电动汽车智能充电桩的设计与实现

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电动汽车智能充电桩的设计与实现

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潮疆攀；Ｃｔ列－Ｎ内电动汽车充电桩规范化和标准化的需求，设计并实现了一种符合国网公司标准的

电动汽车智能充电桩。首先介绍了国内电动汽车充电桩的现状、需求，然后以国网公司标准为设计原则，进行了硬件系统、主控板及监控单元的设计，采用了模块化设计原则进行了软件系统的设计，针对充电桩恶劣．Ｙ－作环境进行了环境及电磁兼容设计。本充电桩已在山

黛瓣

ｃｕｒｒｅｎｔ

东临沂、济南等众多充换电站运行使用，运行结果表明该装置安全、稳定、可靠，必将为电动汽车的发展提供强有力的保障。

电动汽车

充电桩

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硬件系统

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随着国家新能源战略的推动和电动汽车行业的发展，电动汽车充电行业的发展非常迅速¨以Ｊ。目

状，国家先后出台了一系列的规范和标准口ｊ。电动汽车充电桩作为电动汽车充电的主要渠道，其性能、工艺水平和质量直接影响到电动汽车的推广。因此，非常有必要根据国家相关标准的要求，进行了电

前，我国电动汽车充换电设施试点工程已建成并投

运８７座标准化充换电站、５１７９台充电机和７０３１台交流充电桩，覆盖全国２６个省市，杭州初步建成电动汽车充换电服务网络。充换电站及充电桩数量已居世界第一，我国成为世界上电动汽车充电装置最多的国家。３一ｊ。为适应电动汽车发展要求，国家电

动汽车充电桩的设计。电动汽车充电桩设计时，不

仅要满足电动汽车充电的基本功能，还需要强化充

电桩电气安全、数据安全设计和环境及电磁兼容性

能的设计。

１

网将在“卜二五”期问建设充换电站２３５１座，充电

桩２２万个，初步建成覆盖公司经营区域的智能充换电服务网络。

针对目前市场上电动汽车和充电设备接口不统

电动汽车充电桩设计

本项目设计的电动汽车智能充电桩依据《ＮＢ／Ｔ３３００２—２０１０电动汽车交流充电桩技术条件》、《Ｑ／

ＧＤＷ４８５—２０１０电动汽车交流充电桩技术条件》、

一、功能、性能设计标准不统一，质量良莠不齐的现

山东电力集团公司科技项目（编号：２０１１Ａ一０４）国网公司科技项目（编号：ＳＧＫＪ［１６］）

｝

《Ｑ／ＧＤＷ４７８—２０１０电动汽车充电设施建设技术导则》、《国家电网公司电动汽车充电设施建设指导意见》相关要求进行设计。该产品在满足相关标准对电动汽车充电桩的技术要求基础上，强化了充电桩电气安全、数据安全设计和环境及电磁兼容性能的

山东电力研究院山东济南２５０００２

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山东鲁能智能技术有限公司

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设计，增加了视频拍照、微型热敏打印、无线组网等功能。

１．１硬件系统设计

电动汽车充电桩硬件系统主要由主控板、监控

板、Ｉｃ卡读写器、数字电表、移动通信模块、触摸屏、

指示灯、按键等组成。硬件系统的硬件组成如图１所示。

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图１充电桩硬件系统组成框图

主控板是硬件系统的核心组成部分，完成充电

过程的启动、运行、实时监控以及关闭，并可通过多

种通讯方式将数据实时传输至后台。主控板的主要

功能特点包括：具备６个串口，一个以太网口，动态

的ＳＤＲＡＭ控制器，ＮＡＮＤ控制器，以及多路Ｉｏ口，

具备工业级的温度范围等∞。。

为了实时监测充电桩的运行状态，保证充电过

程的安全、可靠，设计了监控保护单元。监控保护单

元组成框图如图２所示。该单元对充电桩的进线输入电压，充电输出电压、电流，充电接口连接状态，车载电池管理系统状态，车载电池状态等进行实时监测，一旦出现异常，能够及时切断电源输出，保护电动汽车、电池及充电桩本身的安全。１．２软件系统设计１．２．１系统工作流程

当电动汽车需要充电时，用户将充电卡放置刷卡区，根据画面提示通过键盘进行相应操作，连接充电接口，选择充电模式，启动充电过程。

在上述过程中，控制保护单元检测充电接口连接状态，如果连接状态不正常，则无法启动充电。同时，在充电过程中，显示区的充电指示灯点亮，监控单元实时监测充电电压、充电电流、充电接口连接状态、充电开关状态等，在异常或故障时断开充电开

万方数据

关，并报警。

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图２监控单元组成框图

充电桩软件系统主要完成的功能是将各功能模

块有机的结合起来，实现各模块的协调调用，系统整

体控制流程图如图３所示。

图３充电桩软件系统主程序流程图

１．２．２功能模块设计

充电桩软件设计时采用了模块化的编写原则，这样既能保证电动汽车充电桩软件系统高效可靠的

运行，又能使该软件系统具有良好的扩展性，对产品

升级换代具有非常重要的意义∞。Ｊ。

按充电桩软件系统的功能可以把系统分为主控模块、人机交互、读卡器模块、计量计费模块、打印模

块、后台通讯模块、远程通信模块等功能模块。其主要功能框图如图４所示。

电动汽车充电桩应用环境大多在室外，工作环境比较恶劣，需要适应雨、雪、雾、风吹、日晒、高温、低温等恶劣天气的考验；同时，电动汽车作为一个充电设备，还必须能够承受各种电磁干扰的考验，在典型的工业电磁骚扰环境下能够正常提供充电服

务Ｅ７－１０］。

桩体结构及工艺设计采用交叉覆盖工艺，既保证了桩体的防护等级达到ＩＰ５４标准，在雨雪、水溅等情况下，水珠不能进入桩体及桩体内部；又能够在工作时形成良好空气流动，保证充电桩内部元件的

散热；

桩体主体采用镀锌钢板，外表面采用汽车烤漆工艺，保证了充电桩在潮湿、盐雾等恶劣天气环境下

图４软件系统功能框图

当软件系统启动时，主控程序根据系统配置文件加载程序配置信息，并根据配置信息完成各通信模块的加载。软件平台强大的多线程处理能力，主控程序能够轻松的完成与各通信模块的交互。主控程序通过各模块通信能够完成用户信息采集与展示、实时数据采集与展示、充电流程控制、计量计费功能等功能，同时该主控程序还具备后台通信功能，能够把充电过程中的实时数据、充电记录等信息上

送到远方后台系统。

不锈蚀；

元件选型时，所有零部件采用工业级元器件，保证充电桩在工业环境温度范围内稳定正常工作；

电气设计时，采用防雷器，电路设计上采用压敏电阻、瞬变抑制二极管、磁环、磁珠等措施，保证充电桩在典型工业骚扰环境下正常工作。

２项目实施情况

本项目开发完成的电动汽车充电桩，于２０１０年１２月２７日通过了电力工业电力系统自动化设备质

人机交互模块设计时，界面显示单元显示的内容非常丰富，其中主要界面有欢迎界面、连接确认界面、充电参数设定界面、启动充电界面、充电界面、停止充电界面、结账界面、打印界面等。人机交互模块通过与主控模块的交互，获取控制命令完成界面切换；获取用户信息与实时数据信息并进行信息展示。

安全模块由带安全存取模块（ＳＡＭ）的读卡器，密钥管理系统，数据加密、解密模块组成。带安全存取模块（ＳＡＭ）的读卡器采用硬件加密技术，对用户卡与充电桩数据交互过程中所使用的ｆ临时变量进行加密处理，并对传递过程进行线路加密，保证了用户卡与充电桩进行数据交互的过程中，信息不会被外界窃取。密钥管理系统的主要功能是提供各种密钥的生成机制和加密算法，并将生成的密钥存储在具有密钥导出功能的ＣＰＵ智能卡，即ＳＡＭ（Ｓｅｃｕｆｉｔｙ

Ａｃｃｅｓｓ

量检验测试中心的型式试验；目前，本项目已通过有关专家的鉴定，并在山东临沂焦庄充电站、义堂充电站，山东济南英贤充电站、葛家庄充电站等推广应用，得到一致好评。现场应用图片如图５所示。

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临沂焦庄充换电站现场照片

据按照事先约定的加密方式加密并存储在用户卡的用户数据区域。解密模块用于将读取的用户卡数据还原为原始数据并进行相关的用户识别，扣费等操

作。

充电桩操作界面如图６所示。

３结论

本充电桩严格遵守国网公司相关标准，并根据电动汽车产业发展的规划和发展方向，研制了一种

１．３环境及电磁兼容设计万方数据

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稳定、可靠、安全、实用的电动汽车智能充电桩。运行结果表明，本充电桩的使用提高了电动汽车充电桩的技术水平和实用化水平，有力的推动ｒ电动汽车充电行业的发展。

［６］

［７］

齐文炎，霍明霞，杨延超电动汽车交流充电桩浅析［Ｊ］农村电工，２０１０．９

崔玉峰，杨睛，张林山，王骏国内外电动汽车发展现状及充电技术研究［Ｊ］．云南电力技

术，２０１０．２

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『８］

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图６充电桩操作界面

参考文献：

王涛，张东华，贸智轶等电动汽车充电啦￡的

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ｆｏｒＥｌｅｃｔｒｉｃＶｅｈｉｃｌｅｓ『Ｒ］

ｌａｎｄ：ＴｈｅＩｎｓｔｉｔｕｔｉｏｎｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＴｅｃｈｎｄｏｇｙ，１Ｍａｙ２００９

［１２］Ｔｈｅ

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ＥｌｅｃｔｆｉｃＶｅｈｉｃｌｅ『Ａ］Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ

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【２］

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ＪＪ湖北电力，２０１１．Ｊ

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７Ｆｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ

张允．陆佳政，李波利用有源骢波功能的新型电动｝气车交流充电桩『Ｊ］高电压技术，

２０１１．ｔ

Ｓｙｓｔｅｍ（Ｖｏｌｕｍｅ２）［Ｃ］，２０１０

［作者简介］孟祥军，（／９７７），男，济南人，硕士．Ｉ程师，研究方向：电动汽车充电设施研发。

梁涛（１９７７

自动化。

［３：［４］［５。

严晓燕基于ＲＦＩＤ预付费支付系统在充电站中的应用［Ｊ］电力信息化，２０１０．７

邹强电动汽车交流充电桩的电磁兼容测试

），男，山东聊城，硕士，工程师。

研究领域电网智能调度自动化，电动汽车充换储放

王兴光，（１９８２一），男，济南人，学士．工程师，研究领域：电动汽车充电设施的研发。

（收稿日期：２０１１—１１—０２）

研究［Ｊ］．电子质量，２０１１

ｆＪ］．电工技术，２０１１．６

５

陈荣江．电动汽车交流充电桩建设设计方案

（上接第４１页）聚类分析法、模糊综合评判法等，这些方法在评估过程中难以排除各种随机性和主观

性，易造成评价结果失真和偏差。基于教学质量评价的非线性特征，为了克服人为的主观随意性，使教

工业出版社．２００２

［２］

［３］

陈力捷基于神经网络的教学质量评估模型．西安交通大学机械工程学院，２００５

吴钢．现代教育评价基础．上海学林出版社，

２０００

学评估的结果更加的客观、准确、有效，利用ＢＰ神

经网络建立教学评估模型，虽然网络结构不好确定，

［４］

邵军力，张景，魏长华．人工智能基础电子工

业出版社．２０００．

但是只要训练数据有代表性，反复调试训练，总能得到好的仿真效果。这种教学评估方法能克服各种人

为主观因素，具有较强的泛化能力。参考文献：

［１］韩力群．人工神经网络理论设计及应用．化学

（收稿日期：２０１１一０９—０２）

万方数据

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电动汽车智能充电桩的设计与实现

作者：

作者单位：

刊名：

英文刊名：

年，卷(期)：孟祥军， 梁涛， 王兴光， 陈杰， 李建祥， MENG Xiang-jun， LIANG Tao， WANG Xing-guang，CHEN Jie， LI Jian-xiang孟祥军,王兴光,陈杰,MENG Xiang-jun,LIANG Tao,WANG Xing-guang,CHEN Jie,LI Jian-xiang(山东电力研究院 山东济南250002)， 梁涛,李建祥(山东鲁能智能技术有限公司 山东济南250101)信息技术与信息化Information Technology & Informatization2011(6)

参考文献(12条)

1.王涛;张东华;贺智轶 电动汽车充电桩的控制系统研究与设计[期刊论文]-湖北电力 2011(01)

2.张允;陆佳政;李波 利用有源滤波功能的新型电动汽车交流充电桩[期刊论文]-高电压技术 2011(01)

3.严晓燕 基于RFID预付费支付系统在充电站中的应用[期刊论文]-电力信息化 2010(07)

4.邹强 电动汽车交流充电桩的电磁兼容测试研究[期刊论文]-电子质量 2011(05)

5.陈荣江 电动汽车交流充电桩建设设计方案[期刊论文]-电工技术 2011(06)

6.齐文炎;霍明霞;杨延超 电动汽车交流充电桩浅析[期刊论文]-农村电工 2010(09)

7.崔玉峰;杨睛;张林山;王骏 国内外电动汽车发展现状及充电技术研究[期刊论文]-云南电力技术 2010(02)

8.Scotland WWF The Role of Electric Vehicles in Scotland' sLow Carbon Future 2010

9.The Alpiq Group Electric Vehicle Market Penetration inSwitzerland by 2020 2010

10.Helena Spongenberg EU States Plug in to Electric Cars 2010

11.IET Transport Desk UK Grid Capacity'Sufficient' forElectric Vehicles 2009

12.The Research on Power Supply Mode for Pure Electric Vehicle 2010

本文链接：http://wendang.chazidian.com/Periodical_shanddz201106019.aspx