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(yuǎn)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(fù)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(yuǎn)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(yuǎn)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(xì)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(xì)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(yuǎn)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(yuǎn)程升級,支持刷卡、掃碼、即插即用。 通訊方:4G/wifi/藍(lán)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(yuǎn) 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(yuǎn)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(yuǎn)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(yuǎn)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(yuǎn)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(yuǎn)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(yuǎn)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(rèn)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(rèn)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(rèn)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(rèn)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(rèn)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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注:禁止非法改裝