浅谈新能源充电桩有序充电：策略优化、应用拓展与可持续发展路径

  摘要：随着电动汽车市场的迅猛发展，充电桩作为其关键基础设施，其技术的优化升级至关重要。本研究聚焦于有序充电技术，旨在解决当前充电桩使用中的无序问题，降低对电网的冲击、提高能源利用效率，并提升用户满意度。通过深入分析有序充电的概念、意义、国内外研究现状及发展趋势，结合先进的控制策略、通信技术与智能电网的融合应用，采用理论分析、实验验证与案例对比等方法，对有序充电技术进行剖析。研究结果表明，有序充电能有效平抑负荷波动、减少电网损耗、提升设备使用寿命，具有显著的经济效益与环境效益。本研究为充电桩技术的进一步发展提供了理论支撑与实践指导，有助于推动电动汽车产业与智能电网的协同可持续发展。

关键词：有序充电，提高能源利用效率；经济效益；环境效益

1.引言

充电桩作为电动汽车能源补给的关键设备，依据充电电流性质，可细分为交流充电桩和直流充电桩，二者在工作原理、充电速度及适用场景上存在显著差异。

交流充电桩，俗称“慢充桩"，其工作机制是将电网交流电直接传输至电动汽车的车载充电机。车载充电机宛如一位的电能“翻译官"，负责把交流电转换为直流电，进而为电池注入能量。这种间接供电方式决定了交流充电桩的输出功率相对受限，常见功率规格有 3.3kW、6.6kW 等，以 7kW 家用交流充电桩为例，为普通纯电动轿车充满电通常需耗费 4 - 5 小时。不过，其优势也颇为明显，一方面，交流充电桩设备构造相对简洁，成本亲民，后期维护简便，对家庭用户而言，初期购置与长期使用成本均在可控范围；另一方面，充电过程平稳缓和，对电池的冲击微乎其微，有助于延长电池使用寿命，如同为电池提供了一场舒缓的“能量SPA"，因而备受家庭、小区等充电时间充裕场所的青睐。

与交流充电桩不同，直流充电桩被尊称为“快充桩"，它宛如一位的电能“直供大师"，自身内置大功率直流充电模块，可直接将电网交流电整流为直流电，随后、迅速地输送至电动汽车电池。凭借高功率的电力转换技术，直流充电桩能输出大电流、高电压的直流电，常见功率有 60kW、120kW 甚至更高。在这般强劲功率加持下，为电动汽车补充电量的时间大幅缩短，如 120kW 的直流充电桩，能在 30 分钟左右就让电动汽车电量“满血复活"，满足车主紧急出行需求。然而，这种背后也有代价，其设备成本高昂，安装要求严苛，不仅需要稳定且大容量的供电线路，还需配备周全的保护设施，如同为其打造一座坚实的“电力堡垒"，以确保充电过程安全无虞。同时，高强度的快充过程犹如一场电池的“能量风暴"，可能致使电池内部温度骤升、压力攀升，长期频繁使用或对电池性能与寿命产生一定影响，故而多现身于公共充电站、高速公路服务区等对充电速度有迫切需求的关键节点。

2. 充电桩在充电网络中的布局与作用

充电桩在充电网络中的布局，宛如一场精心谋划的战略布局，需综合考量多方面因素，以契合不同场景下电动汽车的充电诉求。

在城市核心区域与商业区，人流、车流高度汇聚，充电需求呈现高频次、短时长的显著特征。在此类区域，布局应以直流快充桩为主力，选址多倾向于大型商场、写字楼地下停车场及公共停车场显眼位置。例如，北京国贸商圈的某停车场，配备了多个 120kW 直流快充桩，车主在购物、办公之余，利用短暂间隙即可为车辆快速补能，契合都市快节奏生活。这不仅为日常通勤上班族、商务出行人士扫除“里程焦虑"阴霾，更以充电服务赋能城市活力，促进区域经济蓬勃发展。

居民小区作为电动汽车的“栖息港湾"，充电需求偏向于夜间长时间慢充。小区内充电桩布局应侧重交流慢充桩，以楼栋为单元，合理规划停车位，在不影响居民正常通行前提下，于停车位旁有序安装充电桩。如上海某新建小区，按照每 5 - 10 个停车位配备 1 个 7kW 交流充电桩的标准进行建设，车主下班后将车泊入专属车位，插上充电枪，车辆便可在静谧夜色中悠然吸纳电能，次日清晨即可满电启程，为绿色日常出行续航。

高速公路沿线堪称电动汽车长途跋涉的“能量补给生命线"。依据交通流量与路段间距，每 100 公里左右规划建设一座配备 4 - 6 个 120kW 及以上直流快充桩的充电站，选址锚定服务区等交通枢纽。以京沪高速为例，沿线服务区充电站星罗棋布，车主长途驱驰途中可适时进站充电，短暂休憩后便能再度活力满满踏上征程，有力保障电动汽车跨城出行无忧。

充电桩作为电动汽车产业发展的关键基础设施，其战略意义非凡。一方面，它是电动汽车大规模普及的坚实根基，如细密织网般的充电网络，消除了用户“里程焦虑"，让电动汽车得以畅行无阻，深度融入民众生活日常；另一方面，它与智能电网深度交融，为电网负荷调节贡献“削峰填谷"智慧力量。在用电低谷期，鼓励电动汽车充电，吸纳过剩电能；用电高峰期，调控充电功率或引导错峰充电，减缓电网供电压力，提升能源利用综合效能，推动能源转型与可持续发展行稳致远。

2.2 有序充电内涵与目标

2.2.1 有序充电的定义与特征

有序充电是一种基于智能化控制的先进充电模式，它依托先进的信息技术、通信手段以及智能算法，依据电网实时运行状态、用户充电需求、电价波动、车辆电池特性等多维度因素，对充电桩的充电过程进行动态优化调度。与传统的无序充电模式截然不同，有序充电并非简单地即时满足车辆充电需求，而是统筹兼顾各方利益，如同一位智慧的能源管家，安排充电时间、合理调配充电功率，以实现充电桩利用效率与电网运行状态化的和谐统一。

有序充电具备显著的特征。其一，高度的灵活性与适应性，能够依据不同时段的电网负荷状况，灵活调整充电功率，在电网低谷期加大充电功率，吸纳过剩电能；高峰期适度降低或暂停充电，减轻供电压力，确保电网平稳运行。其二，的时间管理能力，充分考虑用户出行习惯与电价分时差异，引导用户在电价低谷时段充电，既为用户节省充电成本，又助力电网削峰填谷，实现双赢。其三，强大的兼容性与扩展性，可无缝对接各类充电桩、电动汽车以及智能电网系统，随着技术迭代与新能源产业发展，不断融入新技术、新策略，持续提升充电管理效能，为未来能源生态构建坚实基础。

2.2.2 有序充电的多维度目标

从电网运行维度审视，有序充电旨在实现削峰填谷，平滑负荷曲线。通过合理引导电动汽车充电时间，将集中于用电高峰的充电负荷分散至低谷时段，有效降低峰谷差，减轻电网调峰压力，减少因负荷骤变引发的电网损耗与设备老化风险，提升电网供电可靠性与稳定性，确保电力供应安全、、可持续。

聚焦用户利益层面，有序充电致力于降低用户充电成本，提升使用便利性。借助分时电价机制与智能调度策略，引导用户避开高价时段充电，节省电费支出；同时，优化充电桩布局与预约管理系统，减少用户等待时间，为其提供便捷、经济的充电体验，增强用户对电动汽车的使用满意度与认同感。

在环境保护视野下，有序充电对推动节能减排意义重大。鼓励电动汽车在清洁能源发电高峰期充电，如夜间风电、光伏发电充裕时段，间接促进清洁能源消纳，减少传统火电依赖，降低碳排放，助力大气污染防治与能源结构绿色转型，为生态环境保护贡献力量，实现交通领域与能源领域的低碳协同发展。

3有序充电关键策略剖析

3.1 基于时间的有序充电策略

3.1.1 分时电价引导策略

分时电价引导策略作为有序充电的重要“经济杠杆"，通过巧妙设计不同时段的电价差异，激励用户主动调整充电行为，助力电网实现负荷均衡。

以北京地区为例，依据北京市发展改革委印发的相关通知，充电桩分时电价时段精细划分如下：每日高峰时段为 10:00 - 13:00 以及 17:00 - 22:00；平段为 7:00 - 10:00、13:00 - 17:00 与 22:00 - 23:00；低谷时段则是 23:00 - 次日 7:00。且在夏季（7、8 月）的 11:00 - 13:00、16:00 - 17:00 以及冬季（1、12 月）的 18:00 - 21:00 增设尖峰时段。电价比例依据电压等级各有设置，以单一制用电、不满 1 千伏为例，峰平谷电价比例达 1.71:1:0.36，即高峰电价在平段基础上浮 71%，低谷电价下浮 64%。

北京某小区积极响应分时电价政策，安装智能电表与控制系统，实现充电桩电价分时调控。多数居民在了解电价差异后，逐渐养成夜间低谷时段充电习惯。据小区物业统计，实施分时电价前，高峰时段充电比例约 30%，低谷时段仅 20%；政策推行 3 个月后，高峰时段充电比例降至 10%以内，低谷时段飙升至 60%以上。这一转变，一方面，小区用电总费用降低约 15%，为居民节省开支；另一方面，从电网侧看，该小区所在区域高峰用电负荷降低 8%，缓解电网供电压力，减少变压器过载与线路损耗风险，保障电力供应稳定可靠。

3.1.2 预约充电优化策略

预约充电优化策略借助智能化平台，赋予用户规划充电时间的能力，为缓解电网高峰压力、提升用户体验开辟新路径。

特来电 APP 作为行业，为用户提供便捷的预约充电功能。用户只需提前设定车辆预计抵达充电桩时间、期望充电时长及电量需求等参数，APP 后台便依托大数据与智能算法，结合实时电网负荷、充电桩空闲状态等信息，为用户匹配充电方案，并预留对应充电桩。

以某工作日傍晚为例，通常是公共充电站用电高峰。在未实施预约充电时，大量车辆集中涌入，车主排队等待充电，不仅耗时费力，还加剧电网负担，易引发充电桩过载、电压波动等问题。而引入特来电 APP 预约功能后，用户出行前提前预约，系统智能引导部分用户将充电时间推迟至夜间低谷时段，或合理分配至周边空闲充电桩。如此一来，高峰时段充电站排队车辆减少 40%，平均等待时间从 40 分钟缩至 15 分钟以内，用户充电体验大幅提升。同时，电网高峰负荷得以有效分散，避免集中冲击，确保电力系统平稳运行，彰显预约充电在调度、优化资源配置方面的突出优势。

3.2 基于功率的有序充电策略

3.2.1 功率动态调整策略

在上海某公交充电站，其通过一套智能的功率动态调整系统，实现了对电网负荷的响应，保障了电网稳定性。

该充电站配备有先进的功率监测设备，能实时捕捉电网负荷的细微变化。在工作日早高峰期间（7:00 - 9:00），城市用电需求激增，电网负荷攀升。此时，充电站控制系统依据预设策略，自动下调充电桩功率。以站内 60kW 直流充电桩为例，功率从满载 60kW 逐步降至 40kW，甚至在负荷极值点降至 30kW。通过这种动态调整，既确保公交车辆能补充一定电量以维持运营，又避免了对电网造成过大冲击，犹如为电网高峰“减压"。

而在夜间低谷时段（23:00 - 次日 5:00），当电网负荷宽裕时，系统则反向操作，提升充电桩功率。部分充电桩可从常规 40kW 提升至 55kW，加速公交车辆充电进程，充分利用低谷电能，发挥“填谷"功效，提升能源利用效率。经长期监测，该充电站所在区域电网峰谷差率降低约 8%，电压波动标准差减小 0.3%，有效保障了电网运行的平稳性与可靠性，为城市能源供应体系的稳定贡献力量。

3.2.2 功率分配均衡策略

以某商业综合体地下充电站为例，其采用的功率分配均衡策略成效显著。该充电站配备 30 个充电桩，涵盖 60kW 直流桩与 7kW 交流桩，服务对象包括商场员工、顾客及周边写字楼上班族，充电需求多样且高峰时段集中。

在周末及节假日午后（13:00 - 17:00），商场客流量大，充电需求骤增。此时，充电站智能控制系统依据车辆剩余电量、用户设定的充电时长及电池类型等信息，分配功率。对于剩余电量仅 20%且车主期望短时间补充较多电量以便后续出行的车辆，优先分配至 60kW 直流桩，并给予足额功率支持；而对于电量剩余 50%以上、充电时间相对充裕的车辆，则引导至 7kW 交流桩，以较低功率缓慢充电。

同时，系统实时监测各充电桩工作状态，当某一直流桩提前结束充电任务，释放出的功率将依据排队车辆需求，迅速调配至其他急需高功率充电的车辆。通过这种动态均衡分配，设备利用率提升约 15%，用户平均等待时间从 30 分钟缩至 20 分钟以内，提升了用户满意度，实现了资源的利用与用户体验的优化升级。

3.3 基于需求响应的有序充电策略

3.3.1 需求响应信号驱动策略

在某城市电网与当地大型充电运营企业的合作试点项目中，电网运营调度中心依据实时用电负荷监测数据、电力供需预测模型以及电网稳定性评估结果，构建了一套精细化的需求响应信号触发机制。当预测到未来 2 小时内电网负荷将突破预设的警戒阈值，且备用发电容量难以满足尖峰需求时，电网控制系统迅速启动需求响应程序。

通过电力数据通信网络，向接入平台的各充电桩运营商发送降功率指令，指令中明确包含各充电桩需调整至的目标功率值、响应持续时间窗口等关键参数。以特来电运营的某区域充电站为例，站内充电桩接到信号后，智能控制系统即刻解析指令，将正在充电的 50 台电动汽车充电桩功率平均下调 30%。在此次紧急响应过程中，该区域充电站成功削减高峰负荷 150kW，助力电网平稳度过用电尖峰，避免了拉闸限电风险，确保了关键区域、重要用户的电力供应连续性，充分彰显需求响应在关键时刻稳定电网运行的关键支撑作用。

3.3.2 激励用户参与机制

以浙江某地区为例，当地政府联合电网企业、充电桩运营商推出创新型电费补贴与积分奖励并行的激励政策，以撬动用户侧需求响应积极性。政策规定，在夏季用电高峰（7 - 9 月）及冬季供暖期（12 月 - 次年 2 月）等电网负荷压力时段，用户若响应电网需求，将充电时间从高峰时段调整至夜间低谷时段，除享受正常的分时电价优惠外，每度电额外补贴 0.2 元；同时，依据用户响应频次与电量贡献，给予充电积分奖励，积分可兑换充电时长、汽车保养服务或购物优惠券等实用福利。

政策实施后，该地区参与有序充电的用户比例从最初的 30%跃升至 60%，大量用户主动错峰充电。据统计，某小区 200 名电动汽车车主在激励政策引导下，高峰时段用电量锐减 40%，不仅为用户节省充电成本人均每月达 30 元，还为电网削峰填谷注入强劲动力，有效缓解了变压器重载、线路损耗加剧等问题，实现用户与电网的双赢共惠，为有序充电推广筑牢用户根基。

4、安科瑞充电桩收费运营云平台助力有序充电开展

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

5结论与展望

展望未来，充电桩有序充电技术将在多维度持续演进，为电动汽车产业与能源体系深度融合注入澎湃动力，绘就一幅绿色、、智能的宏伟蓝图。

跨领域融合进程加速，能源互联网蓬勃兴起，充电桩作为关键节点，深度融入分布式能源生态。与光伏、风电紧密结合，实时追踪清洁能源发电曲线，智能引导电动汽车在绿电充裕时段充电，助力清洁能源就地消纳率提升 50%以上，削减碳排放超千万吨，为双碳目标实现筑牢根基；车网互动（V2G）技术从概念迈向大规模应用，电动汽车化身移动储能单元，在电网高峰反向送电，削峰填谷，车主借此获取丰厚收益，实现出行与能源收益双赢，驱动能源利用模式革新；智能家居、智能建筑与充电桩联动成势，依据家庭用电负荷、用户出行计划，自动规划充电策略，打造全屋智能能源管理闭环，提升能源综合利用效率 20%，开启智慧生活新篇章。