电动汽车智能充电桩管理方案探析

李鹏

国网厦门供电公司 福建厦门 361000

1 概述

各地纷纷建立电动汽车充电桩，地方政府成电动汽车充电桩建设关键推手。目前，全国已有40 多个省进行了充电桩的建设。初期充电桩建设将以小批量试点为主，通过试点加速行业标准的出台，届时充电桩将进入快速爆发式增长阶段[1]。

众所周知，常规的汽车主要以化石燃料作为汽车的动力能源，这种燃料不仅会污染环境，而且燃料资源是有限的、不可再生的。因此，大家逐渐把目光放在电动汽车的生产和研究上。电动汽车的使用不仅可以减少向大气排放的尾气量，有效改善环境，而且其使用的电能资源是比较好获取的，所以电动汽车的发展势在必行。但是电动汽车自身较弱的续航能力、充电不方便等缺点一直是大家的顾虑，在一定程度上影响了电动汽车的推广和使用。而电动汽车智能充电桩的提出能很好的解决电动汽车充电，它对电动汽车动力电池的维护可以根据动力电池的电量自动进行，简化了汽车用户操作行为，可以更好地促进电动汽车的推广。

2 电动汽车的充电方法和建设充电桩监控系统的必要性

目前，电动汽车充电方式主要有以下几种，如下图1 所示：

图1 电动汽车充电方式

（1）交流充电。交流充电桩一般是指固定在地面上，为具有车载充电机的电动汽车提供交流电源，主要安装于公共建筑、居民小区停车场和充电站内，充电时间较长。一个交流充电桩可同时为一辆或多辆电动汽车充电，基于负荷特点和节能环保的要求，交流充电桩以安全性为基础，以实用性、智能化和标准化为导向，集供配电系统、充电系统、充电站监控系统和计费管理系统于一体，实现计时、计电量、计金额充电等全面智能化。

交流充电一般采用交流电源的是220V 或380V，充电时充电装置会对电流进行整流和滤波，然后再充电，可以保护电源装置，但是交流充电一般耗时较久，不适合大型的电动汽车充电。

（2）直流充电。直流充电采用整流设备为电动汽车的蓄电池充电，功率较大，输出电流、电压变化范围比较广，因此可以满足不同类型电动汽车的充电需求，并且可以在较短时间内快速给电动汽车充电，直流充电桩一般安装在电动汽车充电站中。直流充电站作为电动汽车充电站的前端设备，以实用性、智能化和标准化为导向，集配电系统、充电系统、监控系统和计费管理系统于一体，实现充电的人机互动、计费、计量、收费和充电管理等。

直流充电方式不需经车载装置对电流进行调节，不需要整流装置，可以减轻电动汽车负重，而且直流充电一般采用大功率充电，所以充电速度比较快，可达到快速充电效果，可适用于大型电动汽车。

（3）更换电池组。一般通过一主一备的两组电池来实现，当一组在工作时候，另一组保持充电状态，工作的电池电力耗尽时，更换另一组备用电池，这种充电方式可以减少汽车充电时间，提高电动汽车的利用率。但是，它需要加大电池的投资以及对电池的保养维护费用。

（4）非接触式充电。这种方式采用的少，因为需要在电动汽车内嵌入特定的电气元件，使得汽车随时可以与该电气元件接触，达到随时充电的目的。但是这种技术目前还不成熟且需要大量资金投入研发，所以并没有被推广使用。

尽管现在电动汽车还存在不少缺点，但随着科技进步、技术成熟，电动汽车的缺点也将逐步攻克。电动汽车也有着它特有的优势，比如噪音小、无污染。当今，电动汽车一般采用锂电子电池，这种电池对充放电的要求很高，需要建设智能充电桩来管理，否则会损害锂电池，严重时可能会引发安全事故，所以有必要对电动汽车充电桩进行充分管理。

3 电动汽车充电桩监控系统功能

监控系统主要是将统一的充电桩设备与系统接入，采集实时数据，实现远程监控充电桩及充电状态实时监控、充电量采集。[2]监控系统主要功能概括如下：

（1）充电桩管理。基于GIS 的电动汽车智能充电桩基本信息管理，分布，能力等信息。

（2）状态监控。实现对电压、电流、保护状态、开关状态等数据采集与实时监控。

（3）充电监控。充电时输入输出电压、电流、充电时间、功率因数、当前充电模式、充电机故障状态等数据采集与实时监控。

（4）汽车电池状态监控。主要监控汽车电池的基本信息、电池单体电压、电池单体温度、电池故障状态等信息。

4 电动汽车充电桩综合运营管理

电动汽车充电桩运营管理涉及到对分散于市区内充电设施的资产（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，保证电动汽车运营高效有序，实现运营智能化、规范化管理[2]。电动汽车充电桩综合运营管理流程图如下图2 所示：

图2 电动汽车充电桩综合运营管理流程图

对于运营系统的建设分两步走，第一步使用桩设备提供商的运营系统，把充电业务先行推广起来；第二步深度规划系统的顶层设计，按照业务需求重构运营系统。

4.1 运营系统搭建

主要是利用设备商提供的运行系统完成运营系统搭建实现充电业务推广。设备商提供的系统一般具有三大功能：

（1）充电站站级系统：能够对充电桩的日常状态、充电过程进行监控，能够对桩下发指令实现对功率的自动调配；能实现支付对接；能实现对下游站级平台的清算、对账功能；

（2）建立手机APP，能看到对附近充电桩的位置信息以地图、列表的方式展示，同时可以显示出桩的状态信息，能够快速定位、导航到最近处于空闲状态、可用的充电桩；

（3）建立数据通讯前置，达到桩群管理的功能。可以灵活的按照市场需求进行桩的组网控制。

4.2 数据运营中心建设

数据运行中心的建设要最终实现对全国充电桩的集中管控具体从以下几个方面实施：

（1）建立数据通讯前置。直接面向充电桩，统一接口规范，实现充电桩软件升级，实现信息的转发与下达。

（2）建立充电桩云管理平台。搭建云管理平台实现充电业务集中监控，自动报告上送异常情况，并有自动调整功能。

（3）建立区域级站点管理平台。对充电站的操作权限进行分配，权限不同，业务管理范围不同。实现用电高峰期的功率调配，具有广告管理等功能。提供站级二级清分结算等功能，预留账务接口能够与原有财务系统进行对接，实现银企直连完成可以按照下辖站点的要求进行资金划拨。

（4）建立全国运营总中心。完善完备数据记录，便于查找维护；完善权限管理系统，实现任务分配、变更、指令下发及反馈；完善充电桩运营系统支付体系，支持多种便捷支付；完善充电桩用户的账户体系，实现体系内的便捷支付；完善清分结算体系，实现财务自动清分与结算，并具有差错报送及处理机制。

（5）建立便捷的APP 中心。提供充电桩定位、导航、支付等功能，方便用户使用充电桩，并且基于互联网思维提供车主互动平台、运营商互动平台，预留多种增值功能。

5 充电桩智能监控系统的设计

电动汽车充电桩智能监控系统需满足配电系统的保护、控制、监视、通讯等要求，实现对整个充电站电力的监控和管理，包括配电监控、充电机监控、烟雾监控等，可对整个充电站设备的运行参数和设备状态进行实时监测和控制，并实现数据的采集、统计和打印，以及历史记录的查询和报警[3]。

5.1 管理层

在后台建立数据库，存储历史数据，同时通过后台主机完成全系统监控和各种管理功能（权限、报警、打印、趋势），并可实现与其它智能系统的通讯。

5.2 通讯层

通讯层主要是完成现场监视和控制，并实现通讯转换和故障诊断功能。通讯层设备一般包括HMI人机界面、AC500可编程控制器、前端串口服务器，实现不同设备间信息传递，实现信息互通。

5.3 设备层

现场的遥信量、遥控量、控制、保护动作等信息均通过现场带通讯功能的电力仪表实时采集，同时设置越限、告警和脱扣等功能保护，并以数字信息上传至通讯层和后台主机。设备层主要设备是EM 智能电量仪表、RTU 检测与控制装置及LNS 电流互感器。

6 结语

为了能够缩短电动汽车蓄电池的充电时间，延长蓄电池的使用寿命，应充分加强对电动汽车智能充电桩的管理。通过充电桩的管理试下充电整个过程的智能化，减少人力资源投入。同时智能充电桩管理的提高还能在保护环境的同时促进电动汽车的推广使用。