電動汽車智能充電樁的設計與實現

田劍

摘 要：推廣使用電動汽車是我國建設資源節約型社會、踐行環保理念的重要表現之一，對保護生態環境起著不可忽視的促進作用。目前，我國電動汽車的保有量穩步提升，而電動汽車是以電力作為發動機的動力來源的，因此，電動汽車的充電問題日益凸顯。在此背景下，針對惡劣環境下的電動汽車智能充電樁展開了設計，以期為我國電動汽車產業的發展提供幫助。

關鍵詞：電動汽車；智能充電樁；硬件系統；軟件系統

中圖分類號：TM910.6 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.01.022

為了推動我國電動汽車產業的發展和提高環境保護的水平，我國在十二五期間共計建成了換電站約2 350個，充電樁22萬個，初步覆蓋了全國區域。然而，由于電動汽車充電樁規范標準出臺較晚，導致不同充電樁的規格、質量存在明顯的差異，且電動汽車智能充電樁常在惡劣的自然環境和強電磁環境中運行。因此，如何有效保障充電系統的穩定性和工作效率，已成為困擾電動汽車產業發展的重要問題。

1 智能充電樁的總體設計要求

我國幅員遼闊，跨越了多個溫度帶，自然環境較為復雜，加之充電樁常工作在強電磁的環境下，這些都對電動汽車智能充電樁的設計提出了更高的要求。

1.1 可經受多種極端天氣的考驗

隨著全球氣候不斷變暖，極端自然天氣事件出現的概率越來越高，對社會的各個行業均造成了嚴重的影響。對于智能充電樁而言，其外部結構必須具備良好的封閉性，使水珠、雨雪等無法進入樁內，從而避免電路短路或系統故障；內部還需要形成良好要的空氣流動，從而及時散發元器件產生的熱量。

1.2 應具備較強的抗電磁干擾能力

電磁環境主要是由各種電磁感應所造成的信號傳輸干擾現象。在無線移動通信技術快速發展的今天，電磁干擾已經成為比較常見的現象之一。針對有強電磁干擾的工作環境，在設計電動汽車智能充電樁時，需要著重考慮電氣布局，從而降低各種電磁干擾造成的不良影響，確保電動汽車智能充電樁能正常運轉。

2 智能充電樁的設計和實現

2.1 外部整體結構和總控單元器件

電動汽車智能充電樁采用交叉覆蓋工藝設計，整個樁體結構的強度符合IP65防護級別的要求，可有效防止水的滲入。在主體設計方面，電動汽車智能充電樁采用鍍鋅鋼板作為系統硬件材料，且為了保證其可以在潮濕、鹽、霧等環境中正常運轉，采用了汽車烤漆工藝，在其表面涂上了一層保護漆膜；在元器件選型方面，考慮到不同地區的溫差，采用了意法半導體公司生產的STM32F107VCT6微控制器，其包含高性能的ARM Cortex-M3 32位RISC內核（工作頻率為72 MHz）、以太網接口、6個與各個控制單元對接的串口、16個IO接口，可初步滿足使用、監測工作的需求。此外，該設備能在工業級溫度范圍內正常工作，大幅提高了總控單元的運行效率。

2.2 顯示和監控單元的設計和實現

顯示單元由LCD顯示器、觸摸屏、指示燈和按鍵構成，用戶可通過LCD顯示器，并根據自身電動汽車的充電需求，觸摸屏幕上相應的按鍵來選擇合適的服務方案。當服務完成后，指示燈會立即提醒用戶充電樁正處于工作狀態。當充電完成后，指示燈由紅變綠，提示用戶充電完成。該系統的工作電壓為3.3 VDC，邏輯電平為0～3.3 V，顯示屏驅動電壓為5 VDC，工作溫度在0～50 ℃，寬溫在-25～75 ℃。監控單元用來主要監督智能充電樁的工作狀態，包括模擬量的采集、開關量的采集和開出控制。系統采集到模擬量后，會將相應信息傳輸至開關量采集單元，從而為用戶提供與之充電需求相匹配的充電量；開出控制是在完成充電后指引用戶將電動汽車開出充電樁，以方便其他用戶使用。

2.3 智能充電樁軟件系統的設計和實現

2.3.1 主控模塊

主控模塊可根據用戶的充電消費需求自動匹配最佳服務方案，在客戶確認服務后會將相應的信息傳遞至各個硬件模塊，進而開始充電。同時，該模塊還能收集用戶的各種消費信息，比如智能充電樁的實施運行數據、充電記錄等。

2.3.2 安全模塊

安全模塊是指系統的安全存儲單元，由密鑰管理單元、數據加密單元、解密單元構成。電動汽車用戶在使用IC卡付費的過程中，用戶的個人信息將會得到加密處理。此外，系統軟件采用了密鑰管理，可防止黑客入侵系統，提高了用戶信息的安全性。值得注意的是，解密單元可在用戶刷卡結賬時自動識別用戶身份，從而完成交易工作。

2.3.3 電氣設計

電路的防靜電設計主要以雙向瞬態抑制二極管接地來實現通信線路的防靜電保護。在內部控制板與外部各個功能模塊的連接中采用了電能計量、觸摸顯示屏、無線通信傳輸模塊和總控單元等。

3 結束語

綜上所述，電動汽車智能充電樁能滿足我國電動汽車產業的發展所需，具有充電操作便捷、實用性高的特點，值得推廣使用。

參考文獻

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〔編輯：張思楠〕