摘要：随着社会的进步与发展，人们越来越重视生态文明建设和对自然资源的保护，众所周知自然资源分为可再生资源与不可再生资源，而自从第二次工业革命卡尔·弗里特立奇·奔驰发明了第一辆汽车后，市面上的动力交通工具都以燃烧石化燃料为主，也就是文明平时所说的煤炭、石油等。但常规石化燃料属于不可再生资源，环境污染大且消耗速度逐年增长。基于此背景，为了构建环境友好型社会，我国也开始了对于电动汽车领域的研究，节约自然资源、促进可持续发展。
关键词：电动汽车;智能;充电桩;设计;研究;智能监控;CAN总线;
1 电动汽车 (EV) 的充电方法和建设充电桩监控系统的必要性
1.1 交流充电
与交流电网连接，使用交流电流为电动汽车充电，交流电电压一般为220V或380V，流电无法直接为蓄电池提供电源，需要有充电机的过渡即车载充电装置。交流充电一般时间较长但安全性高，适合小型电动汽车或外接充=充电式的电油混合动力汽车。
1.2 直流充电
这种充电方式是通过由地面提供直流电源，不需要借助充电机就可以直接为蓄电池充电，所以直流充电方式要比交流充电快很多，一般情况下交流充电充满是1个小时左右，但交流充电需要6至8小时。但与此同时直流充电相较于交流充电就没有那么稳定，且对电池损耗较大。这种充电方式适合电动公交车等大型电动汽车和小型电动汽车快速充电。
1.3 快速更换电池组
简而言之就是为电动汽车准备备用蓄电池，当电动汽车正在使用的蓄电池电量不足时，则更换另一组电量充足的蓄电池。快速更换电池的方法有利也有弊，好处就是与外接式的充电模式相比，快速换电池充电时间被最大化压缩，但同时快速更换电池的充电方式也有很大的限制，首先就是我们开头所提到的电动汽车蓄电池过于笨重这一点其实就已经不是十分便利，更何况如果每辆电动汽车如果都使用这种方式充电，去哪里获取备用蓄电池，由谁来对于蓄电池进行日常补充电量和维护都是值得探讨和解决的。所以总体来说，快速更换电池预计成本高、便捷程度低不利于大范围推广。
1.4 非接触式充电
非接触充电装置有电磁感应、磁共振、微波三种方式。电动汽车一般的充电方式都为接触型，需要借助电缆进行连接，这样的充电方式可能会出现接触不良、漏电等状况，所以此时就提出非接触式的充电方式。非接触式的充电模式主要依靠磁能与电能的转化不需要借助缆线连接，且具有占地面积小、充电地点灵活等特点。但这种充电方式因为技术、受众等等的原因暂时无法大范围使用。
2 电动汽车 (EV) 充电桩监控系统实现的功能
2.1 充电桩建设的两种可行模式
2.1.1 完善充电基础设备，建设交流充电桩
电动汽车交流充电桩就是我们平时所说的“慢充”，交流充电桩的输入端与交流电网直接连接，一般采用220V或380V的交流电压，这两种电压基本上就可以满足小型电动汽车等充电需求。交流充电柱相较于直流充电柱来说充电时间要长5至留个小时，但对于本身蓄电池的损耗小，当电动汽车不是急需要充电时一般都选择交流充电柱，这一类型的充电柱一般安装于小区或停车场等地。
2.1.2 完善充电基础设备，建设直流充电桩
电动汽车直流充电桩就是我们平时所说的“快充”，直接用直流电进行供电不加以转换，充电速度较快，故电动汽车在外行驶电量不足时，直流充电桩就是临时补充电量的第一选择。一般直流充电桩的功率都比较大 (有60kw、120kw、200kw甚至更高) ，对电网会造成冲击，所以在建设的时候要考虑对电网的保护措施，使用次数过多也会伤害电池，减少电池的使用寿命。直流充电桩一般建设在电动公交车站或者高速服务区，可以快速地完成车辆充电工作，解决临时充电问题。
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该研究针对交流电压220V、380V充电桩的监控系统设计。
2.2 监控系统的主要功能
(1) 具备IC卡识别功能，通过手持IC卡进行充电桩的激活以及计费的功能。
(2) 具备对充电桩交流电源的电压和电流的检测和保护功能。
(3) 具备对充电电压、充电电流、充电阶段等进行监控的功能。
(4) 具备通信功能，及时进行信息交换和反馈。
(5) 具备能够在充电过程中，对电池进行检测，分析电池是否处于故障状态，适度维护电池的功能。
3 充电桩智能监控系统的设计
3.1 硬件框架组成
充电池监控系统的结构。平常的直流电流无法供电动汽车直接使用，需要进行进一步的处理转化在电动汽车接受范围内的直流电源，一般为380V。AC交流电源输入为直接接入的380V电网电源，再经中央处理。为了能让用户充分了解并使用智能充电柱，智能充电柱的用户配有IC卡，在智能充电柱的操作界面上进行IC卡识别就可以查看自己的个人信息，用户可根据自身情况选择充电模式，充电时也可获取充电时电流大小以及锂离子电池的充电时的状态等信息。
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，是用来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:具备七个串口，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。
3.2 充电桩智能监控系统的软件构成
充电柱程序主要有六大模块:中央控制模块、IC卡识别模块、通讯模块、显示模块、打印机模块、检测模块。用户使用智能充电柱给自己的电动汽车充电时，首先要在操作界面刷卡激活，查看基本信息。然后选择好合适的充电模式和充电时间，将自己电动汽车的充电接口与充电手柄连接，充接良好指示灯为绿色，充接不正常指示灯为红色。充电时可以观测到充电电流、充电电压、剩余充电时间等，可随时监测汽车蓄电池的状态，若是状态良好则可继续充电，若状况不好则随即暂停，由系统给出合适的充电模式，如若仍然无法正常充电可进行系统反馈或联系客服。充电结束后，充电柱自动从充电卡中扣费，用户打印票据、取卡离开。
4 智能充电桩的性能测试
了解过智能充电桩的设计与运行之后，我们进行了现场测试，目的在测试智能充电桩的实际使用效果，探究其优点与不足。而在这次测试中我们可以看到，智能充电桩在充电速度与时间上达到了预期效果，充电过程中电流较稳定，没有对蓄电池造成伤害，当蓄电池状态不稳定电压过高时 (大于90V) ，充电柱就会开启对电池的维护模式。智能充电桩具有人性化的人机交互界面和完善的通讯能力，并且可以通过监控系统了解充电柱运行的具体情况，随时监测汽车车载电池状况。这次的模拟实验对充电柱的整体性能做了测试，虽然智能充电桩的一些细节需要完善，但整体运行状况良好，具有投入市场运营的水准。
5 结束语
智能充电柱还有一些亟待解决的问题，那就是由于供电量的巨大，充电时产生热量太高，处理不当会损害智能充电柱本身系统和电动汽车，存在一定的安全隐患，所以需要配备散热系统进行散热。但总体来说电动汽车智能充电桩的研究设计，在一定程度上能够解决电动汽车续航能力弱以及充电不便等实际使用问题，能够促进电动汽车的推广与使用，为保护环境可以尽一份力。
参考文献
[1]庾莉萍.电动汽车充电站建设在提速[J].电源技术应用，2011 (03) .
[2]张进.电动汽车充电站建设与选址[J].农业装备与车辆工程，2016 (11) .
论文作者:石坤杰
论文发表刊物:《当代电力文化》2019年第05期
论文发表时间:2019/7/15
标签：电动汽车论文; 智能论文; 蓄电池论文; 电池论文; 方式论文; 电压论文; 模块论文; 《当代电力文化》2019年第05期论文;