分析電動汽車智能充電樁的設計與實現

顧新

摘要：電動汽車具有節能環保的特點，在環境污染日益嚴重，石油資源逐漸枯竭的背景下得到了快速的發展。而充電樁作為電動汽車產業鏈中不可缺少的重要組成部分，對其展開研究十分必要。本文介紹了電動汽車充電樁的概況，闡述了充電樁監控系統的功能，并從硬件設計、軟件系統設計和環境及電磁兼容設計三方面介紹了電動汽車充電樁的設計，以望能為有關需要提供參考。

關鍵詞：電動汽車;充電樁;監控系統;設計

國內電動汽車充電樁設計出現了規范化與標準化的新需求，急需一種符合國家電網公司標準要求的電動汽車智能充電樁，解決市場上電動汽車與充電設備接口不統一、質量不符合標準要求的問題，電動汽車充電樁是電動汽車充電的主要途徑，智能充電樁的性能、工藝水平以及質量對電動汽車的應用與推廣有著直接的影響，進一步研究電動汽車智能充電樁的方案設計十分必要。

1 電動汽車智能充電樁

1.1 充電設施市場情況

近些年世界能源趨勢日漸緊張，化石能源逐漸枯竭，以石油組分汽油為主要能源的汽車在給人們的正常通行帶來便利的同時，也造成了嚴重的環境污染，在這種情況下，全球電動汽車的市場需求持續增長，相應的電動汽車充電站相關技術也逐漸發展起來，有力地推動了電動汽車全球范圍內的應用和普及。我國的電動汽車研發進展迅速，電動汽車智能充電樁技術水平也在不斷提高，2010年以后，我國很多一線城市和二三線城市紛紛開始了電動汽車充電站的建設，電動汽車充電站數量快速增長，電動汽車智能充電樁的應用也更加廣泛【1】。

1.2 智能充電樁

充電樁的主要功能是為電動汽車充電，和汽油汽車加油站的加油機功能類似，刷卡付費之后，可以為電動汽車充電。電動汽車智能充電樁普遍使用大界面彩色觸摸屏，并設置有定電量、定時間、定金額和自動四種不同的充電模式，常規電動轎車充電樁充電需要4-5個小時。和電動汽車充電站相比，電動汽車智能充電樁有著占地面積小、分布廣泛、建設投資額度小、數量較多、可以隨時進行充電等多種優勢，因此，電動汽車用戶更愿意選擇小區內或者各種場所停車場的智能充電樁充電，只有少數用戶愿意駕車去充電站，大部分用戶都遵循就近原則，在電動汽車充電需求分布相對分散的區域，可以通過設置智能充電樁來滿足用戶需求，在為用戶提供更加便捷的電動汽車充電服務的同時，也節省了充電站的建設和運行維護費用【2】。

1.3 設計需求

1.3.1 極端天氣適應性

電動汽車智能充電樁直接暴露在室外自然環境中，面臨著各種各樣的極端天氣考驗，為了確保智能充電樁能夠正常工作，要求其內部結構要具有較強的密封性，避免灰塵、水、雜質進入導致線路和系統故障，充電樁內部還要形成良好的空氣循環，方便散熱，避免元器件過熱。

1.3.2 抗電磁干擾性能

電動汽車智能充電樁一般分布在建筑稠密的繁華城區內，電磁環境十分復雜，面臨著比較嚴重的電磁干擾問題，需要長期在有強電磁干擾的環境內工作，因此在設計電動汽車智能充電樁時，需要對電氣布局進行適當優化，消除電磁干擾可能導致的各種不良影響，保證電動汽車智能充電樁能夠長期安全穩定的運行。

2 電動汽車智能充電樁方案設計與實現

2.1 整體結構

選擇交叉覆蓋工藝設計方案，樁體整體結構強度滿足IP65防護等級要求，能夠避免水分滲入問題，使用鍍鋅鋼板作為系統主體結構材質，確保電動汽車智能充電樁能夠在潮濕、霧、灰塵、鹽等惡劣條件下正常工作，并在鍍鋅鋼板外殼表面使用汽車烤漆工藝加工保護漆膜。選擇元器件型號時，需要考慮到不同地區不同的氣候條件，推薦意法半導體公司的STM32F107VCT6微控制器，該型號微控制器有16個IO接口，6個控制單元對接窗口，以及高性能ARMCortex32位內核，工業級溫度范圍內，該設備都能夠正常工作，總控單元運行效率很高。

2.2 顯示與監控功能

顯示單元主要由顯示器、觸摸屏、指示燈和按鍵四部分結構組成，用戶借助顯示器就能夠了解自身電動汽車的充電需求，并可以直接觸摸顯示器屏幕上的按鍵，來選擇適合自己的充電服務方案。確定充電方案之后，指示燈將及時提醒用戶充電樁已經處于工作狀態，充電結束之后，指示燈將改變顏色，提示用戶充電結束。監控功能主要用于智能充電樁工作狀態的監督，采集各種模擬量、開關量，系統獲取相關信息之后，再將其傳輸給開關量采集單元，提供用戶選擇充電方案所需的充電量，開出控制功能則在用戶指定充電服務完成之后，引導用戶將電動汽車轉移出充電樁，準備為下一個用戶提供充電服務【3】。

2.3 軟件設計

2.3.1 主控制程序

主控制程序的核心功能是自動匹配符合用戶充電消費需求的最佳充電服務方案，并在客戶確認服務類型之后將相關信息傳遞給相關硬件模塊，發布充電功能指令，執行充電服務操作。主控制程序同時負責用戶消費信息的采集記錄，包括智能充電樁的實時運行數據以及充電記錄等內容。

2.3.2 人機交互界面

電動汽車智能充電樁人機交互界面顯示的內容非常豐富，有歡迎界面、連接確認連接確、充電參數設置、充電啟動/停止、結帳打印等多種功能，通過人機交互界面和主控制程序交互獲得控制命令，切換界面，獲取用戶信息，并為用戶展示充電實時數據信息。

2.4 安全/電氣設計

2.4.1 安全模塊

安全模塊的主要功能是保護系統存儲單元安全，包括密鑰管理數據加密和解密三部分。電動汽車用戶刷卡消費享受智能充電服務時，安全模塊將會對用戶個人信息進行加密處理，系統軟件同樣設置了密鑰管理功能，從而避免系統被黑客入侵，進一步保證用戶信息安全性，解密單元則可以在用戶刷卡結賬時對用戶身份進行自動識別，完成交易。

2.4.2 電氣設計

電氣設計以防靜電設計為主要工作內容，使用雙向瞬態抑制二極管接地防靜電保護方案，并且內部控制程序以及外部功能模塊連接間隔設置電能計量、顯示觸摸屏、無線通信以及總控單元等功能模塊。

結束語

綜上，當前石油資源日益匱乏，環境污染越來越嚴重，具有環保、以電能為能源等優點的電動汽車必將成為未來汽車產業的主流。而充電樁是電動汽車產業鏈的重要組成部分，研究充電樁的設計對促進電動汽車產業的發展具有十分重要的意義。在設計過程中，設計人員要對各個設計環節進行分析，采取最優設計方案進行設計，從而保證充電樁的設計質量，促進電動汽車產業的健康發展。

參考文獻：

[1]曹新穎，史辛琳，劉琳娜，馬春雪.分析電動汽車智能充電樁的設計與實現[J].科技風，2019（15）：6.

[2]田劍.電動汽車智能充電樁的設計與實現[J].科技與創新，2016（01）：22.

[3]孟祥軍，梁濤，王興光，陳杰，李建祥.電動汽車智能充電樁的設計與實現[J].信息技術與信息化，2011（06）：58-61.