智能充電樁的設(shè)計要求及技術(shù)研究

張昉

摘 要：電動汽車工業(yè)是國家治理環(huán)境、發(fā)展汽車工業(yè)的重要舉措，智能充電樁是滿足電動汽車使用的基本要素。因此，研究和討論電動汽車智能充電樁的設(shè)計要求和相關(guān)技術(shù)是必要的。本文描述了電動汽車智能充電樁的總體設(shè)計要求，介紹了智能充電樁的設(shè)計技術(shù)，主要包括硬件系統(tǒng)設(shè)計、軟件系統(tǒng)設(shè)計、環(huán)境及電磁兼容設(shè)計等內(nèi)容，可以為電動汽車智能充電樁的設(shè)計工作提供參考。

關(guān)鍵詞：電動汽車；智能充電樁；技術(shù)

中圖分類號：U469 文獻標(biāo)志碼：A

隨著我國電動汽車事業(yè)的發(fā)展，國家已經(jīng)發(fā)展電動汽車作為進入國際市場的重要途徑，國內(nèi)電動汽車越來越多，對于電動汽車所需的充電樁也在不斷增加，目前在高速公路的服務(wù)器都實現(xiàn)了電動汽車充電樁的覆蓋，滿足電動汽車出行的充電要求，在很短的時間內(nèi)就可以將電充滿，基本與汽油車的功能相同。然而，電動汽車的充電樁設(shè)計還處于初級階段，還需要進行深入的研究、創(chuàng)新設(shè)計，加強電動汽車智能充電樁的環(huán)境適應(yīng)性，確保各個智能充電樁能夠穩(wěn)定供電，提高電動汽車的充電效率，為國內(nèi)電動汽車的發(fā)展鋪平道路。

本文首先介紹了電動汽車智能充電樁的總體設(shè)計要求，包括可經(jīng)受多種極端天氣的考驗、應(yīng)具備較強的抗電磁干擾能力等內(nèi)容，并對智能充電樁的設(shè)計技術(shù)進行了介紹，包括硬件系統(tǒng)設(shè)計、軟件系統(tǒng)設(shè)計、環(huán)境及電磁兼容設(shè)計等內(nèi)容，這些設(shè)計要求和技術(shù)可以為電動汽車充電樁設(shè)計單位提供參考，滿足了現(xiàn)階段充電樁的設(shè)計需要。

1 智能充電樁的設(shè)計要求

國內(nèi)電動汽車智能充電樁的設(shè)計還處于初級階段，還在不斷地進行深入研究。經(jīng)過近幾年國內(nèi)電動汽車智能充電樁的設(shè)計經(jīng)驗，基本摸索出了電動汽車智能充電樁的設(shè)計要求，主要是適應(yīng)極端天氣的環(huán)境條件和預(yù)防電磁干擾能力，這些設(shè)計要求是電動汽車智能充電樁使用的最基本要求。

1.1 要經(jīng)受多種極端天氣的考驗

電動汽車智能充電樁需要能夠布置在各種氣候條件下，要能夠適應(yīng)室內(nèi)環(huán)境，也要適應(yīng)極端天氣環(huán)境，要在一年四季都能夠正常使用。因此，電動汽車智能充電樁應(yīng)當(dāng)具有非常好的密封性，外部的雨水等可能造成漏電的物質(zhì)不能進入，要對電動汽車智能充電樁進行遮擋。同時，也要保持充電樁內(nèi)部的通風(fēng)效果，讓設(shè)備產(chǎn)生的熱量能夠排到環(huán)境中，避免損壞。

1.2 要具有抗電磁干擾能力

電動汽車智能充電樁要具備抗電磁干擾能力。現(xiàn)在人們的生活環(huán)境中經(jīng)常會有各種電磁干擾，這對電動汽車智能充電樁的設(shè)備可能造成干擾，使得充電樁不能夠正常運行。因此，充電樁在施工布置時，應(yīng)當(dāng)考慮到周圍環(huán)境是否存在電磁干擾的因素。同樣，那些存在電磁干擾的通信設(shè)備也不要布置在已經(jīng)安裝好的充電樁附近。另外，電動汽車智能充電樁應(yīng)當(dāng)具有一定的抗電磁干擾能力，增加充電樁的適應(yīng)性，為充電樁的簡單化布置提供技術(shù)條件。

2 智能充電樁的設(shè)計研究

電動汽車智能充電樁設(shè)計首先要按照國家標(biāo)準(zhǔn)進行設(shè)計，在滿足標(biāo)準(zhǔn)的前提下，可以增加一些附屬功能，包括無線網(wǎng)絡(luò)、拍照和電話等功能。電動汽車智能充電樁的設(shè)計范圍主要分為硬件系統(tǒng)設(shè)計、軟件系統(tǒng)設(shè)計、環(huán)境及電磁兼容設(shè)計，下面就這方面的設(shè)計進行了詳細介紹。

2.1 硬件系統(tǒng)設(shè)計

電動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，主控板控制著整個充電過程，還可以通過一定的通信渠道將充電情況報送給服務(wù)器。

為了確保電動汽車充電樁能夠正常運轉(zhuǎn)，管理部門需要對充電樁進行實時監(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監(jiān)測充電樁的各項參數(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，從而保護電動汽車、人員和充電樁的安全，避免發(fā)生更嚴(yán)重的事故。

2.2 軟件系統(tǒng)設(shè)計

2.2.1 系統(tǒng)工作流程

電動汽車智能充電樁的系統(tǒng)工作流程是：如果電動汽車由于缺電需要進行充電，需要將IC卡刷卡或通過其他支付方式，進入充電模式。電動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，就無法進行充電操作，同時也會向服務(wù)器進行報警。另外，充電是否能夠正常進行，可以在正常充電或設(shè)備故障的指示燈上顯示狀態(tài)。

2.2.2 功能模塊設(shè)計

電動汽車智能充電樁的設(shè)計使用了模塊化設(shè)計，這是一種比較先進的設(shè)計思路，它能夠使得智能充電樁非常高效地運轉(zhuǎn)，而且具有非常好的延展性，為電動汽車智能充電樁的發(fā)展具有重要意義。

電動汽車智能充電樁的功能模塊可以分為主控模塊、人機交互、讀卡器模塊、計量計費模塊、打印模塊、后臺通信模塊、遠程通信模塊等等。當(dāng)軟件系統(tǒng)啟動時，主控程序要根據(jù)系統(tǒng)配置文件進行程序配置，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、實時數(shù)據(jù)采集與展示、充電流程控制、計量計費功能等基本功能，同時該主控程還應(yīng)當(dāng)具備后臺通信能力，能夠把充電過程中的實時數(shù)據(jù)、充電記錄等信息上送到后臺操作系統(tǒng)。

在人機交互模塊設(shè)計時，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、連接確認界面、充電參數(shù)設(shè)定界面、啟動充電界面、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)，對用戶信息與充電樁數(shù)據(jù)交互過程中所使用的臨時變量進行加密處理，并對傳遞過程進行線路加密，保證了用戶信息與充電樁進行數(shù)據(jù)交互的過程中，信息不會被外界竊取。密鑰管理系統(tǒng)的主要功能是提供各種密鑰的生成機制和加密算法，并將生成的密鑰存儲在具有密鑰導(dǎo)出功能的智能卡。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行加密，并存儲在用戶卡的用戶數(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)并進行相關(guān)的用戶識別、扣費等操作。

2.3 環(huán)境及電磁兼容設(shè)計

電動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，而不至于由于一個微弱的電磁信號就導(dǎo)致無法充電。

電動汽車智能充電樁要進行必要的覆蓋，盡量不要完全裸露在露天的環(huán)境下，不能讓雨水進入充電樁中，造成充電樁短路或損壞；電動汽車智能充電樁要能夠?qū)?nèi)部熱量及時散出，避免由于熱量集聚而燒毀設(shè)備；電動汽車智能充電樁要采用不銹鋼材料，必要時采用烤漆工藝，確保充電樁在各個環(huán)境下不能被腐蝕，確保達到設(shè)計使用壽命；電動汽車智能充電樁的內(nèi)部零件應(yīng)當(dāng)使用工業(yè)級的元器件；同時，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。

結(jié)論

電動汽車智能充電樁的設(shè)計與建設(shè)是實現(xiàn)國家電動汽車飛躍式發(fā)展的重要環(huán)節(jié)，隨著國內(nèi)電動汽車智能充電樁的不斷建設(shè)，充電樁的設(shè)計單位已經(jīng)積累了非常豐富的設(shè)計經(jīng)驗，甚至已經(jīng)走在了國際設(shè)計水平的前列，但是我們應(yīng)當(dāng)看到發(fā)展和完善充電樁的設(shè)計還有很長的路要走，必須進一步加強對智能充電樁的研究和創(chuàng)新工作，加快智能充電樁技術(shù)的進步，為國內(nèi)電動汽車事業(yè)的快速發(fā)展提供技術(shù)條件。

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