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摘要：电动汽车利用电力取代了传统的汽油能源，有效地缓解了当前能源短缺的问题，践行了可持续发展战略。但是续航能力不足仍然严重制约着电动汽车的推广和发展，因而加快智能充电桩的研发和完善也是目前科学界以及电动汽车行业关注的热点。智能充电桩配备有完善的远程通信监控系统，可以实现电动汽车的快速充电，有效解决了电动汽车续航能力差的问题。
关键词：电动汽车；智能充电桩；设计；实现
引言
电动汽车凭借其零污染、零噪音、驾驶简单的优势一度成为人们关注的焦点，但是电动汽车续航能力弱以及充电不方便等缺点也成为限制其大范围使用的障碍。目前，电动汽车采用蓄能电池作为动力来源，当电压较低时，就必须进行电能补给，否则性能会受到很大影响。目前，国内有很多充电模式，例如：电池组快速更换、快速充电以及常规充电等，但是动力电池体积大、重量大、更换不方便。本文提出电动汽车智能充电桩总体设计方案，不仅能够解决电动汽车随时随地充电的问题，还能够对动力电池进行维护，具有友好的人机交互界面和完善的通讯能力，确保了用户操作简便，实现了智能化。
1智能充电及其经济效益
对电动汽车进行智能充电不仅能够维持电网的稳定，还能对环境的保护、车主的利益以及电网的收益起到至关重要的作用。在美国，一辆加入到智能电网中的电动轿车与一辆传统校车相比，每年每个座位能够节省大约5700美元。起初人们只是试探如何在大规模电动汽车充电的情形下维持电网的稳定性，在此基础上再考虑获利的可能性，后来逐渐发现如果对电动汽车进行智能充电，不仅会使电力公司受益，还能改善环境状况以及让电动汽车用户获益。从对加州官方提供的数据进行仿真发现，对电动汽车进行智能充电可以减少29.5%的成本以及79%的CO2和83%的NOx的排放量。利用电动汽车将可再生能源充分整合进电网，以最小化电网运行成本为目标优化电动汽车的充放电，计算结果表明，这样既可以减少发电厂的运行成本，又可以大大减少二氧化碳排放，同时还可以创造相当可观的经济效益。
2电动汽车智能充电的方法
2.1交流充电
由电网提供220V或者380V交流电源，经过车载充电装置的滤波、整流和保护等功能，实现对电动汽车蓄电池的充电过程。这种充电方法充电时间较长，充电功率较小，适合小型纯电动车以及混合动力运行的汽车。
2.2直流充电
这种充电方式是由地面提供直流电源，直接为车上的蓄电池进行充电，省去了车载充电装置，有利于车身自重的减轻。地面充电机一般功率较大，能实现快速充电。适合电动公交车等大型电动汽车。
3智能充电桩的设计和实现
3.1外部整体结构和总控单元器件
电动汽车智能充电桩采用交叉覆盖工艺设计，整个桩体结构的强度符合IP65防护级别的要求，可有效防止水的渗入。在主体设计方面，电动汽车智能充电桩采用镀锌钢板作为系统硬件材料，且为了保证其可以在潮湿、盐、雾等环境中正常运转，采用了汽车烤漆工艺，在其表面涂上了一层保护漆膜；此外，该设备能在工业级温度范围内正常工作，大幅提高了总控单元的运行效率。
3.2硬件系统设计
智能充电桩与传统的电动汽车的充电桩的硬件系统设计十分相似，监控板、主控板、读写器、指示灯、按键、触摸屏、指示灯等等是智能充电桩的主要组成部分。在智能充电桩整个的硬件系统中主控板是核心部分，智能充电桩主要功能的实现都需要主控板向远程控制中心通信接受并向其他的部分传达命令，包括电动汽车充电的开始、运行、结束以及充电过程的监控等等都离不开主控板。智能充电桩的主控板需要具备5个左右的串口，包括以太网口、SDRAM控制器和NAND控制器等，而且比传统充电桩的温度范围也要更广。
同时为了确保充电过程的安全，通常智能充电桩还具备监护保护单元，实时监控电压、电流的输入和输出，当电池充电完毕或者是出现异常时可以及时切断电源，这种监控单元的设计进一步增加了智能充电桩的安全性和可靠性。
3.3软件系统设计
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。
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。
另外，我们主要以双向瞬态抑制二极管接地来实现通信线路的静电保护。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。电动汽车智能充电桩充电模式可以根据需要进行修改，充电时间可根据充电模式的选择自动调整，用户信息可以显示当前卡内余额、历史充电记录，方便用户查询。当电池电压达到额定电压的90%的时候，系统会自动降低充电电流，对电池做出维护。通过模拟仿真测试，凸显的一个问题就是系统发热量较高，需配备散热设备进行散热，以保证电子器件的安全、稳定运行。
3.4环境适应及电磁兼容设计
智能充电桩是为了满足电动汽车随时随地的充电需求，因而大多数智能充电桩都是在室外使用的，必须要面临雨雪冰霜高温严寒等各种各样的电气的考验，且由于现代社会电器的应用日益广泛，使得电磁干扰现象也越来越常见，所以智能充电桩必须要具备环境适应及电磁兼容设计。目前使用的智能充电桩桩体外部结构采用交叉覆盖工艺进行设计，从而确保智能充电桩防护等级足够高且外部完全密封，可以避免雨水、腐蚀性气体等的侵入，除此之外也保证了内部的空气可以充分流动，确保了内部元器件的散热。为了提高充电桩的抗干扰能力采用镀锌钢板作为主要材质，且外部利用烤漆工艺，内部的元件尽可能采用工业级的元器件，一般的恶劣环境下智能充电桩都可以正常运行。在进行电气布局的设计时充分利用了防雷器、压敏电阻、瞬变抑制二极管等抗电磁干扰的措施，使得智能充电桩可以尽可能减少电磁干扰对其的影响。
4结语
电动汽车智能充电系统的研究，对电动汽车用动力蓄电池和其有关的特性需要有清楚了解，特别是对铅酸电池的工作原理与充电性能的了解不容忽视，另外对充电系统的硬件与软件设计同样要有一定的认知。当然因为各个方面因素的影响，对电动汽车电池的智能充电体系研究与设计有有更加深入的内容需要探究，未来还有更多的工作等待开发与完善，以更好的实现智能充电的要求。
参考文献
[1]齐春生.韩华春.闫谨.等.基于ARM-Linux平台的电动汽车智能充电技术[J].计算机应用.2012（S1）：189-191.
[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（03）：393-396.
[3]徐志丹.赵宏振.张宗慧.基于云计算平台的电动汽车充电桩设计与实现[J].电气时代.2014（05）：68-71.