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摘要：随着社会不断发展，人们出行越来越多，对于汽车的需求约越来越多，但是大部分汽车都需要依靠燃烧汽油为动力，不仅加剧了能源短缺，还对大气环境带来了很大的伤害，因此新型的电动汽车应运而生，电动汽车顾名思义，就是以电能为动力的汽车。充电桩是电动汽车的电能来源，所以只有加强对于电动汽车充电桩的研究和设计，才能为电动汽车的发展奠定良好的基础。本研究就电动汽车充电桩的设计问题展开了一系列的研究，首先分析了电动汽车充电方式，然后就充电桩系统的操作模式以及充电桩监控系统的主要功能进行了分析，最后提出了关于电动车充电桩的设计，对于促进电动汽车的普及，有很好的借鉴意义。
关键词：电动汽车；电能；充电桩；设计；研究
1.前言
常规的汽车都是采用汽油为主要燃料，这在很大程度上加剧了环境污染程度和能源负担。所以世界上很多国家都在致力于电动汽车的研究，我国在电动汽车研究领域起步相对较早，发展迅速，目前电动汽车在我国很多城市已经普及了。电动汽车是采用电能为动力的新型汽车，具有零污染，零噪音，不影响正常驾驶的优点，备受人们关注，但是电动汽车由于依靠电能充电，所以其续航能力不如以汽油为燃料的汽车，再加上充电不便利也影响了电动汽车的进一步普及。目前很多电动车都是采用蓄电池为主要电能来源，当电量过低时必须及时补给，不然在电量过低的情况下行驶会影响汽车。因此，有必要就电动车的充电桩系统进行研究，解决电动汽车充电不方面的窘况。
另外，面对当前全球“能源危机”和全球“气候变暖”等问题，新能源的发展和应用越来越受到关注。因此，新能源汽车也日益成为全球竞相发展的热门产业。电动汽车作为未来新能源汽车发展的大方向，必将引起越来越多的重视。随着电动汽车的进一步发展，必将带动电动汽车充电设备的发展和使用。近年，电动汽车充电桩得到了迅猛的发展。但是现有的大多数电动汽车充电桩主要存在如下问题。
2.电动汽车的充电方式和建设充电桩系统
2.1 电动汽车的主要充电方式
2.1.1 交流充电
交流充电是电动汽车主要的充电方式之一，它的电力来源是电网提供的交流电，采用车载充电装置的滤波、整流以及保护等功能实现充电。该种充电方式需要较长的充电时间，充电功率不大，所以对于适用车型有限制，比较适合小型的电动车或者混合动力汽车充电。
2.1.2 直流充电
直流充电也是电动汽车充电的方式之一，该充电方式主要采用地面上的直流电源为动力，利用充电设备对车上的蓄电池进行充电，不需要车载充电装置，所以在很大程度上减轻了车重；直流充电的功率一般较大，充电所需时间较短，比较适合耗电量好、需要经常充电的城市公交车或者大型的电动车。
2.1.3 更换电池组
所谓更换电池组，顾名思义就是在电动汽车上准备两组蓄电池，一个蓄电池为电动车的启动提供动力，另一个电池组处在充电的状态，当提供动力的电池电量过低的时候更换蓄电池，如此反复使用，这种充电方式需要大量的蓄电池更换站，还需要大量的人工对其进行维护，所以需要耗费的人力和物力都比较大，缺乏智能化，不提倡使用。
2.1.4 非接触式充电
非接触式充电，就是在路面上镶入电气元件，这种电气元件能够与车辆进行随时接触，这样就能够保证汽车在行驶的过程中一边行驶一边充电，不会受到时间和地点的干扰，但是该种充电方式受到的关注比较小。
2.2 建设充电桩系统
随着社会的不断发展，科学技术水平不断提高，电动车的充电是一个大问题，像加油站一样，充电桩其实类似于汽车的加油站。现在很多电动车的电池都是采用锂电池，其体积小，能效高被广泛认可。所以有必要结合电动车充电的实际情况建设充电桩系统。
2.2.1充电桩建设的两种可操作模式
充电桩的两种可操作模式分别是交流充电桩和直流充电桩。前者主要建设在小区的停车场，使用的电压为220V的交流电，采用地面充电桩能够为私家车等小型汽车提供充电服务，这种交流充电桩的主要优势是在夜间充电；后者主要建设在电动公交车站等大型停车场，为大型汽车快速进行充电，在建设过程中需要考虑电网保护问题。
2.2.2 充电桩监控系统的主要功能
电动汽车充电桩需要有监控系统，监控系统的主要功能包括对于IC卡的识别，充电桩的交直流点进行检测和保护；对于电动车电池的充电状态进行检测和控制；能够与上级管理进行通信和数据对接；还能够对电动车的电池进行智能化的维护，在充电过程中对于电池进行检测。
3.关于电动车充电桩的设计
3.1 硬件系统的设计
对于电动车的硬件设计，因为电动车的充电桩系统相对复杂，其组成构件比较多，包括主控制板，IC卡读卡器，触摸屏，指示灯等。在电动汽车的充电桩系统中，最核心的构件是主控制板。它能够对电动车的充电过程进行系统的控制，主要包括充电启动，充电过程的监测以及充电完成后关闭等，还具备一定的通信功能，将充电桩的工作数据记录并且保存，传给后台监测系统。此外充电桩的主控板结构也是相当复杂的，不仅包括控制器，还包括很多串口。为了实现对电动车的充电桩进行有效的监控，最大限度的保护充电过程的稳定性，在设计时有必要增添保护监测系统，通过系统监测，对电动汽车充电桩的电压，接口连接状况进行检测，当发现异常后需要立刻切断电源，保护充电桩和充电汽车的安全。充电桩的硬件系统组成如图一所示
图一：充电桩的硬件系统组成
3.2 软件系统的设计
对于电动汽车的充电桩进行设计，除了硬件系统，还包括软件系统，在对电动汽车的软件系统进行设计的时候需要严格遵循模块化的编写原则，保障软件系统的可行性，有利于提高软件系统的扩展性。根据电动汽车充电桩的具体软件系统，可以将其分为几个组成部分：主控制系统、读卡器系统、通信系统等，电动充电汽车充电桩的软件系统功能架构如图二所示
结合具体的软件系统，充电桩后台的管理系统可以利用总线路和下位机交流充电桩完成通信，实现对于下位机的充电桩的统一监控，实现有效的管理。当充电桩的软件系统启动的时候需要将充电桩的主控制程序结合系统的文件信息和充电桩的具体配置情况对通信模块进行加载使用。充电桩的软件系统的设计必须保障其强大的信息处理能力，能够利用主控程序完成对于所有系统的协调控制。此外，主控系统能够通过各个模块之间的通信设备将用户的充电信息进行展示，采集所需要的数据，对充电过程产生的费用进行精确的计算，同时能够及时将数据上传给后台控制系统。
3.3 环境以及电磁兼容系统的设计
目前，大部分的电动汽车的充电桩都是在室外的，所以由于室外条件复杂，导致充电桩的工作很容易受到天气的影响，因此需要采取一定的保护措施，保障充电桩正常工作。
4.结语
综上所述，电动汽车是未来汽车存在的主要形式，所以就电动汽车充电问题必须引起足够的重视，对于充电桩的设计需要不断优化，结合电动汽车的充电需要，促进充电桩的设计，完善设计过程，保障电动汽车充电的稳定性和安全性。因此，为了克服传统电动汽车充电桩的局限，必需改进电动汽车充电桩的拓扑形式和控制算法，高性能电动汽车快速充电桩由此应运而生。高性能电动汽车快速充电桩不仅能够实现传统电动汽车充电桩的所有功能，并且具有：充电速度快、充电对象多样、高频器件设计容易等优点。
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论文作者:高松伟
论文发表刊物:《电力设备》2017年第9期
论文发表时间:2017/8/1
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