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電動(dòng)汽車充電技術(shù):直流充電樁與交流充電樁的研究與實(shí)踐

 更新日期:2024-10-24 點(diǎn)擊量:23

摘要:發(fā)展充電樁技術(shù)能夠支撐電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展,助力實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo).直流與交流充電作為兩種主要補(bǔ)能方式,對充電技術(shù)行業(yè)的發(fā)展起著重要作用,文章基于電動(dòng)汽車充電樁的特點(diǎn),對直流充電樁與交流充電樁的電氣原理進(jìn)行分析,介紹了充電樁充電過程及各結(jié)構(gòu)功能,并研究了其未來發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞:直流充電;交流充電;充電樁; 電動(dòng)汽車

一、引言

新能源汽車充電樁是維持新能源電動(dòng)汽車能源補(bǔ)給,保障新能源汽車便利暢行的重要后勤部分。為早日實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰及碳中和目標(biāo),推動(dòng)我國新能源汽車產(chǎn)業(yè)健康、穩(wěn)定、持續(xù)的發(fā)展,新能源電動(dòng)汽車配套的能源補(bǔ)給設(shè)施——充電樁,受到國內(nèi)外商業(yè)資本關(guān)注。在商場、居民停車場、公共樓宇等地方,設(shè)置合理的充電樁,將有利于新能源汽車的推廣與增長,刺激下沉市場的新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展,同時(shí)有利于推動(dòng)清潔能源的使用和能源節(jié)能。為進(jìn)一步促進(jìn)新能源產(chǎn)業(yè)健全發(fā)展,加快新能源相關(guān)產(chǎn)業(yè)布局,全國各地新能源汽車扶持政策陸續(xù)出臺,伴隨著新能源汽車扶持政策的加持,新能源充電配套發(fā)展需求提上日程。

二、交流充電樁與直流充電樁的工作原理及優(yōu)點(diǎn)

電動(dòng)汽車的充電過程需要將外部電源的交流電(AC)轉(zhuǎn)化為電池儲(chǔ)存的直流電(DC)。交流充電樁將這一轉(zhuǎn)換過程交給了車載充電器,它將外界的交流電源轉(zhuǎn)換為直流電進(jìn)行儲(chǔ)存。而直流充電則在充電樁內(nèi)部完成了交流到直流的轉(zhuǎn)換過程,直接向電動(dòng)汽車電池供應(yīng)直流電。

2.1 交流充電樁優(yōu)點(diǎn)

交流充電樁(俗稱“慢充")則通過車載充電機(jī)為電動(dòng)汽車的電池充電,充電過程需要車載充電機(jī)將交流電轉(zhuǎn)換為直流電。這種方式的充電速度相對較慢,但對電池的損耗較小。

(1)成本較低:由于交流充電樁的轉(zhuǎn)換器簡單,且主要的電力轉(zhuǎn)換在車載充電器內(nèi)部完成,所以相比直流充電樁,交流充電樁的造價(jià)更低。

(2)安裝維護(hù)簡便:交流充電樁體積較小,安裝靈活,對地面承載力的要求相對較低,便于在個(gè)人住宅、商業(yè)建筑等場所安裝使用。

(3)廣泛適用:幾乎所有電動(dòng)汽車均支持交流充電,使得交流充電具有更廣泛的適用性。

然而,交流充電樁充電效率相對較低,一般需要數(shù)小時(shí)才能完成充電,更適合家用或工作地點(diǎn)停留時(shí)間較長的情景。

2.2 直流充電樁優(yōu)點(diǎn)

直流充電(俗稱“快充")直接將交流電轉(zhuǎn)換為直流電,以高功率為電動(dòng)汽車的電池快速充電。這種方式可以繞過車載充電機(jī)的限制,直接對電池進(jìn)行充電,因此充電速度較快。

  1. 充電速度快:顯著的優(yōu)勢是充電速度迅速。對于急需快速補(bǔ)充電量的消費(fèi)者,直流充電樁可以在30分鐘之內(nèi)將電動(dòng)汽車的電量充至80%左右,提高了充電效率。

  2. 高效能轉(zhuǎn)換:由于電力轉(zhuǎn)換過程在充電樁內(nèi)完成,減少了能量的傳輸損失,提高了充電效率。

  3. 智能化程度高:直流充電樁一般配有更的控制系統(tǒng)和用戶界面,可以提供更多充電管理和支付方面的功能。直流充電樁的主要缺點(diǎn)是成本較高,安裝和維護(hù)要求相對更為嚴(yán)格,因此,它們更多地被安裝在公共充電站和快速充電網(wǎng)絡(luò)中。

三、直流充電樁與交流充電樁核心區(qū)別對比

3.1充電速度

直流充電樁:由于直流充電樁具有較高的充電功率,通常在60KW以上,其他也有30kW、120kW、160kW、360kW、480KW等規(guī)格,因此充電速度較快,在理想情況下,可以在20-150分鐘內(nèi)將電池充至滿電狀態(tài)。

交流充電樁:交流充電樁的充電功率一般較低,通常為7kW左右,其他也有3.5kW、11KW等規(guī)格因此充電時(shí)間較長,通常需要8-15小時(shí)才能將電池充滿。

3.2充電樁成本

直流充電樁:直流充電樁的制造和安裝成本較高,需要大體積變壓器和交直流轉(zhuǎn)換模塊,造價(jià)遠(yuǎn)超交流充電樁。

交流充電樁:交流充電樁的制造和安裝成本較低,結(jié)構(gòu)簡單,體積小,便于安裝和普及。

3.3充電樁體積

直流充電樁:由于內(nèi)部組成模塊較多,直流樁的體積都比較大,其充電槍頭是九孔的。交流充電樁:交流樁的模塊相對較少,體積比較小,其充電槍頭是七孔的。

3.4適應(yīng)場景

直流充電樁:由于充電速度快,直流充電適合安裝在高速公路旁的充電站、出租車和公交車站等對充電時(shí)間要求較高的場景。

交流充電樁:交流充電樁適合安裝在小區(qū)、停車場等場所,滿足日常充電需求,尤其適合夜間充電,因?yàn)橛脩艨梢栽谝归g充電,使用車輛時(shí)電池已充滿。

四、應(yīng)用方案

圖1 平臺結(jié)構(gòu)圖

充電運(yùn)營管理平臺是基于物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)技術(shù)的充電設(shè)施管理系統(tǒng),可以實(shí)現(xiàn)對充電樁的監(jiān)控、調(diào)度和管理,提高充電樁的利用率和充電效率,提升用戶的充電體驗(yàn)和服務(wù)質(zhì)量。用戶可以通過APP或小程序提前預(yù)約充電,避免在充電站排隊(duì)等待的情況,同時(shí)也能為充電站提供更準(zhǔn)確的充電需求數(shù)據(jù),方便后續(xù)的調(diào)度和管理。通過平臺可對充電樁的功率、電壓、電流等參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控,及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理充電樁故障和異常情況對充電樁的功率進(jìn)行控制和管理,確保充電樁在合理的功率范圍內(nèi)充電,避免對電網(wǎng)造成過大的負(fù)荷。

五、安科瑞充電樁云平臺具體的功能

平臺除了對充電樁的監(jiān)控外,還對充電站的光伏發(fā)電系統(tǒng)、儲(chǔ)能系統(tǒng)以及供電系統(tǒng)進(jìn)行集中監(jiān)控和統(tǒng)一協(xié)調(diào)管理,提高充電站的運(yùn)行可靠性,降低運(yùn)營成本,平臺系統(tǒng)架構(gòu)如圖2所示。

平臺架構(gòu)

圖2 充電樁運(yùn)營管理平臺系統(tǒng)架構(gòu)

大屏顯示:展示充電站設(shè)備統(tǒng)計(jì)、使用率排行、運(yùn)營統(tǒng)計(jì)圖表、節(jié)碳量統(tǒng)計(jì)等數(shù)據(jù)。

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圖3 大屏展示界面

站點(diǎn)監(jiān)控:顯示設(shè)備實(shí)時(shí)狀態(tài)、設(shè)備列表、設(shè)備日志、設(shè)備狀態(tài)統(tǒng)計(jì)等功能。

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圖4 站點(diǎn)監(jiān)控界面

設(shè)備監(jiān)控:顯示設(shè)備實(shí)時(shí)信息、配套設(shè)備狀態(tài)、設(shè)備實(shí)時(shí)曲線、關(guān)聯(lián)訂單信息、充電功率曲線等。

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圖5 設(shè)備監(jiān)控界面

運(yùn)營趨勢統(tǒng)計(jì):顯示運(yùn)營信息查詢、站點(diǎn)對比曲線、日月年報(bào)表、站點(diǎn)對比列表等功能。

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圖6 運(yùn)營趨勢界面

收益查詢:提供收益匯總、實(shí)際收益報(bào)表、收益變化曲線、支付方式占比等功能。

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圖7 收益查詢界面

故障分析:提供故障匯總、故障狀態(tài)餅圖、故障趨勢分析、故障類型餅圖等功能。

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圖8 故障分析界面

訂單記錄:提供實(shí)時(shí)/歷史訂單查詢、訂單終止、訂單詳情、訂單導(dǎo)出、運(yùn)營商應(yīng)收信息、充電明細(xì)、交易流水查詢、充值余額明細(xì)等功能。

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圖9 訂單查詢界面

六、產(chǎn)品選型

 

安科瑞為廣大用戶提供慢充和快充兩種充電方式,便攜式、壁掛式、落地式等多種類型的充電樁,包含智能7kw/21kw交流充電樁,30kw直流充電樁,60kw/80kw/120kw/180kw直流一體式充電樁來滿足新能源汽車行業(yè)快速、經(jīng)濟(jì)、智能運(yùn)營管理的市場需求。實(shí)現(xiàn)對動(dòng)力電池快速、高效、安全、合理的電量補(bǔ)給,同時(shí)為提高公共充電樁的效率和實(shí)用性,具有有智能監(jiān)測:充電樁智能控制器對充電樁具備測量、控制與保護(hù)的功能;智能計(jì)量:輸出配置智能電能表,進(jìn)行充電計(jì)量,具備完善的通信功能;云平臺:具備連接云平臺的功能,可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控,財(cái)務(wù)報(bào)表分析等等;遠(yuǎn)程升級:具備完善的通訊功能,可遠(yuǎn)程對設(shè)備軟件進(jìn)行升級;保護(hù)功能:具備防雷保護(hù)、過載保護(hù)、短路保護(hù),漏電保護(hù)和接地保護(hù)等功能;適配車型:滿足國標(biāo)充電接口,適配所有符合國標(biāo)的電動(dòng)汽車,適應(yīng)不同車型的不同功率。下面是具體產(chǎn)品的型號和技術(shù)參數(shù)。

產(chǎn)品圖

名稱

技術(shù)參數(shù)

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AEV200-AC007D

額定功率:7kW

輸出電壓:AV220V

充電槍:單槍

充電操作:掃碼/刷卡

防護(hù)等級:IP65

通訊方式:4G、Wifi

安裝方式:立柱式/壁掛式

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AEV210-AC007D

額定功率:7kW

輸出電壓:AV220V

充電槍:單槍

人機(jī)交互:3.5寸顯示屏

充電操作:掃碼/刷卡

防護(hù)等級:IP54

通訊方式:4G、Wifi

安裝方式:立柱式/壁掛式

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AEV300-AC021D

額定功率:21kW

輸出電壓:AV220V

充電槍:單槍

人機(jī)交互:3.5寸顯示屏

充電操作:掃碼/刷卡

防護(hù)等級:IP54

通訊方式:4G、Wifi

安裝方式:立柱式/壁掛式

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AEV200-DC030D

額定功率:30kW

輸出電壓:DC200V-750V

充電槍:單槍

人機(jī)交互:7寸觸摸屏

充電操作:掃碼/刷卡

防護(hù)等級:IP54

通訊方式:以太網(wǎng)、4G(二選一)

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AEV200-DC060D/

AEV200-DC080D

額定功率:60kW/80kW

輸出電壓:DC200V-1000V

充電槍:單槍

人機(jī)交互:7寸觸摸屏

充電操作:掃碼/刷卡

防護(hù)等級:IP54

通訊方式:以太網(wǎng)、4G(二選一)

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AEV200-DC060S/

AEV200-DC080S

額定功率:60kW/80kW

輸出電壓:DC200V-1000V

充電槍:雙槍

人機(jī)交互:7寸觸摸屏

充電操作:掃碼/刷卡

防護(hù)等級:IP54

通訊方式:以太網(wǎng)、4G(二選一)

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AEV200-DC120S/

AEV200-DC180S

額定功率:120kW/180kW

輸出電壓:DC200V-1000V

充電槍:雙槍

人機(jī)交互:7寸觸摸屏

充電操作:掃碼/刷卡

防護(hù)等級:IP54

通訊方式:以太網(wǎng)、4G(二選一)

AEV200-DC240M4/

AEV200-DC480M8/

AEV200-DC720M12

額定功率:240kW/480kW/720kw

輸出電壓:DC150V-1000V

充電終端支持:常規(guī)單雙槍終端

防護(hù)等級:IP54

圖片3

AEV200-DC250AD

輸出:250A

1個(gè)充電接口;

支持掃碼、刷卡支付;

4G、以太網(wǎng)通訊(二選一)

圖片1

AEV200-DC250AS

輸出:250A

2個(gè)充電接口;

支持掃碼、刷卡支付;

4G、以太網(wǎng)通訊(二選一)

七、現(xiàn)場圖片

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八、結(jié)論

直流充電樁的市場集中度較高,主要運(yùn)營商的份額達(dá)到85.2%,且公共直流的保有量持續(xù)增長,但占比有所下降。交流充電樁由于成本較低,易于普及推廣,因此在小區(qū)、停車場等場所建設(shè)較為普遍。

隨著電動(dòng)汽車市場的持續(xù)擴(kuò)大,直流充電和交流充電都將迎來更為廣泛的應(yīng)用。未來,隨著技術(shù)的進(jìn)步和成本的下降,二者在充電速度、智能化水平、成本效益等方面都將有所改善。同時(shí),新的充電技術(shù),如無線充電等也將逐步走向成熟,為電動(dòng)汽車用戶帶來更多更便捷的選擇。