赵斯衎

摘 要：现今，电动汽车已成为人们出行的必备工具，其市场占有率不断增长。但续航能力不足及充电问题困扰着电动汽车行业的发展。因此，本文先概述了电动汽车充电系统的运行要求和充电方法，而后对其智能充电桩的设计与功能实现展开探究，以供参考。

关键词：电动汽车 智能充电桩 系统设计

1 引言

电动汽车给人们生活带来便捷、推动城市化发展进程的同时也造成了严重的交通堵塞和环境污染。在可持续发展和环境友好型的理念下，电动汽车生产行业逐步加大了新能源汽车的研发力度，在设计中融入清洁能源和高新技术的应用，旨在打造智能化的充电桩来解决电动汽车的续航和充电问题，以提高充电效率、增强用户体验。

2 电动汽车充电系统概述

2.1 运行要求

电动汽车的充电系统主要由充电桩、电池、集中器、充电管理系统四个部分构成，通过降低电源功率的方式将其中的能量输送到蓄电池来完成充电工作。运行要求有：一要具备高度的安全性;二要具备操作简便性;三要合理控制运行成本，避免能源浪费;四要确保充电效率高，以节省充电时间并降低能耗。基于当前电动汽车存在的续航能力差、耗电快、充电不及时等不足，优化智能充电桩的设计与功能实现极为必要。

2.2 充电方法

电动汽车的充电方式主要有四种：一是交流充电。与交流电网相连，通过充电机的过渡充电装置将交流电流输送到蓄电池中，具有充电时间长但安全性和稳定性高的特点，一般适用于小型电动汽车等[1]。可选择220V或390V的交流电压，为家用和环保清洁车等小型电动汽车进行智能充电。二是直流充电。可直接为电动汽车的蓄电池提供电源，通过地面传输直流电源，充电时间短，但稳定性不高、电池损耗大。常适用于小型快速充电或大型电动汽车，如电动公交车等。三是快速更换电池组。该方式虽节省了充电时间，但操作不便，且长时间使用中蓄电池能耗较大，成本较高。四是非接触式充电。通过电磁感应、磁共振等装置将磁能和电能进行转化，具有快速、灵活、接触性能好等特点。但目前该方式的应用受技术、资金等方面的制约。

3 电动汽车智能充电桩的设计与功能实现

3.1 硬件系统设计

智能充电桩的优化设计应先完善相应的基础硬件设施的框架，其组成主要包括：中央主控板、IC读卡器、微型打印机、检测芯片、显示单元装置、监控装置、GPRS通信模块等，具体如图1的框架图。

在中央主控系统的设计上，要对主控板的控制充电系统的启动、运行和停止等功能进行设计，以发挥其充电系统主模块和有效监控其充电桩运行全过程的效果，以便借助多种通讯方式将运行中产生的数据及时收集和传输到后台进行分析和处理[2]。例如可使用具有低功耗、接口资源丰富、处理速度快、控制力强等优势的C44B0X微处理器来优化主控系统相关功能的设计，主要对上位机与控制器进行操作来增强控制系统和电池管理系统性能，以实现用户自助操作、卡内余额查询等功能，并根据用户等级设计相应的监控权限，提高操作过程的安全性。同时完善CAN/LIN网络建设，以便实现相关数据的通讯采集和统计。

为准确掌握充电桩的运行情况，需设计显示和监控单元，连接好LCD显示器、指示灯等硬件设备及各充电接口，用户可通过LCD显示器和触摸屏上的按键进行操作，根据界面设置内容选择需要的服务。当连接充电后，指示灯会显示当下充电状态，灯颜色由红转绿即为充电完成。广大电动汽车用户便可开启智能化的自助服务，可进行充电卡余额查询等，电量、充电时间等详细数据会自动显示。监控单元的设计主要是对智能充电桩的运行状态进行监督，将采集到的模拟量传输至开关量采集模块，向用户显示准确的充电需求量。当发生充电故障时，其会立即切断电源，并反馈具体信息和启动安全保障功能。当完成充電后，由开出控制引导用户将电动汽车开出充电桩，以供其他用户继续使用。

3.2 软件系统设计

软件系统的主要作用是将各功能模块高效结合起来，实现各模块功能的相互作用、协调和配合，确保充电桩顺利开展充电工作。软件系统的功能框图如图2。

第一，在主控系统的设计上，首先，连接好主机、应用服务器、web服务器、存储服务器等软件元件架构。其次，结合电动汽车的类型和用户的充电消费需求等在系统中设计合理的自动匹配充电方案，以向用户提供优质的自动化充电服务。当用户选定服务后，主控模块自动启动通讯模块的功能将相关数据信息传输到系统的各单元模块中，向各硬件模块发送操作指令，实现智能化、自动化的充电操作。同时，在运行中自动采集用户的消费数据，如充电量、充电桩的运行数据、消费金额等，并达到信息优化配置的效果。

第二，在安全管理系统的设计上，从保障数据的安全性与保密性着手，优化设计解密模块、密钥管理模块、数据加密模块等。首先，构建DBMS，设计好相应的DDL、DML模块，以实现对数据的定义和操纵功能。其次，利用数据加密技术或加密软件，并设置安全密钥完善数据库系统的设计。最后，将之与现有的CRM系统、ERP系统相结合，当用户在刷卡操作时会产生数据交互，整个系统应实现对用户个人信息和数据进行自动识别和加密处理的功能，并自动启动密钥管理系统的保护，以防止重要信息外泄，保障用户信息安全。

第三，在远程通信系统的设计上，融合GPRS技术的应用，安装远程视频监控系统，实现对智能充电桩远程定位控制的功能。

第四，在人机交互系统的设计上，主要是对界面内容进行设计，如欢迎界面、充电界面、付款界面等。利用与主控系统的交互，借助计算机的输入输出指令以及多点触控技术模拟人与计算机的对话，使用户在充电桩操作界面通过滑动、点击、放大缩小等动作来获取相应的数据信息。

第五，在软件系统程序的设计上，要优化流程编写和设计，如IC卡识别、连接是否正确、充电模式选择、是否充电、充电结束、计费等，确保各环节操作准确。

在设计好后，用户便可通过刷卡的方式进行电动汽车的充电操作。在指定区域刷好卡后，智能充电桩机器界面会显示具体操作流程，用户只需按照提示选择自己需要的充电模式并连接上充电接口即可。

3.3 环境兼容系统的设计

电动汽车智能充电桩的设计应高度融合绿色、环保设计理念，优化环境兼容系统的设计，降低能源资源耗损的同时减少环境污染，从而进一步推动环境友好型社会的发展。

首先，综合考虑电动汽车充电的影响因素和用户需求，明确智能充电桩的设计原则和要求。利用云计算技术对智能充电桩数据库系统的数据构建数据关系模型，并分析数据信息的特点，以实现大数据兼容的功能，从而对智能充电桩进行控制。其次，由于充电桩一般设置在室外，因此要充分考虑夏天的高温暴晒和狂风暴雨、冬天的雨雪冰冻等自然因素会带来的不良影响。因而智能充电桩的安装设计应考虑周围的环境、气候等因素。而后，为避免电磁干扰，可选择工业级别的零部件装置，降低温度、环境的负面影响。最后，在电气设计上，要融入防雷器的运用，采用压敏电阻优化电路的防静电设计，通过双向瞬态抑制二极管、磁环、磁柱等来加强对通讯线路的防静电保护，以避免受到电磁的干扰[3]。

4 结语

新时代背景下，要想增强电动汽车的市场竞争力，还应优化新能源、互联网技术、人工智能技术在电动汽车智能充电桩系统中的融入应用，完善硬件、软件、环境兼容等系统的设计，有效解决其续航和充电问题，从而增强用户充电体验，实现电动汽车的规模化生产，提升电动汽车行业的经济、社会和生态效益。

参考文献：

[1]杨晶.电动汽车智能充电桩的设计[J].电子技术与软件工程，2019（11）：214-215.

[2]王孟涛，张妍.面向互联网的电动汽车智能充电系统设计与应用[J].湖北农机化，2019（16）：141.

[3]曹新颖，史辛琳，刘琳娜，等.分析电动汽车智能充电桩的设计与实现[J].科技风，2019（15）：6.