充電樁是電動力充電站，外形猶如停車計時秒表一般。一個充電樁可同時為兩輛汽車充電，從沒電到充滿的充電時間為6至8小時。充電樁能實現(xiàn)計時、計電度、計金額充電，可以作為市民購電終端。同時為提高公共充電樁的效率和實用性，今后將陸續(xù)增加一樁多充和為電動自行車充電的功能。
發(fā)展歷程
截至目前，我國電動汽車充電站大多局限于電動公交汽車或內(nèi)部集團用車，還沒有建成真正面向不同用戶的充電站服務(wù)網(wǎng)絡(luò)。已經(jīng)建成或在建的比較有代表性的充電站有如下內(nèi)容。2006 年，比亞迪在深圳總部建成深圳首個電動汽車充電站。
2008 年，北京市奧運會期間建設(shè)了國內(nèi)第一個集中式充電站，可滿足50 輛純電動大巴車的動力電池充電需求。
2009 年10月，上海市電力公司投資建成上海漕溪電動汽車充電站，是國內(nèi)第一座具有商業(yè)運營功能的電動汽車充電站。2009 年底，北京首科集團在健翔橋建設(shè)完成了國內(nèi)第一個包含完整智能微網(wǎng)的北京純電動乘用車示范充電站。
2009 年12 月31 日，南方電網(wǎng)投產(chǎn)的首批電動汽車充電站( 樁)在深圳建成投運，建設(shè)規(guī)模為2個充電站、134 個充電樁。
2010 年3月31日，國家電網(wǎng)公司唐山南湖充電站建成投運，是我國首座國家電網(wǎng)典型設(shè)計充電站，可同時為10臺電動汽車按快充和慢充兩種方式進行充電作業(yè) 。
種類
充電樁可分為直流充電樁、交流充電樁和交直流一體充電樁。
建設(shè)要求
作為電網(wǎng)配用電側(cè)的電動汽車充電樁，其結(jié)構(gòu)的特殊性決定了自動化通信系統(tǒng)的特點是被測點多且分散、覆蓋面廣、通信距離短。并且隨著城市的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)拓撲要求具有靈活性和擴展性的結(jié)構(gòu)，因此，電動汽車充電樁通信方式的選擇應(yīng)考慮如下問題：
(1) 通信的可靠性—通信系統(tǒng)要長期經(jīng)受惡劣環(huán)境和較強的電磁干擾或噪音干擾的考驗，并保持通信的暢通。
(2) 建設(shè)費用—在滿足可靠性的前提下，綜合考慮建設(shè)費用及長期使用和維護的費用。
(3) 雙向通信—不僅能實現(xiàn)信息量的上傳，還要實現(xiàn)控制量的下達。
(4) 多業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)傳輸速率—隨著以后終端業(yè)務(wù)量的不斷增長，主站到子站、子站到終端之間通信對實現(xiàn)多業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)傳輸速率要求越來越高。
(5) 通信的靈活性和可擴展性——由于充電樁具有控制點面多、面廣和分散的特點，要求采用標準的通信協(xié)議，隨著"ALLIP"網(wǎng)絡(luò)技術(shù)趨勢的發(fā)展以及電力運營業(yè)務(wù)的不斷增長，需要考慮基于IP的業(yè)務(wù)承載，同時要求便于安裝施工、調(diào)試、運行、維護。
通信方式
電動汽車充電樁屬于配電網(wǎng)側(cè)，其通信方式往往和配電網(wǎng)自動化一起綜合考慮。通信是配電網(wǎng)自動化的一個重點和難點，區(qū)域不同、條件不同，可應(yīng)用的通信方式也不同，具體到電動汽車充電樁，其通信方式主要有有線方式和無線方式：
(1)有線方式
有線方式主要有：有線以太網(wǎng)(RJ45線、光纖)、工業(yè)串行總線(RS485、RS232、CAN總線)。
有線以太網(wǎng)主要優(yōu)點是數(shù)據(jù)傳輸可靠、網(wǎng)絡(luò)容量大，缺點是布線復(fù)雜、擴展性差、施工成本高、靈活性差。
工業(yè)串行總線(RS485、RS232、CAN總線)優(yōu)點是數(shù)據(jù)傳輸可靠，設(shè)計簡單，缺點是布網(wǎng)復(fù)雜、擴展性差、施工成本高、靈活性差、通信容量低。
(2)無線方式
無線方式主要采用移動運營商的移動數(shù)據(jù)接入業(yè)務(wù)，如：GRPS、EVDO、CDMA等。
采用移動運營商的移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需要將電動汽車充電樁這一電網(wǎng)內(nèi)部設(shè)備接入移動運營商的移動數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，需要支付昂貴的月租和年費，隨著充電樁數(shù)量的增加費用將越來越大；同時數(shù)據(jù)的安全性和網(wǎng)絡(luò)的可靠性都受到移動運營商的限制，不利于設(shè)備的安全運行；其次，移動運營商的移動接入帶寬屬共享帶寬，當(dāng)局部區(qū)域有大量設(shè)備接入時，其接入的可靠性和每個用戶的平均帶寬會惡化，不利于充電樁群的密集接入、大數(shù)據(jù)量的數(shù)據(jù)傳輸。
應(yīng)用方案
電動汽車作為一種發(fā)展前景廣闊的綠色交通工具，今后的普及速度會異常迅猛，未來的市場前景也是異常巨大的。在全球能源危機和環(huán)境危機嚴重的大背景下，我國政府積極推進新能源汽車的應(yīng)用與發(fā)展，充/換電站作為發(fā)展電動汽車所必須的重要配套基礎(chǔ)設(shè)施，具有非常重要的社會效益和經(jīng)濟效益。一場興建電動汽車充/換電站的運動已經(jīng)在全國范圍內(nèi)展開。
整體系統(tǒng)由四部分組成：電動汽車充電樁、集中器、電池管理系統(tǒng)系統(tǒng)(BMS)、充電管理服務(wù)平臺。
電動汽車充電樁的控制電路主要由嵌入式ARM處理器完成，用戶可自助刷卡進行用戶鑒權(quán)、余額查詢、計費查詢等功能，也可提供語音輸出接口，實現(xiàn)語音交互。用戶可根據(jù)液晶顯示屏指示選擇4種充電模式：包括按時計費充電、按電量充電、自動充滿、按里程充電等。
電動汽車充電機控制器與集中器利用CAN總線進行數(shù)據(jù)交互，集中器與服務(wù)器平臺利用有線互聯(lián)網(wǎng)或無線GPRS網(wǎng)絡(luò)進行數(shù)據(jù)交互，為了安全起見，電量計費和金額數(shù)據(jù)實現(xiàn)安全加密。
電池管理系統(tǒng)系統(tǒng)(BMS)的主要功能是監(jiān)控電池的工作狀態(tài)(電池的電壓、電流和溫度)、預(yù)測動力電池的電池容量(SOC)和相應(yīng)的剩余行駛里程，進行電池管理以避免出現(xiàn)過放電、過充、過熱和單體電池之間電壓嚴重不平衡現(xiàn)象，最大限度地利用電池存儲能力和循環(huán)壽命。
充電服務(wù)管理平臺主要有三個功能：充電管理、充電運營、綜合查詢。充電管理對系統(tǒng)涉及到的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進行集中式管理，如電動汽車信息、電池信息、用戶卡信息、充電樁信息；充電運營主要對用戶充電進行計費管理；綜合查詢指對管理及運營的數(shù)據(jù)進行綜合分析查詢。
國外發(fā)展狀況
美國、日本、以色列、法國、英國等國家都已開始建設(shè)各自的電動汽車充電設(shè)施，主要以充電樁為主 。
(1) 美國
美國國土遼闊，且各州獨立性較強，在電動汽車及其充電設(shè)施設(shè)想上各州有所不同，加利福尼亞州、弗吉尼亞州等地都開展了充電設(shè)施的建設(shè)。其中加州的建設(shè)力度最大，由“美好空間項目”公司與加州北部的舊金山、奧克蘭和圣何塞等城市的政府聯(lián)手建設(shè)，將于2012 年在上述城市的所有居民區(qū)、商廈、停車場和政府大樓安裝充電樁，以方便電動汽車駕駛者隨時為汽車充電。該公司還將在上述地區(qū)興建電池更換站，以方便長途駕車者隨時更換電池，項目計劃總投資達10 億美元。此外，美國第一太陽能公司 (SolarCity) 在加州101 高速公路上建造了5 個充電站。每個充電站能夠提供240V、70 A快速充電服務(wù)，能夠在3.5 h 內(nèi)為特斯拉純電動汽車充滿電。
(2) 日本
截至2009 年，日本擁有100 多座充電站，其中60%集中在東京地區(qū)。日本政府表示，為普及電動汽車，將在三年內(nèi)建造千余座充電站。日本東京電力公司將帶頭參與有關(guān)的基礎(chǔ)建設(shè)，2010 年東京將率先建成200 多座充電站，預(yù)計三年后將增加到1000 座以上，在東京充電樁更為普及，樓宇路旁隨處可見。鄰近東京的神奈川縣計劃5年內(nèi)至少讓3000輛電動汽車上路行駛，該縣已經(jīng)承諾提供150 座快速充電站。日本中央政府對這項技術(shù)表示支持，將選擇城市試點開展電動汽車充電項目。該項目將會涉及在付費停車場、超市以及餐飲連鎖店安裝電源插座，以供駕駛員們免費使用。
(3) 英國
在英國，倫敦市區(qū)已經(jīng)有60 個免費汽車充電樁，開電力驅(qū)動車的人可以非常方便地在住宅附近、辦公樓旁邊或者繁華街道上找到充電樁，享受不計次充電和停車的服務(wù)，一年只需交75 英鎊的管理費。
(4) 法國
在法國，電力企業(yè)在城市建設(shè)了很多的充電站供電動汽車使用，同時電動汽車也可以在家中充電。截至 2008 年，全法國有1 萬多輛各類電動汽車，200 座公共充電站，電動汽車示范應(yīng)用集中在市政、郵政、公交、電力、環(huán)衛(wèi)等公用事業(yè)部門。
5) 以色列
2008 年1 月21 日，雷諾-日產(chǎn)汽車公司攜手美國Project Better Place公司與以色列政府簽署諒解備忘錄，決定在未來三年內(nèi)開展合作，共同推動純電動汽車的市場應(yīng)用。根據(jù)合作協(xié)議，以色列政府將負責(zé)制定針對消費者的稅收優(yōu)惠政策，雷諾汽車公司將負責(zé)電動汽車的供應(yīng)，而Project Better已開始建設(shè)各自的電動汽車充電設(shè)施，主要以充電樁為主。
發(fā)展歷程
截至目前，我國電動汽車充電站大多局限于電動公交汽車或內(nèi)部集團用車，還沒有建成真正面向不同用戶的充電站服務(wù)網(wǎng)絡(luò)。已經(jīng)建成或在建的比較有代表性的充電站有如下內(nèi)容。2006 年，比亞迪在深圳總部建成深圳首個電動汽車充電站。
2008 年，北京市奧運會期間建設(shè)了國內(nèi)第一個集中式充電站，可滿足50 輛純電動大巴車的動力電池充電需求。
2009 年10月，上海市電力公司投資建成上海漕溪電動汽車充電站，是國內(nèi)第一座具有商業(yè)運營功能的電動汽車充電站。2009 年底，北京首科集團在健翔橋建設(shè)完成了國內(nèi)第一個包含完整智能微網(wǎng)的北京純電動乘用車示范充電站。
2009 年12 月31 日，南方電網(wǎng)投產(chǎn)的首批電動汽車充電站( 樁)在深圳建成投運，建設(shè)規(guī)模為2個充電站、134 個充電樁。
2010 年3月31日，國家電網(wǎng)公司唐山南湖充電站建成投運，是我國首座國家電網(wǎng)典型設(shè)計充電站，可同時為10臺電動汽車按快充和慢充兩種方式進行充電作業(yè) 。
種類
充電樁可分為直流充電樁、交流充電樁和交直流一體充電樁。
建設(shè)要求
作為電網(wǎng)配用電側(cè)的電動汽車充電樁，其結(jié)構(gòu)的特殊性決定了自動化通信系統(tǒng)的特點是被測點多且分散、覆蓋面廣、通信距離短。并且隨著城市的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)拓撲要求具有靈活性和擴展性的結(jié)構(gòu)，因此，電動汽車充電樁通信方式的選擇應(yīng)考慮如下問題：
(1) 通信的可靠性—通信系統(tǒng)要長期經(jīng)受惡劣環(huán)境和較強的電磁干擾或噪音干擾的考驗，并保持通信的暢通。
(2) 建設(shè)費用—在滿足可靠性的前提下，綜合考慮建設(shè)費用及長期使用和維護的費用。
(3) 雙向通信—不僅能實現(xiàn)信息量的上傳，還要實現(xiàn)控制量的下達。
(4) 多業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)傳輸速率—隨著以后終端業(yè)務(wù)量的不斷增長，主站到子站、子站到終端之間通信對實現(xiàn)多業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)傳輸速率要求越來越高。
(5) 通信的靈活性和可擴展性——由于充電樁具有控制點面多、面廣和分散的特點，要求采用標準的通信協(xié)議，隨著"ALLIP"網(wǎng)絡(luò)技術(shù)趨勢的發(fā)展以及電力運營業(yè)務(wù)的不斷增長，需要考慮基于IP的業(yè)務(wù)承載，同時要求便于安裝施工、調(diào)試、運行、維護。
通信方式
電動汽車充電樁屬于配電網(wǎng)側(cè)，其通信方式往往和配電網(wǎng)自動化一起綜合考慮。通信是配電網(wǎng)自動化的一個重點和難點，區(qū)域不同、條件不同，可應(yīng)用的通信方式也不同，具體到電動汽車充電樁，其通信方式主要有有線方式和無線方式：
(1)有線方式
有線方式主要有：有線以太網(wǎng)(RJ45線、光纖)、工業(yè)串行總線(RS485、RS232、CAN總線)。
有線以太網(wǎng)主要優(yōu)點是數(shù)據(jù)傳輸可靠、網(wǎng)絡(luò)容量大，缺點是布線復(fù)雜、擴展性差、施工成本高、靈活性差。
工業(yè)串行總線(RS485、RS232、CAN總線)優(yōu)點是數(shù)據(jù)傳輸可靠，設(shè)計簡單，缺點是布網(wǎng)復(fù)雜、擴展性差、施工成本高、靈活性差、通信容量低。
(2)無線方式
無線方式主要采用移動運營商的移動數(shù)據(jù)接入業(yè)務(wù)，如：GRPS、EVDO、CDMA等。
采用移動運營商的移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需要將電動汽車充電樁這一電網(wǎng)內(nèi)部設(shè)備接入移動運營商的移動數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，需要支付昂貴的月租和年費，隨著充電樁數(shù)量的增加費用將越來越大；同時數(shù)據(jù)的安全性和網(wǎng)絡(luò)的可靠性都受到移動運營商的限制，不利于設(shè)備的安全運行；其次，移動運營商的移動接入帶寬屬共享帶寬，當(dāng)局部區(qū)域有大量設(shè)備接入時，其接入的可靠性和每個用戶的平均帶寬會惡化，不利于充電樁群的密集接入、大數(shù)據(jù)量的數(shù)據(jù)傳輸。
應(yīng)用方案
電動汽車作為一種發(fā)展前景廣闊的綠色交通工具，今后的普及速度會異常迅猛，未來的市場前景也是異常巨大的。在全球能源危機和環(huán)境危機嚴重的大背景下，我國政府積極推進新能源汽車的應(yīng)用與發(fā)展，充/換電站作為發(fā)展電動汽車所必須的重要配套基礎(chǔ)設(shè)施，具有非常重要的社會效益和經(jīng)濟效益。一場興建電動汽車充/換電站的運動已經(jīng)在全國范圍內(nèi)展開。
整體系統(tǒng)由四部分組成：電動汽車充電樁、集中器、電池管理系統(tǒng)系統(tǒng)(BMS)、充電管理服務(wù)平臺。
電動汽車充電樁的控制電路主要由嵌入式ARM處理器完成，用戶可自助刷卡進行用戶鑒權(quán)、余額查詢、計費查詢等功能，也可提供語音輸出接口，實現(xiàn)語音交互。用戶可根據(jù)液晶顯示屏指示選擇4種充電模式：包括按時計費充電、按電量充電、自動充滿、按里程充電等。
電動汽車充電機控制器與集中器利用CAN總線進行數(shù)據(jù)交互，集中器與服務(wù)器平臺利用有線互聯(lián)網(wǎng)或無線GPRS網(wǎng)絡(luò)進行數(shù)據(jù)交互，為了安全起見，電量計費和金額數(shù)據(jù)實現(xiàn)安全加密。
電池管理系統(tǒng)系統(tǒng)(BMS)的主要功能是監(jiān)控電池的工作狀態(tài)(電池的電壓、電流和溫度)、預(yù)測動力電池的電池容量(SOC)和相應(yīng)的剩余行駛里程，進行電池管理以避免出現(xiàn)過放電、過充、過熱和單體電池之間電壓嚴重不平衡現(xiàn)象，最大限度地利用電池存儲能力和循環(huán)壽命。
充電服務(wù)管理平臺主要有三個功能：充電管理、充電運營、綜合查詢。充電管理對系統(tǒng)涉及到的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進行集中式管理，如電動汽車信息、電池信息、用戶卡信息、充電樁信息；充電運營主要對用戶充電進行計費管理；綜合查詢指對管理及運營的數(shù)據(jù)進行綜合分析查詢。
國外發(fā)展狀況
美國、日本、以色列、法國、英國等國家都已開始建設(shè)各自的電動汽車充電設(shè)施，主要以充電樁為主 。
(1) 美國
美國國土遼闊，且各州獨立性較強，在電動汽車及其充電設(shè)施設(shè)想上各州有所不同，加利福尼亞州、弗吉尼亞州等地都開展了充電設(shè)施的建設(shè)。其中加州的建設(shè)力度最大，由“美好空間項目”公司與加州北部的舊金山、奧克蘭和圣何塞等城市的政府聯(lián)手建設(shè)，將于2012 年在上述城市的所有居民區(qū)、商廈、停車場和政府大樓安裝充電樁，以方便電動汽車駕駛者隨時為汽車充電。該公司還將在上述地區(qū)興建電池更換站，以方便長途駕車者隨時更換電池，項目計劃總投資達10 億美元。此外，美國第一太陽能公司 (SolarCity) 在加州101 高速公路上建造了5 個充電站。每個充電站能夠提供240V、70 A快速充電服務(wù)，能夠在3.5 h 內(nèi)為特斯拉純電動汽車充滿電。
(2) 日本
截至2009 年，日本擁有100 多座充電站，其中60%集中在東京地區(qū)。日本政府表示，為普及電動汽車，將在三年內(nèi)建造千余座充電站。日本東京電力公司將帶頭參與有關(guān)的基礎(chǔ)建設(shè)，2010 年東京將率先建成200 多座充電站，預(yù)計三年后將增加到1000 座以上，在東京充電樁更為普及，樓宇路旁隨處可見。鄰近東京的神奈川縣計劃5年內(nèi)至少讓3000輛電動汽車上路行駛，該縣已經(jīng)承諾提供150 座快速充電站。日本中央政府對這項技術(shù)表示支持，將選擇城市試點開展電動汽車充電項目。該項目將會涉及在付費停車場、超市以及餐飲連鎖店安裝電源插座，以供駕駛員們免費使用。
(3) 英國
在英國，倫敦市區(qū)已經(jīng)有60 個免費汽車充電樁，開電力驅(qū)動車的人可以非常方便地在住宅附近、辦公樓旁邊或者繁華街道上找到充電樁，享受不計次充電和停車的服務(wù)，一年只需交75 英鎊的管理費。
(4) 法國
在法國，電力企業(yè)在城市建設(shè)了很多的充電站供電動汽車使用，同時電動汽車也可以在家中充電。截至 2008 年，全法國有1 萬多輛各類電動汽車，200 座公共充電站，電動汽車示范應(yīng)用集中在市政、郵政、公交、電力、環(huán)衛(wèi)等公用事業(yè)部門。
5) 以色列
2008 年1 月21 日，雷諾-日產(chǎn)汽車公司攜手美國Project Better Place公司與以色列政府簽署諒解備忘錄，決定在未來三年內(nèi)開展合作，共同推動純電動汽車的市場應(yīng)用。根據(jù)合作協(xié)議，以色列政府將負責(zé)制定針對消費者的稅收優(yōu)惠政策，雷諾汽車公司將負責(zé)電動汽車的供應(yīng)，而Project Better已開始建設(shè)各自的電動汽車充電設(shè)施，主要以充電樁為主。
