摘要：在能源危机日益严峻的全球背景下，石油和天然气等非可再生资源的持续消耗推动了新能源汽车产业的迅猛发展，成为我国重点培育的战略新兴产业。充电桩作为新能源汽车不可或缺的基础设施，其便捷性、合理性和多样性对于新能源产业的持续发展至关重要。通过随机问卷调查法，收集了300份有效问卷，调查分析揭示了充电桩在车主充电便利性、分布均衡性以及充电车位占用率等方面存在的问题。基于此，提出了整合资源、优化充电设施布局等策略，旨在改善充电桩空间布局，进一步推动新能源产业的快速发展。
关键词：新能源汽车；充电桩；持续发展；资源整合；空间布局优化
引言
为减少环境污染和降低能源消耗，全球各国纷纷投入新能源汽车的研发，新能源汽车的兴起已成为不可逆转的趋势。充电桩作为新能源汽车的关键配套设备，已经迎来了快速发展期。截至2023年11月，中国充电联盟成员单位累计上报的公共充电桩数量达到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展示了2018-2023年中国公共充电桩的保有量趋势。然而，随着充电基础设施的快速扩张，充电桩与新能源汽车的匹配度不足、充电体验不佳、充电困难等问题，成为制约新能源汽车产业进步和创新的关键因素。因此，对新能源汽车充电桩进行空间布局优化的研究显得尤为重要。本文以张家口市为案例，分析和研究新能源汽车充电桩的空间布局优化，为新能源汽车充电设施的空间布局决策提供参考。
图1 2018—2023年中国公共充电桩保有量趋势图
1、新能源汽车
新能源汽车指的是使用新型能源作为动力的汽车，主要包括电动汽车、氢燃料电池汽车和混合动力汽车。
1.1零排放
相较于传统燃油汽车，新能源汽车不会产生尾气排放，有效减少了环境污染。特别是电动汽车，完全依赖电池储存能源，无需燃烧化石燃料，实现了真正的零排放。这对于改善空气质量、减少大气污染具有重大意义。
1.2节能
传统燃油汽车在燃烧石油等化石燃料时会产生能量损失。新能源汽车主要依靠电池或氢燃料电池储存和利用能量，能更高效地使用能源，提高能源利用率。这不仅有助于减少对有限化石能源的依赖，还能节约能源资源，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充电桩数量与分布
充电桩的数量应满足用户需求，同时考虑投资和运营成本。充电桩的分布应考虑用户的出行需求和充电桩的可用性，确保用户在需要时能方便地找到充电桩。图2展示了张家口市桥东区国家电网充电站的情况。
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
充电桩的供电能力指的是充电桩能提供的电力大小，供电能力越强，充电速度越快。充电桩的供电能力需根据用户需求和电网容量来确定。充电桩供电网络的可靠性指的是充电桩能够持续供电的能力，需考虑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
充电桩的建设需考虑土地利用和环境影响等因素，并满足相关规范和标准。充电桩的运营管理需考虑设备维护成本、客户服务及时性以及用户的充电行为和支付方式等因素。
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，分析公共充电桩布局的合理性。本次调查主要采用问卷调查法，从新能源汽车用户的角度出发，探索满足用户实际需求的充电桩布局。调查随机抽取张家口市不同地区的新能源汽车用户，问卷采用匿名制单选题形式，内容涵盖用户充电习惯及满意度两个方面，满意度问题采用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”五个选项，分别对应1～5分，分数越高表示满意度越高。预调研信度效度合格后发放，共收回300份有效问卷。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
通过分析图3发现，车主日常使用新能源汽车的时间与充电桩布局有相关性，在充电需求集中的时段，用户充电需求较大。一般在下午6点后充电的车主约有143人，占47.7%；下午1点至6点充电的车主约有90人，占30%；而上午时段充电的车主只有67人，占22.3%。这说明新能源车主在选择公共充电桩的时间上表现出一定的规律性。基于此，在优化充电桩布局时，当充电需求与电网可接入容量成为主要矛盾时，电网不必一律拒绝充电桩接入，而是可以安排充电桩接入后，根据车主需求和电网容量，科学合理地安排分时段服务，待电网容量提升后，再安排全时段服务。
图3 新能源车主充电时间对比分析图
3.1.2充电位置选择
新能源汽车车主习惯性选择的充电位置，在很大程度上影响着充电桩的布局。本次调查研究发现，选择在小区附近充电的车主占比为45%，商场周边充电的占比为30%，公司附近充电的占比为25%。图4为新能源车主选择充电桩位置的对比分析图。
图4 新能源车主选择充电桩位置对比分析图
通过分析图4，以车主的实际活动范围为基础，在布局公共充电桩时，应优先考虑在小区地段建设，并根据实际情况考虑商场和公司单位附近的充电桩布局，以提升充电桩布局的合理性和可行性。图5展示了张家口市某商场附近的充电桩情况。
图5 张家口市某商场附近充电桩
3.1.3充电体验满意度
通过分析图6发现，调查对象对现有公共充电桩的满意度占比为57.6%，一般满意度为7.6%，不满意为34.8%。因此，针对现有充电桩布局的优化仍有较大的改进空间。相关参与方可以从服务、产品质量、操作流程、收费等方面进行优化和改进，从根本上提升新能源车主对充电桩的满意度。
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的实际体验进行提问，具体数据分析如表1所示：
在11项指标中，用户对充电速度、充电桩分布与数量、充电桩故障、周围环境持中立态度（3分），对车桩匹配度、排队时长较为满意（>3分），而对车位被占、操作流程与APP收费等（<3分）表示不满意，急需改进。
3.2新能源汽车充电桩布局优化探讨
以张家口市新能源汽车充电桩为例，以调查对象的意见为出发点，提出合理的充电桩布局建议，以促进充电桩的快速发展，解决车主充电难、充电桩分布不均、充电车位占用率高等问题，构建充电桩设施管理体系。
3.2.1科学合理规划充电设施
在规划充电设施阶段，为确保规划布局的合理性与多元性，应整合多方资源，并由政府相关部门进行指导，加强导向作用。调查发现，老旧小区存在无法安装充电桩的问题，但周边充电设施需求量大；公司单位需求量大，但安装率不高。从评估、布局到监管阶段，城市规划应将充电桩布局规划纳入城乡发展战略规划中，将交通道路、电网结合，编制专项规划，科学合理地规划充电设施。
针对车位被占问题，充电桩停车位应设置自动识别联网地锁，并与充电桩感应。用户扫码启动预充电服务时，地锁自动打开；充电车辆离开后，地锁自动弹起，从而提高充电桩的利用率。
3.2.2充分发挥考核监督作用
在相关部门制定城市充电桩布局规划时，应基于当地实际情况，制定符合当前城市现状和未来发展需求的充电桩建设政策。同时，相关部门应给予技术研发、充电设施建设财政和政策支持，解决电力接入、充电桩用地等问题。强化现有管理标准，明确建设方、地方和经营人员的管理责任，充分发挥考核监督作用。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，统一收费标准，简化APP下载等繁琐程序，采用扫码直充方式，预存押金充电结束后及时退款，防止充值不退现象。
3.2.3整合资源
利用移动互联、大数据等技术手段，加强各方沟通交流，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，并能实时监控充电设施状态，工作人员根据充电设施实际情况，做出科学合理的判断，对故障充电桩及时维修。图7展示了新能源汽车充电数据资源的共享与融合结构分析。
4、安科瑞充电桩收费运营云平台系统选型方案
4.1概述
安科瑞充电柱收费运营云平台系统AcrelCloud-9000，利用物联网技术，实现对电动自行车充电站的持续数据采集与监控。系统实时监控充电桩运行状态，提供充电服务、支付管理、交易结算、资产管理、电能管理以及明细查询等功能。同时，系统能够预警充电机过温保护、漏电、输入/输出过压、欠压、绝缘低等故障。充电桩支持以太网、4G或WIFI接入互联网，用户可通过微信、支付宝、云闪付扫码充电。
4.2应用场所
适用于民用建筑、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）数据采集层、网络传输层、数据层和客户端层。
2）数据采集层：采用标准modbus-rtu通讯协议的电瓶车智能充电桩，负责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网络将数据上传至数据库服务器。
4）数据层：包括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）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方式启动充电。
小区充电平台功能包括智能化大屏、实时监控、交易管理、故障管理、统计分析、基础数据管理等，同时提供运维人员运维APP和充电用户充电小程序。
4.4安科瑞充电桩云平台系统功能
1）智能化大屏
智能化大屏展示站点分布情况，统计显示设备状态、使用率、充电次数、时长、金额、度数、故障等信息，查看站点信息、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，合理分配资源。
2）实时监控
实时监视充电设施运行状况，包括充电桩运行状态、回路状态、充电电量、电压电流，以及充电桩告警信息等。
3）交易管理
平台管理人员可管理充电用户账户，进行充值、退款、冻结、注销等操作，查看小区用户每日充电交易详细信息。
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派发处理，运维人员通过运维APP接收故障推送，并在完成后上报结果。充电用户可通过充电小程序反馈现场问题。
5）统计分析
通过系统平台，从充电站点、设施、时间、方式等角度，查询充电交易统计信息、能耗统计信息等。
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，管理在线卡用户充值、冻结和解绑。
7）运维APP
面向运维人员使用，管理站点和充电桩，进行故障闭环处理、查询流量卡使用情况、充电/充值情况，远程参数设置，接收故障推送。
8）充电小程序
面向充电用户使用，查看附近空闲设备，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课题，需以用户实际需求为出发点，综合考虑充电桩数量和分布、供电能力及网络可靠性、充电桩建设与运营管理等因素。通过优化空间布局，提升新能源汽车充电便利性和用户体验，促进新能源汽车发展。
参考文献：
[1]魏晓芳,吕飞,张宇峰.健康城市导向下新能源汽车充电桩的空间布局研究.
[2]太飞，田雨婷，刘宁，李飞，张静静，王磊，太乐.新能源汽车充电桩空间布局优化研究.
[3]安科瑞企业微电网设计与应用手册.2022.05版.
