智能充电桩的设计要求及技术研究

张昉

摘 要：电动汽车工业是国家治理环境、发展汽车工业的重要举措，智能充电桩是满足电动汽车使用的基本要素。因此，研究和讨论电动汽车智能充电桩的设计要求和相关技术是必要的。本文描述了电动汽车智能充电桩的总体设计要求，介绍了智能充电桩的设计技术，主要包括硬件系统设计、软件系统设计、环境及电磁兼容设计等内容，可以为电动汽车智能充电桩的设计工作提供参考。

关键词：电动汽车；智能充电桩；技术

中图分类号：U469 文献标志码：A

随着我国电动汽车事业的发展，国家已经发展电动汽车作为进入国际市场的重要途径，国内电动汽车越来越多，对于电动汽车所需的充电桩也在不断增加，目前在高速公路的服务器都实现了电动汽车充电桩的覆盖，满足电动汽车出行的充电要求，在很短的时间内就可以将电充满，基本与汽油车的功能相同。然而，电动汽车的充电桩设计还处于初级阶段，还需要进行深入的研究、创新设计，加强电动汽车智能充电桩的环境适应性，确保各个智能充电桩能够稳定供电，提高电动汽车的充电效率，为国内电动汽车的发展铺平道路。

本文首先介绍了电动汽车智能充电桩的总体设计要求，包括可经受多种极端天气的考验、应具备较强的抗电磁干扰能力等内容，并对智能充电桩的设计技术进行了介绍，包括硬件系统设计、软件系统设计、环境及电磁兼容设计等内容，这些设计要求和技术可以为电动汽车充电桩设计单位提供参考，满足了现阶段充电桩的设计需要。

1 智能充电桩的设计要求

国内电动汽车智能充电桩的设计还处于初级阶段，还在不断地进行深入研究。经过近几年国内电动汽车智能充电桩的设计经验，基本摸索出了电动汽车智能充电桩的设计要求，主要是适应极端天气的环境条件和预防电磁干扰能力，这些设计要求是电动汽车智能充电桩使用的最基本要求。

1.1 要经受多种极端天气的考验

电动汽车智能充电桩需要能够布置在各种气候条件下，要能够适应室内环境，也要适应极端天气环境，要在一年四季都能够正常使用。因此，电动汽车智能充电桩应当具有非常好的密封性，外部的雨水等可能造成漏电的物质不能进入，要对电动汽车智能充电桩进行遮挡。同时，也要保持充电桩内部的通风效果，让设备产生的热量能够排到环境中，避免损坏。

1.2 要具有抗电磁干扰能力

电动汽车智能充电桩要具备抗电磁干扰能力。现在人们的生活环境中经常会有各种电磁干扰，这对电动汽车智能充电桩的设备可能造成干扰，使得充电桩不能够正常运行。因此，充电桩在施工布置时，应当考虑到周围环境是否存在电磁干扰的因素。同样，那些存在电磁干扰的通信设备也不要布置在已经安装好的充电桩附近。另外，电动汽车智能充电桩应当具有一定的抗电磁干扰能力，增加充电桩的适应性，为充电桩的简单化布置提供技术条件。

2 智能充电桩的设计研究

电动汽车智能充电桩设计首先要按照国家标准进行设计，在满足标准的前提下，可以增加一些附属功能，包括无线网络、拍照和电话等功能。电动汽车智能充电桩的设计范围主要分为硬件系统设计、软件系统设计、环境及电磁兼容设计，下面就这方面的设计进行了详细介绍。

2.1 硬件系统设计

电动汽车智能充电桩的硬件系统非常多，主要包括：主控板、读写器、电表、通信模块和触摸屏等，其中主控板相当于智能充电桩的心脏，主控板控制着整个充电过程，还可以通过一定的通信渠道将充电情况报送给服务器。

为了确保电动汽车充电桩能够正常运转，管理部门需要对充电桩进行实时监控，因此在硬件系统中还设置了监控功能，它能够实时监测充电桩的各项参数，包括电压、电流、连接状态和电池状态等信息，如果发现问题，通过监控系统能够立即执行断电操作，从而保护电动汽车、人员和充电桩的安全，避免发生更严重的事故。

2.2 软件系统设计

2.2.1 系统工作流程

电动汽车智能充电桩的系统工作流程是：如果电动汽车由于缺电需要进行充电，需要将IC卡刷卡或通过其他支付方式，進入充电模式。电动汽车充电桩的主控系统保证了充电过程，当充电系统出现问题时，就无法进行充电操作，同时也会向服务器进行报警。另外，充电是否能够正常进行，可以在正常充电或设备故障的指示灯上显示状态。

2.2.2 功能模块设计

电动汽车智能充电桩的设计使用了模块化设计，这是一种比较先进的设计思路，它能够使得智能充电桩非常高效地运转，而且具有非常好的延展性，为电动汽车智能充电桩的发展具有重要意义。

电动汽车智能充电桩的功能模块可以分为主控模块、人机交互、读卡器模块、计量计费模块、打印模块、后台通信模块、远程通信模块等等。当软件系统启动时，主控程序要根据系统配置文件进行程序配置，并根据配置信息完成各通信模块的加载。主控程序通过各模块通信要能够实现信息采集与展示、实时数据采集与展示、充电流程控制、计量计费功能等基本功能，同时该主控程还应当具备后台通信能力，能够把充电过程中的实时数据、充电记录等信息上送到后台操作系统。

在人机交互模块设计时，界面显示单元显示的内容应当非常丰富，其中主要界面有欢迎界面、连接确认界面、充电参数设定界面、启动充电界面、充电界面、停止充电界面、结账界面和打印界面等内容。

安全模块是由带安全存取模块的读卡器、密钥管理系统、数据加密和解密模块组成。带安全存取模块的读卡器采用硬件加密技术，对用户信息与充电桩数据交互过程中所使用的临时变量进行加密处理，并对传递过程进行线路加密，保证了用户信息与充电桩进行数据交互的过程中，信息不会被外界窃取。密钥管理系统的主要功能是提供各种密钥的生成机制和加密算法，并将生成的密钥存储在具有密钥导出功能的智能卡。数据加密模块把用户数据按照事先约定的加密方式进行加密，并存储在用户卡的用户数据区域。解密模块用于将读取用户卡的信息还原为原始数据并进行相关的用户识别、扣费等操作。

2.3 环境及电磁兼容设计

电动汽车智能充电桩一般都是在户外布置，因此智能充电桩要能够在各种恶劣的气候条件下正常工作。另外，电动汽车智能充电桩也要具备抗电磁干扰的能力，至少能够抵抗正常的电子通信设备产生的电磁干扰，而不至于由于一个微弱的电磁信号就导致无法充电。

电动汽车智能充电桩要进行必要的覆盖，尽量不要完全裸露在露天的环境下，不能让雨水进入充电桩中，造成充电桩短路或损坏；电动汽车智能充电桩要能够将内部热量及时散出，避免由于热量集聚而烧毁设备；电动汽车智能充电桩要采用不锈钢材料，必要时采用烤漆工艺，确保充电桩在各个环境下不能被腐蚀，确保达到设计使用寿命；电动汽车智能充电桩的内部零件应当使用工业级的元器件；同时，应当设置防雷设备，使用压敏电阻、瞬变抑制二极管等设备，确保智能充电桩的正常使用。

结论

电动汽车智能充电桩的设计与建设是实现国家电动汽车飞跃式发展的重要环节，随着国内电动汽车智能充电桩的不断建设，充电桩的设计单位已经积累了非常丰富的设计经验，甚至已经走在了国际设计水平的前列，但是我们应当看到发展和完善充电桩的设计还有很长的路要走，必须进一步加强对智能充电桩的研究和创新工作，加快智能充电桩技术的进步，为国内电动汽车事业的快速发展提供技术条件。

参考文献

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