电动汽车充电桩设计与应用

充电桩健康系统设计进行深入的研究，为电动汽车充电桩设计与应用提供参考依据。关键词：电动汽车；充电桩；设计中图分类号：U491.8; TM910.6 文献标志码：A 文章编号：2096-2789 (2019) 20-0190-02在工业发展过程中汽车的出现极大地推动了社会和经 要进行充电，要求充电设施或者更换站数量较多，同时 济的发展，但同时对环境产生污染日益严重，成为当前应 也会相应地增加工作人员，进行日常的运行和维护，需

主要解决的问题，由此为电动汽车创造出巨大的发展空

要更多的投入才能保证电动汽车正常的运行，而且无法 间。电动汽车是以电力能源为主，汽车通过充电桩获得电 实现智能化控制目标，存在适应性较差等问题。力能源，提升充电桩的充电性能，既能为电动汽车发展奠 (4)非接触式充电。釆用非接触式充电方法，会

定坚实的基础，又能为人们提供便利的充电服务。以地面为基础配置充电电器元件，只有保证汽车与电器

元件的有效连接，才能使汽车进行有效的充电。在充电

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电动汽车充电桩概述过程中无论汽车保持静止或者行驶状态，都可以进行充 1.1电动汽车充电桩背景及发展现状电，无需使用充电桩，但是现阶段非接触式充电还无法

人们生活水平提高的同时，环境保护意识日益增强，

应用在实际充电过程中。在选择交通出行方式时，更愿意以电动汽车为主，从而

为电动汽车创造巨大的发展空间，电动汽车己经成为汽 2 充电桩的类型车市场新的发展动力。尽管电动汽车具有广阔的发展空 充电桩作为电动汽车充电装置，主要为电动汽车提

间，但是在发展初期许多设施缺乏配套体系，严重影响

供充电服务。现阶段人们驾驶电动汽车，需要的充电

电动汽车的发展，并成为有关部门重点解决的问题。现 桩有两种类型，一种为直流充电桩，另一种为交流充电 阶段我国已经加大电动汽车配套设施的完善，以国建电 桩。直流充电桩具有非车载充电机性能，在充电过程中

网为基础建设充电站、充电桩等设施，同时积累一定的 需要较大的功率，以直流电输出方式为主，配置的功率 建设经验。为60kW、120kW和200kW。在火车站、飞机场等地区， 1-2电动汽车充电的方法会配置直流充电桩，目的是可以为电动汽车提供快速的 电动汽车充电方法主要有两种，一种为交流充电法， 充电服务。另一种为直流充电法。直流充电法可以在普通的停车场

以三相或者单相交流电为原理，借助车载电机将交 为大型公共汽车提供充电服务，而且直流充电法可以快 流电转换为直流电，最终形成交流充电桩。交流充电桩 速完成充电，为人们创造便利的充电条件。所需功率较小，通常有三种功率，分别为7kW、22kW

(1) 交流充电。交流充电是由电网公司以220V或 和4OkW。在居民小区或者市内停车场会配置交流充电 者380V电压的形式，为电动汽车提供交流充电服务。

桩，原因是交流充电桩充电所需时间较长。在电动汽车内部，车载充电装置通过滤波、整流的方式, 将电流储存到电动汽车蓄电池内，可以快速完成充电过 3 电动汽车充电桩监控系统实现的功能程，主要在小型纯电动汽车上釆用交流充电方法。3.1充电桩建设的两种可行模式(2) 直流充电。将地面作为电源为电动汽车提供

(1) 建设交流充电桩。我国日常使用的电压为 充电服务，与交流充分方式相比，大型电动汽车和电动

220V,在停车场内建设交流充电桩，以220V和380V

汽车，可以快速完成充电，同时无需使用蓄电池存储电

交流电压为主，可以快速进行充电，现阶段交流充电桩

量，即可使汽车行驶。都是以这两种电压形式出现。家用电动汽车或者小型电

(3) 更换电池组。釆用更换电池组方法对电动汽

动汽车进行充电时，釆用地面交流充电桩，既能使汽车 车进行充电，要求电动汽车应有两组蓄电池，一组作为 在闲置状态下完成充电，最大程度减少充电时间，还能 电源为电动汽车提供能源，另一组作为蓄电池通过地面

方便汽车进行充电。获得电能。为电动汽车配置两组蓄电池，避免电动汽车

(2) 建设直流充电桩。大型电动汽车充电方式以

在行驶时一组蓄电池电力不足，导致汽车停止行驶，这 直流充电为主，在大型停车场建设直流充电桩，可以方

时另一组蓄电池提供电能，可以保证汽车正常的行驶。 便大型电动车快速完成充电。由于直流充电桩需要较大 以更换电池组形式为电动汽车提供电能，减少更换电池 的功率，在建设直流充电桩的同时，还应重视对电网的

的同时，还能有效减少充电时间。尽管更换电池组方法

保护，减少大功率直流充电桩对电网的损坏。应用较为广泛，但是对电动汽车配置的两组蓄电池都需

3.2监控系统的主要功能交流充电桩和直流充电桩都需要配置完善的监控系

作者简介：华陈君(1986—),男，工程师，研究方向：电 统，监控系统具有的主要功能有以下几点：(1) IC卡 力新能.源。识别功能，电动车主在充电过程中，使用IC卡进行计费。[2019年第饭腐Engineering Design | 工程设计 | ・191・(2)保护和检测功能，电动汽车使用充电桩进行充电时，

序可以对文件信息以及配置产生的信息进行加载，使模

监控系统会对电压和电流进行检测，保护汽车不受变动 块通信保持在正常的状态下传输信息。提升软件系统的 的电压和电流影响，出现电力供应问题。(3)实时监 通信信息处理能力，以主控程序为主协调模块工作进度， 控功能，电动汽车在充电过程中，监控系统会对蓄电池 并将不同模块产生的信息通过加载进行通信传输，通信 的充电电压和电流进行控制，避免电压和电流出现超负

信息会以用户信息、充电费用等形式出现。主控程序具

荷问题。(4)通信功能，该功能可以与上级管理层建 备的通信功能，会对产生的数据信息进行整理，整理后 立通信关系，及时传输信息，保证充电过程安全稳定的 会传输至控制系统。借助通信模块处理信息数据，下位

进行。(5)维护功能，对电动车蓄电池进行实时的维护， 机交流充电桩会按照后台管理系统指示，对产生的数据

检测蓄电池的性能，保证蓄电池可以延长使用寿命。进行解析和处理。在设计人机互模块过程中，产生的内容会集中出现 4 智能充电桩的总体设计要求在充电桩显示器上，界面上包括启动充电、停止充电等 4.1可经受多种极端天气的考验界面。主控模块与人机交互模块建立连接关系，可以对

人类活动对环境产生的问题日益严重，地球频繁出 系统下达控制指令，在界面上会转换出不同的控制界面。 现极端天气，对社会和经济发展都会产生不同程度的影 安全模块是以读卡器、数据加密模块及密钥管理系统为

响。设计智能充电桩应以应对极端环境为前提，保证充

基础建立的，将加密技术应用在读卡器上，可以保证用 电桩有良好的密封性能，使充电桩可以减少受到雨雪等 户和充电桩之间产生的数据，通过加密处理后实现对临 影响，避免充电桩内部电器元件出现故障，而影响到充

时变量进行交互处理，同时也可以保证信息传递过程中 电桩的正常使用，同时在充电桩内部避免出现温度过高 不会发生信息泄露。数据加密模块设计是以加密形式，

的情况，增加空气流动及时消散电器元件产生的热量。

对用户产生的信息进行存储和加密。用户产生的信息通

4.2应具备较强的抗电磁干扰能力过数据解密模块，会生成原始数据，用户可对产生的数 无线移动通信技术对充电桩产生明显的电磁干扰， 据进行识别和处理。密钥管理系统对生成机制实施加密 在设计充电桩时应提高抗电磁干扰能力，根据电气布局 处理，通过加密算法保证密钥提供加密保护功能。充电桩内部结构，尽量降低不同类型的电磁干扰，保证 5.3环境及电磁兼容设计智能充电桩可以稳定持续的运行。若充电桩在恶劣的环境中使用，会降低充电桩的使

用寿命。为提高充电桩的使用寿命，减少极端环境对充

5 电动汽车充电桩设计电桩的影响，应融入抗环境破坏的设计理念，同时根据抗 5.1硬件设计电磁干扰要求，设计出具备抗环境影响、抗电磁干扰的综

设计电动充电桩所需的构件较多，并且构件在内部

合性充电桩，以便充电桩在恶劣环境以及电磁强的环境 组成十分复杂，主要涉及主控板、【C卡读卡器及指示灯 内，依然可以为电动汽车提供充电服务。在进行充电桩桩 等构件。主控板是充电桩核心构件，在设计充电桩时应 体结构设计时，运用交叉覆盖工艺提升桩体的保护能力， 保证主控板可以正常工作，保证对充电过程下达启动、

同时保证桩体在良好的通风状态以及散热性能下，使充 监控及关闭等命令，同时将产生的信息以数据形式传输 电桩可以正常的使用。桩体的主体材料以镀锌钢板为主，

到管理设备上。主控板有控制器、以太网口以及多个串 采用汽车烤漆工艺可以提升桩体表面的抗腐蚀、抗锈蚀能 口组成。主控板结构组成复杂，在主控板设计时应加入

力。桩体内配置的汽车元件，都应以工业级为标准，并在

监控保护单元设计，以便对充电桩可以有效的检测，同 内部配置压敏电阻、磁环和顺变二极管等构件，力求充电 时保证充电过程安全稳定的进行。桩可以在任何极端环境下提供充电服务。5.2软件系统设计(1) 系统工作流程。驾驶员将电动汽车停靠在充 6 结束语电桩附近，在进行充电时驾驶员应在刷卡区放置IC卡，

综上所述，充电桩设计以软硬件设计、环境电磁兼

按照屏幕提示信息将充电接口与电动汽车相连，选择相 容设计为主，软件设计主要对不同的模块进行设计，包 应的充电模式使电动汽车进入充电状态。进入充电阶段， 括主控、读卡器及通信等模块。依照管理要求对充电桩 监控保护单元会对电压、电流及接口连接情况进行实时

的设计应进行深入的研究，保证设计的每个环节都可以

监控，一旦出现异常情况可及时停止充电。汽车进行充 解决电动汽车充电遇到的问题，以便增强充电桩设计可 电时充电桩显示器会有指示灯，以闪烁的状态提升充电 行性特征，为我国电动汽车及充电桩建设奠定坚实的发 过程，若出现问题指示灯会发出警报，对各个系统进行 展基础。有效的调整，避免充电桩无法提供充电服务的情况出现。(2) 功能模块设计。在对充电桩软件系统设计过

参考文献：程中，应以编写原则进行模块功能设计，并强化软件系

[1] 陈源兴.电动汽车飭充电桩建设分析[J].信息记录材料，

统的可行性特征，有助于软件系统扩展性的发展。按照 2019(4) :112-113.充电桩使用功能分为进行多个模块设计，主要为主控模

[2] 赵慧娟.浅析电动汽车充电桩系统设计[J].电脑知识与技

块、读卡器模块及通信模块等，并以此构建模块框架。 术,2017(30) :247-248.在后台管理系统设计时，将总线与下位交流充电桩建立 [3] 赖茂松.电动汽车充电桩集中式电能.规划技术研究[J].汽

通信关系，保证通过监控和管理对下位交流充电桩进行 车实用技术,2018(24) : 63-64.通信处理。在充电桩软件系统启动过程中，通过主控程