广东阿尔派电力科技股份有限公司 523808
摘要：汽车是现代社会的主要工业产物，新时期，为了缓解环境问题，电动汽车应运而生。充电桩是电动汽车的能量来源，加强其研究方能为电动汽车的发展奠定良好基础，本文首先介绍了充电桩的发展背景和现状，分析已有的充电方法，主要包括直流充电和交流充电等形式，然后对充电桩的监控系统进行详细分析，最后探究电动汽车充电桩的设计，以期促进电动汽车更快更好的发展。
关键词：电动汽车； 充电桩； 设计；研究
随着国家新能源战略的推动和电动汽车行业的发展，电动汽车充电行业的发展非常迅速。目前，我国电动汽车充换电设施试点工程已建成并投运87座标准化充换电站、5179台充电机和7031台交流充电桩，覆盖全国26个省市，杭州初步建成电动汽车充换电服务网络。充换电站及充电桩数量已居世界第一，我国成为世界上电动汽车充电装置最多的国家。为适应电动汽车发展要求，国家电网将在“十二五”期间建设充换电站2351座，充电桩22万个，初步建成覆盖公司经营区域的智能充换电服务网络。
针对目前市场上电动汽车和充电设备接口、功能、性能设计标准不统一，质量良莠不齐的现状，国家先后出台了一系列的规范和标准。电动汽车充电桩作为电动汽车充电的主要渠道，其性能、工艺水平和质量直接影响到电动汽车的推广。因此，非常有必要根据国家相关标准的要求，进行对电动汽车充电桩的设计。电动汽车充电桩设计时，不仅要满足电动汽车充电的基本功能，还需要强化充电桩电气安全、数据安全设计和环境及电磁兼容性能的设计。
1.电动汽车充电桩概述
（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）电动汽车充电的方法
现阶段，电动汽车的充电方法主要有两种形式，分别为交流充电以及直流充电，直流充电不仅给大型公共汽车充，在一些普遍停车场，既有交流充电桩，也有直流充电桩，这些直流充电桩主要是用于快充。
交流充电。通过电网公司提供220V或者380V的交流电源，电动汽车车载充电装置具有滤波、整流等功能，能够对电动汽车蓄电池进行充电，具有充电耗时段、功率高等优点，被广泛应用于小型纯电动汽车。
直流充电。通过地面直接提供电源，为电动汽车蓄电池进行充电，与交流充电相比不需要蓄电池作用，充电速度快，适用于大型电动汽车和电动汽车快速充电。
更换电池组。使用该充电方式的前提是必须为每辆电动汽车提供两组蓄电池，其中一组通过地面充电形式进行充电，而另一组为电动汽车提供电源。在电动汽车的使用过程中，如果有一组蓄电池电量不足，则可以更换，使用另外一组蓄电池进行供电。通过更换电池组的形式，能够在最大程度上缩短充电时间。然而，这一充电方式在实际运行中也有一定的弊端，由于每辆电动汽车都需要两组蓄电池进行供电和充电，因此需要建设大量电池更换站，而且每个更换站都需要工作人员进行日常维护工作，投资成本较高，智能化水平较低，因此适用性较差。
④ 非接触式充电。该充电方式的使用前提是，在地面嵌入电器元件，而且还需要其能够与电动汽车有效接触，通过这一方式，电动汽车在行驶过程中也能够进行充电，不会受到充电桩限制。但是，由于种种条件的限制，现阶段，这种充电方式一般不予采用。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
2.智能充电桩的设计和实现
（1）外部整体结构和总控单元器件
电动汽车智能充电桩采用交叉覆盖工艺设计，整个桩体结构的强度符合IP65防护级别的要求，可有效防止水的渗入。在主体设计方面，电动汽车智能充电桩采用镀锌钢板作为系统硬件材料，且为了保证其可以在潮湿、盐雾等环境中正常运转，采用了汽车烤漆工艺，在其表面涂上了一层保护漆膜；在元器件选型方面，考虑到不同地区的温差，采用了意法半导体公司生产的STM32F107VCT6微控制器，其包含高性能的ARMCortex-M332位RISC内核（工作频率为72MHz）、以太网接口、6个与各个控制单元对接的串口、16个IO接口，可初步满足使用、监测工作的需求。此外，该设备能在工业级温度范围内正常工作，大幅提高了总控单元的运行效率。
（2）显示和监控单元的设计和实现
显示单元由LCD显示器、触摸屏、指示灯和按键构成，用户可通过LCD显示器，并根据自身电动汽车的充电需求，触摸屏幕上相应的按键来选择合适的服务方案。当服务完成后，指示灯会立即提醒用户充电桩正处于工作状态。当充电完成后，指示灯由红变绿，提示用户充电完成。该系统的工作电压为3.3VDC，逻辑电平为0～3.3V，显示屏驱动电压为5VDC，工作温度在0～50℃，宽温在－25～75℃。监控单元用来主要监督智能充电桩的工作状态，包括模拟量的采集、开关量的采集和开出控制。系统采集到模拟量后，会将相应信息传输至开关量采集单元，从而为用户提供与之充电需求相匹配的充电量；开出控制是在完成充电后指引用户将电动汽车开出充电桩，以方便其他用户使用。
（3）智能充电桩软件系统的设计和实现
主控模块
主控模块可根据用户的充电消费需求自动匹配最佳服务方案，在客户确认服务后会将相应的信息传递至各个硬件模块，进而开始充电。同时，该模块还能收集用户的各种消费信息，比如智能充电桩的实施运行数据、充电记录等。
安全模块
安全模块是指系统的安全存储单元，由密钥管理单元、数据加密单元、解密单元构成。电动汽车用户在使用IC卡付费的过程中，用户的个人信息将会得到加密处理。此外，系统软件采用了密钥管理，可防止黑客入侵系统，提高了用户信息的安全性。值得注意的是，解密单元可在用户刷卡结账时自动识别用户身份，从而完成交易工作。
电气设计
电路的防静电设计主要以双向瞬态抑制二极管接地来实现通信线路的防静电保护。在内部控制板与外部各个功能模块的连接中采用了电能计量、触摸显示屏、无线通信传输模块和总控单元等。
结语；电动汽车智能充电桩分为两种，一种是直流充电桩，一种是交流充电桩。其中交流充电桩需要进行整流、滤波和稳压等措施变成直流电源后才能使用，但是充电效率较高。为了能够保证电动汽车蓄电池的充电时间，延长蓄电池的使用时间，应该对电动汽车智能充电桩进行充分管理。从充电开始到充电结束充电桩的管理最好也能实现智能化，以减少人力的投入。智能充电桩管理的提高也能够促进电动汽车的推广使用，为保护环境尽一份力。
参考文献；
[1]电动汽车充电设施的设计与探讨_谭敏.
[2]电动汽车充电桩的设计与研究_谢伟才.
[3]电动汽车智能充电桩的设计与实现_孟祥军.
[4]电动汽车智能充电桩的设计与实现_田剑.
[5]电动汽车智能充电桩的设计与研究_王旭.
[6]电动汽车智能充电桩管理方案_薛冰.
论文作者:庞景夏
论文发表刊物:《基层建设》2016年24期8月下
论文发表时间:2016/12/2
标签：电动汽车论文; 智能论文; 单元论文; 蓄电池论文; 用户论文; 模块论文; 工作论文; 《基层建设》2016年24期8月下论文;