淺談電動(dòng)汽車充電樁設(shè)計(jì)與應(yīng)用

蔡興桐

南京紫泉電力設(shè)計(jì)咨詢有限公司 江蘇 南京 210000

前言：面對(duì)當(dāng)前社會(huì)越來越嚴(yán)重的能源危機(jī)，如今人們對(duì)能源保護(hù)、能源充分利用以及環(huán)境管理的重視度在不斷增強(qiáng)。很多國(guó)家與地區(qū)都有提出相應(yīng)的支持政策，為的就是推動(dòng)社會(huì)朝向綠色環(huán)保發(fā)展轉(zhuǎn)型。其中一個(gè)重要的關(guān)鍵點(diǎn)就在于電動(dòng)汽車。電動(dòng)汽車本身對(duì)自然資源的耗用少，故有著十分良好的發(fā)展前景。但必須強(qiáng)調(diào)的是，因?yàn)閲?guó)內(nèi)產(chǎn)業(yè)并不成熟，所以市場(chǎng)中存在著充電樁數(shù)量不足、接口不匹配等一系列問題。為了帶給人們更健康的生活環(huán)境，同時(shí)也是為了規(guī)范行業(yè)化發(fā)展，國(guó)家近些年有推行相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范充電樁設(shè)計(jì)。只有將經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益放在同樣重要的位置，理解功能需求，創(chuàng)新智能技術(shù)，才能夠保障充電樁的實(shí)用性與安全性。

1 國(guó)內(nèi)外電動(dòng)汽車充電樁發(fā)展現(xiàn)狀

近些年為推動(dòng)社會(huì)朝向綠色、可持續(xù)方向轉(zhuǎn)型，國(guó)內(nèi)外有大力發(fā)展電動(dòng)汽車，與之對(duì)應(yīng)的是充電樁技術(shù)獲得了快速發(fā)展。有數(shù)據(jù)顯示，目前美國(guó)充電樁已經(jīng)擁有5.7萬個(gè)左右。國(guó)內(nèi)方面國(guó)家電網(wǎng)計(jì)劃2020年在國(guó)內(nèi)建成3.2萬充電樁。而民營(yíng)運(yùn)營(yíng)商中的佼佼者特來電、星星充電等到2019年初也發(fā)展到了相當(dāng)?shù)囊?guī)模。

2 電動(dòng)汽車充電樁種類

2.1 直流充電樁

當(dāng)前這種樁大多被用在混合公交車、電動(dòng)汽車。該樁充電效率快，功率比較大，所以需要重視與注意的就是電網(wǎng)保護(hù)。大多數(shù)直流充電樁被建立在大型停車場(chǎng)。故要做好電池情況的實(shí)施監(jiān)督。該樁有自動(dòng)報(bào)警與保護(hù)功能，能夠根據(jù)電池電壓情況、溫度情況自動(dòng)調(diào)整電流、電壓。直流樁內(nèi)部有不同數(shù)量的充電模塊并聯(lián)供電，能夠靈活的配置為不同大小功率充電效率快、充電效果好。典型的充電功率為120kW直流雙槍一體機(jī)、主流模塊廠商有英可瑞、華為等等。

2.2 交流充電樁

這種樁在小型汽車與家庭汽車中有著廣泛使用。殼體選用有著較強(qiáng)抗沖擊力、老化的材料，本身十分堅(jiān)固。并且這種樁抗電磁干擾效果突出，能夠在額定負(fù)載條件(國(guó)標(biāo)為7kW)下保持穩(wěn)定、連續(xù)運(yùn)行。交流樁內(nèi)部沒有AC/DC轉(zhuǎn)換，靠的是車載充電機(jī)進(jìn)行電能轉(zhuǎn)換，所以充電耗時(shí)長(zhǎng)，但這種樁功率低，所以大多配置在車輛長(zhǎng)時(shí)間停放的情況下使用，比如住宅小區(qū)。

2.3 一體充電樁

有部分廠家生產(chǎn)同時(shí)提供交流和直流充電的充電設(shè)施，這種充電樁同時(shí)具備交流充電與直流充電的能力，白天的時(shí)候可以用直流充電快速充電，夜間的時(shí)候則選用交流充電慢速充電。通常來說這種充電樁都有配備蓄電池以及自動(dòng)充滿功能，為的是控制充電帶給電池造成的負(fù)面影響。充電模式主要包括智能、定量、定時(shí)這三種模式。為保障充電樁能夠可靠、安全運(yùn)行，需要為充電樁配備過流、短路、漏電保護(hù)功能。

3 充電樁設(shè)計(jì)思路

3.1 設(shè)計(jì)要求

設(shè)計(jì)充電樁的時(shí)候需要考慮到充電樁往往會(huì)在非常惡劣的環(huán)境中運(yùn)作，強(qiáng)烈的磁場(chǎng)效應(yīng)與噪音都是需要面對(duì)的考驗(yàn)與問題。絕大多數(shù)充電樁被設(shè)置在戶外，而戶外環(huán)境就會(huì)受到雨雪侵蝕以及灰塵覆蓋。充電樁應(yīng)當(dāng)具備足夠的密閉性與抗腐蝕性。此外韌性、自熄、阻燃、抗壓也是需要考慮的問題。內(nèi)部要做好散熱量處理，合理性布局整體結(jié)構(gòu)，以便保障充電樁能夠穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，具備足夠的抗電磁干擾能力。

3.2 設(shè)計(jì)要點(diǎn)

大多數(shù)充電樁在使用中都需要面對(duì)高負(fù)荷、長(zhǎng)時(shí)間工作要求。設(shè)計(jì)充電樁的時(shí)候必須將重心放在穩(wěn)定性、可靠性方面，保障充電效率和質(zhì)量。充電樁一定要具備無損充電以及快速充電這些能力。充電電流要保持足夠平滑，減少充電過程中帶給電池的負(fù)荷、負(fù)載影響。

充電樁硬件方面可以選用適應(yīng)性更強(qiáng)的模塊結(jié)構(gòu)以此應(yīng)對(duì)雷電沖擊。要做好抗靜電干擾、抗電磁場(chǎng)干擾以及過壓防護(hù)工作。材料方面可以用鍍鋅鋼板，并在其表面均勻涂抹保護(hù)漆膜，為的是在遇到雨雪天氣時(shí)候能夠減少腐蝕性影響。

在設(shè)計(jì)充電樁的時(shí)候，有必要處理好防靜電要求，主要方法就是使用雙向瞬態(tài)抑制二極管接地。此外內(nèi)部控制板需要確保觸摸顯示屏、無線模塊、電能計(jì)量、總控單元的充分連接。硬件系統(tǒng)主要就是充電模塊、識(shí)別模塊、計(jì)費(fèi)模塊、顯示與監(jiān)控模塊。其中最核心的是主控模塊，配有大量的控制對(duì)接串口與以太網(wǎng)接口，用于監(jiān)測(cè)使用。

監(jiān)控模塊能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)充電樁的運(yùn)作情況，保障了充電樁在使用過程中足夠可靠與安全。如遇到異樣情況需要第一時(shí)間切斷電源用于保護(hù)車載電池、電動(dòng)汽車、充電樁足夠安全。主要就是開關(guān)量、模擬量的保護(hù)工作。采集到足夠監(jiān)控模塊數(shù)據(jù)以后，這些數(shù)據(jù)會(huì)被發(fā)送到監(jiān)測(cè)單元進(jìn)行匹配為充電樁供給相應(yīng)的電量。

顯示模塊有配備許多的硬件比如按鍵、指示燈、觸摸屏、顯示器。在使用充電樁的時(shí)候根據(jù)顯示器的提示了解充電要求，選擇對(duì)應(yīng)按鍵充電。充電中亮起指示燈代表正在工作。電滿后熄滅指示燈意味著充電結(jié)束。

不論是硬件還是軟件都要嚴(yán)格按照國(guó)家規(guī)定、國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)合理使用資源，用靈活、方便的軟件為人們提供服務(wù)。充電樁總共包括應(yīng)用軟件、支持軟件、系統(tǒng)軟件，配有安全、通信以及主控一類模塊。

4 充電樁管理

為了方便人們找到充電樁，使用充電樁，可以設(shè)置一體化服務(wù)中心，比如設(shè)計(jì)充電樁尋找、使用APP，如同共享單車一樣，在人們需要使用充電樁時(shí)，直接打開APP，隨后人們就可以按照規(guī)劃的路線前往充電樁。并且該APP系統(tǒng)還可以作為充電樁運(yùn)營(yíng)單位的控制系統(tǒng)，利用該軟件獲知每一個(gè)充電樁的運(yùn)行情況、使用數(shù)據(jù)，將其組織成一個(gè)龐大的管理網(wǎng)絡(luò)。

此外還要成立智能數(shù)據(jù)庫(kù)，數(shù)據(jù)庫(kù)中的資料包括歷史資料以及實(shí)時(shí)資料。其中包括每一個(gè)電動(dòng)車、充電樁、用戶賬號(hào)等數(shù)據(jù)。管理充電樁的時(shí)候最重要的一項(xiàng)工作就是統(tǒng)計(jì)分析市區(qū)內(nèi)的各個(gè)充電設(shè)施。除此之外還要對(duì)每一個(gè)充電樁收支情況、服務(wù)情況進(jìn)行管理，保障充電樁能夠?yàn)槿藗兲峁└咝У姆?wù)，確保充電樁能以規(guī)范化、智能化的形式為人們服務(wù)，便利管理。

結(jié)語：從本文的敘述可以看得出，電動(dòng)汽車今后前景一片光明，有著十分良好的發(fā)展環(huán)境。在充電樁需求量不斷增加的今天，有必要設(shè)計(jì)出更便利人們使用的充電樁裝置，其對(duì)社會(huì)的發(fā)展、國(guó)家的建設(shè)、人們的幸福度提升都有重要幫助和意義。