摘要：目前，我国对于环境保护技术的研究已经进入了新的层次，并且很多企业已经将环保技术应用到实际生产中。尤其是汽车制造行业，以电力为主要动力的新能源汽车相关技术已经十分成熟，并且新能源汽车在我国已经得到了广泛的应用，无论是公交车还是家用汽车，都有新能源汽车的身影，并且其保有量也处于不断上涨的趋势。在这种时代背景下，电动汽车充电桩的需求量也有了明显的提升，社会各界对于电动汽车充电桩的充电速率也提出了更高的要求。所以，我们需要对电动汽车充电桩系统进行进一步的优化设计，才能满足日益增长的市场需求。
关键词：电动汽车；充电桩；系统设计；方案
新能源汽车的研制以及投入使用，在一定程度上减少了化石燃料的燃烧和利用，为节能减排理念的贯彻和实施创造了有利条件，同时也从实处控制了环境污染问题的恶化。并且我们也发现，在新能源汽车快速发展的今天，雾霾等环境空气污染问题也得到了有效的遏制。所以，我国政府也开始将建设新能源汽车配套设施作为推广新能源汽车应用层次以及应用范围的主要手段，电动汽车充电桩作为电动汽车获取电能的重要设施，其技术方案的合理性对于充电质量和充电效率都有直接的影响，在一定程度上也会影响电动汽车的使用寿命。所以本文针对电动汽车充电桩系统设计进行了简要的分析和探讨。
一、电动汽车及其电池技术概述
通过日常观察我们可以发现，电动汽车与普通汽车在外观上并没有明显的区别，但是通过拆解汽车我们发现，其动力源以及驱动系统有着明显的不同。使用汽油或者柴油的发动机是普通汽车的驱动系统，油箱为动力源；使用电力的电动机是电动汽车的驱动系统，油箱则由蓄电池代替。所以，电力成为驱动电动汽车的能源。目前，电动汽车充电的技术有很多，主要包括常规充电、快速充电以及更换电池三个类型。相比来说，更换电池的方法在一定程度上能够减少电费，但是需要提高充点电的数量；相比其他方法来说，常规充电法适应范围相对较广，并且十分简便易行，但是由于其充电时间较长，因此也受到了一定的限制；快速充电法由于具有充电速度较快的特点，所以也是目前电动汽车充电技术主要的研究方向，但是通过研究发现，如果充电电流过大，电池以及其他元件会受到影响。同时，部分学者也在研究移动式充电以及无线式充电技术，但是并没有真正投入到应用阶段。
二、充电桩
一般电动汽车的充电桩会设置成专用充电接口，电动汽车的车载充电机则固定在车身上。充电桩在电动汽车充电的过程中扮演着重要的角色，并需要具有一定的支付功能，一般来说，支付功能需要能够满足投币、手机支付、IC卡等支付方式，也需要具有一定的计费功能。交流充电桩和直流充电桩是常见的充电桩形式，一般来说直流充电桩可以归属于一种小功率的直流供电装置，这种装置能够在监控蓄电池充电状态的同时完成充电操作，并对充电情况进行计费。交流充电桩则需要连接如交流电网之中，一般输出220v的交流电。交流充电桩对电动汽车蓄电池进行充电时，需要使用车载充电机。
（一）交流充电桩功能概述
一般来说，交流充电桩的输入为交流三相四线380V，通过转化实处220V交流电，一般会在其中补充设计定时、充满自断电等充电模式，目前触摸屏等人机交互设备已经在交流充电桩上得以普及，交流充电桩的使用性和安全性都有良好的保障。在触摸屏界面上，一般会显示充电模式、蓄电池掂量、充电剩余时间、充电费用等信息。同时也可以根据城市充电付费方式补充扫码支付、IC卡支付、投币支付等功能。为了保证充电安全性，充电桩中还会增加充电连接状态识别功能，自动确定设备是否处于充电状态。由于交流充电桩需要连接入供电网中，所以其表面会存在国家电网标识，并通过安装漏电保护器等方式提升系统整体的安全性。典型的交流充电桩技术原理如下图所示。
图1 典型的交流充电桩技术原理示意图
CPU控制器是交流充电桩的核心组织间，一般会采用ARM9处理器，其中输入保护空气开关、充电接口连接器等是主要的组成部分，另外还包括交流智能电能表以及交流控制接触器。充电机需要与输出端连接在一起，220V的交流电需要通过车载充电机的整流处理以及功力转换，并形成直流电最后输出至蓄电池。触屏式LCD现实一般会作为CPU控制器的控制显示模块，IC卡的相关信息由读卡器读取，票据由打印机打印。计量表、急停按钮等设计在二次回路中，并且也会安装充电桩智能控制器。为了实现充电状态的实时监控，可以将电池管理系统连接至CPU控制器中。
（二）直流充电桩功能概述
直流充电桩和交流充电桩的相关性能基本上是相同的，只是限流形式上略有区别。直流充电桩框图如下：
图2 直流充电桩框图
首先，需要保证在整流滤波的作用下，让交流电源对交流电处理成直流电，并将电输入IGBT桥中。此时必须在驱动电路的基础使得控制部分让IGBT启动，在这个过程中需要的脉宽调制的交流就可以由直流变换而来。最后，需要让设备完成相关的隔离工作，并通过进一步的整流滤波得到直流充电的方式。
功能的检查则需要在控制电路反馈的前提下完成，并且需要将电流、电压的实时监控作为主要工作。一般来说，如果电压很高，放电电路就会被启动，这样能够对电池起到保护作用。包括辅助电路在内的充电桩，也能够有效保证其他电路元件的工作状态，必要时还需要对保护电路进行深入设计，已实现进一步提高系统的稳定性。如果有需要的话，需要在控制装置上增添用户信息、电量值时间等参数[1]。
三、主流充电桩设计方案
电源部分+采集部分+单片机主控电路+人机交互部分是常见的充电桩设计方案。
电源：电源中电路的种类很多，具体包括电源变压器桥式整流电路.滤波电路和稳压电路等等。一般来说，这种设计方案能够满足系统、单片机等运行过程中对电压的需要[2]。
采集：电压电流、温度检查装置为主要结构。
主控电路：电池两端的电压值可以在电压检测取样电路的基础上获得，单片机负责处理具体的数值情况，并确定充电方式。电流大小的控制则由PWM脉宽调制中的空占比的使用实现，这样相关充电环节也能得到有效的控制和保证。
人机交互：该系统中 人机交互功能包含报警、按键、显示等装置，主要对系统中的电流大小、温度数值、电压情况进行控制，能够展现出电池的电量以及相关的故障信息，当存在故障时或者充电完成时，会发出报警[3]。技术框图如下。
图3 充电桩技术方案框图
四、总结
充电桩不仅仅需要满足电动汽车拥有者的充电需求，还应该配合设计相应的人机交互功能、安保功能、监控功能，另外还需要设计支付功能。一个功能完备的充电桩才能真正为电动汽车的推广提供助力。本文针对电动汽车及其电池技术进行了简要的介绍，明确了典型的交流充电桩技术原理，对直流充电桩和交流充电桩的技术方案进行了讨论，并列举了电源部分+采集部分+单片机主控电路+人机交互部分这一常见的充电桩技术方案，希望本文所介绍的充电桩设计理念能够起到促进电动汽车发展的作用。在今后的工作中，我们也需要对现有技术进行不断的优化，才能提高充电桩的质量和稳定性。
参考文献：
[1]王斌，李航.电动汽车直流充电桩自动测试系统设计和应用[J].电子世界，2019（17）：126-127+130.
[2]刘晓丽，宋天斌，刘卫新，李敏，梁轶峰.一种电动汽车充电桩储能式移动检测平台的研制[J].工业安全与环保，2019（09）：88-93.
[3]贝钰垠.电动汽车充电桩电气设计[J].电子世界，2019（12）：192-193.
论文作者:叶斌斌1,杨学彬2
论文发表刊物:《基层建设》2019年第24期
论文发表时间:2019/11/15
标签：电动汽车论文; 电路论文; 技术论文; 功能论文; 新能源论文; 系统论文; 汽车论文; 《基层建设》2019年第24期论文;