智慧充电桩物联网技术白皮书

智慧充电桩物联网 技术白皮书 序 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。 现阶段，在实践中暴露出来的电动汽车充电基础设施发展所面临的挑战和瓶颈主要集中在充电桩运维低效、充电安全保障不到位、用户体验亟需提升和桩网协同方式不完善共四个方面。我们需要找到经济、可靠和绿色的创新模式，破局增长之困。 为此，南网电动和华为以智慧物联网技术为载体，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。 本白皮书由南网电动和华为共同编制，融入两家智慧能源、物联网、先进信息通讯和能源系统架构设计等方面的技术，描绘充电基础设施基于数字引擎强大的连接和云计算能力，结合“四网融合”应用场景的战略思考。以物联网为载体，聚合充电网、车联网和能源网推动产业链数字化进程，更绿色地满足多元化的用户需求，支撑可再生能源与多元化储能协同发展，重塑数字时代电网新业态。 在新基建的能源绿色产业链风口尖端，我们希望以智慧充电桩物联网为载体，以四网融合为根基，以建设智慧能源、智慧交通、智慧生活、智慧城市为目标，打造卓越的电动汽车服务运营商、电动汽车产业价值链整合商、绿色能源生态服务商。本白皮书是南网电动与华为的一次创新实践，是一份思考的分享，如有不完善、不全面之处，恳请各位同行批评指正，也期待有更多的生态伙伴与我们一起携手，合力驱动美好未来。 南方电网电动汽车服务有限公司董事长 著作单位 南方电网电动汽车服务有限公司华为技术有限公司 参编人员 南方电网电动汽车服务有限公司：邹大中陈浩舟李勋葛静李蓝特 华为技术有限公司： 杨晨声李宇黄伟刘凯明张皓翔邹育泉柳巧平 目 Contents录 01.新基建下电动汽车充电发展趋势及挑战 1.1电动汽车及充电基础设施发展历程03 1.1.1全球电动汽车发展简介03 1.1.2国内充电基础设施发展现状04 1.2新基建赋予充电基础设施建设新内涵05 1.2.1新基建充电桩是以信息化为基础的新型基础设施05 1.2.2充电运营商加大新基建充电桩投资与建设06 1.3当前电动汽车充电所面临的主要挑战08 02.智慧充电功能描述和应用场景 2.1智慧充电代际划分12 2.2智慧充电功能描述13 2.2.1L1电气化阶段功能描述13 2.2.2L2数字化阶段功能描述14 2.2.3L3智能化阶段功能描述16 2.2.4L4自动驾驶阶段功能描述18 2.3智慧充电典型应用场景19 2.3.1公变台区小区停车场智慧充电场景19 2.3.2企业园区停车场智慧充电场景20 2.3.3专变台区公共停车场智慧充电场景22 2.3.4高速公路服务区智慧充电场景24 03.智慧充电桩物联网方案架构和关键技术 3.1智慧充电桩物联网方案架构27 3.2边缘计算技术28 3.2.1定义与价值28 3.2.2容器技术架构29 3.3物联网联接技术30 3.3.15G超宽通信31 3.3.2HPLC宽带电力线载波通信31 3.3.3Wi-Fi6无线接入33 3.4物联网平台35 3.5物联网安全35 3.6AI人工智能37 04.智慧充电桩物联网应用案例 4.1南网电动深圳民乐P+R充电场站应用案例40 4.1.1项目背景及需求40 4.1.2智能充电场站方案设计40 4.1.3客户价值41 4.2南网电动深圳碧新路充电场站应用案例42 4.2.1项目背景及需求42 4.2.2智能有序充电方案设计42 4.2.3客户价值43 05.总结与未来展望 06.术语&缩略语 07.参考文献 01 新基建下电动汽车充电发展趋势及挑战 当今世界，化石能源日益短缺，环境污染日益加重，气候变化日益突出，绿色可再生能源的高效利用已经成为人类社会可持续发展的关键。电能作为优质、高效、可再生的绿色能源，能够满足社会绝大多数的能源需求，电能替代已经成为能源发展的主要方向。新能源电动汽车作为清洁、节能的新型交通工具，可实现传统化石能源的电能替代，已成为了世界各国现代交通发展的共同选择。电动汽车充电桩为电动汽车提供充电服务，充电桩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。 1.1电动汽车及充电基础设施发展历程 1.1.1全球电动汽车发展简介 电动汽车发展至今，已经有近200年的历史，比现在最为流行的内燃机汽车早出现半个世纪。早在1828年，匈牙利发明家AnyosJedlik发明了世界上第一台带有电磁转换的换向旋转机电机。随后在1834年，美国的ThomasDavenport发明了世界第一台由直流电机驱动的电动汽车。1859年法国人GastonPlante发明了铅酸电池，从此电动汽车可以蓄电。1881年，法国发明家GustaveTrouve制造了由一台电动机和六节铅酸蓄电池组成动力装置的电动三轮车，这辆电动汽车在巴黎举行的国际电器展览会上展出时，引起了不小的轰动。由于电动汽车相比内燃机汽车具有噪声低、免换挡和价格低廉等优势，电动汽车在19世纪下半叶、20世纪初在欧美得到了一定的推广。但是自1920年开始，由于石油大规模开发和内燃机技术进步等因素影响，电动汽车速度和里程有限，逐渐失去市场优势，其发展进入停滞期。 20世纪末到21世纪初，为保护环境，保障能源安全和经济的可持续发展，清洁高效的电动汽车重新受到了关注，大力发展以电动汽车为代表的新能源汽车，实现交通系统的电气化和信息化，已经成为世界各国的共识。近十年来，各国政府纷纷出台一系列政策和计划，推动电动汽车的发展。2008年，奥巴马提出“汽车替代”计划，并后续通过一系列新能源汽车扶持法案，大力推动美国电动汽车的发展。2009年，德国提出“国家电动汽车发展计划”，以加强德国电动汽车的研究、发展和市场推广；同年，法国公布了旨在发展纯电动汽车和插电 式混合动力汽车的“一揽子计划”，目标是在2020年前生产200万辆清洁能源汽车。2010年，日本公布“新一代汽车战略2010”，以国家形式设定了“新一代汽车”的发展目标，预计在2020年电动汽车总保有量达到1350万辆，电动汽车占新车销量比例达50%。 中国作为能源消费大国，传统汽车燃油的巨大消耗将危及中国能源安全，并对城市环境造成严重的污染。大力发展以电动汽车为代表的新能源汽车，已经上升到中国的国家战略层面，发展新能源汽车是我国从汽车大国迈向汽车强国的必由之路。 早在2012年，中国政府发布《节能与新能源汽车产业发展规划（2012年-2020年）》，提出到2020年，纯电动汽车和插电式混合动力汽车生产能力达200万辆，累计产销量超过500万辆。近年来，为加速新能源电动汽车的普及，国务院和各部委等先后出台一系列支持电动汽车技术和产业发展的相关政策。2019年12月，工信部发布《新能源汽车产业发展规划（2021-2035年）》征求意见稿，指出到2025年，新能源汽车销量占当年汽车总销量的 20%；到2030年，新能源汽车形成市场竞争优势，销量占当年汽车总销量的40%，有条件自动驾驶智能网联汽车销量占比70%。2020年4月，发改委、财政部、工信部、科技部联合发布《关于完善新能源汽车推广应用财政补贴政策的通知》，明确将新能源汽车推广应用财政补贴政策实施期限延长至2022年底。 1.1.2国内充电基础设施发展现状 充电基础设施是指为电动汽车提供电能补给的各类充换电设施，是新型的城市基础设施。国内电动汽车的能源供给方式主要以充电桩充电为主，大力推进、适当超前建设充电桩、充电场站等充电基础设施，有利于解决电动汽车充电难题，是发展新能源汽车产业的重要保障。 中国政府高度重视电动汽车充电基础设施的建设。2015年9月，国务院办公厅出台《关于加快电动汽车充电基础设施建设的指导意见》指出，原则上新建住宅配建停车位应100%建设充电设施或预留建设安装条件，大型公共建筑物配建停车场、社 会公共停车场建设充电设施或预留建设安装条件的车位比例不低于10%，每2000辆电动汽车至少配套建设一座公共充电站。到2020年，基本建成适度超前、车桩相随、智能高效的充电基础设施体系，满足超过500万辆电动汽车的充电需求。2015年10月，国家发改委发布《电动汽车充电基础设施发展指南（2015-2020年）》，提出到2020年，新增集中式充换电站超过1.2万座，分散式充电桩超过480万个，规划车桩比基本达到1∶1，以满足全国 500万辆电动汽车充电需求。 450 400 381 350 300 261 250 200 150 153 121.9 100 91 77.7 50 42 44.6 20.4 0 4.9 2015年 2016年 2017年 2018年 2019年 电动汽车保有量（万辆）充电桩保有量（万台） 图1-12015年～2019年中国电动汽车及充电桩保有量 根据中国充电联盟的《2019-2020年度中国充电基础设施发展报告》，截止到2019年12月，我国电动汽车保有量达到381万辆，充电桩保有量为 121.9万台，车桩比约为3∶1，我国电动汽车和充电基础设施的发展落后于规划，仍需加快电动汽车的推广和充电桩的部署。 1.2新基建赋予充电基础设施建设新内涵 1.2.1新基建充电桩是以信息化为基础的新型基础设施 2020年，全球爆发新冠疫情，随着国内疫情逐步得到控制，如何对冲疫情对经济的影响，如何实现经济的稳定增长，已然成为了社会关注的首要问题。目前，从政府到企业，从专家到媒体，纷纷对以5G（FifthGeneration，第五代移动通信技术）基站建设、特高压、城际高速铁路和城市轨道交 通、新能源汽车充电桩、大数据中心、人工智能、工业互联网等为代表的新型基础设施建设（以下简称“新基建”）寄予厚望。新能源电动汽车充电桩作为新基建的重要建设内容，借助新基建带来的机遇，将有望实现快速增长。 其实，早在2018年12月，中央经济工作会议就首次提出“新型基础设施”概念，提出加快5G商用步伐，加强人工智能、工业互联网、物联网等新型基础设施建设。疫情发生以来，中央、国务院等多次会议中提出加强新型基础设施建设，在当前疫情防控形势持续向好、生产生活秩序加快恢复的形势下，加快新型基础设施建设，有利于推动经济社会发展步入正常轨道。2020年3月，中央政治局明确 要求加快新型基础设施建设进度。随后国务院常务会议也要求“部署加快推进信息网络”等新型基础设施建设，在2020年5月，国务院政府工作报告指出重点支持既促消费惠民生又调结构增后劲的“两新一重”建设，加强新型基础设施建设，发展新一代信息网络，建设充电桩，推广新能源汽车，激发新消费需求、助力产业升级。 历史上水利、公路、铁路、电力等均在不同阶段轮番支撑着全球经济发展、人类社会进步，可称之为传统基础设施建设。当前，人类社会加速由工业经济时代向数字经济时代转变，以5G、云计算、人工智能、物联网、区块链等为代表的新一代信息技术为新一轮经济发展提供了高经济性、高可用 性、高可靠性的技术底座，可以称之为数字新型基础设施建设（以下简称“数字新基建”）。 “数字新基建”不同于传统基础设施建设，其科技性、创新性和赋能性更强，是经济社会迈向数字化转型的必要根基。数字新基建主要包括三个方面的内容： 信息基础 设施 信息基础设施主要是指基于新一代信息技术演化生成的基础设施，比如，以5G、物联网、 工业互联网、卫星互联网为代表的通信网络基