智能充电桩的设计要求及技术研究

任新凯 曾辉 王飞

摘要：随着我国经济的不断提升，促进了国内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。

关键词：智能充电桩；设计要求；技术

引言

汽车已经成为人们不可缺少的交通工具，在提供了便利的同时也在大量的消耗石油、天然气等有限的能源，而且汽车尾气也对人类赖以生存的自然环境造成了严重的污染。面对能源与环境的双重压力，电动汽车应运而生，随之对作为后勤保障充电系统的要求也越来越高。

1电动汽车的充电方法以及建立智能充电桩的意义

1.1当前电动汽车的充电方法

1.1.1直流充电

直流充电方式是指直接由地面供给直流电源为电动汽车自身的蓄电池充电。这种方式有两个优势，一是可以使电动汽车不需要配备车载充电装置，从而减轻车身重量。二是功率大可以快速充电，从而节省充电时间。

1.1.2交流充电

交流充电方式需要220V或者380V的交流电源，并且在车载充电装扮的滤波、整流以及保护之下对电动汽车的蓄电池进行充电。这种方式因为功率较小，所以充电时间相对来说会长一些，比较适合混合动力的电动汽车。

1.1.3配备多组蓄电池

配备多组蓄电池指的是至少为每辆电动汽车配备两组蓄电池，一组供电，一组充电，电量不足的时候需要及时更换已经充好电的蓄电池。这种方式的优点是可以在最短时间使用满电蓄电池继续工作，缺点是需要大量的蓄电池更换站点，对维护人员的需求也很高，相对来说不仅投资大，智能程度也比较低。

1.2建立智能充电桩的意义

电动汽车零排放、噪音小，属于当前人们所倡导的绿色出行，这些特点是其绝对的优势，越来越多的人愿意使用，已经渐渐被人们认可，这就要求充电系统是必须的后勤保障。需求量的增多对充电方式的智能化要求就越来越高，传统模式的效率就跟不上了，而且当前电动汽车一般都是采用能效高、体积小的锂离子蓄电池，这种电池对充电、放电要求都比较高，也是继续智能化的充电桩系统对各个环节的控制与预警，避免对电池造成严重损害以及威胁人身安全。

2智能充电桩的设计要求

2.1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。

2.2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。

3智能充电桩的设计技术

3.1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。

3.2软件系统设计

3.2.1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，进入充电模式。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。

3.2.2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、后台通信模塊、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。

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。

3.3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。

结语

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：

[1]王涛，张东华，贺智轶，等.电动汽车充电桩的控制系统研究与设计[J].湖北电力，2017，35（1）：11-12.

[2]张允，陆佳政，李波.利用有源滤波功能的新型电动汽车交流充电桩[J].高电压技术，2016，37（1）：150-156.

[3]齐文炎，霍明霞，杨延超.电动汽车交流充电桩浅析[J].农村电工，2017（2）：66-68.