引言

為了應(yīng)對氣候變化，我國提出“碳達峰、碳 中和”目標，其中電能替代是達到目標的途徑之 一，電動汽車的規(guī)模化應(yīng)用有助于雙碳目標的實現(xiàn)。然而，電動汽車的普及也帶來了新的挑戰(zhàn)，其中之一便是充電管理的優(yōu)化問題。無序充電不僅可能導致電網(wǎng)負荷高峰，影響電網(wǎng)穩(wěn)定，還可能增加充電成本，降低用戶體驗。因此，探索電動汽車有序充電優(yōu)化策略，對于推動電動汽車產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

1電動汽車充電現(xiàn)狀與挑戰(zhàn)

1.1 電動汽車充電現(xiàn)狀

充電價格與電費：

1）公共充電樁的電價不是固定不變的，而是根據(jù)不同的充電站和時間段有所差異。

2）白天通常是充電高峰期，因此電價相對較高；而在夜間（特別是晚上11點之后），電價會降至一天中的低點。

3）由于夜間電價較低，可能會出現(xiàn)充電站擁擠的情況，需要用戶合理規(guī)劃充電時間。

快充技術(shù)：

1）快速充電技術(shù)能夠在較短時間內(nèi)為電動汽車提供大量電量。

2）這種技術(shù)對于提高電動汽車的實用性至關(guān)重要，尤其是在長途旅行時。

1.2面臨的挑戰(zhàn)

充電速度與電池健康：

1）快速充電雖然縮短了等待時間，但可能會對電池的健康造成負面影響，導致電池壽命縮短和性能下降。

2）平衡充電速度和電池壽命成為快充技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵。

充電基礎(chǔ)設(shè)施：

1）隨著電動汽車數(shù)量的增加，現(xiàn)有的充電基礎(chǔ)設(shè)施難以滿足需求。

2）建設(shè)更多的快充站需要巨大的資金投入和政策支持，同時還需要合理分布充電網(wǎng)絡(luò)以提高用戶的便利性。

電網(wǎng)負荷：

1）大規(guī)模采用快充技術(shù)會對電網(wǎng)造成巨大壓力，特別是在高峰時段，如果大量電動汽車同時進行快速充電，可能會導致電網(wǎng)過載。

2）這個問題需要通過智能電網(wǎng)技術(shù)和需求響應(yīng)策略來緩解。

兼容性：

1）不同制造商的電動汽車和充電設(shè)備之間存在兼容性問題。

2）缺乏統(tǒng)一的標準和規(guī)范不僅給消費者帶來不便，也阻礙了充電網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)互通和規(guī)?；l(fā)展。

安全性：

1）快速充電過程中的熱量管理和電池管理系統(tǒng)安全性是不可忽視的問題。

2）任何技術(shù)上的疏忽都可能導致安全事故，威脅到用戶的生命財產(chǎn)安全。

充電樁運維與用戶體驗：

1）維護充電樁的正常運行是一項挑戰(zhàn)，需要定期的維護和檢修。

2）用戶體驗也是關(guān)鍵因素之一，包括充電站的可用性、充電速度以及支付系統(tǒng)的便捷性等。

分布不均：

充電樁的分布存在不均衡的現(xiàn)象，繁華商業(yè)區(qū)和住宅區(qū)的充電樁密度較高，而一些偏遠地區(qū)和交通不便的區(qū)域則缺乏足夠的充電設(shè)施。

家庭充電問題：

1）大約70%的電動汽車用戶依賴家庭充電樁進行充電。

2）居民區(qū)充電已經(jīng)成為制約電動汽車推廣普及的一個重要因素。

1.3應(yīng)對措施

政策支持：

1）政府應(yīng)提供政策支持，包括財政補貼、稅收減免等，以鼓勵建設(shè)更多的充電基礎(chǔ)設(shè)施。

2）制定統(tǒng)一標準和規(guī)范，促進充電設(shè)備之間的兼容。

技術(shù)創(chuàng)新：

1）推動電池技術(shù)的發(fā)展，提高電池的能量密度和循環(huán)壽命。

2）發(fā)展智能充電技術(shù)，比如智能電網(wǎng)、車輛到電網(wǎng)（V2G）技術(shù)等，以減輕電網(wǎng)負荷并提高充電效率。

市場機制：

1）建立合理的市場機制，鼓勵私營部門投資充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。

2）開發(fā)多樣化的商業(yè)模式，如共享充電、按需充電等，以滿足不同用戶的需求。

用戶教育：

1）加強對用戶的教育，提高他們對充電時間和地點的選擇意識，以避免高峰期的擁堵。

2）提供充電規(guī)劃工具和應(yīng)用程序，幫助用戶更好地規(guī)劃充電行程。

基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃：

統(tǒng)籌規(guī)劃充電基礎(chǔ)設(shè)施，確保充電站的分布更加合理，滿足不同地區(qū)和不同類型的用戶需求。

2有序充電的概念與意義

有序充電是指一種智能充電策略，旨在通過合理安排電動汽車（EV）的充電時間和充電功率，以減輕對電網(wǎng)的壓力，提高電網(wǎng)的利用率，并確保電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

2.1. 概念解釋

智能調(diào)度：有序充電利用智能電網(wǎng)技術(shù)，根據(jù)電網(wǎng)的實際負載情況，智能地調(diào)整電動汽車的充電時間和充電功率。

需求響應(yīng)：通過與電網(wǎng)運營商的協(xié)調(diào)，電動汽車用戶可以響應(yīng)電網(wǎng)的需求，例如在電網(wǎng)負荷較低時進行充電，而在高峰時段減少充電。

優(yōu)化資源配置：通過優(yōu)化充電時間，可以平衡電力供需，避免電網(wǎng)過載，同時提高可再生能源的利用效率。

2.2 意義

對用戶而言

降低成本：在非高峰時段充電可以享受更低的電價，從而降低用戶的充電成本。

提高便利性：通過智能調(diào)度，用戶可以預(yù)先設(shè)置充電時間，無需時刻關(guān)注充電狀態(tài)。

延長電池壽命：有序充電可以避免頻繁的快速充電，有助于保護電池，延長其使用壽命。

對電網(wǎng)而言

提高穩(wěn)定性：通過合理安排充電時間，可以避免電網(wǎng)過載，提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

優(yōu)化資源利用：有序充電可以充分利用電網(wǎng)的剩余容量，特別是在夜間或其他低負荷時段。

促進可再生能源消納：通過智能調(diào)度，可以在風能和太陽能等可再生能源發(fā)電較多的時候充電，提高這些清潔能源的利用率。

對社會而言

節(jié)能減排：有序充電可再生能源的使用率，降低溫室氣體排放。

推動技術(shù)進步：有序充電的發(fā)展促進了智能電網(wǎng)技術(shù)的進步，包括電池管理、負荷預(yù)測等方面的技術(shù)創(chuàng)新。

促進電動汽車普及：有序充電解決了電動汽車充電對電網(wǎng)帶來的挑戰(zhàn)，為電動汽車的大規(guī)模普及創(chuàng)造了有利條件。

3 技術(shù)實現(xiàn)

智能充電管理系統(tǒng)：利用智能軟件和硬件設(shè)備對電動汽車的充電過程進行管理。

雙向通信：通過雙向通信技術(shù)實現(xiàn)電動汽車與電網(wǎng)之間的信息交換，確保充電過程的順利進行。

需求側(cè)管理：電網(wǎng)運營商可以通過需求側(cè)管理策略，引導電動汽車用戶在合適的時間進行充電。

4有序充電優(yōu)化策略

時間段劃分與定價策略

峰谷電價：根據(jù)電網(wǎng)負荷的不同時間段，實施不同的電價策略。鼓勵用戶在低谷時段充電，減少高峰時段的負荷壓力。

動態(tài)電價：根據(jù)電網(wǎng)實時負荷情況動態(tài)調(diào)整電價，引導用戶在電價較低時充電。

需求響應(yīng)機制

智能調(diào)度：通過智能算法預(yù)測用戶充電需求，并據(jù)此調(diào)整充電計劃，確保充電行為與電網(wǎng)需求相匹配。

用戶參與：鼓勵用戶主動參與需求響應(yīng)計劃，通過提前或推遲充電時間來響應(yīng)電網(wǎng)的調(diào)度指令。

負荷預(yù)測與管理

負荷預(yù)測：利用歷史數(shù)據(jù)和機器學習算法預(yù)測未來的電網(wǎng)負荷情況，以便提前規(guī)劃充電策略。

負荷均衡：通過智能調(diào)度確保電網(wǎng)負荷均衡分布，避免局部過載。

能源管理系統(tǒng)（EMS）

優(yōu)化算法：采用先進的優(yōu)化算法（如遺傳算法、粒子群優(yōu)化等）來確定合適充電策略。

多目標優(yōu)化：考慮多個目標函數(shù)（如優(yōu)化總成本、可再生能源利用率等），以找到綜合優(yōu)解。

電動汽車與電網(wǎng)互動（V2G）

車輛到電網(wǎng)（Vehicle-to-Grid, V2G）：允許電動汽車在必要時向電網(wǎng)放電，以平衡電網(wǎng)負荷或參與調(diào)頻服務(wù)。

雙向能量流：支持電動汽車與電網(wǎng)之間的雙向能量交換，提高電網(wǎng)的靈活性。

智能充電設(shè)備

智能充電樁：配備有智能芯片的充電樁可以接收來自電網(wǎng)的調(diào)度指令，并據(jù)此調(diào)整充電功率。

遠程監(jiān)控與控制：通過無線通信技術(shù)實現(xiàn)對充電樁的遠程監(jiān)控與控制，確保充電過程的順利進行。

用戶參與激勵

獎勵機制：為響應(yīng)電網(wǎng)調(diào)度的用戶提供經(jīng)濟獎勵或積分獎勵。

個性化服務(wù)：可根據(jù)用戶的用電習慣和偏好提供個性化的充電建議和服務(wù)。

多元化充電模式

家庭充電：鼓勵用戶在家中使用家庭充電樁進行充電，尤其是在夜間低谷時段。

公共充電：合理布局公共充電設(shè)施，并通過智能調(diào)度減少高峰時段的負荷。

能源存儲技術(shù)

儲能系統(tǒng)：利用電池儲能系統(tǒng)存儲過剩的可再生能源，以備高峰時段使用。

混合儲能：結(jié)合不同類型的儲能技術(shù)（如鋰離子電池、超級電容器等），提高儲能系統(tǒng)的靈活性和經(jīng)濟性。

政策與市場機制

政策支持：政府可以通過財政補貼、稅收減免等方式鼓勵用戶參與有序充電。

市場機制：建立完善的市場機制，包括碳交易市場、輔助服務(wù)市場等，以促進有序充電的發(fā)展。

5安科瑞充電樁收費運營云平臺

5.1概述

安科瑞AcrelCloud-9000充電柱收費運營云平臺系統(tǒng)運用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實現(xiàn)與接入系統(tǒng)的電動自行車充電站的無縫連接，持續(xù)進行數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控。該系統(tǒng)能夠?qū)崟r監(jiān)控充電樁的運行狀態(tài)，并提供充電、支付管理、交易結(jié)算、資產(chǎn)管理、電能管理以及明細查詢等功能。此外，系統(tǒng)還具備對充電樁超溫保護、漏電保護、輸入/輸出過壓、欠壓保護、絕緣低等各類故障的預(yù)警功能。充電樁可通過以太網(wǎng)、4G或WIFI等方式接入平臺，用戶可通過微信、支付寶或云閃付進行掃碼充電。

5.2應(yīng)用場所

適用于建筑企業(yè)、居民小區(qū)、商業(yè)綜合體、學校、園區(qū)等場合。

5.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1）涵蓋了數(shù)據(jù)采集層、網(wǎng)絡(luò)傳輸層、數(shù)據(jù)層以及客戶端層。

2）數(shù)據(jù)采集層：以標準的modbus-rtu通訊協(xié)議為基準，智能充電樁負責采集充電回路的電力數(shù)據(jù)，并執(zhí)行電能計量和保護功能。

3）網(wǎng)絡(luò)傳輸層：利用4G網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳輸至已搭建的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。

4）數(shù)據(jù)層：由應(yīng)用服務(wù)器和數(shù)據(jù)服務(wù)器組成，應(yīng)用服務(wù)器負責部署數(shù)據(jù)采集服務(wù)和WEB網(wǎng)站，而數(shù)據(jù)服務(wù)器則負責部署實時數(shù)據(jù)庫、歷史數(shù)據(jù)庫和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫。

5）客戶端層：系統(tǒng)管理員能夠通過瀏覽器訪問電瓶車充電樁收費平臺。終端充電用戶可通過刷卡或掃碼的方式啟動充電過程。

5.4安科瑞充電樁云平臺系統(tǒng)功能

智能化大屏

通過智能化大屏幕，可直觀展示站點的分布情況，并對設(shè)備狀態(tài)、使用率、充電次數(shù)、充電時長、充電金額、充電度數(shù)以及充電樁故障等數(shù)據(jù)進行詳盡的統(tǒng)計和展示。此外，用戶能夠輕松查看每個站點的詳細信息，包括充電樁列表、充電記錄、收益情況、能耗數(shù)據(jù)以及故障記錄等。通過統(tǒng)一管理小區(qū)內(nèi)的充電樁，我們可以監(jiān)控設(shè)備使用率，并據(jù)此合理地分配資源。

實時監(jiān)控

實時監(jiān)控充電設(shè)施的運行狀況，涵蓋諸多關(guān)鍵指標，如充電樁的運行狀態(tài)、電路回路狀態(tài)、充電過程中的電量消耗、充電電壓與電流值，以及充電樁的告警信息等。

交易管理

平臺管理人員負責管理充電用戶的賬戶，執(zhí)行充值、退款、凍結(jié)及注銷等操作，并能夠查看小區(qū)用戶每日充電交易的詳細信息。

故障管理

設(shè)備能夠自動報告故障信息，平臺的管理人員能夠通過平臺查看這些信息，并進行任務(wù)的分派處理。同時，運維人員可以通過運維APP接收故障通知，并在完成運維工作后，將處理結(jié)果反饋。此外，充電用戶也可以通過充電小程序上報現(xiàn)場遇到的問題。

統(tǒng)計分析

通過系統(tǒng)平臺，用戶可以從多個角度查詢充電交易統(tǒng)計信息和能耗統(tǒng)計信息，包括但不限于充電站點、充電設(shè)施、充電時間以及充電方式。

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理

在平臺上創(chuàng)建運營商賬戶后，運營商可管理其運營所需的站點和充電設(shè)施。此外，他們還可以維護充電樁的信息、價格策略、折扣以及優(yōu)惠活動。同時，運營商還具備管理在線卡用戶充值、凍結(jié)和解綁的功能。

運維APP

專為運維人員設(shè)計，本系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對站點和充電樁的有效管理。它具備故障閉環(huán)處理功能，允許用戶查詢流量卡的使用狀態(tài)以及充電和充值詳情。此外，系統(tǒng)支持遠程參數(shù)配置，并能接收故障相關(guān)的推送通知。

充電小程序

專為充電用戶設(shè)計，用戶可輕松查看周邊空閑的充電設(shè)備。主要功能包括掃碼充電、賬戶充值、充電卡綁定、交易查詢以及故障申訴等。

5結(jié)語

電動汽車有序充電優(yōu)化策略是實現(xiàn)電動汽車產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵一環(huán)。通過智能調(diào)度算法的應(yīng)用、激勵機制的建設(shè)以及充電設(shè)施的合理規(guī)劃與管理，我們可以有效應(yīng)對電動汽車充電帶來的挑戰(zhàn)，推動電動汽車產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。讓我們攜手共進，為綠色出行貢獻智慧和力量！