电动汽车智能充电桩的设计与研究尹月圆

电动汽车智能充电桩的设计与研究尹月圆

李方山1尹月圆2

（1.国网聊城市供电公司252000；2.国网聊城市供电公司252000）

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；设计

引言

当前，我国电动汽车数量比较多，人们对充电桩提出了越来越高的要求。而充电桩数量过多，则容易干扰电网的安全性及稳定性。因此，需要以云计算平台为基础，对电动汽车充电桩进行合理设计，并采取正确的方式对其进行有效监控和应用，减少城市充电桩数量，解决电动汽车充电问题。设计人员不仅要制定完善的设计方案，而且要对云客户端和系统模块等进行有效设计和构建，对其进行实际应用，为电动汽车提供良好的充电服务。

1电动汽车智能充电桩发展现状

随着社会的不断发展，我们发现城市能源需求量不断增长，环境问题越来越突出，很多汽车已经逐渐用电来代替油，这样更具有高效特点，是值得大家提倡的方法。这样一来电动汽车在社会发展中得到了显著的提高，电动汽车充电用户希望能够实时了解充电桩的位置信息，以及充电的具体价格。经过对用电的管理，来降低用电费用，最终提高能源利用效率。为实现这一目的，我们必须要对充电桩进行电量检测，并且实现控制，实现精细化智能化管理是目前电动汽车智能充电桩发展的趋势。目前美国很多公司都发布了移动应用程序，电动车使用者在使用之前，轻触屏幕，就可以快速寻找到附近的充电桩[1]，而且在找到充电桩之前还可以预先了解充电价格。在国内主要是把充电设施或者充电系统作为主要的充电桩，到2017年3月为止，我国电网公司已经建立600多座充电站及2万多台分散充电桩，并已形成一定规模的充电服务网络。目前已有多家企业相继提出了电动汽车智能充电的导航系统，智能充电桩设计，并建设电动汽车智能服务平台，可是从目前国内形式上来看，迄今为止，还没有智能充电服务的平台出现。

2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。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。

3基于云计算平台的电动汽车充电桩设计

3.1设计方案

基于云计算平台的电动汽车充电桩主要功能是在电动汽车充电时，对它的充电过程进行监控、记录和计费等，并依据电网谷峰参数与电网进行实时互动，为云服务器端提供参考，使其依据该区域范围内的电网参数，对充电桩运行计划进行有效制定，分别对充电过程和用电操作进行远程控制和调度，使用电管理更加科学、合理。避免充电桩使用过多，干扰电网运行。该设计方案，不仅使人们的日常充电更加便利，而且充电过程也更加安全。与此同时，后期维修、保养难度也相对较小。它通过模块化应用使系统更加独立、灵活，不仅使充电桩后期维护更加便利，而且能够对它的功能进行增加和拓展。以云计算平台为基础的电动汽车充电桩是对传统汽车充电桩的升级和优化，而且解决了全民电动汽车充电问题。

3.2硬件系统

充电桩智能监控硬件系统有主控台、IC读卡器、显示屏、通信、键盘等等。交流电是接入的220V/380V电网电源，通过充电模块的过滤和整流等，直接对电动汽车充电；IC卡识别模块是给用户开启充电桩的功能，IC卡识别模块可以显示用户余额以及个人信息，人机交互模块可以选择充电模式、里程充满，或自我选择充电电量等；计费模块显示当前计费等。主控模块是硬件系统的核心部分，有很多串口、网口和控制器等，它是控制一切模块的枢纽，实时监控运行情况和充电情况，以便及时传送到后台。为了有效对充电桩进行实时检测，还需要建设一个保护程序。通过监控保护单元对充电模块电压和电流进行控制以及对电动汽车的电池系统进行检测，如出现异常或不稳定时，及时断开电源，保护电桩电池的安全，确保电动汽车电池不受到损害。

3.3软件系统

当用户需要充电时，将电动汽车的充电插口与充电桩的充电手柄相连接，然后通过IC卡读卡器激活充电桩；如果充电手柄与充电插口连接不正常则提示报警。用户身份识别完成后，用户可选择充电模式和充电时间，同时充电桩检测电池状态，如果电池当前状态不允许用户选择当前充电模式的话，则提示报警，由充电桩给出合理的充电模式的选择建议。当充电模式选择正确后，则可以研究正常充电过程，在充电过程中，显示屏会显示当前用户的信息、卡余额、充电时间以及估计剩余时间等等有效信息。充电结束后，充电桩给出提示，卡计费停止，打印票据，用户离开，充电桩自动进行锁定状态，等待下一用户激活。主程序在编写时，采用了模块化的原则，这样能够保证充电桩高效的运行，笔者按照充电桩的几大功能，将程序分为几个大的模块：中央控制模块、IC卡识别模块、通讯模块、显示模块、打印机模块、检测模块等6大模块。当充电桩被激活时，主程序能够有效地协调各个模块之间的工作从而完成从身份识别到充电结束的一整套流程，多线程处理可以保证各个模块之间相互独立，互不影响。

3.4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。

结束语

充电桩作为电动汽车配套基础设施的重要组成部分，其智能化水平严重制约着电动汽车的发展。经笔者探索发现，电动汽车智能充电桩的设计是由硬件设施和软件设施组成，硬件设施包括主控台、IC读卡器、显示屏、通信、键盘等；软件设施有中央控制程序、IC卡识别程序、通信程序、显示程序、检测程序和打印程序等，每个环节要相互配合才能使工作更加高效。另外还要考虑到环境因素和抗干扰能力等，以保障充电桩安全、有效运行，注重人机交互，使用户可以自行鉴权，实现充电桩智能化。

参考文献：

[1]张谦，韩维健，俞集辉，李春燕，史乐峰.电动汽车充电站仿真模型及其对电网谐波影响[J].电工技术学报.2012（02)

[2]王涛，张东华，贺智轶，梁曦.电动汽车充电桩的控制系统研究与设计[J].湖北电力.2011（01).

[3]张允，陆佳政，李波.利用有源滤波功能的新型电动汽车交流充电桩[J].高电压技术.2011（01).