淺談電力電子技術(shù)在新能源汽車充電樁中的應(yīng)用

任運業(yè)

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：闡述新能源汽車充電樁中的智能控制技術(shù)、充電樁與電網(wǎng)的互聯(lián)技術(shù)、變頻調(diào)節(jié)技術(shù)，探討實現(xiàn)充電樁的智能化控制和管理模式，實現(xiàn)充電樁與電網(wǎng)之間的數(shù)據(jù)交換和能源協(xié)調(diào)。

關(guān)鍵詞：電力電子技術(shù)，新能源汽車，充電樁控制技術(shù)。

0引言

隨著環(huán)境保護意識的增強和新能源汽車市場的快速發(fā)展，充電樁作為新能源汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施的關(guān)鍵組成部分，扮演著不可忽視的角色。然而，隨著新能源汽車數(shù)量的增加，充電樁所面臨的挑戰(zhàn)也越來越嚴(yán)峻。充電樁需要承擔(dān)高功率輸出、高效能轉(zhuǎn)換以及智能管理等多重任務(wù)，這對電力電子技術(shù)的應(yīng)用提出了更高的要求。在新能源汽車充電樁中，電力電子技術(shù)可以發(fā)揮關(guān)鍵作用，例如直流快充技術(shù)可以提高充電速度，高效能轉(zhuǎn)換技術(shù)可以提高能源利用效率，變壓器設(shè)計與控制則可以實現(xiàn)多種功率輸出。本研究的結(jié)果將有助于指導(dǎo)充電樁的設(shè)計和優(yōu)化，提高充電樁的充電效率、性能和用戶體驗，為新能源汽車的發(fā)展和推廣提供重要支撐。

1研究背景

新能源汽車充電樁的基本原理與要求。新能源汽車充電樁作為連接電車和能源供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的重要環(huán)節(jié)，具有智能控制、互聯(lián)技術(shù)和變頻調(diào)節(jié)等關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用。了解新能源汽車充電樁的作用與基本原理，以及技術(shù)要求，能夠為我們理解和推進充電樁技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用提供基礎(chǔ)。

新能源汽車充電樁的作用與基本原理。新能源汽車充電樁是將交流電源轉(zhuǎn)換為適合新能源汽車電池充電的直流電源的設(shè)備。充電樁的作用是為新能源汽車提供可靠、安全和高效的充電服務(wù)。其基本原理是通過充電樁內(nèi)部的電力電子裝置，將電網(wǎng)交流電源轉(zhuǎn)換為符合新能源汽車電池需求的直流電源，并通過相應(yīng)的充電接口進行輸出。

新能源汽車充電樁的技術(shù)要求。

（1）充電樁需要具備高功率輸出能力。隨著新能源汽車的增多，充電樁需要以更高的功率快速充電，以滿足用戶的需求。因此，充電樁的電力電子裝置需要具備高功率輸出的能力，并保證電能的高效能轉(zhuǎn)換。

（2）充電樁需要具備安全性能。充電樁需要通過安全設(shè)計和可靠的電力電子控制系統(tǒng)，確保充電過

程中不會發(fā)生電源故障、電流過載或短路等危險情況。此外，充電樁還需要具備監(jiān)測和保護功能，以確保充電過程穩(wěn)定可靠。

（3）充電樁需要具備智能化管理能力。充電樁應(yīng)通過智能控制技術(shù)，實現(xiàn)充電樁與電網(wǎng)的互聯(lián)，以便實現(xiàn)電能計量、充電調(diào)度和遠程監(jiān)控等功能。智能化管理能力可以提高充電樁的使用效率和操作便利性，同時也有利于電網(wǎng)的穩(wěn)定運行。

（4）充電樁需要具備適應(yīng)不同車型需求的靈活性。由于不同型號和品牌的新能源汽車電池參數(shù)各異，充電樁需要具備相應(yīng)的電壓變換、充電模式調(diào)節(jié)和電流控制等功能，以適應(yīng)不同車型的充電需求。

綜上所述，新能源汽車充電樁的技術(shù)要求包括高功率輸出能力、安全性能、智能化管理和靈活性。通過滿足這些要求，充電樁能夠提供更好的充電服務(wù)，促進新能源汽車的推廣和普及。

2電力電子技術(shù)在充電樁中的應(yīng)用

電力電子技術(shù)在充電樁中的應(yīng)用是推動新能源汽車充電技術(shù)革新的重要因素。了解直流快充技術(shù)、高效能轉(zhuǎn)換技術(shù)和變壓器設(shè)計與控制等關(guān)鍵技術(shù)，能夠為我們深入探討和理解電力電子在充電樁中的應(yīng)用提供基礎(chǔ)。

直流快充技術(shù)。直流快充技術(shù)是一種用于新能源汽車充電的高功率快速充電技術(shù)。它可以將電網(wǎng)交流電源快速轉(zhuǎn)換為適合新能源汽車電池充電的直流電源，以提供更快速和高效的充電服務(wù)。直流快充技術(shù)通常采用高功率的電力電子裝置和充電接口，能夠在較短的時間內(nèi)為新能源汽車充滿電，提高充電效率和用戶充電體驗。

高效能轉(zhuǎn)換技術(shù)。高效能轉(zhuǎn)換技術(shù)是指在充電樁內(nèi)部電力電子裝置中使用的一種技術(shù)，通過該技術(shù)可以實現(xiàn)電網(wǎng)交流電源到新能源汽車電池的高效能轉(zhuǎn)換。這種技術(shù)通常利用電力電子變流器和DC-DC變換器等裝置，通過高頻開關(guān)控制，將交流電轉(zhuǎn)換為直流電，以減少能量損耗并提高整個轉(zhuǎn)換過程的效率。高效能轉(zhuǎn)換技術(shù)可以有效降低充電過程中的能源浪費，節(jié)約電能成本，同時也減少了對電網(wǎng)的負擔(dān)。

變壓器設(shè)計與控制。變壓器設(shè)計與控制是指針對充電樁中的變壓器進行的設(shè)計和控制策略。變壓器在充電樁中起到了電能轉(zhuǎn)換和電壓變換的重要作用，所以其設(shè)計與控制的優(yōu)化對整個充電過程的效率和安全性都有著重要影響。在變壓器的設(shè)計階段，需要根據(jù)充電樁的功率需求、輸入輸出電壓等參數(shù)進行適當(dāng)?shù)脑O(shè)計，以提高變壓器的效率和可靠性。而變壓器控制則包括了對變壓器的電流、電壓和溫度等參數(shù)進行實時監(jiān)測和調(diào)控，以保證充電樁工作在安全穩(wěn)定的狀態(tài)下。

綜上所述，直流快充技術(shù)、高效能轉(zhuǎn)換技術(shù)和變壓器設(shè)計與控制是新能源汽車充電樁中的重要技術(shù)。它們的應(yīng)用能夠提高充電樁的功率輸出、能量轉(zhuǎn)換效率和安全可靠性，進而促進新能源汽車充電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

3提高充電樁性能和效率的關(guān)鍵技術(shù)

提高充電樁性能和效率的關(guān)鍵技術(shù)包括智能控制技術(shù)、充電樁與電網(wǎng)的互聯(lián)技術(shù)以及變頻調(diào)節(jié)技術(shù)。這些技術(shù)的應(yīng)用能夠提升充電樁的智能化程度、實現(xiàn)充電樁與電網(wǎng)的無縫銜接，并通過變頻調(diào)節(jié)技術(shù)優(yōu)化能量傳輸效率，為新能源汽車充電提供更便捷、高效的解決方案。

智能控制技術(shù)。智能控制技術(shù)是指在充電樁中采用的一種能夠?qū)崿F(xiàn)智能化控制和管理的技術(shù)。通過智能控制技術(shù)，充電樁可以實現(xiàn)與用戶智能設(shè)備的互通，實時監(jiān)測和控制充電樁的工作狀態(tài)，提供智能化的充電服務(wù)。智能控制技術(shù)可以通過優(yōu)化充電策略、實施動態(tài)電價調(diào)節(jié)和用戶行為分析等手段，提高充電效率和用戶體驗。此外，智能控制技術(shù)還可以實現(xiàn)充電樁的遠程監(jiān)測和故障診斷，提高充電設(shè)備的可靠性和維護效率。

充電樁與電網(wǎng)的互聯(lián)技術(shù)。充電樁與電網(wǎng)的互聯(lián)技術(shù)是指將充電樁與電網(wǎng)進行連接和互聯(lián)的一種技術(shù)。通過充電樁與電網(wǎng)的互聯(lián)，可以實現(xiàn)對充電樁的遠程監(jiān)控和管理，實時獲取充電樁的工作狀態(tài)和能耗情況。同時，互聯(lián)技術(shù)還可以實現(xiàn)充電樁與電網(wǎng)之間的數(shù)據(jù)傳輸和信息交換，以支持電網(wǎng)調(diào)度、電能管理以及實現(xiàn)智能充電策略的執(zhí)行。充電樁與電網(wǎng)的互聯(lián)技術(shù)還可以實現(xiàn)對充電樁的故障監(jiān)測和預(yù)警，提高充電設(shè)備的運行安全性和可靠性。

變頻調(diào)節(jié)技術(shù)。變頻調(diào)節(jié)技術(shù)是指在充電樁中采用的一種能夠?qū)崿F(xiàn)電力電子轉(zhuǎn)換器中輸出電壓和頻率調(diào)節(jié)的技術(shù)。通過變頻調(diào)節(jié)技術(shù)，可以根據(jù)電池電壓、充電速度需求等參數(shù)，調(diào)節(jié)充電樁中電力電子裝置輸出的電壓和頻率。這樣可以實現(xiàn)對電能的輸出進行控制，提高充電設(shè)備的充電效率和充電質(zhì)量。變頻調(diào)節(jié)技術(shù)還可以實現(xiàn)對電力電子裝置的功率因數(shù)進行調(diào)節(jié)，減少諧波和電網(wǎng)污染，提高充電設(shè)備的工作效率和電能利用率。

綜上所述，智能控制技術(shù)、充電樁與電網(wǎng)的互聯(lián)技術(shù)和變頻調(diào)節(jié)技術(shù)是新能源汽車充電樁中的重要技術(shù)。它們的應(yīng)用可以實現(xiàn)充電樁的智能化控制和管理，提高充電效率和用戶體驗，同時還能夠?qū)崿F(xiàn)充電樁與電網(wǎng)之間的數(shù)據(jù)交換和能源協(xié)調(diào)，促進新能源汽車充電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

4安科瑞充電樁收費運營云平臺

4.1概述

AcrelCloud-9000安科瑞充電柱收費運營云平臺系統(tǒng)通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對接入系統(tǒng)的電動電動自行車充電站以及各個充電整法行不間斷地數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控，實時監(jiān)控充電樁運行狀態(tài)，進行充電服務(wù)、支付管理，交易結(jié)算，資要管理、電能管理，明細查詢等。同時對充電機過溫保護、漏電、充電機輸入/輸出過壓，欠壓，絕緣低各類故障進行預(yù)警；充電樁支持以太網(wǎng)、4G或WIFI等方式接入互聯(lián)網(wǎng)，用戶通過微信、支付寶，云閃付掃碼充電。

4.2應(yīng)用場所

適用于民用建筑、一般工業(yè)建筑、居住小區(qū)、實業(yè)單位、商業(yè)綜合體、學(xué)校、園區(qū)等充電樁模式的充電基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計。

4.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

4.3.1系統(tǒng)分為四層：

1）即數(shù)據(jù)采集層、網(wǎng)絡(luò)傳輸層、數(shù)據(jù)層和客戶端層。

2）數(shù)據(jù)采集層：包括電瓶車智能充電樁通訊協(xié)議為標(biāo)準(zhǔn)modbus-rtu。電瓶車智能充電樁用于采集充電回路的電力參數(shù)，并進行電能計量和保護。

3）網(wǎng)絡(luò)傳輸層：通過4G網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)上傳至搭建好的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。

4）數(shù)據(jù)層：包含應(yīng)用服務(wù)器和數(shù)據(jù)服務(wù)器，應(yīng)用服務(wù)器部署數(shù)據(jù)采集服務(wù)、WEB網(wǎng)站，數(shù)據(jù)服務(wù)器部署實時數(shù)據(jù)庫、歷史數(shù)據(jù)庫、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫。

5）應(yīng)客戶端層：系統(tǒng)管理員可在瀏覽器中訪問電瓶車充電樁收費平臺。終端充電用戶通過刷卡掃碼的方式啟動充電。

小區(qū)充電平臺功能主要涵蓋充電設(shè)施智能化大屏、實時監(jiān)控、交易管理、故障管理、統(tǒng)計分析、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理等功能，同時為運維人員提供運維APP，充電用戶提供充電小程序。

4.4安科瑞充電樁云平臺系統(tǒng)功能

4.4.1智能化大屏

智能化大屏展示站點分布情況，對設(shè)備狀態(tài)、設(shè)備使用率、充電次數(shù)、充電時長、充電金額、充電度數(shù)、充電樁故障等進行統(tǒng)計顯示，同時可查看每個站點的站點信息、充電樁列表、充電記錄、收益、能耗、故障記錄等。統(tǒng)一管理小區(qū)充電樁，查看設(shè)備使用率，合理分配資源。

4.4.2實時監(jiān)控

實時監(jiān)視充電設(shè)施運行狀況，主要包括充電樁運行狀態(tài)、回路狀態(tài)、充電過程中的充電電量、充電電壓/電流，充電樁告警信息等。

4.4.3交易管理

平臺管理人員可管理充電用戶賬戶，對其進行賬戶進行充值、退款、凍結(jié)、注銷等操作，可查看小區(qū)用戶每日的充電交易詳細信息。

4.4.4故障管理

設(shè)備自動上報故障信息，平臺管理人員可通過平臺查看故障信息并進行派發(fā)處理，同時運維人員可通過運維APP收取故障推送，運維人員在運維工作完成后將結(jié)果上報。充電用戶也可通過充電小程序反饋現(xiàn)場問題。

4.4.5統(tǒng)計分析

通過系統(tǒng)平臺，從充電站點、充電設(shè)施、、充電時間、充電方式等不同角度，查詢充電交易統(tǒng)計信息、能耗統(tǒng)計信息等。

4.4.6基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理

在系統(tǒng)平臺建立運營商戶，運營商可建立和管理其運營所需站點和充電設(shè)施，維護充電設(shè)施信息、價格策略、折扣、優(yōu)惠活動，同時可管理在線卡用戶充值、凍結(jié)和解綁。

4.4.7運維APP

面向運維人員使用，可以對站點和充電樁進行管理、能夠進行故障閉環(huán)處理、查詢流量卡使用情況、查詢充電\充值情況，進行遠程參數(shù)設(shè)置，同時可接收故障推送

4.4.8充電小程序

面向充電用戶使用，可查看附近空閑設(shè)備，主要包含掃碼充電、賬戶充值，充電卡綁定、交易查詢、故障申訴等功能。

4.5系統(tǒng)硬件配置

5結(jié)語

本研究對電力電子技術(shù)在新能源汽車充電樁中的應(yīng)用進行了研究和分析，并提出了提高充電樁性能和效率的關(guān)鍵技術(shù)。通過智能控制技術(shù)、充電樁與電網(wǎng)的互聯(lián)技術(shù)以及變頻調(diào)節(jié)技術(shù)的應(yīng)用，可以優(yōu)化充電樁的充電速度、能量利用效率和充電功率輸出，為用戶提供更高效、便捷的充電服務(wù)。這對推動新能源汽車的發(fā)展和推廣具有重要意義。

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作者簡介

任運業(yè)，男，安科瑞電氣股份有限公司。