電動汽車智能充電樁的設(shè)計要求及相關(guān)技術(shù)探索

杜 婕

（國網(wǎng)湖北綜合能源服務(wù)有限公司，湖北 武漢 430000）

0 引 言

汽車事業(yè)的發(fā)展體現(xiàn)了現(xiàn)代化社會發(fā)展的趨勢，隨著汽車數(shù)量的快速增長和石化材料的大量應用，我國能源事業(yè)和環(huán)境發(fā)展面臨著嚴峻挑戰(zhàn)。新型電動汽車的出現(xiàn)正好解決了這一問題，真正意義上實現(xiàn)了零排放[1]。我國電動汽車起步較晚，但是其發(fā)展速度較快。尤其在研發(fā)方面，一些小型電動車已取得了較好的成果，發(fā)展前景較好。在電動汽車的充電樁設(shè)計上，還要對其進行更加深入的研究，提高電動汽車智能充電樁的環(huán)境適應性，保證其供電穩(wěn)定性。

1 電動汽車智能充電樁的設(shè)計要求

我國土地遼闊，各個區(qū)域的自然環(huán)境也存在著較大差異，并且電動汽車智能充電樁經(jīng)常工作在電磁極高的環(huán)境下，這些也都對電動汽車智能充電樁的設(shè)計提出了更高要求。要求電動汽車智能充電樁不但要經(jīng)受極端天氣的考驗，還要具備較強的抗電磁干擾能力。

1.1 符合天氣變化的考驗

隨著全球氣候不斷的變暖，我國自然環(huán)境受到了極大的威脅，惡劣天氣事件出現(xiàn)的頻率越來越高。不但影響了工業(yè)行業(yè)的發(fā)展，而且對地區(qū)經(jīng)濟的發(fā)展造成了一定影響。對于電動汽車智能充電樁來說，外部結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和封閉性對電動汽車使用的安全性均具有非常重要的作用。例如，電動汽車智能充電樁的封閉性不佳，會導致水珠、雨雪等進入到充電樁內(nèi)，造成電動汽車智能充電樁內(nèi)部電路出現(xiàn)短路、系統(tǒng)故障等。因此，設(shè)計電動汽車智能充電樁時，要充分保證其外部結(jié)構(gòu)的封閉性和穩(wěn)定性。另外，為了使電動汽車智能充電樁結(jié)構(gòu)內(nèi)部元器件產(chǎn)生的熱量及時散發(fā)出去，還要保證其內(nèi)部空氣的流動性。

1.2 具備抗電磁干擾能力

電動汽車智能充電樁所處的電磁環(huán)境，是由外界一些電磁感應信號對自身充電樁信號接收和輸出情況造成干擾的環(huán)境。隨著通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，電磁干擾的情況也越來越頻繁。對于一些電磁干擾較強的環(huán)境中，為了保證電動汽車智能充電樁的正常運行，在設(shè)計上要考慮到電氣線路的布局，將外界電磁信號對自身的干擾降到最低，進而將電磁干擾所造成的不良影響降到最低。

2 電動汽車智能充電樁的設(shè)計技術(shù)

2.1 電動汽車智能充電樁外部整體結(jié)構(gòu)和總控單元器件的設(shè)計

電動汽車智能充電樁的外部結(jié)構(gòu)在設(shè)計上采用了交叉覆蓋的方式，首先使電動汽車智能充電樁整體結(jié)構(gòu)的強度符合IP65防護級別的要求，能有效防止雨水、雨雪等滲入。其次是電動汽車智能充電樁主體的設(shè)計，在充電樁主體設(shè)計上，可采用鍍鋅鋼板作為電動汽車智能充電樁系統(tǒng)硬件的主要材料，為保證電動汽車智能充電樁能在潮濕、霧氣、鹽氣等環(huán)境中正常運行，還可采用汽車烤漆工藝在鍍鋅材料的表面涂上保護漆膜。最后在電動汽車智能充電樁內(nèi)部元器件的選型上，考慮到各個地區(qū)不同的溫差，可采用微控制器，比較常用的有STM32F107VCT6型。此種微控制器中含有32位RISC內(nèi)核、以太網(wǎng)接口、與控制單元有效對接的串口（6個）、I/O接口（16個），能滿足電動汽車智能充電樁的正常使用和對充電樁內(nèi)部系統(tǒng)的監(jiān)測需求。電動汽車智能充電樁設(shè)備也能在工業(yè)級的溫度范圍內(nèi)正常運行，在很大程度上提高了總控單元的運行效率。

2.2 電動汽車智能充電樁顯示單元與監(jiān)控單元的設(shè)計

電動汽車智能充電樁的顯示單元設(shè)計上由LCD顯示器、觸摸屏、按鍵以及指示燈等構(gòu)成。當用戶需要給電動汽車充電時，可通過LED顯示器、觸摸屏、按鍵等完成。電動汽車智能充電樁在充電工作中，相應的指示燈會亮，提醒其他用戶此電動汽車智能充電樁在使用中。當充電工作完成后，相應的指示燈會提醒用戶充電完成。電動汽車智能充電樁系統(tǒng)的工作電壓為3.3 VDC，邏輯電平為0～3.3 V，將顯示屏的驅(qū)動電壓調(diào)整為5 VDC，將電動汽車智能充電樁工作的溫度控制在0～50 ℃，將寬溫控制在-25～75 ℃[2]。電動汽車智能充電樁中監(jiān)控單元的主要是對充電樁的工作狀態(tài)進行監(jiān)控，主要包括對系統(tǒng)中模擬量的采集、開關(guān)量的采集以及開關(guān)輸出量的控制[3]。當系統(tǒng)采集到模擬量的相關(guān)數(shù)據(jù)后，會將采集到的數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)介_關(guān)量的采集單元中，為用戶能夠得到相匹配的充電量提供有效保障。開出控制單元是當電動汽車完成充電工作后，對汽車的開出情況給予指引，以方便其他用戶。

2.3 電動汽車智能充電樁軟件系統(tǒng)設(shè)計

電動汽車智能充電樁軟件系統(tǒng)設(shè)計包括主控模塊、安全模塊和電氣設(shè)計三個部分。

2.3.1 主控模塊

在設(shè)計主控模塊時，可根據(jù)用戶的實際用電需求為其匹配最佳服務(wù)方案。用戶滿意匹配的服務(wù)方案時刻通過主控模塊進行確認，然后將對應的數(shù)據(jù)信息發(fā)送給其他的硬件模塊，從而完成電動汽車的充電。另外，主控模塊還能收集用戶的各種消費數(shù)據(jù)信息，如電動汽車智能充電樁的運行數(shù)據(jù)、充電記錄等。

2.3.2 安全模塊

安全模塊是指整個軟件系統(tǒng)的安全存儲單元，此存儲單元由密匙管理單元、數(shù)據(jù)加密單元和解密單元等多個單元構(gòu)成。當用戶使用電動汽車時，要通過IC卡或者二維碼進行付費操作。在此過程中，安全存儲單元會自動加密用戶信息。電動汽車智能充電樁系統(tǒng)軟件采用了密匙管理，能有效防治黑客入侵，進一步提高了用戶系統(tǒng)的安全性。但是，在此過程中需要注意，安全模塊中的解密單元能在刷卡付款、二維碼付款時自動識別用戶信息完成交易工作。

2.3.3 電氣設(shè)計

在軟件電路設(shè)計中，防靜電設(shè)計是雙向瞬態(tài)抑制二極管接地，對通信電路進行防靜電保護。在設(shè)計上，在內(nèi)部控制板與外部各個功能模塊的連接中采用了電能計量、觸屏顯示以及無線通信傳輸?shù)榷喾N形式。

2.4 電動汽車智能充電樁APP客戶端設(shè)計

近年來，隨著智能手機的普及，APP客戶端軟件在人們?nèi)粘Ｉ钪械玫搅藦V泛應用。在對電動汽車智能充電樁APP客戶端的設(shè)計中，根據(jù)用戶手機操作系統(tǒng)的不同分別設(shè)計了iOSV7.0.0版本和Android V2.3.3版本的APP客戶端軟件，均為C/S體系結(jié)構(gòu)，具有強大的擴展能力和靈活性。

2.4.1 視圖層

視圖層是APP客戶端與用戶交互的界面，在了解用戶需求的情況下，可通過調(diào)用業(yè)務(wù)邏輯層的接口對用戶需求進行邏輯處理，并將處理結(jié)果展現(xiàn)給客戶。包括地圖顯示、支付結(jié)算、車輛狀態(tài)顯示、電池電量狀態(tài)顯示、控制界面以及查詢界面等。

2.4.2 業(yè)務(wù)邏輯層

需要及時完成用戶在業(yè)務(wù)上的邏輯需求，包括對服務(wù)器數(shù)據(jù)的請求、對本地數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)讀取等。

2.4.3 業(yè)務(wù)實體層

業(yè)務(wù)實體層包括各個不同的業(yè)物實體、對網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器的數(shù)據(jù)請求、對本地數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)解析、對網(wǎng)絡(luò)平臺服務(wù)器數(shù)據(jù)請求和數(shù)據(jù)解析以及對網(wǎng)絡(luò)平臺數(shù)據(jù)庫的維護等。APP客戶端軟件在設(shè)計思維上，是根據(jù)用戶選擇的功能對相應業(yè)務(wù)邏輯層對應的模塊進行調(diào)用。而在此過程中，業(yè)務(wù)流程的組織工作全部由業(yè)務(wù)邏輯層完成，還調(diào)用了業(yè)務(wù)實體層模塊。通過網(wǎng)關(guān)服務(wù)器的接口，可完成與網(wǎng)關(guān)服務(wù)器之間的信息交換。

3 結(jié) 論

電動汽車智能充電樁的設(shè)計與技術(shù)應用是促進國家電動汽車發(fā)展的重要因素。隨著我國電動汽車智能充電樁設(shè)備設(shè)施的不斷建設(shè)和完善，我國在電動汽車智能充電樁方面的設(shè)計經(jīng)驗有了一定積累，水平也有了很大提升。但是，在對電動汽車智能充電樁設(shè)計的發(fā)展和完善方面還有很長的路程要走。因此，設(shè)計人員要進一步加強對電動汽車智能充電樁的研究和創(chuàng)新工作，提高電動汽車智能充電樁的設(shè)計技術(shù)水平，促進我國電動汽車智能充電樁設(shè)計技術(shù)的快速發(fā)展。