电动汽车智能电桩系统商业化研究与探讨

龚 聪

(江汉大学文理学院，湖北 武汉 430056)

1 前言

国家政策对新能源汽车产业的利好政策不断，国家电网明确表示将在2016年加速推进高速公路快充网络和重点城市充电网络建设，财政部等五部门发布了对充电基础设施配套较为完善、新能源汽车推广应用规模较大的省市安排奖励资金的政策，并设定了新能源充电设施相关奖励标准。随着新能源车市场放量，国内充换电站建设将迎来密集扩容期，数量将逐年翻倍增长。同时，充电网络作为电动汽车推广的关键因素，在政策大力扶持和盈利模式逐步清晰的推动下，我国充换电设备迎来千亿市场空间。

2 电桩系统的开发与应用

电桩系统是以新能源汽车服务为依托的生态聚环，这个生态链中的必要环节是充电桩的智能化建设，以用户体验为核心，在互联网思维下创建的电桩系统是打通这个环节的关键。

2.1 电桩系统的开发

2.1.1 构建汽车充电服务应用端

在物联网的带动下，可以方便用户最便捷快速地查找身边的充电桩，并实现对充电桩的预约、导航、充电、支付等一站式功能;此外，在城市的核心区域落地建设充电目的地，构筑完善充电服务网络;在国家电网的放权下，电桩系统连接端以开放的生态模式整合充电设备厂商、车厂、分时租赁商，实现电动汽车互联网充电数据共享;并展开跨界合作，打造“人、车、桩”一体化模式，让人们的出行变得智能、环保。互联网充电桩有远程通信能力的特征，以便于监控系统后台，对成百上千个充电桩进行智能化高效监控管理，同时充电桩应该易于安装与布局，为电动汽车的推广打下坚实的基础。现代计算机技术、通讯技术、控制技术和信息管理技术的发展恰好有利于实现电动汽车充电桩的远程计算机监测、控制和管理。针对电动汽车充电桩提出了一种基于GPRS无线通信的解决方案，该系统由充电桩终端硬件系统、通信网络、上位机监控系统三部分组成，该系统能够通过GPRS网络实现上位机监控系统对电动汽车充电桩的远程监控。该系统覆盖电动汽车司机进行充电使用全过程，能够帮助驾驶员完成充电桩群的选择，并导航至相应充电桩。通过移动互联网的方式，提高了用户体验。

2.1.2 建立电力负荷匹配机制

该机制以电网有功和能量调度为目标，让电动汽车有序充放电。在有功能量调度方面，提出含新能源接入的有源城市电网规模化电动汽车的充电功率有序控制策略。构建了双层控制结构，实现充电功率规划与瞬时功率的解耦控制；在电网层，以提高新能源利用率、平抑配电网的有功负荷波动和火力发电机组经济调度为目标，针对电动汽车的特点，考虑用户的充电能量、时间需求约束和电池、充电机的充电功率约束，提出了充电功率多目标优化模型，和求解该约束多目标问题的约束多目标差分进化算法，并应用基于信息熵权的逼近理想解排序多属性决策方法从Pareto前沿中选取最优解，获得日前最优充电功率规划；在用户层，基于电池的受电能力特性和用户的心理承受力，对不同充电阶段的电池阶段赋予不同的充电优先级和不同的功率分配策略，满足用户的充电能量需求和功率分配公平性的要求，同时最大化电网层优化模型中最大充电功率约束的范围。利用充电设施的无功补偿能力，辅助电网无功/电压控制。考虑充电负荷的特点带来的无功调节范围约束，建立以网损最小化为目标的无功优化模型；应用拉格朗日函数和梯度法，提出初始可行解的搜索方法，获得满足节点电压偏差要求的初解；将非线性问题线性化后，讨论步长对求解精度的影响，并给出步长的确定方法；求解线性规划问题，寻找满足网损最小化目标的最优解，实现配电网无功/电压控制。面向靠近变电站、为电动私家车和出租车提供充电服务的集中型电动汽车充换电站，在现有充电站通讯和监控系统基础上，基于Web平台研究开发了有序充电控制软件。在SQL Server数据库系统下建立全站的数据采集、管理与分析的基础数据平台；对充电功率控制策略进行适当改进，并在C#环境下编写程序智能调度电动汽车的充电行为，实现有序充电；软件还集成了充电站信息管理、智能引导与可视化监控等功能，实现充电站管理与电能使用的有序化、智能化、可视化。电桩集群系统能够实时侦测当前线路容量，智能地调节电桩的输出功率，保证在不超出上限值引发过载等安全问题的情况下，电桩集群的整体功率输出最优化。

2.1.3 建立电桩相关标准

制定标准组织与体系，加强在电气设备安全操作、系统设计、电气指标、工程服务、运营管理方面的标准化规范动作，同时对于电站运营系统、充电系统设计方面，加强加快相关标准出台与落地执行力度，积极推广新型技术的广泛应用，建立起标准与接口统一的软件系统和互联网数据平台，实现数据互通、服务共享、安全稳定的产品技术体系，有效指引新能源汽车行业的健康合理规范发展。

2.2 电桩系统的应用

2.2.1 汽车厂商与电网企业的组合发展

电网企业可以在加油站的坐标位置基础上，进行土地资源再整合开发利用，负责充电智能网络的铺设。随着新能源汽车产业的快速发展，电桩系统建设将逐步扩大，传统的油气站将被新环境下的电力取代。而汽车厂商可以将充电设施纳入自身的产品售后服务体系，由于汽车厂商掌握着终端客户的信息，双方的联盟能给电动汽车消费群体带来便利。建设初期电网企业和汽车厂商共同支付一定的建桩费，当用户给电动汽车充电时电网企业和汽车厂商向用户收取一定的充电费用来实现自身的盈利。例如，特锐德公司的汽车群充电系统摆脱了树立在车位旁的充电桩，将各个充电桩的供电电路、充电控制电路和区域监控模块都集成到一个多功能充电箱变内，充电终端仅留有充电插头(隐藏在停车挡板内)，该系统在企业与厂家合作中有很好的借鉴价值。

2.2.2 家庭电桩共享

由于充电桩成本的下降速度很快，家用充电设施推广或将迎来高速增长的时机。国家电网公司已经明确支持社会资本参与慢充、快充等各类电动汽车充换电设施市场。全国多省市已经发布或准备实施普通家庭自用充电设施的建设流程、充电费用、财政补贴等政策。家庭电桩的普及率将得到很大提高。建立以互联网连接下的用户共享电桩服务系统，即家庭充电设施共享与收费一体化，确立利益平衡点，势必会推进新能源汽车产业向前迈上一大步。

3 电桩系统开发中所面临的问题

(1)由于电动汽车价格与同类燃油汽车相比无明显优势，目前新能源汽车产业发展还未形成规模，仍处于示范推广阶段。

(2)新能源汽车充电建设缺乏明确导向和整体布局，现状发展以政府和个别企业摸索、尝试为主，还没有形成可以指导未来发展的整体规划布局。

(3)在私人充电桩安装方面，存在部分需要电网改造升级、物业刁难、充电桩的安全管理、没有个人固定停车位等诸多细节问题；在公共充电桩领域，服务水平较低，又因为电动车量小远达不到盈亏平衡点，社会资本虽跃跃欲试，但不敢轻易介入，国家电网和南方电网亦不敢大规模投入。

(4)充电桩的利用率有待提高。在众多公共充电停车位上，我们看到的，可能不是电动汽车在充电，而是停车位被非电动汽车所占据，充电位被当作普通停车位来对待；而就公布的公共充电桩信息来看，有相当一部分是不对全部电动汽车用户开放的，4s店对外来品牌的封锁，以及诸如收取停车费等其他附件条件的产生，大大限制了用户使用公共充电桩的热情。

(5)充电服务信息的更新慢。众多充电网络服务咨询平台竞相上线，但现阶段信息的查询也仅局限在充电桩分布与位置信息共享上，诸如充电预约，充电桩状态查询，网上交易等功能，都还在进一步完善中。

4 结论

伴随着“互联网+新能源”的发展，将加快电能在产生和终端消费中对其他形式能源的替代，驱动能源互联网的建设。电桩网络系统建设逐步开展，最终形成区域内电动汽车充电业务及功能的互联互通，实现电动汽车充电桩统一化管理。

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