浅谈电动汽车充电桩设计与应用

蔡兴桐

南京紫泉电力设计咨询有限公司 江苏 南京 210000

前言：面对当前社会越来越严重的能源危机，如今人们对能源保护、能源充分利用以及环境管理的重视度在不断增强。很多国家与地区都有提出相应的支持政策，为的就是推动社会朝向绿色环保发展转型。其中一个重要的关键点就在于电动汽车。电动汽车本身对自然资源的耗用少，故有着十分良好的发展前景。但必须强调的是，因为国内产业并不成熟，所以市场中存在着充电桩数量不足、接口不匹配等一系列问题。为了带给人们更健康的生活环境，同时也是为了规范行业化发展，国家近些年有推行相应标准规范充电桩设计。只有将经济效益与社会效益放在同样重要的位置，理解功能需求，创新智能技术，才能够保障充电桩的实用性与安全性。

1 国内外电动汽车充电桩发展现状

近些年为推动社会朝向绿色、可持续方向转型，国内外有大力发展电动汽车，与之对应的是充电桩技术获得了快速发展。有数据显示，目前美国充电桩已经拥有5.7万个左右。国内方面国家电网计划2020年在国内建成3.2万充电桩。而民营运营商中的佼佼者特来电、星星充电等到2019年初也发展到了相当的规模。

2 电动汽车充电桩种类

2.1 直流充电桩

当前这种桩大多被用在混合公交车、电动汽车。该桩充电效率快，功率比较大，所以需要重视与注意的就是电网保护。大多数直流充电桩被建立在大型停车场。故要做好电池情况的实施监督。该桩有自动报警与保护功能，能够根据电池电压情况、温度情况自动调整电流、电压。直流桩内部有不同数量的充电模块并联供电，能够灵活的配置为不同大小功率充电效率快、充电效果好。典型的充电功率为120kW直流双枪一体机、主流模块厂商有英可瑞、华为等等。

2.2 交流充电桩

这种桩在小型汽车与家庭汽车中有着广泛使用。壳体选用有着较强抗冲击力、老化的材料，本身十分坚固。并且这种桩抗电磁干扰效果突出，能够在额定负载条件(国标为7kW)下保持稳定、连续运行。交流桩内部没有AC/DC转换，靠的是车载充电机进行电能转换，所以充电耗时长，但这种桩功率低，所以大多配置在车辆长时间停放的情况下使用，比如住宅小区。

2.3 一体充电桩

有部分厂家生产同时提供交流和直流充电的充电设施，这种充电桩同时具备交流充电与直流充电的能力，白天的时候可以用直流充电快速充电，夜间的时候则选用交流充电慢速充电。通常来说这种充电桩都有配备蓄电池以及自动充满功能，为的是控制充电带给电池造成的负面影响。充电模式主要包括智能、定量、定时这三种模式。为保障充电桩能够可靠、安全运行，需要为充电桩配备过流、短路、漏电保护功能。

3 充电桩设计思路

3.1 设计要求

设计充电桩的时候需要考虑到充电桩往往会在非常恶劣的环境中运作，强烈的磁场效应与噪音都是需要面对的考验与问题。绝大多数充电桩被设置在户外，而户外环境就会受到雨雪侵蚀以及灰尘覆盖。充电桩应当具备足够的密闭性与抗腐蚀性。此外韧性、自熄、阻燃、抗压也是需要考虑的问题。内部要做好散热量处理，合理性布局整体结构，以便保障充电桩能够稳定运转，具备足够的抗电磁干扰能力。

3.2 设计要点

大多数充电桩在使用中都需要面对高负荷、长时间工作要求。设计充电桩的时候必须将重心放在稳定性、可靠性方面，保障充电效率和质量。充电桩一定要具备无损充电以及快速充电这些能力。充电电流要保持足够平滑，减少充电过程中带给电池的负荷、负载影响。

充电桩硬件方面可以选用适应性更强的模块结构以此应对雷电冲击。要做好抗静电干扰、抗电磁场干扰以及过压防护工作。材料方面可以用镀锌钢板，并在其表面均匀涂抹保护漆膜，为的是在遇到雨雪天气时候能够减少腐蚀性影响。

在设计充电桩的时候，有必要处理好防静电要求，主要方法就是使用双向瞬态抑制二极管接地。此外内部控制板需要确保触摸显示屏、无线模块、电能计量、总控单元的充分连接。硬件系统主要就是充电模块、识别模块、计费模块、显示与监控模块。其中最核心的是主控模块，配有大量的控制对接串口与以太网接口，用于监测使用。

监控模块能够实时监测充电桩的运作情况，保障了充电桩在使用过程中足够可靠与安全。如遇到异样情况需要第一时间切断电源用于保护车载电池、电动汽车、充电桩足够安全。主要就是开关量、模拟量的保护工作。采集到足够监控模块数据以后，这些数据会被发送到监测单元进行匹配为充电桩供给相应的电量。

显示模块有配备许多的硬件比如按键、指示灯、触摸屏、显示器。在使用充电桩的时候根据显示器的提示了解充电要求，选择对应按键充电。充电中亮起指示灯代表正在工作。电满后熄灭指示灯意味着充电结束。

不论是硬件还是软件都要严格按照国家规定、国际标准合理使用资源，用灵活、方便的软件为人们提供服务。充电桩总共包括应用软件、支持软件、系统软件，配有安全、通信以及主控一类模块。

4 充电桩管理

为了方便人们找到充电桩，使用充电桩，可以设置一体化服务中心，比如设计充电桩寻找、使用APP，如同共享单车一样，在人们需要使用充电桩时，直接打开APP，随后人们就可以按照规划的路线前往充电桩。并且该APP系统还可以作为充电桩运营单位的控制系统，利用该软件获知每一个充电桩的运行情况、使用数据，将其组织成一个庞大的管理网络。

此外还要成立智能数据库，数据库中的资料包括历史资料以及实时资料。其中包括每一个电动车、充电桩、用户账号等数据。管理充电桩的时候最重要的一项工作就是统计分析市区内的各个充电设施。除此之外还要对每一个充电桩收支情况、服务情况进行管理，保障充电桩能够为人们提供更高效的服务，确保充电桩能以规范化、智能化的形式为人们服务，便利管理。

结语：从本文的叙述可以看得出，电动汽车今后前景一片光明，有着十分良好的发展环境。在充电桩需求量不断增加的今天，有必要设计出更便利人们使用的充电桩装置，其对社会的发展、国家的建设、人们的幸福度提升都有重要帮助和意义。