一种基于路灯的电动汽车交流充电桩

韩金坤

摘 要：文章根据电动汽车交流充电桩研究现状，针对性的设计了一种基于路灯改造的充电桩设计方案，并详细介绍了它的工作原理、系统构成和硬件软件设计。该系统由桩体、控制模块、交流输入模块、交流输出模块等几个部分组成，具有人机交互、计量计费、充电控制、运行状态监测、充电保护、数据存储和上传等功能。

关键词：路灯；交流充电桩；电动汽车

引言

近几年来中央和地方政府对电动汽车给予很大支持，现在很多城市都有自己的电动汽车推广计划，电动汽车市场的需求在政府的推动下确实有所增长。但电动汽车充电难的问题一直没有得到有效解决。将电动汽车交流充电桩集成到传统的路灯上，这是降低电动车公共充电设施成本的方法之一，该技术成熟、安装方便，且节省空间。文章所研究的一种基于路灯的电动汽车交流充电桩作为充电基础设施的一部分对于推进电动汽车的普及具有重要的意义。

1 电动汽车交流充电桩的工作原理

基于路灯的电动汽车交流充电桩主要安装在现有城市的路灯附近，它可以对现有路灯进行简单的改造实现充电桩的供电，其充电输出接口符合GB/T 20234.2-2011《电动汽车传导充电用连接装置；交流充电接口》的要求，它通过非接触式IC卡刷卡进行认证和收费。在使用时，用户只需要将其充电枪插入并进行刷卡认证后就可以使用自动充电模式对电动汽车进行充电，当车充满后会自动停止充电，用户也可以直接刷卡进行结算停止充电，这样就可以让用户不需要进行复杂的操作就可以完成充电。

2 电动汽车交流充电桩的系统构成及设计

2.1 桩体设计

该充电桩主要安装在路灯上，采用壁挂式安装。由于其主要在户外环境中使用，防护等级需要为IP54，同时壳体需要进行三防保护（防潮湿、防霉变、防烟雾）等处理，外壳采用抗氧化耐冲击的材质，在使用时不容易锈而且抗外力破坏。

2.2 控制模块的设计

控制模块是交流充电桩的核心，它需要完成交流接触器的控制、指示灯的控制、历史数据的存储、桩体内的通信（如刷卡模块的通信、电表的通信、显示模块的通信等）、与桩体外的通信（如CAN通信、以太网通信）、充电枪连接状态的AD采集等。

控制模块的主芯片选择意法半导体的STM32F205VET6微控制器。它使用高性能的ARM Cortex-M3 32位的RISC内核，工作频率可以高达为120MHz，高达1M字节的片上闪存，高达128K字节的内嵌SRAM，具有灵活的高速外部存储器FSMC接口，自带串口和CAN接口可以方便的外设进行通信，自带3个12位AD可以用来检测枪连接状态。

显示屏我们采用一块240×128点阵的液晶，其接口为8位并行接口，可以方便的使用STM32的FSMC接口进行控制。充电桩在工作时有时需要与上级监控系统通信进行通信，CAN总线具有抗干扰能力强组网方便等特点，所以该充电桩扩展一个CAN总线接口与上级监控系统通信，数据帧格式遵循CAN总线2.0B版本的规定。在充电桩运行使用过程中需要存储一些历史充电记录等，我们通过STM32F2的FSMC接口扩展了一个NAND FLASH K9F1208用来存储数据，可以保存10年不丢失。

2.3 交流输入模块

交流输入模块主要包括断路器、漏电保护装置、智能电表、急停开关和控制模块电源。

断路器主要是控制整个充电桩的交流输入，当断路器闭合后充电桩才能开始工作。漏电保护装置在充电桩产生故障而漏电威胁到人员安全时会自动断开电源输入从而保护人员的安全。充电桩的充电计量的智能电表采用多功能单相表，电表选用2.0等级的电能表，电流规格为5（40）A。电表提供RS485接口，通过DL/T 645-2007通信协议与MCU通信。通过读取电能表的电能值作为充电桩的电能计量值，通过读取电表电流和电压值来判断充电过程中是否出现过流和过压的情况并加以处理。

2.4 交流输出模块

交流输出模块主要包括交流接触器、控制引导电路和充电插座。交流接触器是用来控制充电桩是否对车输出电压和电流，当充电枪插入并且用户刷卡成功后充电桩会自动闭合交流接触器。控制引导电路由一个输出一个±12V的PWM波形电路和一个AD检测电路组成如图2所示。充电插座我们采用符合GB/T 20234.2-2011《电动汽车传导充电用连接装置；交流充电接口》第2部分交流充电接口的充电座。

3 软件设计

本充电桩不需要复杂的人机交互按键操作，在运行过程中如果进行刷卡操作则触发中断进行读卡，确定卡的类型进行相关操作。程序的整体流程图如图3所示。

4 结束语

文章根据电动汽车交流充电桩研究现状，针对性的设计了一种基于路灯改造的充电桩设计方案，并详细介绍了它的工作原理、系统构成和硬件软件设计。将电动汽车交流充电桩集成到传统的路灯上，这是降低电动车公共充电设施成本的方法之一，该技术成熟、安装方便，且节省空间，文章所研究的一种基于路灯的电动汽车交流充电桩作为充电基础设施的一部分对于推进电动汽车的普及具有重要的意义。

参考文献

[1]周航慈，吴文广.基于嵌入式实时操作系统的程序[M].北京航空航天大学出版社.

[2]廖义奎.STM32F207高性能网络型MCU嵌入式系统设计[M].北京航空航天大学出版社.

[3]中华人民共和国国家标准.GB/T 20234.2-2011.电动汽车传导充电用连接装置[S].

[4]中华人民共和国电力行业标准.DL/T645-2007.多功能电能表通信协议[S].

[5]中华人民共和国能源行业标准.NB/T33002-2010.电动汽车交流充电桩技术条件[S].

[6]芯片手册Reference manual STM32F205xx advanced ARM-based 32-bit MCUs[Z].endprint

摘 要：文章根据电动汽车交流充电桩研究现状，针对性的设计了一种基于路灯改造的充电桩设计方案，并详细介绍了它的工作原理、系统构成和硬件软件设计。该系统由桩体、控制模块、交流输入模块、交流输出模块等几个部分组成，具有人机交互、计量计费、充电控制、运行状态监测、充电保护、数据存储和上传等功能。

关键词：路灯；交流充电桩；电动汽车

引言

近几年来中央和地方政府对电动汽车给予很大支持，现在很多城市都有自己的电动汽车推广计划，电动汽车市场的需求在政府的推动下确实有所增长。但电动汽车充电难的问题一直没有得到有效解决。将电动汽车交流充电桩集成到传统的路灯上，这是降低电动车公共充电设施成本的方法之一，该技术成熟、安装方便，且节省空间。文章所研究的一种基于路灯的电动汽车交流充电桩作为充电基础设施的一部分对于推进电动汽车的普及具有重要的意义。

1 电动汽车交流充电桩的工作原理

基于路灯的电动汽车交流充电桩主要安装在现有城市的路灯附近，它可以对现有路灯进行简单的改造实现充电桩的供电，其充电输出接口符合GB/T 20234.2-2011《电动汽车传导充电用连接装置；交流充电接口》的要求，它通过非接触式IC卡刷卡进行认证和收费。在使用时，用户只需要将其充电枪插入并进行刷卡认证后就可以使用自动充电模式对电动汽车进行充电，当车充满后会自动停止充电，用户也可以直接刷卡进行结算停止充电，这样就可以让用户不需要进行复杂的操作就可以完成充电。

2 电动汽车交流充电桩的系统构成及设计

2.1 桩体设计

该充电桩主要安装在路灯上，采用壁挂式安装。由于其主要在户外环境中使用，防护等级需要为IP54，同时壳体需要进行三防保护（防潮湿、防霉变、防烟雾）等处理，外壳采用抗氧化耐冲击的材质，在使用时不容易锈而且抗外力破坏。

2.2 控制模块的设计

控制模块是交流充电桩的核心，它需要完成交流接触器的控制、指示灯的控制、历史数据的存储、桩体内的通信（如刷卡模块的通信、电表的通信、显示模块的通信等）、与桩体外的通信（如CAN通信、以太网通信）、充电枪连接状态的AD采集等。

控制模块的主芯片选择意法半导体的STM32F205VET6微控制器。它使用高性能的ARM Cortex-M3 32位的RISC内核，工作频率可以高达为120MHz，高达1M字节的片上闪存，高达128K字节的内嵌SRAM，具有灵活的高速外部存储器FSMC接口，自带串口和CAN接口可以方便的外设进行通信，自带3个12位AD可以用来检测枪连接状态。

显示屏我们采用一块240×128点阵的液晶，其接口为8位并行接口，可以方便的使用STM32的FSMC接口进行控制。充电桩在工作时有时需要与上级监控系统通信进行通信，CAN总线具有抗干扰能力强组网方便等特点，所以该充电桩扩展一个CAN总线接口与上级监控系统通信，数据帧格式遵循CAN总线2.0B版本的规定。在充电桩运行使用过程中需要存储一些历史充电记录等，我们通过STM32F2的FSMC接口扩展了一个NAND FLASH K9F1208用来存储数据，可以保存10年不丢失。

2.3 交流输入模块

交流输入模块主要包括断路器、漏电保护装置、智能电表、急停开关和控制模块电源。

断路器主要是控制整个充电桩的交流输入，当断路器闭合后充电桩才能开始工作。漏电保护装置在充电桩产生故障而漏电威胁到人员安全时会自动断开电源输入从而保护人员的安全。充电桩的充电计量的智能电表采用多功能单相表，电表选用2.0等级的电能表，电流规格为5（40）A。电表提供RS485接口，通过DL/T 645-2007通信协议与MCU通信。通过读取电能表的电能值作为充电桩的电能计量值，通过读取电表电流和电压值来判断充电过程中是否出现过流和过压的情况并加以处理。

2.4 交流输出模块

交流输出模块主要包括交流接触器、控制引导电路和充电插座。交流接触器是用来控制充电桩是否对车输出电压和电流，当充电枪插入并且用户刷卡成功后充电桩会自动闭合交流接触器。控制引导电路由一个输出一个±12V的PWM波形电路和一个AD检测电路组成如图2所示。充电插座我们采用符合GB/T 20234.2-2011《电动汽车传导充电用连接装置；交流充电接口》第2部分交流充电接口的充电座。

3 软件设计

本充电桩不需要复杂的人机交互按键操作，在运行过程中如果进行刷卡操作则触发中断进行读卡，确定卡的类型进行相关操作。程序的整体流程图如图3所示。

4 结束语

文章根据电动汽车交流充电桩研究现状，针对性的设计了一种基于路灯改造的充电桩设计方案，并详细介绍了它的工作原理、系统构成和硬件软件设计。将电动汽车交流充电桩集成到传统的路灯上，这是降低电动车公共充电设施成本的方法之一，该技术成熟、安装方便，且节省空间，文章所研究的一种基于路灯的电动汽车交流充电桩作为充电基础设施的一部分对于推进电动汽车的普及具有重要的意义。

参考文献

[1]周航慈，吴文广.基于嵌入式实时操作系统的程序[M].北京航空航天大学出版社.

[2]廖义奎.STM32F207高性能网络型MCU嵌入式系统设计[M].北京航空航天大学出版社.

[3]中华人民共和国国家标准.GB/T 20234.2-2011.电动汽车传导充电用连接装置[S].

[4]中华人民共和国电力行业标准.DL/T645-2007.多功能电能表通信协议[S].

[5]中华人民共和国能源行业标准.NB/T33002-2010.电动汽车交流充电桩技术条件[S].

[6]芯片手册Reference manual STM32F205xx advanced ARM-based 32-bit MCUs[Z].endprint

摘 要：文章根据电动汽车交流充电桩研究现状，针对性的设计了一种基于路灯改造的充电桩设计方案，并详细介绍了它的工作原理、系统构成和硬件软件设计。该系统由桩体、控制模块、交流输入模块、交流输出模块等几个部分组成，具有人机交互、计量计费、充电控制、运行状态监测、充电保护、数据存储和上传等功能。

关键词：路灯；交流充电桩；电动汽车

引言

近几年来中央和地方政府对电动汽车给予很大支持，现在很多城市都有自己的电动汽车推广计划，电动汽车市场的需求在政府的推动下确实有所增长。但电动汽车充电难的问题一直没有得到有效解决。将电动汽车交流充电桩集成到传统的路灯上，这是降低电动车公共充电设施成本的方法之一，该技术成熟、安装方便，且节省空间。文章所研究的一种基于路灯的电动汽车交流充电桩作为充电基础设施的一部分对于推进电动汽车的普及具有重要的意义。

1 电动汽车交流充电桩的工作原理

基于路灯的电动汽车交流充电桩主要安装在现有城市的路灯附近，它可以对现有路灯进行简单的改造实现充电桩的供电，其充电输出接口符合GB/T 20234.2-2011《电动汽车传导充电用连接装置；交流充电接口》的要求，它通过非接触式IC卡刷卡进行认证和收费。在使用时，用户只需要将其充电枪插入并进行刷卡认证后就可以使用自动充电模式对电动汽车进行充电，当车充满后会自动停止充电，用户也可以直接刷卡进行结算停止充电，这样就可以让用户不需要进行复杂的操作就可以完成充电。

2 电动汽车交流充电桩的系统构成及设计

2.1 桩体设计

该充电桩主要安装在路灯上，采用壁挂式安装。由于其主要在户外环境中使用，防护等级需要为IP54，同时壳体需要进行三防保护（防潮湿、防霉变、防烟雾）等处理，外壳采用抗氧化耐冲击的材质，在使用时不容易锈而且抗外力破坏。

2.2 控制模块的设计

控制模块是交流充电桩的核心，它需要完成交流接触器的控制、指示灯的控制、历史数据的存储、桩体内的通信（如刷卡模块的通信、电表的通信、显示模块的通信等）、与桩体外的通信（如CAN通信、以太网通信）、充电枪连接状态的AD采集等。

控制模块的主芯片选择意法半导体的STM32F205VET6微控制器。它使用高性能的ARM Cortex-M3 32位的RISC内核，工作频率可以高达为120MHz，高达1M字节的片上闪存，高达128K字节的内嵌SRAM，具有灵活的高速外部存储器FSMC接口，自带串口和CAN接口可以方便的外设进行通信，自带3个12位AD可以用来检测枪连接状态。

显示屏我们采用一块240×128点阵的液晶，其接口为8位并行接口，可以方便的使用STM32的FSMC接口进行控制。充电桩在工作时有时需要与上级监控系统通信进行通信，CAN总线具有抗干扰能力强组网方便等特点，所以该充电桩扩展一个CAN总线接口与上级监控系统通信，数据帧格式遵循CAN总线2.0B版本的规定。在充电桩运行使用过程中需要存储一些历史充电记录等，我们通过STM32F2的FSMC接口扩展了一个NAND FLASH K9F1208用来存储数据，可以保存10年不丢失。

2.3 交流输入模块

交流输入模块主要包括断路器、漏电保护装置、智能电表、急停开关和控制模块电源。

断路器主要是控制整个充电桩的交流输入，当断路器闭合后充电桩才能开始工作。漏电保护装置在充电桩产生故障而漏电威胁到人员安全时会自动断开电源输入从而保护人员的安全。充电桩的充电计量的智能电表采用多功能单相表，电表选用2.0等级的电能表，电流规格为5（40）A。电表提供RS485接口，通过DL/T 645-2007通信协议与MCU通信。通过读取电能表的电能值作为充电桩的电能计量值，通过读取电表电流和电压值来判断充电过程中是否出现过流和过压的情况并加以处理。

2.4 交流输出模块

交流输出模块主要包括交流接触器、控制引导电路和充电插座。交流接触器是用来控制充电桩是否对车输出电压和电流，当充电枪插入并且用户刷卡成功后充电桩会自动闭合交流接触器。控制引导电路由一个输出一个±12V的PWM波形电路和一个AD检测电路组成如图2所示。充电插座我们采用符合GB/T 20234.2-2011《电动汽车传导充电用连接装置；交流充电接口》第2部分交流充电接口的充电座。

3 软件设计

本充电桩不需要复杂的人机交互按键操作，在运行过程中如果进行刷卡操作则触发中断进行读卡，确定卡的类型进行相关操作。程序的整体流程图如图3所示。

4 结束语

文章根据电动汽车交流充电桩研究现状，针对性的设计了一种基于路灯改造的充电桩设计方案，并详细介绍了它的工作原理、系统构成和硬件软件设计。将电动汽车交流充电桩集成到传统的路灯上，这是降低电动车公共充电设施成本的方法之一，该技术成熟、安装方便，且节省空间，文章所研究的一种基于路灯的电动汽车交流充电桩作为充电基础设施的一部分对于推进电动汽车的普及具有重要的意义。

参考文献

[1]周航慈，吴文广.基于嵌入式实时操作系统的程序[M].北京航空航天大学出版社.

[2]廖义奎.STM32F207高性能网络型MCU嵌入式系统设计[M].北京航空航天大学出版社.

[3]中华人民共和国国家标准.GB/T 20234.2-2011.电动汽车传导充电用连接装置[S].

[4]中华人民共和国电力行业标准.DL/T645-2007.多功能电能表通信协议[S].

[5]中华人民共和国能源行业标准.NB/T33002-2010.电动汽车交流充电桩技术条件[S].

[6]芯片手册Reference manual STM32F205xx advanced ARM-based 32-bit MCUs[Z].endprint