浅谈电动汽车充电桩设计思路

孙环+石锋生

摘 要：近年来，电动汽车凭借其零噪音、零污染、驾驶方便的优势赢得了越来越多的青睐，但电动汽车在长距离行驶过程中，存在充电不方便和续航能力较弱等缺点，进而限制了它的使用范围。目前所使用的电动汽车大多利用蓄能电池作为动力来源，蓄电池在持续供电之后会使电压变低，必须进行及时充电，否则会因亏电对蓄电池造成一定程度的损害。因此，进行电动汽车充电桩设计和建设具有非常重要的现实意义。本文从电动汽车发展概况出发，分析了电动汽车充电桩的设计要求，提出了电动汽车充电桩设计的思路，希望能对我国电动汽车充电桩设计建设起到一定的参考和借鉴作用。

关键词：电动汽车；充电桩；设计思路

中图分类号：U469 文献标识码：A

党的十八大提出了生态文明的建设目标，不断改善环境卫生、清洁空气、减少对环境污染是全国广大人民群众共同的愿望。汽油在燃烧过程中所产生的尾气是造成空气污染的一个重要原因。近年来，雾霾天气加重，严重影响了人们的正常生产和生活，成为全国乃至全世界广泛关注的焦点问题。减少燃油汽车的数量，增加环保节能电动汽车的数量是大势所趋。依目前电动汽车的应用情况看，大批量生产利用电动汽车还存在较为现实的困难，主要原因在于电动汽车在长途运行后，不能及时充电。目前，我国电动汽车充电桩建设很不到位，远远不能满足现有电动汽车充电的实际需要。因此，加快电动汽车充电桩建设势在必行。本文将对电动汽车充电桩的设计展开论述，进而提出一些可借鉴和参考的措施方法。

1.电动汽车发展概况

目前，我国大力提倡发展电动汽车行业，国家和政府拨付专项资金对该领域进行重点扶持。国家能源局在下发的（2015年～2020年）《配电网建设改造行动计划》中，明确指出在电动汽车发展的下一个5年规划中将着力抓好配电设施配套建设。可以看出，不久的将来在国家政策的大力扶持下，我国电动汽车行业一定会得到蓬勃的发展。

《配电网建设改造行动计划》（2015年至2020年）明确提出，在这5年间，国家将投入不少于2万亿元资金专门用于配电网建设改造，仅2015年一年就投资不少于3千亿元，“十三五”期间累计投资将达到1.7万亿。据预测，到2020年我国用电能代替电量将达到6300亿千瓦时，电能的消耗总量将提高两个百分点，到2020年将建成480万台电动汽车充电桩和1.2万座电动汽车充电站，可以满足500万辆电动汽车的充电需求。

2.电动汽车充电桩的设计要求

2.1 适应极端天气

电动汽车充电桩是户外型设施，整个设计过程中，为适应户外极端天气的影响，应利用不锈钢结构，从而起到防尘、防雨、防极端恶劣天气的作用。同时，电动汽车充电桩的显示区、刷卡区应采用PC材料，该材料具有很强的抗腐蚀性，同时具有阻燃、自熄等优点，其韧性和强度都较好，能够经受住重压的作用。

2.2 较强的抗电磁干扰能力

电动汽车电池在充电时，其充放电的工作效率会受周围环境条件的影響，特别是受电磁干扰影响较大。在常温情况下，电池的充放电接收能力较强，随着环境温度的降低，其接受充电的能力也会随之下降。因此，在设计电动汽车充电桩的时候，要具有较强的抗电磁干扰能力，防止因电磁干扰过强影响其充电效率。

3.电动汽车充电桩设计思路

3.1 外部机构与总控单元

电动汽车充电桩可利用交叉覆盖的工艺进行设计，结构的强度要满足IP65防护要求，能够起到防水作用。电动汽车充电桩的主体设计方面，可采用镀锌钢板作为硬件材料，为防潮、盐、雾等影响，需在镀锌钢板外表进行烤漆工艺，涂抹一层保护漆膜，防止因外界环境影响造成的硬件材料腐蚀。充电桩的元器件可采用STM32F107VCT6微控制器，其包含以太网接口、高性能的ARMCortex-M332位RISC内核，16个10接口、6个与各个控制单元对接的串口，能够满足监测、使用工作的需要。另外，该设备可以在工业级的温度范围内开展工作，极大地提高了总控单元的运行效果。

3.2 监控和显示单元

监控单元主要功能是监督充电桩的工作状态，主要包括开关量的采集、模拟量的采集和开出控制。在系统采集到模拟量之后，会把相应的信息传达到开关量的采集单元，进而给用户提供充电所需的电量；开出控制主要功能是在充电完成之后，指引用户把电动汽车开出充电桩，为其他用户使用充电桩提供位置。显示单元主要由触摸屏、LED显示器、按键和指示灯组成，用户利用LED显示器，按照电动汽车需要的充电量，通过触摸屏上的按键选择相应的适合服务方案。在完成服务之后，指示灯会亮起，即向用户提示充电开始。在充电完成之后，指示灯会由红色变为绿色，表示充电已经完成。

3.3 软件系统

3.3.1 主控模块

主控模块能够按照用户的需求自动设计最佳的服务方案，在客户做出选择之后，将客户信息传递到硬件模块，开始充电。与此同时，主控模块还可收集用户的各种信息，例如智能充电桩的充电记录、实施运行数据等等。

3.3.2 安全模块

安全模块是由数据加密模块、读卡器、密钥管理系统、数据解密模块等组成。数据加密模块可根据一定的加密形式，把用户的各种信息进行加密之后保存。读卡器可利用硬件加密技术将充电桩数据与用户卡交互中所获得的变量进行加密，在传输中能够对具体线路加密，从而保证信息数据的相对安全。密钥管理系统可以提供密钥的加密算法和生成机制。数据解密模块可以把用户信息进行还原变成原始数据，同时能够提供给用户进行识别。

3.3.3 电气设计

电动汽车充电桩桩体的结构，应当采用交叉覆盖的工艺，不但有利于工作时空气的流动，方便充电桩散热，同时还能提高充电桩体的防护能力。充电桩的主体可采用镀锌钢板，电动汽车的外表可以使用烤漆工艺，提高抗蚀能力和防锈能力。电动汽车所有的零部件都要达到工业级要求，充电桩的电气设计，可采用磁环、压敏电阻及瞬变抑制二极管等，确保充电桩在恶劣环境下的稳定工作。

结语

在国家大力提倡新能源汽车发展的良好形势下，电动汽车因污染少、噪音轻、环保节能受到了人们的一致欢迎，同时，电动汽车行业迎来了前所未有的大好发展机遇，具有相当大的发展空间。目前，电动汽车面临的充电难问题并不能打消民营资本对该行业的热衷，也不能改变国家电力部门对该行业的积极性，电力方面的改革将会解决充电桩盈利的难题。国家关于电动汽车用电的价格政策制定之后，将会对经营性充电站的用电价格进行明确。假如经营性价格出台之后，并且给运营商一定的利润空间，那么必将带动各方力量投资充电桩建设，电动汽车充电难的问题将迎刃而解。

总之，传统汽车在运行过程中产生了大量的污染，在国家大力提倡环保理念的今天，发展电动汽车是大势所趋，众望所归，也是一项惠民的良心工程，相信通过各方努力，电动汽车的发展会前途无量。

参考文献

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