淺談電動汽車充電樁設計與應用

蔡興桐

南京紫泉電力設計咨詢有限公司 江蘇 南京 210000

前言：面對當前社會越來越嚴重的能源危機，如今人們對能源保護、能源充分利用以及環境管理的重視度在不斷增強。很多國家與地區都有提出相應的支持政策，為的就是推動社會朝向綠色環保發展轉型。其中一個重要的關鍵點就在于電動汽車。電動汽車本身對自然資源的耗用少，故有著十分良好的發展前景。但必須強調的是，因為國內產業并不成熟，所以市場中存在著充電樁數量不足、接口不匹配等一系列問題。為了帶給人們更健康的生活環境，同時也是為了規范行業化發展，國家近些年有推行相應標準規范充電樁設計。只有將經濟效益與社會效益放在同樣重要的位置，理解功能需求，創新智能技術，才能夠保障充電樁的實用性與安全性。

1 國內外電動汽車充電樁發展現狀

近些年為推動社會朝向綠色、可持續方向轉型，國內外有大力發展電動汽車，與之對應的是充電樁技術獲得了快速發展。有數據顯示，目前美國充電樁已經擁有5.7萬個左右。國內方面國家電網計劃2020年在國內建成3.2萬充電樁。而民營運營商中的佼佼者特來電、星星充電等到2019年初也發展到了相當的規模。

2 電動汽車充電樁種類

2.1 直流充電樁

當前這種樁大多被用在混合公交車、電動汽車。該樁充電效率快，功率比較大，所以需要重視與注意的就是電網保護。大多數直流充電樁被建立在大型停車場。故要做好電池情況的實施監督。該樁有自動報警與保護功能，能夠根據電池電壓情況、溫度情況自動調整電流、電壓。直流樁內部有不同數量的充電模塊并聯供電，能夠靈活的配置為不同大小功率充電效率快、充電效果好。典型的充電功率為120kW直流雙槍一體機、主流模塊廠商有英可瑞、華為等等。

2.2 交流充電樁

這種樁在小型汽車與家庭汽車中有著廣泛使用。殼體選用有著較強抗沖擊力、老化的材料，本身十分堅固。并且這種樁抗電磁干擾效果突出，能夠在額定負載條件(國標為7kW)下保持穩定、連續運行。交流樁內部沒有AC/DC轉換，靠的是車載充電機進行電能轉換，所以充電耗時長，但這種樁功率低，所以大多配置在車輛長時間停放的情況下使用，比如住宅小區。

2.3 一體充電樁

有部分廠家生產同時提供交流和直流充電的充電設施，這種充電樁同時具備交流充電與直流充電的能力，白天的時候可以用直流充電快速充電，夜間的時候則選用交流充電慢速充電。通常來說這種充電樁都有配備蓄電池以及自動充滿功能，為的是控制充電帶給電池造成的負面影響。充電模式主要包括智能、定量、定時這三種模式。為保障充電樁能夠可靠、安全運行，需要為充電樁配備過流、短路、漏電保護功能。

3 充電樁設計思路

3.1 設計要求

設計充電樁的時候需要考慮到充電樁往往會在非常惡劣的環境中運作，強烈的磁場效應與噪音都是需要面對的考驗與問題。絕大多數充電樁被設置在戶外，而戶外環境就會受到雨雪侵蝕以及灰塵覆蓋。充電樁應當具備足夠的密閉性與抗腐蝕性。此外韌性、自熄、阻燃、抗壓也是需要考慮的問題。內部要做好散熱量處理，合理性布局整體結構，以便保障充電樁能夠穩定運轉，具備足夠的抗電磁干擾能力。

3.2 設計要點

大多數充電樁在使用中都需要面對高負荷、長時間工作要求。設計充電樁的時候必須將重心放在穩定性、可靠性方面，保障充電效率和質量。充電樁一定要具備無損充電以及快速充電這些能力。充電電流要保持足夠平滑，減少充電過程中帶給電池的負荷、負載影響。

充電樁硬件方面可以選用適應性更強的模塊結構以此應對雷電沖擊。要做好抗靜電干擾、抗電磁場干擾以及過壓防護工作。材料方面可以用鍍鋅鋼板，并在其表面均勻涂抹保護漆膜，為的是在遇到雨雪天氣時候能夠減少腐蝕性影響。

在設計充電樁的時候，有必要處理好防靜電要求，主要方法就是使用雙向瞬態抑制二極管接地。此外內部控制板需要確保觸摸顯示屏、無線模塊、電能計量、總控單元的充分連接。硬件系統主要就是充電模塊、識別模塊、計費模塊、顯示與監控模塊。其中最核心的是主控模塊，配有大量的控制對接串口與以太網接口，用于監測使用。

監控模塊能夠實時監測充電樁的運作情況，保障了充電樁在使用過程中足夠可靠與安全。如遇到異樣情況需要第一時間切斷電源用于保護車載電池、電動汽車、充電樁足夠安全。主要就是開關量、模擬量的保護工作。采集到足夠監控模塊數據以后，這些數據會被發送到監測單元進行匹配為充電樁供給相應的電量。

顯示模塊有配備許多的硬件比如按鍵、指示燈、觸摸屏、顯示器。在使用充電樁的時候根據顯示器的提示了解充電要求，選擇對應按鍵充電。充電中亮起指示燈代表正在工作。電滿后熄滅指示燈意味著充電結束。

不論是硬件還是軟件都要嚴格按照國家規定、國際標準合理使用資源，用靈活、方便的軟件為人們提供服務。充電樁總共包括應用軟件、支持軟件、系統軟件，配有安全、通信以及主控一類模塊。

4 充電樁管理

為了方便人們找到充電樁，使用充電樁，可以設置一體化服務中心，比如設計充電樁尋找、使用APP，如同共享單車一樣，在人們需要使用充電樁時，直接打開APP，隨后人們就可以按照規劃的路線前往充電樁。并且該APP系統還可以作為充電樁運營單位的控制系統，利用該軟件獲知每一個充電樁的運行情況、使用數據，將其組織成一個龐大的管理網絡。

此外還要成立智能數據庫，數據庫中的資料包括歷史資料以及實時資料。其中包括每一個電動車、充電樁、用戶賬號等數據。管理充電樁的時候最重要的一項工作就是統計分析市區內的各個充電設施。除此之外還要對每一個充電樁收支情況、服務情況進行管理，保障充電樁能夠為人們提供更高效的服務，確保充電樁能以規范化、智能化的形式為人們服務，便利管理。

結語：從本文的敘述可以看得出，電動汽車今后前景一片光明，有著十分良好的發展環境。在充電樁需求量不斷增加的今天，有必要設計出更便利人們使用的充電樁裝置，其對社會的發展、國家的建設、人們的幸福度提升都有重要幫助和意義。