智能化充電樁模塊化設計及實現

王飛++吳瑞明

摘 要：本文針對充電樁的智能化和模塊化發展趨勢，通過分析電動汽車智能充電樁的建設情況和智能充電樁的原理，提出了充電電池多樣性、智能監控、通信和智能人機交互等功能需求，在此基礎上設計了智能充電樁模塊化設計方案，通過智能充電樁硬件結構實現了智能充電樁功能設計，認為模塊化設計的電動汽車智能充電樁適應性廣，具有較好的經濟和社會效益。

關鍵詞：智能化 充電樁 模塊化

中圖分類號：U46 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）11（a）-0108-03

德國政府規劃到2020年使電動汽車數量超過100萬輛。日本東京電力公司已宣布其成功研發出大型快速充電器，該充電器大大縮短了充電時間，這對日本電動汽車普及提供了較大的可能性。國內，比亞迪公司在深圳的廠區內建設了電動汽車快速充電站和充電樁。在“十五”計劃期間，為實現能源安全、改善大氣環境，國家制定了跨越式發展的戰略并設立了“電動汽車重大科技專項”，集中了企業、高校、科研院所的力量進行攻關，把電動汽車的產業化技術平臺作為重點研究工作，并在一些關鍵技術上取得了較好的進展。隨著電動汽車行業的發展，作為輔助充電的基礎設施——智能充電樁也越發廣泛，人們對智能充電樁的研究也在逐漸深入，加快充電樁的基礎建設已然成為推動新能源汽車發展的主要助力，但對于電動汽車智能充電樁的優化設計和其關鍵技術還有待研究與開發。

1 智能充電樁模塊化設計

智能充電樁的工作原理，是當控制導引系統與電動汽車充電接口接通后，通過智能化的人機交互界面發出充電控制指令然后由主控制系統控制一個電池繼電器的開閉來控制主回路上的交流接觸器開閉，從而實現給電動汽車的電力補給功能。智能充電樁同時還有智能計費功能，該功能通過在主回路接入一個智能電表實現不同段多種費率的計量功能，并通過RS-485將計量數據傳輸到控制系統中，實現智能計量計費功能。智能充電樁的人機交互功能，RFID射頻技術可以實現身份識別，將操作的基本信息錄入射頻卡中，同時還能用于費用結算；智能語音提示和狀態顯示燈也使操作更加簡單便捷；智能化的人機交互界面，操作者可以從移動終端或者樁體顯示器上對充電樁進行操作；嵌入式的微型打印機還能為操作者提供消費憑條。多種通信功能，可以實時地將各種數據實時反饋到移動終端和管理平臺上，使充電樁的使用更加智能化舒適化。同時斷路器浪涌保護器、急停按鈕等的合理運用使得智能充電樁的安全性得到了更好的保障。

智能充電樁基本功能要求有如下幾種。

（1）適用充電電池多樣性：充電樁應能對鋰離子蓄電池、鎳氫蓄電池、鉛酸蓄電池類的電動汽車進行充電。（2）智能監控功能：實時采集充電樁充電狀態信息，并將樁體信息實時傳輸到后臺管理系統，并且能自動判斷故障信息從而做出緊急自動斷電保護等操作。（3）通信功能：充電樁應具備與蓄電池管理系統通信的功能，且能判斷與蓄電池管理系統是否正確連接，能獲得蓄電池管理系統充電參數和充電實時數據。（4）智能人機交互功能：簡單友好的人機交互界面，操作界面更加智能化，使操作者有更加舒適的操作體驗。根據上文對電動汽車智能充電樁的需求調查分析，可以將智能充電樁樁體硬件分為3個模塊，分別為功能結構模塊、人機交互模塊以及安全防護模塊。圖1所示為智能充電樁的模塊化框圖。

2 智能充電樁硬件設計

電動汽車智能充電樁硬件系統主要由主控板、監控板、IC卡讀寫器、數字電表、移動通信模塊、觸摸屏、指示燈、按鍵等組成（如圖2所示）。

當電動汽車需要充電時，用戶將充電卡置于刷卡區，根據畫面提示通過鍵盤進行相應操作，連接充電接口，選擇充電模式，啟動充電過程。在上述過程中，控制保護單元檢測充電接口連接狀態，如果連接狀態不正常，則無法啟動充電。同時，在充電過程中，顯示區的充電指示燈點亮，監控單元實時監測充電電壓、充電電流、充電接口連接狀態、充電開關狀態等，在異常或故障時斷開充電開關，并報警。電動汽車充電樁應用環境大多在室外，工作環境比較惡劣，需要適應雨、雪、霧、風吹、日曬、高溫、低溫等惡劣天氣的考驗；同時，電動汽車作為一個充電設備，還必須能夠承受各種電磁干擾的考驗，在典型的工業電磁騷擾環境下能夠正常提供充電服務，為此開發了集成控制系統（如圖3所示）。

3 結語

智能交流充電樁是一款為電動汽車充電的輔助設備，集控制、管理、查詢、顯示等功能于一體，實現對整個充電過程的智能化控制。充電站是電動汽車的必配基礎設施，適用于公共停車場、居民小區停車場、企業專用停車場等各類露天車場與地下停車場。由于電動汽車每天需要補充大量電能，經營充電站就可以獲得巨大的充電服務收益。相對于加油站，電能比較安全和方便，可在各地大量安裝設置充電站。

參考文獻

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