電動(dòng)汽車智能充電樁的設(shè)計(jì)要求及相關(guān)技術(shù)探索

杜 婕

（國(guó)網(wǎng)湖北綜合能源服務(wù)有限公司，湖北 武漢 430000）

0 引 言

汽車事業(yè)的發(fā)展體現(xiàn)了現(xiàn)代化社會(huì)發(fā)展的趨勢(shì)，隨著汽車數(shù)量的快速增長(zhǎng)和石化材料的大量應(yīng)用，我國(guó)能源事業(yè)和環(huán)境發(fā)展面臨著嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。新型電動(dòng)汽車的出現(xiàn)正好解決了這一問題，真正意義上實(shí)現(xiàn)了零排放[1]。我國(guó)電動(dòng)汽車起步較晚，但是其發(fā)展速度較快。尤其在研發(fā)方面，一些小型電動(dòng)車已取得了較好的成果，發(fā)展前景較好。在電動(dòng)汽車的充電樁設(shè)計(jì)上，還要對(duì)其進(jìn)行更加深入的研究，提高電動(dòng)汽車智能充電樁的環(huán)境適應(yīng)性，保證其供電穩(wěn)定性。

1 電動(dòng)汽車智能充電樁的設(shè)計(jì)要求

我國(guó)土地遼闊，各個(gè)區(qū)域的自然環(huán)境也存在著較大差異，并且電動(dòng)汽車智能充電樁經(jīng)常工作在電磁極高的環(huán)境下，這些也都對(duì)電動(dòng)汽車智能充電樁的設(shè)計(jì)提出了更高要求。要求電動(dòng)汽車智能充電樁不但要經(jīng)受極端天氣的考驗(yàn)，還要具備較強(qiáng)的抗電磁干擾能力。

1.1 符合天氣變化的考驗(yàn)

隨著全球氣候不斷的變暖，我國(guó)自然環(huán)境受到了極大的威脅，惡劣天氣事件出現(xiàn)的頻率越來越高。不但影響了工業(yè)行業(yè)的發(fā)展，而且對(duì)地區(qū)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展造成了一定影響。對(duì)于電動(dòng)汽車智能充電樁來說，外部結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和封閉性對(duì)電動(dòng)汽車使用的安全性均具有非常重要的作用。例如，電動(dòng)汽車智能充電樁的封閉性不佳，會(huì)導(dǎo)致水珠、雨雪等進(jìn)入到充電樁內(nèi)，造成電動(dòng)汽車智能充電樁內(nèi)部電路出現(xiàn)短路、系統(tǒng)故障等。因此，設(shè)計(jì)電動(dòng)汽車智能充電樁時(shí)，要充分保證其外部結(jié)構(gòu)的封閉性和穩(wěn)定性。另外，為了使電動(dòng)汽車智能充電樁結(jié)構(gòu)內(nèi)部元器件產(chǎn)生的熱量及時(shí)散發(fā)出去，還要保證其內(nèi)部空氣的流動(dòng)性。

1.2 具備抗電磁干擾能力

電動(dòng)汽車智能充電樁所處的電磁環(huán)境，是由外界一些電磁感應(yīng)信號(hào)對(duì)自身充電樁信號(hào)接收和輸出情況造成干擾的環(huán)境。隨著通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，電磁干擾的情況也越來越頻繁。對(duì)于一些電磁干擾較強(qiáng)的環(huán)境中，為了保證電動(dòng)汽車智能充電樁的正常運(yùn)行，在設(shè)計(jì)上要考慮到電氣線路的布局，將外界電磁信號(hào)對(duì)自身的干擾降到最低，進(jìn)而將電磁干擾所造成的不良影響降到最低。

2 電動(dòng)汽車智能充電樁的設(shè)計(jì)技術(shù)

2.1 電動(dòng)汽車智能充電樁外部整體結(jié)構(gòu)和總控單元器件的設(shè)計(jì)

電動(dòng)汽車智能充電樁的外部結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)上采用了交叉覆蓋的方式，首先使電動(dòng)汽車智能充電樁整體結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度符合IP65防護(hù)級(jí)別的要求，能有效防止雨水、雨雪等滲入。其次是電動(dòng)汽車智能充電樁主體的設(shè)計(jì)，在充電樁主體設(shè)計(jì)上，可采用鍍鋅鋼板作為電動(dòng)汽車智能充電樁系統(tǒng)硬件的主要材料，為保證電動(dòng)汽車智能充電樁能在潮濕、霧氣、鹽氣等環(huán)境中正常運(yùn)行，還可采用汽車烤漆工藝在鍍鋅材料的表面涂上保護(hù)漆膜。最后在電動(dòng)汽車智能充電樁內(nèi)部元器件的選型上，考慮到各個(gè)地區(qū)不同的溫差，可采用微控制器，比較常用的有STM32F107VCT6型。此種微控制器中含有32位RISC內(nèi)核、以太網(wǎng)接口、與控制單元有效對(duì)接的串口（6個(gè)）、I/O接口（16個(gè)），能滿足電動(dòng)汽車智能充電樁的正常使用和對(duì)充電樁內(nèi)部系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)需求。電動(dòng)汽車智能充電樁設(shè)備也能在工業(yè)級(jí)的溫度范圍內(nèi)正常運(yùn)行，在很大程度上提高了總控單元的運(yùn)行效率。

2.2 電動(dòng)汽車智能充電樁顯示單元與監(jiān)控單元的設(shè)計(jì)

電動(dòng)汽車智能充電樁的顯示單元設(shè)計(jì)上由LCD顯示器、觸摸屏、按鍵以及指示燈等構(gòu)成。當(dāng)用戶需要給電動(dòng)汽車充電時(shí)，可通過LED顯示器、觸摸屏、按鍵等完成。電動(dòng)汽車智能充電樁在充電工作中，相應(yīng)的指示燈會(huì)亮，提醒其他用戶此電動(dòng)汽車智能充電樁在使用中。當(dāng)充電工作完成后，相應(yīng)的指示燈會(huì)提醒用戶充電完成。電動(dòng)汽車智能充電樁系統(tǒng)的工作電壓為3.3 VDC，邏輯電平為0～3.3 V，將顯示屏的驅(qū)動(dòng)電壓調(diào)整為5 VDC，將電動(dòng)汽車智能充電樁工作的溫度控制在0～50 ℃，將寬溫控制在-25～75 ℃[2]。電動(dòng)汽車智能充電樁中監(jiān)控單元的主要是對(duì)充電樁的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，主要包括對(duì)系統(tǒng)中模擬量的采集、開關(guān)量的采集以及開關(guān)輸出量的控制[3]。當(dāng)系統(tǒng)采集到模擬量的相關(guān)數(shù)據(jù)后，會(huì)將采集到的數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)介_關(guān)量的采集單元中，為用戶能夠得到相匹配的充電量提供有效保障。開出控制單元是當(dāng)電動(dòng)汽車完成充電工作后，對(duì)汽車的開出情況給予指引，以方便其他用戶。

2.3 電動(dòng)汽車智能充電樁軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

電動(dòng)汽車智能充電樁軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括主控模塊、安全模塊和電氣設(shè)計(jì)三個(gè)部分。

2.3.1 主控模塊

在設(shè)計(jì)主控模塊時(shí)，可根據(jù)用戶的實(shí)際用電需求為其匹配最佳服務(wù)方案。用戶滿意匹配的服務(wù)方案時(shí)刻通過主控模塊進(jìn)行確認(rèn)，然后將對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)信息發(fā)送給其他的硬件模塊，從而完成電動(dòng)汽車的充電。另外，主控模塊還能收集用戶的各種消費(fèi)數(shù)據(jù)信息，如電動(dòng)汽車智能充電樁的運(yùn)行數(shù)據(jù)、充電記錄等。

2.3.2 安全模塊

安全模塊是指整個(gè)軟件系統(tǒng)的安全存儲(chǔ)單元，此存儲(chǔ)單元由密匙管理單元、數(shù)據(jù)加密單元和解密單元等多個(gè)單元構(gòu)成。當(dāng)用戶使用電動(dòng)汽車時(shí)，要通過IC卡或者二維碼進(jìn)行付費(fèi)操作。在此過程中，安全存儲(chǔ)單元會(huì)自動(dòng)加密用戶信息。電動(dòng)汽車智能充電樁系統(tǒng)軟件采用了密匙管理，能有效防治黑客入侵，進(jìn)一步提高了用戶系統(tǒng)的安全性。但是，在此過程中需要注意，安全模塊中的解密單元能在刷卡付款、二維碼付款時(shí)自動(dòng)識(shí)別用戶信息完成交易工作。

2.3.3 電氣設(shè)計(jì)

在軟件電路設(shè)計(jì)中，防靜電設(shè)計(jì)是雙向瞬態(tài)抑制二極管接地，對(duì)通信電路進(jìn)行防靜電保護(hù)。在設(shè)計(jì)上，在內(nèi)部控制板與外部各個(gè)功能模塊的連接中采用了電能計(jì)量、觸屏顯示以及無線通信傳輸?shù)榷喾N形式。

2.4 電動(dòng)汽車智能充電樁APP客戶端設(shè)計(jì)

近年來，隨著智能手機(jī)的普及，APP客戶端軟件在人們?nèi)粘Ｉ钪械玫搅藦V泛應(yīng)用。在對(duì)電動(dòng)汽車智能充電樁APP客戶端的設(shè)計(jì)中，根據(jù)用戶手機(jī)操作系統(tǒng)的不同分別設(shè)計(jì)了iOSV7.0.0版本和Android V2.3.3版本的APP客戶端軟件，均為C/S體系結(jié)構(gòu)，具有強(qiáng)大的擴(kuò)展能力和靈活性。

2.4.1 視圖層

視圖層是APP客戶端與用戶交互的界面，在了解用戶需求的情況下，可通過調(diào)用業(yè)務(wù)邏輯層的接口對(duì)用戶需求進(jìn)行邏輯處理，并將處理結(jié)果展現(xiàn)給客戶。包括地圖顯示、支付結(jié)算、車輛狀態(tài)顯示、電池電量狀態(tài)顯示、控制界面以及查詢界面等。

2.4.2 業(yè)務(wù)邏輯層

需要及時(shí)完成用戶在業(yè)務(wù)上的邏輯需求，包括對(duì)服務(wù)器數(shù)據(jù)的請(qǐng)求、對(duì)本地?cái)?shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)讀取等。

2.4.3 業(yè)務(wù)實(shí)體層

業(yè)務(wù)實(shí)體層包括各個(gè)不同的業(yè)物實(shí)體、對(duì)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器的數(shù)據(jù)請(qǐng)求、對(duì)本地?cái)?shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)解析、對(duì)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)服務(wù)器數(shù)據(jù)請(qǐng)求和數(shù)據(jù)解析以及對(duì)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)數(shù)據(jù)庫的維護(hù)等。APP客戶端軟件在設(shè)計(jì)思維上，是根據(jù)用戶選擇的功能對(duì)相應(yīng)業(yè)務(wù)邏輯層對(duì)應(yīng)的模塊進(jìn)行調(diào)用。而在此過程中，業(yè)務(wù)流程的組織工作全部由業(yè)務(wù)邏輯層完成，還調(diào)用了業(yè)務(wù)實(shí)體層模塊。通過網(wǎng)關(guān)服務(wù)器的接口，可完成與網(wǎng)關(guān)服務(wù)器之間的信息交換。

3 結(jié) 論

電動(dòng)汽車智能充電樁的設(shè)計(jì)與技術(shù)應(yīng)用是促進(jìn)國(guó)家電動(dòng)汽車發(fā)展的重要因素。隨著我國(guó)電動(dòng)汽車智能充電樁設(shè)備設(shè)施的不斷建設(shè)和完善，我國(guó)在電動(dòng)汽車智能充電樁方面的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)有了一定積累，水平也有了很大提升。但是，在對(duì)電動(dòng)汽車智能充電樁設(shè)計(jì)的發(fā)展和完善方面還有很長(zhǎng)的路程要走。因此，設(shè)計(jì)人員要進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)電動(dòng)汽車智能充電樁的研究和創(chuàng)新工作，提高電動(dòng)汽車智能充電樁的設(shè)計(jì)技術(shù)水平，促進(jìn)我國(guó)電動(dòng)汽車智能充電樁設(shè)計(jì)技術(shù)的快速發(fā)展。