高校电动自行车充电桩优化设计与应用

赵丹

安科瑞电气股份有限公司 上海嘉定   201801

摘要：文章针对高校校园电动自行车充电混乱的现状，对现有共享电动充电桩进行改良设计，使其更加符合高校校园环境的特定使用需求。将现场调查与线上调研相结合，获取相关数据。同时结合高校校园环境，以人机工程学设计理论为依据，设计并建立三维充电桩模型，得到一种适用于高校校园的电动自行车充电桩三维设计方案。运用上述方法能够有效设计出满足高校校园使用需求的电动自行车充电桩。

关键词：充电桩 ；高校校园 ；设计

随着共享电动自行车的出现与发展，作为共享电动自行车的衍生产品，电动自行车共享充电桩的需求量也随之增加。2014 年郑州市就发布了《关于在住宅小区建设电动自行车充电库（棚）的通知》[1]，并指出要增加电动自行车充电库（棚），同时杜绝私接乱拉现象。电动自行车是高校学生平时出行的重要交通工具之一，设计一款适合高校校园环境，解决充电电缆私拉乱接、电动车乱停乱放现象的电动自行车共享充电桩，能够有效推进校园和谐和美化建设。电动车包含电动自行车和电动汽车，因电动自行车共享充电桩品牌较杂，所以本篇论文调研对象包含电动汽车共享充电桩。

1调研与分析

1.1充电桩调研与分析

1.1.1现有充电桩类型

通过对成都市多个小区和公共场所现场调研后发现，充电桩的形式可分为“一对一式”、“ 一对多式”和“插排式”三类，其颜色主要有简约色和多彩纯色，如图 1 所示。

1.1.2现有充电桩界面分析

通过调研得出，现有充电桩存在以下问题 ：(1) 交互界面的较少，传统按键的较多，交互性差；(2) 在误操作后，不能及时返回；(3)现有售电模式主要有刷卡式和投币式[2]，大多不支持扫码支付；(4)在光线不好的环境下，不易发现充电桩。

1.2用户调研与分析

1.2.1用户使用体验调查研究概述

通过实地问卷调查和网络问卷调查的方式，一共收集 200 份用户对充电桩的使用体验问卷。针对现有充电桩的造型满意程度、功能需求程度、不足和对未来充电桩的理想充电时长、期待体验等方面进行数据收集、录入、筛选、整理，得出的数据如表 1 ：

表 1 问卷结果

1.2.2问卷分析

用户对现有充电桩造型满意程度低，主要原因是操作繁琐和造型呆板，除此之外，数量较少和充电效率低下也是其原因之一。大多数用户的理想充电时长是≤ 30 分钟，少部分是≤ 60 分钟和≤ 15 分钟。所以充电桩设计时要考虑使用方式的人性化、操作

简单化、绿色节能化与充电效率等因素。图 2 结果表明 ：对于交互界面不论满意与否，多数用户认为界面中应该加入电量、费用、充电时间等信息，而本地时间、温度等信息却不看重。图 3 结果表明 ：无论是否使用过充电桩，多数用户都认为充电时间在≤ 30 分钟比较合适。

2理论分析

2.1电动自行车共享充电桩概念

设计与理论

图 2 交互界面是否满意和显示屏应提供的信息分析

图 3 使用过和认为充电所需时长

•         （b）          （c）

图 4 设计方案效果图

电动自行车共享充电桩应放置在小区、医院、商场等公共环境内，根据不同电压等级为各种型号的电动自行车充电。用户可自主选择充电电量或时长，以投币、扫码支付、指定充电卡等付费方式完成充电交易。同时，电动自行车共享充电桩应提供充电时长、充电费用及充电电量等主要数据信息。

2.2设计理念

用户体验是电动自行车共享充电桩设计中重要的设计参考依据，用户研究是电动自行车共享充电桩设计流程中不可缺少的环节。将用户的产品功能需求、心理需求、使用目标和生理需求与设计原则相匹配，后续解决方案更加注重用户体验 [3]。在适应高校校园环境的基础上针对现有电动自行车共享充电桩功能结构的不足，解决实际问题并实现产品的实用性，注重考虑防护功能、交互体验及整体规划。

3优化设计

3.1人机优化设计

3.1.1电动自行车共享充电桩人机尺寸

根据 GB10000——1998 我国成年人人体尺寸国家标准中的人体立姿尺寸 [4]，我们认为电动自行车共享充电桩整体高度范围“在 1247 毫米——1357 毫米”之间，操作平台至地面高度在“1023毫米——1067 毫米”之间，符合其人体工学设计标准。

3.1.2电动自行车共享充电桩人机操作界面

初始界面 ：随意点击初始界面，直接进入电动自行车共享充电桩的选择插头的界面，选择 1 插口、2 插口或 3 插口充电并选择充电模式，如需返回点击右下角返回键，即可退出界面。

选择计费方式界面：按确认键后进入下级选择计费方式界面， 根据需求选择充电模式为按时间、按金额、按电量，点击右下角返回键即可退出界面，返回上级界面，选择左下角的退出按键退出此界面。同时，界面弹出小窗口提示用户连接充电插头，以确保充电周全，如果已正确连接则直接进入支付方式界面，否则将会跳出提醒界面，进行连接检查提醒。

充电模式界面 ：按时间充电计费选项分别是 15 分钟、30 分钟、60 分钟 ；按金额充电计费选项分别是 1 元、3 元、5 元 ； 按电量充电计费界面，车主根据自身需求输入充电电量即可，以千瓦时为单位，进行充电电量的输入及操作。

支付信息确认界面 ：点击确认键进入支付信息确认界面，界面信息包括此次充电消费金额、充电量和时间等，车主确认后进入下一界面，发生错误可以直接选择退出充电。

付款界面 ：确认键进入付款界面，用户可选择刷一卡通、支付宝扫码或vx扫码支付选项，进行支付。

3.2外观优化设计

（1）造型 ：简约、大气、实用、雅观，方圆有机结合 ；（2）色彩 ：提取西南交通大学校徽的主要颜色（白、蓝）；（3）材料 ： 充电桩壳体、电子屏幕及组件上使用不锈钢材料，显示与刷卡区使用 PC 材料，拥有经受重压、自熄、阻燃等优点。

3.3功能优化设计

（1）触摸屏为彩色 LED 屏，具有充电信息、充电状态、消费金额、实时界面显示功能，同时具有语音提示和红外探测功能 ； 内置音箱系统，拥有广播和报警提示功能 ；（2） 拥有可用于夜间照明的灯带，便于夜间充电 ；（3） 采用校园一卡通和vx、支付宝扫码支付 ；（4）充电桩具有较好的可收纳性，自动回弹外置电线以减少其暴露时间过长引起的快速老化问题，避免外置电线因老化或磨损划伤而引起漏电事故 ；（5）充电状态会有 LED 灯指示，可以远距离进行观察 ；（6）充电桩带有shou机充电线，可以让急需充电但是没有携带充电线的同学进行充电。

3.4排布优化设计

排布方式根据高校校园所规划的停车位置进行排布，在相应的非机动车停车区安装电动自行车共享充电桩。因本优化设计的电动自行车共享充电桩可以同时满足三辆电动自行车充电，所以两个电动自行车共享充电桩之间的距离为 3500 毫米，可停放三辆电动自行车。为避免资源浪费，在排布时留出一部分区域不安装电动自行车共享充电桩，留给无需充电的用户停放电动自行车。这样的排布方式可以有效地解决在校生充电电缆私拉乱接、电动自行车乱停乱放的现象。

4 安科瑞充电桩运营管理平台

安科瑞电动自行车充电桩通过GPRS模块与云端进行通信和数据交互。系统能够对电动自行车充电桩的日常状态、充电过程进行监控；实现充电支付对接：支持投币、刷卡、vx支付等多种支付方式，保证支付交易过程的完整性，对充电过程中的异常情况进行有效预警；实现对下游站级平台的清算、对账功能。平台可对接消防物联网平台、小程序等，提供相关异常数据，实现电动车充电管理的网络化、可视化。

① 周全预警

对平台连接的所有充电桩状态进行监视，充电桩发生异常情况时可通过APP、短信及时向运营人员发出报警信号，及时消除火灾隐患。

② 交易结算管理

平台为运营方提供充电价格策略管理，预收费管理，账单管理，营收和财务相关报表等，支持投币、刷卡和扫码充电。

③ 充电服务

可通过软件搜索附近充电桩，并查看充电桩状态，并导航至可用充电桩。可通过在线自助支付实现充电。

④ 运营分析

对订单进行数据化分析，通过柱状图、报表方式直观展示数据，并支持和第三方平台对接。

⑤ vx小程序

可通过vx小程序扫码充电，充电账单支付。运营商和物业管理人员均可通过小程序管理，监测充电桩状态和充电交易情况。

充电桩型号

 ACX10A-YH

(1)可同时充10辆电瓶车。
(2)尺寸空间大，投币箱容量大，内部空间充裕，具备充足的电气稳定性。
(3)实体按键设计，手感实在，使用寿命长。
(4)显示投币数、IC刷卡次数、IC卡余额，卡内余额语音播报。
(5)每次扣费和充电时间可调，可多次投币刷卡，充电时间自动累计。
(6)可根据客户需求开通免费充电功能、月卡功能和刷卡退费。
(7)可使用vx支付、支付宝支付、APP 支付。
(8)自动识别出现故障的线路，并伴有字母和语音提示。
(9)具有断电记忆功能，当出现断电，来电后可以继续使用剩余的时间充电。
(10)具有拔掉断电功能，当用户拔掉充电器，及时自动断电。
(11)具有充满自停功能，自动检测电瓶车充电状态，如充满则停止供电，计费时间清零。
(12)具有过载保护功能，能识别大功率电器，自动暂停供电，防止用户私接插线板给多台电瓶车充电。
(13)具有短路保护功能，当出现短路，保险丝熔断确保稳定。
(14)具有按功率给时间功能，根据检测到的功率，按照设定时间开启充电。
(15)可选配联网烟感，当出现火情，可发送短信给指定责任人。
(16)过温保护功能，当检测机箱温度过高，停止充电。
(17)夜间断电功能，可设定夜间整机断电黑屏，禁止夜间充电。
(18)远程抄表，485电表数据采集上报。

5总结

为解决高校校园内电动自行车充电乱象，设计出符合校园特定环境的电动自行车共享充电桩，本文在分析现有产品的前提下， 在使用功能、功能排布、造型尺寸、交互界面和支付方式等方面进行讨论和优化。

参考文献 

[1]郑州市gong安局，关于在住宅小区建设电动自行车充电库（棚）的通告 [N]．2014.8.1（5）

[2]刘彦如，孙语晨，魏曼婷，高校校园电动自行车共享充电桩分析与优化设计

[3]安科瑞企业微电网设计与应用手册.2019.11版

 作者简介：赵丹，女，现任于安科瑞电气股份有限公司，主要从事电瓶车充电桩的研发和应用