智能電動汽車充電樁的設計與應用

程永明

摘要：目前全世界都面臨嚴重的環境和能源問題，在我國推廣和應用電動汽車能夠緩解當前嚴峻的環境問題，同時對建設節約型社會有重要意義。雖然我國電動汽車數量趨于穩定增長的態勢，但因電動汽車是靠電力為發動機提供能量的，其續航能力和充電問題也成為人們關注的熱點，人們希望能夠在對環境保護的情況下，找到合適的解決辦法。文章對現階段我國電動汽車的智能充電樁進行了設計和研究，希望能夠促進我國電動汽車行業的可持續發展。

關鍵詞：電動汽車;智能充電樁;設計與應用

電動汽車的應用不會產生對環境造成污染的物質，與普通汽車相比，噪音也比較小，同時操作簡單，正是電動汽車的這些優勢，使其在我國社會中應用廣泛。但是電動汽車的缺點也是很明顯的，首先續航能力比較弱，其次充電不方便，這些也成為其在社會中被限制使用的因素。電動汽車在運行中如果電力不足，其性能就會大打折扣。當前我國電動汽車的充電方式主要有電池組快速更換、快速充電和常規充電。因為電動汽車的電池組體積比較大，重量也很大，因此采用更換電池來進行充電很不方便。但是應用智能充電樁就能很好解決這個問題，同時智能充電樁還會對電動汽車的電池組起到保護作用，因此研究電動汽車的智能充電樁有重要意義。

一、電動汽車智能充電樁的總體設計要求分析

我國地域遼闊，南北溫度和環境差異非常大，環境隨季節變化也比較復雜，而電動汽車的充電樁通常處于強電磁場的環境中，這就對電動汽車的制定充電樁提出了更高的設計要求。

（一）能夠經受住多種極端天氣的考驗

近年來，世界環境變化嚴重，全球變暖氣候仍然在持續，在世界各地已經出現了非常極端的氣候，受天氣急劇變化的影響，各個行業都應該采取必要的措施預防極端自然天氣引發的不良事件。對于電動汽車的智能充電樁來說，為了減少極端天氣對充電性能的影響，首先應該增強外部結構的封閉性，這樣才能更好阻擋水珠、雨雪等進入到充電樁中，造成充電樁內部電路和其他運行系統發生故障。在外部封閉的狀態下，內部設計也還要保證空氣的良好流通，這樣才能讓充電樁各個運行元件所產生的熱量更好地散發出去。

（二）應該具備比較強的杭電磁干擾能力

電磁之間能夠產生感應，這樣就會對信號傳輸造成一定干擾，這種現象就是電磁環境。當前我國社會中無線移動通信技術發展非常快速，電磁幾乎無處不在，所以相互干擾的現象也已經非常普遍。電動汽車的智能充電樁會受到強電磁干擾，所以在對其進行設計的時候，要充分考慮到電磁干擾所帶來的不良影響，進一步保證充電樁的正常工作。

二、電動汽車智能充電樁的設計和應用分析

（一）外部整體結構和總控單元器件

電動汽車的智能充電樁在設計時主要采取的工藝是交叉覆蓋，在設計過程中要保證其強度符合IP65防護級別的要求，這樣才能對雨水等液體進行有效預防。電動汽車智能充電樁在主體設計中采用的是鍍鋅鋼板這種材料，以此作為系統的硬件能夠讓充電樁在潮濕、有霧的環境中正常運行，除此之外，充電樁還用了汽車烤漆工藝，在其表面涂刷了一層保護漆。在選擇充電樁的元器件時，要充分考慮到不同區域環境和溫度的不同，為了降低環境對充電樁工作的影響，我們采用了意法半導體公司生產的STM32F107VCT6微控制器，其中包含了具有高性能、工作頻率為72MHz的ARMCortex-M3 32位RISC內核，以太網接口、6個和每個單元對接的串口、16個IO接口，這樣就能夠更好地滿足對電動汽車進行充電的基本要求和檢測。運用這種設備的另一個好處是，充電樁能夠在工業級溫度范圍內保持正常的工作狀態，這樣就在很大程度上提高了總控單位的運行效率。

（二）顯示和監控單元的設計與應用分析

LCD顯示器、觸摸屏、指示燈以及按鍵這些部件共同構成了充電樁的顯示單元，根據LCD顯示器，用戶可以根據自身電動汽車的具體情況在觸摸屏上選擇合適的按鍵來完成對電動汽車的充電。對電動汽車進行充電的時候，指示燈會亮起，提醒用戶電動汽車正處于充電狀態，充電結束后，指示燈會從紅色變成綠色，這就表示電動汽車已經充滿電。在這個過程中，我們要保證工作的電壓為3.3VDC，邏輯電平為0-3.3V，顯示屏的驅動電壓為5VDC，工作溫度在0-50℃之間，寬溫在-25-75℃之間。在充電樁中設計監控單元的主要目的是對電動汽車在充電時進行監督，其中包括對模擬量采集的監督，對開關量采集的監督以及對開出進行控制。首先系統對輸入的信息進行采集，然后將采集到的模擬量信息傳輸到開關量采集單元，最后系統為用戶提供和電動汽車性匹配的充電量。開出控制的作用是向充電的用戶發出警報，告知用戶對電動汽車的充電已經完成，以便讓其他用戶使用。

（三）智能充電樁軟件系統的設計和應用分析

（1）主控模塊

主控模塊的作用是根據用戶輸入的充電消費情況，自動為用戶輸出一個最為匹配的服務方案，如果客戶認可輸出的服務方案就會按下確認鍵，之后主控模塊就會將服務信息傳送到系統的各個硬件模塊，對電動汽車進行充電服務。與此同時，主控模塊還能對用戶的消費情況進行收集，例如收集智能充電樁的實際運行數據以及對電動汽車的充電記錄。

（2）安全模塊

秘鑰管理單元、數據加密單元和解密單元共同構成了智能充電樁的安全模塊，它主要是系統的安全存儲單元。當用戶對電動汽車進行充電并用IC卡付費時，系統就會自動記錄用戶的個人信息，而安全模塊會對用戶的信息進行加密存儲，這對用戶的信息安全有很重要的意義。除此以外，安全模塊還能夠有效防止黑客的入侵，防止對客戶信息安全造成威脅。安全模塊中的解密單元能夠在用戶刷卡結賬時對其身份進行自動識別，這是智能充電樁的一個方便之處。

（3）電氣設計與應用分析

智能充電樁還要進行防靜電設計，這樣才能對電路實施更好地保護，其設計主要是通過雙向瞬態抑制二極管接地來實現的。除此以外，智能充電樁還采用了電能計量、觸摸顯示屏和無線傳輸模塊等來連接內部控制板和外部的各個功能模塊。

參考文獻：

[1]朱華，盧文斌.新能源電動汽車充電站發展趨勢探討[J].計量與測試技術，2016，43（03）：9-11.

[2]薛冰，蔡磊，王鵬，蔡文昌，王嗣舉.電動汽車智能充電樁管理方案[J].低碳世界，2016（09）：221-222.

[3]劉娟娟，曹勝蘭.電動汽車充電樁運營模式研究[J].科技管理研究，2015，35（19）：202-206.