任新凱 曾輝 王飛

摘要：隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷提升，促進(jìn)了國(guó)內(nèi)電動(dòng)汽車事業(yè)的發(fā)展，國(guó)家已經(jīng)發(fā)展電動(dòng)汽車作為進(jìn)入國(guó)際市場(chǎng)的重要途徑，國(guó)內(nèi)電動(dòng)汽車越來(lái)越多，對(duì)于電動(dòng)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(shí)現(xiàn)了電動(dòng)汽車充電樁的覆蓋，滿足電動(dòng)汽車出行的充電要求，在很短的時(shí)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(dòng)汽車的充電樁設(shè)計(jì)還處于初級(jí)階段，還需要進(jìn)行深入的研究、創(chuàng)新設(shè)計(jì)，加強(qiáng)電動(dòng)汽車智能充電樁的環(huán)境適應(yīng)性，確保各個(gè)智能充電樁能夠穩(wěn)定供電，提高電動(dòng)汽車的充電效率，為國(guó)內(nèi)電動(dòng)汽車的發(fā)展鋪平道路。

關(guān)鍵詞：智能充電樁；設(shè)計(jì)要求；技術(shù)

引言

汽車已經(jīng)成為人們不可缺少的交通工具，在提供了便利的同時(shí)也在大量的消耗石油、天然氣等有限的能源，而且汽車尾氣也對(duì)人類賴以生存的自然環(huán)境造成了嚴(yán)重的污染。面對(duì)能源與環(huán)境的雙重壓力，電動(dòng)汽車應(yīng)運(yùn)而生，隨之對(duì)作為后勤保障充電系統(tǒng)的要求也越來(lái)越高。

1電動(dòng)汽車的充電方法以及建立智能充電樁的意義

1.1當(dāng)前電動(dòng)汽車的充電方法

1.1.1直流充電

直流充電方式是指直接由地面供給直流電源為電動(dòng)汽車自身的蓄電池充電。這種方式有兩個(gè)優(yōu)勢(shì)，一是可以使電動(dòng)汽車不需要配備車載充電裝置，從而減輕車身重量。二是功率大可以快速充電，從而節(jié)省充電時(shí)間。

1.1.2交流充電

交流充電方式需要220V或者380V的交流電源，并且在車載充電裝扮的濾波、整流以及保護(hù)之下對(duì)電動(dòng)汽車的蓄電池進(jìn)行充電。這種方式因?yàn)楣β瘦^小，所以充電時(shí)間相對(duì)來(lái)說(shuō)會(huì)長(zhǎng)一些，比較適合混合動(dòng)力的電動(dòng)汽車。

1.1.3配備多組蓄電池

配備多組蓄電池指的是至少為每輛電動(dòng)汽車配備兩組蓄電池，一組供電，一組充電，電量不足的時(shí)候需要及時(shí)更換已經(jīng)充好電的蓄電池。這種方式的優(yōu)點(diǎn)是可以在最短時(shí)間使用滿電蓄電池繼續(xù)工作，缺點(diǎn)是需要大量的蓄電池更換站點(diǎn)，對(duì)維護(hù)人員的需求也很高，相對(duì)來(lái)說(shuō)不僅投資大，智能程度也比較低。

1.2建立智能充電樁的意義

電動(dòng)汽車零排放、噪音小，屬于當(dāng)前人們所倡導(dǎo)的綠色出行，這些特點(diǎn)是其絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)，越來(lái)越多的人愿意使用，已經(jīng)漸漸被人們認(rèn)可，這就要求充電系統(tǒng)是必須的后勤保障。需求量的增多對(duì)充電方式的智能化要求就越來(lái)越高，傳統(tǒng)模式的效率就跟不上了，而且當(dāng)前電動(dòng)汽車一般都是采用能效高、體積小的鋰離子蓄電池，這種電池對(duì)充電、放電要求都比較高，也是繼續(xù)智能化的充電樁系統(tǒng)對(duì)各個(gè)環(huán)節(jié)的控制與預(yù)警，避免對(duì)電池造成嚴(yán)重?fù)p害以及威脅人身安全。

2智能充電樁的設(shè)計(jì)要求

2.1要經(jīng)受多種極端天氣的考驗(yàn)

電動(dòng)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(dòng)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(jìn)入，要對(duì)電動(dòng)汽車智能充電樁進(jìn)行遮擋。同時(shí)，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。

2.2要具有抗電磁干擾能力

電動(dòng)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(huì)有各種電磁干擾，這對(duì)電動(dòng)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(yùn)行。因此，充電樁在施工布置時(shí)，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(dòng)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(jiǎn)單化布置提供技術(shù)條件。

3智能充電樁的設(shè)計(jì)技術(shù)

3.1硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

電動(dòng)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(xiě)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(gè)充電過(guò)程，還可以通過(guò)一定的通信渠道將充電情況報(bào)送給服務(wù)器。為了確保電動(dòng)汽車充電樁能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn)，管理部門(mén)需要對(duì)充電樁進(jìn)行實(shí)時(shí)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(shí)監(jiān)測(cè)充電樁的各項(xiàng)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(wèn)題，通過(guò)監(jiān)控系統(tǒng)能夠立即執(zhí)行斷電操作，從而保護(hù)電動(dòng)汽車、人員和充電樁的安全，避免發(fā)生更嚴(yán)重的事故。

3.2軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.2.1系統(tǒng)工作流程

電動(dòng)汽車智能充電樁的系統(tǒng)工作流程是：如果電動(dòng)汽車由于缺電需要進(jìn)行充電，需要將IC卡刷卡或通過(guò)其他支付方式，進(jìn)入充電模式。電動(dòng)汽車充電樁的主控系統(tǒng)保證了充電過(guò)程，當(dāng)充電系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，就無(wú)法進(jìn)行充電操作，同時(shí)也會(huì)向服務(wù)器進(jìn)行報(bào)警。另外，充電是否能夠正常進(jìn)行，可以在正常充電或設(shè)備故障的指示燈上顯示狀態(tài)。

3.2.2功能模塊設(shè)計(jì)

電動(dòng)汽車智能充電樁的設(shè)計(jì)使用了模塊化設(shè)計(jì)，這是一種比較先進(jìn)的設(shè)計(jì)思路，它能夠使得智能充電樁非常高效地運(yùn)轉(zhuǎn)，而且具有非常好的延展性，為電動(dòng)汽車智能充電樁的發(fā)展具有重要意義。電動(dòng)汽車智能充電樁的功能模塊可以分為主控模塊、人機(jī)交互、讀卡器模塊、計(jì)量計(jì)費(fèi)模塊、打印模塊、后臺(tái)通信模塊、遠(yuǎn)程通信模塊等等。當(dāng)軟件系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，主控程序要根據(jù)系統(tǒng)配置文件進(jìn)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(guò)各模塊通信要能夠?qū)崿F(xiàn)信息采集與展示、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與展示、充電流程控制、計(jì)量計(jì)費(fèi)功能等基本功能，同時(shí)該主控程還應(yīng)當(dāng)具備后臺(tái)通信能力，能夠把充電過(guò)程中的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、充電記錄等信息上送到后臺(tái)操作系統(tǒng)。

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(duì)用戶信息與充電樁數(shù)據(jù)交互過(guò)程中所使用的臨時(shí)變量進(jìn)行加密處理，并對(duì)傳遞過(guò)程進(jìn)行線路加密，保證了用戶信息與充電樁進(jìn)行數(shù)據(jù)交互的過(guò)程中，信息不會(huì)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(jī)制和加密算法，并將生成的密鑰存儲(chǔ)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(jìn)行加密，并存儲(chǔ)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(jìn)行相關(guān)的用戶識(shí)別、扣費(fèi)等操作。

3.3環(huán)境及電磁兼容設(shè)計(jì)

電動(dòng)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(dòng)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(gè)微弱的電磁信號(hào)就導(dǎo)致無(wú)法充電。

電動(dòng)汽車智能充電樁要進(jìn)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(jìn)入充電樁中，造成充電樁短路或損壞；電動(dòng)汽車智能充電樁要能夠?qū)?nèi)部熱量及時(shí)散出，避免由于熱量集聚而燒毀設(shè)備；電動(dòng)汽車智能充電樁要采用不銹鋼材料，必要時(shí)采用烤漆工藝，確保充電樁在各個(gè)環(huán)境下不能被腐蝕，確保達(dá)到設(shè)計(jì)使用壽命；電動(dòng)汽車智能充電樁的內(nèi)部零件應(yīng)當(dāng)使用工業(yè)級(jí)的元器件；同時(shí)，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)語(yǔ)

隨著國(guó)內(nèi)電動(dòng)汽車智能充電樁的不斷建設(shè)，充電樁的設(shè)計(jì)單位已經(jīng)積累了非常豐富的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，甚至已經(jīng)走在了國(guó)際設(shè)計(jì)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(jì)還有很長(zhǎng)的路要走，必須進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)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(jìn)步，為國(guó)內(nèi)電動(dòng)汽車事業(yè)的快速發(fā)展提供技術(shù)條件。

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