關于新能源汽車充電樁建設及優化分析

林曉丹

摘 要：在全球倡導低碳減排的大背景下，新能源成為熱門行業在全球范圍內得以開展。汽車尾氣排放會在一定程度上加重溫室效應，并且化石能源的日漸緊缺也迫切對新能源汽車發展提出新要求。現階段的新能源汽車以電力汽車為主，與燃油汽車不同的是，電力汽車不再需要或只需少量燃油就可以提供驅動力。新能源汽車的動力補充方式為充電，因此充電樁成為新能源汽車的配套設備。我國現階段已經擁有大量的充電樁，但是伴隨新能源汽車保有量的增加，現有的充電樁不足以滿足新能源汽車用戶的需求，且部分充電樁的質量存在問題由此導致安全事故。因此開展新能源汽車充電樁建設優化對于充電樁發展及新能源汽車使用具有積極意義。

關鍵詞：新能源 充電樁 電網 技術

1 引言

在開展新能源汽車充電樁建設與優化工作之前，首先需要對現階段新能源汽車充電樁建設背景進行分析，包括國際背景、國內背景、使用需求背景。在對新能源汽車充電樁現有問題進行分析，包括運維缺失、安全隱患、分布不均、費用偏高、充電速度。隨后在此基礎上制定相應的措施，從而更好的滿足用戶需求并提升充電樁的利用效率，包括從硬件與保護層面出發提升充電樁質量、優惠充電費用、統一充電樁充電速度、充電樁信息線上發布管理，推進新能源汽車快速、持續、穩定發展。

2 新能源汽車充電樁建設背景

2.1 國際背景

經濟全球化大背景下，全球的生產力水平呈現持續增長趨勢，化石能源的消耗量顯著增加，而日益緊缺的化石能源難以支撐快速增長的社會生產力水平。確保生產能源穩定持續才是確保生產穩固提升的關鍵所在，由此探求新能源并確保其持續發展成為全球共同關注的問題。

2.2 國內背景

我國長期以來高度重視生態環境建設與生產能源可持續發展建設，尤其在“十四五”規劃當中重點提出要做好新能源基礎設施建設工作，推動我國進一步充分發揮資源節約型、環境友好型社會的積極作用。[1]

隨著機動車保有量的持續增加，汽車排放成為威脅生態環境建設與能源持續發展的一大主要原因，因此在新時代背景下我國致力于推進新能源汽車發展，新能源汽車將有效減少氣體排放并最大限度上降低對化石能源的消耗。截至目前為止國際上所推出的新能源汽車主要以電力為主，按照動力類型劃分可分為純電動、油電混合，即現階段的新能源汽車需要將電力作為主要的驅動能源，汽車充電樁產業由此應運而生。

2.3 使用需求背景

在我國新能源汽車誕生初期，汽車充電樁建設幾乎處于空白狀態，但是隨著新階段新能源汽車保有量的持續增長，關于汽車充電樁的建設理念、技術、規模隨之不斷提升。我國“十三五”規劃期間以在全國范圍內建成500萬座汽車充電樁，滿足了新能源汽車的能源供應需求，“十四五”規劃預計在全國范圍內再建設充電樁1000萬座。但是現階段的汽車充電樁存在一些質量問題，如觸摸屏失靈、界面復雜、起火、爆炸等，對人身財產安全造成嚴重威脅。

為了確保我國新能源汽車事業可以長期穩定持續發展，充電樁建設工作不能單純追求數量，更要注重提升質量，因此在建設充電樁的過程中需要同時兼顧規劃與優化工作。

3 新能源汽車充電樁建設存在的問題

為了積極響應節能減排與低碳環保的戰略要求，我國許多城市建設大量的充電樁，然而現實中許多城市的汽車充電樁存在閑置現象，利用率極其低下。充電樁利用率低下的現象暴露了許多充電樁建設過程中存在的問題。

3.1 運維缺失

充電樁投入使用后需要定期維護與保養，從而確保充電樁的正常使用。而現階段許多地區的充電樁之所以被閑置，是因為充電樁沒有進行及時運維造成充電樁損壞。

在一些國道、高速公路服務區都配備新能源汽車專用充電樁，但是其中大部分充電樁已經無法使用，這種現象也是因為充電樁運維缺失造成的。充電樁運維缺失不僅給新能源汽車用戶帶來不便，還造成了嚴重的資源浪費。[2]

3.2 安全隱患

我國的公共充電樁多為室外充電樁，室外充電樁與加油站的加油機不同，并沒有配備專業的管理人員。并且室外充電樁通常情況下處于開放的環境中，因此受到自然環境因素的影響較大，在室外環境的長期影響下容易造成充電樁線路老化、漏電、機體材料氧化等。部分室內充電樁由于處于封閉空間，當出現故障的情況下很容易在短時間內造成人員傷亡。截至目前為止新能源汽車充電樁的安全隱患主要存在以下幾類：

（1）絕緣異常：新能源汽車充電樁出現絕緣異常的部位，通常在外殼、刷卡位置、金屬按鍵，當充電樁漏電以后，用戶觸碰這些位置就會發生觸電；

（2）充電槍未鎖緊：新能源汽車充電需要通過充電槍與充電樁連接，用戶在充電槍使用完畢后在一定概率上會存在充電槍未鎖緊的情況，充電槍未鎖緊就會造成漏電，此時如果下一個用戶直接使用就會與高壓電直接借助，造成安全事故；

（3）充電樁銹蝕：公用充電柱的金屬配件的漆面破損以后容易造成銹蝕，隨后銹蝕面積會不斷擴大，進而影響充電樁的實際使用性能，嚴重時甚至會導致充電樁出現穿孔，導致漏電造成人員觸電。

3.3 分布不均

通過分析已有調查結果表明，許多新能源汽車用戶都會選擇用地圖尋找充電樁，但是這種尋找充電樁的方式會浪費許多時間，而最顯著的問題就表現在充電樁分布不均，具體表現在或部分地區過于密集或過于稀疏，甚至部分區域存在大范圍內沒有充電樁，這種現象在郊區展現的尤為明顯。[3]

新能源汽車充電樁市場競爭尤為激烈，即便是這種情況下充電樁依然存在嚴重的分布不均的問題依然得不到解決，導致充電效率無法得到提升，不僅為用戶帶來不便，還會導致較為嚴重的資源浪費現象。

3.4 費用偏高

之所以許多用戶選擇使用新能源汽車，是因為新能源汽車相比燃油汽車價格更加低廉，可以節省車輛使用成本。然而現實情況是，新能源汽車充電的費用普遍偏高，且充電樁分布不均會進一步增加車輛使用成本，結果導致新能源汽車的成本消耗大于燃油汽車。部分城市中心地區的充電樁的充電價格會普遍偏高，且車輛在進行充電時還會收取相應的停車費，綜合計算車輛的充電成本超出預算范圍。

3.5 充電速度

我國的新能源汽車發展尚處于初級階段，新能源汽車充電樁企業數量極其有限，由此導致新能源汽車充電市場處于壟斷狀態。充電樁企業數量稀少，且競爭激烈程度日益增加，而汽車充電樁的行業性質決定了低盈利水平，這就使得各充電樁企業搶占市場份額的現象更加顯著，這對于新能源汽車充電行業而言極為不利。

事實上新能源汽車充電難的問題都是技術競爭的結果，不同企業所研制的充電樁使用的技術水平不同，因而給用戶帶來的實際體驗不同。根據許多新能源汽車用戶反映，不同企業的充電樁最顯著的技術差異就在于充電速度不同。充電速度不僅關系到用戶的時間使用成本，還關系到對車輛的養護效果，過快或過慢的充電速度都會對車輛電池造成直接影響。

4 新能源汽車充電樁優化措施

4.1 提升充電樁質量

4.1.1 充電樁控制系統的硬件設計與器件選型

新能源汽車充電樁優化的關鍵在于提升充電樁的質量，因此需要對新能源汽車充電樁控制系統硬件與器件進行合理的設計與選型。

①計費控制單元：

在新能源汽車充電樁控制系統當中，計費控制單元是重要組成部，在控制新能源汽車充電樁正常運行的基礎上，還需要確保充電樁信息采集的準確性。

高性能、高質量的計費控制硬件是制造高質量充電樁的關鍵，經不斷實踐研究表明，在充電樁計費控制硬件中使用高性能 DSP 芯片TMS320F28335可以達到對數據高效分析處理的效果。[4]在選定芯片的基礎上，在芯片外部配備MAX3232和MAX3485實現信息顯示與通信，另外配備W5500和HR911105A 接口設計充電樁以太網模塊。圖1所示為計費控制單元硬件結構。

②充電設備控制器：

充電設備控制器的作用多樣，包括與計費控制單元的通訊、數字出入量的檢測。優化后的充電設備控制器配備3個CAN總線通信接口，3個接口的功能各不相同，分別負責與充電模塊的通信、與正在充電車輛的BMS1和BMS2通信。在與充電車輛BMS1 和BMS2 通信的過程中實現了信息交互，由此充電樁獲知充電車輛需要的充電參數，再由CAN向充電模塊傳遞，調整完成后由充電模塊直接輸出。

與此同時充電樁的充電控制器配有2路 RS485接口，2路RS485接口分別負責不同的功能：其中一條2路RS485接口主要負責向計費控制系統傳送充電參數，隨后接收由計費控制單元發出控制指令；剩余一路 RS485 接口直接與交直流絕緣監測模塊實現通信，由此實現對絕緣檢測模塊絕緣電阻值的讀取與判斷，從而判斷新能源汽車的絕緣性能，由此制定異常情況下的應急預案。圖2所示為充電設備控制器硬件結構。[5]

4.1.2 強化充電樁機體保護

為了防止外界因素對公共充電樁造成的損壞，需要采取一定的措施強化對充電樁機體的保護。充電樁可以效仿加油站的方式，在充電柱上方搭設涼棚，從而防止充電樁受到外力而出現損壞，避免安全事故的發生。

4.2 擴大充電樁建設規模

擴大充電樁需要避免盲目性，擴建之前需要對新能源汽車用戶的需求進行分析，在此基礎上確保充電樁的合理分布。停車場、居民區是充電樁重點建設的主要區域。并且要大力宣傳、鼓勵充電樁建設，通過提供技術幫助、簡化審批手續等方式讓更多的組織申請充電樁建設。

“十四五”規劃中明確指出要完成至少1000萬座充電樁建設，因此各地區可以選擇結合新能源汽車用戶調查結果的基礎上，更進一步精確選擇充電樁建設區域，在提升用戶使用便捷性的同時還提升了充電樁服務的精準性，使更多的新能源汽車用戶的充電需求得到滿足。

4.3 優惠充電費用

現階段充電樁的主要付款方式為掃碼支付，但是許多系能源汽車用戶不僅需要支付充電費，還需要支付停車費，這使得許多用戶對充電樁使用價格極為不滿。為了緩解新能源汽車用戶的充電費用負擔，國家針對充電樁使用費用出臺了針對性政策，將全國范圍內的新能源汽車充電費用控制在合理的區間，且取消所有的不合理收費，如停車費、附加服務費等。

部分地區由于情況特殊，并不能一律取消除充電費意外的所有費用，這些地區可以制定更加合理的收費制度，如1小時內免費停車、3小時內七折停車、附加服務費自愿等，地方政府也可以予以充電站適當的補貼，從而讓充電站為用于推出更大的收費優惠力度，提升用戶滿意度。

4.4 統一充電樁充電速度

標準的直流充電樁充電速度為1min/4km，大部分新能源汽車的續航里程為300km，因此一臺標準的直流充電柱充滿一臺300km新能源汽車需要持續1h，如果使用慢速充電樁，充滿一臺300km新能源汽車需要花費7-8h，很多情況下用戶沒有自主選擇充電樁速度的條件，因此統一充電樁的充電速度對于提升用戶體驗具有重要意義。

對于現有的充電樁進行改造，就是將所有的慢速充電樁統一改為快速充電。從技術層面出發需要為慢速充電樁更換充電配件，這種改造方式具有較高的施工成本。因此從全局的角度出發決定將所有的充電樁一律改為標準充電樁，這樣可以緩解大量的快速充電樁對電網造成的沖擊，同時平穩的標準充電更有助于新能源汽車的保養。

4.5 充電樁信息線上發布管理

互聯網時代下信息流通速度倍增，為了減少廣大新能源汽車用戶尋找充電樁時存在的麻煩，充電樁企業可以在公眾號上發布充電樁信息，包括充電樁的狀態、位置，讓用戶不在處于被動地位，而是可以結合自身實際情況主動選擇充電樁，而為了確保充電樁信息發布的及時性與有效性，充電樁企業要積極接受社會監督，采納用戶提供的建議。通過公眾號發布充電樁信息，相比過去用戶尋找充電樁，為廣大新能源汽車用戶帶來極大的便利性，同時線上發布充電樁信息也有助于市政對充電樁的統一管理，也有助于充電樁企業對充電樁的維護。

5 結語

新能源汽車相比燃油汽車具有更高的環保意義，許多用戶考慮到充電比燃油價格更低，因此選擇使用新能源汽車。而實際上由于充電樁存在的諸多問題，導致新能源汽車后續使用過程中存在諸多麻煩，其中不同企業充電樁的收費、充電速度沒有為用戶帶來理想的體驗感。由此可見要推行新能源汽車大范圍普及，就需要確保充電樁的質量與有效性。充電樁的優化需要充分結合用戶的實際使用需求以及電網的狀況，從而確保充電樁分布、收費的合理性，減少用戶尋找充電樁時存在的麻煩，更是對我國新能源事業建設具有積極意義。

參考文獻：

[1]張渲，夏雯麗，姚瑤.“新基建+雙碳”下的新能源充電樁發展趨勢和應對策略[J].全國流通經濟，2022（05）：134-137.

[2]朱國海.西部城市新能源汽車充電樁建設現狀及建議[J].建設科技，2022（01）：89-91+96.

[3]陳湛清，金敏燕，王志威，姚朗泉，梁佩瑜.新能源汽車充電基礎設施建設現狀與發展問題研究——以湛江市為例[J].汽車實用技術，2021，46（20）：234-236.

[4]蔣慧敏，陳新，孟蜜蜜，項宇龍.常州新能源汽車充電樁建設及優化路徑研究[J].時代汽車，2021（16）：95-96.

[5]陳立新. 經濟全球化背景下新能源汽車發展的控制策略[C]//.華南教育信息化研究經驗交流會2021論文匯編（十三）.，2021：830-833.