浅析新能源电动汽车充电桩空间布局优化研究

摘要：全球能源日益短缺背景下，石油、天然气等不可再生资源的持续消耗，促使新能源汽车领域快速发展，并逐渐成为我国重点扶持的新兴产业。充电桩作为新能源汽车重要基础设施，其便捷性、合理性以及多元性是推动新能源产业持续发展的关键所在。采用随机问卷调查法，有效问卷300份，通过调查分析发现，调查地区充电桩存在车主充电难、充电桩分布不均、充电车位占用率较高等问题，提出整合资源、合理布局充电设施等策略，旨在优化充电桩空间布局的同时，促进新能源领域快速发展。

关键词：新能源汽车；充电桩；持续发展；整合资源；空间优化布局

安科瑞汪洋/汪小姐/汪女士（销售专员）联系方式：18702106706

0引言

为降低环境污染、减少能源消耗，世界各国都相继开始研发新能源汽车，新能源汽车的兴起已成为不可阻挡的趋势.充电桩作为新能源汽车重要配套设置，已经进入快速发展时期.截至2023年11月，中国充电联盟成员单位总计上报公共充电桩262.6万台，其中直流充电桩114.08万台、交流充电桩147.7万台.图1为2018-2023年中国公共充电桩保有量趋势图.但随着充电基础设施的飞速发展，充电桩与新能源汽车匹配度较低、充电体验较差、充电较为困难等因素，成为影响新能源汽车领域发展与创新的关键因素.在此背景下，针对新能源汽车充电桩进行空间布局与优化具有重要意义.本文以张家口市为例对新能源汽车充电桩空间布局优化进行分析与研究，为全社会新能源汽车充电设施的空间布局决策提供相应参考.

图12018—2023年中国公共充电桩保有量趋势图

1新能源汽车

新能源汽车是指使用新能源作为动力的汽车，主要包括电动汽车和氢燃料电池汽车、混合动力汽车.

1.1零排放

与传统燃油汽车相比，新能源汽车不会产生尾气排放，减少对环境的污染.尤其是电动汽车，完全依靠电池储存能源，不需要燃烧化石燃料，实现零排放.这对改善空气质量、减少大气污染具有重要意义。

1.2节能

统燃油汽车燃烧石油等化石燃料产生能量，但同时也会有能量损耗.而新能源汽车主要依靠电池或氢燃料电池储存和利用能量，能够更加高效地利用能源，提高能源利用率.这既有助于减少对有限石油等化石能源的依赖，又能够节约能源资源，符合可持续发展的理念。

2新能源汽车充电桩空间布局优化研究背景

2.1充电桩数量和分布

充电桩的数量应该满足用户需求，同时也要考虑到充电桩的投资和运营成本.充电桩的分布应该考虑到用户的出行需求和充电桩的可用性，以便用户在需要充电时能够方便地找到充电桩.图2为张家口市桥东区国家电网充电站。

图2张家口市桥东区国家电网充电站

2.2充电桩供电能力与供电网络可靠性

新能源汽车充电桩的供电能力是指充电桩可以提供的电力大小，供电能力越大，充电速度越快.充电桩的供电能力需要根据用户需求和电网容量来确定.充电桩供电网络可靠性是指充电桩能够持续供电的能力，供电网络可靠性需要考虑到电网的稳定性和充电设备的可靠性.

2.3充电桩的建设运营与管理

充电桩的建设不仅需要考虑到土地利用和环境影响等因素，还需要满足相关的规范和标准.充电桩的运营管理需要考虑到充电桩设备维护成本、客户服务及时性以及用户的充电行为与支付方式等因素.
3新能源汽车充电桩空间布局优化实例分析

3.1充电桩使用满意度调查

以张家口市公共充电桩空间布局优化为例，基于该地区新能源汽车用户实际需求，分析其公共充电桩布局的合理性.本次调查研究主要采用问卷调查方法，以新能源汽车用户角度出发，探索出满足用户实际需求充电桩布局.该调查随机抽取张家口市不同地区新能源汽车，问卷采用匿名制单选题形式，主要包括用户充电习惯及满意度两个方面，其中满意度具体问题采用国内外常用的Liker五点计分法，分为“非常不同意、不同意、不确定、同意、非常同意”5个选项，分别对应1～5分，分数越高，满意度越高.经预调研信度效度合格后发放，共收回300份，有效300份.调查时间为2023年7月1日至8月25日.

3.1.1新能源车主选择充电时间

通过对下图3进行分析发现，车主日常使用新能源汽车时间，与充电桩布局有一定联系，在充电时间较为集中时，用户充电需求较大，一般在下午6点以后对新能源汽车进行充电大约有143人，占比为47.7%;选择在下午1点至6点充电大约有90人，占比为30%,选择在上午时段进行充电的人员只有67人，占比为22.3%.说明新能源车主在选择公共充电桩时间上具有一定规律性.基于此，在优化设计充电桩布局时，当充电需求与电网可接入容量成为主要矛盾时，电网可不必一刀切拒绝充电桩接入，而是可安排充电桩接入后暂时综合考虑车主需求及电网容量科学合理安排分时段服务，待电网容量提升后可安排全时段服务.

图3新能源车主充电时间对比分析图

3.1.2充电位置

新能源汽车车主习惯性选择在哪进行充电，在很大程度上影响着充电桩的布局.通过本次调查研究发现，选择小区附近进行充电人数占比为45%,选择商场周边充电为30%,公司附近充电为25%,图4为新能源车主选择充电桩位置对比分析图.

图4新能源车主选择充电桩位置对比分析图

通过对图4进行分析，以车主的实际活动范围为基础，在布局公共充电桩时，首先应更倾向于在小区地段建设，并根据实际情况考虑商场和公司单位附近的充电桩布局，以便提升充电桩布局合理性与可行性.图5为张家口市某商场附近充电桩.

图5张家口市某商场附近充电桩

3.1.3充电体验满意度

通过对图6进行分析研究发现，调查对象对现有公共充电桩满意占比为57.6%,一般为7.6%,不满意为34.8%,因此针对现有充电桩布局优化尚存在较大进步空间.相关参与方可从服务、产品质量、操作流程、收费等多方面进行优化以及改进，从根本上提升新能源车主对充电桩满意度.

图6新能源车主对充电桩满意度

3.1.4充电体验满意度指标分析

问卷共有11个问题针对充电桩用户具体体验进行提问，具体数据分析如表1所示：

11项指标中，用户对充电速度、充电桩分布与数量、充电桩的故障、周围环境，表现为中立态度(3分),车桩匹配度、排队时长较为满意(>3分),车位被占、操作流程与APP收费等(<3分)不满意，急需改善.

3.2新能源汽车充电桩布局优化探析

以张家口市新能源汽车充电桩为例，以调查对象相关意见为切入点，提出具有合理性的充电桩布局建议，促进充电桩快速发展，解决车主充电难、充电桩分布不均、充电车位占用率较高等问题，以构建充电桩设施管理体系.

3.2.1科学合理布局充电设施

在规划充电设施阶段，为确保规划布局的合理性以及多元性，应整合多方资源，并以政府有关部门进行指导，加强导向指引作用.调查发现，老旧小区存在无法安装充电桩问题，对周边充电设施需求量比较大；公司单位需求量大，安装率却不高等诸多问题.从评估阶段、布局阶段以及监管阶段，城市规划应将充电桩布局规划纳入到城乡发展战略规划中，以便将交通道路、电网进行结合，编制专项规划，科学合理布局充电设施.

针对急需解决的车位被占问题，充电桩停车位应设置自动识别联网地锁，并与充电桩相感应，一旦用户扫码启动汽车预充电服务时，地锁自动打开，充电车辆离开后自动弹起，可以实现充电桩实现高利用率.

3.2.2充分发挥考核监督作用

在相关部门针对城市编制充电桩布局时，应以当地实际情况为基础，制定出符合当前城市现状以及未来发展需求的充电桩建设相关政策.同时有关部门对技术研发、充电设施建设等方面给予财政与政策方面支持，从根本上解决电力接入、充电桩用地等问题.强化现有相关管理标准，明确建设方、地方以及经营人员的管理与责任，充分发挥有关部门考核监督作用.针对不同充电桩，严格市场准入条件，加大前期质检把控，采用先试点、后推广的方式，应统一收费标准，将APP下载等繁琐程序简单规范化，采用扫码直充方式，预存押金充电结束后及时退款方式，防止充值不退现象发生.

3.2.3整合资源

以移动互联、大数据等多类型技术为手段，加强各方沟通与交流，实现新能源汽车充电数据资源的共享与融合.同时促进各方互通、互联，合理设置充电设施，并且能实时监控充电设施状态，工作人员针对充电设施实际情况，做出科学合理判断，对故障充电桩可以及时维修.图7为新能源汽车充电数据资源的共享与融合结构分析图.

4安科瑞充电桩收费运营云平台系统选型方案

4.1概述

AcrelCloud-9000安科瑞充电柱收费运营云平台系统通过物联网技术对接入系统的电动电动自行车充电站以及各个充电整法行不间断地数据采集和监控，实时监控充电桩运行状态，进行充电服务、支付管理，交易结算，资要管理、电能管理，明细查询等。同时对充电机过温保护、漏电、充电机输入/输出过压，欠压，绝缘低各类故障进行预警；充电桩支持以太网、4G或WIFI等方式接入互联网，用户通过微信、支付宝，云闪付扫码充电。

4.2应用场所

适用于民用建筑、一般工业建筑、居住小区、实业单位、商业综合体、学校、园区等充电桩模式的充电基础设施设计。

4.3系统结构

系统分为四层：

1）即数据采集层、网络传输层、数据层和客户端层。

2）数据采集层：包括电瓶车智能充电桩通讯协议为标准modbus-rtu。电瓶车智能充电桩用于采集充电回路的电力参数，并进行电能计量和保护。

3）网络传输层：通过4G网络将数据上传至搭建好的数据库服务器。

4）数据层：包含应用服务器和数据服务器，应用服务器部署数据采集服务、WEB网站，数据服务器部署实时数据库、历史数据库、基础数据库。

5）应客户端层：系统管理员可在浏览器中访问电瓶车充电桩收费平台。终端充电用户通过刷卡扫码的方式启动充电。

小区充电平台功能主要涵盖充电设施智能化大屏、实时监控、交易管理、故障管理、统计分析、基础数据管理等功能，同时为运维人员提供运维APP，充电用户提供充电小程序。

4.4安科瑞充电桩云平台系统功能

4.4.1智能化大屏

智能化大屏展示站点分布情况，对设备状态、设备使用率、充电次数、充电时长、充电金额、充电度数、充电桩故障等进行统计显示，同时可查看每个站点的站点信息、充电桩列表、充电记录、收益、能耗、故障记录等。统一管理小区充电桩，查看设备使用率，合理分配资源。

4.4.2实时监控

实时监视充电设施运行状况，主要包括充电桩运行状态、回路状态、充电过程中的充电电量、充电电压电流，充电桩告警信息等。

4.4.3交易管理

平台管理人员可管理充电用户账户，对其进行账户进行充值、退款、冻结、注销等操作，可查看小区用户每日的充电交易详细信息。

4.4.4故障管理

设备自动上报故障信息，平台管理人员可通过平台查看故障信息并进行派发处理，同时运维人员可通过运维APP收取故障推送，运维人员在运维工作完成后将结果上报。充电用户也可通过充电小程序反馈现场问题。

4.4.5统计分析

通过系统平台，从充电站点、充电设施、、充电时间、充电方式等不同角度，查询充电交易统计信息、能耗统计信息等。

4.4.6基础数据管理

在系统平台建立运营商户，运营商可建立和管理其运营所需站点和充电设施，维护充电设施信息、价格策略、折扣、优惠活动，同时可管理在线卡用户充值、冻结和解绑。

4.4.7运维APP

面向运维人员使用，可以对站点和充电桩进行管理、能够进行故障闭环处理、查询流量卡使用情况、查询充电充值情况，进行远程参数设置，同时可接收故障推送。

4.4.8充电小程序

面向充电用户使用，可查看附近空闲设备，主要包含扫码充电、账户充值，充电卡绑定、交易查询、故障申诉等功能。

4.5系统硬件配置

类型	型号	图片	功能
安科瑞充电桩收费运营云平台	AcrelCloud-9000		安科瑞响应节能环保、绿色出行的号召，为广大用户提供慢充和快充两种充电方式壁挂式、落地式等多种类型的充电桩，包含智能7kW交流充电桩，30kW壁挂式直流充电桩，智能60kW/120kW直流一体式充电桩等来满足新能源汽车行业快速、经济、智能运营管理的市场需求，提供电动汽车充电软件解决方案，可以随时随地享受便捷安全的充电服务，微信扫一扫、微信公众号、支付宝扫一扫、支付宝服务窗，充电方式多样化，为车主用户提供便捷、安全的充电服务。实现对动力电池快速、安全、合理的电量补给，能计时，计电度、计金额作为市民购电终端，同时为提高公共充电桩的效率和实用性。
互联网版智能交流桩	AEV-AC007D		额定功率7kW，单相三线制，防护等级IP65，具备防雷 保护、过载保护、短路保护、漏电保护、智能监测、智能计量、远程升级，支持刷卡、扫码、即插即用。 通讯方：4G/wifi/蓝牙支持刷卡，扫码、免费充电可选配显示屏
互联网版智能直流桩	AEV-DC030D		额定功率30kW，三相五线制，防护等级IP54，具备防雷保护、过载保护、短路保护、漏电保护、智能监测、智能计量、恒流恒压、电池保护、远 程升级，支持刷卡、扫码、即插即用 通讯方式：4G/以太网 支持刷卡，扫码、免费充电
互联网版智能直流桩	AEV-DC060S		额定功率60kW，三相五线制，防护等级IP54，具备防雷保护、过载保护、短路保护、漏电保护、智能监测、智能计量、恒流恒压、电池保护、远程升级，支持刷卡、扫码、即插即用 通讯方式：4G/以太网 支持刷卡，扫码、免费充电
互联网版智能直流桩	AEV-DC120S		额定功率120kW，三相五线制，防护等级IP54，具备防雷保护、过载保护、短路保护、漏电保护、智能监测、智能计量、恒流恒压、电池保护、远程升级，支持刷卡、扫码、即插即用 通讯方式：4G/以太网 支持刷卡，扫码、免费充电
10路电瓶车智能充电桩	ACX10A系列		10路承载电流25A，单路输出电流3A，单回路功率1000W，总功率5500W。充满自停、断电记忆、短路保护、过载保护、空载保护、故障回路识别、远程升级、功率识别、独立计量、告警上报。 ACX10A-TYHN：防护等级IP21，支持投币、刷卡，扫码、免费充电 ACX10A-TYN：防护等级IP21，支持投币、刷卡，免费充电 ACX10A-YHW：防护等级IP65，支持刷卡，扫码，免费充电 ACX10A-YHN：防护等级IP21，支持刷卡，扫码，免费充电 ACX10A-YW：防护等级IP65，支持刷卡、免费充电 ACX10A-MW：防护等级IP65，仅支持免费充电
2路智能插座	ACX2A系列		2路承载电流20A，单路输出电流10A，单回路功率2200W，总功率4400W。充满自停、断电记忆、短路保护、过载保护、空载保护、故障回路识别、远程升级、功率识别，报警上报。 ACX2A-YHN：防护等级IP21，支持刷卡、扫码充电 ACX2A-HN：防护等级IP21，支持扫码充电 ACX2A-YN：防护等级IP21，支持刷卡充电
20路电瓶车智能充电桩	ACX20A系列		20路承载电流50A，单路输出电流3A，单回路功率1000W，总功率11kW。充满自停、断电记忆、短路保护、过载保护、空载保护、故障回路识别、远程升级、功率识别，报警上报。 ACX20A-YHN：防护等级IP21，支持刷卡，扫码，免费充电 ACX20A-YN：防护等级IP21，支持刷卡，免费充电
落地式电瓶车智能充电桩	ACX10B系列		10路承载电流25A，单路输出电流3A，单回路功率1000W，总功率5500W。充满自停、断电记忆、短路保护、过载保护、空载保护、故障回路识别、远程升级、功率识别、独立计量、告警上报。 ACX10B-YHW：户外使用，落地式安装，包含1台主机及5根立柱，支持刷卡、扫码充电,不带广告屏 ACX10B-YHW-LL：户外使用，落地式安装，包含1台主机及5根立柱，支持刷卡、扫码充电。液晶屏支持U盘本地投放图片及视频广告
智能边缘计算网关	ANet-2E4SM		4路RS485串口，光耦隔离，2路以太网接口，支持ModbusRtu、ModbusTCP、DL/T645-1997、DL/T645-2007、CJT188-2004、OPCUA、ModbusTCP（主、从）、104（主、从）、建筑能耗、SNMP、MQTT；（主模块）输入电源：DC12V～36V。支持4G扩展模块，485扩展模块。
	扩展模块ANet-485		M485模块：4路光耦隔离RS485
	扩展模块ANet-M4G		M4G模块：支持4G全网通
导轨式单相电表	ADL200		单相电参量U、I、P、Q、S、PF、F测量，输入电流：10（80）A； 电能精度：1级 支持Modbus和645协议 证书：MID/CE认证
导轨式电能计量表	ADL400		三相电参量U、I、P、Q、S、PF、F测量，分相总有功电能，总正反向有功电能统计，总正反向无功电能统计；红外通讯；电流规格：经互感器接入3×1（6）A，直接接入3×10（80）A，有功电能精度0.5S级，无功电能精度2级 证书：MID/CE认证
无线计量仪表	ADW300		三相电参量U、I、P、Q、S、PF、F测量，有功电能计量（正、反向）、四象限无功电能、总谐波含量、分次谐波含量（2～31次）；A、B、C、N四路测温；1路剩余电流测量；支持RS485/LoRa/2G/4G/NB；LCD显示；有功电能精度：0.5S级（改造项目） 证书：CPA/CE认证
导轨式直流电表	DJSF1352-RN		直流电压、电流、功率测量，正反向电能计量，复费率电能统计，SOE事件记录:8位LCD显示:红外通讯:电压输入*大1000V，电流外接分流器接入(75mV)或霍尔元件接入(0-5V);电能精度1级，1路485通讯，1路直流电能计量AC/DC85-265V供电 证书：MID/CE认证
面板直流电表	PZ72L-DE		直流电压、电流、功率测量，正反向电能计量:红外通讯:电压输入*大1000V，电流外接分流器接入·(75mV)或霍尔元件接入(0-20mA0-5V);电能精度1级 证书：CE认证
电气防火限流式保护器	ASCP200-63D		导轨式安装，可实现短路限流灭弧保护、过载限流保护、内部超温限流保护、过欠压保护、漏电监测、线缆温度监测等功能;1路RS485通讯，1路NB或4G无线通讯(选配);额定电流为0~63A，额定电流菜单可设。
开口式电流互感器	AKH-0.66/K		AKH-0.66K系列开口式电流互感器安装方便，无须拆一次母线，亦可带电操作，不影响客户正常用电，可与继电器保护、测量以及计量装置配套使用。
霍尔传感器	AHKC		霍尔电流传感器主要适用于交流、直流、脉冲等复杂信号的隔离转换，通过霍尔效应原理使变换后的信号能够直接被AD、DSP、PLC、二次仪表等各种采集装置直接采集和接受，响应时间快，电流测量范围宽精度高，过载能力强，线性好，抗干扰能力强。
智能剩余电流继电器	ASJ		该系列继电器可与低压断路器或低压接触器等组成组合式的剩余电流动作保护器，主要适用于交流50Hz，额定电压为400V及以下的TT或TN系统配电线路，防止接地故障电流引起的设备和电气火灾事故，也可用于对人身触电危险提供间接接触保护。

5结语

新能源汽车充电桩空间布局优化研究是一个复杂而重要的问题，要以用户实际需求为出发点，需要综合考虑充电桩的数量和分布、供电能力和供电网络的可靠性以及充电桩的建设和运营管理等因素.通过优化充电桩的空间布局，可以提高新能源汽车的充电便利性和用户体验，推动新能源汽车的发展。

​审核编辑 黄宇