摘要：推广使用电动汽车是我国建设资源节约型社会、践行环保理念的重要表现之一，对保护生态环境起着不可忽视的促进作用。目前，我国电动汽车的保有量稳步提升，而电动汽车是以电力作为发动机的动力来源的，因此，电动汽车的充电问题日益凸显。在此背景下，针对恶劣环境下的电动汽车智能充电桩展开了设计，以期为我国电动汽车产业的发展提供帮助。
关键词：电动汽车；智能充电桩；硬件系统；软件系统
德国政府规划到2020年使电动汽车数量超过100万辆。日本东京电力公司已宣布其成功研发出大型快速充电器，该充电器大大缩短了充电时间，这对日本电动汽车普及提供了较大的可能性。国内，比亚迪公司在深圳的厂区内建设了电动汽车快速充电站和充电桩。在“十五”计划期间，为实现能源安全、改善大气环境，国家制定了跨越式发展的战略并设立了“电动汽车重大科技专项”，集中了企业、高校、科研院所的力量进行攻关，把电动汽车的产业化技术平台作为重点研究工作，并在一些关键技术上取得了较好的进展。随着电动汽车行业的发展，作为辅助充电的基础设施――智能充电桩也越发广泛，人们对智能充电桩的研究也在逐渐深入，加快充电桩的基础建设已然成为推动新能源汽车发展的主要助力，但对于电动汽车智能充电桩的优化设计和其关键技术还有待研究与开发。
1智能充电桩的总体设计要求
我国幅员辽阔，跨越了多个温度带，自然环境较为复杂，加之充电桩常工作在强电磁的环境下，这些都对电动汽车智能充电桩的设计提出了更高的要求。
1.1可经受多种极端天气的考验
随着全球气候不断变暖，极端自然天气事件出现的概率越来越高，对社会的各个行业均造成了严重的影响。对于智能充电桩而言，其外部结构必须具备良好的封闭性，使水珠、雨雪等无法进入桩内，从而避免电路短路或系统故障；内部还需要形成良好要的空气流动，从而及时散发元器件产生的热量。
1.2应具备较强的抗电磁干扰能力
电磁环境主要是由各种电磁感应所造成的信号传输干扰现象。在无线移动通信技术快速发展的今天，电磁干扰已经成为比较常见的现象之一。针对有强电磁干扰的工作环境，在设计电动汽车智能充电桩时，需要着重考虑电气布局，从而降低各种电磁干扰造成的不良影响，确保电动汽车智能充电桩能正常运转。
1.3智能充电桩模块化设计
智能充电桩的工作原理，是当控制导引系统与电动汽车充电接口接通后，通过智能化的人机交互界面发出充电控制指令然后由主控制系统控制一个电池继电器的开闭来控制主回路上的交流接触器开闭，从而实现给电动汽车的电力补给功能。智能充电桩同时还有智能计费功能，该功能通过在主回路接入一个智能电表实现不同段多种费率的计量功能，并通过RS-485将计量数据传输到控制系统中，实现智能计量计费功能。智能充电桩的人机交互功能，RFID射频技术可以实现身份识别，将操作的基本信息录入射频卡中，同时还能用于费用结算；智能语音提示和状态显示灯也使操作更加简单便捷；智能化的人机交互界面，操作者可以从移动终端或者桩体显示器上对充电桩进行操作；嵌入式的微型打印机还能为操作者提供消费凭条。多种通信功能，可以实时地将各种数据实时反馈到移动终端和管理平台上，使充电桩的使用更加智能化舒适化。同时断路器浪涌保护器、急停按钮等的合理运用使得智能充电桩的安全性得到了更好的保障。
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2智能充电桩的设计和实现
2.1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-M3 32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。
2.2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。
2.3智能充电桩软件系统的设计和实现
2.3.1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。
2.3.2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。
2.3.3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。
3结束语
综上所述，电动汽车智能充电桩能满足我国电动汽车产业的发展所需，具有充电操作便捷、实用性高的特点，值得推广使用。
参考文献
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论文作者:张小龙
论文发表刊物:《电力设备》2018年第21期
论文发表时间:2018/12/12
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