壁掛式充電樁設計

王新宇 和柯

【摘 ?要】充電樁有多個類型，而壁掛式充電樁在新能源電動汽車的設計與發(fā)展過程中有著十分重要的作用，所以本設計選擇將選擇壁掛式充電樁作為設計對象。首先通過對壁掛式充電樁的適用場所、分類及優(yōu)勢進行分析，然后分別從充電樁系統(tǒng)和外觀兩個方面對其進行設計。充電樁系統(tǒng)設計方面主要是對系統(tǒng)的主要軟硬件模塊進行了設計，外觀方面則是從設計定位、構思等方面進行了一些設計。本設計壁掛式充電樁的設計實踐對國內(nèi)充電樁的發(fā)展起到一定推動作用;對充電樁網(wǎng)絡建設、充電汽車普及也有著促進作用。

【關鍵詞】 壁掛式充電樁;電動汽車;設計

1研究背景

1.1研究背景

汽車是現(xiàn)代工業(yè)的產(chǎn)物，它給我們帶來了舒適方便生活的同時，資源污染等環(huán)境問題日益突出。隨著全球燃料資源短缺和環(huán)境污染的加劇，全球已經(jīng)開始關注節(jié)能問題，如綠色、環(huán)保、經(jīng)濟。電動汽車是新能源汽車的重要組成部分，被認為是汽車產(chǎn)業(yè)轉型和技術發(fā)展的主要趨勢。電動汽車的應用和推廣將極大地緩解城市交通對石油的依賴以及汽車尾氣對環(huán)境的危害。

2 壁掛式充電樁適用場所、分類與優(yōu)勢

2.1充電樁適用場所分析

使用者的的操作習慣與充電的安置場合有著密不可分的聯(lián)系，這就影響了充電樁的產(chǎn)品設計方向，下文對充電樁的適用場所進行研究。

（1）購物綜合體

在購物綜合體建立充電樁可以在用戶去商場購物的同時給汽車充電，也給商場帶來經(jīng)濟效益。

（2）大型公共停車區(qū)

該區(qū)域停車數(shù)量較多，非常適合搭建充電樁。

（3）高速服務區(qū)

這類場地面積較大，適合搭建大型充電站點，需針對電動汽車的充電需求建立大功率快速充電樁。

（4）住宅生活區(qū)

電動車輛充電的時間較長且時間連貫，適合建立家用型充電樁

（5）街道臨時停車位

車輛在道路旁臨時停放，需根據(jù)其具體情況設置適合的充電樁類型及數(shù)量

（6）企業(yè)及辦公綜合體

在企業(yè)及辦公綜合體內(nèi)的停車場建立充電樁，可以滿足上班族的使用需求

（7）風景區(qū)及游樂場

在風景區(qū)及游樂場建設合適的充電樁，方便駕車游客的充電需求

（8）便攜式應急充電設備

滿足用戶不時之需

2.2充電樁的分類與適用環(huán)境

充電樁適用分類有很多種，按著不同標準可總結如下：

按安裝方式分：落地式充電樁、掛壁式充電樁

按安裝地點分：公共充電樁、專用充電樁

按充電接口數(shù)分：一樁一充、一樁多充

按充電方式分：直流充電樁、交流充電樁

2.3壁掛式充電樁的優(yōu)勢

壁掛式充電樁體積小，不占用空間、安裝相對方便，相對于其他類型的充電樁有著多種優(yōu)勢：

①材料多元化，外殼可大面積采用防污、防水性能好等高防護等級的材料，以更好的應對不同環(huán)境

②因體量較小，可控制成本在相對較低水平;

③體積小、總質(zhì)量輕、所需安裝空間小，適用于多元地形;

④具有一定便攜性，安裝及運輸方便。

3 壁掛式充電樁的設計實踐

3.1壁掛式充電樁系統(tǒng)設計

壁掛式充電樁為交流充電樁，根據(jù)交流充電樁在硬件功能上各模塊不同的功能，將充電樁劃分為若干個模塊，充電樁硬件系統(tǒng)主要由核心控制模塊、數(shù)據(jù)通信模塊和電能監(jiān)測模塊組成。充電樁的工作原理為充電模塊輸出電流并接在充電機輸出母排上，充電槍通過輸出開關和熔斷器連接母排。系統(tǒng)的控制單元，采樣單元，計費單元均由輔助電源供電，相互之間采RS485，RS232和CAN通信進行連接，充電時對相應的輸入輸出參數(shù)進行采樣，故障判斷及開關器件進行驅動控制。通過使用模塊化的設計方法，對各硬件功能進行獨立劃分，當系統(tǒng)中的某一部分發(fā)生故障時，不會影響到其他模塊正常工作，這樣的設計既保證了系統(tǒng)的安全運行，也便于后期對充電樁的運維及保養(yǎng)。

（1）系統(tǒng)工作流程

根據(jù)壁掛式充電樁的各項功能需求，其軟件流程圖見圖1-1。在完成了對系統(tǒng)啟動后的檢測之后，關鍵之處在于針對系統(tǒng)采取相應的初始化處理，再對其實施自我測定，明確其是否能夠進行正常的運行，并且運行是否能夠滿足相關功能的要求，后再進行刷卡循環(huán)操作，每次刷卡都需要設置一個超時測定，若發(fā)現(xiàn)有嚴重超時現(xiàn)象，就需要及時作出跳轉處理，若存在兩個不同充電口的情況，則需要對其實施不同的操作及切換，同時在對充電進行結算的過程中，若出現(xiàn)了掉電或者超時的情況，系統(tǒng)就會根據(jù)具體情況對數(shù)據(jù)進行保護。

（2）u C/OS-III操作系統(tǒng)

壁掛式充電樁的正常運行與充電功能的實現(xiàn)離不開軟件系統(tǒng)的支持。而uC/OS-III操作系統(tǒng)一個可升級、可固化且基于優(yōu)先級第三代實時操作系統(tǒng)，其支持現(xiàn)代實時操作系統(tǒng)所期待的大部分功能，如任務間的通信、資源同步、資源配置等。

3.2壁掛式充電樁外觀設計

壁掛式電動汽車充電樁設計實踐方向分為七點：

在造型方面，遵循簡約主義的同時又要凸顯一定個性

在結構方面，為壁掛式設計結構，便于安裝及運輸可實現(xiàn)大批量生產(chǎn)

在材料方面，運用易于達到外觀效果的環(huán)保材料，以環(huán)保型材料為主，新材料與傳統(tǒng)材料相結合

在色彩方面，以無彩色系為主，采用多種配色方案以適應不同場合

在人機交互方面，考慮人與機器的關系，最大化的滿足使用者的需求

在功能方面，采用互聯(lián)網(wǎng)+充換電運營監(jiān)控系統(tǒng)，滿足充電及附加功能需要，成本控制在適中范圍，生產(chǎn)使用可以應對大批量需求

在軟件升級方面達到智能升級、維護等多元化登錄、支付功能

（1）設備尺寸需求

340mm（寬）×200mm（深）×500mm（高），依據(jù)國網(wǎng)公司充電設施新增項目對壁掛式充電樁的尺寸需求來定位本設計產(chǎn)品的尺寸。

（2）人機操作界面

人機界面包括觸摸屏、刷卡區(qū)、指示燈、急停按鈕、充電槍及槍座。

（3）面向消費群體

以民用汽車充電為主，意味著產(chǎn)品外觀設計可考慮活潑、靈巧、輕便的風格，并考慮產(chǎn)品的體積、重量、便攜性、成本以及后期運輸、安裝、維護的可操作性。

（4）使用環(huán)境定位

壁掛樁安裝場所應兼容室內(nèi)外使用環(huán)境。

（5）整體風格定位

在整體上達到現(xiàn)代、專業(yè)和一流的產(chǎn)品形象，結合不同材料工藝的特性設計，使充電樁產(chǎn)品安全、高效、舒適等。

（6）色彩定位

力求整體協(xié)調(diào)、美觀，符合產(chǎn)品使用環(huán)境，避免多余裝飾，減少不必要的視覺刺激。

（7）性能需求

產(chǎn)品需要便于運輸、拆裝、調(diào)試，同時應滿足產(chǎn)品互聯(lián)網(wǎng)功能;界面設計舒適、易操作，插槍口及充電槍抓握、操作便捷、髙效;配套設施高度適中，方便使用者操作及后期維護等需求。

4 結 論

為了更好地實現(xiàn)汽車尾氣排放的改善，越來越多的國家開始加大對電動汽車的全面推廣。要逐步普及電動汽車，必須完善相關配套設施，充電樁是其重要組成部分。為了發(fā)展電動汽車，有必要開發(fā)和建造充電樁。根據(jù)充電樁的類型和特點，本文選擇壁裝式充電樁進行設計。本次課題設計是一項具有特殊意義的設計實踐，通過對調(diào)研項目的確定，對分析項目的數(shù)據(jù)和參數(shù)的搜索，對充電樁進行系統(tǒng)和外觀設計，通過一系列的說明和考慮，了解到了產(chǎn)品設計成功后內(nèi)心的真正喜悅。本文設計的壁掛式充電樁對國內(nèi)充電樁的發(fā)展起到一定的促進作用;同時對于促進充電樁網(wǎng)絡建設和電動汽車的普及、緩解全球資源短缺和空氣質(zhì)量問題都有著一定的意義，符合全球可持續(xù)發(fā)展的理念，其社會、經(jīng)濟價值顯而易見。

（作者單位：黃河交通學院）