智慧充电：构建安全、高效、便捷的高速服务区电动汽车充电新生态

易允恒 安科瑞电气股份有限公司

摘要

随着电动汽车产业的蓬勃发展，智能充电桩作为电动汽车充电基础设施的核心，正经历着从概念到规模化应用的快速转变。然而，当前智能充电桩在设计、应用和管理方面仍面临诸多挑战，如充电基础设施不足、充电效率低下、业务管理流程复杂等。本文旨在探讨如何通过技术创新和协同管理策略，构建一个高效、安全、便捷的电动汽车充电新生态，以满足日益增长的电动汽车充电需求，推动电动汽车产业的可持续发展。

1. 引言：电动汽车时代下的充电新挑战

近年来，电动汽车销量持续攀升，充电需求与日俱增。然而，充电基础设施的滞后和传统充电模式的局限性日益凸显：

• 充电难: 充电桩数量不足、分布不均，导致用户充电不便。
• 充电慢: 充电效率低下，无法满足用户对快速充电的需求。
• 管理乱: 充电业务管理流程复杂，用户体验不佳。
• 安全隐忧: 充电安全风险不容忽视，亟需更完善的安全保障机制。

为应对上述挑战，本文提出以技术创新和协同管理为核心，构建智能充电桩新生态，旨在：

• 提升充电效率，满足用户快速充电需求。
• 优化充电基础设施布局，提高充电桩利用率。
• 简化充电业务流程，提升用户体验。
• 加强充电安全管理，保障用户和设备安全。

2. 智能充电桩：概念与核心技术

2.1 智能充电桩的定义与特点

智能充电桩是集物联网、大数据、人工智能等技术于一体的电动汽车充电设备。与传统充电桩相比，智能充电桩具备以下特点：

• 智能化: 具备智能感知、决策和控制能力，可根据用户需求、电网状态和充电桩运行状态进行动态调整。
• 高效性: 采用高效充电技术，如快速充电、无线充电等，缩短充电时间，提高充电效率。
• 便捷性: 提供多种支付方式、预约充电、远程监控等功能，提升用户使用体验。
• 安全性: 配备多重安全保护机制，如过流、过压、短路保护等，确保充电过程安全可靠。

2.2 核心技术

2.2.1.物联网技术:

• 实现充电桩与用户、电网、后台管理系统之间的互联互通。
• 实时采集充电桩运行状态、用户充电数据等信息，为智能调度和优化控制提供数据支持。

2.2.2.大数据分析:

• 对海量充电数据进行挖掘和分析，预测用户充电需求、识别充电桩故障、优化充电资源配置。
• 为充电桩的智能调度和运维管理提供决策依据。

2.2.3.人工智能技术:

• 利用机器学习算法，实现充电桩的智能预测和优化控制，例如：
• 预测用户充电需求，优化充电桩的功率分配和充电时间安排。
• 识别充电桩潜在故障，实现故障预警和提前维护。
• 根据电网负荷情况，动态调整充电功率，实现电网与充电桩的协同互动。

2.2.4.高效充电技术:

• 研发和应用快速充电技术，如大功率充电、超级充电等，缩短充电时间。
• 探索无线充电技术，实现充电过程的无缝衔接，提升用户体验。

3. 智能充电桩的设计与应用

3.1 充电桩外观设计：功能与美学的融合

• 模块化设计: 采用模块化设计理念，方便安装、维护和升级。
• 人性化设计: 考虑用户使用习惯，例如，充电枪设计应符合人体工程学，显示屏应清晰易读，操作界面应简洁直观。
• 环保材料应用: 选用环保材料，并考虑充电桩的回收利用，减少对环境的影响。

3.2 电力管理系统：智能调度与高效分配

• 智能功率分配: 根据电网负荷、充电桩状态和用户需求，动态调整充电功率，实现功率的智能分配。
• 电压/电流监控: 实时监测电压、电流等参数，确保充电过程的安全稳定。
• 能量管理策略: 引入能量管理策略，例如，峰谷电价策略，引导用户错峰充电，优化电网负荷分布。

3.3 用户界面设计：便捷与智能的体验

• 多模式交互: 提供触摸屏、语音控制、手机APP等多种交互方式，满足不同用户的需求。
• 实时信息反馈: 实时显示充电状态、剩余时间、充电费用等信息，方便用户掌握充电进度。
• 个性化服务: 根据用户历史充电数据，提供个性化的充电建议和优惠方案。

3.4 安全性设计：多重防护与智能预警

• 多重安全保护: 配备过流、过压、短路、漏电等保护机制，并设置紧急断电装置。
• 智能故障诊断: 利用人工智能技术，实现对充电桩故障的智能诊断和预警。
• 远程监控与管理: 实时监控充电桩运行状态，实现远程故障诊断和修复。

4. 智能充电桩发展面临的挑战与解决策略

4.1 充电基础设施不足

• 策略:
• 政府引导与政策支持，鼓励社会资本参与充电桩建设。
• 优化充电桩布局，利用大数据分析用户充电需求，合理规划充电桩选址。
• 推动充电桩共享模式，提高充电桩利用率。

4.2 充电效率提升

• 策略:
• 加快快速充电技术研发和应用，例如，推广大功率充电桩和超级充电站。
• 探索无线充电技术，实现充电过程的无缝衔接。
• 优化充电桩与电动汽车的匹配度，提高充电效率。

4.3 充电业务管理复杂

• 策略:
• 建设统一的充电桩管理平台，实现对充电桩的集中监控和管理。
• 引入区块链技术，保障充电数据的安全性和可靠性。
• 简化充电业务流程，例如，提供自助充电服务、移动支付功能等，提升用户体验。

4.4 充电安全风险

• 策略:
• 完善充电桩安全标准，加强充电桩的安全检测和认证。
• 加强对用户的安全教育，提高用户的安全意识。
• 建立健全的应急响应机制，及时处理充电安全事故。

5.安科瑞充电桩收费运营云平台系统选型方案

5.1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。

5.2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。

5.3系统结构

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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。

5.4安科瑞充电桩云平台系统功能

5.4.1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。

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5.4.2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。

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5.4.3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。

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5.4.4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。

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5.4.5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。

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5.4.6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。

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5.4.7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

5.4.8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。

5.5系统硬件配置

6.结束语

充电基础设施的不足、充电效率低下以及复杂的业务管理流程是智能充电桩设计与应用中的问题与挑战。通过加大基础设施建设、技术创新和优化服务流程，我们可以逐步克服这些问题，提升充电体验，促进电动汽车的发展。政府、企业和用户之间的积极合作与共同努力将推动充电行业走向更加可持续、高效的未来。