基于智能控制的电动汽车充电桩系统研究1
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作者:吴显富
摘 要：近几年来，在全球可持续发展环境下，电动汽车以新型绿色成为汽车工业研究热点。凭借操作方便，以及较高的实用性，智能充电桩作为电动汽车的配置基础设施也随之被大力推广。智能充电桩技术的关键点之一是通过设计更高效、可靠的智能充电桩进而保障电动汽车安全高效的使用过程。本文通过基于智能控制，分析了电动汽车智能充电桩的系统。
关键词：电动汽车 智能 充电桩
中图分类号：U469. 72 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2019）07（b）-0114-02
随着不可再生能源，如石油的不断使用，能源危机和环境要求迫使各国更加重视新能源的开发[1]。与传统的燃油汽车相比，电动汽车不仅在便利性、续航性能和制造成本上有许多优点，而且不需要浪费额外的时间来进行燃油补充。电动是一种绿色新能源，其通过电能作为动力来源进行驱动，完全摆脱对石油的依赖。再者，由于电机运行声音远低于传统燃油汽车发动机的运行声音，使得低噪音也成为研究电动汽车的一个重要原因。
目前，很多科研机构及国家在电动汽车的研发和市场投入上已经有所成就，但我国在电动汽车上的研究起步晚，发展慢。因而，智能电动汽车的研究必然是发展趋势[2]。
1 充电系统的功能要求
在智能充电汽车系统中，电能通过电网传递到智能电动汽车“中转站”。电动汽车智能充电桩再此过程中发挥巨大作用。除基本的安全性、便携性和效率高要求外，智能充电桩还应具备以下几种功能：指示功能;记录功能;智能计费功能;监控功能;报警及故障保护功能。
2 充电系统的充电和智能充电桩的建设方式
2.1 充电系统的充电方式
电动汽车智能充电的方式主要有以下4种。
2.1.1 交流充电
与交流电網相接，一般来说会用220V或者380V的交流电来实现电动汽车的充电过程。交流电源连接到汽车充电电动机，充电电池。交流充电安全性较高，但因时间较长，故一般用于小型电动汽车或外接式的混合动力汽车[3]。
2.1.2 直流通电
直流通电一般通过地面来提供电源，并且直接为电动汽车充电。相对交流充电的方式，其减少了车载充电桩，从而降低了汽车自身的重量。其使用的充电桩的功率一般较大，会对电网产生巨大的影响。因此在布置时，需要进一步考虑电网的保护措施。
2.1.3 更换电池组
简单而言，就是在汽车上额外备用一个蓄电池，当一个蓄电池电力不足时用另外一个蓄电池进行更换。这是一种更快、更方便的方式，简单地移除电动汽车的所有电池模组，并以已经充满电的同类型电池取代。由于需要对电池模块的充电、存储、维护和更换，因此充电站有很高的建设标准。投资成本相对较大，智力程度较低。一般而言，不予采纳[4]。
2.1.4 非接触式充电
非接触式充电分为电磁感应、磁共振和微波三种。非接触式电动汽车的智能充电桩可以通过反复充电，为车辆提过持续运转的能量。另一方面，非接触式充电不需要电缆将汽车连接到供电系统，可以直接充电。
2.2 充电桩的建设方式
从技术和使用层面上看，电动汽车智能充电桩的定位在几个主要场景：居民区、公司和学校等特殊场景;中心商场、连锁超市、运动和停车场等公共场景;高速公路服务区等。
综合来看，交流充电相对更换电池组和非接触式成本较低，风险较小。而且，220V和380V的交流充电方式其电压易于获得，且对电网无大的负面影响。因此，220V和380V交流充电应该是我们需要研究的主流方式。
3 建设智能充电桩监控系统
智能充电桩的监控系统作为智能充电桩系统的核心之一，是智能充电桩电气系统、供电监控系统和安全监控系统的总称[5]。重要性主要体现在以下2个方面。
（1）保证充电安全的需要。
对于智能充电桩而言，如果充电过程不理想会加速甚至造成智能充电桩的永久损坏，更有甚者还会引起爆炸。智能充电桩监控系统的充电监控功能不仅可以监控智能充电桩的实时状态，还能作为保护措施从而高度保证充电过程的安全[6]。
（2）提高智能充电桩运行和管理水平的需要。
电动汽车智能充电桩是电动汽车能源基础设施，其保障了电动汽车的正常运行。组成智能充电桩的子系统数目较多，百分百人工管理不合实际。因此，采用先进的智能化技术来完成智能充电桩的运行和管理，提高其水平是十分有必要的。
4 充电桩智能的设计
电动汽车智能充电桩的系统设计主要包括硬件、软件和环境和电磁3个部分，除满足标准外，还可以添加其他附加功能。
4.1 硬件设计
电动汽车系统十分复杂，其智能充电桩的硬件系统部分主要包括：主控板、读卡器、通信模块、触摸屏等。主控板是智能充电桩的核心主体。主控板进行充电过程全部控制。主控板通过通信信道渠道完成服务器的智能化[7]。 为保证电动汽车智能充电桩的运行过程正常，相关部门也要对智能充电桩进行实时监控。
4.2 软件设计
电动汽车智能充电桩的软件设计部分，其具体可以拆分为：系统工作流程和功能模块设计两个部分。在电动汽车智能充电桩中，系统程度的工作流程是：当电动汽车因为电力匮乏急需充电，则可以刷IC卡或者通过其他智能支付方式进入充电状态。充电过程通过电动汽车智能充电桩的主控制系统进行保障。如果充电系统发生故障，那么充电操作将被禁止，并且还将警告服务器。
功能模块化设计目的是使智能充电桩运行效率高，并且有可观的延展性。其主要包括主控模块、人机交互模块、读卡器模块、费用计量模块、通信模块等。主程序是在软件系统开始时，通过系统配置的文件配置相关程序，并且加载完成各通信模块。人机交互模块主要完成用户操作，并进行与用户的信息交互。安全模块主要完成对用户信息和智能充电桩数据传递过程的线路加密，保证用户信息安全，不被外界窃取。
4.3 环境和电磁设计
电动汽车智能充电桩一般布置在户外，因此需要有能抵抗恶劣的自然环境的能力。另外，电动汽车智能充电桩应该拥有抗电磁干扰的性能，至少可以抵御正常电子通信设备产生的弱电磁干扰。不能仅仅因为一个微弱的电磁信号就影响整个充电过程的实现。
5 结语
电动汽车充电桩系统的智能化是一个复杂的工程，涉及多个方面的技术要求。在互联网环境下，应结合智能控制研发满足系统综合监控需要，人机操作界面友善、易扩展的系统，来推动电动汽车智能控制的进一步发展。
参考文献
[1] 刘朝晖. 电动汽车智能充电桩的设计与应用[J]. 电子技术与软件工程， 2017（3）：248.
[2] 王旭，齐向东. 电动汽车智能充电桩的设计与研究[J]. 机电工程， 2014（3）：27.
[3] 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（6）：215.
[4] 严晓燕.在充电站应用基于转付的预付系统[J].电力信息化，2012，8（7）：10-13.
[5] 申超群，王晓侃，孙忠良.电动汽车充电站智能监控系统研究与设计[J].华东电力，2011（6）：1000-1003.
[6] 严辉，李庚银，赵磊. 电动汽车充电站监控系统的设计与实现[J].Grid technology，2009（6）：15-19.
[7] 张昉.智能充电桩的设计要求及技术研究[J].中国新技术新产品，2018（7）：13-14.
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