摘要：随着全球能源危机的不断加深，各国政府及汽车企业普遍认识到节能和减排是未来汽车技术发展的方向，发展电动汽车将是解决这两个问题的最佳途径。近年来，汽车工业正逐渐朝向环保清洁的方向发展。本文所研究的充电桩作为充电基础设施的一部分对于推进电动汽车的普及具有重要的意义。
关键词：电动汽车；充电桩；设计；研究
1电动汽车充电桩概述
1.1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。
1.2电动汽车充电的方法
（1）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。（2）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。（3）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。
2电动汽车充电桩的设计原则
2.1通信的可靠性
因为交流充电桩根据其形状和安装方式的不同，分为落地式和壁挂式，不管是哪种安装方式，安装的地点一般处于环境较为拥挤、车流量较多的空间，在这些地方，其中存在许多爱干扰因素，能够影响交流充电桩的正常运行，在这种情况下，就需要交流充电桩能够经受长期的电磁干扰和恶劣环境的影响，保持信息通讯的畅通和可靠性。
2.2经济性
目前电动汽车的交流充电桩正在向更加成熟的方面进行研究，在对交流充电桩建设的过程中，在满足其功能性能能够满足人们的需求的前提下，要根据所安装的环境选择合适的安装方式，并且要对安装建设的和运行过程中维护的费用进行考虑，这样能够保证交流充电桩的经济性。
3电动汽车充电桩设计
3.1硬件设计
电动汽车充电桩复杂程度高，组成构件较多，包括主控板、IC卡读卡器、触摸屏、指示灯等等。
在所有电动汽车充电桩的组成构件中，主控板是最核心的构件，能够对充电过程进行有效控制，包括启动、监控、关闭等，而且可以利用通信功能将充电桩的工作数据传输至后台。另外，充电桩主控板的结构件也很复杂，包括控制器、以太网口、多个串口等。
为了对电动汽车充电桩的实况进行有效检测，确保充电可靠性和安全性，在充电桩设计中，还应该添加监控保护单元设计。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆通过监控保护单元，能够对电动汽车充电桩的电压、电流和充电接口的连接状况进行实时监测，如果发现异常，则可以及时切断电源，不仅能够有效保护充电桩的安全，而且还不会对电动汽车造成伤害。
3.2软件系统设计
3.2.1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。
3.2.2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。
3.2.3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。
3.3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，不仅能够提高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。
4未来发展
在政策支持之下，市场掀起了充电桩发展的热潮。作为拉动电动汽车产业发展的重要依托，企业开始对充电桩市场散发出了巨大的热情。充电桩其本质还是电气设备，相比成本较高、风险较大的上游设备生产领域，中游的充电桩的运营门槛不高，传统电气企业凭借着多年的经验积累，成为最早前往充电桩市场的掘金者。
由国家能源局牵头制定的《电动汽车充电设施发展规划》、《充电基础设施建设指导意见》尽管尚未发布，却成体系地回答了充电设施中的一些问题和对商业模式的解决办法，为实现充电桩的互联互通创造了有利条件。充电桩的互联互通，激发出了多样化的商业模式。进而衍生出了更为广阔的市场，整个行业中涌现出一批依托新能源开发智能汽车、智能电桩的互联网公司，以互联网或通信行业起家的上市公司超过半数。互联网公司的介入，将充电桩市场彻彻底底地打造成跨领域的产业，使沉寂已久的充电桩市场重新焕发出了活力。对于国内企业而言，利用政府补贴跑马圈地，抢占充电桩入口已经成为不少进军充电桩领域的互联网企业基本市场策略之一。
5结语
近年来，为了在保证节能减排的同时，提高电动汽车的性能，给用户提供方便的操作和控制，需要对电动汽车中的充电桩进行系统设计的研究，这样能够促进电动汽车的商业化，保证我国社会经济的可持续发展。本文分析了电动汽车充电桩的设计相关方面，以期提供一些借鉴。
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论文作者:何忆,余洋,黄小娟
论文发表刊物:《河南电力》2018年11期
论文发表时间:2018/11/30
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