務(wù)，緩解交通擁堵、停車(chē)難等問(wèn)題，并與景區(qū)合作，為旅游人群提供短程自駕游玩的出行方案。同時(shí)，還要嚴(yán)格分時(shí)租賃公司的準(zhǔn)入標(biāo)準(zhǔn)，優(yōu)先選取續(xù)航時(shí)程長(zhǎng)、可靠性高、質(zhì)保期長(zhǎng)的新能源汽車(chē)，并加強(qiáng)新能源汽車(chē)分時(shí)租賃運(yùn)營(yíng)模式的運(yùn)營(yíng)保障，加強(qiáng)相關(guān)部門(mén)的協(xié)調(diào)和配合，優(yōu)先對(duì)其發(fā)放相關(guān)專用許可證，給予適當(dāng)補(bǔ)貼和用地指標(biāo)支持，并提供及時(shí)、快捷、高效的故障響應(yīng)服務(wù)，形成城市多層次公共交通體系。

3.4? ? 加強(qiáng)電動(dòng)汽車(chē)充電一體化安全預(yù)警防護(hù)

在新能源電動(dòng)汽車(chē)規(guī)?；l(fā)展進(jìn)程中，還要關(guān)注電動(dòng)汽車(chē)充電一體化安全預(yù)警和防護(hù)，要構(gòu)建電動(dòng)汽車(chē)充電一體化安全預(yù)警防護(hù)體系，從電動(dòng)汽車(chē)充電安全相關(guān)的動(dòng)力電池、充電設(shè)備、配電網(wǎng)三個(gè)層面入手，分析影響電動(dòng)汽車(chē)充電安全的相關(guān)因素，如：對(duì)負(fù)荷特征的影響、對(duì)電氣設(shè)備的影響、對(duì)電能質(zhì)量的影響、對(duì)系統(tǒng)三相不平衡的影響等，并提出電動(dòng)汽車(chē)充電一體安全預(yù)警防護(hù)指標(biāo)評(píng)價(jià)體系，相關(guān)指標(biāo)包括：電池累計(jì)故障次數(shù)、電池SOH、電池組電壓極差、BMS響應(yīng)率、充電設(shè)備累計(jì)故障次數(shù)、充電輸出過(guò)壓率、電壓水平波動(dòng)率、配電臺(tái)變累計(jì)故障次數(shù)、臺(tái)變功率越限率等，采用基于灰色關(guān)聯(lián)度法及其改進(jìn)方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)力電池、充電設(shè)備、配電臺(tái)變的實(shí)時(shí)預(yù)警和防護(hù)。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，隨著電動(dòng)汽車(chē)的規(guī)模化發(fā)展，電動(dòng)汽車(chē)充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)成為關(guān)注焦點(diǎn)，要做好電動(dòng)汽車(chē)充電基礎(chǔ)設(shè)施的規(guī)劃布局，進(jìn)行充電站選址的合理布局和設(shè)置，并采用電動(dòng)汽車(chē)充電樁智能化管理技術(shù)和系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車(chē)充電站的“無(wú)人值守”，更好地優(yōu)化調(diào)度管理策略，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車(chē)充電基礎(chǔ)設(shè)施的智能化調(diào)度，以其便捷、快速的操作提高用戶的充電體驗(yàn)，并探索電動(dòng)汽車(chē)充電基礎(chǔ)設(shè)施的運(yùn)營(yíng)模式，完善電動(dòng)汽車(chē)充電基礎(chǔ)設(shè)施的安全預(yù)警和防護(hù)，形成完善、系統(tǒng)、安全的充電網(wǎng)絡(luò)，利用電網(wǎng)和“互聯(lián)網(wǎng)+”資源實(shí)現(xiàn)充電基礎(chǔ)設(shè)施的互聯(lián)互通。

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收稿日期：2019-12-12

作者簡(jiǎn)介：余靜（1982—），女，安徽桐城人，工程師，從事新能源汽車(chē)充電設(shè)施方面的研究工作。