浅谈安科瑞新能源电动车光伏充电站发展及研究

鲁一扬

安科瑞电气股份有限公司 上海嘉定 201801

摘 要:传统石油能源车逐渐向新电力能源方向转变，这对电动车充电站配套设施提出了新的要求。基于此，文章对新能源电动车充电站进行了研究，并探讨了其发展趋势，以及目前存在的各类技术难题，提出汽车充电站的具体的发展策略，以促进其可持续发展。

关键词:新能源电动车:光伏充电站:配套设施

0 引言

为了避免能源枯竭，需要寻找新型可再生能源替代原有的不可再生能源，因此光伏电能发电应运而生。随着我国社会经济的快速发展，传统燃油私家车的数量正逐渐增多，随之而来的是石油能源消耗量的逐渐增大，因此我国将汽车开发的关注点放到了新能源上，各类新能源电动车应运而生。

目前，电动车包括电动自行车、电动汽车、电动公交车等，纯电动车有绿色环保、节能、经济性等优点，充电工作基本由使用者解决，借助充电站完成能源补充。电动汽车是21世纪汽车的主要发展方向，新能源电动车已经成为各大汽车生产商攻坚的重点。目前，新能源电动车在我国仍然无法普及个人光伏充电，且外接电线存在的安全隐患，因此对新能源电动车充电站加大关注力度，推动电动车的普及和发展口。

在未来，电动车将是人们出行的主要工具之一，而光伏充电站与新能源电动车紧密联系。为了推动该行业的发展，我国出台了一系列的政策为其提供保障，在此背景下加快配套设施建设，包括停车场、超市等公共场所从而提高充电站的服务质量。新能源电动车充电站是带动电动车发展的一个关键点，需采用科学的手段在电动汽车的停靠区域设置充电设施，为后续行业发展带来更大的发展空间。

1 新能源电动车光伏充电站发展现状及趋势

1.1 国内外发展现状

(1)国外光伏充电站发展现状。2013 年美国 EnvisionSolar International 宣布太阳能电动充电站试验获得成功，日光伏发电量约为16 kw·h，是世界全自动、可移动的发电充电站。该光伏系统还配备Envision Trak，储于车载电池储能装置中，且在 2014 年已将电量储存从原有的18%提高至25%。

(2)国内光伏充电站发展现状。2015 年北京建立了光伏超级充电站，该光伏充电站的兼容性非常强，整个充电站的能源提供全部由太阳能完成，共计建成50根充电桩，且在当年年底建成投入使用，为后续新能源车充电问题提供了支撑。如今，我国单一的光伏发电站每天可以为80辆电动车充电，主流车型都可以在此进行能源补充，且充电站还具备立体停车的功能。

1.2充电站市场发展趋势

在环保压力下，新能源技术的应用逐渐成为主流发展方向，如今我国新能源电动车将正式迈入产业化发展阶段混合动力轿车、小型电动车、新电动公交车等不断增多。为了避免出现能源枯竭的情况，我国还需进一步普及新能源电动车、多能源混合动力车，因此光伏电能发电拥有广阔的市场前景，充电桩、充电站等配套设施也迎来快速发展时期。2017-2020 年中国光伏充电站保有量从90座快速增长至 618 座，年复合增长率达 181.8%。受益于新能源电动车应用的快速增长，充电设施建设速度较快，截至2020年底，我国共建设完成充电站5894座，但充电保有量远低于新能源电动车的销量增长。

2 新能源电动车光伏充电站的技术难题

2.1 光伏发电不稳定性

光伏发电在我国的发展时间较短，目前存在的技术问题还较多，在优化中需要对此加大关注力度。电动汽车充电时需要较高的电压和电流，特点是需要长时间蓄电，但是天气因素、环境因素等都会对光伏充电站的蓄电产生的影响，导致出现光伏发电不稳定的现象，需予以解决。

2.2 成本过高柬缚产业发展

光伏充电站需要储存后备能量，但其蓄电池采购成本过高，会由于使用环境和其他因素的影响而产生衰减，如果通过蓄电池来储存能源，则蓄电池组建设成本会增加5倍但蓄电池的使用寿命约为8年，严重阻碍了行业的发展。光伏电站可以为充电桩提供能源，但与电网结合需保证充电桩运行的可靠性。

2.3 电动车充电桩标准脱轨

电动汽车行业标准目前都由西方掌握，由于我国起步比较晚，制约了我国充电站的发展，导致充电桩与标准脱轨。结合CCS 标准，要求电气插座可以允许电动车慢充和快充，能够囊括绝大部分甚至是全部电动车品牌，但我因现今部分区域的充电桩无法满足该要求，且无法与Mennekes 类型兼容，导致充电时间远慢于加油时间，因此未来行业优化需要从标准化建设方面入手。

3 新能源电动车光伏充电站的发展策略

3.1 纯太阳能供电系统

为了解决能源紧张等问题，太阳能资源被开发利用其作为可再生的清洁环保能源，符合我因绿色发展建设的需求，因此需积极探索及应用纯太阳能供电系统。目前电动车充电站大多是通过电网供电，但是为了响应因家低碳节能的号召，需要通过光伏电板对此进行完善和优化。纯太阳能供电系统中储能单元的设置非常重要，但光伏发电站初期的拥有量较少，而电力网络由电网专营，供电变压系统需要搭建光伏转换电网，保证系统运行的安全性和稳定性。

3.2 电网补充太阳能充电

储能式太阳能电动车充电站能够划分多个储能单元，可采用太阳能发电直接并入电网，避免影响系统安全。大量电动车需快速充电时，强大的电流可以对其他范围电能造成干扰，为了保证充电站运行的稳定性，需要联合因家电网补充能源，根据实际需求自动在电网低谷时接通电网储存电能，在太阳能发电不足时启用混合供电，通过电通过电网补充太阳能充电，避免影响电网的正常工作。补充电网光伏充电站 如图1所示

图 1补充电网光伏充电站

3.3 太阳能系统配置优化

太阳能充电站系统是一个独立单元，需经过大量数据算法和实践结果配制出太阳能充电系统，在因家电网用电高峰时段反向供电。同时，需明确每个电站可以给多少台车充电，当有电动车负载需充电时，利用蓄电池给电动车补充电量:且系统可在电网低谷时接通电网储存电能:利用储能电站的优势达到太阳能发电及充电要求。

3.4 充电柱智能控制器

采用光伏蓄电池新储能技术，可以为不同电压等级的电动车充电，并避免对其电池造成损害。充电柱智能控制具体策略如下:

(1)在优化中需要由蓄电池输出的直流电直接给电动车充电，系统提供交流充电接口，通过直流一交流一直流电压变换避免产生损耗:

(2)通过器电池储存电能，切换管理系统接通电网储存电能，并在电子显示屏上进行显示，对太阳电池板的电压、电流进行实时监控:

(3)总监控系统中，对太阳能充电站电量进行统计以此为太阳能电站稳定运行提供基础数据，保证运行的稳定性。

3.5 电站监控系统

近年来，因家和不断出台新的政策推动我因新能源电动车的发展，电站监控系统也在不断优化，通过微电脑技术、检测技术等进行改善。该系统集成于智能控制器中本地测量模块具有过压、欠压、温度、漏电报警及保护功能可在充电前对系统自身进行自检，检测当前状态条件是否符合充电要求，从而不断完善电量计算、统计。同时，要求对电池组和电池单元运行状态进行动态监控，测量电池的剩余电量，达到延长其使用寿命、降低运行成本的目的，保证系统工作在状态，进一步提高系统的可靠性。

4 安科瑞充电桩收费运营云平台系统选型方案

4.1概述

AcrelCloud-9000安科瑞充电柱收费运营云平台系统通过物联网技术对接入系统的电动电动自行车充电站以及各个充电整法行不间断地数据采集和监控，实时监控充电桩运行状态，进行充电服务、支付管理，交易结算，资要管理、电能管理，明细查询等。同时对充电机过温保护、漏电、充电机输入/输出过压，欠压，绝缘低各类故障进行预警；充电桩支持以太网、4G或WIFI等方式接入互联网，用户通过微信、支付宝，云闪付扫码充电。

4.2应用场所

适用于民用建筑、一般工业建筑、居住小区、实业单位、商业综合体、学校、园区等充电桩模式的充电基础设施设计。

4.3系统结构

系统分为四层：

1）即数据采集层、网络传输层、数据层和客户端层。

2）数据采集层：包括电瓶车智能充电桩通讯协议为标准modbus-rtu。电瓶车智能充电桩用于采集充电回路的电力参数，并进行电能计量和保护。

3）网络传输层：通过4G网络将数据上传至搭建好的数据库服务器。

4）数据层：包含应用服务器和数据服务器，应用服务器部署数据采集服务、WEB网站，数据服务器部署实时数据库、历史数据库、基础数据库。

5）应客户端层：系统管理员可在浏览器中访问电瓶车充电桩收费平台。终端充电用户通过刷卡扫码的方式启动充电。

小区充电平台功能主要涵盖充电设施智能化大屏、实时监控、交易管理、故障管理、统计分析、基础数据管理等功能，同时为运维人员提供运维APP，充电用户提供充电小程序。

4.4安科瑞充电桩云平台系统功能

4.4.1智能化大屏

智能化大屏展示站点分布情况，对设备状态、设备使用率、充电次数、充电时长、充电金额、充电度数、充电桩故障等进行统计显示，同时可查看每个站点的站点信息、充电桩列表、充电记录、收益、能耗、故障记录等。统一管理小区充电桩，查看设备使用率，合理分配资源。

4.4.2实时监控

实时监视充电设施运行状况，主要包括充电桩运行状态、回路状态、充电过程中的充电电量、充电电压/电流，充电桩告警信息等。

4.4.3交易管理

平台管理人员可管理充电用户账户，对其进行账户进行充值、退款、冻结、注销等操作，可查看小区用户每日的充电交易详细信息。

4.4.4故障管理

设备自动上报故障信息，平台管理人员可通过平台查看故障信息并进行派发处理，同时运维人员可通过运维APP收取故障推送，运维人员在运维工作完成后将结果上报。充电用户也可通过充电小程序反馈现场问题。

4.4.5统计分析

通过系统平台，从充电站点、充电设施、、充电时间、充电方式等不同角度，查询充电交易统计信息、能耗统计信息等。

4.4.6基础数据管理

在系统平台建立运营商户，运营商可建立和管理其运营所需站点和充电设施，维护充电设施信息、价格策略、折扣、优惠活动，同时可管理在线卡用户充值、冻结和解绑。

4.4.7运维APP

面向运维人员使用，可以对站点和充电桩进行管理、能够进行故障闭环处理、查询流量卡使用情况、查询充电充值情况，进行远程参数设置，同时可接收故障推送

4.4.8充电小程序

面向充电用户使用，可查看附近空闲设备，主要包含扫码充电、账户充值，充电卡绑定、交易查询、故障申诉等功能。

4.5系统硬件配置

类型	型号	图片	功能
安科瑞充电桩收费运营云平台	AcrelCloud-9000		安科瑞响应节能环保、绿色出行的号召，为广大用户提供慢充和快充两种充电方式壁挂式、落地式等多种类型的充电桩，包含智能7kW交流充电桩，30kW壁挂式直流充电桩，智能60kW/120kW直流一体式充电桩等来满足新能源汽车行业快速、经济、智能运营管理的市场需求，提供电动汽车充电软件解决方案，可以随时随地享受便捷高效安全的充电服务，微信扫一扫、微信公众号、支付宝扫一扫、支付宝服务窗，充电方式多样化，为车主用户提供便捷、高效、安全的充电服务。实现对动力电池快速、高效、安全、合理的电量补给，能计时，计电度、计金额作为市民购电终端，同时为提高公共充电桩的效率和实用性。
互联网版智能交流桩	AEV-AC007D		额定功率7kW，单相三线制，防护等级IP65，具备防雷 保护、过载保护、短路保护、漏电保护、智能监测、智能计量、远程升级，支持刷卡、扫码、即插即用。 通讯方：4G/wifi/蓝牙支持刷卡，扫码、免费充电可选配显示屏
互联网版智能直流桩	AEV-DC030D		额定功率30kW，三相五线制，防护等级IP54，具备防雷保护、过载保护、短路保护、漏电保护、智能监测、智能计量、恒流恒压、电池保护、远 程升级，支持刷卡、扫码、即插即用 通讯方式：4G/以太网 支持刷卡，扫码、免费充电
互联网版智能直流桩	AEV-DC060S		额定功率60kW，三相五线制，防护等级IP54，具备防雷保护、过载保护、短路保护、漏电保护、智能监测、智能计量、恒流恒压、电池保护、远程升级，支持刷卡、扫码、即插即用 通讯方式：4G/以太网 支持刷卡，扫码、免费充电
互联网版智能直流桩	AEV-DC120S		额定功率120kW，三相五线制，防护等级IP54，具备防雷保护、过载保护、短路保护、漏电保护、智能监测、智能计量、恒流恒压、电池保护、远程升级，支持刷卡、扫码、即插即用 通讯方式：4G/以太网 支持刷卡，扫码、免费充电
10路电瓶车智能充电桩	ACX10A系列		10路承载电流25A，单路输出电流3A，单回路功率1000W，总功率5500W。充满自停、断电记忆、短路保护、过载保护、空载保护、故障回路识别、远程升级、功率识别、独立计量、告警上报。 ACX10A-TYHN：防护等级IP21，支持投币、刷卡，扫码、免费充电 ACX10A-TYN：防护等级IP21，支持投币、刷卡，免费充电 ACX10A-YHW：防护等级IP65，支持刷卡，扫码，免费充电 ACX10A-YHN：防护等级IP21，支持刷卡，扫码，免费充电 ACX10A-YW：防护等级IP65，支持刷卡、免费充电 ACX10A-MW：防护等级IP65，仅支持免费充电
2路智能插座	ACX2A系列		2路承载电流20A，单路输出电流10A，单回路功率2200W，总功率4400W。充满自停、断电记忆、短路保护、过载保护、空载保护、故障回路识别、远程升级、功率识别，报警上报。 ACX2A-YHN：防护等级IP21，支持刷卡、扫码充电 ACX2A-HN：防护等级IP21，支持扫码充电 ACX2A-YN：防护等级IP21，支持刷卡充电
20路电瓶车智能充电桩	ACX20A系列		20路承载电流50A，单路输出电流3A，单回路功率1000W，总功率11kW。充满自停、断电记忆、短路保护、过载保护、空载保护、故障回路识别、远程升级、功率识别，报警上报。 ACX20A-YHN：防护等级IP21，支持刷卡，扫码，免费充电 ACX20A-YN：防护等级IP21，支持刷卡，免费充电
落地式电瓶车智能充电桩	ACX10B系列		10路承载电流25A，单路输出电流3A，单回路功率1000W，总功率5500W。充满自停、断电记忆、短路保护、过载保护、空载保护、故障回路识别、远程升级、功率识别、独立计量、告警上报。 ACX10B-YHW：户外使用，落地式安装，包含1台主机及5根立柱，支持刷卡、扫码充电,不带广告屏 ACX10B-YHW-LL：户外使用，落地式安装，包含1台主机及5根立柱，支持刷卡、扫码充电。液晶屏支持U盘本地投放图片及视频广告
智能边缘计算网关	ANet-2E4SM		4路RS485串口，光耦隔离，2路以太网接口，支持ModbusRtu、ModbusTCP、DL/T645-1997、DL/T645-2007、CJT188-2004、OPCUA、ModbusTCP（主、从）、104（主、从）、建筑能耗、SNMP、MQTT；（主模块）输入电源：DC12V～36V。支持4G扩展模块，485扩展模块。
	扩展模块ANet-485		M485模块：4路光耦隔离RS485
	扩展模块ANet-M4G		M4G模块：支持4G全网通
导轨式单相电表	ADL200		单相电参量U、I、P、Q、S、PF、F测量，输入电流：10（80）A； 电能精度：1级 支持Modbus和645协议 证书：MID/CE认证
导轨式电能计量表	ADL400		三相电参量U、I、P、Q、S、PF、F测量，分相总有功电能，总正反向有功电能统计，总正反向无功电能统计；红外通讯；电流规格：经互感器接入3×1（6）A，直接接入3×10（80）A，有功电能精度0.5S级，无功电能精度2级 证书：MID/CE认证
无线计量仪表	ADW300		三相电参量U、I、P、Q、S、PF、F测量，有功电能计量（正、反向）、四象限无功电能、总谐波含量、分次谐波含量（2～31次）；A、B、C、N四路测温；1路剩余电流测量；支持RS485/LoRa/2G/4G/NB；LCD显示；有功电能精度：0.5S级（改造项目） 证书：CPA/CE认证
导轨式直流电表	DJSF1352-RN		直流电压、电流、功率测量，正反向电能计量，复费率电能统计，SOE事件记录:8位LCD显示:红外通讯:电压输入1000V，电流外接分流器接入(75mV)或霍尔元件接入(0-5V);电能精度1级，1路485通讯，1路直流电能计量AC/DC85-265V供电 证书：MID/CE认证
面板直流电表	PZ72L-DE		直流电压、电流、功率测量，正反向电能计量:红外通讯:电压输入1000V，电流外接分流器接入·(75mV)或霍尔元件接入(0-20mA0-5V);电能精度1级 证书：CE认证
电气防火限流式保护器	ASCP200-63D		导轨式安装，可实现短路限流灭弧保护、过载限流保护、内部超温限流保护、过欠压保护、漏电监测、线缆温度监测等功能;1路RS485通讯，1路NB或4G无线通讯(选配);额定电流为0~63A，额定电流菜单可设

5 结束语

新时代背景下，新能源电动车将成为我因汽车的主要发展方向，如今电动汽车已经逐渐走向了成熟，但这也对电动车充电站配套设施发展提出了新的要求。新能源电动车光伏充电站在发展过程中离不开相关政策的支持，大力发展光伏发电技术，有助于推动光伏电动车的进一步发展。

参考文献

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陈立兴,黄学良,高速公路充电站电动汽车有序充电策略.电力自动化设备,2019,39(1):112-117.126.

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陈红坤,夏方舟,袁栋,等.直流配电网中含光伏的电动汽车快速充电站优化配置方案[J].电力系统自动化，2020,44(16):53-60.

安科瑞企业微电网应用手册2020.06版.

审核编辑 黄宇