分析电动汽车智能充电桩的设计与实现

顾新

摘要：电动汽车具有节能环保的特点，在环境污染日益严重，石油资源逐渐枯竭的背景下得到了快速的发展。而充电桩作为电动汽车产业链中不可缺少的重要组成部分，对其展开研究十分必要。本文介绍了电动汽车充电桩的概况，阐述了充电桩监控系统的功能，并从硬件设计、软件系统设计和环境及电磁兼容设计三方面介绍了电动汽车充电桩的设计，以望能为有关需要提供参考。

关键词：电动汽车;充电桩;监控系统;设计

国内电动汽车充电桩设计出现了规范化与标准化的新需求，急需一种符合国家电网公司标准要求的电动汽车智能充电桩，解决市场上电动汽车与充电设备接口不统一、质量不符合标准要求的问题，电动汽车充电桩是电动汽车充电的主要途径，智能充电桩的性能、工艺水平以及质量对电动汽车的应用与推广有着直接的影响，进一步研究电动汽车智能充电桩的方案设计十分必要。

1 电动汽车智能充电桩

1.1 充电设施市场情况

近些年世界能源趋势日渐紧张，化石能源逐渐枯竭，以石油组分汽油为主要能源的汽车在给人们的正常通行带来便利的同时，也造成了严重的环境污染，在这种情况下，全球电动汽车的市场需求持续增长，相应的电动汽车充电站相关技术也逐渐发展起来，有力地推动了电动汽车全球范围内的应用和普及。我国的电动汽车研发进展迅速，电动汽车智能充电桩技术水平也在不断提高，2010年以后，我国很多一线城市和二三线城市纷纷开始了电动汽车充电站的建设，电动汽车充电站数量快速增长，电动汽车智能充电桩的应用也更加广泛【1】。

1.2 智能充电桩

充电桩的主要功能是为电动汽车充电，和汽油汽车加油站的加油机功能类似，刷卡付费之后，可以为电动汽车充电。电动汽车智能充电桩普遍使用大界面彩色触摸屏，并设置有定电量、定时间、定金额和自动四种不同的充电模式，常规电动轿车充电桩充电需要4-5个小时。和电动汽车充电站相比，电动汽车智能充电桩有着占地面积小、分布广泛、建设投资额度小、数量较多、可以随时进行充电等多种优势，因此，电动汽车用户更愿意选择小区内或者各种场所停车场的智能充电桩充电，只有少数用户愿意驾车去充电站，大部分用户都遵循就近原则，在电动汽车充电需求分布相对分散的区域，可以通过设置智能充电桩来满足用户需求，在为用户提供更加便捷的电动汽车充电服务的同时，也节省了充电站的建设和运行维护费用【2】。

1.3 设计需求

1.3.1 极端天气适应性

电动汽车智能充电桩直接暴露在室外自然環境中，面临着各种各样的极端天气考验，为了确保智能充电桩能够正常工作，要求其内部结构要具有较强的密封性，避免灰尘、水、杂质进入导致线路和系统故障，充电桩内部还要形成良好的空气循环，方便散热，避免元器件过热。

1.3.2 抗电磁干扰性能

电动汽车智能充电桩一般分布在建筑稠密的繁华城区内，电磁环境十分复杂，面临着比较严重的电磁干扰问题，需要长期在有强电磁干扰的环境内工作，因此在设计电动汽车智能充电桩时，需要对电气布局进行适当优化，消除电磁干扰可能导致的各种不良影响，保证电动汽车智能充电桩能够长期安全稳定的运行。

2 电动汽车智能充电桩方案设计与实现

2.1 整体结构

选择交叉覆盖工艺设计方案，桩体整体结构强度满足IP65防护等级要求，能够避免水分渗入问题，使用镀锌钢板作为系统主体结构材质，确保电动汽车智能充电桩能够在潮湿、雾、灰尘、盐等恶劣条件下正常工作，并在镀锌钢板外壳表面使用汽车烤漆工艺加工保护漆膜。选择元器件型号时，需要考虑到不同地区不同的气候条件，推荐意法半导体公司的STM32F107VCT6微控制器，该型号微控制器有16个IO接口，6个控制单元对接窗口，以及高性能ARMCortex32位内核，工业级温度范围内，该设备都能够正常工作，总控单元运行效率很高。

2.2 显示与监控功能

显示单元主要由显示器、触摸屏、指示灯和按键四部分结构组成，用户借助显示器就能够了解自身电动汽车的充电需求，并可以直接触摸显示器屏幕上的按键，来选择适合自己的充电服务方案。确定充电方案之后，指示灯将及时提醒用户充电桩已经处于工作状态，充电结束之后，指示灯将改变颜色，提示用户充电结束。监控功能主要用于智能充电桩工作状态的监督，采集各种模拟量、开关量，系统获取相关信息之后，再将其传输给开关量采集单元，提供用户选择充电方案所需的充电量，开出控制功能则在用户指定充电服务完成之后，引导用户将电动汽车转移出充电桩，准备为下一个用户提供充电服务【3】。

2.3 软件设计

2.3.1 主控制程序

主控制程序的核心功能是自动匹配符合用户充电消费需求的最佳充电服务方案，并在客户确认服务类型之后将相关信息传递给相关硬件模块，发布充电功能指令，执行充电服务操作。主控制程序同时负责用户消费信息的采集记录，包括智能充电桩的实时运行数据以及充电记录等内容。

2.3.2 人机交互界面

电动汽车智能充电桩人机交互界面显示的内容非常丰富，有欢迎界面、连接确认连接确、充电参数设置、充电启动/停止、结帐打印等多种功能，通过人机交互界面和主控制程序交互获得控制命令，切换界面，获取用户信息，并为用户展示充电实时数据信息。

2.4 安全/电气设计

2.4.1 安全模块

安全模块的主要功能是保护系统存储单元安全，包括密钥管理数据加密和解密三部分。电动汽车用户刷卡消费享受智能充电服务时，安全模块将会对用户个人信息进行加密处理，系统软件同样设置了密钥管理功能，从而避免系统被黑客入侵，进一步保证用户信息安全性，解密单元则可以在用户刷卡结账时对用户身份进行自动识别，完成交易。

2.4.2 电气设计

电气设计以防静电设计为主要工作内容，使用双向瞬态抑制二极管接地防静电保护方案，并且内部控制程序以及外部功能模块连接间隔设置电能计量、显示触摸屏、无线通信以及总控单元等功能模块。

结束语

综上，当前石油资源日益匮乏，环境污染越来越严重，具有环保、以电能为能源等优点的电动汽车必将成为未来汽车产业的主流。而充电桩是电动汽车产业链的重要组成部分，研究充电桩的设计对促进电动汽车产业的发展具有十分重要的意义。在设计过程中，设计人员要对各个设计环节进行分析，采取最优设计方案进行设计，从而保证充电桩的设计质量，促进电动汽车产业的健康发展。

参考文献：

[1]曹新颖，史辛琳，刘琳娜，马春雪.分析电动汽车智能充电桩的设计与实现[J].科技风，2019（15）：6.

[2]田剑.电动汽车智能充电桩的设计与实现[J].科技与创新，2016（01）：22.

[3]孟祥军，梁涛，王兴光，陈杰，李建祥.电动汽车智能充电桩的设计与实现[J].信息技术与信息化，2011（06）：58-61.