电动汽车充电设施互联互通关键技术研究

摘 要：阐述了电动汽车充电基础设施发展存在的问题，从设计和开发电动汽车充电桩智能管理系统、构建电动汽车充电服务一体化平台、探索电动汽车充电基础设施的运营模式、加强电动汽车充电一体化安全预警防护等不同角度，探讨了电动汽车充电设施互联互通关键技术的应用情况，对于加速推进电动汽车产业发展和促进充电基础设施长效运转具有重要意义。

关键词：电动汽车;充电基础设施;互联互通;关键技术

0 引言

电动汽车基本实现了零排放，是“以电代油”战略实施的重要举措，对于提高我国能源安全、应对气候变化、改善环境起着重要作用。本文重点探讨电动汽车充电基础设施的统筹规划与实施，从不同角度分析电动汽车充电基础设施应用的互联互通关键技术，以更好地减少汽车尾气排放，优化能源结构，实现绿色可持续发展。

1 电动汽车充电基础设施概述

电动汽车是以车载电源为驱动的交通工具，采用以整车充电的集中充电方式，电动汽车的充电基础设施根据充电桩连接电源电流和功率的不同，分为直流快充和交流慢充两种模式。《关于加快电动汽车充电基础设施建设的指导意见》（国办发〔2015〕73号）中提出，到2020年，基本建成适度超前、车桩相随、智能高效的充电基础设施体系，形成统一开放、竞争有序的“互联网+充电基础设施”产业生态体系，实现不同充电服务平台的互联互通，提高电动汽车充电设施的通用性和开放性。

2 电动汽车充电基础设施发展存在的问题

2.1  充电基础设施建设难度大

尽管当前的电动汽车充电基础设施建设有良好的政策支持，然而因新能源汽车推广使用不足、成本高等问题，导致充电基础设施建设的难度较大，并牵涉土地、配电网支撑等建设问题，极大地制约了充电基础设施的推广和完善。

2.2    老旧居民小区内充电桩的安装难度大

部分老旧居民小区内因其配电网容量有限，難以进行合理的车位所有权分配，因而加大了小区内充电桩的安装难度，导致电动汽车充电基础设施建设滞后。

2.3    电动汽车使用效率偏低

电动汽车充电网络尚未充分互联互通，导致出现“有车无处充电，有站无人问津”的现象。车主在寻找充电桩、支付过程中面临困扰，充电的便捷性极大地影响了消费者购买新能源汽车的欲望。另外，燃油车占位、充电设施缺乏系统的维护和有效的管理，均导致充电桩利用率低下，增加了新能源汽车消费者的使用负担。

2.4    充电时间问题

充电时间一直是影响消费者购买新能源汽车的关键因素之一。随着电动汽车续航里程的不断提升以及动力电池技术的快速发展，依然没能彻底缓解广大消费者的里程焦虑，其根本原因在于充电时间而非续航里程，新能源汽车动辄30 min以上的快充时间，相比传统燃油车显得尤为不便。

2.5    尚未形成成熟的充电服务商业模式

当前还缺乏统一完善的智能充电服务平台，各充电运营商之间缺乏良好的信息互联和互通，导致充电设施利用率极低，有待探索更加成熟完善的充电服务商业模式。

2.6    充电安全问题

电动汽车充电安全隐患不仅在于电池本身，还在于充电环节存在安全隐患，如：电动汽车BMS、充电模块、充电枪、充电桩监控平台等，均会引发电动汽车充电安全问题。近年来充电安全事故时有发生，如何进一步提高充电设施的安全性仍是世界各国研究和关注的焦点。

3 电动汽车充电基础设施互联互通关键技术应用分析

3.1    设计和开发电动汽车充电桩智能管理系统

针对当前充电桩系统不健全、功能不完善、用户体验差、利用率低等问题，要引入物联网技术、Android技术，设计和应用电动汽车充电桩智能管理系统，提出基于HTTP和MQTT通信协议的系统通信功能设计方案，实现电动汽车充电桩的智能化管理，包括设备监控管理、调度管理、运营分析及其他增值服务，为消费者提供良好的人机交互体验，为用户提供智能化服务。

系统服务器端主要包括以下模块：（1）登陆模块。通过服务器端实现相关的所有业务。（2）人员管理模块。通过该模块实现对系统所有用户的信息管理。（3）设备监控管理模块。该部分是系统的核心和关键，由服务器端获取客户端主动上报的充电数据信息，并对上报数据进行分析，控制充电电流、电压的输出，实现对充电状态的远程控制。（4）调度管理模块。该模块在检测到电动汽车用户的充电请求时，获悉其位置信息、电动汽车剩余电量信息、充电桩状态信息，运用相关算法进行计算和分析，形成多种调度方案，下发至用户的移动智能终端，向用户提供可选择的充电策略，实现充电桩的智能化调度和管理。（5）运营分析管理模块。该模块主要实现对订单的管理和数据的分析，计算获悉充电次数、充电电量、总收益等。

系统客户端则基于客户端用户的需求，实现以下模块的设计和应用：（1）数据主动上报模块。这是系统的核心功能模块，主要实现数据采集和数据上报，实现服务器对设备的实时在线监控。（2）充电状态控制模块。该模块包括视图驱动和状态控制，由视图驱动实现对视图的判断和改变，由状态控制实现对充电数据、服务器控制数据的状态控制。（3）动态计费模块。该模块主要实现费用的实时计算，由充电开始时间直至结束时间的电量计费，通过充电桩屏幕和移动智能终端同步显示计费账单详情。

3.2    构建电动汽车充电服务一体化平台

基于电动汽车充电服务的实际需求，合理规划布局电动汽车充电基础设施，确保公共区域内有足够的充电桩数量，实现对充电基础设施的二次优化规划扩建，实现对充电桩位置、使用信息的监控与管理，推进充电桩的共享使用，提高充电桩的利用效率。同时，在构建电动汽车充电服务一体化平台的过程中，要考虑电池续航能力的限制性因素，进行充电桩地理定位和导航，实现充电桩信息的充分共享，快速准确获悉充电桩的位置、类型、状态等信息。同时，在电动汽车充电服务一体化平台的应用中，还要采用共享柜模块，包括电控锁、传感器等装置，实现对柜门电控锁的锁合，确保柜门正确关闭，确认汽车充电专用配件的归还情况。

3.3    探索电动汽车充电基础设施的运营模式

为了推广新能源汽车的应用，提升民众对新能源汽车的体验感和认同度，要构建新能源汽车分时租赁一体化运营体系，在政府支持下打造电动汽车分时租赁站点，以政务公车出行为切入点，为公务出行提供专享分时租赁服务，并面向民众开放分时租赁的用车体验服务，缓解交通拥堵、停车难等问题，并与景区合作，为旅游人群提供短程自驾游玩的出行方案。同时，还要严格分时租赁公司的准入标准，优先选取续航时程长、可靠性高、质保期长的新能源汽车，并加强新能源汽车分时租赁运营模式的运营保障，加强相关部门的协调和配合，优先对其发放相关专用许可证，给予适当补贴和用地指标支持，并提供及时、快捷、高效的故障响应服务，形成城市多层次公共交通体系。

3.4    加强电动汽车充電一体化安全预警防护

在新能源电动汽车规模化发展进程中，还要关注电动汽车充电一体化安全预警和防护，要构建电动汽车充电一体化安全预警防护体系，从电动汽车充电安全相关的动力电池、充电设备、配电网三个层面入手，分析影响电动汽车充电安全的相关因素，如：对负荷特征的影响、对电气设备的影响、对电能质量的影响、对系统三相不平衡的影响等，并提出电动汽车充电一体安全预警防护指标评价体系，相关指标包括：电池累计故障次数、电池SOH、电池组电压极差、BMS响应率、充电设备累计故障次数、充电输出过压率、电压水平波动率、配电台变累计故障次数、台变功率越限率等，采用基于灰色关联度法及其改进方法，实现对动力电池、充电设备、配电台变的实时预警和防护。

4 结语

综上所述，随着电动汽车的规模化发展，电动汽车充电基础设施建设成为关注焦点，要做好电动汽车充电基础设施的规划布局，进行充电站选址的合理布局和设置，并采用电动汽车充电桩智能化管理技术和系统，实现电动汽车充电站的“无人值守”，更好地优化调度管理策略，实现电动汽车充电基础设施的智能化调度，以其便捷、快速的操作提高用户的充电体验，并探索电动汽车充电基础设施的运营模式，完善电动汽车充电基础设施的安全预警和防护，形成完善、系统、安全的充电网络，利用电网和“互联网+”资源实现充电基础设施的互联互通。

[参考文献]

[1] 吴辉江，林松跑，吴芸芸.加快电动汽车充电基础设施建设[J].浙江经济，2016（20）：58.

[2] 许艳华.破解充电设施困境的五项重点工作[J].汽车纵横，2018（2）：54-57.

收稿日期：2019-12-12

作者简介：余静（1982—），女，安徽桐城人，工程师，从事新能源汽车充电设施方面的研究工作。