電動(dong)汽車直流與(yu)交流充(chong)電樁(zhuang)技術研(yan)究和應用(yong)

電動(dong)汽車直流與(yu)交流充(chong)電樁(zhuang)技術研(yan)究和應用(yong)

摘(zhai)要(yao):發(fa)展充(chong)電樁(zhuang)技術能(neng)夠支(zhi)撐(cheng)電動(dong)汽車產(chan)業發(fa)展,助(zhu)力實現(xian)雙(shuang)碳(tan)目(mu)標(biao).直流與(yu)交流充(chong)電作為兩(liang)種(zhong)主(zhu)要(yao)補(bu)能(neng)方(fang)式,對充(chong)電技術行(xing)業(ye)的(de)發(fa)展起(qi)著(zhe)重(zhong)要(yao)作用(yong),文章基於電動(dong)汽車充(chong)電樁(zhuang)的(de)特點(dian),對(dui)直流充(chong)電樁(zhuang)與(yu)交流充(chong)電樁(zhuang)的(de)電氣原(yuan)理進行分析(xi),介(jie)紹了(le)充(chong)電樁(zhuang)充(chong)電過程及(ji)各(ge)結(jie)構(gou)功能(neng),並研(yan)究了(le)其(qi)未來發(fa)展方(fang)向(xiang)。

關(guan)鍵詞:直流充(chong)電;交流充(chong)電;充(chong)電樁(zhuang); 電動(dong)汽車

壹、引(yin)言(yan)

新能(neng)源(yuan)汽車(che)充(chong)電樁(zhuang)是(shi)維持新能(neng)源(yuan)電動(dong)汽車能源(yuan)補(bu)給，保障新能(neng)源(yuan)汽車(che)便(bian)利(li)暢(chang)行(xing)的(de)重(zhong)要(yao)後勤(qin)部(bu)分(fen)。為早日(ri)實現(xian)碳(tan)達(da)峰(feng)及(ji)碳(tan)中和目標(biao)，推動(dong)我國新能(neng)源(yuan)汽車(che)產(chan)業健康(kang)、穩(wen)定、持續(xu)的(de)發(fa)展，新能(neng)源(yuan)電動(dong)汽車配(pei)套的(de)能源(yuan)補(bu)給設(she)施(shi)——充(chong)電樁(zhuang)，受到國(guo)內外(wai)商(shang)業資(zi)本(ben)關(guan)註(zhu)。在商(shang)場、居(ju)民停車場(chang)、公共樓(lou)宇等(deng)地(di)方(fang)，設(she)置(zhi)合(he)理(li)的(de)充(chong)電樁(zhuang)，將有利(li)於新能(neng)源(yuan)汽車(che)的(de)推廣與(yu)增(zeng)長，刺(ci)激(ji)下沈(chen)市(shi)場的(de)新能(neng)源(yuan)汽車(che)產(chan)業發(fa)展，同時(shi)有利(li)於推(tui)動(dong)清(qing)潔能(neng)源(yuan)的(de)使(shi)用和能源(yuan)節能。為進壹步促進新能(neng)源(yuan)產(chan)業健全發(fa)展，加快(kuai)新能(neng)源(yuan)相(xiang)關(guan)產(chan)業布(bu)局(ju)，全國各(ge)地(di)新能(neng)源(yuan)汽車(che)扶持政策陸續(xu)出臺(tai)，伴隨(sui)著(zhe)新能(neng)源(yuan)汽車(che)扶持政策的(de)加持，新能(neng)源(yuan)充(chong)電配(pei)套發(fa)展需(xu)求提(ti)上日程。

二(er)、交流充(chong)電樁(zhuang)與(yu)直流充(chong)電樁(zhuang)的(de)工(gong)作原(yuan)理及(ji)優點

電動(dong)汽車的(de)充(chong)電過程需(xu)要(yao)將外(wai)部(bu)電源(yuan)的(de)交流電(AC)轉化(hua)為電池(chi)儲存(cun)的(de)直流電(DC)。交流充(chong)電樁(zhuang)將這(zhe)壹(yi)轉(zhuan)換過程交(jiao)給了(le)車載充(chong)電器，它將外(wai)界的(de)交流電源(yuan)轉換為直流電進行儲存(cun)。而(er)直(zhi)流充(chong)電則在充(chong)電樁(zhuang)內部(bu)完成(cheng)了(le)交流到直(zhi)流的(de)轉換過程，直(zhi)接向(xiang)電動(dong)汽車電池(chi)供(gong)應直(zhi)流電。

2.1 交流充(chong)電樁(zhuang)優點

交(jiao)流充(chong)電樁(zhuang)(俗(su)稱(cheng)“慢(man)充(chong)")則(ze)通(tong)過車載充(chong)電機(ji)為電動(dong)汽車的(de)電池(chi)充(chong)電，充(chong)電過程需(xu)要(yao)車載充(chong)電機(ji)將交(jiao)流電轉換為直流電。這種(zhong)方(fang)式的(de)充(chong)電速度相(xiang)對較慢(man)，但(dan)對電池(chi)的(de)損耗(hao)較小(xiao)。

（1）成(cheng)本較低:由於交(jiao)流充(chong)電樁(zhuang)的(de)轉換器簡單(dan)，且(qie)主(zhu)要(yao)的(de)電力轉換在車載充(chong)電器內部(bu)完成(cheng)，所以(yi)相(xiang)比直(zhi)流充(chong)電樁(zhuang)，交(jiao)流充(chong)電樁(zhuang)的(de)造價(jia)更低。

（2）安(an)裝(zhuang)維護(hu)簡便(bian):交流充(chong)電樁(zhuang)體(ti)積(ji)較小(xiao)，安(an)裝(zhuang)靈活，對(dui)地(di)面(mian)承(cheng)載力的(de)要(yao)求相(xiang)對較低，便(bian)於在個人(ren)住(zhu)宅(zhai)、商(shang)業建(jian)築(zhu)等(deng)場(chang)所安裝(zhuang)使(shi)用。

（3）廣(guang)泛(fan)適(shi)用:幾乎所有電動(dong)汽車均(jun)支(zhi)持交流充(chong)電，使(shi)得交流充(chong)電具(ju)有更廣泛(fan)的(de)適(shi)用性(xing)。

然(ran)而(er)，交流充(chong)電樁(zhuang)充(chong)電效率相(xiang)對較低，壹般需(xu)要(yao)數(shu)小(xiao)時(shi)才(cai)能完成(cheng)充(chong)電，更適(shi)合(he)家(jia)用或(huo)工(gong)作地(di)點停留時(shi)間(jian)較長的(de)情景(jing)。

2.2 直流充(chong)電樁(zhuang)優點

直(zhi)流充(chong)電(俗(su)稱(cheng)“快(kuai)充(chong)"）直(zhi)接將交(jiao)流電轉換為直流電，以(yi)高(gao)功率為電動(dong)汽車的(de)電池(chi)快(kuai)速(su)充(chong)電。這種(zhong)方(fang)式可以(yi)繞(rao)過車載充(chong)電機(ji)的(de)限制，直(zhi)接對電池(chi)進行充(chong)電，因此充(chong)電速度較快。

1. 充(chong)電速度快(kuai):顯著(zhu)的(de)優勢(shi)是(shi)充(chong)電速度迅(xun)速(su)。對於急需(xu)快速補(bu)充(chong)電量的(de)消費(fei)者(zhe)，直(zhi)流充(chong)電樁(zhuang)可以(yi)在30分鐘(zhong)之(zhi)內將電動(dong)汽車的(de)電量充(chong)至80%左右(you)，提(ti)高了(le)充(chong)電效率。

2. 高效能(neng)轉換:由於電力轉換過程在充(chong)電樁(zhuang)內完成(cheng)，減少(shao)了(le)能量的(de)傳輸損失(shi)，提(ti)高(gao)了(le)充(chong)電效率。

3. 智能化(hua)程(cheng)度高(gao):直(zhi)流充(chong)電樁(zhuang)壹(yi)般配(pei)有更的(de)控(kong)制(zhi)系(xi)統(tong)和用戶(hu)界面(mian)，可以(yi)提(ti)供更多充(chong)電管(guan)理和支(zhi)付(fu)方(fang)面(mian)的(de)功能。直(zhi)流充(chong)電樁(zhuang)的(de)主(zhu)要(yao)缺點是成(cheng)本較高，安裝(zhuang)和維護(hu)要(yao)求相(xiang)對更為嚴(yan)格，因此，它們更多地(di)被安裝(zhuang)在公共充(chong)電站和快速(su)充(chong)電網絡(luo)中。

三、直流充(chong)電樁(zhuang)與(yu)交流充(chong)電樁(zhuang)核心區(qu)別(bie)對比(bi)

3.1充(chong)電速度

直(zhi)流充(chong)電樁(zhuang):由(you)於直(zhi)流充(chong)電樁(zhuang)具(ju)有較高的(de)充(chong)電功率，通常在60KW以(yi)上，其(qi)他(ta)也有30kW、120kW、160kW、360kW、480KW等(deng)規(gui)格，因此充(chong)電速度較快，在理想(xiang)情況(kuang)下(xia)，可以(yi)在20-150分鐘(zhong)內將電池(chi)充(chong)至滿電狀態(tai)。

交(jiao)流充(chong)電樁(zhuang):交(jiao)流充(chong)電樁(zhuang)的(de)充(chong)電功率壹般較低，通常為7kW左右(you)，其(qi)他(ta)也有3.5kW、11KW等(deng)規(gui)格因此充(chong)電時(shi)間(jian)較長，通(tong)常需(xu)要(yao)8-15小(xiao)時(shi)才(cai)能將電池(chi)充(chong)滿。

3.2充(chong)電樁(zhuang)成(cheng)本

直流充(chong)電樁(zhuang):直(zhi)流充(chong)電樁(zhuang)的(de)制造和安裝(zhuang)成(cheng)本較高，需(xu)要(yao)大(da)體(ti)積(ji)變壓(ya)器和交直(zhi)流轉(zhuan)換模塊，造價(jia)遠超交流充(chong)電樁(zhuang)。

交(jiao)流充(chong)電樁(zhuang):交(jiao)流充(chong)電樁(zhuang)的(de)制造和安裝(zhuang)成(cheng)本較低，結(jie)構(gou)簡單(dan)，體(ti)積(ji)小(xiao)，便(bian)於安(an)裝(zhuang)和普及(ji)。

3.3充(chong)電樁(zhuang)體(ti)積(ji)

直(zhi)流充(chong)電樁(zhuang):由(you)於內部(bu)組(zu)成(cheng)模塊較多，直流樁(zhuang)的(de)體積(ji)都(dou)比較大(da)，其(qi)充(chong)電槍頭(tou)是九(jiu)孔(kong)的(de)。交流充(chong)電樁(zhuang):交(jiao)流樁(zhuang)的(de)模塊相(xiang)對較少(shao)，體積(ji)比(bi)較小(xiao)，其(qi)充(chong)電槍頭(tou)是七孔(kong)的(de)。

3.4適(shi)應場(chang)景(jing)

直流充(chong)電樁(zhuang):由(you)於充(chong)電速度快(kuai)，直(zhi)流充(chong)電適(shi)合(he)安(an)裝(zhuang)在高速(su)公路(lu)旁的(de)充(chong)電站、出(chu)租車和公交車(che)站等(deng)對(dui)充(chong)電時(shi)間(jian)要(yao)求較高的(de)場景(jing)。

交流充(chong)電樁(zhuang):交(jiao)流充(chong)電樁(zhuang)適(shi)合(he)安(an)裝(zhuang)在小(xiao)區(qu)、停車場(chang)等(deng)場(chang)所，滿足日(ri)常充(chong)電需(xu)求，尤其(qi)適(shi)合(he)夜(ye)間(jian)充(chong)電，因為用戶可以(yi)在夜(ye)間(jian)充(chong)電，使(shi)用車(che)輛(liang)時(shi)電池(chi)已(yi)充(chong)滿。

四(si)、應用(yong)方(fang)案

圖(tu)1 平(ping)臺(tai)結(jie)構(gou)圖

充(chong)電運營(ying)管(guan)理平(ping)臺(tai)是(shi)基(ji)於物聯網和大(da)數(shu)據(ju)技術的(de)充(chong)電設施(shi)管(guan)理系(xi)統，可以(yi)實現(xian)對(dui)充(chong)電樁(zhuang)的(de)監(jian)控(kong)、調(tiao)度和管(guan)理，提(ti)高充(chong)電樁(zhuang)的(de)利(li)用(yong)率和充(chong)電效率，提升用(yong)戶的(de)充(chong)電體驗(yan)和服務(wu)質量。用戶(hu)可以(yi)通(tong)過APP或(huo)小(xiao)程(cheng)序(xu)提(ti)前預(yu)約充(chong)電，避免在充(chong)電站排(pai)隊(dui)等(deng)待(dai)的(de)情況(kuang)，同時(shi)也能(neng)為充(chong)電站提(ti)供(gong)更準確(que)的(de)充(chong)電需(xu)求數(shu)據(ju)，方(fang)便(bian)後續(xu)的(de)調度和管(guan)理。通(tong)過平臺(tai)可對(dui)充(chong)電樁(zhuang)的(de)功率、電壓(ya)、電流等(deng)參(can)數(shu)進行實時(shi)監(jian)控(kong)，及(ji)時(shi)發(fa)現(xian)和處理(li)充(chong)電樁(zhuang)故(gu)障和異(yi)常情(qing)況(kuang)對(dui)充(chong)電樁(zhuang)的(de)功率進行控(kong)制(zhi)和管(guan)理，確(que)保充(chong)電樁(zhuang)在合(he)理(li)的(de)功率範圍內充(chong)電，避免對(dui)電網造成(cheng)過大(da)的(de)負荷。

五、安科(ke)瑞充(chong)電樁(zhuang)雲(yun)平臺(tai)具(ju)體(ti)的(de)功能

平(ping)臺(tai)除(chu)了(le)對充(chong)電樁(zhuang)的(de)監(jian)控(kong)外(wai)，還(hai)對充(chong)電站的(de)光伏(fu)發(fa)電系統(tong)、儲能(neng)系(xi)統(tong)以(yi)及(ji)供(gong)電系統(tong)進行集中監(jian)控(kong)和統壹(yi)協(xie)調管(guan)理，提(ti)高充(chong)電站的(de)運行可靠(kao)性(xing)，降(jiang)低(di)運(yun)營成(cheng)本，平臺(tai)系(xi)統(tong)架(jia)構(gou)如圖(tu)2所(suo)示。

圖2 充(chong)電樁(zhuang)運(yun)營管(guan)理平(ping)臺(tai)系(xi)統(tong)架(jia)構(gou)

大(da)屏(ping)顯示：展示充(chong)電站設(she)備統計、使(shi)用率排行、運(yun)營統(tong)計圖(tu)表、節碳量統計等(deng)數(shu)據(ju)。

圖3 大(da)屏(ping)展示界面(mian)

站點(dian)監(jian)控(kong)：顯示設(she)備實時(shi)狀(zhuang)態(tai)、設(she)備列(lie)表(biao)、設(she)備日誌(zhi)、設備狀態(tai)統(tong)計等(deng)功(gong)能。

圖4 站點(dian)監(jian)控(kong)界面(mian)

設備監(jian)控(kong)：顯示設(she)備實時(shi)信(xin)息(xi)、配(pei)套設備狀態(tai)、設(she)備實時(shi)曲(qu)線、關(guan)聯(lian)訂單信(xin)息(xi)、充(chong)電功率曲線等(deng)。

圖(tu)5 設備監(jian)控(kong)界面(mian)

運營趨(qu)勢(shi)統(tong)計：顯示運(yun)營(ying)信(xin)息(xi)查(zha)詢、站點(dian)對(dui)比(bi)曲線、日月(yue)年報表、站點(dian)對(dui)比(bi)列(lie)表(biao)等(deng)功(gong)能。

圖6 運營(ying)趨(qu)勢(shi)界面(mian)

收(shou)益(yi)查(zha)詢：提供(gong)收(shou)益(yi)匯總、實際收(shou)益(yi)報表、收(shou)益(yi)變化(hua)曲(qu)線、支(zhi)付(fu)方(fang)式占(zhan)比(bi)等(deng)功(gong)能。

圖7 收(shou)益(yi)查(zha)詢界面(mian)

故(gu)障分(fen)析(xi)：提(ti)供故(gu)障匯總、故(gu)障狀(zhuang)態(tai)餅圖(tu)、故(gu)障趨(qu)勢(shi)分(fen)析(xi)、故(gu)障類型餅圖(tu)等(deng)功(gong)能。

圖8 故(gu)障分(fen)析(xi)界面(mian)

訂單記(ji)錄(lu)：提(ti)供(gong)實時(shi)/歷史(shi)訂單查(zha)詢、訂單終(zhong)止(zhi)、訂單詳情(qing)、訂單導(dao)出、運(yun)營(ying)商(shang)應收(shou)信(xin)息(xi)、充(chong)電明(ming)細(xi)、交易流水(shui)查(zha)詢、充(chong)值余(yu)額明(ming)細(xi)等(deng)功(gong)能。

圖9 訂單查(zha)詢界面(mian)

六、產(chan)品(pin)選型

安科(ke)瑞(rui)為廣大(da)用(yong)戶(hu)提(ti)供慢(man)充(chong)和快充(chong)兩(liang)種(zhong)充(chong)電方(fang)式，便(bian)攜式、壁(bi)掛式、落(luo)地(di)式等(deng)多(duo)種(zhong)類型的(de)充(chong)電樁(zhuang)，包含智(zhi)能(neng)7kw/21kw交流充(chong)電樁(zhuang)，30kw直(zhi)流充(chong)電樁(zhuang)，60kw/80kw/120kw/180kw直(zhi)流壹(yi)體式充(chong)電樁(zhuang)來滿足新能(neng)源(yuan)汽車(che)行業(ye)快速、經(jing)濟、智能(neng)運營管(guan)理的(de)市場需(xu)求。實現(xian)對(dui)動(dong)力電池(chi)快(kuai)速(su)、高(gao)效(xiao)、安全、合(he)理(li)的(de)電量補(bu)給，同時(shi)為提高公共充(chong)電樁(zhuang)的(de)效率和實用性(xing)，具(ju)有有智能(neng)監(jian)測(ce)：充(chong)電樁(zhuang)智(zhi)能控(kong)制(zhi)器(qi)對(dui)充(chong)電樁(zhuang)具(ju)備測(ce)量、控(kong)制(zhi)與(yu)保護的(de)功能；智(zhi)能(neng)計量：輸出(chu)配(pei)置智(zhi)能(neng)電能表(biao)，進行充(chong)電計量，具(ju)備完善(shan)的(de)通信(xin)功(gong)能(neng)；雲(yun)平臺(tai)：具(ju)備連接雲(yun)平臺(tai)的(de)功能，可以(yi)實現(xian)實時(shi)監(jian)控(kong)，財務報表分(fen)析(xi)等(deng)等(deng)；遠程升(sheng)級(ji)：具(ju)備完善(shan)的(de)通訊功(gong)能，可遠程對(dui)設備軟件(jian)進行升級(ji)；保護功(gong)能：具(ju)備防雷(lei)保護、過載保護、短路(lu)保護，漏(lou)電保護和接地(di)保護等(deng)功(gong)能；適(shi)配(pei)車型：滿足國(guo)標(biao)充(chong)電接口，適(shi)配(pei)所有符合(he)國(guo)標的(de)電動(dong)汽車，適(shi)應不(bu)同車型的(de)不同功率。下面(mian)是具(ju)體(ti)產(chan)品(pin)的(de)型號和技術參(can)數(shu)。

七、現(xian)場(chang)圖(tu)片(pian)

八(ba)、結(jie)論

直流充(chong)電樁(zhuang)的(de)市場集(ji)中度較高，主(zhu)要(yao)運營商(shang)的(de)達到85.2%，且(qie)公共直(zhi)流的(de)保有量持續(xu)增長，但(dan)占(zhan)比(bi)有所下(xia)降(jiang)。交(jiao)流充(chong)電樁(zhuang)由(you)於成(cheng)本較低，易於普及(ji)推(tui)廣，因此在小(xiao)區(qu)、停車場(chang)等(deng)場(chang)所建設較為普遍。

隨(sui)著(zhe)電動(dong)汽車市場(chang)的(de)持續(xu)擴大(da)，直(zhi)流充(chong)電和交流充(chong)電都將迎(ying)來更為廣泛(fan)的(de)應用(yong)。未(wei)來，隨(sui)著(zhe)技術的(de)進步和成(cheng)本的(de)下降(jiang)，二(er)者在充(chong)電速度、智(zhi)能(neng)化(hua)水(shui)平(ping)、成(cheng)本效益(yi)等(deng)方(fang)面(mian)都將有所改善(shan)。同時(shi)，新的(de)充(chong)電技術，如無線充(chong)電等(deng)也將逐步(bu)走(zou)向(xiang)成(cheng)熟，為電動(dong)汽車用戶(hu)帶來更多更便(bian)捷的(de)選擇。