浅谈电动汽车充电桩设计与应用研究

安科瑞 华楠

摘要：目前，随着我国社会经济的快速发展，我国的各个领域都取得了突破性的发展，尤其是在电动汽车充电桩的设计方法，新型的电动汽车充电桩设计已经广泛的受到了人民群众的青睐与认可，而这种发展前景也是非常可观的，从而使越来越多的人更加重视该行业的发展。但是无论哪一行业的发展，都有利有弊，在电动汽车充电桩设计与应用方面仍然存在一些不足与问题，因此，本文主要就电动汽车充电桩设计与应用进行分析，希望能够进一步促进该行业的现代化发展。

关键词：电动汽车；充电桩；设计；应用

前言

  目前，因为我国各个领域的快速发展，导致对能源的消耗也越来越严重，从而增加了能源的消耗量，促使整个世界都在面临比较大的能源危机，同时，全球的石油资源存储量也在不断的下降，空气污染、环境污染、全球变暖等情况也日益恶化，越来越多的国家开始重视汽车行业节能减排的相关工作，也将其作为汽车行业的主要发展方向。电动汽车作为汽车行业中的主要产品之一，其自身就具有比较强的环保功能，其所使用的电池也为环保电池，从而更好的满足了节能减排的相关标准与原则，所以，应该进一步对其充电桩的设计进行研究，将这种充电方式作为电动汽车未来发展的主要模式。

一、电动汽车充电桩的发展现状

  近些年来，在我国内的电网公司中，已经陆陆续续建立了600余座充电站，同时也建立了20000余台分散的充电桩，这也就标志着，电动汽车充电桩的发展已经具有了一定的规模。就目前的发展情况来说，因为智能化时代的到来，越来越多的汽车企业提出了智能充电的电动汽车充电桩设计，同时也能够设计与其匹配的智能服务云平台，但是这种建设模式还不成熟，仍然需要进行深入的研究。

二、电动汽车充电桩的设计形式

1、电动汽车交流充电桩

  在建设交流充电桩时，应该采用390V和220V的交流电压，并且这两种电压的获得也非常容易，在其进行地面充电桩时，能够对环卫清洁车、家用电动汽车等小型的电动汽车进行充电，其主要的优势就是能够在车辆不在被使用时进行充电。

2、电动汽车直流充电桩

  在一些大型的电动汽车或者电动公交车等场合，可以建设电动汽车直流充电桩，从而可以对经过的车辆进行快速充电。直流充电桩的功率要比交流充电桩的功率大，这样一来就会对电网产生一定的冲击性，所以在建设直流充电桩时，应该着重建立对电网的保护措施。

三、电动汽车充电桩的设计与应用

1、硬件设计

  在充电桩的设计过程中，硬件的设计属于一个核心设计环节，所以，在过程中，应该使用C44Box对充电桩内的电池管理系统进行有效的控制，而这个处理器的作用就是能够有效的进行控制，而后在利用整个网络通信对信息进行准确的统计和采集。

在本次所涉及到的控制系统中，应该确保客户能够控制系统，同时也能够通过系统查询到充电卡内的余额，并且及时的显示到屏幕中，从而能够清晰的显示出充电所需要的时间和目前电池的电量。同时，时间控制系统主要由单元处理器、电能输出以及电源电路等若干各硬件组成，并且，在这其中需要利用一个电路对放电进行控制，其由信号调理电路和采集电路所组成，该电路的主要作用就是能够控制系统内电源的整体输出，从而保证系统的运行。

2、NandFlash电路设计

  在控制充电桩控制系统时，需要通过处理器对硬件部分进行有效的处理和控制，在这其中调度工作属于非常重要的操作步骤之一，其启动的程序需要在ROM内进行，同时，在完成操作后，也会准确的将一些记录记录在控制系统内，并且将其储存在NandFlash中，比如，电压、电流和传感器等数据等，通过数据的储存和记录，能够进一步提升人机交换的速度。

3、LCD接口的设计

  在设计LCD接口时，可以利用S3C44BOX芯片进行设计，将其作为控制芯片，在S3C44BOX的控制下，能够实现对屏幕的控制，利用LCD驱动控制器，能够准确的找到LCD接口的像素数据和时序，在利用相关数据编写总线宽度程序，对于LCD接口中的信号来说，其中主要包括VCLK像时重信号、VFRAME同步信号、AV信号以及VLINE同步脉冲信号。

4、导引电路的设计

  对于导引电路来说，其主要的作用就是能够在充电前对接口进行各方面的检查，所以，在连接充电装置和电功率等工作时，应该要确保信息的准确性，同时也要做好充电时的监管工作。当电动汽车和充电桩之间进行连接时，应该通过充电电缆进行连接，为了能够实现这一目的与原理，应该在充电前，对充电桩进行控制，并且详细的记录好控制和监测数据，在完成记录后，对电压值是否符合要求进行判断，同时，应该确认好接口之间的连接，这样一来就能够确保整个过程的安稳性。

四、安科瑞充电桩运营管理平台

1、系统架构

  安科瑞Acrelcloud-充电桩收费运营云平台系统通过物联网技术对接入系统的充电桩站点和各个充电桩进行不间断地数据采集和监控，同时对各类故障如充电机过温保护、充电机输入输出过压、欠压、绝缘检测故障等一系列故障进行预警；用户通过微信小程序扫描二维码，进行支付后，系统发起充电请求，控制二维码对应的充电桩完成电动汽车的充电过程。

  充电桩可选配WIFI模块或GPRS模块接入互联网，配合加密技术和秘钥分发技术，基于TCP/IP的数据交互协议，与云端进行直连。云平台包含了充电收费和充电桩运营的所有功能，具体功能如下：

资源管理：充电站档案管理，充电桩档案管理，用户档案管理，充电桩运行监测，充电桩异常交易监测。

交易结算：充电价格策略管理，预收费管理，账单管理，营收和财务相关报表

用户管理：用户注册，用户登录，用户帐户管理，消息管理

充电服务：充电设施搜索，充电设施查看，地图寻址，在线自助支付充电，充电结算，导航等

微信小程序：扫码充电，账单支付等功能

数据服务：数据采集，短信提醒，数据存储和解析

变压器监控：监控充电站变压器负荷，每个充电站配备一块ARCM300T无线表，超负荷时系统自动对充电桩的进行调度管理，即当负荷超过百分之五十时，系统会限制新增开始充电的充电桩的功率，降为百分之五十，当变压器负荷超过百分之八十时，系统将不允许新增充电桩开始充电，直到负荷下降为止。

2、平台功能

2.1平台登录

在浏览器打开云平台链接、输入账户名和权限密码，进行登录，防止未授权人员浏览有关信息。

2.2平台首页

  平台首页总览每天的开户数、充值金额、充电金额、充电度数、充电次数、充电时长，累计的开户数、充值金额、充电金额、充电度数、充电次数、充电时长，以及相应的环比增长和同比增长以及桩、站分布地图导航、本月充电统计。

2.3实时监控

充电站监控

充电站监控页面监视用户充电枪总数、正在充电的枪数、空闲枪数、插枪数量、故障枪数量等，汇总了用户拥有各桩的当日充电总次数、总电量、总时长，进行负荷限制、故障查询。

充电枪监控

充电桩监控页面充电枪的基本信息、今日充电电量、今日充电次数、今日充电时长和累计充电电量、累计充电次数、累计充电时长等、充电电压电流等参数。

2.4微信小程序

搜索与使用

微信小程序可以通过扫描二维码和微信文字搜索找到，点击后可以加入到小程序列表，如下图所示

授权登录界面

用户通过搜索或者扫码等途径初次打开小程序时，会进入这个页面，需要用户授权登录才可以进入小程序主功能页面，如图所示：

主功能页

初次进入主功能页时需要授权定位才可以使用地图相关功能，在地图上查看到当前所在区域的充电站，查看充电站信息，可以进行扫码充电操作，地图导航等。

充电

扫描充电枪上的二维码，如果当前充电桩可用即可进入充电选择页面，可以查看到当前的充电站名称、充电枪名称，以及当前的账户余额，电价和预计可充电量等数据，还可以查看当前账户的历史充电记录。充电方式分为按时间充电、按金额充电、按电量充电这三种方式。充电结束可以进进行评价。

 

个人信息

个人信息可以显示当前登录账号的昵称和余额，同时包括、充值、充值记录查询、账单查询、充电记录查询、设置支付密码等功能

3、硬件配置

3.1平台服务器：建议按照我方推荐配置购买，或者客户自己租用阿里云资源。

推荐硬件配置清单：（如申请阿里云可忽略）

若客户自己租用阿里云服务器，服务器配置根据充电枪点数的不同，分别如下：

3.2现场推荐硬件配置清单：

五、结语

  综上所述，在设计充电桩时，应该对其电流、电功率等进行充分的分析，同时也要分析好原理图，通过车载充电和原理图中的内容，能够有效的将其与控制器进行结合，从而对硬件的设计进行各方面的研究。另外，电动汽车充电桩的工作原理也是非常复杂的，其内在设计的程序也非常繁琐，所以，需要要在日后的工作中进行深入的研究，从而进一步提高电动汽车充电桩设计的各方面性。

参考文献

[1]康强,顾鹏云,李洁,左曙光.电动汽车电驱动总成噪声传递特性测试和分析[J].噪声与振动控制

[2]卢冬雪.电动汽车充电桩设计与应用研究

[3]安科瑞企业微电网设计与应用手册.2020.06版