电动汽车智能充电桩的设计与实现

田剑

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；硬件系统；软件系统

中图分类号：TM910.6 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.01.022

为了推动我国电动汽车产业的发展和提高环境保护的水平，我国在十二五期间共计建成了换电站约2 350个，充电桩22万个，初步覆盖了全国区域。然而，由于电动汽车充电桩规范标准出台较晚，导致不同充电桩的规格、质量存在明显的差异，且电动汽车智能充电桩常在恶劣的自然环境和强电磁环境中运行。因此，如何有效保障充电系统的稳定性和工作效率，已成为困扰电动汽车产业发展的重要问题。

1 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。

1.1 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。

1.2 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。

2 智能充电桩的设计和实现

2.1 外部整体结构和总控单元器件

电动汽车智能充电桩采用交叉覆盖工艺设计，整个桩体结构的强度符合IP65防护级别的要求，可有效防止水的渗入。在主体设计方面，电动汽车智能充电桩采用镀锌钢板作为系统硬件材料，且为了保证其可以在潮湿、盐、雾等环境中正常运转，采用了汽车烤漆工艺，在其表面涂上了一层保护漆膜；在元器件选型方面，考虑到不同地区的温差，采用了意法半导体公司生产的STM32F107VCT6微控制器，其包含高性能的ARM Cortex-M3 32位RISC内核（工作频率为72 MHz）、以太网接口、6个与各个控制单元对接的串口、16个IO接口，可初步满足使用、监测工作的需求。此外，该设备能在工业级温度范围内正常工作，大幅提高了总控单元的运行效率。

2.2 显示和监控单元的设计和实现

显示单元由LCD显示器、触摸屏、指示灯和按键构成，用户可通过LCD显示器，并根据自身电动汽车的充电需求，触摸屏幕上相应的按键来选择合适的服务方案。当服务完成后，指示灯会立即提醒用户充电桩正处于工作状态。当充电完成后，指示灯由红变绿，提示用户充电完成。该系统的工作电压为3.3 VDC，逻辑电平为0～3.3 V，显示屏驱动电压为5 VDC，工作温度在0～50 ℃，宽温在-25～75 ℃。监控单元用来主要监督智能充电桩的工作状态，包括模拟量的采集、开关量的采集和开出控制。系统采集到模拟量后，会将相应信息传输至开关量采集单元，从而为用户提供与之充电需求相匹配的充电量；开出控制是在完成充电后指引用户将电动汽车开出充电桩，以方便其他用户使用。

2.3 智能充电桩软件系统的设计和实现

2.3.1 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。

2.3.2 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。

2.3.3 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 结束语

综上所述，电动汽车智能充电桩能满足我国电动汽车产业的发展所需，具有充电操作便捷、实用性高的特点，值得推广使用。

参考文献

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〔编辑：张思楠〕