談電動汽車智能充電樁的設計要求及技術研究

沈琳華

摘 要：對于大部分電動汽車來說，配電網是其中一個相對比較隨機的一種電力負荷機器，為能夠使用起來更加方便，我們在使用電動汽車過程中希望能夠在短時間內完成充電。近幾年很多廠家開始重點關注智能充電樁的設計，雖然充電樁沒有得到普及，但是從目前發展形式看，充電樁的應用相對比較實用，是值得我們繼續關注的。

關鍵詞：電動汽車智能；充電樁的設計；設計與應用

引言：

隨著我國電動汽車事業的發展，國家已經將發展電動汽車作為進入國際市場的重要途徑。國內電動汽車越來越多，對于電動汽車所需的充電樁的需求也在不斷增加，目前在高速公路的服務區都實現了電動汽車充電樁的覆蓋。滿足電動汽車出行的充電要求，在很短的時間內就可以將電充滿，基本與汽油車的功能相同。然而，電動汽車的充電樁設計還處于初級階段，還需要進行深入的研究、創新設計，加強電動汽車智能充電樁的環境適應性，確保各個智能充電樁能夠穩定供電，提高電動汽車的充電效率，為國內電動汽車的發展鋪平道路。

1、電動汽車智能充電樁發展現狀

隨著社會的不斷發展城市能源需求量不斷增長，環境問題越來越突出，很多汽車已經逐漸用電來代替油，這樣更具有高效特點，是值得大家提倡的方法。這樣一來電動汽車在社會發展中得到了顯著的提高，電動汽車充電用戶希望能夠實時了解充電樁的位置信息，以及充電的具體價格。經過對用電的管理，來降低用電費用，最終提高能源利用效率。為達到這一目的，我們必須要對充電樁進行電量檢測，并且實現控制，實現精細化智能化管理是目前電動汽車智能充電樁發展的趨勢。目前美國很多公司都發布了移動應用程序，電動車使用者在使用之前，輕觸屏幕，就可以快速尋找到附近的充電樁，而且在找到充電樁之前還可以預先了解充電價格。目前已有多家企業相繼提出了電動汽車智能充電的導航系統，智能充電樁設計，并建設電動汽車智能服務平臺，可是從目前形式上來看，還缺少智能充電服務的平臺。

2、電動汽車智能充電的研究

2.1電動汽車智能充電裝置

電動汽車在充電過程中，其核心在于充電裝置，充電裝置大置可分為兩類，分別是車載充電裝置與非車載充電裝置。車載充電裝置易于攜帶、結構簡單，但該類充電裝置只重視如何將電充進鋰電池當中，而在電網影響、溫度監控以及電池特性等方面則沒有進行全面的考慮，這也使其在充電速度上較慢，并且極易給電網造成污染和危害。非車載充電裝置則屬于一種地面充電樁，這種充電裝置的功率往往較大，在充電速度上也比較快，不過現階段在許多城市中還尚未得到應用，并且該類充電裝置的續航能力較差，在充電上也較為不便，這也使其仍舊需要很長一段時間的發展與完善。

2.2電動汽車智能充電的要求

（1）充電系統的安全性必須要有保障，在充電過程中確保其不會對電網及周邊人或物造成危害；

（2）智能充電系統應具備快速充電的特點，以此提高電動汽車的續航能力；

（3）智能充電系統應具備實時監測與保護功能，其能夠對電動汽車中的電池電量、安全狀態等數據進行實時的采集與監控，并避免在充電過程中因過流或過壓等原因而造成充電系統損壞；

（4）智能充電系統應便于攜帶，以利于電動汽車能夠隨時隨地的進行充電，提高電動汽車充電的便捷性。

3、智能充電樁的設計研究

3.1硬件系統設計

電動汽車智能充電樁的硬件系統非常多，主要包括：主控板、讀寫器、電表、通信模塊和觸摸屏等，其中主控板相當于智能充電樁的心臟，主控板控制著整個充電過程，還可以通過一定的通信渠道將充電情況報送給服務器。為了確保電動汽車充電樁能夠正常運轉，管理部門需要對充電樁進行實時監控，因此在硬件系統中還設置了監控功能，它能夠實時監測充電樁的各項參數，包括電壓、電流、連接狀態和電池狀態等信息，如果發現問題，通過監控系統能夠立即執行斷電操作，從而保護電動汽車、人員和充電樁的安全，避免發生更嚴重的事故。

3.2軟件系統設計

3.2.1系統工作流程

電動汽車智能充電樁的系統工作流程是：如果電動汽車由于缺電需要進行充電，需要將IC卡刷卡或通過其他支付方式，進入充電模式。電動汽車充電樁的主控系統保證了充電過程，當充電系統出現問題時，就無法進行充電操作，同時也會向服務器進行報警。另外，充電是否能夠正常進行，可以在正常充電或設備故障的指示燈上顯示狀態。

3.2.2功能模塊設計

電動汽車智能充電樁的設計使用了模塊化設計，這是一種比較先進的設計思路，它能夠使得智能充電樁非常高效地運轉，而且具有非常好的延展性，對電動汽車智能充電樁的發展具有重要意義。電動汽車智能充電樁的功能模塊可以分為主控模塊、人機交互、讀卡器模塊、計量計費模塊、打印模塊、后臺通信模塊、遠程通信模塊等等。當軟件系統啟動時，主控程序要根據系統配置文件進行程序配置，并根據配置信息完成各通信模塊的加載。主控程序通過各模塊通信要能夠實現信息采集與展示、實時數據采集與展示、充電流程控制、計量計費功能等基本功能，同時該主控程還應當具備后臺通信能力，能夠把充電過程中的實時數據、充電記錄等信息上送到后臺操作系統。

在人機交互模塊設計時，界面顯示單元顯示的內容應當非常豐富，其中主要界面有歡迎界面、連接確認界面、充電參數設定界面、啟動充電界面、充電界面、停止充電界面、結賬界面和打印界面等內容。安全模塊是由帶安全存取模塊的讀卡器、密鑰管理系統、數據加密和解密模塊組成。帶安全存取模塊的讀卡器采用硬件加密技術，對用戶信息與充電樁數據交互過程中所使用的臨時變量進行加密處理，并對傳遞過程進行線路加密，保證了用戶信息與充電樁進行數據交互的過程中，信息不會被外界竊取。密鑰管理系統的主要功能是提供各種密鑰的生成機制和加密算法，并將生成的密鑰存儲在具有密鑰導出功能的智能卡中。數據加密模塊把用戶數據按照事先約定的加密方式進行加密，并存儲在用戶卡的用戶數據區域。解密模塊用于將讀取用戶卡的信息還原為原始數據并進行相關的用戶識別、扣費等操作。

3.3環境及電磁兼容設計

電動汽車智能充電樁一般都是在戶外布置，因此智能充電樁要能夠在各種惡劣的氣候條件下正常工作。另外，電動汽車智能充電樁也要具備抗電磁干擾的能力，至少能夠抵抗正常的電子通信設備產生的電磁干擾，而不至于由于一個微弱的電磁信號就導致無法充電。電動汽車智能充電樁要進行必要的覆蓋，盡量不要完全裸露在露天的環境下，不能讓雨水進入充電樁中，造成充電樁短路或損壞；電動汽車智能充電樁要能夠將內部熱量及時散出，避免由于熱量集聚而燒毀設備；電動汽車智能充電樁要采用不銹鋼材料，必要時采用烤漆工藝，確保充電樁在各個環境下不能被腐蝕，確保達到設計使用壽命；同時，應當設置防雷設備，使用壓敏電阻、瞬變抑制二極管等設備，確保智能充電樁的正常使用。

4、結論

電動汽車智能充電樁的設計與建設是實現國家電動汽車飛躍式發展的重要環節。隨著國內電動汽車智能充電樁的不斷建設，充電樁的設計單位已經積累了非常豐富的設計經驗，甚至已經走在了國際設計水平的前列。但是我們應當看到發展和完善充電樁的設計還有很長的路要走，必須進一步加強對智能充電樁的研究和創新工作，加快智能充電樁技術的進步，為國內電動汽車事業的快速發展提供技術條件。

參考文獻：

[1]王海群，彭川.電動汽車充電樁控制系統的設計[J].微型機與應用，2017

[2]楊晨.電動汽車非接觸式充電系統設計[J].工業設計，2017