智能充電樁的設計要求及技術研究

任新凱 曾輝 王飛

摘要：隨著我國經濟的不斷提升，促進了國內電動汽車事業的發展，國家已經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也在不斷增加，目前在高速公路的服務器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。

關鍵詞：智能充電樁；設計要求；技術

引言

汽車已經成為人們不可缺少的交通工具，在提供了便利的同時也在大量的消耗石油、天然氣等有限的能源，而且汽車尾氣也對人類賴以生存的自然環境造成了嚴重的污染。面對能源與環境的雙重壓力，電動汽車應運而生，隨之對作為后勤保障充電系統的要求也越來越高。

1電動汽車的充電方法以及建立智能充電樁的意義

1.1當前電動汽車的充電方法

1.1.1直流充電

直流充電方式是指直接由地面供給直流電源為電動汽車自身的蓄電池充電。這種方式有兩個優勢，一是可以使電動汽車不需要配備車載充電裝置，從而減輕車身重量。二是功率大可以快速充電，從而節省充電時間。

1.1.2交流充電

交流充電方式需要220V或者380V的交流電源，并且在車載充電裝扮的濾波、整流以及保護之下對電動汽車的蓄電池進行充電。這種方式因為功率較小，所以充電時間相對來說會長一些，比較適合混合動力的電動汽車。

1.1.3配備多組蓄電池

配備多組蓄電池指的是至少為每輛電動汽車配備兩組蓄電池，一組供電，一組充電，電量不足的時候需要及時更換已經充好電的蓄電池。這種方式的優點是可以在最短時間使用滿電蓄電池繼續工作，缺點是需要大量的蓄電池更換站點，對維護人員的需求也很高，相對來說不僅投資大，智能程度也比較低。

1.2建立智能充電樁的意義

電動汽車零排放、噪音小，屬于當前人們所倡導的綠色出行，這些特點是其絕對的優勢，越來越多的人愿意使用，已經漸漸被人們認可，這就要求充電系統是必須的后勤保障。需求量的增多對充電方式的智能化要求就越來越高，傳統模式的效率就跟不上了，而且當前電動汽車一般都是采用能效高、體積小的鋰離子蓄電池，這種電池對充電、放電要求都比較高，也是繼續智能化的充電樁系統對各個環節的控制與預警，避免對電池造成嚴重損害以及威脅人身安全。

2智能充電樁的設計要求

2.1要經受多種極端天氣的考驗

電動汽車智能充電樁需要能夠布置在各種氣候條件下，要能夠適應室內環境，也要適應極端天氣環境，要在一年四季都能夠正常使用。因此，電動汽車智能充電樁應當具有非常好的密封性，外部的雨水等可能造成漏電的物質不能進入，要對電動汽車智能充電樁進行遮擋。同時，也要保持充電樁內部的通風效果，讓設備產生的熱量能夠排到環境中，避免損壞。

2.2要具有抗電磁干擾能力

電動汽車智能充電樁要具備抗電磁干擾能力。現在人們的生活環境中經常會有各種電磁干擾，這對電動汽車智能充電樁的設備可能造成干擾，使得充電樁不能夠正常運行。因此，充電樁在施工布置時，應當考慮到周圍環境是否存在電磁干擾的因素。同樣，那些存在電磁干擾的通信設備也不要布置在已經安裝好的充電樁附近。另外，電動汽車智能充電樁應當具有一定的抗電磁干擾能力，增加充電樁的適應性，為充電樁的簡單化布置提供技術條件。

3智能充電樁的設計技術

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，為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。

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。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；電動汽車智能充電樁的內部零件應當使用工業級的元器件；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。

結語

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。

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