壁挂式充电桩设计

王新宇 和柯

【摘  要】充电桩有多个类型，而壁挂式充电桩在新能源电动汽车的设计与发展过程中有着十分重要的作用，所以本设计选择将选择壁挂式充电桩作为设计对象。首先通过对壁挂式充电桩的适用场所、分类及优势进行分析，然后分别从充电桩系统和外观两个方面对其进行设计。充电桩系统设计方面主要是对系统的主要软硬件模块进行了设计，外观方面则是从设计定位、构思等方面进行了一些设计。本设计壁挂式充电桩的设计实践对国内充电桩的发展起到一定推动作用;对充电桩网络建设、充电汽车普及也有着促进作用。

【关键词】 壁挂式充电桩;电动汽车;设计

1研究背景

1.1研究背景

汽车是现代工业的产物，它给我们带来了舒适方便生活的同时，资源污染等环境问题日益突出。随着全球燃料资源短缺和环境污染的加剧，全球已经开始关注节能问题，如绿色、环保、经济。电动汽车是新能源汽车的重要组成部分，被认为是汽车产业转型和技术发展的主要趋势。电动汽车的应用和推广将极大地缓解城市交通对石油的依赖以及汽车尾气对环境的危害。

2 壁挂式充电桩适用场所、分类与优势

2.1充电桩适用场所分析

使用者的的操作习惯与充电的安置场合有着密不可分的联系，这就影响了充电桩的产品设计方向，下文对充电桩的适用场所进行研究。

（1）购物综合体

在购物综合体建立充电桩可以在用户去商场购物的同时给汽车充电，也给商场带来经济效益。

（2）大型公共停车区

该区域停车数量较多，非常适合搭建充电桩。

（3）高速服务区

这类场地面积较大，适合搭建大型充电站点，需针对电动汽车的充电需求建立大功率快速充电桩。

（4）住宅生活区

电动车辆充电的时间较长且时间连贯，适合建立家用型充电桩

（5）街道临时停车位

车辆在道路旁临时停放，需根据其具体情况设置适合的充电桩类型及数量

（6）企业及办公综合体

在企业及办公综合体内的停车场建立充电桩，可以满足上班族的使用需求

（7）风景区及游乐场

在风景区及游乐场建设合适的充电桩，方便驾车游客的充电需求

（8）便携式应急充电设备

满足用户不时之需

2.2充电桩的分类与适用环境

充电桩适用分类有很多种，按着不同标准可总结如下：

按安装方式分：落地式充电桩、挂壁式充电桩

按安装地点分：公共充电桩、专用充电桩

按充电接口数分：一桩一充、一桩多充

按充电方式分：直流充电桩、交流充电桩

2.3壁挂式充电桩的优势

壁挂式充电桩体积小，不占用空间、安装相对方便，相对于其他类型的充电桩有着多种优势：

①材料多元化，外壳可大面积采用防污、防水性能好等高防护等级的材料，以更好的应对不同环境

②因体量较小，可控制成本在相对较低水平;

③体积小、总质量轻、所需安装空间小，适用于多元地形;

④具有一定便携性，安装及运输方便。

3 壁挂式充电桩的设计实践

3.1壁挂式充电桩系统设计

壁挂式充电桩为交流充电桩，根据交流充电桩在硬件功能上各模块不同的功能，将充电桩划分为若干个模块，充电桩硬件系统主要由核心控制模块、数据通信模块和电能监测模块组成。充电桩的工作原理为充电模块输出电流并接在充电机输出母排上，充电枪通过输出开关和熔断器连接母排。系统的控制单元，采样单元，计费单元均由辅助电源供电，相互之间采RS485，RS232和CAN通信进行连接，充电时对相应的输入输出参数进行采样，故障判断及开关器件进行驱动控制。通过使用模块化的设计方法，对各硬件功能进行独立划分，当系统中的某一部分发生故障时，不会影响到其他模块正常工作，这样的设计既保证了系统的安全运行，也便于后期对充电桩的运维及保养。

（1）系统工作流程

根据壁挂式充电桩的各项功能需求，其软件流程图见图1-1。在完成了对系统启动后的检测之后，关键之处在于针对系统采取相应的初始化处理，再对其实施自我测定，明确其是否能够进行正常的运行，并且运行是否能够满足相关功能的要求，后再进行刷卡循环操作，每次刷卡都需要设置一个超时测定，若发现有严重超时现象，就需要及时作出跳转处理，若存在两个不同充电口的情况，则需要对其实施不同的操作及切换，同时在对充电进行结算的过程中，若出现了掉电或者超时的情况，系统就会根据具体情况对数据进行保护。

（2）u C/OS-III操作系統

壁挂式充电桩的正常运行与充电功能的实现离不开软件系统的支持。而uC/OS-III操作系统一个可升级、可固化且基于优先级第三代实时操作系统，其支持现代实时操作系统所期待的大部分功能，如任务间的通信、资源同步、资源配置等。

3.2壁挂式充电桩外观设计

壁挂式电动汽车充电桩设计实践方向分为七点：

在造型方面，遵循简约主义的同时又要凸显一定个性

在结构方面，为壁挂式设计结构，便于安装及运输可实现大批量生产

在材料方面，运用易于达到外观效果的环保材料，以环保型材料为主，新材料与传统材料相结合

在色彩方面，以无彩色系为主，采用多种配色方案以适应不同场合

在人机交互方面，考虑人与机器的关系，最大化的满足使用者的需求

在功能方面，采用互联网+充换电运营监控系统，满足充电及附加功能需要，成本控制在适中范围，生产使用可以应对大批量需求

在软件升级方面达到智能升级、维护等多元化登录、支付功能

（1）设备尺寸需求

340mm（宽）×200mm（深）×500mm（高），依据国网公司充电设施新增项目对壁挂式充电桩的尺寸需求来定位本设计产品的尺寸。

（2）人机操作界面

人机界面包括触摸屏、刷卡区、指示灯、急停按钮、充电枪及枪座。

（3）面向消费群体

以民用汽车充电为主，意味着产品外观设计可考虑活泼、灵巧、轻便的风格，并考虑产品的体积、重量、便携性、成本以及后期运输、安装、维护的可操作性。

（4）使用环境定位

壁挂桩安装场所应兼容室内外使用环境。

（5）整体风格定位

在整体上達到现代、专业和一流的产品形象，结合不同材料工艺的特性设计，使充电桩产品安全、高效、舒适等。

（6）色彩定位

力求整体协调、美观，符合产品使用环境，避免多余装饰，减少不必要的视觉刺激。

（7）性能需求

产品需要便于运输、拆装、调试，同时应满足产品互联网功能;界面设计舒适、易操作，插枪口及充电枪抓握、操作便捷、髙效;配套设施高度适中，方便使用者操作及后期维护等需求。

4 结 论

为了更好地实现汽车尾气排放的改善，越来越多的国家开始加大对电动汽车的全面推广。要逐步普及电动汽车，必须完善相关配套设施，充电桩是其重要组成部分。为了发展电动汽车，有必要开发和建造充电桩。根据充电桩的类型和特点，本文选择壁装式充电桩进行设计。本次课题设计是一项具有特殊意义的设计实践，通过对调研项目的确定，对分析项目的数据和参数的搜索，对充电桩进行系统和外观设计，通过一系列的说明和考虑，了解到了产品设计成功后内心的真正喜悦。本文设计的壁挂式充电桩对国内充电桩的发展起到一定的促进作用;同时对于促进充电桩网络建设和电动汽车的普及、缓解全球资源短缺和空气质量问题都有着一定的意义，符合全球可持续发展的理念，其社会、经济价值显而易见。

（作者单位：黄河交通学院）