分析電動(dòng)汽車(chē)智能充電樁的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

顧新

摘要：電動(dòng)汽車(chē)具有節(jié)能環(huán)保的特點(diǎn)，在環(huán)境污染日益嚴(yán)重，石油資源逐漸枯竭的背景下得到了快速的發(fā)展。而充電樁作為電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)鏈中不可缺少的重要組成部分，對(duì)其展開(kāi)研究十分必要。本文介紹了電動(dòng)汽車(chē)充電樁的概況，闡述了充電樁監(jiān)控系統(tǒng)的功能，并從硬件設(shè)計(jì)、軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)和環(huán)境及電磁兼容設(shè)計(jì)三方面介紹了電動(dòng)汽車(chē)充電樁的設(shè)計(jì)，以望能為有關(guān)需要提供參考。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車(chē);充電樁;監(jiān)控系統(tǒng);設(shè)計(jì)

國(guó)內(nèi)電動(dòng)汽車(chē)充電樁設(shè)計(jì)出現(xiàn)了規(guī)范化與標(biāo)準(zhǔn)化的新需求，急需一種符合國(guó)家電網(wǎng)公司標(biāo)準(zhǔn)要求的電動(dòng)汽車(chē)智能充電樁，解決市場(chǎng)上電動(dòng)汽車(chē)與充電設(shè)備接口不統(tǒng)一、質(zhì)量不符合標(biāo)準(zhǔn)要求的問(wèn)題，電動(dòng)汽車(chē)充電樁是電動(dòng)汽車(chē)充電的主要途徑，智能充電樁的性能、工藝水平以及質(zhì)量對(duì)電動(dòng)汽車(chē)的應(yīng)用與推廣有著直接的影響，進(jìn)一步研究電動(dòng)汽車(chē)智能充電樁的方案設(shè)計(jì)十分必要。

1 電動(dòng)汽車(chē)智能充電樁

1.1 充電設(shè)施市場(chǎng)情況

近些年世界能源趨勢(shì)日漸緊張，化石能源逐漸枯竭，以石油組分汽油為主要能源的汽車(chē)在給人們的正常通行帶來(lái)便利的同時(shí)，也造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染，在這種情況下，全球電動(dòng)汽車(chē)的市場(chǎng)需求持續(xù)增長(zhǎng)，相應(yīng)的電動(dòng)汽車(chē)充電站相關(guān)技術(shù)也逐漸發(fā)展起來(lái)，有力地推動(dòng)了電動(dòng)汽車(chē)全球范圍內(nèi)的應(yīng)用和普及。我國(guó)的電動(dòng)汽車(chē)研發(fā)進(jìn)展迅速，電動(dòng)汽車(chē)智能充電樁技術(shù)水平也在不斷提高，2010年以后，我國(guó)很多一線城市和二三線城市紛紛開(kāi)始了電動(dòng)汽車(chē)充電站的建設(shè)，電動(dòng)汽車(chē)充電站數(shù)量快速增長(zhǎng)，電動(dòng)汽車(chē)智能充電樁的應(yīng)用也更加廣泛【1】。

1.2 智能充電樁

充電樁的主要功能是為電動(dòng)汽車(chē)充電，和汽油汽車(chē)加油站的加油機(jī)功能類(lèi)似，刷卡付費(fèi)之后，可以為電動(dòng)汽車(chē)充電。電動(dòng)汽車(chē)智能充電樁普遍使用大界面彩色觸摸屏，并設(shè)置有定電量、定時(shí)間、定金額和自動(dòng)四種不同的充電模式，常規(guī)電動(dòng)轎車(chē)充電樁充電需要4-5個(gè)小時(shí)。和電動(dòng)汽車(chē)充電站相比，電動(dòng)汽車(chē)智能充電樁有著占地面積小、分布廣泛、建設(shè)投資額度小、數(shù)量較多、可以隨時(shí)進(jìn)行充電等多種優(yōu)勢(shì)，因此，電動(dòng)汽車(chē)用戶更愿意選擇小區(qū)內(nèi)或者各種場(chǎng)所停車(chē)場(chǎng)的智能充電樁充電，只有少數(shù)用戶愿意駕車(chē)去充電站，大部分用戶都遵循就近原則，在電動(dòng)汽車(chē)充電需求分布相對(duì)分散的區(qū)域，可以通過(guò)設(shè)置智能充電樁來(lái)滿足用戶需求，在為用戶提供更加便捷的電動(dòng)汽車(chē)充電服務(wù)的同時(shí)，也節(jié)省了充電站的建設(shè)和運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用【2】。

1.3 設(shè)計(jì)需求

1.3.1 極端天氣適應(yīng)性

電動(dòng)汽車(chē)智能充電樁直接暴露在室外自然環(huán)境中，面臨著各種各樣的極端天氣考驗(yàn)，為了確保智能充電樁能夠正常工作，要求其內(nèi)部結(jié)構(gòu)要具有較強(qiáng)的密封性，避免灰塵、水、雜質(zhì)進(jìn)入導(dǎo)致線路和系統(tǒng)故障，充電樁內(nèi)部還要形成良好的空氣循環(huán)，方便散熱，避免元器件過(guò)熱。

1.3.2 抗電磁干擾性能

電動(dòng)汽車(chē)智能充電樁一般分布在建筑稠密的繁華城區(qū)內(nèi)，電磁環(huán)境十分復(fù)雜，面臨著比較嚴(yán)重的電磁干擾問(wèn)題，需要長(zhǎng)期在有強(qiáng)電磁干擾的環(huán)境內(nèi)工作，因此在設(shè)計(jì)電動(dòng)汽車(chē)智能充電樁時(shí)，需要對(duì)電氣布局進(jìn)行適當(dāng)優(yōu)化，消除電磁干擾可能導(dǎo)致的各種不良影響，保證電動(dòng)汽車(chē)智能充電樁能夠長(zhǎng)期安全穩(wěn)定的運(yùn)行。

2 電動(dòng)汽車(chē)智能充電樁方案設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1 整體結(jié)構(gòu)

選擇交叉覆蓋工藝設(shè)計(jì)方案，樁體整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度滿足IP65防護(hù)等級(jí)要求，能夠避免水分滲入問(wèn)題，使用鍍鋅鋼板作為系統(tǒng)主體結(jié)構(gòu)材質(zhì)，確保電動(dòng)汽車(chē)智能充電樁能夠在潮濕、霧、灰塵、鹽等惡劣條件下正常工作，并在鍍鋅鋼板外殼表面使用汽車(chē)烤漆工藝加工保護(hù)漆膜。選擇元器件型號(hào)時(shí)，需要考慮到不同地區(qū)不同的氣候條件，推薦意法半導(dǎo)體公司的STM32F107VCT6微控制器，該型號(hào)微控制器有16個(gè)IO接口，6個(gè)控制單元對(duì)接窗口，以及高性能ARMCortex32位內(nèi)核，工業(yè)級(jí)溫度范圍內(nèi)，該設(shè)備都能夠正常工作，總控單元運(yùn)行效率很高。

2.2 顯示與監(jiān)控功能

顯示單元主要由顯示器、觸摸屏、指示燈和按鍵四部分結(jié)構(gòu)組成，用戶借助顯示器就能夠了解自身電動(dòng)汽車(chē)的充電需求，并可以直接觸摸顯示器屏幕上的按鍵，來(lái)選擇適合自己的充電服務(wù)方案。確定充電方案之后，指示燈將及時(shí)提醒用戶充電樁已經(jīng)處于工作狀態(tài)，充電結(jié)束之后，指示燈將改變顏色，提示用戶充電結(jié)束。監(jiān)控功能主要用于智能充電樁工作狀態(tài)的監(jiān)督，采集各種模擬量、開(kāi)關(guān)量，系統(tǒng)獲取相關(guān)信息之后，再將其傳輸給開(kāi)關(guān)量采集單元，提供用戶選擇充電方案所需的充電量，開(kāi)出控制功能則在用戶指定充電服務(wù)完成之后，引導(dǎo)用戶將電動(dòng)汽車(chē)轉(zhuǎn)移出充電樁，準(zhǔn)備為下一個(gè)用戶提供充電服務(wù)【3】。

2.3 軟件設(shè)計(jì)

2.3.1 主控制程序

主控制程序的核心功能是自動(dòng)匹配符合用戶充電消費(fèi)需求的最佳充電服務(wù)方案，并在客戶確認(rèn)服務(wù)類(lèi)型之后將相關(guān)信息傳遞給相關(guān)硬件模塊，發(fā)布充電功能指令，執(zhí)行充電服務(wù)操作。主控制程序同時(shí)負(fù)責(zé)用戶消費(fèi)信息的采集記錄，包括智能充電樁的實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)以及充電記錄等內(nèi)容。

2.3.2 人機(jī)交互界面

電動(dòng)汽車(chē)智能充電樁人機(jī)交互界面顯示的內(nèi)容非常豐富，有歡迎界面、連接確認(rèn)連接確、充電參數(shù)設(shè)置、充電啟動(dòng)/停止、結(jié)帳打印等多種功能，通過(guò)人機(jī)交互界面和主控制程序交互獲得控制命令，切換界面，獲取用戶信息，并為用戶展示充電實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息。

2.4 安全/電氣設(shè)計(jì)

2.4.1 安全模塊

安全模塊的主要功能是保護(hù)系統(tǒng)存儲(chǔ)單元安全，包括密鑰管理數(shù)據(jù)加密和解密三部分。電動(dòng)汽車(chē)用戶刷卡消費(fèi)享受智能充電服務(wù)時(shí)，安全模塊將會(huì)對(duì)用戶個(gè)人信息進(jìn)行加密處理，系統(tǒng)軟件同樣設(shè)置了密鑰管理功能，從而避免系統(tǒng)被黑客入侵，進(jìn)一步保證用戶信息安全性，解密單元?jiǎng)t可以在用戶刷卡結(jié)賬時(shí)對(duì)用戶身份進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別，完成交易。

2.4.2 電氣設(shè)計(jì)

電氣設(shè)計(jì)以防靜電設(shè)計(jì)為主要工作內(nèi)容，使用雙向瞬態(tài)抑制二極管接地防靜電保護(hù)方案，并且內(nèi)部控制程序以及外部功能模塊連接間隔設(shè)置電能計(jì)量、顯示觸摸屏、無(wú)線通信以及總控單元等功能模塊。

結(jié)束語(yǔ)

綜上，當(dāng)前石油資源日益匱乏，環(huán)境污染越來(lái)越嚴(yán)重，具有環(huán)保、以電能為能源等優(yōu)點(diǎn)的電動(dòng)汽車(chē)必將成為未來(lái)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的主流。而充電樁是電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)鏈的重要組成部分，研究充電樁的設(shè)計(jì)對(duì)促進(jìn)電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有十分重要的意義。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員要對(duì)各個(gè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)進(jìn)行分析，采取最優(yōu)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行設(shè)計(jì)，從而保證充電樁的設(shè)計(jì)質(zhì)量，促進(jìn)電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]曹新穎，史辛琳，劉琳娜，馬春雪.分析電動(dòng)汽車(chē)智能充電樁的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].科技風(fēng)，2019（15）：6.

[2]田劍.電動(dòng)汽車(chē)智能充電樁的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].科技與創(chuàng)新，2016（01）：22.

[3]孟祥軍，梁濤，王興光，陳杰，李建祥.電動(dòng)汽車(chē)智能充電樁的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].信息技術(shù)與信息化，2011（06）：58-61.