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；充电桩
引言
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不统一、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，进行了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（EV）的充电方法和建设
充电桩监控系统的必要性目前，电动汽车（EV）充电的方法主要有：
（1）交流充电。
由电网提供220V或者380V交流电源，经过车载充电装置的滤波、整流和保护等功能，实现对电动汽车蓄电池的充电过程。这种充电方法充电时间较长，充电功率较小，适合小型纯电动车以及混合动力运行的汽车。
（2）直流充电。
这种充电方式是由地面提供直流电源，直接为车上的蓄电池进行充电，省去了车载充电装置，有利于车身自重的减轻。地面充电机一般功率较大，能实现快速充电。适合电动公交车等大型电动汽车。
（3）更换电池组。
这种充电方法为每一辆电动汽车准备了两组蓄电池，一组为电动汽车提供电源的同时，另一组处于地面充电状态，当车载电池组电量不足的时候，可以及时地拆下并更换已经充足电量的电池组。这种方式能够实现最短时间的充电过程。但是需要建设大量的电池更换站，需要大量人员进行维护。投资成本大，智能化程度低，不予采用。
（4）非接触式充电。
这种充电方式需要在路面上嵌入电气元件，并且能够和车辆进行随时接触，这样在车辆行驶的过程中才能够实现随时充电，不用受到充电地点的限制。这种充电方式目前还没有引起人们足够的注意和兴趣，不予采用。对建设充电桩监控系统的必要性分析如下：随着社会科技力量的不断强大，电动车以其零排放和噪音小的绝对优势会逐渐地被人们所认可。建设庞大的充电系统也是不可或缺的一部分，就如同现在的汽车加油站一样，遍地可见。同时，现在的电动车辆电池大部分采用能效比较高、体积较小的锂离子蓄电池作为能源电池。锂离子电池对充放电的要求较高，如果没有相应的监控方式，就会对电池造成不可修复的损害，严重时还会危及到人们的人身安全。
2 电动汽车充电桩设计
设计的电动汽车智能充电桩依据《NB/T33002－2010电动汽车交流充电桩技术条件》、《Q/GDW485－2010电动汽车交流充电桩技术条件》、《Q/GDW478－2010电动汽车充电设施建设技术导则》、《国家电网公司电动汽车充电设施建设指导意见》相关要求进行设计。该产品在满足相关标准对电动汽车充电桩的技术要求基础上，强化了充电桩电气安全、数据安全设计和环境及电磁兼容性能的设计，增加了视频拍照、微型热敏打印、无线组网等功能。
2.1硬件系统设计
电动汽车充电桩硬件系统主要由主控板、监控板、IC卡读写器、数字电表、移动通信模块、触摸屏、指示灯、按键等组成。
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2.2 软件系统设计
2.2.1 系统工作流程
当电动汽车需要充电时，用户将充电卡放置刷卡区，根据画面提示通过键盘进行相应操作，连接充电接口，选择充电模式，启动充电过程。在上述过程中，控制保护单元检测充电接口连接状态，如果连接状态不正常，则无法启动充电。同时，在充电过程中，显示区的充电指示灯点亮，监控单元实时监测充电电压、充电电流、充电接口连接状态、充电开关状态等，在异常或故障时断开充电开关，并报警。
2.2.2 功能模块设计
充电桩软件设计时采用了模块化的编写原则，这样既能保证电动汽车充电桩软件系统高效可靠的运行，又能使该软件系统具有良好的扩展性，对产品升级换代具有非常重要的意义。按充电桩软件系统的功能可以把系统分为主控模块、人机交互、读卡器模块、计量计费模块、打印模块、后台通讯模块、远程通信模块等功能模块。
2.2.1 主控模块设计
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。
2.2.2 安全模块设计
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 环境及电磁兼容设计
电动汽车充电桩应用环境大多在室外，工作环境比较恶劣，需要适应雨、雪、雾、风吹、日晒、高温、低温等恶劣天气的考验；同时，电动汽车作为一个充电设备，还必须能够承受各种电磁干扰的考验，在典型的工业电磁骚扰环境下能够正常提供充电服务。桩体结构及工艺设计采用交叉覆盖工艺，既保证了桩体的防护等级达到IP54标准，在雨雪、水溅等情况下，水珠不能进入桩体及桩体内部；又能够在工作时形成良好空气流动，保证充电桩内部元件的散热；桩体主体采用镀锌钢板，外表面采用汽车烤漆工艺，保证了充电桩在潮湿、盐雾等恶劣天气环境下不锈蚀；元件选型时，所有零部件采用工业级元器件，保证充电桩在工业环境温度范围内稳定正常工作；电气设计时，采用防雷器，电路设计上采用压敏电阻、瞬变抑制二极管、磁环、磁珠等措施，保证充电桩在典型工业骚扰环境下正常工作。
2.4.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。
结束语
在国家大力提倡新能源汽车发展的良好形势下，电动汽车因污染少、噪音轻、环保节能受到了人们的一致欢迎，同时，电动汽车行业迎来了前所未有的大好发展机遇，具有相当大的发展空间。目前，电动汽车面临的充电难问题并不能打消民营资本对该行业的热衷，也不能改变国家电力部门对该行业的积极性，电力方面的改革将会解决充电桩盈利的难题。
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论文作者:张志杰
论文发表刊物:《电力设备》2017年第27期
论文发表时间:2018/1/10
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