安科瑞 陳聰

摘要：隨著近年來電動汽車的不斷普及和使用，相關充電設備的設計投入和使用管理也成為了人們較為關注的重點。由于充電樁的設計和使用較為新穎，所以在對其使用和設計中存在一定問題和挑戰。對電動汽車充電中所涉及的問題進行解決可以有效提高車主的體驗效果，滿足相關用戶的使用需求。對電動汽車智能充電樁的設計和應用進行相關研究，以便提高智能充電樁的使用效率，貼合相關用戶應用需求，為電動汽車的充電環境提供便捷性和安全性，保障電動汽車得到普及和推廣。

關鍵詞：電動汽車；智能充電樁；設計；應用；創新

0引言

近年來，電動汽車的銷量逐漸攀升，充電行業也迎來了快速的發展。然而，隨著電動汽車數量的增加，充電基礎設施建設以及業務管理面臨著諸多挑戰與問題。充電效率低下、復雜的業務管理流程等限制了充電體驗的便捷性和用戶滿意度。為了解決這些問題，我們需要思考如何增加充電基礎設施的建設，提高充電效率，簡化充電業務管理流程，并改善用戶體驗和服務質量。本文將探討這些方面的策略與措施，以期為推動電動汽車充電行業的可持續發展貢獻智慧與創新。

1電動汽車智能充電樁的概念

為電動汽車安置智能充電樁可以為相關用戶提供便捷性和高效性。智能充電樁的使用是利用技術，對其工作過程進行監控和管理，還可以對工作期間的故障問題進行診斷和解決。智能充電樁具有較為技術原理，可以根據用戶的充電需求進行智能化調改，加強充電資源的使用，有效提高電動汽車的充電效率。同時，智能充電樁的使用具備多種付款方式，不僅可以直接交錢，也可以利用相關程序和公眾號等讓用戶進行充電付款。智能充電樁的使用和推行，有利于電動汽車的推廣，可以有效減少二氧化碳排放，保護生態環境

2智能充電樁的設計與應用

2.1充電樁的外觀設計

對智能充電樁進行外觀設計，不僅要注重智能充電樁的功能要求，還要兼顧智能充電樁的美觀和環保。智能充電站的外形設計應重點關注結構、外形、標識和使用材料等。由于充電樁安裝環境多為戶外，要充分考慮充電樁在不同的環境、不同的工作頻率下的使用都具有穩定性和耐久性。對智能充電站進行外形設計要貼合現代、流線形的設計理念，要符合放下市場的發展和需要。通過對外觀要素的合理布局，增強整體的美觀度。對智能充電站的外形進行設計時，為方便相關用戶的識別和使用，要在充電樁外形貼相關標識，起到標識作用。充電站的設計要充分考慮并滿足使用者的使用需要，例如，充電樁高度，插座的易操作性等。為滿足環保需求，對智能充電站進行外形設計時，要選擇具有環保型的材料進行使用，提高環境保護。

2.2充電樁的電力管理系統設計

充電樁的電力管理系統是保障充電過程安全、高效進行的重要組成部分。其設計旨在合理分配電能、監控充電過程、確保設備和用戶的安全。以下是充電樁電力管理系統設計中的關鍵考慮因素：（1）功率管理：電力管理系統需要根據電網供電能力和電動汽車需求，動態調整充電功率。通過智能算法和能量管理策略，實現功率的平衡分配，避免過載和過流。（2）電壓管理：電力管理系統需要監測電壓波動，確保充電過程中的電壓穩定，以保護設備和電池的安全。并通過電壓調節功能，適配不同類型和要求的電動汽車。（3）充電過程監控：電力管理系統實時監測充電過程的參數和狀態，包括電流、電壓、溫度等信息。通過建立數據采集與分析平臺，提供詳細的充電報告以供用戶和管理者參考。（4）安全保護：電力管理系統需要具備多重安全保護機制，如過載保護、短路保護、漏電保護等。通過實時監測和斷電裝置，確保充電過程的安全性和穩定性。

2.3充電樁的用戶界面設計

對智能充電樁的用戶界面進行合理化、便捷性、直觀性設計，可以有效提高用戶的使用幸福感。對充電樁的用戶界面進行設計時要充分考慮顯示屏、操作方式、提示系統和充電指示燈等。為滿足用戶的使用需求和易操作性，要對充電樁選擇清晰明了的顯示屏進行使用，將相關應用信息直接反饋在顯示屏上，例如，電量、剩余時間等，方便用戶進行時間把控和安排。對充電樁進行界面設計時要充分考慮用戶的使用需求，對充電樁操作方式進行有效設計，或按鈕操作或觸屏操作，以便用戶可以直觀進行操作和使用。要對智能充電樁搭配一套語音提示系統，通過聲音對用戶的操作流程進行提示和指導，同時，有利于用戶直觀對充電相關信息進行直觀獲取。對智能充電樁進行設計時，要考慮充電插座指示燈的使用和設計，以便用戶進行直觀的辨別和使用，例如，紅色代表插座故障，綠色代表插座正常可用。

2.4充電樁的安全性設計

為滿足智能充電樁使用的安全性以及用戶使用的安全指數，對智能充電樁進行設計要充分考慮其安全性，對其進行設計時要對其過流、過壓、短路、漏電、防雷電等進行安全防護，并配置相關安全標示和警告標識。過流保護設施的使用可以在充電樁使用過程中出現的電流異常情況進行監控和保護。當充電樁出現高壓過高現象時，可以利用過壓保護進行工作，防止車輛和人員遭受電壓傷害。短路保護的應用可以有效防止充電樁短路現象的發生，出現短路也可進行及時斷絕，防止電池等部件收到損壞。漏電保護可以對智能充電樁使用過程中的漏電情況進行實時監測，當漏電數據超過安全范圍，會自動切斷電源，為使用者的人身安全進行保護。將防雷電設備安置在充電樁中，在惡劣天氣下可以有效防止雷電對系統造成干擾，確保系統的穩定運行。同時，為保障用戶的操作安全，要在智能充電樁及其周圍張貼相關安全和警告標識。

3智能充電樁的設計與應用中存在的問題與挑戰

3.1充電基礎設施的不足

目前，我國智能充電站建設面臨著充電設施短缺的難題。主要體現在：（1）充電樁覆蓋率不高：部分區域尚未普及，尤其是農村、邊遠地區，充電設施建設嚴重落后。這在一定程度上制約了電動車的推廣與普及。（2）充電站建設的困難：充電站的建立涉及到當地政府、能源供應商和充電設備制造商等多方利益的協調。因此，如何合理的選址、合理的土地利用、合理的建設時間等問題，給充電基礎設施的建設帶來很大的困難。（3）充電設施規范與規范不統一：不同地區、不同廠家的充電設施規范及規范各不相同，導致用戶對充電設施的選購與使用產生了較大的困難。我國目前還沒有建立起一個統一的充電站規范與標準，因此急需建立一個統一的充電站技術標準。（4）充電站的運行與管理費用高：充電站的運行與管理包含供電、設備維修、后臺管理等一系列工作，其運行與管理費用高昂。

3.2充電效率低下

目前，智能充電站的設計和使用面臨著充電效率不高的難題。主要體現在：（1）充電設施匱乏：充電設施供給較少，特別是高峰時段或特殊地區需求較大時，存在等待時間長、充電效率低等問題。這嚴重限制了其在我國的推廣應用。（2）充電裝置的功耗限制：充電裝置的功耗受限也是造成充電效率較低的主要原因。在某些地區或地區，因設備結構或供電條件等原因，不能很好地滿足客戶的大功率充電要求，這就嚴重影響了其充電速率與效率。（3）充電裝置的效能不同：目前市場上的充電裝置種類繁多，充電效能也不盡相同。一些器件會出現較大的能耗和轉換效率，從而造成電池效率的下降。（4）充電樁與電動車的匹配：不同車型的電動車對充電的要求及規范不盡相同，充電樁的選型應兼顧兼容性及匹配度。

3.3充電業務管理的復雜性

充電服務管理是一個復雜的問題，也是智能充電設施設計和使用面臨的挑戰。主要包括：（1）用戶管理：由于充電服務的用戶數量龐大，所以如何對用戶信息、充電記錄和賬單等信息進行管理是一個非常困難的問題。要有健全的使用者管理制度，以保證使用者資料的正確紀錄，并能為使用者提供方便的服務與交流途徑。（2）收費系統：充電服務收費系統要求能準確地計算出用戶的使用電量，并能給出清楚的繳費情況。在設計和使用過程中，充分考慮不同地區、不同供電公司的收費策略及收費方式，才能更好地滿足客戶及經營者的要求。（3）運行與管理：充電站的運行與管理包含了設備監測、故障處理和維護等環節。為解決大規模充電站網絡中存在的問題，需要構建一套能對充電設施運行狀況進行實時監控、及時響應的遠程監測和管理系統。（4）充電站網絡的安全性：充電站是一種智能化的裝置，保證它的網絡安全。可以有效地防止惡意攻擊、信息泄漏、非法操作等意外事件的發生，保證用戶資料的安全性，保證充電環境的穩定。（5）合規及監督：充電服務符合環保、品質、電力等相關法規及管制規定。

4智能充電樁的設計與應用存在問題的解決策略

4.1增加充電基礎設施的建設

要解決智能充電樁設計與應用中存在的充電基礎設施不足問題，可以采取以下策略：（1）政府等各方的參與，共同推動充電基礎設施建設。建立公平、透明的競爭環境，鼓勵多方合作、資源共享。（4）協調資源利用：優化現有電力網絡和資源配置，協調電力供應，提高充電設施的可用性和可靠性。對于充電樁建設，盡可能選用可再生能源或清潔能源，減少對傳統能源的依賴。

4.2提高充電效率的技術創新

為了提高充電效率，可以采取以下技術創新措施：（1）快速充電技術：加快快速充電設備的研發和普及，提高充電功率和充電速度。采用更高功率的充電設備，能夠在較短時間內為電動汽車充電，并滿足用戶對快速充電的需求。（2）高效充電系統設計：優化充電系統的設計，提高能量轉換效率，降低充電損耗。通過改進電池管理系統、充電線路和電力傳輸方式等方面的技術創新，實現更高的充電效率。（3）智能充電調度技術：利用智能充電調度算法，根據需求和供給情況，合理安排充電樁的使用和管理，優化充電資源的分配與利用，提高充電效率。（4）充電樁網絡通信技術：采用通信技術，實現充電樁之間和充電樁與后臺系統的高效通信，確保充電信息的準確傳遞和實時監控，提高充電效率和運營管理水平。（5）充電樁智能預測與優化控制：利用大數據分析和人工智能技術，對用戶的充電需求進行預測和優化控制，合理安排充電設備的使用，提高充電效率和用戶滿意度。

4.3簡化充電業務管理流程

對智能充電樁的管理流程進行簡化，主要簡化內容如下：（1）對平臺與接口進行結合：將智能充電樁的各個業務創設在統一的一個管理平臺中，對用戶的使用信息、相關充電數據等進行統一的采集，并對用戶的接口和應用流程進行統一和明確。創建統一的管理平臺，對相關數據信息進行手機，對相關操作流程進行簡化，可以有效提高用戶的使用幸福感和便利性。（2）自助服務設施：在充電樁及其周圍場地設置智能化服務中心，以便應用用戶可以對充電樁的使用、充值或查詢等進行智能化操作，有效提高了操作的高效率。（3）移動支付與APP應用：為用戶提供多種支付方式，例如手機app或小程序等進行支付結算等業務。以便用戶不用排隊就可進行支付或查詢。（4）對計費系統進行優化：建立一套高效準確的計費體系，利用智能計費算法及計費規則，使計費流程自動化，并向用戶提供清楚、明確的計費信息。（5）自動化監測與故障處理：利用智能化監測技術，實現對充電裝置的自動監控與故障排除，降低了人工巡檢、維修次數。

5安科瑞充電樁收費運營云平臺系統選型方案

5.1概述

AcrelCloud-9000安科瑞充電柱收費運營云平臺系統通過物聯網技術對接入系統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據采集和監控，實時監控充電樁運行狀態，進行充電服務、支付管理，交易結算，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警；充電樁支持以太網、4G或WIFI等方式接入互聯網，用戶通過微信、支付寶，云閃付掃碼充電。

5.2應用場所

適用于民用建筑、一般工業建筑、居住小區、實業單位、商業綜合體、學校、園區等充電樁模式的充電基礎設施設計。

5.3系統結構

系統分為四層：

1）即數據采集層、網絡傳輸層、數據層和客戶端層。

2）數據采集層：包括電瓶車智能充電樁通訊協議為標準modbus-rtu。電瓶車智能充電樁用于采集充電回路的電力參數，并進行電能計量和保護。

3）網絡傳輸層：通過4G網絡將數據上傳至搭建好的數據庫服務器。

4）數據層：包含應用服務器和數據服務器，應用服務器部署數據采集服務、WEB網站，數據服務器部署實時數據庫、歷史數據庫、基礎數據庫。

5）應客戶端層：系統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。

小區充電平臺功能主要涵蓋充電設施智能化大屏、實時監控、交易管理、故障管理、統計分析、基礎數據管理等功能，同時為運維人員提供運維APP，充電用戶提供充電小程序。

5.4安科瑞充電樁云平臺系統功能

5.4.1智能化大屏

智能化大屏展示站點分布情況，對設備狀態、設備使用率、充電次數、充電時長、充電金額、充電度數、充電樁故障等進行統計顯示，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。統一管理小區充電樁，查看設備使用率，合理分配資源。

5.4.2實時監控

實時監視充電設施運行狀況，主要包括充電樁運行狀態、回路狀態、充電過程中的充電電量、充電電壓電流，充電樁告警信息等。

5.4.3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、注銷等操作，可查看小區用戶每日的充電交易詳細信息。

5.4.4故障管理

設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果上報。充電用戶也可通過充電小程序反饋現場問題。

5.4.5統計分析

通過系統平臺，從充電站點、充電設施、、充電時間、充電方式等不同角度，查詢充電交易統計信息、能耗統計信息等。

5.4.6基礎數據管理

在系統平臺建立運營商戶，運營商可建立和管理其運營所需站點和充電設施，維護充電設施信息、價格策略、折扣、優惠活動，同時可管理在線卡用戶充值、凍結和解綁。

5.4.7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，進行遠程參數設置，同時可接收故障推送

5.4.8充電小程序

面向充電用戶使用，可查看附近空閑設備，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。

5.5系統硬件配置

6結束語

充電基礎設施的不足、充電效率低下以及復雜的業務管理流程是智能充電樁設計與應用中的問題與挑戰。通過加大基礎設施建設、技術創新和優化服務流程，我們可以逐步克服這些問題，提升充電體驗，促進電動汽車的發展。政府、企業和用戶之間的積極合作與共同努力將推動充電行業走向更加可持續、高效的未來。

參考文獻：

[1] 李志勇，王圣.電動汽車智能充電樁的設計與應用研究

[2] 路興勇.電動汽車智能充電樁的設計與應用研究[J].內燃機與配件,2023(21):51-53.

[3]林凱斌.電動汽車智能充電樁設計及關鍵技術研究[J].技術與市場,2021,28(7):59-60+65.

[4] 安科瑞企業微電網設計與應用手冊.2022.05版