电动汽车充电桩的分析与设计

电动汽车充电桩的分析与设计

宋垣静

（国网宁夏电力公司吴忠供电公司宁夏吴忠751100）

摘要：汽车是现代社会的主要工业产物，新时期，为了缓解环境问题，电动汽车应运而生.充电桩是电动汽车的能量来源，加强其研究方能为电动汽车的发展奠定良好基础，本文首先介绍了电动汽车充电桩的分类以及已有的充电方法，主要包括直流充电和交流充电等形式，然后对充电桩的总体设计要求进行简要分析，最后探究电动汽车充电桩的设计，以期促进电动汽车更快更好的发展。

关键词：电动汽车；充电桩；分析；设计

一、电动汽车充电桩分类

充电桩的种类有很多，按照安装方式来分，可分为落地式充电桩、挂壁式充电桩。落地式充电桩适合安装在不靠近墙体的停车位。挂壁式充电桩适合安装在靠近墙体的停车位。按安装地点来分，可分为公共充电桩、专用充电桩和自用充电桩。公共充电桩是建设在公共停车场结合停车泊位，为社会车辆提供公共充电服务的充电桩。专用充电桩是建设单位自有停车场，为单位内部人员使用的充电桩。自用充电桩是建设在个人自有车位，为私人用户提供充电的充电桩。充电桩一般结合停车场的停车位建设。

按充电接口数来分，可分为一桩一充、一桩双充和一桩多充。按充电方式来分，可分为直流充电桩、交流充电桩和交直流一体充电桩。

二、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，这些都对电动汽车充电桩的设计提出了更高的要求。

2.1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。

2.2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，确保电动汽车充电桩能正常运转。

三、电动汽车充电桩设计

3.1硬件设计

电动汽车充电桩复杂程度高，组成构件较多，包括主控板、IC卡读卡器、触摸屏、指示灯等等。

在所有电动汽车充电桩的组成构件中，主控板是最核心的构件，能够对充电过程进行有效控制，包括启动、监控、关闭等，而且可以利用通信功能将充电桩的工作数据传输至后台。另外，充电桩主控板的结构件也很复杂，包括控制器、以太网口、多个串口等。

为了对电动汽车充电桩的实况进行有效检测，确保充电可靠性和安全性，在充电桩设计中，还应该添加监控保护单元设计。通过监控保护单元，能够对电动汽车充电桩的电压、电流和充电接口的连接状况进行实时监测，如果发现异常，则可以及时切断电源，不仅能够有效保护充电桩的安全，而且还不会对电动汽车造成伤害。

3.2软件系统设计

3.2.1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。

3.2.2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。

3.2.3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。

3.3环境及电磁兼容设计

现阶段，电动汽车充电桩一般都是在室外环境下的，因此工作环境比较恶劣，容易受到天气的影响。另外，电动汽车充电桩属于充电设备，因此必须具备一定的抗电磁干扰能力，确保正常工作。

对于电动汽车充电桩的桩体结构，可以使用交叉覆盖的工艺，不仅能够提高充电桩体的防护能力，而且有利于在工作状况下形成良好的空气流动，提高充电桩的散热能力。对于充电桩的主体材料，一般采用镀锌钢板，并且对其外表使用汽车烤漆工艺，能够提高其抗锈能力以及抗蚀能力。在电动汽车元件选型中，对于所有的零部件，必须确保其达到工业级要求；对于充电桩电气设计，可以采用压敏电阻，磁环以及瞬变抑制二极管等，保证充电桩在恶劣的环境下也能够稳定工作。

四、未来发展

在政策支持之下，市场掀起了充电桩发展的热潮。作为拉动电动汽车产业发展的重要依托，企业开始对充电桩市场散发出了巨大的热情。充电桩其本质还是电气设备，相比成本较高、风险较大的上游设备生产领域，中游的充电桩的运营门槛不高，传统电气企业凭借着多年的经验积累，成为最早前往充电桩市场的掘金者。

由国家能源局牵头制定的《电动汽车充电设施发展规划》、《充电基础设施建设指导意见》尽管尚未发布，却成体系地回答了充电设施中的一些问题和对商业模式的解决办法，为实现充电桩的互联互通创造了有利条件。充电桩的互联互通，激发出了多样化的商业模式。进而衍生出了更为广阔的市场，整个行业中涌现出一批依托新能源开发智能汽车、智能电桩的互联网公司，以互联网或通信行业起家的上市公司超过半数。互联网公司的介入，将充电桩市场彻彻底底地打造成跨领域的产业，使沉寂已久的充电桩市场重新焕发出了活力。对于国内企业而言，利用政府补贴跑马圈地，抢占充电桩入口已经成为不少进军充电桩领域的互联网企业基本市场策略之一。

不过，在充电桩建设方面还需要更多的政策扶持和激励，此外更多的机场、火车站、高速公路休息区、酒店、大型文化娱乐设施、大型停车场、大型商场等充分接纳充电桩的基建商和运营商一定也是大势所趋。同时，参与建桩的无论是国家电网还是民营资本，都应当更好地优势互补、良性竞争，基于此，中国电动汽车的美好未来，一定会早日来临的。

总之，电动汽车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：

[1]殷树刚，刘建明，赵羡龙，郭正雄，吕天光.基于低压直流供电技术的市政路灯与电动汽车充电桩一体化系统[J].电网技术，2014.

[2]郭子健，唐明.基于IEC61850标准的电动汽车充电桩监控信息模型研究[J].电力系统保护与控制，2013.

[3]刘鑫爽.电动汽车充电桩的设计及其控制方法研究[D].广西科技大学，2013.

[4]王涛，张东华，贺智轶，梁曦.电动汽车充电桩的控制系统研究与设计[J].湖北电力，2011.

[5]范晓燕.电动汽车充电桩集中式电能规划技术研究[D].南京理工大学，2013.

作者简介：

“宋垣静（1977.12-），女，宁夏人，宁夏大学，工程师，单位：国网宁夏电力公司吴忠供电公司，研究方向：智能用电及电动汽车