一種基于路燈的電動汽車交流充電樁

韓金坤

摘 要：文章根據電動汽車交流充電樁研究現狀，針對性的設計了一種基于路燈改造的充電樁設計方案，并詳細介紹了它的工作原理、系統構成和硬件軟件設計。該系統由樁體、控制模塊、交流輸入模塊、交流輸出模塊等幾個部分組成，具有人機交互、計量計費、充電控制、運行狀態監測、充電保護、數據存儲和上傳等功能。

關鍵詞：路燈；交流充電樁；電動汽車

引言

近幾年來中央和地方政府對電動汽車給予很大支持，現在很多城市都有自己的電動汽車推廣計劃，電動汽車市場的需求在政府的推動下確實有所增長。但電動汽車充電難的問題一直沒有得到有效解決。將電動汽車交流充電樁集成到傳統的路燈上，這是降低電動車公共充電設施成本的方法之一，該技術成熟、安裝方便，且節省空間。文章所研究的一種基于路燈的電動汽車交流充電樁作為充電基礎設施的一部分對于推進電動汽車的普及具有重要的意義。

1 電動汽車交流充電樁的工作原理

基于路燈的電動汽車交流充電樁主要安裝在現有城市的路燈附近，它可以對現有路燈進行簡單的改造實現充電樁的供電，其充電輸出接口符合GB/T 20234.2-2011《電動汽車傳導充電用連接裝置；交流充電接口》的要求，它通過非接觸式IC卡刷卡進行認證和收費。在使用時，用戶只需要將其充電槍插入并進行刷卡認證后就可以使用自動充電模式對電動汽車進行充電，當車充滿后會自動停止充電，用戶也可以直接刷卡進行結算停止充電，這樣就可以讓用戶不需要進行復雜的操作就可以完成充電。

2 電動汽車交流充電樁的系統構成及設計

2.1 樁體設計

該充電樁主要安裝在路燈上，采用壁掛式安裝。由于其主要在戶外環境中使用，防護等級需要為IP54，同時殼體需要進行三防保護（防潮濕、防霉變、防煙霧）等處理，外殼采用抗氧化耐沖擊的材質，在使用時不容易銹而且抗外力破壞。

2.2 控制模塊的設計

控制模塊是交流充電樁的核心，它需要完成交流接觸器的控制、指示燈的控制、歷史數據的存儲、樁體內的通信（如刷卡模塊的通信、電表的通信、顯示模塊的通信等）、與樁體外的通信（如CAN通信、以太網通信）、充電槍連接狀態的AD采集等。

控制模塊的主芯片選擇意法半導體的STM32F205VET6微控制器。它使用高性能的ARM Cortex-M3 32位的RISC內核，工作頻率可以高達為120MHz，高達1M字節的片上閃存，高達128K字節的內嵌SRAM，具有靈活的高速外部存儲器FSMC接口，自帶串口和CAN接口可以方便的外設進行通信，自帶3個12位AD可以用來檢測槍連接狀態。

顯示屏我們采用一塊240×128點陣的液晶，其接口為8位并行接口，可以方便的使用STM32的FSMC接口進行控制。充電樁在工作時有時需要與上級監控系統通信進行通信，CAN總線具有抗干擾能力強組網方便等特點，所以該充電樁擴展一個CAN總線接口與上級監控系統通信，數據幀格式遵循CAN總線2.0B版本的規定。在充電樁運行使用過程中需要存儲一些歷史充電記錄等，我們通過STM32F2的FSMC接口擴展了一個NAND FLASH K9F1208用來存儲數據，可以保存10年不丟失。

2.3 交流輸入模塊

交流輸入模塊主要包括斷路器、漏電保護裝置、智能電表、急停開關和控制模塊電源。

斷路器主要是控制整個充電樁的交流輸入，當斷路器閉合后充電樁才能開始工作。漏電保護裝置在充電樁產生故障而漏電威脅到人員安全時會自動斷開電源輸入從而保護人員的安全。充電樁的充電計量的智能電表采用多功能單相表，電表選用2.0等級的電能表，電流規格為5（40）A。電表提供RS485接口，通過DL/T 645-2007通信協議與MCU通信。通過讀取電能表的電能值作為充電樁的電能計量值，通過讀取電表電流和電壓值來判斷充電過程中是否出現過流和過壓的情況并加以處理。

2.4 交流輸出模塊

交流輸出模塊主要包括交流接觸器、控制引導電路和充電插座。交流接觸器是用來控制充電樁是否對車輸出電壓和電流，當充電槍插入并且用戶刷卡成功后充電樁會自動閉合交流接觸器。控制引導電路由一個輸出一個±12V的PWM波形電路和一個AD檢測電路組成如圖2所示。充電插座我們采用符合GB/T 20234.2-2011《電動汽車傳導充電用連接裝置；交流充電接口》第2部分交流充電接口的充電座。

3 軟件設計

本充電樁不需要復雜的人機交互按鍵操作，在運行過程中如果進行刷卡操作則觸發中斷進行讀卡，確定卡的類型進行相關操作。程序的整體流程圖如圖3所示。

4 結束語

文章根據電動汽車交流充電樁研究現狀，針對性的設計了一種基于路燈改造的充電樁設計方案，并詳細介紹了它的工作原理、系統構成和硬件軟件設計。將電動汽車交流充電樁集成到傳統的路燈上，這是降低電動車公共充電設施成本的方法之一，該技術成熟、安裝方便，且節省空間，文章所研究的一種基于路燈的電動汽車交流充電樁作為充電基礎設施的一部分對于推進電動汽車的普及具有重要的意義。

參考文獻

[1]周航慈，吳文廣.基于嵌入式實時操作系統的程序[M].北京航空航天大學出版社.

[2]廖義奎.STM32F207高性能網絡型MCU嵌入式系統設計[M].北京航空航天大學出版社.

[3]中華人民共和國國家標準.GB/T 20234.2-2011.電動汽車傳導充電用連接裝置[S].

[4]中華人民共和國電力行業標準.DL/T645-2007.多功能電能表通信協議[S].

[5]中華人民共和國能源行業標準.NB/T33002-2010.電動汽車交流充電樁技術條件[S].

[6]芯片手冊Reference manual STM32F205xx advanced ARM-based 32-bit MCUs[Z].endprint

摘 要：文章根據電動汽車交流充電樁研究現狀，針對性的設計了一種基于路燈改造的充電樁設計方案，并詳細介紹了它的工作原理、系統構成和硬件軟件設計。該系統由樁體、控制模塊、交流輸入模塊、交流輸出模塊等幾個部分組成，具有人機交互、計量計費、充電控制、運行狀態監測、充電保護、數據存儲和上傳等功能。

關鍵詞：路燈；交流充電樁；電動汽車

引言

近幾年來中央和地方政府對電動汽車給予很大支持，現在很多城市都有自己的電動汽車推廣計劃，電動汽車市場的需求在政府的推動下確實有所增長。但電動汽車充電難的問題一直沒有得到有效解決。將電動汽車交流充電樁集成到傳統的路燈上，這是降低電動車公共充電設施成本的方法之一，該技術成熟、安裝方便，且節省空間。文章所研究的一種基于路燈的電動汽車交流充電樁作為充電基礎設施的一部分對于推進電動汽車的普及具有重要的意義。

1 電動汽車交流充電樁的工作原理

基于路燈的電動汽車交流充電樁主要安裝在現有城市的路燈附近，它可以對現有路燈進行簡單的改造實現充電樁的供電，其充電輸出接口符合GB/T 20234.2-2011《電動汽車傳導充電用連接裝置；交流充電接口》的要求，它通過非接觸式IC卡刷卡進行認證和收費。在使用時，用戶只需要將其充電槍插入并進行刷卡認證后就可以使用自動充電模式對電動汽車進行充電，當車充滿后會自動停止充電，用戶也可以直接刷卡進行結算停止充電，這樣就可以讓用戶不需要進行復雜的操作就可以完成充電。

2 電動汽車交流充電樁的系統構成及設計

2.1 樁體設計

該充電樁主要安裝在路燈上，采用壁掛式安裝。由于其主要在戶外環境中使用，防護等級需要為IP54，同時殼體需要進行三防保護（防潮濕、防霉變、防煙霧）等處理，外殼采用抗氧化耐沖擊的材質，在使用時不容易銹而且抗外力破壞。

2.2 控制模塊的設計

控制模塊是交流充電樁的核心，它需要完成交流接觸器的控制、指示燈的控制、歷史數據的存儲、樁體內的通信（如刷卡模塊的通信、電表的通信、顯示模塊的通信等）、與樁體外的通信（如CAN通信、以太網通信）、充電槍連接狀態的AD采集等。

控制模塊的主芯片選擇意法半導體的STM32F205VET6微控制器。它使用高性能的ARM Cortex-M3 32位的RISC內核，工作頻率可以高達為120MHz，高達1M字節的片上閃存，高達128K字節的內嵌SRAM，具有靈活的高速外部存儲器FSMC接口，自帶串口和CAN接口可以方便的外設進行通信，自帶3個12位AD可以用來檢測槍連接狀態。

顯示屏我們采用一塊240×128點陣的液晶，其接口為8位并行接口，可以方便的使用STM32的FSMC接口進行控制。充電樁在工作時有時需要與上級監控系統通信進行通信，CAN總線具有抗干擾能力強組網方便等特點，所以該充電樁擴展一個CAN總線接口與上級監控系統通信，數據幀格式遵循CAN總線2.0B版本的規定。在充電樁運行使用過程中需要存儲一些歷史充電記錄等，我們通過STM32F2的FSMC接口擴展了一個NAND FLASH K9F1208用來存儲數據，可以保存10年不丟失。

2.3 交流輸入模塊

交流輸入模塊主要包括斷路器、漏電保護裝置、智能電表、急停開關和控制模塊電源。

斷路器主要是控制整個充電樁的交流輸入，當斷路器閉合后充電樁才能開始工作。漏電保護裝置在充電樁產生故障而漏電威脅到人員安全時會自動斷開電源輸入從而保護人員的安全。充電樁的充電計量的智能電表采用多功能單相表，電表選用2.0等級的電能表，電流規格為5（40）A。電表提供RS485接口，通過DL/T 645-2007通信協議與MCU通信。通過讀取電能表的電能值作為充電樁的電能計量值，通過讀取電表電流和電壓值來判斷充電過程中是否出現過流和過壓的情況并加以處理。

2.4 交流輸出模塊

交流輸出模塊主要包括交流接觸器、控制引導電路和充電插座。交流接觸器是用來控制充電樁是否對車輸出電壓和電流，當充電槍插入并且用戶刷卡成功后充電樁會自動閉合交流接觸器。控制引導電路由一個輸出一個±12V的PWM波形電路和一個AD檢測電路組成如圖2所示。充電插座我們采用符合GB/T 20234.2-2011《電動汽車傳導充電用連接裝置；交流充電接口》第2部分交流充電接口的充電座。

3 軟件設計

本充電樁不需要復雜的人機交互按鍵操作，在運行過程中如果進行刷卡操作則觸發中斷進行讀卡，確定卡的類型進行相關操作。程序的整體流程圖如圖3所示。

4 結束語

文章根據電動汽車交流充電樁研究現狀，針對性的設計了一種基于路燈改造的充電樁設計方案，并詳細介紹了它的工作原理、系統構成和硬件軟件設計。將電動汽車交流充電樁集成到傳統的路燈上，這是降低電動車公共充電設施成本的方法之一，該技術成熟、安裝方便，且節省空間，文章所研究的一種基于路燈的電動汽車交流充電樁作為充電基礎設施的一部分對于推進電動汽車的普及具有重要的意義。

參考文獻

[1]周航慈，吳文廣.基于嵌入式實時操作系統的程序[M].北京航空航天大學出版社.

[2]廖義奎.STM32F207高性能網絡型MCU嵌入式系統設計[M].北京航空航天大學出版社.

[3]中華人民共和國國家標準.GB/T 20234.2-2011.電動汽車傳導充電用連接裝置[S].

[4]中華人民共和國電力行業標準.DL/T645-2007.多功能電能表通信協議[S].

[5]中華人民共和國能源行業標準.NB/T33002-2010.電動汽車交流充電樁技術條件[S].

[6]芯片手冊Reference manual STM32F205xx advanced ARM-based 32-bit MCUs[Z].endprint

摘 要：文章根據電動汽車交流充電樁研究現狀，針對性的設計了一種基于路燈改造的充電樁設計方案，并詳細介紹了它的工作原理、系統構成和硬件軟件設計。該系統由樁體、控制模塊、交流輸入模塊、交流輸出模塊等幾個部分組成，具有人機交互、計量計費、充電控制、運行狀態監測、充電保護、數據存儲和上傳等功能。

關鍵詞：路燈；交流充電樁；電動汽車

引言

近幾年來中央和地方政府對電動汽車給予很大支持，現在很多城市都有自己的電動汽車推廣計劃，電動汽車市場的需求在政府的推動下確實有所增長。但電動汽車充電難的問題一直沒有得到有效解決。將電動汽車交流充電樁集成到傳統的路燈上，這是降低電動車公共充電設施成本的方法之一，該技術成熟、安裝方便，且節省空間。文章所研究的一種基于路燈的電動汽車交流充電樁作為充電基礎設施的一部分對于推進電動汽車的普及具有重要的意義。

1 電動汽車交流充電樁的工作原理

基于路燈的電動汽車交流充電樁主要安裝在現有城市的路燈附近，它可以對現有路燈進行簡單的改造實現充電樁的供電，其充電輸出接口符合GB/T 20234.2-2011《電動汽車傳導充電用連接裝置；交流充電接口》的要求，它通過非接觸式IC卡刷卡進行認證和收費。在使用時，用戶只需要將其充電槍插入并進行刷卡認證后就可以使用自動充電模式對電動汽車進行充電，當車充滿后會自動停止充電，用戶也可以直接刷卡進行結算停止充電，這樣就可以讓用戶不需要進行復雜的操作就可以完成充電。

2 電動汽車交流充電樁的系統構成及設計

2.1 樁體設計

該充電樁主要安裝在路燈上，采用壁掛式安裝。由于其主要在戶外環境中使用，防護等級需要為IP54，同時殼體需要進行三防保護（防潮濕、防霉變、防煙霧）等處理，外殼采用抗氧化耐沖擊的材質，在使用時不容易銹而且抗外力破壞。

2.2 控制模塊的設計

控制模塊是交流充電樁的核心，它需要完成交流接觸器的控制、指示燈的控制、歷史數據的存儲、樁體內的通信（如刷卡模塊的通信、電表的通信、顯示模塊的通信等）、與樁體外的通信（如CAN通信、以太網通信）、充電槍連接狀態的AD采集等。

控制模塊的主芯片選擇意法半導體的STM32F205VET6微控制器。它使用高性能的ARM Cortex-M3 32位的RISC內核，工作頻率可以高達為120MHz，高達1M字節的片上閃存，高達128K字節的內嵌SRAM，具有靈活的高速外部存儲器FSMC接口，自帶串口和CAN接口可以方便的外設進行通信，自帶3個12位AD可以用來檢測槍連接狀態。

顯示屏我們采用一塊240×128點陣的液晶，其接口為8位并行接口，可以方便的使用STM32的FSMC接口進行控制。充電樁在工作時有時需要與上級監控系統通信進行通信，CAN總線具有抗干擾能力強組網方便等特點，所以該充電樁擴展一個CAN總線接口與上級監控系統通信，數據幀格式遵循CAN總線2.0B版本的規定。在充電樁運行使用過程中需要存儲一些歷史充電記錄等，我們通過STM32F2的FSMC接口擴展了一個NAND FLASH K9F1208用來存儲數據，可以保存10年不丟失。

2.3 交流輸入模塊

交流輸入模塊主要包括斷路器、漏電保護裝置、智能電表、急停開關和控制模塊電源。

斷路器主要是控制整個充電樁的交流輸入，當斷路器閉合后充電樁才能開始工作。漏電保護裝置在充電樁產生故障而漏電威脅到人員安全時會自動斷開電源輸入從而保護人員的安全。充電樁的充電計量的智能電表采用多功能單相表，電表選用2.0等級的電能表，電流規格為5（40）A。電表提供RS485接口，通過DL/T 645-2007通信協議與MCU通信。通過讀取電能表的電能值作為充電樁的電能計量值，通過讀取電表電流和電壓值來判斷充電過程中是否出現過流和過壓的情況并加以處理。

2.4 交流輸出模塊

交流輸出模塊主要包括交流接觸器、控制引導電路和充電插座。交流接觸器是用來控制充電樁是否對車輸出電壓和電流，當充電槍插入并且用戶刷卡成功后充電樁會自動閉合交流接觸器。控制引導電路由一個輸出一個±12V的PWM波形電路和一個AD檢測電路組成如圖2所示。充電插座我們采用符合GB/T 20234.2-2011《電動汽車傳導充電用連接裝置；交流充電接口》第2部分交流充電接口的充電座。

3 軟件設計

本充電樁不需要復雜的人機交互按鍵操作，在運行過程中如果進行刷卡操作則觸發中斷進行讀卡，確定卡的類型進行相關操作。程序的整體流程圖如圖3所示。

4 結束語

文章根據電動汽車交流充電樁研究現狀，針對性的設計了一種基于路燈改造的充電樁設計方案，并詳細介紹了它的工作原理、系統構成和硬件軟件設計。將電動汽車交流充電樁集成到傳統的路燈上，這是降低電動車公共充電設施成本的方法之一，該技術成熟、安裝方便，且節省空間，文章所研究的一種基于路燈的電動汽車交流充電樁作為充電基礎設施的一部分對于推進電動汽車的普及具有重要的意義。

參考文獻

[1]周航慈，吳文廣.基于嵌入式實時操作系統的程序[M].北京航空航天大學出版社.

[2]廖義奎.STM32F207高性能網絡型MCU嵌入式系統設計[M].北京航空航天大學出版社.

[3]中華人民共和國國家標準.GB/T 20234.2-2011.電動汽車傳導充電用連接裝置[S].

[4]中華人民共和國電力行業標準.DL/T645-2007.多功能電能表通信協議[S].

[5]中華人民共和國能源行業標準.NB/T33002-2010.電動汽車交流充電樁技術條件[S].

[6]芯片手冊Reference manual STM32F205xx advanced ARM-based 32-bit MCUs[Z].endprint