关于新能源汽车充电桩建设及优化分析

林晓丹

摘 要：在全球倡导低碳减排的大背景下，新能源成为热门行业在全球范围内得以开展。汽车尾气排放会在一定程度上加重温室效应，并且化石能源的日渐紧缺也迫切对新能源汽车发展提出新要求。現阶段的新能源汽车以电力汽车为主，与燃油汽车不同的是，电力汽车不再需要或只需少量燃油就可以提供驱动力。新能源汽车的动力补充方式为充电，因此充电桩成为新能源汽车的配套设备。我国现阶段已经拥有大量的充电桩，但是伴随新能源汽车保有量的增加，现有的充电桩不足以满足新能源汽车用户的需求，且部分充电桩的质量存在问题由此导致安全事故。因此开展新能源汽车充电桩建设优化对于充电桩发展及新能源汽车使用具有积极意义。

关键词：新能源 充电桩 电网 技术

1 引言

在开展新能源汽车充电桩建设与优化工作之前，首先需要对现阶段新能源汽车充电桩建设背景进行分析，包括国际背景、国内背景、使用需求背景。在对新能源汽车充电桩现有问题进行分析，包括运维缺失、安全隐患、分布不均、费用偏高、充电速度。随后在此基础上制定相应的措施，从而更好的满足用户需求并提升充电桩的利用效率，包括从硬件与保护层面出发提升充电桩质量、优惠充电费用、统一充电桩充电速度、充电桩信息线上发布管理，推进新能源汽车快速、持续、稳定发展。

2 新能源汽车充电桩建设背景

2.1 国际背景

经济全球化大背景下，全球的生产力水平呈现持续增长趋势，化石能源的消耗量显著增加，而日益紧缺的化石能源难以支撑快速增长的社会生产力水平。确保生产能源稳定持续才是确保生产稳固提升的关键所在，由此探求新能源并确保其持续发展成为全球共同关注的问题。

2.2 国内背景

我国长期以来高度重视生态环境建设与生产能源可持续发展建设，尤其在“十四五”规划当中重点提出要做好新能源基础设施建设工作，推动我国进一步充分发挥资源节约型、环境友好型社会的积极作用。[1]

随着机动车保有量的持续增加，汽车排放成为威胁生态环境建设与能源持续发展的一大主要原因，因此在新时代背景下我国致力于推进新能源汽车发展，新能源汽车将有效减少气体排放并最大限度上降低对化石能源的消耗。截至目前为止国际上所推出的新能源汽车主要以电力为主，按照动力类型划分可分为纯电动、油电混合，即现阶段的新能源汽车需要将电力作为主要的驱动能源，汽车充电桩产业由此应运而生。

2.3 使用需求背景

在我国新能源汽车诞生初期，汽车充电桩建设几乎处于空白状态，但是随着新阶段新能源汽车保有量的持续增长，关于汽车充电桩的建设理念、技术、规模随之不断提升。我国“十三五”规划期间以在全国范围内建成500万座汽车充电桩，满足了新能源汽车的能源供应需求，“十四五”规划预计在全国范围内再建设充电桩1000万座。但是现阶段的汽车充电桩存在一些质量问题，如触摸屏失灵、界面复杂、起火、爆炸等，对人身财产安全造成严重威胁。

为了确保我国新能源汽车事业可以长期稳定持续发展，充电桩建设工作不能单纯追求数量，更要注重提升质量，因此在建设充电桩的过程中需要同时兼顾规划与优化工作。

3 新能源汽车充电桩建设存在的问题

为了积极响应节能减排与低碳环保的战略要求，我国许多城市建设大量的充电桩，然而现实中许多城市的汽车充电桩存在闲置现象，利用率极其低下。充电桩利用率低下的现象暴露了许多充电桩建设过程中存在的问题。

3.1 运维缺失

充电桩投入使用后需要定期维护与保养，从而确保充电桩的正常使用。而现阶段许多地区的充电桩之所以被闲置，是因为充电桩没有进行及时运维造成充电桩损坏。

在一些国道、高速公路服务区都配备新能源汽车专用充电桩，但是其中大部分充电桩已经无法使用，这种现象也是因为充电桩运维缺失造成的。充电桩运维缺失不仅给新能源汽车用户带来不便，还造成了严重的资源浪费。[2]

3.2 安全隐患

我国的公共充电桩多为室外充电桩，室外充电桩与加油站的加油机不同，并没有配备专业的管理人员。并且室外充电桩通常情况下处于开放的环境中，因此受到自然环境因素的影响较大，在室外环境的长期影响下容易造成充电桩线路老化、漏电、机体材料氧化等。部分室内充电桩由于处于封闭空间，当出现故障的情况下很容易在短时间内造成人员伤亡。截至目前为止新能源汽车充电桩的安全隐患主要存在以下几类：

（1）绝缘异常：新能源汽车充电桩出现绝缘异常的部位，通常在外壳、刷卡位置、金属按键，当充电桩漏电以后，用户触碰这些位置就会发生触电；

（2）充电枪未锁紧：新能源汽车充电需要通过充电枪与充电桩连接，用户在充电枪使用完毕后在一定概率上会存在充电枪未锁紧的情况，充电枪未锁紧就会造成漏电，此时如果下一个用户直接使用就会与高压电直接借助，造成安全事故；

（3）充电桩锈蚀：公用充电柱的金属配件的漆面破损以后容易造成锈蚀，随后锈蚀面积会不断扩大，进而影响充电桩的实际使用性能，严重时甚至会导致充电桩出现穿孔，导致漏电造成人员触电。

3.3 分布不均

通过分析已有调查结果表明，许多新能源汽车用户都会选择用地图寻找充电桩，但是这种寻找充电桩的方式会浪费许多时间，而最显著的问题就表现在充电桩分布不均，具体表现在或部分地区过于密集或过于稀疏，甚至部分区域存在大范围内没有充电桩，这种现象在郊区展现的尤为明显。[3]

新能源汽车充电桩市场竞争尤为激烈，即便是这种情况下充电桩依然存在严重的分布不均的问题依然得不到解决，导致充电效率无法得到提升，不仅为用户带来不便，还会导致较为严重的资源浪费现象。

3.4 费用偏高

之所以许多用户选择使用新能源汽车，是因为新能源汽车相比燃油汽车价格更加低廉，可以节省车辆使用成本。然而现实情况是，新能源汽车充电的费用普遍偏高，且充电桩分布不均会进一步增加车辆使用成本，结果导致新能源汽车的成本消耗大于燃油汽车。部分城市中心地区的充电桩的充电价格会普遍偏高，且车辆在进行充电时还会收取相应的停车费，综合计算车辆的充电成本超出预算范围。

3.5 充电速度

我国的新能源汽车发展尚处于初级阶段，新能源汽车充电桩企业数量极其有限，由此导致新能源汽车充电市场处于垄断状态。充电桩企业数量稀少，且竞争激烈程度日益增加，而汽车充电桩的行业性质决定了低盈利水平，这就使得各充电桩企业抢占市场份额的现象更加显著，这对于新能源汽车充电行业而言极为不利。

事实上新能源汽车充电难的问题都是技术竞争的结果，不同企业所研制的充电桩使用的技术水平不同，因而给用户带来的实际体验不同。根据许多新能源汽车用户反映，不同企业的充电桩最显著的技术差异就在于充电速度不同。充电速度不仅关系到用户的时间使用成本，还关系到对车辆的养护效果，过快或过慢的充电速度都会对车辆电池造成直接影响。

4 新能源汽车充电桩优化措施

4.1 提升充电桩质量

4.1.1 充电桩控制系统的硬件设计与器件选型

新能源汽车充电桩优化的关键在于提升充电桩的质量，因此需要对新能源汽车充电桩控制系统硬件与器件进行合理的设计与选型。

①计费控制单元：

在新能源汽车充电桩控制系统当中，计费控制单元是重要组成部，在控制新能源汽车充电桩正常运行的基础上，还需要确保充电桩信息采集的准确性。

高性能、高质量的计费控制硬件是制造高质量充电桩的关键，经不断实践研究表明，在充电桩计费控制硬件中使用高性能 DSP 芯片TMS320F28335可以达到对数据高效分析处理的效果。[4]在选定芯片的基础上，在芯片外部配备MAX3232和MAX3485实现信息显示与通信，另外配备W5500和HR911105A 接口设计充电桩以太网模块。图1所示为计费控制单元硬件结构。

②充电设备控制器：

充电设备控制器的作用多样，包括与计费控制单元的通讯、数字出入量的检测。优化后的充电设备控制器配备3个CAN总线通信接口，3个接口的功能各不相同，分别负责与充电模块的通信、与正在充电车辆的BMS1和BMS2通信。在与充电车辆BMS1 和BMS2 通信的过程中实现了信息交互，由此充电桩获知充电车辆需要的充电参数，再由CAN向充电模块传递，调整完成后由充电模块直接输出。

与此同时充电桩的充电控制器配有2路 RS485接口，2路RS485接口分别负责不同的功能：其中一条2路RS485接口主要负责向计费控制系统传送充电参数，随后接收由计费控制单元发出控制指令；剩余一路 RS485 接口直接与交直流绝缘监测模块实现通信，由此实现对绝缘检测模块绝缘电阻值的读取与判断，从而判断新能源汽车的绝缘性能，由此制定异常情况下的应急预案。图2所示为充电设备控制器硬件结构。[5]

4.1.2 强化充电桩机体保护

为了防止外界因素对公共充电桩造成的损坏，需要采取一定的措施强化对充电桩机体的保护。充电桩可以效仿加油站的方式，在充电柱上方搭设凉棚，从而防止充电桩受到外力而出现损坏，避免安全事故的发生。

4.2 扩大充电桩建设规模

扩大充电桩需要避免盲目性，扩建之前需要对新能源汽车用户的需求进行分析，在此基础上确保充电桩的合理分布。停车场、居民区是充电桩重点建设的主要区域。并且要大力宣传、鼓励充电桩建设，通过提供技术帮助、简化审批手续等方式让更多的组织申请充电桩建设。

“十四五”规划中明确指出要完成至少1000万座充电桩建设，因此各地区可以选择结合新能源汽车用户调查结果的基础上，更进一步精确选择充电桩建设区域，在提升用户使用便捷性的同时还提升了充电桩服务的精准性，使更多的新能源汽车用户的充电需求得到满足。

4.3 优惠充电费用

现阶段充电桩的主要付款方式为扫码支付，但是许多系能源汽车用户不仅需要支付充电费，还需要支付停车费，这使得许多用户对充电桩使用价格极为不满。为了缓解新能源汽车用户的充电费用负担，国家针对充电桩使用费用出台了针对性政策，将全国范围内的新能源汽车充电费用控制在合理的区间，且取消所有的不合理收费，如停车费、附加服务费等。

部分地区由于情况特殊，并不能一律取消除充电费意外的所有费用，这些地区可以制定更加合理的收费制度，如1小时内免费停车、3小时内七折停车、附加服务费自愿等，地方政府也可以予以充电站适当的补贴，从而让充电站为用于推出更大的收费优惠力度，提升用户满意度。

4.4 统一充电桩充电速度

标准的直流充电桩充电速度为1min/4km，大部分新能源汽车的续航里程为300km，因此一台标准的直流充电柱充满一台300km新能源汽车需要持续1h，如果使用慢速充电桩，充满一台300km新能源汽车需要花费7-8h，很多情况下用户没有自主选择充电桩速度的条件，因此统一充电桩的充电速度对于提升用户体验具有重要意义。

对于现有的充电桩进行改造，就是将所有的慢速充电桩统一改为快速充电。从技术层面出发需要为慢速充电桩更换充电配件，这种改造方式具有较高的施工成本。因此从全局的角度出发决定将所有的充电桩一律改为标准充电桩，这样可以缓解大量的快速充电桩对电网造成的冲击，同时平稳的标准充电更有助于新能源汽车的保养。

4.5 充电桩信息线上发布管理

互联网时代下信息流通速度倍增，为了减少广大新能源汽车用户寻找充电桩时存在的麻烦，充电桩企业可以在公众号上发布充电桩信息，包括充电桩的状态、位置，让用户不在处于被动地位，而是可以结合自身实际情况主动选择充电桩，而为了确保充电桩信息发布的及时性与有效性，充电桩企业要积极接受社会监督，采纳用户提供的建议。通过公众号发布充电桩信息，相比过去用户寻找充电桩，为广大新能源汽车用户带来极大的便利性，同时线上发布充电桩信息也有助于市政对充电桩的统一管理，也有助于充电桩企业对充电桩的维护。

5 结语

新能源汽车相比燃油汽车具有更高的环保意义，许多用户考虑到充电比燃油价格更低，因此选择使用新能源汽车。而实际上由于充电桩存在的诸多问题，导致新能源汽车后续使用过程中存在诸多麻烦，其中不同企业充电桩的收费、充电速度没有为用户带来理想的体验感。由此可见要推行新能源汽车大范围普及，就需要确保充电桩的质量与有效性。充电桩的优化需要充分结合用户的实际使用需求以及电网的状况，从而确保充电桩分布、收费的合理性，减少用户寻找充电桩时存在的麻烦，更是对我国新能源事业建设具有積极意义。

参考文献：

[1]张渲，夏雯丽，姚瑶.“新基建+双碳”下的新能源充电桩发展趋势和应对策略[J].全国流通经济，2022（05）：134-137.

[2]朱国海.西部城市新能源汽车充电桩建设现状及建议[J].建设科技，2022（01）：89-91+96.

[3]陈湛清，金敏燕，王志威，姚朗泉，梁佩瑜.新能源汽车充电基础设施建设现状与发展问题研究——以湛江市为例[J].汽车实用技术，2021，46（20）：234-236.

[4]蒋慧敏，陈新，孟蜜蜜，项宇龙.常州新能源汽车充电桩建设及优化路径研究[J].时代汽车，2021（16）：95-96.

[5]陈立新. 经济全球化背景下新能源汽车发展的控制策略[C]//.华南教育信息化研究经验交流会2021论文汇编（十三）.，2021：830-833.