充电桩--充电桩智能化发展趋势

聚焦光伏产业、深耕储能市场、探究充电技术

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一、背景介绍

国家提出“新基建”以来，充电基础设施产业跃入人们的视线成为热门话题。充电基础设施作为充电网、车联网、能源网和物联网的连接器，不仅仅连接了充电网络和电动汽车，打通了物理世界与数字世界，还强力推动着交通变革和能源变革。随着海量资本、前沿技术纷纷涌入，充电基础设施在保持快速增长的同时也正在进入变革期，将重构产业的生态场景，一方面，它迎来空前繁荣、焕发出新的生机；另一方面，也面临着前所未有的市场竞争和淘汰。我们有理由相信，万亿级充电基础设施产业正迎来发展的黄金时代。

1、充电桩当前挑战

“里程焦虑”、“充电焦虑”、“电池焦虑”、“安全焦虑”是阻碍新能源电动汽车发展的主要障碍，而这些问题都与充电基础设施息息相关，充电桩及充电场站的部署规模和速度已经成为影响电动汽车发展的主要因素。

电动汽车充电基础设施发展所面临的挑战主要集中在四个方面：充电桩运维、充电安全、用户体验和桩网协同。

充电桩运维：充电桩离线率高，人工运维效率低。

充电安全：充电安全事故时有发生，无有效监测和预防手段。

用户体验：无统一平台，操作复杂，燃油车占位等问题突出。

桩网协同：无序充电限制充电桩规模接入电网。

2、系统构架

采用“云、管、边、端”的整体系统架构建设充电基础设施体系，通过“测、传、管、控”四类方法形成信息采集、边缘处理、云端一体化价值判断和挖掘体系，以智慧为能源流保驾护航，促进充电基础设施与海量智能体全息链接，汇聚无界数字生态

二、充电桩智慧化

1、新基建充电桩

在数字新基建下，电动汽车充电桩有了新的内涵，新基建充电桩是以5G、AI（Artificial Intelligence，人工智能）、物联网、云计算、大数据等信息化技术为基础，具备数字化、智能化等特征的新型充电基础设施。在数字新基建的浪潮推动下，将形成超万亿级的充电基础设施建设市场

2、智慧充电

随着云计算、大数据、物联网、人工智能等新技术与电动汽车充电、能源交易和平衡的深度融合，电动汽车充电基础设施向着绿色、无线、智能、自动驾驶逐步演进。根据新技术与充电基础设施的融合、应用情况，从技术发展的角度将智慧充电分成四个代际：L1电气化、L2数字化、L3智能化、L4自动驾驶，并从运维、安全、支付体验、桩网协同四个维度介绍每个代际，如图所示，以便于电动汽车充电基础设施运营商评估、规划未来技术发展方向和路径。

当前国内主流平台通过云计算、大数据、物联网等技术，已初步实现了业务上云、互联互通、刷卡支付等 L1电气化功能，TOP级平台已逐步向L2数字化演进。随着5G提供大带宽低时延网络，云端和边缘侧AI算力不断提升，算法逐步丰富以及区块链等新技术的发展，将逐步引领电动汽车充电基础设施向智慧充电L3智能化发展

三、功能介绍

1、远程监控

远程监控功能实现配电房（含分布式光伏/储能系统）、充电桩、充电场站的远程监控、管理和升级。它主要依赖统一的物联网平台和边缘计算容器技术实现。物联网平台的数据接入功能实现多种数据的统一接入、按需存储、灵活分发；物联网平台的管理功能，通过与采用容器技术的智能边缘计算物联网关、充电桩智能控制器，实现边缘侧设备的集中管理、远程升级。由于采用了容器技术，实现智能边缘计算物联网关和充电桩智能控制器中的相关应用与底层操作系统解耦，管理平台能够在智能边缘计算物联网关或充电桩智能控制器应用程序死机的情况下，直接对接设备操作系统管理接口，因此保障了管理通道能够常在线，软件故障可以通过远程重启、升级进行恢复

2、有序充电

3、智慧充电

从运维、安全、支付体验、桩网协同维度来讲，对应的特征分别为智能评估、故障研判、无感支付、双向互动，

智能评估通过对充电场站内多个系统的数据采集和数据融合，构建充电桩健康度评估、充电场站评估模型，对充电桩和充电场站的运维管理进行主动分析、发现异常、主动告警

4、智能Al管理

通过AI技术的大规模应用，实现充电网与能源网的深度融合，实现充电设施运营的无人化，实现充电安全风险的智能预测。其主要功能包括

（1）智能排障

利用AI实现故障快速定位定界，通过模块化、智能化，软件定义充电桩功能的设计理念，实现 90%以上的故障能够远程处理、自动恢复。

（2）智能预警

通过大规模应用AI技术，实现充电桩故障建模、智能预警，信息安全智能感知，AI主动防御。

（3）车桩交易

面向未来的自动驾驶需求，车与充电基础设施将实现无线充电，并通过物与物数字货币直接交易，即使车与充电基础设施离线状态下，也能完成支付并充电。充电将无需人的参与。

（3）全网互动

电动汽车充电基础设施作为车联网和能源网实现能源、信息、业务的双向流动。通过V2G的不断演进，将在实现能源的灵活交易，促进清洁能源消纳，提升电网运行稳定性等方面发挥重要作用。

四、智慧充电桩方案

1、智慧充电桩物联网方案架构

（1）云端

物联网平台具备广泛协议接入能力，通过构建桩、车、储能等物模型，为各类设备提供接入和管理的功能，支持即插即用。同时提供基于规则引擎的北向开放接口，支撑行业客户灵活扩展、升级充电服务业务和各类增值服务业务。

（2）管道

接入层采用Wi-Fi6、HPLC、以太网等有线无线通信技术，满足充电场站各类终端高可靠、低延时通信的接入需求。回传层采用5G无线回传网络或Internet专线回传网络，为充电场站远程智能化管理提供高可靠、大带宽的网络通道，保障业务的实时性和良好的用户体验。

（3）边缘

边缘侧网关基于硬件平台化、软件APP化的设计理念，针对充电网与能源网智能互动、业务灵活扩展、系统持续演进等需求，实现网关功能软件定义。同时，智能边缘计算物联网关可与高性能边缘AI模块协同，实现充电桩远程运维、充电场站智能化管理、负荷预测、故障智能分析功能。

（4）终端

采用多容器技术设计的充电桩智能控制器，实现了底层操作系统与容器中应用软件解耦，容器中应用软件资源可配置，应用软件造成的软件故障不会影响到底层操作系统安全运行。同时容器之间也可实现故障隔离，大幅提升充电桩在线率。由于管理通道直接管理底层操作系统，云端管理平台能够在充电桩智能控制器应用程序死机的情况下，对容器和容器内的应用进行远程停止、重启、升级等操作，保障管理通道能够常在线