電動(dòng)汽車智能充電樁的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

田劍

摘 要：推廣使用電動(dòng)汽車是我國(guó)建設(shè)資源節(jié)約型社會(huì)、踐行環(huán)保理念的重要表現(xiàn)之一，對(duì)保護(hù)生態(tài)環(huán)境起著不可忽視的促進(jìn)作用。目前，我國(guó)電動(dòng)汽車的保有量穩(wěn)步提升，而電動(dòng)汽車是以電力作為發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力來(lái)源的，因此，電動(dòng)汽車的充電問(wèn)題日益凸顯。在此背景下，針對(duì)惡劣環(huán)境下的電動(dòng)汽車智能充電樁展開(kāi)了設(shè)計(jì)，以期為我國(guó)電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供幫助。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車；智能充電樁；硬件系統(tǒng)；軟件系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TM910.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.01.022

為了推動(dòng)我國(guó)電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和提高環(huán)境保護(hù)的水平，我國(guó)在十二五期間共計(jì)建成了換電站約2 350個(gè)，充電樁22萬(wàn)個(gè)，初步覆蓋了全國(guó)區(qū)域。然而，由于電動(dòng)汽車充電樁規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)出臺(tái)較晚，導(dǎo)致不同充電樁的規(guī)格、質(zhì)量存在明顯的差異，且電動(dòng)汽車智能充電樁常在惡劣的自然環(huán)境和強(qiáng)電磁環(huán)境中運(yùn)行。因此，如何有效保障充電系統(tǒng)的穩(wěn)定性和工作效率，已成為困擾電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要問(wèn)題。

1 智能充電樁的總體設(shè)計(jì)要求

我國(guó)幅員遼闊，跨越了多個(gè)溫度帶，自然環(huán)境較為復(fù)雜，加之充電樁常工作在強(qiáng)電磁的環(huán)境下，這些都對(duì)電動(dòng)汽車智能充電樁的設(shè)計(jì)提出了更高的要求。

1.1 可經(jīng)受多種極端天氣的考驗(yàn)

隨著全球氣候不斷變暖，極端自然天氣事件出現(xiàn)的概率越來(lái)越高，對(duì)社會(huì)的各個(gè)行業(yè)均造成了嚴(yán)重的影響。對(duì)于智能充電樁而言，其外部結(jié)構(gòu)必須具備良好的封閉性，使水珠、雨雪等無(wú)法進(jìn)入樁內(nèi)，從而避免電路短路或系統(tǒng)故障；內(nèi)部還需要形成良好要的空氣流動(dòng)，從而及時(shí)散發(fā)元器件產(chǎn)生的熱量。

1.2 應(yīng)具備較強(qiáng)的抗電磁干擾能力

電磁環(huán)境主要是由各種電磁感應(yīng)所造成的信號(hào)傳輸干擾現(xiàn)象。在無(wú)線移動(dòng)通信技術(shù)快速發(fā)展的今天，電磁干擾已經(jīng)成為比較常見(jiàn)的現(xiàn)象之一。針對(duì)有強(qiáng)電磁干擾的工作環(huán)境，在設(shè)計(jì)電動(dòng)汽車智能充電樁時(shí)，需要著重考慮電氣布局，從而降低各種電磁干擾造成的不良影響，確保電動(dòng)汽車智能充電樁能正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

2 智能充電樁的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)

2.1 外部整體結(jié)構(gòu)和總控單元器件

電動(dòng)汽車智能充電樁采用交叉覆蓋工藝設(shè)計(jì)，整個(gè)樁體結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度符合IP65防護(hù)級(jí)別的要求，可有效防止水的滲入。在主體設(shè)計(jì)方面，電動(dòng)汽車智能充電樁采用鍍鋅鋼板作為系統(tǒng)硬件材料，且為了保證其可以在潮濕、鹽、霧等環(huán)境中正常運(yùn)轉(zhuǎn)，采用了汽車烤漆工藝，在其表面涂上了一層保護(hù)漆膜；在元器件選型方面，考慮到不同地區(qū)的溫差，采用了意法半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的STM32F107VCT6微控制器，其包含高性能的ARM Cortex-M3 32位RISC內(nèi)核（工作頻率為72 MHz）、以太網(wǎng)接口、6個(gè)與各個(gè)控制單元對(duì)接的串口、16個(gè)IO接口，可初步滿足使用、監(jiān)測(cè)工作的需求。此外，該設(shè)備能在工業(yè)級(jí)溫度范圍內(nèi)正常工作，大幅提高了總控單元的運(yùn)行效率。

2.2 顯示和監(jiān)控單元的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)

顯示單元由LCD顯示器、觸摸屏、指示燈和按鍵構(gòu)成，用戶可通過(guò)LCD顯示器，并根據(jù)自身電動(dòng)汽車的充電需求，觸摸屏幕上相應(yīng)的按鍵來(lái)選擇合適的服務(wù)方案。當(dāng)服務(wù)完成后，指示燈會(huì)立即提醒用戶充電樁正處于工作狀態(tài)。當(dāng)充電完成后，指示燈由紅變綠，提示用戶充電完成。該系統(tǒng)的工作電壓為3.3 VDC，邏輯電平為0～3.3 V，顯示屏驅(qū)動(dòng)電壓為5 VDC，工作溫度在0～50 ℃，寬溫在-25～75 ℃。監(jiān)控單元用來(lái)主要監(jiān)督智能充電樁的工作狀態(tài)，包括模擬量的采集、開(kāi)關(guān)量的采集和開(kāi)出控制。系統(tǒng)采集到模擬量后，會(huì)將相應(yīng)信息傳輸至開(kāi)關(guān)量采集單元，從而為用戶提供與之充電需求相匹配的充電量；開(kāi)出控制是在完成充電后指引用戶將電動(dòng)汽車開(kāi)出充電樁，以方便其他用戶使用。

2.3 智能充電樁軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)

2.3.1 主控模塊

主控模塊可根據(jù)用戶的充電消費(fèi)需求自動(dòng)匹配最佳服務(wù)方案，在客戶確認(rèn)服務(wù)后會(huì)將相應(yīng)的信息傳遞至各個(gè)硬件模塊，進(jìn)而開(kāi)始充電。同時(shí)，該模塊還能收集用戶的各種消費(fèi)信息，比如智能充電樁的實(shí)施運(yùn)行數(shù)據(jù)、充電記錄等。

2.3.2 安全模塊

安全模塊是指系統(tǒng)的安全存儲(chǔ)單元，由密鑰管理單元、數(shù)據(jù)加密單元、解密單元構(gòu)成。電動(dòng)汽車用戶在使用IC卡付費(fèi)的過(guò)程中，用戶的個(gè)人信息將會(huì)得到加密處理。此外，系統(tǒng)軟件采用了密鑰管理，可防止黑客入侵系統(tǒng)，提高了用戶信息的安全性。值得注意的是，解密單元可在用戶刷卡結(jié)賬時(shí)自動(dòng)識(shí)別用戶身份，從而完成交易工作。

2.3.3 電氣設(shè)計(jì)

電路的防靜電設(shè)計(jì)主要以雙向瞬態(tài)抑制二極管接地來(lái)實(shí)現(xiàn)通信線路的防靜電保護(hù)。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、觸摸顯示屏、無(wú)線通信傳輸模塊和總控單元等。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，電動(dòng)汽車智能充電樁能滿足我國(guó)電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展所需，具有充電操作便捷、實(shí)用性高的特點(diǎn)，值得推廣使用。

參考文獻(xiàn)

[1]彭顯剛，林利祥，劉藝，等.計(jì)及電動(dòng)汽車和可再生能源不確定因素的多目標(biāo)分布式電源優(yōu)化配置[J].電網(wǎng)技術(shù)，2015，11（08）.

[2]張齊東，黃學(xué)良，陳中，等.電動(dòng)汽車電池更換站集群充電控制策略研究[J].電工技術(shù)學(xué)報(bào)，2015，10（12）.

[3]鄭安平，蘇向上.中小型電動(dòng)汽車智能充電機(jī)設(shè)計(jì)[J].鄭州輕工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2015，18（Z1）.

〔編輯：張思楠〕