程永明

摘要：目前全世界都面臨嚴(yán)重的環(huán)境和能源問題，在我國(guó)推廣和應(yīng)用電動(dòng)汽車能夠緩解當(dāng)前嚴(yán)峻的環(huán)境問題，同時(shí)對(duì)建設(shè)節(jié)約型社會(huì)有重要意義。雖然我國(guó)電動(dòng)汽車數(shù)量趨于穩(wěn)定增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)，但因電動(dòng)汽車是靠電力為發(fā)動(dòng)機(jī)提供能量的，其續(xù)航能力和充電問題也成為人們關(guān)注的熱點(diǎn)，人們希望能夠在對(duì)環(huán)境保護(hù)的情況下，找到合適的解決辦法。文章對(duì)現(xiàn)階段我國(guó)電動(dòng)汽車的智能充電樁進(jìn)行了設(shè)計(jì)和研究，希望能夠促進(jìn)我國(guó)電動(dòng)汽車行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車;智能充電樁;設(shè)計(jì)與應(yīng)用

電動(dòng)汽車的應(yīng)用不會(huì)產(chǎn)生對(duì)環(huán)境造成污染的物質(zhì)，與普通汽車相比，噪音也比較小，同時(shí)操作簡(jiǎn)單，正是電動(dòng)汽車的這些優(yōu)勢(shì)，使其在我國(guó)社會(huì)中應(yīng)用廣泛。但是電動(dòng)汽車的缺點(diǎn)也是很明顯的，首先續(xù)航能力比較弱，其次充電不方便，這些也成為其在社會(huì)中被限制使用的因素。電動(dòng)汽車在運(yùn)行中如果電力不足，其性能就會(huì)大打折扣。當(dāng)前我國(guó)電動(dòng)汽車的充電方式主要有電池組快速更換、快速充電和常規(guī)充電。因?yàn)殡妱?dòng)汽車的電池組體積比較大，重量也很大，因此采用更換電池來進(jìn)行充電很不方便。但是應(yīng)用智能充電樁就能很好解決這個(gè)問題，同時(shí)智能充電樁還會(huì)對(duì)電動(dòng)汽車的電池組起到保護(hù)作用，因此研究電動(dòng)汽車的智能充電樁有重要意義。

一、電動(dòng)汽車智能充電樁的總體設(shè)計(jì)要求分析

我國(guó)地域遼闊，南北溫度和環(huán)境差異非常大，環(huán)境隨季節(jié)變化也比較復(fù)雜，而電動(dòng)汽車的充電樁通常處于強(qiáng)電磁場(chǎng)的環(huán)境中，這就對(duì)電動(dòng)汽車的制定充電樁提出了更高的設(shè)計(jì)要求。

（一）能夠經(jīng)受住多種極端天氣的考驗(yàn)

近年來，世界環(huán)境變化嚴(yán)重，全球變暖氣候仍然在持續(xù)，在世界各地已經(jīng)出現(xiàn)了非常極端的氣候，受天氣急劇變化的影響，各個(gè)行業(yè)都應(yīng)該采取必要的措施預(yù)防極端自然天氣引發(fā)的不良事件。對(duì)于電動(dòng)汽車的智能充電樁來說，為了減少極端天氣對(duì)充電性能的影響，首先應(yīng)該增強(qiáng)外部結(jié)構(gòu)的封閉性，這樣才能更好阻擋水珠、雨雪等進(jìn)入到充電樁中，造成充電樁內(nèi)部電路和其他運(yùn)行系統(tǒng)發(fā)生故障。在外部封閉的狀態(tài)下，內(nèi)部設(shè)計(jì)也還要保證空氣的良好流通，這樣才能讓充電樁各個(gè)運(yùn)行元件所產(chǎn)生的熱量更好地散發(fā)出去。

（二）應(yīng)該具備比較強(qiáng)的杭電磁干擾能力

電磁之間能夠產(chǎn)生感應(yīng)，這樣就會(huì)對(duì)信號(hào)傳輸造成一定干擾，這種現(xiàn)象就是電磁環(huán)境。當(dāng)前我國(guó)社會(huì)中無線移動(dòng)通信技術(shù)發(fā)展非?？焖?，電磁幾乎無處不在，所以相互干擾的現(xiàn)象也已經(jīng)非常普遍。電動(dòng)汽車的智能充電樁會(huì)受到強(qiáng)電磁干擾，所以在對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，要充分考慮到電磁干擾所帶來的不良影響，進(jìn)一步保證充電樁的正常工作。

二、電動(dòng)汽車智能充電樁的設(shè)計(jì)和應(yīng)用分析

（一）外部整體結(jié)構(gòu)和總控單元器件

電動(dòng)汽車的智能充電樁在設(shè)計(jì)時(shí)主要采取的工藝是交叉覆蓋，在設(shè)計(jì)過程中要保證其強(qiáng)度符合IP65防護(hù)級(jí)別的要求，這樣才能對(duì)雨水等液體進(jìn)行有效預(yù)防。電動(dòng)汽車智能充電樁在主體設(shè)計(jì)中采用的是鍍鋅鋼板這種材料，以此作為系統(tǒng)的硬件能夠讓充電樁在潮濕、有霧的環(huán)境中正常運(yùn)行，除此之外，充電樁還用了汽車烤漆工藝，在其表面涂刷了一層保護(hù)漆。在選擇充電樁的元器件時(shí)，要充分考慮到不同區(qū)域環(huán)境和溫度的不同，為了降低環(huán)境對(duì)充電樁工作的影響，我們采用了意法半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的STM32F107VCT6微控制器，其中包含了具有高性能、工作頻率為72MHz的ARMCortex-M3 32位RISC內(nèi)核，以太網(wǎng)接口、6個(gè)和每個(gè)單元對(duì)接的串口、16個(gè)IO接口，這樣就能夠更好地滿足對(duì)電動(dòng)汽車進(jìn)行充電的基本要求和檢測(cè)。運(yùn)用這種設(shè)備的另一個(gè)好處是，充電樁能夠在工業(yè)級(jí)溫度范圍內(nèi)保持正常的工作狀態(tài)，這樣就在很大程度上提高了總控單位的運(yùn)行效率。

（二）顯示和監(jiān)控單元的設(shè)計(jì)與應(yīng)用分析

LCD顯示器、觸摸屏、指示燈以及按鍵這些部件共同構(gòu)成了充電樁的顯示單元，根據(jù)LCD顯示器，用戶可以根據(jù)自身電動(dòng)汽車的具體情況在觸摸屏上選擇合適的按鍵來完成對(duì)電動(dòng)汽車的充電。對(duì)電動(dòng)汽車進(jìn)行充電的時(shí)候，指示燈會(huì)亮起，提醒用戶電動(dòng)汽車正處于充電狀態(tài)，充電結(jié)束后，指示燈會(huì)從紅色變成綠色，這就表示電動(dòng)汽車已經(jīng)充滿電。在這個(gè)過程中，我們要保證工作的電壓為3.3VDC，邏輯電平為0-3.3V，顯示屏的驅(qū)動(dòng)電壓為5VDC，工作溫度在0-50℃之間，寬溫在-25-75℃之間。在充電樁中設(shè)計(jì)監(jiān)控單元的主要目的是對(duì)電動(dòng)汽車在充電時(shí)進(jìn)行監(jiān)督，其中包括對(duì)模擬量采集的監(jiān)督，對(duì)開關(guān)量采集的監(jiān)督以及對(duì)開出進(jìn)行控制。首先系統(tǒng)對(duì)輸入的信息進(jìn)行采集，然后將采集到的模擬量信息傳輸?shù)介_關(guān)量采集單元，最后系統(tǒng)為用戶提供和電動(dòng)汽車性匹配的充電量。開出控制的作用是向充電的用戶發(fā)出警報(bào)，告知用戶對(duì)電動(dòng)汽車的充電已經(jīng)完成，以便讓其他用戶使用。

（三）智能充電樁軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用分析

（1）主控模塊

主控模塊的作用是根據(jù)用戶輸入的充電消費(fèi)情況，自動(dòng)為用戶輸出一個(gè)最為匹配的服務(wù)方案，如果客戶認(rèn)可輸出的服務(wù)方案就會(huì)按下確認(rèn)鍵，之后主控模塊就會(huì)將服務(wù)信息傳送到系統(tǒng)的各個(gè)硬件模塊，對(duì)電動(dòng)汽車進(jìn)行充電服務(wù)。與此同時(shí)，主控模塊還能對(duì)用戶的消費(fèi)情況進(jìn)行收集，例如收集智能充電樁的實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)以及對(duì)電動(dòng)汽車的充電記錄。

（2）安全模塊

秘鑰管理單元、數(shù)據(jù)加密單元和解密單元共同構(gòu)成了智能充電樁的安全模塊，它主要是系統(tǒng)的安全存儲(chǔ)單元。當(dāng)用戶對(duì)電動(dòng)汽車進(jìn)行充電并用IC卡付費(fèi)時(shí)，系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)記錄用戶的個(gè)人信息，而安全模塊會(huì)對(duì)用戶的信息進(jìn)行加密存儲(chǔ)，這對(duì)用戶的信息安全有很重要的意義。除此以外，安全模塊還能夠有效防止黑客的入侵，防止對(duì)客戶信息安全造成威脅。安全模塊中的解密單元能夠在用戶刷卡結(jié)賬時(shí)對(duì)其身份進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別，這是智能充電樁的一個(gè)方便之處。

（3）電氣設(shè)計(jì)與應(yīng)用分析

智能充電樁還要進(jìn)行防靜電設(shè)計(jì)，這樣才能對(duì)電路實(shí)施更好地保護(hù)，其設(shè)計(jì)主要是通過雙向瞬態(tài)抑制二極管接地來實(shí)現(xiàn)的。除此以外，智能充電樁還采用了電能計(jì)量、觸摸顯示屏和無線傳輸模塊等來連接內(nèi)部控制板和外部的各個(gè)功能模塊。

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