新能源电动汽车充电桩快速充电技术研究与应用方案

摘要:随着电动汽车的快速发展，电动汽车充电技术成为人们关注的焦点。传统的慢充技术存在着充电时间长、不便捷等问题，难以满足人们对电动汽车充电的追切需求。而快速充电技术的出现，为电动汽车的充电提供了更加高效和便捷的解决方案基于此，本文简单讨论电动汽车充电桩快速充电技术优势和问题，深入探讨技术要点，以供参考。

关键词:电动汽车;快速充电;温度控制

一、引言

快速充电技术是指通过利用高功率充电设备，将电动汽车的电池快速充满电的技术。相较于传统的慢充技术，快速充电技术具备充电速度快、充电效率高等优势。通过高功率充电设备和优化的充电流程，电动汽车的充电时间可以大幅缩短，从而更好地满足人们对于长途出行或急需用车的需求

二、汽车快速充电技术的现状

汽车快速充电技术是指能够在短时间内为电动汽车充电至高容量的技术。目前，有两种主要的快速充电技术:直流快充(DC Fast Charging)和无线充电技术。直流快充技术是当前使用最广泛的快速充电技术之一。它通过专门设计的充电设备向电动汽车提供直流电力，以便更快地充电。直流快充技术通常能够在短时间内充电至 80%以上的电池容量。目前，国际上常见的直流快充标准包括 CHAdeM0、CCS(Combined ChargingSystem)和特斯拉的超级充电网。无线充电技术是另一种快速充电技术，它通过电磁感应原理将充电设备中的电能传输到电动汽车中，无需物理连接。无线充电技术被视为未来充电技术的趋势，因为它提供了更便利的充电方式。目前，无线充电技术正在不断发展中，并且一些汽车制造商已经开始在部分车型中应用。总体而言，汽车快速充电技术在过去几年取得了显著的进展。快速充电站点数量迅速增长，充电效率和充电速度也在不断提高。然而，仍然存在一些挑战，如快速充电设备的成本、能源供给的可靠性和电池的耐久性等。随着技术的进一步发展和推广应用，我们可以期待汽车快速充电技术在未来得到进一步提升和普及。

三、电动汽车充电桩快速充电技术存在的问题

3.1成本问题

电动汽车充电桩快速充电技术在推动电动汽车行业发展方面具有积极作用，然而，其中存在着一些成本问题。下面是关于电动汽车充电桩快速充电技术成本问题的要点。首先，快速充电技术需要充电设备，这通常意味着更高的投资成本。快速充电设备比普通充电设备更为复杂，需要更多的硬件和电子元件，以及用于散热和保护系统的更多附件和设备。这些额外的组件和功能都会增加充电桩的制造成本。其次，快速充电技术需要更大功率的电源供应，这可能需要进行电网改造和升级，从而增加了基础设施的成本。为了满足快速充电设备对高功率电源的需求，需要增加变压器容量、改造配电设备、增设新的电缆和电线等，这些都需要投入额外的经费。最后，快速充电桩的安装和布局也会对成本产生影响。快速充电设备通常需要较大的占地面积，而这在城市等有限空间环境中可能很难实施。此外，充电桩的安装、土建工程、设备搬迁等等，都需要投入人力和资金来完成，增加了成本。

3.2电网压力和容量问题

电动汽车充电桩快速充电技术的推广和应用受到电网压力和容量问题的制约。下面是关于电网压力和容量问题的要点。首先，电动汽车快速充电技术需要大功率电源来满足快速充电的需求。这意味着在短时间内向电动汽车提供大量的电能。然而，电网的传统设计往往无法满足这种高功率需求。传输和分配高功率电能会对电网产生额外的压力，容易导致电网的过载和不稳定。其次，电动汽车的普及和快速充电设备的大规模部署会给电网容量带来挑战。随着电动汽车数量的增加，每天的充电需求将显著增加。快速充电设备每次充电需要更多的电能，这将加大对电网的负荷。如果没有适当的电网规划和配套建设，电网容量可能会不足，导致供电不稳定和充电速度的降低。

四、电动汽车充电桩快速充电技术要点

4.1 智能充电管理

电动汽车充电桩快速充电技术的智能充电管理可以提高充电效率、优化电网负荷，并提供更好的用户体验。以下是关于智能充电管理的要点。首先，智能充电管理通过利用物联网和云计算技术，集成充电桩、电动汽车和电网之间的通信，实现更智能化和自动化的充电管理。通过连接到云服务器的充电桩，可以实时监控和收集充电过程中的相关数据，如充电速度、电量、使用频率等。通过这些数据，可以进行智能分析和调度，以确定最后，智能充电管理还可以提供更多的数据与分析，为电动汽车充电桩的运营和管理提供决策支持。通过智能分析和预测模型，系统可以根据历史数据和行为模式，预测充电需求和电网负荷，并提供相应的优化建议。这些数据和分析结果有助于优化充电桩的布局和位置选择，提高充电桩的利用率和服务质量。

4.2 温度控制

电动汽车充电桩快速充电技术的温度控制是确保充电安全和提高充电效率的关键。以下是关于如何进行温度控制的要点。首先，充电桩的设计和制造需要考虑散热和温度控制。快速充电过程中，充电桩和电动汽车电池会产生大量的热量，如果不能及时散热，温度会升高，可能导致充电桩和电池的损坏甚至安全隐患。因此，充电桩应该采用散热设计，包括散热片、风扇、散热管等，以有效冷却充电器和电池。其次，通过温度传感器和监控系统，实时监测充电桩、电池和充电线的温度变化。温度传感器可以安装在关键部位，如充电插头、电池组、电缆等，以及充电桩内部的关键元件上，实时感知温度变化。监控系统可以收集温度数据，并对温度进行实时监测和分析，发现异常情况并及时响应。再次，通过控制系统和算法，实现温度控制和调节。基于监测到的温度数据，控制系统可以根据设定的温度范围和安全阀值，自动控制充电过程中的电流和功率，以保持温度在安全范围内。例如，当温度升高到预设值时，系统可以自动降低充电功率，以控制温度的上升速度。当温度降低到可接受范围时，系统可以逐渐恢复充电功率，提高充电效率。另外，充电桩可以配备温度保护装置和报警系统。当温度超过安全范围时，温度保护装置可以自动切断充电电源，以防止温度继续升高。同时，报警系统可以发出警报信号，提醒操作人员或用户注意异常情况，并采取必要的措施。最后，定期的维护和保养也是温度控制的重要环节。充电桩和相关设备的散热系统需要定期清洁、检查和维护，以确保散热效果良好同时，应根据制造商的建议和要求，及时更换散热片、风扇、散热剂等易损件，以保证散热系统的正常运行。

4.3 充电桩网络化

电动汽车充电桩网络化是实现充电设施的智能管理和高效运营的关键。以下是关于如何进行充电桩网络化的要点。首先，充电桩网络化可以借助物联网技术，将充电桩通过网络连接起来。每个充电桩都可以具备独立的通信模块，通过无线通信技术(如4G/5G、wi-Fi等)，将充电桩与云服务器建立连接。通过网络连接，可以实时监控和管理充电桩的状态、电量、使用情况和故障信息等，方便远程监控和故障排除。其次，充电桩网络化可以实现充电服务的智能化和个性化。通过充电桩与用户手机应用或网页平台的连接，用户可以随时查看充电桩的实时状态、空闲充电桩的位置、预约充电以及充电历史等信息用户可以根据自身需求进行充电桩的选择和预约，提高充电的便利性和用户体验。再次，充电桩网络化可以实现充电服务的智能调度和优化。通过云服务器的数据分析和算法，可以对充电桩的使用情况、充电需求和电网负荷进行实时监控和分析。基于数据分析的结果，可以进行充电桩的智能调度和优化，合理安排充电桩的运营计划，提高充电桩的利用率和服务效率。例如，根据充电桩的使用情况和充电需求，可以灵活调整充电桩的功率和优先级，以更大程度满足用户和电网的需求。充电桩网络化还可以实现充电数据的采集和分析。通过网络连接和数据采集,可以收集充电过程中的相关数据,如充电速度、电量、充电时长等。这些数据可以用于分析充电桩的使用情况、电动汽车的充电习惯，为充电设施的规划和布局提供决策支持。同时，还可以为电动汽车的行驶里程、充电效率等数据进行统计和分析，以优化电动汽车的能源利用和行车路线规划。此外，充电桩网络化还可以支持支付和结算功能。通过网络连接和用户认证，可以实现用户的身份验证和支付功能，方便用户付费，同时，系统可以收集充电相关数据，为用户提供详细的充电账单和结算报告。

4.4 电网压力和容量优化

随着电动汽车的普及，电动汽车充电桩的数量不断增加，给电网压力和容量带来了挑战。如何优化电动汽车充电桩快速充电技术的使用，以降低对电网的影响，是当前亟待解决的问题。下面我们将介绍如何优化电动汽车充电桩快速充电技术的使用，以应对电网压力和容量问题。

首先，建立充电桩智能调度和控制系统。当前，智能调度和控制系统已经成为充电桩建设和运营的基本要求。通过充电桩智能调度和控制系统，可以准确实时地分析电网负载和容量情况，充分利用电网的弹性资源，实现充电桩的智能调度和控制，以降低对电网的冲击，有效解决电网压力和容量问题。其次，采用直流快速充电技术。相较于交流充电技术，直流快速充电技术在短时间内可为车辆充电，具有省时和高效的特点。直流快速充电技术可将交流电源的电流转换成直流电源进行快速充电，不占用交流电源，减少对电网的负荷，从而降低对电网压力和容量的影响。再次，增加电网负能量的利用率。在充电桩快速充电技术的使用中，电网负能量的利用率可以在一定程度上降低对电网的压力，减少能源浪费。采用电网负能量的利用技术，如储能利用、峰谷电价利用等，将负能量转化成有用能量进行充电，降低电网负荷峰值，优化电网容量规划，从而提高电网的利用率。最后，推广分布式充电技术。分布式充电技术是针对大规模充电桩系统而研发的一种基于新型网络和控制技术的充电技术。该技术可以通过对充电桩进行分布式布局、分散充电，至大限度地减少对电网的冲击，降低充电桩数量对电网容量和压力的影响。

4.5 成本优化

随着电动汽车的普及和需求的增加，电动汽车充电桩的建设和使用成本也成为一个重要问题。其中，快速充电技术的使用对成本的影响更加明显。下面将介绍如何优化电动汽车充电桩快速充电技术的使用成本。首先，选择合适的充电桩类型和品牌。在购买充电桩时，企业应充分考虑充电桩的实际需求和适用环境，选择具有高性价比的充电桩品牌，以从根源上降低成本。特别是对于快速充电技术，应选择技术成熟、操作简单、可靠性强的充电桩品牌，减少故障率和运维成本。其次，优化充电桩的投资规划和布局。在进行充电桩的规划和布局时，企业应充分考虑每个充电站的最后，引入可再生能源技术和节能措施。在充电桩的建设和运营过程中，可以通过引入可再生能源技术，如太阳能、风能等，减少对传统能源的依赖，缓解能源压力和环保压力，降低充电桩的能耗，优化其运营成本。对于已建成充电桩，也可以通过智能节能措施，如远程电量调度、智能合理充电等，提升其能源利用效率，进一步降低成本。

作者介绍：

曹华伟，男，现任职于安科瑞电气股份有限公司

Tel:[phone]（V同号）

五、应用方案

图1 平台结构图

充电运营管理平台是基于物联网和大数据技术的充电设施管理系统，可以实现对充电桩的监控、调度和管理，提高充电桩的利用率和充电效率，提升用户的充电体验和服务质量。用户可以通过APP或小程序提前预约充电，避免在充电站排队等待的情况，同时也能为充电站提供更准确的充电需求数据，方便后续的调度和管理。通过平台可对充电桩的功率、电压、电流等参数进行实时监控，及时发现和处理充电桩故障和异常情况对充电桩的功率进行控制和管理，确保充电桩在合理的功率范围内充电，避免对电网造成过大的负荷。

六、安科瑞充电桩云平台具体的功能

平台除了对充电桩的监控外，还对充电站的光伏发电系统、储能系统以及供电系统进行集中监控和统一协调管理，提高充电站的运行可靠性，降低运营成本，平台系统架构如图2所示。

图2 充电桩运营管理平台系统架构

大屏显示：展示充电站设备统计、使用率排行、运营统计图表、节碳量统计等数据。

图3 大屏展示界面

站点监控：显示设备实时状态、设备列表、设备日志、设备状态统计等功能。

图4 站点监控界面

设备监控：显示设备实时信息、配套设备状态、设备实时曲线、关联订单信息、充电功率曲线等。

图5 设备监控界面

运营趋势统计：显示运营信息查询、站点对比曲线、日月年报表、站点对比列表等功能。

图6 运营趋势界面

收益查询：提供收益汇总、实际收益报表、收益变化曲线、支付方式占比等功能。

图7 收益查询界面

故障分析：提供故障汇总、故障状态饼图、故障趋势分析、故障类型饼图等功能。

图8 故障分析界面

订单记录：提供实时/历史订单查询、订单终止、订单详情、订单导出、运营商应收信息、充电明细、交易流水查询、充值余额明细等功能。

图9 订单查询界面

七、产品选型

安科瑞为广大用户提供多种类型的充电桩，包含智能30kw直流充电桩，60kw/80kw/120kw/160kw直流一体式充电桩，以及240kw、480kw、720kw直流分体式充电桩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。实现对动力电池快速、高效、安全、合理的电量补给，同时为提高公共充电桩的效率和实用性，具有有智能监测：充电桩智能控制器对充电桩具备测量、控制与保护的功能；智能计量：输出配置智能电能表，进行充电计量，具备完善的通信功能；云平台：具备连接云平台的功能，可以实现实时监控，财务报表分析等等；远程升级：具备完善的通讯功能，可远程对设备软件进行升级；保护功能：具备防雷保护、过载保护、短路保护，漏电保护和接地保护等功能；适配车型：满足国标充电接口，适配所有符合国标的电动汽车，适应不同车型的不同功率。下面是具体产品的型号和技术参数：

九、结论

电动汽车充电桩快速充电技术的发展面临一些挑战，但也带来了巨大的机遇和发展潜力。通过加强充电基础设施建设、推动充电标准的统一和充电设备的智能化，有信心推动快速充电技术的广泛应用和普及，为电动汽车的发展和普及提供更好的充电服务和体验。

作者介绍：

曹华伟，男，现任职于安科瑞电气股份有限公司

Tel:[phone]（V同号）

参 考 文 献：

[1]徐领，王思.新能源汽车公共充电桩建设与使用的改进对策研究1.汽车维护与修理，2023(18)71-72+74.

[2]王凌锋，黄张弛.新能源汽车充电桩发展现状及可行性改良分析门1.内燃机与配件，2023(17)121-123.

[3]高纯斌.基于 stm32f407的直流快速充电桩控制系统的研发 [1.吉林工程技术师范学院学报，2023,39(6):92-96.

[4]谢卓均.一种基于充电桩配电箱的发电车快速接入转换箱 [1.自动化应用，2023，64(2):104-106.

审核编辑 黄宇