电动汽车智能充电桩的设计

王函

摘要：电动汽车在目前的市面上所占的份额越来越多，很多汽車企业也开始向电动汽车研发转型。就目前的电动汽车具体利用分析来看，续航能力不足以及不能及时充电的问题严重的限制了电动汽车的发展，所以在未来的汽车发展中，要想实现电动汽车规模化的生产必须要对此问题进行有效解决。具备智能性的充电桩在解决电动汽车充电问题方面有比较显著的作用，所以文章就电动汽车智能充电桩的设计与实现做具体的分析，旨在指导实践。

关键词：电动汽车;智能充电桩;设计

随着社会的进步与发展，人们越来越重视生态文明建设和对自然资源的保护，众所周知自然资源分为可再生资源与不可再生资源，而自从第二次工业革命卡尔·弗里特立奇·奔驰发明了第一辆汽车后，市面上的动力交通工具都以燃烧石化燃料为主，也就是文明平时所说的煤炭、石油等。但常规石化燃料属于不可再生资源，环境污染大且消耗速度逐年增长。基于此背景，为了构建环境友好型社会，我国也开始了对于电动汽车领域的研究，节约自然资源、促进可持续发展。电动汽车值得开发和研究是有原因的，第一是零污染，因为电动汽车主要能源是电力，所以它的污染排放量几乎为零;第二是零噪音，由于电机的运行声音要比传统内燃汽车的发动机小的多，因此在行驶过程中几乎没有太大声响;第三是驾驶简单，目前电动汽车就是一个档位，前进的速度方面主要看驾驶者踩加速的力度而定，因此驾驶起来比较方便，也比较容易上手……这些都是电动汽车成为各国主要研究开发对象的原因，但凡事都有两面性，电动车环保、便捷的同时也有很大的局限性，比如耗电快续航能力弱、无法随时随地充电等等，所以导致现在电动汽车还是无法替代传统汽车地位，大范围地投入市场。目前，在仅装备蓄电池的纯电动汽车中，蓄电池的作用是汽车驱动系统的唯一动力源，所以此时的弊端显而易见，那就是当电压较低时，就需要及时进行电能补给，否则汽车性能会受到很大影响。电动汽车现有的充电方式有：交流充电、直流充电、快速更换电池和非接触充电等，因为电动汽车蓄电池比较笨重，快速更换电池不是十分便捷，所以外接式充电方式较受到大家的推崇。

一、电动汽车的充电方法和建设充电桩监控系统的必要性分析

电动汽车自目前的社会中得到了广泛的利用，但是续航问题与充电问题一直困扰着电动汽车的发展。现阶段，不少企业提出利用智能充电桩来解决续航问题，但是在具体推出充电桩之后发现充电桩的整体性管理成本较高，而且在使用中容易出现安全事故。出于对充电桩安全问题的考虑，也重视了充电桩运营管理成本问题，做智能充电桩的建设，并在智能充电桩设计的时候强化监控系统的构建，这样，监控系统实现对充电桩本身和充电过程的监测与控制，这不仅为汽车充电提供了保证，对充电桩的管理提升也有积极的意义。简言之，电动汽车充电方法和建设充电桩监控系统的必要性显著。

二、电动汽车充电桩分类

（一）交流充电桩

交流充电桩在家用或小型电动汽车中使用广泛，多应用于公共停车场、大型购物中心车库、社区/家用充电桩中。输入电压为单相220V，频率为50Hz±2Hz，电压波动范围为单相220V±15%。结构壳体采用坚固、抗老化、抗冲击力强的材料，具备防电磁干扰能力强的功能，交流充电桩的元器件在额定负载长期且连续运行，需充分考虑散热的要求。交流充电桩则首先由交流电网向电动汽车所配置的车载充电机供电，之后由车载充电机将交流电转变为可供电动汽车车载电池所使用的直流电，完成车载电池的充电。交流充电桩功率较低、耗时长，可以在电动汽车闲置时充电，方便使用。

（二）直流充电桩

直流充电桩更适用于出租车、大巴、电动轿车、混合动力公交车等大型电动汽车的快速充电，一般功率较大，在建设过程中需注重对电网的保护，一般建设在大型电动汽车停车场。直流充电桩输入电源为三相四线380VAC±15%，频率为50Hz±5%。充电方式针对不同电池类型一般分为两种，常规充电约5h，快速充电约1h。在充电过程中，需对电池状态监控，可根据电池的温度、电压对充电电压、电流进行自动调整，具备报警与保护功能。直流充电桩主要是通过地面提供电源，对电动汽车动力电池进行直接充电的方式，具有充电速度快的优点。

（三）交直流一体充电桩

交直流一体充电桩同时具备交流及直流充电功能，可以在白天业务量多时选择直流快速充电，在夜晚业务少时选择交流进行慢速充电。需具备为蓄电池系统安全、自动充满电的功能，减少在充电过程中对电池的伤害。充电模式可以分为定时、定量和智能三种模式。为确保充电桩安全可靠运行，需设置漏电、短路、过流等保护功能。交直流一体充电桩更为智能化。

三、充电智能桩监控系统的功能设计

（一）硬件框架组成

智能充电桩的硬件框架对其架空系统的功能发挥有重要的影响，所以必须要实现硬件框架设计的完整性。就具体的分析来看，硬件系统的组成主要包括以下设备：中央主控板、IC读卡器、检测芯片、显示电表、显示屏、键盘以及通信模块等。就系统的具体分析来看，其核心是主控板，其在充电过程启、运行、实时监控以后关闭。从主控板的具体工作来看，其能够通过多种的数据传输方式实现数据向后台的传输。IC读卡器以及检测芯片的主要作用是进行用户认证。至于其他的如显示电表、显示屏等设备，主要的作用是践行监测结果的显示。简单来讲，智能充电桩在实际监测的过程中，硬件系统发挥着重要的作用，所以对硬件系统的具体设备、设备的性能和参数等进行分析和讨论，保证系统的完整性具有非常重要的价值。

（二）充电桩智能监控系统的软件构成

智能充电桩的具体运行不仅要依靠硬件系统，更要依靠软件的运行，所以在智能充电桩的具体设计中，对软件系统做全面性分析和设计也十分的必要。从软件系统的具体分析来看，其主要有三个系统：其一是用户认证和识别系统，该系统的作用主要是进行用户身份的识别，进而保证用户在使用中的安全性。其二是运行监测系统。智能充电桩的充电行为是在身份认证之后自动完成的，整个过程如果没有监督，很容易发生意外，所以在充电的整个过程中涉及了运行检测系统，其会对充电的具体状态等进行检测，一旦发现存在问题，会立即启动故障预警并停止充电行为。

四、结语

综上所述，随着电动汽车产业的良好发展，充电桩的需求量不断增加，设计更加便捷、实用的智能化充电桩具有重要意义。

参考文献：

[1]程永明.智能电动汽车充电桩的设计与应用[J].环球市场，2019（7）：375.

[2]谢伟才.电动汽车充电桩的设计与研究[J].通讯世界，2016（2）：105-107.