電動汽車智能充電樁的設計要求及相關技術探索

杜 婕

（國網湖北綜合能源服務有限公司，湖北 武漢 430000）

0 引 言

汽車事業的發展體現了現代化社會發展的趨勢，隨著汽車數量的快速增長和石化材料的大量應用，我國能源事業和環境發展面臨著嚴峻挑戰。新型電動汽車的出現正好解決了這一問題，真正意義上實現了零排放[1]。我國電動汽車起步較晚，但是其發展速度較快。尤其在研發方面，一些小型電動車已取得了較好的成果，發展前景較好。在電動汽車的充電樁設計上，還要對其進行更加深入的研究，提高電動汽車智能充電樁的環境適應性，保證其供電穩定性。

1 電動汽車智能充電樁的設計要求

我國土地遼闊，各個區域的自然環境也存在著較大差異，并且電動汽車智能充電樁經常工作在電磁極高的環境下，這些也都對電動汽車智能充電樁的設計提出了更高要求。要求電動汽車智能充電樁不但要經受極端天氣的考驗，還要具備較強的抗電磁干擾能力。

1.1 符合天氣變化的考驗

隨著全球氣候不斷的變暖，我國自然環境受到了極大的威脅，惡劣天氣事件出現的頻率越來越高。不但影響了工業行業的發展，而且對地區經濟的發展造成了一定影響。對于電動汽車智能充電樁來說，外部結構的穩定性和封閉性對電動汽車使用的安全性均具有非常重要的作用。例如，電動汽車智能充電樁的封閉性不佳，會導致水珠、雨雪等進入到充電樁內，造成電動汽車智能充電樁內部電路出現短路、系統故障等。因此，設計電動汽車智能充電樁時，要充分保證其外部結構的封閉性和穩定性。另外，為了使電動汽車智能充電樁結構內部元器件產生的熱量及時散發出去，還要保證其內部空氣的流動性。

1.2 具備抗電磁干擾能力

電動汽車智能充電樁所處的電磁環境，是由外界一些電磁感應信號對自身充電樁信號接收和輸出情況造成干擾的環境。隨著通信技術、網絡技術的不斷發展，電磁干擾的情況也越來越頻繁。對于一些電磁干擾較強的環境中，為了保證電動汽車智能充電樁的正常運行，在設計上要考慮到電氣線路的布局，將外界電磁信號對自身的干擾降到最低，進而將電磁干擾所造成的不良影響降到最低。

2 電動汽車智能充電樁的設計技術

2.1 電動汽車智能充電樁外部整體結構和總控單元器件的設計

電動汽車智能充電樁的外部結構在設計上采用了交叉覆蓋的方式，首先使電動汽車智能充電樁整體結構的強度符合IP65防護級別的要求，能有效防止雨水、雨雪等滲入。其次是電動汽車智能充電樁主體的設計，在充電樁主體設計上，可采用鍍鋅鋼板作為電動汽車智能充電樁系統硬件的主要材料，為保證電動汽車智能充電樁能在潮濕、霧氣、鹽氣等環境中正常運行，還可采用汽車烤漆工藝在鍍鋅材料的表面涂上保護漆膜。最后在電動汽車智能充電樁內部元器件的選型上，考慮到各個地區不同的溫差，可采用微控制器，比較常用的有STM32F107VCT6型。此種微控制器中含有32位RISC內核、以太網接口、與控制單元有效對接的串口（6個）、I/O接口（16個），能滿足電動汽車智能充電樁的正常使用和對充電樁內部系統的監測需求。電動汽車智能充電樁設備也能在工業級的溫度范圍內正常運行，在很大程度上提高了總控單元的運行效率。

2.2 電動汽車智能充電樁顯示單元與監控單元的設計

電動汽車智能充電樁的顯示單元設計上由LCD顯示器、觸摸屏、按鍵以及指示燈等構成。當用戶需要給電動汽車充電時，可通過LED顯示器、觸摸屏、按鍵等完成。電動汽車智能充電樁在充電工作中，相應的指示燈會亮，提醒其他用戶此電動汽車智能充電樁在使用中。當充電工作完成后，相應的指示燈會提醒用戶充電完成。電動汽車智能充電樁系統的工作電壓為3.3 VDC，邏輯電平為0～3.3 V，將顯示屏的驅動電壓調整為5 VDC，將電動汽車智能充電樁工作的溫度控制在0～50 ℃，將寬溫控制在-25～75 ℃[2]。電動汽車智能充電樁中監控單元的主要是對充電樁的工作狀態進行監控，主要包括對系統中模擬量的采集、開關量的采集以及開關輸出量的控制[3]。當系統采集到模擬量的相關數據后，會將采集到的數據信息傳輸到開關量的采集單元中，為用戶能夠得到相匹配的充電量提供有效保障。開出控制單元是當電動汽車完成充電工作后，對汽車的開出情況給予指引，以方便其他用戶。

2.3 電動汽車智能充電樁軟件系統設計

電動汽車智能充電樁軟件系統設計包括主控模塊、安全模塊和電氣設計三個部分。

2.3.1 主控模塊

在設計主控模塊時，可根據用戶的實際用電需求為其匹配最佳服務方案。用戶滿意匹配的服務方案時刻通過主控模塊進行確認，然后將對應的數據信息發送給其他的硬件模塊，從而完成電動汽車的充電。另外，主控模塊還能收集用戶的各種消費數據信息，如電動汽車智能充電樁的運行數據、充電記錄等。

2.3.2 安全模塊

安全模塊是指整個軟件系統的安全存儲單元，此存儲單元由密匙管理單元、數據加密單元和解密單元等多個單元構成。當用戶使用電動汽車時，要通過IC卡或者二維碼進行付費操作。在此過程中，安全存儲單元會自動加密用戶信息。電動汽車智能充電樁系統軟件采用了密匙管理，能有效防治黑客入侵，進一步提高了用戶系統的安全性。但是，在此過程中需要注意，安全模塊中的解密單元能在刷卡付款、二維碼付款時自動識別用戶信息完成交易工作。

2.3.3 電氣設計

在軟件電路設計中，防靜電設計是雙向瞬態抑制二極管接地，對通信電路進行防靜電保護。在設計上，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、觸屏顯示以及無線通信傳輸等多種形式。

2.4 電動汽車智能充電樁APP客戶端設計

近年來，隨著智能手機的普及，APP客戶端軟件在人們日常生活中得到了廣泛應用。在對電動汽車智能充電樁APP客戶端的設計中，根據用戶手機操作系統的不同分別設計了iOSV7.0.0版本和Android V2.3.3版本的APP客戶端軟件，均為C/S體系結構，具有強大的擴展能力和靈活性。

2.4.1 視圖層

視圖層是APP客戶端與用戶交互的界面，在了解用戶需求的情況下，可通過調用業務邏輯層的接口對用戶需求進行邏輯處理，并將處理結果展現給客戶。包括地圖顯示、支付結算、車輛狀態顯示、電池電量狀態顯示、控制界面以及查詢界面等。

2.4.2 業務邏輯層

需要及時完成用戶在業務上的邏輯需求，包括對服務器數據的請求、對本地數據庫中的數據讀取等。

2.4.3 業務實體層

業務實體層包括各個不同的業物實體、對網絡服務器的數據請求、對本地數據庫中的數據解析、對網絡平臺服務器數據請求和數據解析以及對網絡平臺數據庫的維護等。APP客戶端軟件在設計思維上，是根據用戶選擇的功能對相應業務邏輯層對應的模塊進行調用。而在此過程中，業務流程的組織工作全部由業務邏輯層完成，還調用了業務實體層模塊。通過網關服務器的接口，可完成與網關服務器之間的信息交換。

3 結 論

電動汽車智能充電樁的設計與技術應用是促進國家電動汽車發展的重要因素。隨著我國電動汽車智能充電樁設備設施的不斷建設和完善，我國在電動汽車智能充電樁方面的設計經驗有了一定積累，水平也有了很大提升。但是，在對電動汽車智能充電樁設計的發展和完善方面還有很長的路程要走。因此，設計人員要進一步加強對電動汽車智能充電樁的研究和創新工作，提高電動汽車智能充電樁的設計技術水平，促進我國電動汽車智能充電樁設計技術的快速發展。