為了推動(dòng)電動(dòng)汽車(EV)的廣泛普及，充電基礎(chǔ)設(shè)施中人機(jī)界面(HMI)觸摸顯示屏的應(yīng)用逐漸受到關(guān)注。汽車制造商不斷豐富旗下電動(dòng)汽車車型，這也意味著需要為客戶提供更多易于使用的充電樁。目前常用的充電樁類型包括一級、二級和直流快充，具體取決于其尺寸和容量。然而，盡管充電基礎(chǔ)設(shè)施不斷擴(kuò)展，充電過程對用戶來說仍不夠直觀，因此HMI顯示屏的應(yīng)用在提升充電樁的可用性和用戶接受度方面發(fā)揮了重要作用。

停在住宅外的電動(dòng)汽車

充電樁等級

一級充電設(shè)備通過使用120V或240V電壓為車輛充電，電流最高可達(dá)15A。由于電壓和電流較低，一級充電樁為電動(dòng)汽車電池充電所需時(shí)間最長。用戶通常可以在8小時(shí)的充電時(shí)間內(nèi)獲得約40英里的續(xù)航。雖然充電速度較慢，但其優(yōu)勢在于體積小巧，可以方便地插入家庭電源插座，而且大多數(shù)電動(dòng)汽車制造商都會(huì)隨車提供便攜式一級充電器。

另一方面，二級充電樁通過240V電壓進(jìn)行充電，工作電流大大提高，可達(dá)32A至80A。二級充電樁的輸出功率足以讓電動(dòng)汽車電池在一夜之間充滿至100%。這類充電樁體積相對較大，多用于室內(nèi)或辦公場所的停車位。直流快充(DC Fast Charger)或稱三級充電樁，則通過繞過電動(dòng)汽車的車載充電器(OBC)，直接為電池充電。這使得輸出電壓可達(dá)到400V至800V，大幅提升充電速度并顯著縮短充電時(shí)間。

無論容量和體積如何，這些充電樁在設(shè)計(jì)中加入人機(jī)界面(HMI)都能帶來益處。

充電樁與人機(jī)界面(HMI)應(yīng)用場景

電動(dòng)汽車充電樁被安裝在各種場所，從家庭車庫(一級/二級)到支持更高充電電流的商業(yè)和公共充電站(二級/三級)均有覆蓋。然而，全球范圍內(nèi)用戶對充電體驗(yàn)的滿意度卻呈下降趨勢。除了充電樁的可用性之外，易用性和可靠性也日益成為公眾關(guān)注的焦點(diǎn)，全球范圍內(nèi)多次出現(xiàn)充電失敗的報(bào)道。HMI觸摸顯示屏被視為解決部分問題的有前景的方案。

HMI技術(shù)的主要優(yōu)勢

· 快速便捷的訪問：典型的充電樁服務(wù)商通常要求用戶通過手機(jī)上的專屬應(yīng)用程序來使用充電樁。作為替代方案，用戶還可以通過射頻識(shí)別(RFID)會(huì)員卡來訪問充電樁。有報(bào)告顯示，如果充電樁配備觸控顯示屏，用戶更傾向于直接使用觸屏，而不是下載應(yīng)用程序。普通用戶平均需要攜帶五張RFID卡或在手機(jī)上安裝多達(dá)10個(gè)應(yīng)用。觸控顯示屏的可用性(尤其是在手機(jī)信號不佳的偏遠(yuǎn)地區(qū))為用戶提供了更高的信心，也讓充電過程的啟動(dòng)更加快捷。

· 用戶交互：通過HMI顯示屏，充電樁服務(wù)商可以與用戶進(jìn)行雙向交流。他們可以播放充電樁使用的操作視頻，指導(dǎo)用戶選擇合適的電纜或適配器，按照正確的步驟進(jìn)行操作，以及如何開始和結(jié)束充電。這對于新手和老年用戶尤為有幫助。此外，充電失敗或充電過程出現(xiàn)故障時(shí)，HMI顯示屏可以向用戶報(bào)告具體原因，例如電纜松動(dòng)或插錯(cuò)、充電步驟錯(cuò)誤、賬戶余額不足或充電樁內(nèi)部故障等。

· 支付方式：HMI顯示屏允許用戶通過熟悉的觸控界面使用信用卡或條形碼等方式進(jìn)行支付。充電完成后，系統(tǒng)會(huì)提示用戶按下“停止充電”按鈕并點(diǎn)擊“發(fā)起支付”。對于信用卡支付，用戶還可以在屏幕上輸入PIN碼以完成支付。

· 電價(jià)透明：通過HMI顯示屏，充電網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商可以根據(jù)不同情況(如訪客、會(huì)員或高級會(huì)員)展示使用價(jià)格。許多國家都要求各公司在其充電網(wǎng)絡(luò)上向用戶透明展示具體的收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)。

· 語言選擇：不同語言背景的用戶可以通過觸控顯示屏選擇自己偏好的語言，從而使用同一個(gè)充電樁。這也使充電樁運(yùn)營商能夠更方便地覆蓋更廣泛的用戶群體。

· 信息門戶：充電狀態(tài)及各種車輛數(shù)據(jù)可以在屏幕上顯示。充電樁可以引導(dǎo)用戶開始或停止充電，并告知電池和車輛的健康狀況。

· 收入來源：可以在屏幕上展示廣告，從而獲得收益。

充電樁顯示屏

電動(dòng)汽車充電站的顯示屏類型差異很大，有些充電樁沒有顯示屏，而有些則配備了小型或大型觸控顯示屏。顯示屏的不一致性可能會(huì)對用戶體驗(yàn)產(chǎn)生負(fù)面影響。

一些新型充電樁配備了更大的顯示屏，能夠?yàn)橛脩籼峁┣逦某潆娦畔?，并提供廣告位，類似于加油站常見的廣告展示。

由于大多數(shù)電動(dòng)汽車充電樁都安裝在戶外，顯示屏必須能夠在極端天氣條件下正常工作，包括強(qiáng)風(fēng)、沙塵暴、雨雪等。除了要應(yīng)對惡劣環(huán)境，充電樁的顯示屏還需具備足夠的靈敏度以識(shí)別用戶操作。例如，觸控顯示屏需要能夠在低溫、潮濕或用戶佩戴手套的情況下準(zhǔn)確識(shí)別輸入。

公共電動(dòng)汽車充電樁

顯示屏特性

薄膜晶體管技術(shù)(TFT LCD)被廣泛應(yīng)用于許多電動(dòng)汽車充電站的顯示屏。在為充電站選擇顯示屏?xí)r，工程師應(yīng)優(yōu)先考慮通過UL-F1認(rèn)證的外殼，以及按照UL 746C標(biāo)準(zhǔn)專為戶外使用設(shè)計(jì)的顯示屏。符合UL 746C標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品經(jīng)過了紫外線照射測試，測試方式包括使用雙封閉式碳弧耐候儀進(jìn)行720小時(shí)測試，或使用氙弧耐候儀進(jìn)行1000小時(shí)測試。

產(chǎn)品需經(jīng)過浸水測試，即將被測設(shè)備在70°C的水中浸泡七天。顯示屏的可讀性也是一個(gè)重要考量因素，因?yàn)樵陉柟獬渥愕沫h(huán)境下，顯示內(nèi)容可能難以辨認(rèn)。因此，顯示屏應(yīng)具備足夠的亮度，以確保在各種光照條件下都能清晰可讀。

顯示屏還需考慮IP等級和IK等級。IP等級表示設(shè)備對水和灰塵侵入的防護(hù)能力，而IK等級則反映產(chǎn)品對沖擊的耐受能力。

電動(dòng)汽車充電樁的人機(jī)界面(HMI)要求

電動(dòng)汽車充電樁的人機(jī)界面(HMI)不僅僅是一個(gè)硬件面板，更是用戶與充電系統(tǒng)之間的關(guān)鍵交互層。直觀且堅(jiān)固的HMI能夠幫助用戶快速、自信且準(zhǔn)確地完成充電操作。此外，公共充電樁還必須具備出色的耐用性和抗沖擊能力，因?yàn)檫@些設(shè)備常常會(huì)因人為破壞、意外碰撞或惡意篡改而遭受粗暴對待。以下是一些關(guān)鍵的設(shè)計(jì)考量。

公共電動(dòng)汽車充電樁必須非常耐用。例如，采用強(qiáng)化的大猩猩玻璃(Gorilla Glass)可以有效抵御強(qiáng)烈沖擊，同時(shí)減少維護(hù)的頻率。前面板采用加固設(shè)計(jì)，并配有牢固的安裝點(diǎn)，這樣即使受到外力，也能防止內(nèi)部損壞，確保設(shè)備長期穩(wěn)定運(yùn)行。

戶外充電樁的觸摸屏性能同樣至關(guān)重要，尤其是在惡劣環(huán)境下。顯示屏必須能夠應(yīng)對雨水、高濕度或頻繁使用水和各種清潔劑清洗帶來的濕氣。防誤觸算法和專用傳感器有助于在屏幕表面潮濕時(shí)依然保持正常操作。元器件還需具備耐高溫和耐低溫能力，以防止出現(xiàn)開裂或變形等問題。對于多霧或沿海地區(qū)，良好的密封外殼對于防止冷凝水的產(chǎn)生也非常重要。

厚蓋板玻璃和屏幕上的水分對觸摸芯片提出了特殊要求。強(qiáng)烈的陽光和紫外線照射會(huì)降低屏幕性能和觸摸傳感器的靈敏度，因此在屏幕上添加紫外線過濾涂層非常有幫助。為了提升可讀性，常常會(huì)采用防反射涂層;而防指紋涂層則有助于保持屏幕清潔，這些都是行業(yè)內(nèi)常見的處理方式。此外，用戶佩戴手套時(shí)也需要流暢的觸摸體驗(yàn)。在電容式觸摸技術(shù)中，這些因素都會(huì)被視為人手與觸摸傳感器之間的額外層。優(yōu)秀的IC控制器必須能夠在這些層的影響下，依然準(zhǔn)確檢測到來自手指的微弱信號。

公共充電樁暴露在灰塵、污染和涂鴉環(huán)境下，維護(hù)和清潔是不可避免的。表面必須能夠承受各種導(dǎo)電化學(xué)品的頻繁清洗，而不會(huì)被腐蝕或變色。觸控芯片還需能夠區(qū)分屏幕上導(dǎo)電化學(xué)液體的影響。精心設(shè)計(jì)的面板或采用玻璃與LCD之間留有空氣間隙的模塊化屏幕，可以在需要時(shí)快速更換，從而減少停機(jī)時(shí)間。觸摸芯片還需具備足夠的靈敏度，以適應(yīng)顯示屏結(jié)構(gòu)中絕緣空氣層的存在。

最后，軟件和固件同樣非常重要。通過空中(OTA)升級，可以遠(yuǎn)程更新HMI功能、安全補(bǔ)丁或支付方式，無需現(xiàn)場維護(hù)，大大提升了運(yùn)維效率。清晰的錯(cuò)誤提示信息能夠幫助用戶快速定位和解決問題，同時(shí)也便于遠(yuǎn)程技術(shù)支持。對于那些支持用戶個(gè)性化或會(huì)員積分等高級功能的系統(tǒng)，更需要注重安全性和操作的簡便性，確保用戶體驗(yàn)和數(shù)據(jù)安全。

EMC與EMI考量

在處理電氣設(shè)備時(shí)，必須始終考慮EMC和EMI標(biāo)準(zhǔn)及其性能。電動(dòng)汽車充電站包含高電壓和大量開關(guān)電源電路，會(huì)產(chǎn)生高噪聲和強(qiáng)磁場，可能干擾周圍電路，導(dǎo)致意外和異常的行為。

符合EMI/EMC標(biāo)準(zhǔn)的電動(dòng)汽車充電站意味著充電樁具備對靜電放電(ESD)、電快速瞬變(EFT)/脈沖干擾以及射頻/電磁場的抗擾能力。

連接

連接方式是電動(dòng)汽車充電站的重要功能。為了處理支付或查詢充電站的可用信息，充電樁必須能夠進(jìn)行信息傳遞。出于可擴(kuò)展性的考慮，無線連接通常是首選方案。

隨著充電站數(shù)量的增加，為數(shù)十甚至數(shù)百個(gè)充電站鋪設(shè)電纜會(huì)變得非常昂貴。無線連接不僅可以讓新站點(diǎn)快速部署，還能免去布線和維護(hù)電纜的麻煩。

物聯(lián)網(wǎng)(IoT)模塊正逐漸成為一種可行的選擇。目前的IoT模塊易于獲取，并且能夠在較遠(yuǎn)距離內(nèi)穩(wěn)定工作。這些模塊可以讓充電站將計(jì)量用量、用戶信息和賬單數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆贫?，同時(shí)還具備完善的安全性和加密功能。

總體來看，電動(dòng)汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施在元器件選擇上需要充分考慮多方面因素。充電樁必須操作簡便、界面直觀，能夠?yàn)橛脩籼峁┴S富的信息和反饋，并且實(shí)現(xiàn)可靠且安全的信息傳遞。增加HMI觸摸顯示屏已被證明能夠簡化充電樁的使用流程，提升用戶接受度。此外，這些人機(jī)界面還必須具備耐用性，能夠在極端天氣條件下可靠運(yùn)行，并符合各類EMC和EMI標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)要求。

Microchip為電動(dòng)汽車充電樁提供先進(jìn)的人機(jī)界面(HMI)解決方案，包括maXTouch®觸摸芯片，可在惡劣環(huán)境下的堅(jiān)固屏幕上實(shí)現(xiàn)流暢的觸摸體驗(yàn)，以及具備高級圖形和連接功能的SAMA7D65 MPU系列，幫助開發(fā)者輕松將圖形界面集成到系統(tǒng)中。這些解決方案能夠與充電系統(tǒng)無縫集成，提供強(qiáng)大且直觀的控制，是現(xiàn)代電動(dòng)汽車基礎(chǔ)設(shè)施不可或缺的關(guān)鍵技術(shù)。