闫利 武鸿斌 付亚宣 李源 章忠磊
河南九域腾龙信息工程有限公司，河南省郑州市
摘 要：近些年国家大力倡导低碳环保节能理念，各行业也都积极响应这一号召，汽车行业同样也不例外，大力研发电动汽车，随着充电桩建设数量持续不断增多，充电桩实现了对通信技术和充电基础设施的有机融合。通过对现代化科学技术的合理运用，可以有效提升充电基础设施的利用率。本文就基于物联网技术的充电设备安全设计、电动汽车的智慧充电及场站的智慧管理进行简要论述。
关键词：物联网技术；智慧；充电场站
引 言
电动汽车的充电桩多数安装在一些公共停车场、商场附近、汽车站点或者是大型居民小区停车场内，并根据不同电压等级为不同型号汽车提供相应的充电设备，从而为居民电动汽车提供便捷的充电服务。而集中式充电场站则可以为电动汽车提供更加专业快速的充电服务，提升用户的充电体验。近些年随着新能源电动汽车的不断普及，再加上电动汽车自身特性，集中式充电场站成为广大车主和运营车辆的首选充电场所。这种充电场站不仅可以白天对缺电车辆进行快速补电，而且夜间还可以为停放车辆充电。
根据以往经验总结，充电场站建好并经过一段时间运营之后，部分充电设备就会出现损坏、零部件老化或者充电效率降低的现象，而充电场站中往往存在较大的人流量和车流量，特别是高温的夏季很容易引发一定的安全事故，不仅造成巨大的经济损失，而且还会严重威胁人们的生命安全。由此可以看出，传统充电场站运营过程存在的两大问题：一个是用户的充电体验；另一个是充电设备的安全可靠性[1]。
在此背景下就要求研发更加智能化的智慧充电场站，为用户提供更加安全可靠的智慧充电服务，同时提高充电设施的利用率和行业的经济收益。利用物联网技术对充电场站进行动态化监控，针对异常充电设备进行事前预警，从而为充电场站的安全运营提供保障。
1 充电设备的安全设计
经过研究发现，充电场站中最容易出现故障的器件就是充电设备，故障主要集中在充电模块和充电枪线。充电模块是充电设备中最为重要的一个电气器件，同时也是保证充电场站正常运营的一个关键性要素，和充电设备的运行效率及运行过程的安全性密切关联。充电枪线则是电动汽车—人—充电桩三者的结合点，同时也是充电设备故障最为常见的一个发生点，导致故障发生一个重要原因为：首先，用户充电完成之后经常存在不及时归位现象，导致充电枪线被碾压和磨损，从而影响充电枪线使用过程的安全性，而且大幅度缩短了枪线的使用寿命。其次，由于电动汽车充电是一个高压电能输出的过程，若充电枪线因为发热发烫而失控，势必会给充电车辆造成一定的损伤。
物联网技术在充电场站中的融入就可以有效避免上述情况的发生，采取平滑式充电枪温管理和自动归位检测模式，提出了对充电模块运行环境的保护理念。下面就基于物联网技术的充电枪线管理和充电模块保护进行进一步详述。
1.1 充电枪线管理
1）平滑式充电枪温管理。基于物联网技术的平滑式充电枪温保护模式，是根据电网供电能力、车端充电需求和充电设备状态进行综合演算之后提出的一种保护措施。在温度保护之前，线性平滑降低充电枪输出功率，同时最大程度保证汽车充电效果。和以往传统的阶梯式保护模式相比较而言，有效规避了电流骤升骤降对充电设备所造成的损伤。实践证明，即使处于高温的夏季，在保证充电安全的同时，充电效率还可以提升大约30%[2]。2）充电枪线归位检测。物联网技术的融入，可以通过压力传感实现对充电枪线的归位检测，若枪线没有归位则会发出现场或远程警报，进一步精确到具体的用户和场站，从而及时纠正和规范场站充电行为，保证了充电枪线的安全使用。
1.2 充电模块保护
1）温度管理。
基于物联网技术对充电设备柜内系统实施主动式保护模式，结合充电桩内关键器件运行特性曲线和传统充电模块保护方式，做好充电模块器件处于极限状态下各类运行风险规避措施，在温度达到极限值之前就将充电模块及时切断，这样可以有效延长充电模块使用年限，同时保证了整体充电场站的安全运行。2）湿度管理。将以往的百叶式风道改为迷宫式样，从而更好地抑制水雾进入充电桩内部，在保证进风面积前提之下，可以降低水雾进入量，为充电模块提供良好的运行环境。
2 充电场站的智慧配电
电能作为充电场站中最为关键的一项内容，要求实现配电系统的智慧供配电，配电系统在为电动汽车提供所需电能的同时，保证了整个充电场站的正常运行。
基于物联网技术的智慧充电场站，可以提供更加安全、智能化且高效的充电配电服务。比如，低压部分多采用MNS3.0柜型和MDmaxST柜型，中压部分则多采用Unigear550中置柜和SafeRing环网柜。通过对ABB AbilityTM技术的引入和运用可以进一步提升充电场站配电系统的智能化水平，组建统一化的数字配电监控平台，为安全用电和移动运维工作的顺利实施提供保障。具体实施过程为：利用物联网技术对多个站点进行同步监测[3]，进一步实现对设备充电隐患的快速准确定位，细化用电成本管控，预测性维护主要配电设备，保证了充电过程的连续性和可靠性。当充电设备出现异常时可以第一时间向运维人员发出报警提醒，有效提高了设备运检的及时性。
3 充电场站的智慧运营
充电场站的有序运营需要做到电动汽车—人—充电桩之间的相互有机融合，这就要求不仅要做到对车辆和充电设备的超前和实时管理，与此同时还要不断提升充电设备运维的便利性和用户的充电体验感，这就对充电场站的信息化和智能化水平提出了更高的要求。同时还需要解决充电场站无人值守问题，不断增加场站运营营收。
3.1 远程诊断及升级
随着电动汽车行业的快速发展，充电技术也在不断优化和升级，物联网技术的融入可以不更换硬件，只升级软件实现对现有资产价值的增加，将既有投资的利用率发挥到最大。除此之外，目前我国市面上绝大多数充电设备的故障警告都存在故障定位不清晰现象，需要工作人员频繁到各充电场站进行巡视，大大增加了人工成本，也存在较大的人员操作风险。
3.2 预测性维护
充电设备使用一段时间后就需要实施必要的维护和保养，尤其是充电场站当中的充电设备，由于长期暴露在户外，且一直处于高负载运行状态，所以更容易出现各类故障。
物联网技术的融入，实现了对充电枪实时温度、充电枪累计插拔次数、枪锁状态、风扇运行时间及模块累计运行时间等数据的远程查看，从而为设备维护工作提供了真实可靠的依据，大大降低了设备运行风险。
3.3 有序充电
随着电动汽车充电需求的持续增加，充电用电高峰在空间和时间上都对现有配电网络提出了更大的挑战。为了实现对电能资源的合理利用，充电场站有序充电这一概念应运而生。及在保证电动汽车充电实际需求基础之上，通过相关技术的引导对电动汽车充电过程进行有效控制，做到对电网负荷曲线的削峰填谷，减少了发电装机容量建设，保证了电动汽车与电网的协调互动发展。物联网充电管理平台还可以充分结合充电场站和家庭多能场景，科学合理规划充电需求，智能化计算电价，体现用电的公平性。
结束语
总而言之，基于物联网技术的智慧充电场站，在实际运营过程中不仅可以为电动汽车提供其所需电能，同时还有效提升了用户的体验感，为我国未来可持续交通体系的构建与发展奠定了坚实的基础保障。
参考文献
[1]刘婉兵.电动汽车实时充电需求对配电网运行的影响分析[D].华中科技大学，2019.
[2]朱银昕.电动汽车充电站计量检定装置在线核查研究[D].湖南大学，2019.
[3]安乐.基于最大供电能力的某市电动汽车充电站规划研究[D].华北电力大学，2018.