談電動(dòng)汽車智能充電樁的設(shè)計(jì)要求及技術(shù)研究

沈琳華

摘 要：對(duì)于大部分電動(dòng)汽車來說，配電網(wǎng)是其中一個(gè)相對(duì)比較隨機(jī)的一種電力負(fù)荷機(jī)器，為能夠使用起來更加方便，我們?cè)谑褂秒妱?dòng)汽車過程中希望能夠在短時(shí)間內(nèi)完成充電。近幾年很多廠家開始重點(diǎn)關(guān)注智能充電樁的設(shè)計(jì)，雖然充電樁沒有得到普及，但是從目前發(fā)展形式看，充電樁的應(yīng)用相對(duì)比較實(shí)用，是值得我們繼續(xù)關(guān)注的。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車智能；充電樁的設(shè)計(jì)；設(shè)計(jì)與應(yīng)用

引言：

隨著我國(guó)電動(dòng)汽車事業(yè)的發(fā)展，國(guó)家已經(jīng)將發(fā)展電動(dòng)汽車作為進(jìn)入國(guó)際市場(chǎng)的重要途徑。國(guó)內(nèi)電動(dòng)汽車越來越多，對(duì)于電動(dòng)汽車所需的充電樁的需求也在不斷增加，目前在高速公路的服務(wù)區(qū)都實(shí)現(xiàn)了電動(dòng)汽車充電樁的覆蓋。滿足電動(dòng)汽車出行的充電要求，在很短的時(shí)間內(nèi)就可以將電充滿，基本與汽油車的功能相同。然而，電動(dòng)汽車的充電樁設(shè)計(jì)還處于初級(jí)階段，還需要進(jìn)行深入的研究、創(chuàng)新設(shè)計(jì)，加強(qiáng)電動(dòng)汽車智能充電樁的環(huán)境適應(yīng)性，確保各個(gè)智能充電樁能夠穩(wěn)定供電，提高電動(dòng)汽車的充電效率，為國(guó)內(nèi)電動(dòng)汽車的發(fā)展鋪平道路。

1、電動(dòng)汽車智能充電樁發(fā)展現(xiàn)狀

隨著社會(huì)的不斷發(fā)展城市能源需求量不斷增長(zhǎng)，環(huán)境問題越來越突出，很多汽車已經(jīng)逐漸用電來代替油，這樣更具有高效特點(diǎn)，是值得大家提倡的方法。這樣一來電動(dòng)汽車在社會(huì)發(fā)展中得到了顯著的提高，電動(dòng)汽車充電用戶希望能夠?qū)崟r(shí)了解充電樁的位置信息，以及充電的具體價(jià)格。經(jīng)過對(duì)用電的管理，來降低用電費(fèi)用，最終提高能源利用效率。為達(dá)到這一目的，我們必須要對(duì)充電樁進(jìn)行電量檢測(cè)，并且實(shí)現(xiàn)控制，實(shí)現(xiàn)精細(xì)化智能化管理是目前電動(dòng)汽車智能充電樁發(fā)展的趨勢(shì)。目前美國(guó)很多公司都發(fā)布了移動(dòng)應(yīng)用程序，電動(dòng)車使用者在使用之前，輕觸屏幕，就可以快速尋找到附近的充電樁，而且在找到充電樁之前還可以預(yù)先了解充電價(jià)格。目前已有多家企業(yè)相繼提出了電動(dòng)汽車智能充電的導(dǎo)航系統(tǒng)，智能充電樁設(shè)計(jì)，并建設(shè)電動(dòng)汽車智能服務(wù)平臺(tái)，可是從目前形式上來看，還缺少智能充電服務(wù)的平臺(tái)。

2、電動(dòng)汽車智能充電的研究

2.1電動(dòng)汽車智能充電裝置

電動(dòng)汽車在充電過程中，其核心在于充電裝置，充電裝置大置可分為兩類，分別是車載充電裝置與非車載充電裝置。車載充電裝置易于攜帶、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但該類充電裝置只重視如何將電充進(jìn)鋰電池當(dāng)中，而在電網(wǎng)影響、溫度監(jiān)控以及電池特性等方面則沒有進(jìn)行全面的考慮，這也使其在充電速度上較慢，并且極易給電網(wǎng)造成污染和危害。非車載充電裝置則屬于一種地面充電樁，這種充電裝置的功率往往較大，在充電速度上也比較快，不過現(xiàn)階段在許多城市中還尚未得到應(yīng)用，并且該類充電裝置的續(xù)航能力較差，在充電上也較為不便，這也使其仍舊需要很長(zhǎng)一段時(shí)間的發(fā)展與完善。

2.2電動(dòng)汽車智能充電的要求

（1）充電系統(tǒng)的安全性必須要有保障，在充電過程中確保其不會(huì)對(duì)電網(wǎng)及周邊人或物造成危害；

（2）智能充電系統(tǒng)應(yīng)具備快速充電的特點(diǎn)，以此提高電動(dòng)汽車的續(xù)航能力；

（3）智能充電系統(tǒng)應(yīng)具備實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與保護(hù)功能，其能夠?qū)﹄妱?dòng)汽車中的電池電量、安全狀態(tài)等數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的采集與監(jiān)控，并避免在充電過程中因過流或過壓等原因而造成充電系統(tǒng)損壞；

（4）智能充電系統(tǒng)應(yīng)便于攜帶，以利于電動(dòng)汽車能夠隨時(shí)隨地的進(jìn)行充電，提高電動(dòng)汽車充電的便捷性。

3、智能充電樁的設(shè)計(jì)研究

3.1硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

電動(dòng)汽車智能充電樁的硬件系統(tǒng)非常多，主要包括：主控板、讀寫器、電表、通信模塊和觸摸屏等，其中主控板相當(dāng)于智能充電樁的心臟，主控板控制著整個(gè)充電過程，還可以通過一定的通信渠道將充電情況報(bào)送給服務(wù)器。為了確保電動(dòng)汽車充電樁能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn)，管理部門需要對(duì)充電樁進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，因此在硬件系統(tǒng)中還設(shè)置了監(jiān)控功能，它能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)充電樁的各項(xiàng)參數(shù)，包括電壓、電流、連接狀態(tài)和電池狀態(tài)等信息，如果發(fā)現(xiàn)問題，通過監(jiān)控系統(tǒng)能夠立即執(zhí)行斷電操作，從而保護(hù)電動(dòng)汽車、人員和充電樁的安全，避免發(fā)生更嚴(yán)重的事故。

3.2軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.2.1系統(tǒng)工作流程

電動(dòng)汽車智能充電樁的系統(tǒng)工作流程是：如果電動(dòng)汽車由于缺電需要進(jìn)行充電，需要將IC卡刷卡或通過其他支付方式，進(jìn)入充電模式。電動(dòng)汽車充電樁的主控系統(tǒng)保證了充電過程，當(dāng)充電系統(tǒng)出現(xiàn)問題時(shí)，就無法進(jìn)行充電操作，同時(shí)也會(huì)向服務(wù)器進(jìn)行報(bào)警。另外，充電是否能夠正常進(jìn)行，可以在正常充電或設(shè)備故障的指示燈上顯示狀態(tài)。

3.2.2功能模塊設(shè)計(jì)

電動(dòng)汽車智能充電樁的設(shè)計(jì)使用了模塊化設(shè)計(jì)，這是一種比較先進(jìn)的設(shè)計(jì)思路，它能夠使得智能充電樁非常高效地運(yùn)轉(zhuǎn)，而且具有非常好的延展性，對(duì)電動(dòng)汽車智能充電樁的發(fā)展具有重要意義。電動(dòng)汽車智能充電樁的功能模塊可以分為主控模塊、人機(jī)交互、讀卡器模塊、計(jì)量計(jì)費(fèi)模塊、打印模塊、后臺(tái)通信模塊、遠(yuǎn)程通信模塊等等。當(dāng)軟件系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，主控程序要根據(jù)系統(tǒng)配置文件進(jìn)行程序配置，并根據(jù)配置信息完成各通信模塊的加載。主控程序通過各模塊通信要能夠?qū)崿F(xiàn)信息采集與展示、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與展示、充電流程控制、計(jì)量計(jì)費(fèi)功能等基本功能，同時(shí)該主控程還應(yīng)當(dāng)具備后臺(tái)通信能力，能夠把充電過程中的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、充電記錄等信息上送到后臺(tái)操作系統(tǒng)。

在人機(jī)交互模塊設(shè)計(jì)時(shí)，界面顯示單元顯示的內(nèi)容應(yīng)當(dāng)非常豐富，其中主要界面有歡迎界面、連接確認(rèn)界面、充電參數(shù)設(shè)定界面、啟動(dòng)充電界面、充電界面、停止充電界面、結(jié)賬界面和打印界面等內(nèi)容。安全模塊是由帶安全存取模塊的讀卡器、密鑰管理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)加密和解密模塊組成。帶安全存取模塊的讀卡器采用硬件加密技術(shù)，對(duì)用戶信息與充電樁數(shù)據(jù)交互過程中所使用的臨時(shí)變量進(jìn)行加密處理，并對(duì)傳遞過程進(jìn)行線路加密，保證了用戶信息與充電樁進(jìn)行數(shù)據(jù)交互的過程中，信息不會(huì)被外界竊取。密鑰管理系統(tǒng)的主要功能是提供各種密鑰的生成機(jī)制和加密算法，并將生成的密鑰存儲(chǔ)在具有密鑰導(dǎo)出功能的智能卡中。數(shù)據(jù)加密模塊把用戶數(shù)據(jù)按照事先約定的加密方式進(jìn)行加密，并存儲(chǔ)在用戶卡的用戶數(shù)據(jù)區(qū)域。解密模塊用于將讀取用戶卡的信息還原為原始數(shù)據(jù)并進(jìn)行相關(guān)的用戶識(shí)別、扣費(fèi)等操作。

3.3環(huán)境及電磁兼容設(shè)計(jì)

電動(dòng)汽車智能充電樁一般都是在戶外布置，因此智能充電樁要能夠在各種惡劣的氣候條件下正常工作。另外，電動(dòng)汽車智能充電樁也要具備抗電磁干擾的能力，至少能夠抵抗正常的電子通信設(shè)備產(chǎn)生的電磁干擾，而不至于由于一個(gè)微弱的電磁信號(hào)就導(dǎo)致無法充電。電動(dòng)汽車智能充電樁要進(jìn)行必要的覆蓋，盡量不要完全裸露在露天的環(huán)境下，不能讓雨水進(jìn)入充電樁中，造成充電樁短路或損壞；電動(dòng)汽車智能充電樁要能夠?qū)?nèi)部熱量及時(shí)散出，避免由于熱量集聚而燒毀設(shè)備；電動(dòng)汽車智能充電樁要采用不銹鋼材料，必要時(shí)采用烤漆工藝，確保充電樁在各個(gè)環(huán)境下不能被腐蝕，確保達(dá)到設(shè)計(jì)使用壽命；同時(shí)，應(yīng)當(dāng)設(shè)置防雷設(shè)備，使用壓敏電阻、瞬變抑制二極管等設(shè)備，確保智能充電樁的正常使用。

4、結(jié)論

電動(dòng)汽車智能充電樁的設(shè)計(jì)與建設(shè)是實(shí)現(xiàn)國(guó)家電動(dòng)汽車飛躍式發(fā)展的重要環(huán)節(jié)。隨著國(guó)內(nèi)電動(dòng)汽車智能充電樁的不斷建設(shè)，充電樁的設(shè)計(jì)單位已經(jīng)積累了非常豐富的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，甚至已經(jīng)走在了國(guó)際設(shè)計(jì)水平的前列。但是我們應(yīng)當(dāng)看到發(fā)展和完善充電樁的設(shè)計(jì)還有很長(zhǎng)的路要走，必須進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)智能充電樁的研究和創(chuàng)新工作，加快智能充電樁技術(shù)的進(jìn)步，為國(guó)內(nèi)電動(dòng)汽車事業(yè)的快速發(fā)展提供技術(shù)條件。

參考文獻(xiàn)：

[1]王海群，彭川.電動(dòng)汽車充電樁控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].微型機(jī)與應(yīng)用，2017

[2]楊晨.電動(dòng)汽車非接觸式充電系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].工業(yè)設(shè)計(jì)，2017