王新宇 和柯

【摘 ?要】充電樁有多個類型，而壁掛式充電樁在新能源電動汽車的設(shè)計與發(fā)展過程中有著十分重要的作用，所以本設(shè)計選擇將選擇壁掛式充電樁作為設(shè)計對象。首先通過對壁掛式充電樁的適用場所、分類及優(yōu)勢進行分析，然后分別從充電樁系統(tǒng)和外觀兩個方面對其進行設(shè)計。充電樁系統(tǒng)設(shè)計方面主要是對系統(tǒng)的主要軟硬件模塊進行了設(shè)計，外觀方面則是從設(shè)計定位、構(gòu)思等方面進行了一些設(shè)計。本設(shè)計壁掛式充電樁的設(shè)計實踐對國內(nèi)充電樁的發(fā)展起到一定推動作用;對充電樁網(wǎng)絡(luò)建設(shè)、充電汽車普及也有著促進作用。

【關(guān)鍵詞】 壁掛式充電樁;電動汽車;設(shè)計

1研究背景

1.1研究背景

汽車是現(xiàn)代工業(yè)的產(chǎn)物，它給我們帶來了舒適方便生活的同時，資源污染等環(huán)境問題日益突出。隨著全球燃料資源短缺和環(huán)境污染的加劇，全球已經(jīng)開始關(guān)注節(jié)能問題，如綠色、環(huán)保、經(jīng)濟。電動汽車是新能源汽車的重要組成部分，被認(rèn)為是汽車產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型和技術(shù)發(fā)展的主要趨勢。電動汽車的應(yīng)用和推廣將極大地緩解城市交通對石油的依賴以及汽車尾氣對環(huán)境的危害。

2 壁掛式充電樁適用場所、分類與優(yōu)勢

2.1充電樁適用場所分析

使用者的的操作習(xí)慣與充電的安置場合有著密不可分的聯(lián)系，這就影響了充電樁的產(chǎn)品設(shè)計方向，下文對充電樁的適用場所進行研究。

（1）購物綜合體

在購物綜合體建立充電樁可以在用戶去商場購物的同時給汽車充電，也給商場帶來經(jīng)濟效益。

（2）大型公共停車區(qū)

該區(qū)域停車數(shù)量較多，非常適合搭建充電樁。

（3）高速服務(wù)區(qū)

這類場地面積較大，適合搭建大型充電站點，需針對電動汽車的充電需求建立大功率快速充電樁。

（4）住宅生活區(qū)

電動車輛充電的時間較長且時間連貫，適合建立家用型充電樁

（5）街道臨時停車位

車輛在道路旁臨時停放，需根據(jù)其具體情況設(shè)置適合的充電樁類型及數(shù)量

（6）企業(yè)及辦公綜合體

在企業(yè)及辦公綜合體內(nèi)的停車場建立充電樁，可以滿足上班族的使用需求

（7）風(fēng)景區(qū)及游樂場

在風(fēng)景區(qū)及游樂場建設(shè)合適的充電樁，方便駕車游客的充電需求

（8）便攜式應(yīng)急充電設(shè)備

滿足用戶不時之需

2.2充電樁的分類與適用環(huán)境

充電樁適用分類有很多種，按著不同標(biāo)準(zhǔn)可總結(jié)如下：

按安裝方式分：落地式充電樁、掛壁式充電樁

按安裝地點分：公共充電樁、專用充電樁

按充電接口數(shù)分：一樁一充、一樁多充

按充電方式分：直流充電樁、交流充電樁

2.3壁掛式充電樁的優(yōu)勢

壁掛式充電樁體積小，不占用空間、安裝相對方便，相對于其他類型的充電樁有著多種優(yōu)勢：

①材料多元化，外殼可大面積采用防污、防水性能好等高防護等級的材料，以更好的應(yīng)對不同環(huán)境

②因體量較小，可控制成本在相對較低水平;

③體積小、總質(zhì)量輕、所需安裝空間小，適用于多元地形;

④具有一定便攜性，安裝及運輸方便。

3 壁掛式充電樁的設(shè)計實踐

3.1壁掛式充電樁系統(tǒng)設(shè)計

壁掛式充電樁為交流充電樁，根據(jù)交流充電樁在硬件功能上各模塊不同的功能，將充電樁劃分為若干個模塊，充電樁硬件系統(tǒng)主要由核心控制模塊、數(shù)據(jù)通信模塊和電能監(jiān)測模塊組成。充電樁的工作原理為充電模塊輸出電流并接在充電機輸出母排上，充電槍通過輸出開關(guān)和熔斷器連接母排。系統(tǒng)的控制單元，采樣單元，計費單元均由輔助電源供電，相互之間采RS485，RS232和CAN通信進行連接，充電時對相應(yīng)的輸入輸出參數(shù)進行采樣，故障判斷及開關(guān)器件進行驅(qū)動控制。通過使用模塊化的設(shè)計方法，對各硬件功能進行獨立劃分，當(dāng)系統(tǒng)中的某一部分發(fā)生故障時，不會影響到其他模塊正常工作，這樣的設(shè)計既保證了系統(tǒng)的安全運行，也便于后期對充電樁的運維及保養(yǎng)。

（1）系統(tǒng)工作流程

根據(jù)壁掛式充電樁的各項功能需求，其軟件流程圖見圖1-1。在完成了對系統(tǒng)啟動后的檢測之后，關(guān)鍵之處在于針對系統(tǒng)采取相應(yīng)的初始化處理，再對其實施自我測定，明確其是否能夠進行正常的運行，并且運行是否能夠滿足相關(guān)功能的要求，后再進行刷卡循環(huán)操作，每次刷卡都需要設(shè)置一個超時測定，若發(fā)現(xiàn)有嚴(yán)重超時現(xiàn)象，就需要及時作出跳轉(zhuǎn)處理，若存在兩個不同充電口的情況，則需要對其實施不同的操作及切換，同時在對充電進行結(jié)算的過程中，若出現(xiàn)了掉電或者超時的情況，系統(tǒng)就會根據(jù)具體情況對數(shù)據(jù)進行保護。

（2）u C/OS-III操作系統(tǒng)

壁掛式充電樁的正常運行與充電功能的實現(xiàn)離不開軟件系統(tǒng)的支持。而uC/OS-III操作系統(tǒng)一個可升級、可固化且基于優(yōu)先級第三代實時操作系統(tǒng)，其支持現(xiàn)代實時操作系統(tǒng)所期待的大部分功能，如任務(wù)間的通信、資源同步、資源配置等。

3.2壁掛式充電樁外觀設(shè)計

壁掛式電動汽車充電樁設(shè)計實踐方向分為七點：

在造型方面，遵循簡約主義的同時又要凸顯一定個性

在結(jié)構(gòu)方面，為壁掛式設(shè)計結(jié)構(gòu)，便于安裝及運輸可實現(xiàn)大批量生產(chǎn)

在材料方面，運用易于達到外觀效果的環(huán)保材料，以環(huán)保型材料為主，新材料與傳統(tǒng)材料相結(jié)合

在色彩方面，以無彩色系為主，采用多種配色方案以適應(yīng)不同場合

在人機交互方面，考慮人與機器的關(guān)系，最大化的滿足使用者的需求

在功能方面，采用互聯(lián)網(wǎng)+充換電運營監(jiān)控系統(tǒng)，滿足充電及附加功能需要，成本控制在適中范圍，生產(chǎn)使用可以應(yīng)對大批量需求

在軟件升級方面達到智能升級、維護等多元化登錄、支付功能

（1）設(shè)備尺寸需求

340mm（寬）×200mm（深）×500mm（高），依據(jù)國網(wǎng)公司充電設(shè)施新增項目對壁掛式充電樁的尺寸需求來定位本設(shè)計產(chǎn)品的尺寸。

（2）人機操作界面

人機界面包括觸摸屏、刷卡區(qū)、指示燈、急停按鈕、充電槍及槍座。

（3）面向消費群體

以民用汽車充電為主，意味著產(chǎn)品外觀設(shè)計可考慮活潑、靈巧、輕便的風(fēng)格，并考慮產(chǎn)品的體積、重量、便攜性、成本以及后期運輸、安裝、維護的可操作性。

（4）使用環(huán)境定位

壁掛樁安裝場所應(yīng)兼容室內(nèi)外使用環(huán)境。

（5）整體風(fēng)格定位

在整體上達到現(xiàn)代、專業(yè)和一流的產(chǎn)品形象，結(jié)合不同材料工藝的特性設(shè)計，使充電樁產(chǎn)品安全、高效、舒適等。

（6）色彩定位

力求整體協(xié)調(diào)、美觀，符合產(chǎn)品使用環(huán)境，避免多余裝飾，減少不必要的視覺刺激。

（7）性能需求

產(chǎn)品需要便于運輸、拆裝、調(diào)試，同時應(yīng)滿足產(chǎn)品互聯(lián)網(wǎng)功能;界面設(shè)計舒適、易操作，插槍口及充電槍抓握、操作便捷、髙效;配套設(shè)施高度適中，方便使用者操作及后期維護等需求。

4 結(jié) 論

為了更好地實現(xiàn)汽車尾氣排放的改善，越來越多的國家開始加大對電動汽車的全面推廣。要逐步普及電動汽車，必須完善相關(guān)配套設(shè)施，充電樁是其重要組成部分。為了發(fā)展電動汽車，有必要開發(fā)和建造充電樁。根據(jù)充電樁的類型和特點，本文選擇壁裝式充電樁進行設(shè)計。本次課題設(shè)計是一項具有特殊意義的設(shè)計實踐，通過對調(diào)研項目的確定，對分析項目的數(shù)據(jù)和參數(shù)的搜索，對充電樁進行系統(tǒng)和外觀設(shè)計，通過一系列的說明和考慮，了解到了產(chǎn)品設(shè)計成功后內(nèi)心的真正喜悅。本文設(shè)計的壁掛式充電樁對國內(nèi)充電樁的發(fā)展起到一定的促進作用;同時對于促進充電樁網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和電動汽車的普及、緩解全球資源短缺和空氣質(zhì)量問題都有著一定的意義，符合全球可持續(xù)發(fā)展的理念，其社會、經(jīng)濟價值顯而易見。

（作者單位：黃河交通學(xué)院）