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摘要：新时期，为了缓解环境问题，汽车工业正在逐渐朝向环保、清洁的方向发展，电动汽车即为一大重要产物。充电桩是电动汽车的能源供应设备，研究电动汽车充电桩设计具有十分重要的现实意义。
关键词：电动汽车；充电桩；设计
1电动汽车充电桩背景及发展现状
新时期，工业发展迅速，同时带来很多环境污染问题，随着人们对环境保护的意识逐渐增强，电动汽车应运而生并逐渐推广，现阶段，电动汽车在整个汽车市场已经占有十分重要的地位。在电动汽车发展初期，由于配套设施不够完善，在一定程度上限制了电动汽车的发展，这一问题逐渐引起了相关部门的重视。目前，我国国家电网投入大量资金用于电动汽车配套设施建设，包括充电站、充电桩等，并且已经获得了一定的建设经验。
2电动汽车充电桩设计与研究
2.1外部机构与总控单元
电动汽车充电桩可利用交叉覆盖的工艺进行设计，结构的强度要满足IP65防护要求，能够起到防水作用。电动汽车充电桩的主体设计方面，可采用镀锌钢板作为硬件材料，为防潮、盐、雾等影响，需在镀锌钢板外表进行烤漆工艺，涂抹一层保护漆膜，防止因外界环境影响造成的硬件材料腐蚀。充电桩的元器件可采用STM32F107VCT6微控制器，其包含以太网接口、高性能的ARMCortex-M332位RISC内核，16个10接口、6个与各个控制单元对接的串口，能够满足监测、使用工作的需要。另外，该设备可以在工业级的温度范围内开展工作，极大地提高了总控单元的运行效果。
2.2充电桩智能监控系统
2.2.1硬件框架组成
充电池监控系统的结构图如图1所示。图1中，AC交流电源输入为直接接入的380V电网电源，经过中央处理单元的滤波、整流、稳压等一系列操作变成可供电动汽车充电的可用直流电源。IC卡识别模块用来用户激活充电桩的方式，通过读卡器识别IC卡上的用户信息，可用来显示余额，以及个人信息。状态显示用来显示当前的充电模式、充电电流/电压以及电池的充电状态等信息。
图1充电桩监控系统系统的结构图
硬件系统主要包括中央主控板、IC读卡器、检测芯片、以及显示电表和显示屏、键盘、通信模块等设备。主控板是硬件系统的核心组成部分，完成充电过程的启动、运行、实时监控以及关闭，并可通过多种通讯方式将数据实时传输至后台，主控板的主要功能特点包括：具备7个串口，下位机检测以及数据采集办卡通过通用串行总线和上位机CPU模块进行通信，同时上位机需具备显示功能。具备一个以太网口，动态的SDRAM控制器，NAND控制器，以及多路口，具备工业级的温度范围等。为了实时监测充电桩的运行状态，保证充电过程的安全可靠，本研究设计了监控保护单元，该单元对充电桩的进线输入电压、充电输出电压/电流、充电接口连接状态、车载电池管理系统状态、车载电池状态等进行实时监测，一旦出现异常，能够及时切断电源输出，保护电动汽车电池及充电桩本身的安全。
2.2.2软件构成
软件系统程序流程图如图2所示。当用户需要充电时，将电动汽车的充电插口与充电桩的充电手柄相连接，然后通过IC卡读卡器激活充电桩；如果充电手柄与充电插口连接不正常则提示报警。用户身份识别完成后，用户可选择充电模式和充电时间，同时充电桩检测电池状态，如果电池当前状态不允许用户选择当前充电模式的话，则提示报警，由充电桩给出合理的充电模式的选择建议。当充电模式选择正确后，则可以研究正常充电过程，在充电过程中，显示屏会显示当前用户的信息、卡余额、充电时间以及估计剩余时间等等有效信息。充电结束后，充电桩给出提示，卡计费停止，打印票据，用户离开，充电桩自动进行锁定状态，等待下一用户激活。
图2软件系统程序流程图
2.3电动汽车充电桩软件系统设计
2.3.1主控模块
主控模块能够按照用户的需求自动设计最佳的服务方案，在客户做出选择之后，将客户信息传递到硬件模块，开始充电。与此同时，主控模块还可收集用户的各种信息，例如智能充电桩的充电记录、实施运行数据等等。
2.3.2安全模块
安全模块是由数据加密模块、读卡器、密钥管理系统、数据解密模块等组成。数据加密模块可根据一定的加密形式，把用户的各种信息进行加密之后保存。读卡器可利用硬件加密技术将充电桩数据与用户卡交互中所获得的变量进行加密，在传输中能够对具体线路加密，从而保证信息数据的相对安全。密钥管理系统可以提供密钥的加密算法和生成机制。数据解密模块可以把用户信息进行还原变成原始数据，同时能够提供给用户进行识别。
2.3.3电气设计
电动汽车充电桩桩体的结构，应当采用交叉覆盖的工艺，不但有利于工作时空气的流动，方便充电桩散热，同时还能提高充电桩体的防护能力。充电桩的主体可采用镀锌钢板，电动汽车的外表可以使用烤漆工艺，提高抗蚀能力和防锈能力。电动汽车所有的零部件都要达到工业级要求，充电桩的电气设计，可采用磁环、压敏电阻及瞬变抑制二极管等，确保充电桩在恶劣环境下的稳定工作。
2.4环境及电磁兼容设计
现阶段，电动汽车充电桩一般都是在室外环境下的，因此工作环境比较恶劣，容易受到天气的影响。另外，电动汽车充电桩属于充电设备，因此必须具备一定的抗电磁干扰能力，确保正常工作。对于电动汽车充电桩的桩体结构，可以使用交叉覆盖的工艺，不仅能够提充电桩体的防护能力，而且有利于在工作状况下形成良好的空气流动，提高充电桩的散热能力。对于充电桩的主体材料，一般采用镀锌钢板，并且对其外表使用汽车烤漆工艺，能够提高其抗锈能力以及抗蚀能力。在电动汽车元件选型中，对于所有的零部件，必须确保其达到工业级要求；对于充电桩电气设计，可以采用压敏电阻，磁环以及瞬变抑制二极管等，保证充电桩在恶劣的环境下也能够稳定工作。
3结束语
通过本文研究可以发现，电动汽车充电桩设计由多个部分构成，包括硬件设计、软件系统设计、环境及电磁兼容设计。在设计过程中，对于每个设计环节都应该加强研究和管理，综合考虑充电桩的实际应用需要，确保充电桩设计的可行性，促进电动汽车发展。
参考文献：
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[2]宣婷婷，孙燕.配电站与电动汽车充电桩合建的应用研究[J].上海节能，2014（11）.
作者简介：
范长春（1982.4-），男，江苏扬中人；中国矿业大学（北京）机电学院，本科，电气工程师；单位：常州隆昌电力有限责任公司；研究应用方向：新能源发电及汽车充电桩。
论文作者:范长春
论文发表刊物:《电力设备》2017年第36期
论文发表时间:2018/5/14
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