大学生创新训练项目申请书

项目

名称

电动自行车充电桩再设计

（一）项目简介

目前，电动自行车在生活中十分的普及，但是充电问题一直是一个难题，由于充电桩数量很少，所以人们对于电动车充电桩的需求很大；不仅如此，由于老式电动车充电桩的安全性不太高，在下雨天时，容易出现充电器淋雨短路，甚至会造成整个充电桩停用，有着很大的安全隐患；另外，老式充电桩的空间利用效率不高，占用较大空间。我们的项目旨在解决老式充电桩存在的这些问题，对电动车充电桩进行再设计。

（二）研究目的

据统计，仅XX大学某学生公寓就有700辆左右的电动自行车，而可供同学们使用的供电座最多可供90辆电动车同时充电，考虑到同学们日常出行的频率很高，对于电动车充电桩的需求很大，可谓是“僧多肉少”。不仅如此，由于电动车充电桩的匮乏，在夜晚常有同学未经允许擅自挪开别人的车，引起了很多争执。在下雨天时，由于充电器易淋雨短路，甚至造成整个充电桩停用，给同学们早造成极大的不便利。所以解决大学城内宿舍区电动车充电资源空间匮乏 ，充电安全等问题已是迫在眉睫。

因此我们借助SIT立项的机会想要重新设计电动自行车充电桩，我们打算使一个充电基站可携带15-20个充电端口，利用相同的充电桩可以允许多出一倍的电动自行车同时充电，基本可以满足同学们的充电需求。同时，我们设计的内置充电接头可以减少同学们使用自带的充电器的麻烦，保证充电安全。我们希望可以通过电动自行车充电桩的再设计，合理利用有限的空间资源，满足同学们的充电需求，保护同学们的充电安全。

（三）研究内容

1. 重新设计充电基座，将基座设计成圆柱形尽量节省空间，并且内置15-20个充电接头。

2. 内置多接头充电线，满足不同型号电动车的充电要求，不需要自带充电器，保证用电安全。并且充电线可自动回收。

3. 可选择的充电模式和充电时间，充电模式分为“48 V”，“60 V”, “72 V”，充电时长分为“3小时”，“6小时”，“9小时”，“12小时”。

4. 采用三段式充电，分别为“恒流阶段”，“恒压阶段”，“涓流阶段”，保护用户的电池，增加使用寿命。

5. 支持 微信、支付宝支付，同时增加微信公众号，可以远程进行充电延时，断电等功能，支持在线查询充电情况，如还需多久可以充满，充电电压电流等。

（四）国、内外研究现状和发展动态

国内电动自行车数量庞大，2019年已接近3亿辆，这给电动自动车充电桩的普及提供了巨大的优势。自2017年9月起，全国各地的消防安全委员会开始明令禁止各级民小区，公司私拉乱接电线进行电动车充电，而电动自行车充电桩也开始投入使用。

国内电动自行车充电桩大多是由一个供电主机和9个供电端口组成，有些较为高级的充电桩，支持微信、支付宝等支付方式进行固定时长的充电，但没有办法进行远程操控，也没有办法查询实时的充电情况。未来的发展就是实现无需用户自带充电器，同时充电桩的安全性能提供进一步的要求，增加更多的人机交互，如在线查询充电状态，充电时间，通过手机进行在线续充，断电等功能。

据测算，一台支持10台电动车同时充电的充电桩，可以满足100户居民使用，若1元充电4小时，电费1元一度，按科学的数据测试电动车充电桩每小时耗电0.12度，则充电成本：0.12*4*1=0.48元，利润：1-0.48-0.52元，每台10路循环共享使用，每天每台充电站的利润：0.52*10=5.2元，每月：0.52*30=156元，每年：156*12=1872元。

目前充电桩技术的发展还处在初级阶段，很多市场还是空白的，易推广发展，居民小区，写字楼，医院，学校，以及每一个在建的小区的硬性刚需，目前市场饱和度不足10%，保守估计全国有超千万的充电桩需求。所以可以肯定，在未来充电桩产业一定会发展起来的。

（五）创新点与项目特色

创新点：

1. 内置多接头充电头线（可拉伸）能够合理节省空间，并且自主选择的充电模式适配不同型号的电动车，方便而且安全。

2. 可以通过手机程序远程进行充电操控和状态查询。

特色：

1. 可推广性，可用到其他公共场合，且开发制作成本低，可以大量的投入使用。

2. 内置接口有效抵御环境因素，解决了老式充电桩雷雨天易断电的弊端。

3. 使用简单，方便快捷，易于用户上手，并且远程遥控带来了极大的方便。

（六）技术路线、拟解决的问题及预期成果

技术路线：

1. 项目考察：了解身边已有产品，比如德智的充电桩，亲自体验充电桩充电，从中体会其优缺点（优点：配有不同型号的充电头等，缺点：对空间资源的利用不够充分，没有提醒功能），优点要保留甚至加强，缺点要在我们的产品中克服和解决；

2. 产品功能实现：根据已有的装置，综合想改进的方面，提出自己的大致设计方案，即产品要实现的功能，大致总结为以下六大模块：支付模块、电力转换模块、断电模块、提醒模块、安全检测模块、控制模块；

3. 模块的选择：根据我们要实现的功能，选取适当的模块，一个功能可能需要很多模块，一个模块可能能用在实现很多功能中，例如：

支付模块：应用微信支付平台模块，方便快捷，目前技术已经很成熟，比如：德智宿舍楼梯口的洗衣机支付功能；

电力转换模块：把220 V的交流电转化为可给电动车充电的直流电压，交流转直流，模块可以直接买来用；

断电模块：初步计划是，在电动车充电6-8小时后断电，并且时刻监测插头是否在充电过程中被拔下，当检测到被拔下时，安全起见应当断电，可用继电器来实现控制；

提醒模块：可以和支付模块一起做，微信支付平台具有提醒功能，在充电完成时提醒用户；

安全监测模块：监测装置功率是否超过额定功率，以及电压、电流是否超过警戒值，是否发生短路等，可以通过内置保险丝、电磁继电器等方式来保护装置安全；

控制装置：是充电装置的大脑，协调控制这些模块，使这些模块协同作用，比如控制不同阶段的充电电流，来实现对电动车电池的保护作用，可以用单片机来实现。

内部结构设计：把实现功能所需要的模块组装起来，使其能够正常工作。在设计中要尽量保证系统的稳定性和可靠性要高，尽量缩小占用的空间，以及最大限度的提高效率（能够充电的电动车的数量），同时还要考虑到一些极端的情况（如短路、停电、负载过多等），先用一些电路仿真软件（如：Multisim ）进行仿真；

5. 外观的设计：根据内部结构的设计，设计其外形（AutoCAD ），要做到美观并且能够遮风挡雨，选用合适的材料，使其坚固耐用，并有优秀的电屏蔽作用，保护使用者的安全（可以考虑3D 打印）；

6. 组装调试：把以上的装置和外壳组装起来，在做好安全防护的情况下，用电动车进行充电测试，测试其是否安全，是否可以正常充电；

7. 迭代更新：推荐周边同学使用此充电桩，并向他们收集意见和建议，做可行性分析，再对产品进行完善升级，不断使其变得完善。

预期成果：

用户使用充电桩提供的接头，微信扫码支付充电费用，充电桩给电动车充电，并计时，待时间到后，自动断电，并通过微信公众号发送消息的形式提醒用户。如果遇到一些特殊情况，比如短路等，可以自动断电，保护人及装置的安全。我们可以申请专利，在德智先进行应用，最后甚至可以推广到全国，形成一个产业。

（七）项目研究进度安排

2019年：完成初步结构设计，各模块设计；

2020年：完成实物模型构建；

2021年：对实物模型调试改进，形成最终产品。

（八）已有基础

1.与本项目有关的研究积累和已取得的成绩

1. 可以使用Maxwell软件或者Multisim 对特定情景的电流电压实际情况进行模拟分析验证，可以凭借此项技术研究充电桩充电过程中的电场磁场的分布，减少能量损耗。

2. 学习过如51，32等型号的单片机的使用，可以通过编程对其进行操控，实现如定时，警报，遥控等功能。

3. 可以熟练地使用C语言进行程序的设计，可以自主编写比较复杂的程序。

4. 可以使用Autodesigner 软件进行开发板的设计开发，便于我们自主设计需要的开发板。

5. 运用AutoCAD 进行简单的设计，可以画出充电基座的具体形状，表明数据，便与设计。

2.已具备的条件，尚缺少的条件及解决方法

已具备的条件：

微信平台大体框架已建立，相关知识的储备和积累（数电，模电，电路，单片机）

尚缺少条件：

具体模块的选择和采购，具体结构的精密设计，微信平台功能完善

解决方法：

查找具体模块的资料，向老师请教，选择最合适的型号；

查询工业设计方面的资料，把内部结构做的紧凑、美观；

参考已有的微信支付平台的构建。

开支科目

导师（签章）：

年 月 日

专家组组长（签章）：

年 月 日

负责人（签章）：

年 月 日

负责人（签章）：

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