智能化充電樁模塊化設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

王飛++吳瑞明

摘 要：本文針對(duì)充電樁的智能化和模塊化發(fā)展趨勢(shì)，通過(guò)分析電動(dòng)汽車(chē)智能充電樁的建設(shè)情況和智能充電樁的原理，提出了充電電池多樣性、智能監(jiān)控、通信和智能人機(jī)交互等功能需求，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了智能充電樁模塊化設(shè)計(jì)方案，通過(guò)智能充電樁硬件結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了智能充電樁功能設(shè)計(jì)，認(rèn)為模塊化設(shè)計(jì)的電動(dòng)汽車(chē)智能充電樁適應(yīng)性廣，具有較好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

關(guān)鍵詞：智能化 充電樁 模塊化

中圖分類(lèi)號(hào)：U46 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）11（a）-0108-03

德國(guó)政府規(guī)劃到2020年使電動(dòng)汽車(chē)數(shù)量超過(guò)100萬(wàn)輛。日本東京電力公司已宣布其成功研發(fā)出大型快速充電器，該充電器大大縮短了充電時(shí)間，這對(duì)日本電動(dòng)汽車(chē)普及提供了較大的可能性。國(guó)內(nèi)，比亞迪公司在深圳的廠區(qū)內(nèi)建設(shè)了電動(dòng)汽車(chē)快速充電站和充電樁。在“十五”計(jì)劃期間，為實(shí)現(xiàn)能源安全、改善大氣環(huán)境，國(guó)家制定了跨越式發(fā)展的戰(zhàn)略并設(shè)立了“電動(dòng)汽車(chē)重大科技專(zhuān)項(xiàng)”，集中了企業(yè)、高校、科研院所的力量進(jìn)行攻關(guān)，把電動(dòng)汽車(chē)的產(chǎn)業(yè)化技術(shù)平臺(tái)作為重點(diǎn)研究工作，并在一些關(guān)鍵技術(shù)上取得了較好的進(jìn)展。隨著電動(dòng)汽車(chē)行業(yè)的發(fā)展，作為輔助充電的基礎(chǔ)設(shè)施——智能充電樁也越發(fā)廣泛，人們對(duì)智能充電樁的研究也在逐漸深入，加快充電樁的基礎(chǔ)建設(shè)已然成為推動(dòng)新能源汽車(chē)發(fā)展的主要助力，但對(duì)于電動(dòng)汽車(chē)智能充電樁的優(yōu)化設(shè)計(jì)和其關(guān)鍵技術(shù)還有待研究與開(kāi)發(fā)。

1 智能充電樁模塊化設(shè)計(jì)

智能充電樁的工作原理，是當(dāng)控制導(dǎo)引系統(tǒng)與電動(dòng)汽車(chē)充電接口接通后，通過(guò)智能化的人機(jī)交互界面發(fā)出充電控制指令然后由主控制系統(tǒng)控制一個(gè)電池繼電器的開(kāi)閉來(lái)控制主回路上的交流接觸器開(kāi)閉，從而實(shí)現(xiàn)給電動(dòng)汽車(chē)的電力補(bǔ)給功能。智能充電樁同時(shí)還有智能計(jì)費(fèi)功能，該功能通過(guò)在主回路接入一個(gè)智能電表實(shí)現(xiàn)不同段多種費(fèi)率的計(jì)量功能，并通過(guò)RS-485將計(jì)量數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇刂葡到y(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)智能計(jì)量計(jì)費(fèi)功能。智能充電樁的人機(jī)交互功能，RFID射頻技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)身份識(shí)別，將操作的基本信息錄入射頻卡中，同時(shí)還能用于費(fèi)用結(jié)算；智能語(yǔ)音提示和狀態(tài)顯示燈也使操作更加簡(jiǎn)單便捷；智能化的人機(jī)交互界面，操作者可以從移動(dòng)終端或者樁體顯示器上對(duì)充電樁進(jìn)行操作；嵌入式的微型打印機(jī)還能為操作者提供消費(fèi)憑條。多種通信功能，可以實(shí)時(shí)地將各種數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)反饋到移動(dòng)終端和管理平臺(tái)上，使充電樁的使用更加智能化舒適化。同時(shí)斷路器浪涌保護(hù)器、急停按鈕等的合理運(yùn)用使得智能充電樁的安全性得到了更好的保障。

智能充電樁基本功能要求有如下幾種。

（1）適用充電電池多樣性：充電樁應(yīng)能對(duì)鋰離子蓄電池、鎳氫蓄電池、鉛酸蓄電池類(lèi)的電動(dòng)汽車(chē)進(jìn)行充電。（2）智能監(jiān)控功能：實(shí)時(shí)采集充電樁充電狀態(tài)信息，并將樁體信息實(shí)時(shí)傳輸?shù)胶笈_(tái)管理系統(tǒng)，并且能自動(dòng)判斷故障信息從而做出緊急自動(dòng)斷電保護(hù)等操作。（3）通信功能：充電樁應(yīng)具備與蓄電池管理系統(tǒng)通信的功能，且能判斷與蓄電池管理系統(tǒng)是否正確連接，能獲得蓄電池管理系統(tǒng)充電參數(shù)和充電實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。（4）智能人機(jī)交互功能：簡(jiǎn)單友好的人機(jī)交互界面，操作界面更加智能化，使操作者有更加舒適的操作體驗(yàn)。根據(jù)上文對(duì)電動(dòng)汽車(chē)智能充電樁的需求調(diào)查分析，可以將智能充電樁樁體硬件分為3個(gè)模塊，分別為功能結(jié)構(gòu)模塊、人機(jī)交互模塊以及安全防護(hù)模塊。圖1所示為智能充電樁的模塊化框圖。

2 智能充電樁硬件設(shè)計(jì)

電動(dòng)汽車(chē)智能充電樁硬件系統(tǒng)主要由主控板、監(jiān)控板、IC卡讀寫(xiě)器、數(shù)字電表、移動(dòng)通信模塊、觸摸屏、指示燈、按鍵等組成（如圖2所示）。

當(dāng)電動(dòng)汽車(chē)需要充電時(shí)，用戶(hù)將充電卡置于刷卡區(qū)，根據(jù)畫(huà)面提示通過(guò)鍵盤(pán)進(jìn)行相應(yīng)操作，連接充電接口，選擇充電模式，啟動(dòng)充電過(guò)程。在上述過(guò)程中，控制保護(hù)單元檢測(cè)充電接口連接狀態(tài)，如果連接狀態(tài)不正常，則無(wú)法啟動(dòng)充電。同時(shí)，在充電過(guò)程中，顯示區(qū)的充電指示燈點(diǎn)亮，監(jiān)控單元實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)充電電壓、充電電流、充電接口連接狀態(tài)、充電開(kāi)關(guān)狀態(tài)等，在異?；蚬收蠒r(shí)斷開(kāi)充電開(kāi)關(guān)，并報(bào)警。電動(dòng)汽車(chē)充電樁應(yīng)用環(huán)境大多在室外，工作環(huán)境比較惡劣，需要適應(yīng)雨、雪、霧、風(fēng)吹、日曬、高溫、低溫等惡劣天氣的考驗(yàn)；同時(shí)，電動(dòng)汽車(chē)作為一個(gè)充電設(shè)備，還必須能夠承受各種電磁干擾的考驗(yàn)，在典型的工業(yè)電磁騷擾環(huán)境下能夠正常提供充電服務(wù)，為此開(kāi)發(fā)了集成控制系統(tǒng)（如圖3所示）。

3 結(jié)語(yǔ)

智能交流充電樁是一款為電動(dòng)汽車(chē)充電的輔助設(shè)備，集控制、管理、查詢(xún)、顯示等功能于一體，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)充電過(guò)程的智能化控制。充電站是電動(dòng)汽車(chē)的必配基礎(chǔ)設(shè)施，適用于公共停車(chē)場(chǎng)、居民小區(qū)停車(chē)場(chǎng)、企業(yè)專(zhuān)用停車(chē)場(chǎng)等各類(lèi)露天車(chē)場(chǎng)與地下停車(chē)場(chǎng)。由于電動(dòng)汽車(chē)每天需要補(bǔ)充大量電能，經(jīng)營(yíng)充電站就可以獲得巨大的充電服務(wù)收益。相對(duì)于加油站，電能比較安全和方便，可在各地大量安裝設(shè)置充電站。

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