淺談電力電子技術在新能源汽車充電樁中的應用

任運業

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：闡述新能源汽車充電樁中的智能控制技術、充電樁與電網的互聯技術、變頻調節技術，探討實現充電樁的智能化控制和管理模式，實現充電樁與電網之間的數據交換和能源協調。

關鍵詞：電力電子技術，新能源汽車，充電樁控制技術。

0引言

隨著環境保護意識的增強和新能源汽車市場的快速發展，充電樁作為新能源汽車充電基礎設施的關鍵組成部分，扮演著不可忽視的角色。然而，隨著新能源汽車數量的增加，充電樁所面臨的挑戰也越來越嚴峻。充電樁需要承擔高功率輸出、高效能轉換以及智能管理等多重任務，這對電力電子技術的應用提出了更高的要求。在新能源汽車充電樁中，電力電子技術可以發揮關鍵作用，例如直流快充技術可以提高充電速度，高效能轉換技術可以提高能源利用效率，變壓器設計與控制則可以實現多種功率輸出。本研究的結果將有助于指導充電樁的設計和優化，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網絡的重要環節，具有智能控制、互聯技術和變頻調節等關鍵技術應用。了解新能源汽車充電樁的作用與基本原理，以及技術要求，能夠為我們理解和推進充電樁技術的發展和應用提供基礎。

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換為適合新能源汽車電池充電的直流電源的設備。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。其基本原理是通過充電樁內部的電力電子裝置，將電網交流電源轉換為符合新能源汽車電池需求的直流電源，并通過相應的充電接口進行輸出。

新能源汽車充電樁的技術要求。

（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換。

（2）充電樁需要具備安全性能。充電樁需要通過安全設計和可靠的電力電子控制系統，確保充電過

程中不會發生電源故障、電流過載或短路等危險情況。此外，充電樁還需要具備監測和保護功能，以確保充電過程穩定可靠。

（3）充電樁需要具備智能化管理能力。充電樁應通過智能控制技術，實現充電樁與電網的互聯，以便實現電能計量、充電調度和遠程監控等功能。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，同時也有利于電網的穩定運行。

（4）充電樁需要具備適應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各異，充電樁需要具備相應的電壓變換、充電模式調節和電流控制等功能，以適應不同車型的充電需求。

綜上所述，新能源汽車充電樁的技術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，促進新能源汽車的推廣和普及。

2電力電子技術在充電樁中的應用

電力電子技術在充電樁中的應用是推動新能源汽車充電技術革新的重要因素。了解直流快充技術、高效能轉換技術和變壓器設計與控制等關鍵技術，能夠為我們深入探討和理解電力電子在充電樁中的應用提供基礎。

直流快充技術。直流快充技術是一種用于新能源汽車充電的高功率快速充電技術。它可以將電網交流電源快速轉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。直流快充技術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。

高效能轉換技術。高效能轉換技術是指在充電樁內部電力電子裝置中使用的一種技術，通過該技術可以實現電網交流電源到新能源汽車電池的高效能轉換。這種技術通常利用電力電子變流器和DC-DC變換器等裝置，通過高頻開關控制，將交流電轉換為直流電，以減少能量損耗并提高整個轉換過程的效率。高效能轉換技術可以有效降低充電過程中的能源浪費，節約電能成本，同時也減少了對電網的負擔。

變壓器設計與控制。變壓器設計與控制是指針對充電樁中的變壓器進行的設計和控制策略。變壓器在充電樁中起到了電能轉換和電壓變換的重要作用，所以其設計與控制的優化對整個充電過程的效率和安全性都有著重要影響。在變壓器的設計階段，需要根據充電樁的功率需求、輸入輸出電壓等參數進行適當的設計，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、電壓和溫度等參數進行實時監測和調控，以保證充電樁工作在安全穩定的狀態下。

綜上所述，直流快充技術、高效能轉換技術和變壓器設計與控制是新能源汽車充電樁中的重要技術。它們的應用能夠提高充電樁的功率輸出、能量轉換效率和安全可靠性，進而促進新能源汽車充電產業的發展。

3提高充電樁性能和效率的關鍵技術

提高充電樁性能和效率的關鍵技術包括智能控制技術、充電樁與電網的互聯技術以及變頻調節技術。這些技術的應用能夠提升充電樁的智能化程度、實現充電樁與電網的無縫銜接，并通過變頻調節技術優化能量傳輸效率，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。智能控制技術是指在充電樁中采用的一種能夠實現智能化控制和管理的技術。通過智能控制技術，充電樁可以實現與用戶智能設備的互通，實時監測和控制充電樁的工作狀態，提供智能化的充電服務。智能控制技術可以通過優化充電策略、實施動態電價調節和用戶行為分析等手段，提高充電效率和用戶體驗。此外，智能控制技術還可以實現充電樁的遠程監測和故障診斷，提高充電設備的可靠性和維護效率。

充電樁與電網的互聯技術。充電樁與電網的互聯技術是指將充電樁與電網進行連接和互聯的一種技術。通過充電樁與電網的互聯，可以實現對充電樁的遠程監控和管理，實時獲取充電樁的工作狀態和能耗情況。同時，互聯技術還可以實現充電樁與電網之間的數據傳輸和信息交換，以支持電網調度、電能管理以及實現智能充電策略的執行。充電樁與電網的互聯技術還可以實現對充電樁的故障監測和預警，提高充電設備的運行安全性和可靠性。

變頻調節技術。變頻調節技術是指在充電樁中采用的一種能夠實現電力電子轉換器中輸出電壓和頻率調節的技術。通過變頻調節技術，可以根據電池電壓、充電速度需求等參數，調節充電樁中電力電子裝置輸出的電壓和頻率。這樣可以實現對電能的輸出進行控制，提高充電設備的充電效率和充電質量。變頻調節技術還可以實現對電力電子裝置的功率因數進行調節，減少諧波和電網污染，提高充電設備的工作效率和電能利用率。

綜上所述，智能控制技術、充電樁與電網的互聯技術和變頻調節技術是新能源汽車充電樁中的重要技術。它們的應用可以實現充電樁的智能化控制和管理，提高充電效率和用戶體驗，同時還能夠實現充電樁與電網之間的數據交換和能源協調，促進新能源汽車充電產業的發展。

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。

4.2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。

4.3系統結構

4.3.1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。

4.4安科瑞充電樁云平臺系統功能

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。

4.4.2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。

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、注銷等操作，可查看小區用戶每日的充電交易詳細信息。

4.4.4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。

4.4.5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。

4.4.6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。

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

4.4.8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。

4.5系統硬件配置

5結語

本研究對電力電子技術在新能源汽車充電樁中的應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鍵技術。通過智能控制技術、充電樁與電網的互聯技術以及變頻調節技術的應用，可以優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。這對推動新能源汽車的發展和推廣具有重要意義。

參考文獻

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[3]張意，方明.電力電子技術在新能源汽車充電樁中的應用.

[4]安科瑞企業微電網設計與應用手冊.2022.05版.

作者簡介

任運業，男，安科瑞電氣股份有限公司。