膜元件在智能充电桩中的应用及电工优化的研究

摘 要：现代科学技术发展，使得电动汽车行业获得突飞猛进的发展。智能充电桩是电动汽车推广的物质保障，所以探究与分析电动汽车智能充电桩相关技术和设计规则是十分有必要的。本文将基于当前我国智能充电桩发展现状，研究在智能充电桩中膜元件的应用优势，并且阐述电工优化的措施，旨在为实现电动汽车智能充电桩科学设计提供借鉴。

关键词：膜元件 智能充电桩 电工优化 措施

Application of Membrane Element in Intelligent Charging Pile and Research on Electrical Optimization

Luo Wei

Abstract：The development of modern science and technology has enabled the electric vehicle industry to develop by leaps and bounds. Smart charging piles are the material guarantee for the promotion of electric vehicles， so it is very necessary to explore and analyze the related technologies and design rules of smart charging piles for electric vehicles. Based on the current development status of smart charging piles in my country， this paper will study the application advantages of membrane elements in smart charging piles， and explain the measures of electrical optimization， aiming to provide a reference for the scientific design of smart charging piles for electric vehicles.

Key words：membrane element， smart charging pile， electrical optimization， measures

随着我国电动汽车事业进入新阶段，国内电动汽车的数量越来越多。當前高速公路的服务器均已经初步实现了智能充电桩覆盖，能够满足基本的电动车出行需求，在较短的时间内完成充电。但是，智能充电桩由于处于外部自然环境下，经常性的受到外界因素影响而降低使用质量，需管理人员及时作出保养与维护，同时对电工进行优化，保证智能充电桩有效运作。

1 膜元件在智能充电桩中的应用

1.1 膜元件概述

膜元件是分离功能实现的核心，由分离膜组合构成。若是将微滤膜膜片制作成百褶裙式筒，是不能对其进行单独使用的，这种形式的元件被称作为百褶裙式微滤元件。倘若是在烧结聚乙烯支撑管上复合超滤膜，这种元件被称作管式超滤元件，也不能单独使用。将导流层夹入到两张平板膜中，使其三边通过密封而形成袋形，在特殊网格卷放置在膜袋上，将其缠绕在多孔滤液收集管上，形成卷式元件。若是使用胶粘剂将抗应力器、纳滤膜膜片、反渗透过滤膜进行组装，能够分开产水和进水的纳滤过程和反渗透过程的最小单元被称作为膜元件[1]。

1.2 反渗透预处理

智能充电桩处于外界环境，降水和灰尘等多重影响使得设备使用出现故障，甚至影响使用寿命。若是采取膜元件实施处理，可以强化过滤大气降水混合灰尘而形成的污水对智能充电桩的运行影响，表现出良好的效率。在养护智能充电桩时使用膜元件，既具有简单的操作方法，又能够占据较小的面积，确保智能充电桩不会被污水影响。

超滤系统可以被膜元件再生膜系统中准反渗透系统取而代之，将其作为反渗透预处理工艺，由此可降低使用超滤系统所产生的高额成本支出，并且为降低污水影响，提升反渗透系统平均设计通量营造良好的条件。利用膜元件开展反渗透预处理，因为系统可以相对较好的将智能充电桩上的沉积、有机物、结垢等污染物质滤除，可降低对充电桩的消极影响，并且减缓膜性能衰减速度，可以大幅度强化平均设计通量[2]。再生膜元件具有良好的性能，可以在预处理的时候降低外界渗水污染。

清洗智能充电桩时利用再生膜系统，可以为清洗工作提供稳定且达到标准的水源，其经济优势相对较为明显，也能直接影响到其应用的可行性。准反渗透系统虽然在使用期间增加了能耗，但是作为反渗透预处理优化水质，省去高额投资，降低更换元件的费用和反渗透系统模块的投资费用。在清洗智能充电桩的时候，膜元件的使用还能回收利用污水废水，提高系统的水利用效率，降低污染废水排放，形成良好的环境效益和社会效益。

2 智能充电桩电工优化措施

2.1 智能充电桩电工优化要求

2.1.1 可承受多种极端天气考验

布置电动车智能充电桩的位置相对灵活，室内和室外都可以安装。当安装在室外环境下，要保证智能充电桩快速适应极端恶劣天气的影响，必须在一年四季中的任何时候都可以正常使用[3]。所以，这就要求智能充电桩保持良好的封闭性，不能因为外部雨水侵入而造成漏电，根据实际情况适当性的遮挡智能充电桩，此外还需要确保内部拥有良好的通风效果，将设备运行期间所产生的热量排放到周边环境，避免损坏。

2.1.2 具备良好的抗电磁干扰能力

智能充电桩需具备良好的抗电磁干扰能力，在日常生活中经常性的受到电磁影响，若是智能充电桩受到电磁影响将会出现运行效率下降等问题。所以，在布置智能充电桩的时候，要对周边环境作出全面的勘察，降低周围电磁对充电桩的干扰[5]。此外，在充电桩附近也不能布置具备电磁干扰性能的通信设备[4]。另外，电动充电桩要具备一定的抗干扰能力，调高智能充电桩对周围环境的适应能力。

2.2 优化电工的措施分析

2.2.1 设计智能充电桩硬件系统

智能充电桩在实现其功能的时候，需具备多个硬件系统，其中包含有触目屏系统、通信模块系统、电表系统、读写器系统、主控板系统等，其中主控板系统作为核心系统，有着不可取代的作用。通过主控板系统实现对整个充电过程控制的目的，同时还能够将充电情况通过通信渠道传输到服务器。为确保智能充电桩有序运转，在电工优化时要动态性的监督与控制智能充电桩，将具备监督与控制功能的硬件系统安装在智能充电桩中，对智能充电桩的电池状态信息、连接状态信息、电流信息和电压信息等各项详细参数作出监测。倘若是存在问题，要利用监督与控制系统及时进行断电处理，保证智能充电桩、人员以及电动汽车的安全性，避免出现严重事故。

2.2.2 设计智能充电桩软件系统

智能充电桩系统用电系统较多，系统运行时，若是电动车因为缺少电量而亟待充电，此时驾驶员需将IC卡插入，或者是通过其他支付方式完成资金支付，方可使智能充电桩进入到充电模式。智能充电桩主控系统可有效保证充电过程有序开展，倘若是充电系统在运行中出现用电问题，将会中止充电操作，同时会向服务器报警。若智能充电桩正常充电，此时可以在设备上显示正常操作的指示灯。

采取模块化设计的方法设计智能充电桩，这是当前智能充电桩设计的创新点，也是用电设计的新挑战，通过这种模块化设计思路，可以高效运转智能充电桩，并且使其表现出良好的延展性。功能模块可划分成为后台通信模块、读卡器模块、远程通信模块、人机交互模块、主控模块、打印模块、计量计费模块等。当启动软件的时候，主控程序将会基于系统配置的文件完成各种程序配置，同时基于配置信息加载完成各通信模块，此时电力系统需优化线路，确保不能在信息配置期间发生故障而降低模块运转能力和效率。主控程序通过所有模块的通信处理及时收集与展示信息、控制充电流程、完成计量计费等基础性功能。主控程序要具备良好的后台通信能力，将充电过程中所获得的充电记录信息和实时数据信息及时传输到后台操作系统[6]。

在设计人机交互模块的时候，需尽可能的将显示界面的内容充盈起来，有欢迎界面、設定充电参数界面、确认连接界面、充电界面、启动充电界面和停止充电界面，计费界面等等。设计安全模块的时候，需综合使用解密模块、密钥管理系统、读卡器系统、数据加密系统。利用硬件加密技术设计安全存取模块读卡器，加密处理智能充电桩数据和用户信息交互时的临时变量，加密处理传递过程中的电路，确保智能充电桩和用户信息之间的数据交互不会被外界窃取。密钥管理系统所实现的功能是为智能充电桩持续提供各种加密算法和密钥生成机制，同时将生成的密钥存储在智能卡中。数据信息加密处理模块需要按照事先的约定将用户数据以加密的方式进行加密处理，将数据信息存储在用户卡的用户数据区域内。利用数据信息解密模块将获得的用户卡信息还原处理，得到原始数据信息，完成识别用户和计费、扣费操作[7]。

2.3 设计电磁与环境兼容单元

智能充电桩大多数安装在户外，所以智能充电桩的工作环境相对恶劣。智能充电桩不仅要很好的适应周围环境，还必须要具备抗电磁干扰能力，能够抵抗正常的电磁干扰，规避电磁波动产生的充电影响。尽量不让智能充电桩完全暴露在露天环境下，避免雨水进入充电桩而产生的短路问题。及时将智能充电桩内部的热量散发出来，避免热量聚集而造成设备被烧毁现象。

3 结语

电动汽车呈现出快速发展的趋势，设计与建设电动汽车智能充电桩是推动电动汽车快速发展的重要措施。本文阐述了在智能充电桩在应用中膜元件的应用意义，了解膜元件为实现智能充电桩运行效率，减少资金支出的作用。总结智能充电桩用电期间的硬件设备和软件所发挥的功能，为推动智能充电桩技术发展，实现国内电动汽车行业发展提供技术支持。

基金资助：2020年福建省中青年教师教育科研项目立项课题《电动车智能充电桩的技术优化研究》（课题编号JAT201199，主持人：罗伟）的部分研究成果。

参考文献：

[1]陈浩.一种充电桩的内部元件集成结构，CN208993504U[P]. 2019.

[2]陈健，刘华，钱立文. 一种用于电动汽车充电桩直流滤波的薄膜电容器：，CN208608064U[P]. 2019.

[3]黄令忠. 交流充电桩的电磁兼容试验中的问题与对策[J]. 电工技术，2019（06）：86-87.

[4]复合型电力滤波器在电动车充电站中的应用研究[J]. 电工技术，2019（16）：132-135.

[5]张建国. 基于预装式变电站的公交充电站供配电系统设计优化[J]. 现代建筑电气，2020（02）：37-41.

[6]王丽丽，刘昕. 电动网约车充电站布局优化研究[J]. 计算机工程与应用，2019（14）：91-92.

[7]姚潇毅. 一种优化充电控制信息的传输方法及系统：，CN110213745A[P]. 2019.