电动汽车智能充电桩的设计要求及相关技术探索

杜 婕

（国网湖北综合能源服务有限公司，湖北 武汉 430000）

0 引 言

汽车事业的发展体现了现代化社会发展的趋势，随着汽车数量的快速增长和石化材料的大量应用，我国能源事业和环境发展面临着严峻挑战。新型电动汽车的出现正好解决了这一问题，真正意义上实现了零排放[1]。我国电动汽车起步较晚，但是其发展速度较快。尤其在研发方面，一些小型电动车已取得了较好的成果，发展前景较好。在电动汽车的充电桩设计上，还要对其进行更加深入的研究，提高电动汽车智能充电桩的环境适应性，保证其供电稳定性。

1 电动汽车智能充电桩的设计要求

我国土地辽阔，各个区域的自然环境也存在着较大差异，并且电动汽车智能充电桩经常工作在电磁极高的环境下，这些也都对电动汽车智能充电桩的设计提出了更高要求。要求电动汽车智能充电桩不但要经受极端天气的考验，还要具备较强的抗电磁干扰能力。

1.1 符合天气变化的考验

随着全球气候不断的变暖，我国自然环境受到了极大的威胁，恶劣天气事件出现的频率越来越高。不但影响了工业行业的发展，而且对地区经济的发展造成了一定影响。对于电动汽车智能充电桩来说，外部结构的稳定性和封闭性对电动汽车使用的安全性均具有非常重要的作用。例如，电动汽车智能充电桩的封闭性不佳，会导致水珠、雨雪等进入到充电桩内，造成电动汽车智能充电桩内部电路出现短路、系统故障等。因此，设计电动汽车智能充电桩时，要充分保证其外部结构的封闭性和稳定性。另外，为了使电动汽车智能充电桩结构内部元器件产生的热量及时散发出去，还要保证其内部空气的流动性。

1.2 具备抗电磁干扰能力

电动汽车智能充电桩所处的电磁环境，是由外界一些电磁感应信号对自身充电桩信号接收和输出情况造成干扰的环境。随着通信技术、网络技术的不断发展，电磁干扰的情况也越来越频繁。对于一些电磁干扰较强的环境中，为了保证电动汽车智能充电桩的正常运行，在设计上要考虑到电气线路的布局，将外界电磁信号对自身的干扰降到最低，进而将电磁干扰所造成的不良影响降到最低。

2 电动汽车智能充电桩的设计技术

2.1 电动汽车智能充电桩外部整体结构和总控单元器件的设计

电动汽车智能充电桩的外部结构在设计上采用了交叉覆盖的方式，首先使电动汽车智能充电桩整体结构的强度符合IP65防护级别的要求，能有效防止雨水、雨雪等渗入。其次是电动汽车智能充电桩主体的设计，在充电桩主体设计上，可采用镀锌钢板作为电动汽车智能充电桩系统硬件的主要材料，为保证电动汽车智能充电桩能在潮湿、雾气、盐气等环境中正常运行，还可采用汽车烤漆工艺在镀锌材料的表面涂上保护漆膜。最后在电动汽车智能充电桩内部元器件的选型上，考虑到各个地区不同的温差，可采用微控制器，比较常用的有STM32F107VCT6型。此种微控制器中含有32位RISC内核、以太网接口、与控制单元有效对接的串口（6个）、I/O接口（16个），能满足电动汽车智能充电桩的正常使用和对充电桩内部系统的监测需求。电动汽车智能充电桩设备也能在工业级的温度范围内正常运行，在很大程度上提高了总控单元的运行效率。

2.2 电动汽车智能充电桩显示单元与监控单元的设计

电动汽车智能充电桩的显示单元设计上由LCD显示器、触摸屏、按键以及指示灯等构成。当用户需要给电动汽车充电时，可通过LED显示器、触摸屏、按键等完成。电动汽车智能充电桩在充电工作中，相应的指示灯会亮，提醒其他用户此电动汽车智能充电桩在使用中。当充电工作完成后，相应的指示灯会提醒用户充电完成。电动汽车智能充电桩系统的工作电压为3.3 VDC，逻辑电平为0～3.3 V，将显示屏的驱动电压调整为5 VDC，将电动汽车智能充电桩工作的温度控制在0～50 ℃，将宽温控制在-25～75 ℃[2]。电动汽车智能充电桩中监控单元的主要是对充电桩的工作状态进行监控，主要包括对系统中模拟量的采集、开关量的采集以及开关输出量的控制[3]。当系统采集到模拟量的相关数据后，会将采集到的数据信息传输到开关量的采集单元中，为用户能够得到相匹配的充电量提供有效保障。开出控制单元是当电动汽车完成充电工作后，对汽车的开出情况给予指引，以方便其他用户。

2.3 电动汽车智能充电桩软件系统设计

电动汽车智能充电桩软件系统设计包括主控模块、安全模块和电气设计三个部分。

2.3.1 主控模块

在设计主控模块时，可根据用户的实际用电需求为其匹配最佳服务方案。用户满意匹配的服务方案时刻通过主控模块进行确认，然后将对应的数据信息发送给其他的硬件模块，从而完成电动汽车的充电。另外，主控模块还能收集用户的各种消费数据信息，如电动汽车智能充电桩的运行数据、充电记录等。

2.3.2 安全模块

安全模块是指整个软件系统的安全存储单元，此存储单元由密匙管理单元、数据加密单元和解密单元等多个单元构成。当用户使用电动汽车时，要通过IC卡或者二维码进行付费操作。在此过程中，安全存储单元会自动加密用户信息。电动汽车智能充电桩系统软件采用了密匙管理，能有效防治黑客入侵，进一步提高了用户系统的安全性。但是，在此过程中需要注意，安全模块中的解密单元能在刷卡付款、二维码付款时自动识别用户信息完成交易工作。

2.3.3 电气设计

在软件电路设计中，防静电设计是双向瞬态抑制二极管接地，对通信电路进行防静电保护。在设计上，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、触屏显示以及无线通信传输等多种形式。

2.4 电动汽车智能充电桩APP客户端设计

近年来，随着智能手机的普及，APP客户端软件在人们日常生活中得到了广泛应用。在对电动汽车智能充电桩APP客户端的设计中，根据用户手机操作系统的不同分别设计了iOSV7.0.0版本和Android V2.3.3版本的APP客户端软件，均为C/S体系结构，具有强大的扩展能力和灵活性。

2.4.1 视图层

视图层是APP客户端与用户交互的界面，在了解用户需求的情况下，可通过调用业务逻辑层的接口对用户需求进行逻辑处理，并将处理结果展现给客户。包括地图显示、支付结算、车辆状态显示、电池电量状态显示、控制界面以及查询界面等。

2.4.2 业务逻辑层

需要及时完成用户在业务上的逻辑需求，包括对服务器数据的请求、对本地数据库中的数据读取等。

2.4.3 业务实体层

业务实体层包括各个不同的业物实体、对网络服务器的数据请求、对本地数据库中的数据解析、对网络平台服务器数据请求和数据解析以及对网络平台数据库的维护等。APP客户端软件在设计思维上，是根据用户选择的功能对相应业务逻辑层对应的模块进行调用。而在此过程中，业务流程的组织工作全部由业务逻辑层完成，还调用了业务实体层模块。通过网关服务器的接口，可完成与网关服务器之间的信息交换。

3 结 论

电动汽车智能充电桩的设计与技术应用是促进国家电动汽车发展的重要因素。随着我国电动汽车智能充电桩设备设施的不断建设和完善，我国在电动汽车智能充电桩方面的设计经验有了一定积累，水平也有了很大提升。但是，在对电动汽车智能充电桩设计的发展和完善方面还有很长的路程要走。因此，设计人员要进一步加强对电动汽车智能充电桩的研究和创新工作，提高电动汽车智能充电桩的设计技术水平，促进我国电动汽车智能充电桩设计技术的快速发展。