深度解析：電力電子技術在新能源汽車充電基礎設施中的前沿應用

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(wǎng)的互聯(lián)技術、變頻調(diào)節(jié)技術，探討實現(xiàn)充電樁的智能化控制和管理模式，實現(xiàn)充電樁與電網(wǎng)之間的數(shù)據(jù)交換和能源協(xié)調(diào)。

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(huán)境保護意識的增強和新能源汽車市場的快速發(fā)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(shù)量的增加，充電樁所面臨的挑戰(zhàn)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(fā)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(xiàn)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(yōu)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(fā)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(wǎng)絡的重要環(huán)節(jié)，具有智能控制、互聯(lián)技術和變頻調(diào)節(jié)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(fā)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(nèi)部的電力電子裝置，將電網(wǎng)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(tǒng)，確保充電過

程中不會發(fā)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(jiān)測和保護功能，以確保充電過程穩(wěn)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(xiàn)充電樁與電網(wǎng)的互聯(lián)，以便實現(xiàn)電能計量、充電調(diào)度和遠程監(jiān)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(wǎng)的穩(wěn)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(shù)各異，充電樁需要具備相應的電壓變換、充電模式調(diào)節(jié)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(wǎng)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(nèi)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(nèi)部電力電子裝置中使用的一種技術，通過該技術可以實現(xiàn)電網(wǎng)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(jié)約電能成本，同時也減少了對電網(wǎng)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(yōu)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(jù)充電樁的功率需求、輸入輸出電壓等參數(shù)進行適當?shù)脑O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(shù)進行實時監(jiān)測和調(diào)控，以保證充電樁工作在安全穩(wěn)定的狀態(tài)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(chǎn)業(yè)的發(fā)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(wǎng)的互聯(lián)技術以及變頻調(diào)節(jié)技術。這些技術的應用能夠提升充電樁的智能化程度、實現(xiàn)充電樁與電網(wǎng)的無縫銜接，并通過變頻調(diào)節(jié)技術優(yōu)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?qū)崿F(xiàn)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(xiàn)與用戶智能設備的互通，實時監(jiān)測和控制充電樁的工作狀態(tài)，提供智能化的充電服務。智能控制技術可以通過優(yōu)化充電策略、實施動態(tài)電價調(diào)節(jié)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(xiàn)充電樁的遠程監(jiān)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(wǎng)的互聯(lián)技術。充電樁與電網(wǎng)的互聯(lián)技術是指將充電樁與電網(wǎng)進行連接和互聯(lián)的一種技術。通過充電樁與電網(wǎng)的互聯(lián)，可以實現(xiàn)對充電樁的遠程監(jiān)控和管理，實時獲取充電樁的工作狀態(tài)和能耗情況。同時，互聯(lián)技術還可以實現(xiàn)充電樁與電網(wǎng)之間的數(shù)據(jù)傳輸和信息交換，以支持電網(wǎng)調(diào)度、電能管理以及實現(xiàn)智能充電策略的執(zhí)行。充電樁與電網(wǎng)的互聯(lián)技術還可以實現(xiàn)對充電樁的故障監(jiān)測和預警，提高充電設備的運行安全性和可靠性。

變頻調(diào)節(jié)技術。變頻調(diào)節(jié)技術是指在充電樁中采用的一種能夠?qū)崿F(xiàn)電力電子轉換器中輸出電壓和頻率調(diào)節(jié)的技術。通過變頻調(diào)節(jié)技術，可以根據(jù)電池電壓、充電速度需求等參數(shù)，調(diào)節(jié)充電樁中電力電子裝置輸出的電壓和頻率。這樣可以實現(xiàn)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(zhì)量。變頻調(diào)節(jié)技術還可以實現(xiàn)對電力電子裝置的功率因數(shù)進行調(diào)節(jié)，減少諧波和電網(wǎng)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(wǎng)的互聯(lián)技術和變頻調(diào)節(jié)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(xiàn)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?qū)崿F(xiàn)充電樁與電網(wǎng)之間的數(shù)據(jù)交換和能源協(xié)調(diào)，促進新能源汽車充電產(chǎn)業(yè)的發(fā)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(tǒng)通過物聯(lián)網(wǎng)技術對接入系統(tǒng)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(shù)據(jù)采集和監(jiān)控，實時監(jiān)控充電樁運行狀態(tài)，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(wǎng)、4G或WIFI等方式接入互聯(lián)網(wǎng)，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(yè)建筑、居住小區(qū)、實業(yè)單位、商業(yè)綜合體、學校、園區(qū)等充電樁模式的充電基礎設施設計。

4.3系統(tǒng)結構

4.3.1系統(tǒng)分為四層：

1）即數(shù)據(jù)采集層、網(wǎng)絡傳輸層、數(shù)據(jù)層和客戶端層。

2）數(shù)據(jù)采集層：包括電瓶車智能充電樁通訊協(xié)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(shù)，并進行電能計量和保護。

3）網(wǎng)絡傳輸層：通過4G網(wǎng)絡將數(shù)據(jù)上傳至搭建好的數(shù)據(jù)庫服務器。

4）數(shù)據(jù)層：包含應用服務器和數(shù)據(jù)服務器，應用服務器部署數(shù)據(jù)采集服務、WEB網(wǎng)站，數(shù)據(jù)服務器部署實時數(shù)據(jù)庫、歷史數(shù)據(jù)庫、基礎數(shù)據(jù)庫。

5）應客戶端層：系統(tǒng)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(qū)充電平臺功能主要涵蓋充電設施智能化大屏、實時監(jiān)控、交易管理、故障管理、統(tǒng)計分析、基礎數(shù)據(jù)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(tǒng)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(tài)、設備使用率、充電次數(shù)、充電時長、充電金額、充電度數(shù)、充電樁故障等進行統(tǒng)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(tǒng)一管理小區(qū)充電樁，查看設備使用率，合理分配資源。

4.4.2實時監(jiān)控

實時監(jiān)視充電設施運行狀況，主要包括充電樁運行狀態(tài)、回路狀態(tài)、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(qū)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(fā)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(xiàn)場問題。

4.4.5統(tǒng)計分析

通過系統(tǒng)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(tǒng)計信息、能耗統(tǒng)計信息等。

4.4.6基礎數(shù)據(jù)管理

在系統(tǒng)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(yōu)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(huán)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(shù)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(tǒng)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(wǎng)的互聯(lián)技術以及變頻調(diào)節(jié)技術的應用，可以優(yōu)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(fā)展和推廣具有重要意義。

參考文獻

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