淺談電動(dòng)汽車充電樁設(shè)計(jì)思路

孫環(huán)+石鋒生

摘 要：近年來，電動(dòng)汽車憑借其零噪音、零污染、駕駛方便的優(yōu)勢贏得了越來越多的青睞，但電動(dòng)汽車在長距離行駛過程中，存在充電不方便和續(xù)航能力較弱等缺點(diǎn)，進(jìn)而限制了它的使用范圍。目前所使用的電動(dòng)汽車大多利用蓄能電池作為動(dòng)力來源，蓄電池在持續(xù)供電之后會(huì)使電壓變低，必須進(jìn)行及時(shí)充電，否則會(huì)因虧電對蓄電池造成一定程度的損害。因此，進(jìn)行電動(dòng)汽車充電樁設(shè)計(jì)和建設(shè)具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文從電動(dòng)汽車發(fā)展概況出發(fā)，分析了電動(dòng)汽車充電樁的設(shè)計(jì)要求，提出了電動(dòng)汽車充電樁設(shè)計(jì)的思路，希望能對我國電動(dòng)汽車充電樁設(shè)計(jì)建設(shè)起到一定的參考和借鑒作用。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車；充電樁；設(shè)計(jì)思路

中圖分類號：U469 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

黨的十八大提出了生態(tài)文明的建設(shè)目標(biāo)，不斷改善環(huán)境衛(wèi)生、清潔空氣、減少對環(huán)境污染是全國廣大人民群眾共同的愿望。汽油在燃燒過程中所產(chǎn)生的尾氣是造成空氣污染的一個(gè)重要原因。近年來，霧霾天氣加重，嚴(yán)重影響了人們的正常生產(chǎn)和生活，成為全國乃至全世界廣泛關(guān)注的焦點(diǎn)問題。減少燃油汽車的數(shù)量，增加環(huán)保節(jié)能電動(dòng)汽車的數(shù)量是大勢所趨。依目前電動(dòng)汽車的應(yīng)用情況看，大批量生產(chǎn)利用電動(dòng)汽車還存在較為現(xiàn)實(shí)的困難，主要原因在于電動(dòng)汽車在長途運(yùn)行后，不能及時(shí)充電。目前，我國電動(dòng)汽車充電樁建設(shè)很不到位，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)有電動(dòng)汽車充電的實(shí)際需要。因此，加快電動(dòng)汽車充電樁建設(shè)勢在必行。本文將對電動(dòng)汽車充電樁的設(shè)計(jì)展開論述，進(jìn)而提出一些可借鑒和參考的措施方法。

1.電動(dòng)汽車發(fā)展概況

目前，我國大力提倡發(fā)展電動(dòng)汽車行業(yè)，國家和政府撥付專項(xiàng)資金對該領(lǐng)域進(jìn)行重點(diǎn)扶持。國家能源局在下發(fā)的（2015年～2020年）《配電網(wǎng)建設(shè)改造行動(dòng)計(jì)劃》中，明確指出在電動(dòng)汽車發(fā)展的下一個(gè)5年規(guī)劃中將著力抓好配電設(shè)施配套建設(shè)?？梢钥闯觯痪玫膶碓趪艺叩拇罅Ψ龀窒?，我國電動(dòng)汽車行業(yè)一定會(huì)得到蓬勃的發(fā)展。

《配電網(wǎng)建設(shè)改造行動(dòng)計(jì)劃》（2015年至2020年）明確提出，在這5年間，國家將投入不少于2萬億元資金專門用于配電網(wǎng)建設(shè)改造，僅2015年一年就投資不少于3千億元，“十三五”期間累計(jì)投資將達(dá)到1.7萬億。據(jù)預(yù)測，到2020年我國用電能代替電量將達(dá)到6300億千瓦時(shí)，電能的消耗總量將提高兩個(gè)百分點(diǎn)，到2020年將建成480萬臺(tái)電動(dòng)汽車充電樁和1.2萬座電動(dòng)汽車充電站，可以滿足500萬輛電動(dòng)汽車的充電需求。

2.電動(dòng)汽車充電樁的設(shè)計(jì)要求

2.1 適應(yīng)極端天氣

電動(dòng)汽車充電樁是戶外型設(shè)施，整個(gè)設(shè)計(jì)過程中，為適應(yīng)戶外極端天氣的影響，應(yīng)利用不銹鋼結(jié)構(gòu)，從而起到防塵、防雨、防極端惡劣天氣的作用。同時(shí)，電動(dòng)汽車充電樁的顯示區(qū)、刷卡區(qū)應(yīng)采用PC材料，該材料具有很強(qiáng)的抗腐蝕性，同時(shí)具有阻燃、自熄等優(yōu)點(diǎn)，其韌性和強(qiáng)度都較好，能夠經(jīng)受住重壓的作用。

2.2 較強(qiáng)的抗電磁干擾能力

電動(dòng)汽車電池在充電時(shí)，其充放電的工作效率會(huì)受周圍環(huán)境條件的影響，特別是受電磁干擾影響較大。在常溫情況下，電池的充放電接收能力較強(qiáng)，隨著環(huán)境溫度的降低，其接受充電的能力也會(huì)隨之下降。因此，在設(shè)計(jì)電動(dòng)汽車充電樁的時(shí)候，要具有較強(qiáng)的抗電磁干擾能力，防止因電磁干擾過強(qiáng)影響其充電效率。

3.電動(dòng)汽車充電樁設(shè)計(jì)思路

3.1 外部機(jī)構(gòu)與總控單元

電動(dòng)汽車充電樁可利用交叉覆蓋的工藝進(jìn)行設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度要滿足IP65防護(hù)要求，能夠起到防水作用。電動(dòng)汽車充電樁的主體設(shè)計(jì)方面，可采用鍍鋅鋼板作為硬件材料，為防潮、鹽、霧等影響，需在鍍鋅鋼板外表進(jìn)行烤漆工藝，涂抹一層保護(hù)漆膜，防止因外界環(huán)境影響造成的硬件材料腐蝕。充電樁的元器件可采用STM32F107VCT6微控制器，其包含以太網(wǎng)接口、高性能的ARMCortex-M332位RISC內(nèi)核，16個(gè)10接口、6個(gè)與各個(gè)控制單元對接的串口，能夠滿足監(jiān)測、使用工作的需要。另外，該設(shè)備可以在工業(yè)級的溫度范圍內(nèi)開展工作，極大地提高了總控單元的運(yùn)行效果。

3.2 監(jiān)控和顯示單元

監(jiān)控單元主要功能是監(jiān)督充電樁的工作狀態(tài)，主要包括開關(guān)量的采集、模擬量的采集和開出控制。在系統(tǒng)采集到模擬量之后，會(huì)把相應(yīng)的信息傳達(dá)到開關(guān)量的采集單元，進(jìn)而給用戶提供充電所需的電量；開出控制主要功能是在充電完成之后，指引用戶把電動(dòng)汽車開出充電樁，為其他用戶使用充電樁提供位置。顯示單元主要由觸摸屏、LED顯示器、按鍵和指示燈組成，用戶利用LED顯示器，按照電動(dòng)汽車需要的充電量，通過觸摸屏上的按鍵選擇相應(yīng)的適合服務(wù)方案。在完成服務(wù)之后，指示燈會(huì)亮起，即向用戶提示充電開始。在充電完成之后，指示燈會(huì)由紅色變?yōu)榫G色，表示充電已經(jīng)完成。

3.3 軟件系統(tǒng)

3.3.1 主控模塊

主控模塊能夠按照用戶的需求自動(dòng)設(shè)計(jì)最佳的服務(wù)方案，在客戶做出選擇之后，將客戶信息傳遞到硬件模塊，開始充電。與此同時(shí)，主控模塊還可收集用戶的各種信息，例如智能充電樁的充電記錄、實(shí)施運(yùn)行數(shù)據(jù)等等。

3.3.2 安全模塊

安全模塊是由數(shù)據(jù)加密模塊、讀卡器、密鑰管理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)解密模塊等組成。數(shù)據(jù)加密模塊可根據(jù)一定的加密形式，把用戶的各種信息進(jìn)行加密之后保存。讀卡器可利用硬件加密技術(shù)將充電樁數(shù)據(jù)與用戶卡交互中所獲得的變量進(jìn)行加密，在傳輸中能夠?qū)唧w線路加密，從而保證信息數(shù)據(jù)的相對安全。密鑰管理系統(tǒng)可以提供密鑰的加密算法和生成機(jī)制。數(shù)據(jù)解密模塊可以把用戶信息進(jìn)行還原變成原始數(shù)據(jù)，同時(shí)能夠提供給用戶進(jìn)行識(shí)別。

3.3.3 電氣設(shè)計(jì)

電動(dòng)汽車充電樁樁體的結(jié)構(gòu)，應(yīng)當(dāng)采用交叉覆蓋的工藝，不但有利于工作時(shí)空氣的流動(dòng)，方便充電樁散熱，同時(shí)還能提高充電樁體的防護(hù)能力。充電樁的主體可采用鍍鋅鋼板，電動(dòng)汽車的外表可以使用烤漆工藝，提高抗蝕能力和防銹能力。電動(dòng)汽車所有的零部件都要達(dá)到工業(yè)級要求，充電樁的電氣設(shè)計(jì)，可采用磁環(huán)、壓敏電阻及瞬變抑制二極管等，確保充電樁在惡劣環(huán)境下的穩(wěn)定工作。

結(jié)語

在國家大力提倡新能源汽車發(fā)展的良好形勢下，電動(dòng)汽車因污染少、噪音輕、環(huán)保節(jié)能受到了人們的一致歡迎，同時(shí)，電動(dòng)汽車行業(yè)迎來了前所未有的大好發(fā)展機(jī)遇，具有相當(dāng)大的發(fā)展空間。目前，電動(dòng)汽車面臨的充電難問題并不能打消民營資本對該行業(yè)的熱衷，也不能改變國家電力部門對該行業(yè)的積極性，電力方面的改革將會(huì)解決充電樁盈利的難題。國家關(guān)于電動(dòng)汽車用電的價(jià)格政策制定之后，將會(huì)對經(jīng)營性充電站的用電價(jià)格進(jìn)行明確。假如經(jīng)營性價(jià)格出臺(tái)之后，并且給運(yùn)營商一定的利潤空間，那么必將帶動(dòng)各方力量投資充電樁建設(shè)，電動(dòng)汽車充電難的問題將迎刃而解。

總之，傳統(tǒng)汽車在運(yùn)行過程中產(chǎn)生了大量的污染，在國家大力提倡環(huán)保理念的今天，發(fā)展電動(dòng)汽車是大勢所趨，眾望所歸，也是一項(xiàng)惠民的良心工程，相信通過各方努力，電動(dòng)汽車的發(fā)展會(huì)前途無量。

參考文獻(xiàn)

[1]王建基，孟琦.電動(dòng)汽車智能充電樁的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].機(jī)電機(jī)械，2016（4）：270-271.

[2]顏新華.盡快完善充電網(wǎng)絡(luò)是當(dāng)務(wù)之急——從用戶使用感受談電動(dòng)汽車發(fā)展[J].中國電力企業(yè)管理，2016（2）：36-37.

[3]薛冰，蔡磊，王鵬，等.電動(dòng)汽車智能充電樁管理方案[J].低碳世界，2016（9）：221-222.

[4]鄭言沖，肖新平，文江輝，等.電動(dòng)汽車智能充電策略研究綜述[J].集成技術(shù)，2015（1）：83-91.

[5]王健.高速公路電動(dòng)汽車充換電站的建設(shè)實(shí)踐[J].電子制作，2014（24）：244-245.