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
類型 | 型號 | 圖片 | 功能 |
安科瑞充電樁收費運營云平臺 | AcrelCloud-9000 |
| 安科瑞響應(yīng)節(jié)能環(huán)保、綠色出行的號召，為廣大用戶提供慢充和快充兩種充電方式壁掛式、落地式等多種類型的充電樁，包含智能7kW交流充電樁，30kW壁掛式直流充電樁，智能60kW/120kW直流一體式充電樁等來滿足新能源汽車行業(yè)快速、經(jīng)濟、智能運營管理的市場需求，提供電動汽車充電軟件解決方案，可以隨時隨地享受便捷高效安全的充電服務(wù)，微信掃一掃、微信公眾號、支付寶掃一掃、支付寶服務(wù)窗，充電方式多樣化，為車主用戶提供便捷、高效、安全的充電服務(wù)。實現(xiàn)對動力電池快速、高效、安全、合理的電量補給，能計時，計電度、計金額作為市民購電終端，同時為提高公共充電樁的效率和實用性。 |
互聯(lián)網(wǎng)版智能交流樁 | AEV-AC007D |
| 額定功率7kW，單相三線制，防護等級IP65，具備防雷 保護、過載保護、短路保護、漏電保護、智能監(jiān)測、智能計量、遠程升級，支持刷卡、掃碼、即插即用。 通訊方：4G/wifi/藍牙支持刷卡，掃碼、免費充電可選配顯示屏 |
互聯(lián)網(wǎng)版智能直流樁 | AEV-DC030D |
| 額定功率30kW，三相五線制，防護等級IP54，具備防雷保護、過載保護、短路保護、漏電保護、智能監(jiān)測、智能計量、恒流恒壓、電池保護、遠 程升級，支持刷卡、掃碼、即插即用 通訊方式：4G/以太網(wǎng) 支持刷卡，掃碼、免費充電 |
互聯(lián)網(wǎng)版智能直流樁 | AEV-DC060S |
| 額定功率60kW，三相五線制，防護等級IP54，具備防雷保護、過載保護、短路保護、漏電保護、智能監(jiān)測、智能計量、恒流恒壓、電池保護、遠程升級，支持刷卡、掃碼、即插即用 通訊方式：4G/以太網(wǎng) 支持刷卡，掃碼、免費充電 |
互聯(lián)網(wǎng)版智能直流樁 | AEV-DC120S |
| 額定功率120kW，三相五線制，防護等級IP54，具備防雷保護、過載保護、短路保護、漏電保護、智能監(jiān)測、智能計量、恒流恒壓、電池保護、遠程升級，支持刷卡、掃碼、即插即用 通訊方式：4G/以太網(wǎng) 支持刷卡，掃碼、免費充電 |
10路電瓶車智能充電樁 | ACX10A系列 |
| 10路承載電流25A，單路輸出電流3A，單回路功率1000W，總功率5500W。充滿自停、斷電記憶、短路保護、過載保護、空載保護、故障回路識別、遠程升級、功率識別、獨立計量、告警上報。 ACX10A-TYHN：防護等級IP21，支持投幣、刷卡，掃碼、免費充電 ACX10A-TYN：防護等級IP21，支持投幣、刷卡，免費充電 ACX10A-YHW：防護等級IP65，支持刷卡，掃碼，免費充電 ACX10A-YHN：防護等級IP21，支持刷卡，掃碼，免費充電 ACX10A-YW：防護等級IP65，支持刷卡、免費充電 ACX10A-MW：防護等級IP65，僅支持免費充電 |
2路智能插座 | ACX2A系列 |
| 2路承載電流20A，單路輸出電流10A，單回路功率2200W，總功率4400W。充滿自停、斷電記憶、短路保護、過載保護、空載保護、故障回路識別、遠程升級、功率識別，報警上報。 ACX2A-YHN：防護等級IP21，支持刷卡、掃碼充電 ACX2A-HN：防護等級IP21，支持掃碼充電 ACX2A-YN：防護等級IP21，支持刷卡充電 |
20路電瓶車智能充電樁 | ACX20A系列 |
| 20路承載電流50A，單路輸出電流3A，單回路功率1000W，總功率11kW。充滿自停、斷電記憶、短路保護、過載保護、空載保護、故障回路識別、遠程升級、功率識別，報警上報。 ACX20A-YHN：防護等級IP21，支持刷卡，掃碼，免費充電 ACX20A-YN：防護等級IP21，支持刷卡，免費充電 |
落地式電瓶車智能充電樁 | ACX10B系列 |
| 10路承載電流25A，單路輸出電流3A，單回路功率1000W，總功率5500W。充滿自停、斷電記憶、短路保護、過載保護、空載保護、故障回路識別、遠程升級、功率識別、獨立計量、告警上報。 ACX10B-YHW：戶外使用，落地式安裝，包含1臺主機及5根立柱，支持刷卡、掃碼充電,不帶廣告屏 ACX10B-YHW-LL：戶外使用，落地式安裝，包含1臺主機及5根立柱，支持刷卡、掃碼充電。液晶屏支持U盤本地投放圖片及視頻廣告 |
智能邊緣計算網(wǎng)關(guān) | ANet-2E4SM |
| 4路RS485串口，光耦隔離，2路以太網(wǎng)接口，支持ModbusRtu、ModbusTCP、DL/T645-1997、DL/T645-2007、CJT188-2004、OPCUA、ModbusTCP（主、從）、104（主、從）、建筑能耗、SNMP、MQTT；（主模塊）輸入電源：DC12V～36V。支持4G擴展模塊，485擴展模塊。 |
擴展模塊ANet-485 | M485模塊：4路光耦隔離RS485 | ||
擴展模塊ANet-M4G | M4G模塊：支持4G全網(wǎng)通 | ||
導(dǎo)軌式單相電表 | ADL200 |
| 單相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量，輸入電流：10（80）A； 電能精度：1級 支持Modbus和645協(xié)議 證書：MID/CE認證 |
導(dǎo)軌式電能計量表 | ADL400 |
| 三相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量，分相總有功電能，總正反向有功電能統(tǒng)計，總正反向無功電能統(tǒng)計；紅外通訊；電流規(guī)格：經(jīng)互感器接入3×1（6）A，直接接入3×10（80）A，有功電能精度0.5S級，無功電能精度2級 證書：MID/CE認證 |
無線計量儀表 | ADW300 |
| 三相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量，有功電能計量（正、反向）、四象限無功電能、總諧波含量、分次諧波含量（2～31次）；A、B、C、N四路測溫；1路剩余電流測量；支持RS485/LoRa/2G/4G/NB；LCD顯示；有功電能精度：0.5S級（改造項目） 證書：CPA/CE認證 |
導(dǎo)軌式直流電表 | DJSF1352-RN |
| 直流電壓、電流、功率測量，正反向電能計量，復(fù)費率電能統(tǒng)計，SOE事件記錄:8位LCD顯示:紅外通訊:電壓輸入較大1000V，電流外接分流器接入(75mV)或霍爾元件接入(0-5V);電能精度1級，1路485通訊，1路直流電能計量AC/DC85-265V供電 證書：MID/CE認證 |
面板直流電表 | PZ72L-DE |
| 直流電壓、電流、功率測量，正反向電能計量:紅外通訊:電壓輸入較大1000V，電流外接分流器接入·(75mV)或霍爾元件接入(0-20mA0-5V);電能精度1級 證書：CE認證 |
電氣防火限流式保護器 | ASCP200-63D |
| 導(dǎo)軌式安裝，可實現(xiàn)短路限流滅弧保護、過載限流保護、內(nèi)部超溫限流保護、過欠壓保護、漏電監(jiān)測、線纜溫度監(jiān)測等功能;1路RS485通訊，1路NB或4G無線通訊(選配);額定電流為0~63A，額定電流菜單可設(shè)。 |
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。
參考文獻
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