深圳市永联科技股份有限公司 518055
摘要：电动汽车作为一种发展前景非常广阔的绿色交通工具，今后的普及会异常迅猛，未来的市场前景也是异常巨大的。在全球能源危机和环境危机严重的时代背景下，充电桩作为发展电动汽车所必须的重要配套基础设施，具有非常重要的社会效益和经济效益。基于此，本文结合某交直流一体充电桩的结构设计进行了分析探讨。
关键词：充电桩；结构设计；交直流一体
1.充电桩概述
充电桩其功能类似于加油站里面的加油机，可以固定在地面或墙壁，安装于公共建筑（公共楼宇、商场、公共停车场等）和居民小区停车场或充电站内，可以根据不同的电压等级为各种型号的电动汽车充电，如下图1所示。充电桩的输入端与交流电网直接连接，输出端都装有充电插头用于为电动汽车充电。充电桩一般提供常规充电和快速充电两种充电方式，人们可以使用特定的充电卡或APP扫码在充电桩提供的人机交互操作界面上使用，进行相应的充电方式、充电时间、费用数据打印等操作，充电桩显示屏能显示充电量、费用、充电时间等数据。根据相关数据显示，截至2017年底，我国充电桩建设数量已经达到45万个，其中公共充电桩数量为21万个，保有量居全球首位。
图1充电桩
2.充电桩的分类
充电桩可分为直流充电桩，交流充电桩和交直流一体充电桩。直流充电桩可直接为电动汽车的电池充电，因此可以实现电动汽车快速充电；而交流充电桩本身并不具备充电功能，其只是单纯提供电力输出，还需要连接电动汽车车载充电机，方可起到为电动汽车电池充电的作用，所以交流充电桩无法实现快速充电，只能实现慢充。而交直流一体充电桩既可实现直流充电，也可以交流充电。白天充电业务多的时候，使用直流方式进行快速充电，当夜间充电站用户少时可用交流充电进行慢充操作，其主要功能特点如下：①提供人机交互操作；提供直流、交流充电接口；②具备语音提示功能；具备刷卡功能；具备APP扫码功能；③具备打印凭条的功能；④和BMS实时通信，获取动力电池类型、单体电压、剩余容量、温度、告警等信息；⑤向充电机发生控制指令、开关信号，控制充电机启动与停止，获取充电机状态信息；⑥具备充电接口的连接状态判断、联锁、控制导引等完善的安全保护控制逻辑。
综上，交直流一体充电桩有着较大的优势因而在今后的发展中值得推广应用，下面本文就通过一款交直流一体充电桩的结构设计要点进行分析。
3.交直流一体充电桩结构设计分析
交直流一体充电桩产品在结构设计上需要满足充电电源模块和电器主回路和控制系统的安装，需要考虑电器主回路的配线和电气安全问题。同时，充电桩是用于新能源纯电动汽车充电的一种终端设备，需要有人机操作界面，需要刷卡使用、按键操作，液晶界面能显示充电量、费用、充电时间等数据，因此在设计操作界面时需要考虑用户操作使用的友好和便捷性。
3.1结构总体设计
该充电桩产品考虑户外防护和散热的要求，采用强制风冷结构设计。桩体材质采用低碳钢板，厚度1.5m，加工方式采用钣金折弯、焊接成型工艺。桩体表面通过静电粉末喷涂工艺处理实现整体外观质感，同时保护钢板不被锈蚀。
充电桩产品按照整体布局设计，设备顶部安装亚克力顶棚，起通风、防雨和装饰作用，左右侧为左右侧板，左侧为交流接口，直流电接口位于桩体的右侧，底部为底框部件，作为现场安装基础，内部框架作为桩体的骨架，用于安装各种电器件。
产品整体造型以长方体为主，，局部加圆角、曲面。桩体的整体外形设计，主要根据充电模块的数量和大小，内部电器件的安装和走线空间，最终桩体外形尺寸定为1840mm×750mm×550mm。
3.2桩体内部结构设计
桩体内部结构布置根据电器功能的要求，采用模块化设计，每一个电器功能单元安装到一个安装整板上面。同时，根据产品的电气原理图的走线要求，实现合理化布置。
桩体内主回路走线设计为自下而上，从左到右。因此，内部电器件布局从下到上依次为交流进线部分、整流模块部分、直流输出部分、充电接口和控制单元。同时，在走线中要做到强弱电分离，以减少对信号线的电磁干扰。
3.3关键部件设计
3.3.1面板指示灯
充电桩的面板指示灯使用高亮LED灯珠，通过在面板与灯板之间上增加了导光柱和分光膜等零件，实现了面板指示灯在点亮时发光细腻均匀的效果。充电桩指示灯在结构上不凸出面板表面，在外观视觉效果上较普通的指示灯更好。
3.3.2面板按键
对大多按键的使用功能上来讲，按键与面板直径必定存在缝隙，因此面板按键的防水设计是难点。充电桩的面板按键采用亚克力薄膜按键方式，既实现了薄膜按键的整体防水功能，又较普通薄膜按键又更好的操作手感和耐用性。
3.3.3充电接口
充电接口是充电桩产品中最为特殊和重要的部件，其结构设计保证其使用稳定可靠和操作方便。充电桩交流充电接口，采用掀盖式设计，充电接口安装桩体内框壳体上，在侧门对应位置增加一个掀盖式的舱门结构。直流充电接口则为外伸托架式设计，托架上有固定充电插头和卡主电缆的结构，在充电电缆可牢固可靠地挂在设计的托架结构上。
3.4人身安全保护设计
充电桩体的外壳零件均为碳钢材质，各零件件采用螺钉连接方式等搭接方式，桩体后门与桩体用6平方接电线连接，使桩体具有良好的导电连续性，保证了桩体整体的屏蔽效能。桩体的后门、顶盖等金属材质外壳均通过6平方接地线连接在一起，采用保护接地。桩体中的非金属零件原材料均为阻燃材质，满足UL94V0级要求。桩体内电器件和外部接线端子应设计安装在离地面600mm以上的位置，电器件和铜排的间距应该满足安全电气间隙和爬电距离的要求。
结束语
充电桩产品的结构设计，是对于户外设备的结构设计的崭新应用。产品设计既需要满足外观新颖、人机操作便利，又需要满足对人电气安全、充电接口设计等新的要求。因此，在进行充电桩产品的结构设计时，一定要对产品的各类设计需求进行梳理，结合外部应用环境和电气要求系统地进行分析，最终得出合理化的产品设计。
参考文献
[1]王旭，齐向东.电动汽车智能充电桩的设计与研究[J].机电工程，2014.
[2]赵兵，岑炜，翟峰，等.具有安全防护功能的电动汽车充电桩控制装置[J].低压电器.2013.
[3]徐坤，周子昂，吴定允，等.电动汽车交流充电桩控制系统设计[J].河南科技大学学报.2016.
论文作者:唐林
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第36期
论文发表时间:2018/6/7
标签：结构设计论文; 电动汽车论文; 功能论文; 接口论文; 按键论文; 面板论文; 电器论文; 《建筑学研究前沿》2017年第36期论文;