前言：

在长期发展过程中，能源问题和环境问题已成为困扰人类社会的关键问题，增加电动汽车的生产可以在一定程度上减少石油等资源的消耗和污染物的排放，但电动汽车需要智能充电桩的支持，因此需要在现有研究结果的基础上对电动汽车智能充电桩的设计和关键技术进行综合分析。

1.电动汽车智能充电桩政策规定及现状

1.1政策规定

目前，我国对智能充电桩等配套设施制定了相应的政策，如《关于加快电动汽车充电基础设施建设的指导意见》、《提高新能源汽车充电保障能力行动计划》规定了智能充电桩的设计和施工[1]。

1.2设计现状

2022年1月，中国制定了《十四五现代能源体系规划》，强调要积极发展新能源，努力用新能源代替化石能源，促进能源结构转型。同时，强调到2025年，电力需求侧响应能力将达到最大负荷的3%～5%，其中华东、华中、南方等地区最大负荷约5%。在这种情况下，各领域都需要不断推进能源低碳转型，提高能源系统效率。比如汽车制造领域要积极开发新能源电动汽车，做好电动汽车智能充电桩的设计。但与西方发达国家相比，我国电动汽车起步较晚，相关技术还不够成熟。而且我国电动汽车智能充电桩的设计体系还不完善，设计中还存在一些亟待解决的问题。

1.3电动汽车智能充电桩的类型及比例

首先，智能充电桩的类型。从充电方式、充电接口数等方面看，智能充电桩包括多种类型。例如，从充电方式的角度来看，智能充电桩包括交流、DC、DC三种类型；从充电接口数量来看，智能充电桩包括一桩充电、一桩多充电；从安装地点来看，智能充电桩包括公共充电桩和专用充电桩；从安装方式来看，智能充电桩包括落地式和挂墙式。其中，公共充电桩和专用充电桩的分类较为常用，公共充电桩可为所有或部分社会车辆提供充电服务。专用桩只为一些特定的社会车辆服务，一般安装在单位内部场合，仅供单位内部人员使用。二是智能充电桩的比例。在智能充电桩需求日益强劲的背景下，我国加大了充电桩建设力度，提高了充电桩比例。据中国充电联盟统计，2022年1月至8月，我国充电基础设施增量为169.8万台，同比增长300.5%。2022年1月至8月，车桩增量比达到2.3:1、有效改善了“一桩难求”的局面，但这一比例仍不能满足发改委提出的相应要求。

2.电动汽车智能充电桩设计

2.1总体设计

智能充电桩可分为功能结构模块、人机交互模块和安全保护模块、主控制单元、智能通信单元、功能扩展接口、智能计量结算单元、智能语音输出单元、智能显示单元、桩显示单元、智能识别单元、打印输出单元、安全保护模块分为控制引导单元、电气保护单元、应急停止单元和防水防尘单元[2]。

2.2可重构模块化设计

一是功能结构模块设计。例如，在设计主控单元时，需要以Cortex-M3内核的LPC1769为主控芯片；在设计智能通信单元电路时，需要使用高速、双通道芯片和CAN总线通信，实现智能充电桩与电动汽车电池管理系统的信息交互；在设计计量计费单元时，需要选择具有RS485通信功能的智能电表，确保电表能够根据时间段自动调用相应的费率，实时测量电表的运行参数。二是人机交互模块设计。在设计过程中，可以通过射频识别技术设计智能识别单元，通过非接触自动识别电磁耦合控制，支持成本结算，需要完善智能显示单元硬件电路设计，确保初始界面具有充电、查询、管理和帮助等基本功能。三是安全防护模块设计。在控制导电系统的设计中，需要优化充电连接方式的设计，使电缆组件与供电设备永久连接，使电缆组件的另一端与电动汽车连接，优化充电控制导电电路的设计，确保其具有充电监控、充电功率识别、充电系统停止等功能。

2.3人机交互软件分层设计及界面设计

一是分层设计。智能充电桩的人机交互软件架构可分为五层，即APP层、BUSS层、COMP层、INFRA层和DRV层，APP层作为人机交互系统的最高层，BUSS层作为系统的次高层，完善BUSS层对按键的处理过程(如图1所示)、在COMP层中编写各种可以操作屏幕的功能函数，在INFRA层中设计屏幕的实际绘制函数，完善DRV层中硬件的驱动程序设计。第二，界面设计。在界面设计中，需要做好人机交互系统的原型设计和界面流程设计。例如，在设计系统原型时，应充分考虑充电过程中可能出现的问题，优化原型流程。在设计界面流程时，应完善界面操作模式，让用户自主选择自动模式、定时模式或定费模式，然后完善各种模式的具体功能。

3.电动汽车智能充电桩设计的关键技术

3.1DC一体化充电技术

DC集成充电技术可以将整流模块安装在智能充电桩中，通过交流电缆将交流电转换为DC电，然后通过充电枪为电动汽车充电。在设计智能充电桩时，应综合分析该技术手段的优缺点，准确判断该技术是否应用。

3.2柔性充电堆技术

柔性充电堆技术采用智能控制技术，可集中电动汽车智能充电桩中的充电模块，形成功率池，实现集中监控调度，根据电动汽车充电需求自动匹配最佳充电模块数量。在应用该技术时，需要综合分析智能充电桩的特点，以优化技术的应用效果。

4.电动汽车智能充电桩的发展前景

在概念不断变化、技术水平不断提高的背景下，电动汽车智能充电桩将逐步向调整、标准化方向发展，未来智能充电桩将得到新基础设施和虚拟电厂技术的支持，充电桩不再是独立的、机械的物理存在，将具有智能物联网的属性，成为下一代能源互联网的重要入口。其中，虚拟电厂可通过信息技术和软件系统实现分布式电源、储能、可调负荷等分布式资源的聚合和协调优化。虚拟电厂可通过互联网、5G、智能网关等先进通信技术实现电网调度系统和用户侧可调资源双向通信，需要加强虚拟电厂研究，不断提高区域调整能力，为用户侧可调资源参与市场交易提供技术保障，通过虚拟电厂集中管理新能源汽车和电网能源互动，促进电动汽车智能充电桩的可持续发展。

结语：

智能充电桩的设计效果和技术应用将对电动汽车的发展产生重大影响。因此，要更加重视智能充电桩的设计，根据设计要求开展整体设计、可重构模块化设计、人机交互界面设计等环节，灵活运用各种关键技术，进一步提高智能充电桩的实用性，为电动汽车的发展提供支持。