淺談電動汽車充電樁設計思路

孫環+石鋒生

摘 要：近年來，電動汽車憑借其零噪音、零污染、駕駛方便的優勢贏得了越來越多的青睞，但電動汽車在長距離行駛過程中，存在充電不方便和續航能力較弱等缺點，進而限制了它的使用范圍。目前所使用的電動汽車大多利用蓄能電池作為動力來源，蓄電池在持續供電之后會使電壓變低，必須進行及時充電，否則會因虧電對蓄電池造成一定程度的損害。因此，進行電動汽車充電樁設計和建設具有非常重要的現實意義。本文從電動汽車發展概況出發，分析了電動汽車充電樁的設計要求，提出了電動汽車充電樁設計的思路，希望能對我國電動汽車充電樁設計建設起到一定的參考和借鑒作用。

關鍵詞：電動汽車；充電樁；設計思路

中圖分類號：U469 文獻標識碼：A

黨的十八大提出了生態文明的建設目標，不斷改善環境衛生、清潔空氣、減少對環境污染是全國廣大人民群眾共同的愿望。汽油在燃燒過程中所產生的尾氣是造成空氣污染的一個重要原因。近年來，霧霾天氣加重，嚴重影響了人們的正常生產和生活，成為全國乃至全世界廣泛關注的焦點問題。減少燃油汽車的數量，增加環保節能電動汽車的數量是大勢所趨。依目前電動汽車的應用情況看，大批量生產利用電動汽車還存在較為現實的困難，主要原因在于電動汽車在長途運行后，不能及時充電。目前，我國電動汽車充電樁建設很不到位，遠遠不能滿足現有電動汽車充電的實際需要。因此，加快電動汽車充電樁建設勢在必行。本文將對電動汽車充電樁的設計展開論述，進而提出一些可借鑒和參考的措施方法。

1.電動汽車發展概況

目前，我國大力提倡發展電動汽車行業，國家和政府撥付專項資金對該領域進行重點扶持。國家能源局在下發的（2015年～2020年）《配電網建設改造行動計劃》中，明確指出在電動汽車發展的下一個5年規劃中將著力抓好配電設施配套建設。可以看出，不久的將來在國家政策的大力扶持下，我國電動汽車行業一定會得到蓬勃的發展。

《配電網建設改造行動計劃》（2015年至2020年）明確提出，在這5年間，國家將投入不少于2萬億元資金專門用于配電網建設改造，僅2015年一年就投資不少于3千億元，“十三五”期間累計投資將達到1.7萬億。據預測，到2020年我國用電能代替電量將達到6300億千瓦時，電能的消耗總量將提高兩個百分點，到2020年將建成480萬臺電動汽車充電樁和1.2萬座電動汽車充電站，可以滿足500萬輛電動汽車的充電需求。

2.電動汽車充電樁的設計要求

2.1 適應極端天氣

電動汽車充電樁是戶外型設施，整個設計過程中，為適應戶外極端天氣的影響，應利用不銹鋼結構，從而起到防塵、防雨、防極端惡劣天氣的作用。同時，電動汽車充電樁的顯示區、刷卡區應采用PC材料，該材料具有很強的抗腐蝕性，同時具有阻燃、自熄等優點，其韌性和強度都較好，能夠經受住重壓的作用。

2.2 較強的抗電磁干擾能力

電動汽車電池在充電時，其充放電的工作效率會受周圍環境條件的影響，特別是受電磁干擾影響較大。在常溫情況下，電池的充放電接收能力較強，隨著環境溫度的降低，其接受充電的能力也會隨之下降。因此，在設計電動汽車充電樁的時候，要具有較強的抗電磁干擾能力，防止因電磁干擾過強影響其充電效率。

3.電動汽車充電樁設計思路

3.1 外部機構與總控單元

電動汽車充電樁可利用交叉覆蓋的工藝進行設計，結構的強度要滿足IP65防護要求，能夠起到防水作用。電動汽車充電樁的主體設計方面，可采用鍍鋅鋼板作為硬件材料，為防潮、鹽、霧等影響，需在鍍鋅鋼板外表進行烤漆工藝，涂抹一層保護漆膜，防止因外界環境影響造成的硬件材料腐蝕。充電樁的元器件可采用STM32F107VCT6微控制器，其包含以太網接口、高性能的ARMCortex-M332位RISC內核，16個10接口、6個與各個控制單元對接的串口，能夠滿足監測、使用工作的需要。另外，該設備可以在工業級的溫度范圍內開展工作，極大地提高了總控單元的運行效果。

3.2 監控和顯示單元

監控單元主要功能是監督充電樁的工作狀態，主要包括開關量的采集、模擬量的采集和開出控制。在系統采集到模擬量之后，會把相應的信息傳達到開關量的采集單元，進而給用戶提供充電所需的電量；開出控制主要功能是在充電完成之后，指引用戶把電動汽車開出充電樁，為其他用戶使用充電樁提供位置。顯示單元主要由觸摸屏、LED顯示器、按鍵和指示燈組成，用戶利用LED顯示器，按照電動汽車需要的充電量，通過觸摸屏上的按鍵選擇相應的適合服務方案。在完成服務之后，指示燈會亮起，即向用戶提示充電開始。在充電完成之后，指示燈會由紅色變為綠色，表示充電已經完成。

3.3 軟件系統

3.3.1 主控模塊

主控模塊能夠按照用戶的需求自動設計最佳的服務方案，在客戶做出選擇之后，將客戶信息傳遞到硬件模塊，開始充電。與此同時，主控模塊還可收集用戶的各種信息，例如智能充電樁的充電記錄、實施運行數據等等。

3.3.2 安全模塊

安全模塊是由數據加密模塊、讀卡器、密鑰管理系統、數據解密模塊等組成。數據加密模塊可根據一定的加密形式，把用戶的各種信息進行加密之后保存。讀卡器可利用硬件加密技術將充電樁數據與用戶卡交互中所獲得的變量進行加密，在傳輸中能夠對具體線路加密，從而保證信息數據的相對安全。密鑰管理系統可以提供密鑰的加密算法和生成機制。數據解密模塊可以把用戶信息進行還原變成原始數據，同時能夠提供給用戶進行識別。

3.3.3 電氣設計

電動汽車充電樁樁體的結構，應當采用交叉覆蓋的工藝，不但有利于工作時空氣的流動，方便充電樁散熱，同時還能提高充電樁體的防護能力。充電樁的主體可采用鍍鋅鋼板，電動汽車的外表可以使用烤漆工藝，提高抗蝕能力和防銹能力。電動汽車所有的零部件都要達到工業級要求，充電樁的電氣設計，可采用磁環、壓敏電阻及瞬變抑制二極管等，確保充電樁在惡劣環境下的穩定工作。

結語

在國家大力提倡新能源汽車發展的良好形勢下，電動汽車因污染少、噪音輕、環保節能受到了人們的一致歡迎，同時，電動汽車行業迎來了前所未有的大好發展機遇，具有相當大的發展空間。目前，電動汽車面臨的充電難問題并不能打消民營資本對該行業的熱衷，也不能改變國家電力部門對該行業的積極性，電力方面的改革將會解決充電樁盈利的難題。國家關于電動汽車用電的價格政策制定之后，將會對經營性充電站的用電價格進行明確。假如經營性價格出臺之后，并且給運營商一定的利潤空間，那么必將帶動各方力量投資充電樁建設，電動汽車充電難的問題將迎刃而解。

總之，傳統汽車在運行過程中產生了大量的污染，在國家大力提倡環保理念的今天，發展電動汽車是大勢所趨，眾望所歸，也是一項惠民的良心工程，相信通過各方努力，電動汽車的發展會前途無量。

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