膜元件在智能充電樁中的應用及電工優化的研究

摘 要：現代科學技術發展，使得電動汽車行業獲得突飛猛進的發展。智能充電樁是電動汽車推廣的物質保障，所以探究與分析電動汽車智能充電樁相關技術和設計規則是十分有必要的。本文將基于當前我國智能充電樁發展現狀，研究在智能充電樁中膜元件的應用優勢，并且闡述電工優化的措施，旨在為實現電動汽車智能充電樁科學設計提供借鑒。

關鍵詞：膜元件 智能充電樁 電工優化 措施

Application of Membrane Element in Intelligent Charging Pile and Research on Electrical Optimization

Luo Wei

Abstract：The development of modern science and technology has enabled the electric vehicle industry to develop by leaps and bounds. Smart charging piles are the material guarantee for the promotion of electric vehicles， so it is very necessary to explore and analyze the related technologies and design rules of smart charging piles for electric vehicles. Based on the current development status of smart charging piles in my country， this paper will study the application advantages of membrane elements in smart charging piles， and explain the measures of electrical optimization， aiming to provide a reference for the scientific design of smart charging piles for electric vehicles.

Key words：membrane element， smart charging pile， electrical optimization， measures

隨著我國電動汽車事業進入新階段，國內電動汽車的數量越來越多。當前高速公路的服務器均已經初步實現了智能充電樁覆蓋，能夠滿足基本的電動車出行需求，在較短的時間內完成充電。但是，智能充電樁由于處于外部自然環境下，經常性的受到外界因素影響而降低使用質量，需管理人員及時作出保養與維護，同時對電工進行優化，保證智能充電樁有效運作。

1 膜元件在智能充電樁中的應用

1.1 膜元件概述

膜元件是分離功能實現的核心，由分離膜組合構成。若是將微濾膜膜片制作成百褶裙式筒，是不能對其進行單獨使用的，這種形式的元件被稱作為百褶裙式微濾元件。倘若是在燒結聚乙烯支撐管上復合超濾膜，這種元件被稱作管式超濾元件，也不能單獨使用。將導流層夾入到兩張平板膜中，使其三邊通過密封而形成袋形，在特殊網格卷放置在膜袋上，將其纏繞在多孔濾液收集管上，形成卷式元件。若是使用膠粘劑將抗應力器、納濾膜膜片、反滲透過濾膜進行組裝，能夠分開產水和進水的納濾過程和反滲透過程的最小單元被稱作為膜元件[1]。

1.2 反滲透預處理

智能充電樁處于外界環境，降水和灰塵等多重影響使得設備使用出現故障，甚至影響使用壽命。若是采取膜元件實施處理，可以強化過濾大氣降水混合灰塵而形成的污水對智能充電樁的運行影響，表現出良好的效率。在養護智能充電樁時使用膜元件，既具有簡單的操作方法，又能夠占據較小的面積，確保智能充電樁不會被污水影響。

超濾系統可以被膜元件再生膜系統中準反滲透系統取而代之，將其作為反滲透預處理工藝，由此可降低使用超濾系統所產生的高額成本支出，并且為降低污水影響，提升反滲透系統平均設計通量營造良好的條件。利用膜元件開展反滲透預處理，因為系統可以相對較好的將智能充電樁上的沉積、有機物、結垢等污染物質濾除，可降低對充電樁的消極影響，并且減緩膜性能衰減速度，可以大幅度強化平均設計通量[2]。再生膜元件具有良好的性能，可以在預處理的時候降低外界滲水污染。

清洗智能充電樁時利用再生膜系統，可以為清洗工作提供穩定且達到標準的水源，其經濟優勢相對較為明顯，也能直接影響到其應用的可行性。準反滲透系統雖然在使用期間增加了能耗，但是作為反滲透預處理優化水質，省去高額投資，降低更換元件的費用和反滲透系統模塊的投資費用。在清洗智能充電樁的時候，膜元件的使用還能回收利用污水廢水，提高系統的水利用效率，降低污染廢水排放，形成良好的環境效益和社會效益。

2 智能充電樁電工優化措施

2.1 智能充電樁電工優化要求

2.1.1 可承受多種極端天氣考驗

布置電動車智能充電樁的位置相對靈活，室內和室外都可以安裝。當安裝在室外環境下，要保證智能充電樁快速適應極端惡劣天氣的影響，必須在一年四季中的任何時候都可以正常使用[3]。所以，這就要求智能充電樁保持良好的封閉性，不能因為外部雨水侵入而造成漏電，根據實際情況適當性的遮擋智能充電樁，此外還需要確保內部擁有良好的通風效果，將設備運行期間所產生的熱量排放到周邊環境，避免損壞。

2.1.2 具備良好的抗電磁干擾能力

智能充電樁需具備良好的抗電磁干擾能力，在日常生活中經常性的受到電磁影響，若是智能充電樁受到電磁影響將會出現運行效率下降等問題。所以，在布置智能充電樁的時候，要對周邊環境作出全面的勘察，降低周圍電磁對充電樁的干擾[5]。此外，在充電樁附近也不能布置具備電磁干擾性能的通信設備[4]。另外，電動充電樁要具備一定的抗干擾能力，調高智能充電樁對周圍環境的適應能力。

2.2 優化電工的措施分析

2.2.1 設計智能充電樁硬件系統

智能充電樁在實現其功能的時候，需具備多個硬件系統，其中包含有觸目屏系統、通信模塊系統、電表系統、讀寫器系統、主控板系統等，其中主控板系統作為核心系統，有著不可取代的作用。通過主控板系統實現對整個充電過程控制的目的，同時還能夠將充電情況通過通信渠道傳輸到服務器。為確保智能充電樁有序運轉，在電工優化時要動態性的監督與控制智能充電樁，將具備監督與控制功能的硬件系統安裝在智能充電樁中，對智能充電樁的電池狀態信息、連接狀態信息、電流信息和電壓信息等各項詳細參數作出監測。倘若是存在問題，要利用監督與控制系統及時進行斷電處理，保證智能充電樁、人員以及電動汽車的安全性，避免出現嚴重事故。

2.2.2 設計智能充電樁軟件系統

智能充電樁系統用電系統較多，系統運行時，若是電動車因為缺少電量而亟待充電，此時駕駛員需將IC卡插入，或者是通過其他支付方式完成資金支付，方可使智能充電樁進入到充電模式。智能充電樁主控系統可有效保證充電過程有序開展，倘若是充電系統在運行中出現用電問題，將會中止充電操作，同時會向服務器報警。若智能充電樁正常充電，此時可以在設備上顯示正常操作的指示燈。

采取模塊化設計的方法設計智能充電樁，這是當前智能充電樁設計的創新點，也是用電設計的新挑戰，通過這種模塊化設計思路，可以高效運轉智能充電樁，并且使其表現出良好的延展性。功能模塊可劃分成為后臺通信模塊、讀卡器模塊、遠程通信模塊、人機交互模塊、主控模塊、打印模塊、計量計費模塊等。當啟動軟件的時候，主控程序將會基于系統配置的文件完成各種程序配置，同時基于配置信息加載完成各通信模塊，此時電力系統需優化線路，確保不能在信息配置期間發生故障而降低模塊運轉能力和效率。主控程序通過所有模塊的通信處理及時收集與展示信息、控制充電流程、完成計量計費等基礎性功能。主控程序要具備良好的后臺通信能力，將充電過程中所獲得的充電記錄信息和實時數據信息及時傳輸到后臺操作系統[6]。

在設計人機交互模塊的時候，需盡可能的將顯示界面的內容充盈起來，有歡迎界面、設定充電參數界面、確認連接界面、充電界面、啟動充電界面和停止充電界面，計費界面等等。設計安全模塊的時候，需綜合使用解密模塊、密鑰管理系統、讀卡器系統、數據加密系統。利用硬件加密技術設計安全存取模塊讀卡器，加密處理智能充電樁數據和用戶信息交互時的臨時變量，加密處理傳遞過程中的電路，確保智能充電樁和用戶信息之間的數據交互不會被外界竊取。密鑰管理系統所實現的功能是為智能充電樁持續提供各種加密算法和密鑰生成機制，同時將生成的密鑰存儲在智能卡中。數據信息加密處理模塊需要按照事先的約定將用戶數據以加密的方式進行加密處理，將數據信息存儲在用戶卡的用戶數據區域內。利用數據信息解密模塊將獲得的用戶卡信息還原處理，得到原始數據信息，完成識別用戶和計費、扣費操作[7]。

2.3 設計電磁與環境兼容單元

智能充電樁大多數安裝在戶外，所以智能充電樁的工作環境相對惡劣。智能充電樁不僅要很好的適應周圍環境，還必須要具備抗電磁干擾能力，能夠抵抗正常的電磁干擾，規避電磁波動產生的充電影響。盡量不讓智能充電樁完全暴露在露天環境下，避免雨水進入充電樁而產生的短路問題。及時將智能充電樁內部的熱量散發出來，避免熱量聚集而造成設備被燒毀現象。

3 結語

電動汽車呈現出快速發展的趨勢，設計與建設電動汽車智能充電樁是推動電動汽車快速發展的重要措施。本文闡述了在智能充電樁在應用中膜元件的應用意義，了解膜元件為實現智能充電樁運行效率，減少資金支出的作用。總結智能充電樁用電期間的硬件設備和軟件所發揮的功能，為推動智能充電樁技術發展，實現國內電動汽車行業發展提供技術支持。

基金資助：2020年福建省中青年教師教育科研項目立項課題《電動車智能充電樁的技術優化研究》（課題編號JAT201199，主持人：羅偉）的部分研究成果。

參考文獻：

[1]陳浩.一種充電樁的內部元件集成結構，CN208993504U[P]. 2019.

[2]陳健，劉華，錢立文. 一種用于電動汽車充電樁直流濾波的薄膜電容器：，CN208608064U[P]. 2019.

[3]黃令忠. 交流充電樁的電磁兼容試驗中的問題與對策[J]. 電工技術，2019（06）：86-87.

[4]復合型電力濾波器在電動車充電站中的應用研究[J]. 電工技術，2019（16）：132-135.

[5]張建國. 基于預裝式變電站的公交充電站供配電系統設計優化[J]. 現代建筑電氣，2020（02）：37-41.

[6]王麗麗，劉昕. 電動網約車充電站布局優化研究[J]. 計算機工程與應用，2019（14）：91-92.

[7]姚瀟毅. 一種優化充電控制信息的傳輸方法及系統：，CN110213745A[P]. 2019.