电动汽车充电桩设计

收稿日期 ２０１２－１１－１５ 作者简介 陈佳薇（１９８１），女，四川遂宁人，湛江师范学院物理科学与技术学院教师，从事工业产品设计、人机工程研究． ２０１２ 年 １２ 月 第 ３３ 卷 第 ６ 期 湛江师范学院学报 ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＺＨＡＮＪＩＡＮＧ ＮＯＲＭＡＬ ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ Ｄｅｃ．２０１２ Ｖｏｌ．３３ Ｎｏ．６ 电动汽车充电桩设计 陈佳薇，梁泽浈，晋新敏 （湛江师范学院 物理科学与技术学院，广东 湛江 ５２４０４８ ） 摘 要 本文将针对电动汽车充电桩的外观进行设计，对一桩一充式的交流充电桩的人机界面、外形、功能、使 用场地进行人性化设计．旨在给人们带来方便，体现低碳生活以及节能环保，符合可持续发展． 关键词 新能源；节能环保；低碳生活 中图分类号 Ｕ４７３．８ 文献标识码 Ａ 文章编号 １００６－４７０２（２０１２）０６－０１０７－０７ 珍惜地球上有限的石油资源 ，保护人类赖以生存的自然环境 ，减少温室气体排放量 ，遏制全球变暖趋势 已经成为全世界各国面临的共同话题 ． 汽车作为现代社会化大工业的产物 ，为推动人类文明向前跃进做出了 巨大的贡献 ，给人类的生活带来了舒适和便捷 ． 根据联合国的统计数据显示 ［１］ ，目前汽车的耗油量已占全部 石油消耗的 ７５％ ，同时也带来了巨大的环境污染 ［２－３］ ． 要缓解这两个日趋严重的问题 ，汽车工业必然向着环保 、清洁和节能的方向发展 ，包括发展清洁替代燃 料汽车和电动汽车 ． 新能源汽车的发展快速拉动了另一个产业的发展 配套的充电站建设 ． 为了满足人们 的需要和更方便大众 ，因此灵活的充电桩成为发展的方向 ． １ 电动汽车充电桩可行性分析 １．１ 电动汽车充电桩背景及发展现状 随着人们环保意识的增强 ，世界各国对能源汽车的推广支持 ［４－６］ ，能源汽车在未来汽车市场将占据重要 地位 ，如果说过去充电站等配套设施的不完备在一定程度上限制了电动汽车发展的话 ，那么这一问题正在逐 步得到解决 ． 国家电网和南方电网分别投入巨资建设电动车充电站和充电桩等与新能源汽车相关的配套充 电设施 ，随着两大电网制定了在全国大规模建设电动汽车充电站和充电桩的计划 ，电动车充电站建设已经进 入快车道 ． １．２ 充电桩发展情况 伴随着电动汽车从零开始向新的数量级增长 ，一个巨大的市场蛋糕也在酝酿发酵 电动汽车充电站 和电动汽车充电桩 ． 这些未来的 “加油站 ”，正成为市场各方尤其是能源 、电气公司追逐的焦点 ，纷纷提前布 局 ，或是抢占有利地形 ． 因为在新能源汽车产业链中 ，电动汽车充电设施是公认的最赚钱的环节之一 ． ２．２．１ 国外发展现状及相关政策 要推动电动汽车在全球的普及 ，除了技术突破和标准统一外 ，相关基础设施建设也必须同步开展 ，像建 路边加油站一样 ，各国都必须尽快建立起高效的 “汽车充电站 ”网络 ． 电动汽车充电站 （桩 ）的建设正在全世界 各国迅速铺开 ． 日本 、法国 、美国 、德国等国家已经全面开展了电动汽车充电桩建设的计划 ，并得到了实现 ． 把电动汽车 湛江师范学院学报 （自然科学 ） 第 ３３ 卷 充电桩安装在工作场所 、超市和住宅区等大幅增加充电站的数量 ，从而使充电如同加油一样便捷 ． ２．２．２ 国外发展现状及相关政策 中国被认为将是发展电动车步伐最快的国家之一 ． 根据中国工信部编制的 节能与新能源汽车发展规划 （ ２０１１－２０２０ 年 ），到 ２０２０ 年 ，中国的新能源汽车产业化和市场规模将为全球第一 ，其中插电式混合动力汽 车 、纯电动汽车 、氢燃料电池汽车的保有量将达 ５００ 万辆 ． 多年来 ，国家政策引导下 ，我国在电动汽车 、充电电 池 、直流电机等领域取得了突破性进展 ，国内多家汽车公司 ，如比亚迪 ，万向集团 ，上汽 ，奇瑞等均研发出电 动汽车 ，并在奥运场馆 、多个城市的公交线路已经投入运行 ． 电动汽车研发技术已经趋于成熟 ，多家汽车公司 已经具备批量生产能力 ，多款电动汽车已经上市 ． 因此与电动汽车配套的电动汽车充电站 （桩 ）设施建设已经 成为必不可少的汽车产业建设之一 ． 与此同时电动汽车充电桩的外观设计也成为电动汽车产业的重要内容 ． ２ 对现有的电动汽车充电桩产品分析 ２．１ 亚运村落地式电动汽车充电桩产品分析 图 １ 亚运村落地式电动汽车充电桩造型 ８０１ 陈佳薇等 电动汽车充电桩设计 落地式电动汽车充电桩产品设计上的特点如表 １ 所示 表 １ 落地式电子力汽车充电桩产品设计特点 造型特点 简洁稳重，以矩形为主 色彩方面 采用银色、蓝色、黑色 功能方面 １ 、装置具有自检功能，包括打印机缺纸报警、避雷器过流熔断、装置失压报警及各模块的自检故障警 ２ 、充电桩安装有过流保护装置、漏电保护装置、雷击浪涌保护装置； ３ 、当系统检测到过压、欠压、过流、谐波越限时，立即停止充电，并报警； ４ 、充电插座盖门可自动上锁，防止充电时误拔插头； ５ 、充电桩具有检测充电电源插头是否到位的功能； ６ 、采用加密的非接触式 ＣＰＵ卡 ； ７ 、具有 ＧＰＲＳ ／ ＣＤＭＡ远程通信功能 ，可将交易信息和报警信息上传主站； ８ 、具有级联功能，多个充电桩可通过 ＲＳ４８５接口级联在一起 ，由一个上行通道与主站通信； ９ 、具有远红外通信功能，可进行本地参数设置或数据查询； １０ 、刷卡区和充电插座盖门内，在夜间有灯光照明； １１ 、充电完成后可打印凭条； １２ 、用户可根据语音提示，完成充电桩各项的操作； １３ 、装置可远程升级，满足功能升级的需要； １４ 、用户可根据语音提示，完成充电桩各项的操作 ． 材料选用 为适应户外的使用环境，户外型充电桩的整个外形设计采用不锈钢结构，防护等级ＩＰ５６（防尘、防雨淋）； 显示区、刷卡区采用ＰＣ材料，具有较高的强度、耐热性和耐寒性；还具有自熄、阻燃等优点，其强度和韧性很好， 可经受重压  ； 使用说明 刷卡操作 １ 、需要充电时，将 ＣＰＵ卡靠近 “刷卡区 ② ” ２厘米以内 ，听到“嘟”一声，表明刷卡成功； ２ 、“ ⑨ 喇叭”会报出您目前卡上的余额，并且提示您打开“ ⑤ 充电插； ３ 、“ ① 显示面板”会显示卡上的余额和当前的电价，充电桩所提供的额定电压及最大充电电流； 注意此时您的卡已被设成无效，充电完成后，需再刷一次卡，才能恢复有效． 注意若卡的余额不够，将不能进行充电． 充电操作 １ 、刷卡完成后，按照提示打开“ ⑤ 充电插座门”，将电动汽车充电插头插入“ ⑧ 充电插座”； ２ 、若充电插头未插好，“ ⑨ 喇叭”会提示您插好插头； ３ 、这时，您也可以按“ ○ １１打印按钮”，打印您目前的余额和电价单据； ４ 、插好充电插头后，关闭“ ⑤ 充电插座门”； ５ 、“ ⑨ 喇叭”提示“ ⑤ 充电插座门”已关闭，准备充电． 注意“ ⑤ 充电插座门”在刷完卡后才能打开． 注意在将充电插头插入“ ⑧ 充电插座”前，应确保充电插头电源线在电动汽车一端已连接正确． 充电完成 以下几种情形，充电将自动终止． １ ）电动汽车电池已充满； ２ ）电动汽车电池未充满，但卡的余额已用完； ３ ）电动汽车电池未充满，但进行了第 ２次刷卡 ； ４ ）充电过程中发生异常，如插头松动、过压、欠压、过流、谐波越限等 ． 事件告警 １ ）充电桩具有自检功能，当检测到某个模块（显示模块、刷卡模块、充电桩具有遥信功能，包括避雷器热熔断遥 信、打印机缺纸遥信、充电插座门位置遥信、充电插头位置遥信、充电开关位置遥信． ２ ）以上告警事件可在显示模块告警栏中显示，并记录和上传至主站系统 ． 急停操作 在充电过程中，若发生异常情况，充电桩会自动停止充电，作为辅助功能，  也可以手动按下急停开关 不足之处 造型呆板、充电操作太麻烦  ． ９０１ 第 ６ 期 湛江师范学院学报 （自然科学 ） 第 ３３ 卷 ２．２ 壁挂式电动汽车充电桩产品分析 图 ２ 壁挂式电动汽车充电桩造型 壁挂式电动汽车充电桩设计造型上的特点如表 ２ 所示 表 ２ 壁挂式电子力汽车充电桩设计特点 造型特点 壁挂，简小 色彩方面 红色、白色、银色 功能方面 设遮太阳挡雨装置 材料选用 整体不锈钢材质，屏幕采用ＰＣ材料 不足之处 使用场地受限制，只能安装在有墙或者可以挂地方，使用不够广泛 ３ 电动汽车充电桩设计定位 ３．１ 电动汽车充电桩外观设计定位 根据市场调查分析 ，在工作场所 、超市和住宅区建立电动汽车充电桩 ，提供电动汽车紧急充电服务 ，比在 固定的充电站更实用和人性化 ． 电动汽车充电桩采用的是交 、直流供电方式 ，不需要加油 ，避免了排放尾气 、 污染环境 ，符合以低碳为核心元素的中国未来城市发展理念 ． 图 ３ 电动汽车充电桩造型 ０１１ 陈佳薇等 电动汽车充电桩设计 外观上以上两款电动汽车充电桩都是简单的矩形为主体 ，在美学的角度分析 ，少了一种流线型的艺术 美 ． 在功能上 ，对电动汽车充电桩的显示界面 ，充电插口装置 ，以及插卡设计等还不够完善 ． 图 ４ 火炬 、展示台 、地铁自助查询机 、银行柜员机 、麦克风 结合火炬 、展示台 、地铁自助查询机和银行柜员机等的外观参考分析得出以下电动汽车充电桩外观效果 图 图 ５ 电动汽车充电桩效果图 １１１ 第 ６ 期 湛江师范学院学报 （自然科学 ） 第 ３３ 卷 图 ６ 电动汽车充电桩尺寸图 图 ７ 电动汽车充电桩界面设计 ３．２ 电动汽车充电桩产品方案特点 产品造型整体以圆柱梯形和球体组成 ，简洁大方 ；设计灵感来源于一次唱 Ｋ 观察到麦克风的造型而突 发奇想 ，又基于对现有的电动汽车充电桩外观的参考 ，和对银行柜员机和汽车加油站的调研结合 ，最终设计 出此款电动汽车充电桩 ． 设计出的电动汽车充电桩外形精致而且占地小 ，可安装于小型服务网点 、停车场 、街 ２１１ 陈佳薇等 电动汽车充电桩设计 道边 、居民小区等公共小区 ，它的主要特点是 １ 、采用人机交互的 ＬＥＤ 彩色触摸屏 ，充电信息 、充电状态 、消费金额 、票据打印实时界面显示 ，同时具有 语音提示远红外探测 ；以及采用板载 ＦＬＡＳＨ 和 ＣＦ 卡或 ＳＤ 卡 ，主要用途在于安装操作系统和存放广告内 容 ； ２ 、设置 ＬＥＤ 夜灯 ，方便晚上照明和辨认 ； ３ 、卡式管理 非接触式 ＩＣ 卡 、银行 ＲＦＩＤ 卡 （选配 ），将电动汽车蓄电池各项参数预置卡内 ，储值消费 ，和 打印凭证 ； ４ 、滑盖式充电插头区域开关 ，伸缩使电线存放 ，节省空间 ，操作方便 ；插头采用手握式设计 ，符合人体工 程学原理 ，方便插拔 ，这是电动汽车充电桩设计的最大亮点 ，解决了电动汽车充电桩充电插头和充电线存放 的问题 ． ５ 、充电状态 ＬＥＤ 灯指示 ，搭配耐磨环保橙色软线根据需求和其使用环境 ，机箱采用铝合金面板 ＋ 钣金 后盖制作 ，具有坚固 、抗震性能好 、散热快 、防尘防溅等特点 ，面板直接用铝合金拉丝纹或细砂纹 ，银灰色氧化 处理 ，在阳光下不吸热 ，以免夏天温度过热 ，内部温量散不出去 ． ６ 、充电桩主动上报充电过程和电量计费信息 ． ７ 、充电操作方便 ，插卡式激活充电滑盖 ，自定义设定充电时间 、充电金额 、充电模式 ；屏幕语音提示充电 安全警告 ． ８ 、色彩方面主要采用银色 ，在电动汽车充电桩主体上以国家电网的标志装饰 ，简洁大方 ，切实实际要求 ． ４ 结 语 新能源汽车的革命 ，引发的加油站 “升级版 ”充电站的跑马圈地正在热闹进行中 ，电动汽车充电桩建 设已成为充电设备在市场上的主流 ；电动汽车充电桩比电动汽车充电站更具明显优势 ，在停车场和生活小区 安装电动汽车充电桩更能方便消费者 ． 节能减排 ，绿色出行 ，电动汽车充电桩设计体现了人 产品 环境协调发展机制 ，是时代的发展的必然 要求 ，提升了人们的生活水平 ． 总的来说 ，电动汽车充电桩不仅给人类带来方便 ，而且符合绿色设计和顺应可 持续发展的历史潮流 ． 参考文献 ［ １ ］黄晓艳 ，李云峰 ．迎接汽车充电新时代 ［ Ｊ ］ ．高科技与产业化 ， ２０１０ （ ６ ） ４８－５０． ［ ２ ］康继光 ，卫振林 ，程丹明 ，等 ．电动汽车充电模式与充电站建设研究 ［ Ｊ ］ ．电力需求侧管理 ， ２００９ （ ５ ） ６４－６６． ［ ３ ］张玉祥 ，单莹 ．电动车充电站 大企业承担大责任 ［ Ｊ ］ ．农电管理 ， ２０１０ （ ７ ） ３８－３９． ［ ４ ］郭栋 ．浅谈电动汽车充电站 ［ Ｊ ］ ．科技情报开发与经济 ， ２０１０ （ １２ ） ２１１－２１２． ［ ５ ］庾莉萍 ．对电动汽车充电站建设前景的思考 ［ Ｊ ］ ．汽车工业研究 ， ２０１０ （ １１ ） ２１－２３． ［ ６ ］李立理 ，张义斌 ，周原冰 ，等 ．我国发展电动汽车充电基础设施若干问题分析 ［ Ｊ ］ ．能源技术经济 ， ２０１１ （ １ ） ６－１０． Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃａｒ Ｂａｔｔｅｒ ｙ Ｐｉｌｅ ｄｅｓｉ ｇ ｎ ＣＨＥＮ Ｊｉａｗｅｉ ， ＬＩＡＮＧ Ｚｈｅｚｈｅｎ ， ＪＩＮ Ｘｉｎｍｉｎ （ Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｓｃｈｏｏｌ ， Ｚｈａｎｊｉａｎｇ Ｎｏｒｍａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ， Ｚｈａｎｊｉａｎｇ ５２４０４８ ， Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ ， Ｃｈｉｎａ ） Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｔｈｉｓ ａｒｔｉｃｌｅ ａｉｍｓ ａｔ ｔｈｅ ｈｕｍａｎｉｔｙ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｃａｒ ｂａｔｔｅｒｙ ａｐｐｅａｒａｎｃｅ ， ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｔｏ ｍｅｅｔ ｔｈｅ ｄｅ－ ｍａｎｄｓ ｏｆ ｔｈｅ ｕｓｅｒ ｉｎ ｔｈｅ ｍａｎ－ｍａｃｈｉｎｅ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｖｅ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｃｈａｒｇｉｎｇ ｂａｓｅ ａｔ ｔｈｅ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ， ｔｈｅ ａｐｐｅａｒａｎｃｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｌｏｃａｔｉｏｎ ， ｓｏ ａｓ ｔｏ ｂｒｉｎｇ ｃｏｎｖｅｎｉｅｎｃｅ ｔｏ ｔｈｅ ｕｓｅｒ．Ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｓｈｏｕｌｄ ｒｅｆｌｅｃｔ ｔｈｅ ｉｄｅａｓ ｏｆ ｌｏｗ ｃａｒｂｏｎ ｌｉｆｅ ， ｅｎｅｒｇｙ ｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎ ， ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｓｕｓｔａｉｎａｂｌｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ｎｅｗ ｅｎｅｒｇｙ ； ｅｎｅｒｇｙ ｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎ ； ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ； ｌｏｗ ｃａｒｂｏｎ ｌｉｆｅ ３１１ 第 ６ 期