为了增加电动汽车（EV）的广泛采用，人们开始关注在充电基础设施中使用人机界面（HMI）触摸显示器。
作者：Microchip Technology电动汽车业务高级部门经理Wayne Liang
汽车制造商越来越多地为其车队提供更广泛的电动汽车选择，这需要为客户提供更多易于使用的充电器。目前使用的充电器有几种类型，包括1级、2级和直流快速充电器，具体取决于它们的尺寸和容量。然而，尽管充电基础设施不断扩大，但充电过程对用户来说并不直观，因此HMI显示器的使用在可访问性和采用性方面产生了影响。
 

图1：停在住宅外的电动汽车

充电器电量
一级设备通过使用120V或240V为车辆充电，同时消耗高达15A的电流。由于电压和较低的电流消耗，1级充电器为电动汽车电池充电的时间最长。用户可以在8小时的充电时间内充电约40英里。虽然充电时间很慢，但它们的优点是体积小，可以很容易地插入家用电源插座，大多数电动汽车制造商都会为汽车提供便携式1级充电器。
另一方面，2级充电器允许通过240V充电，并在32A至80A的更高电流消耗水平下运行。2级充电器提供足够的输出功率，使电动汽车电池在夜间充电后达到100%的容量。它们的尺寸相对较大，主要用于室内/办公室停车位。直流快速充电器或3级充电器通过绕过电动汽车中的车载充电器（OBC）直接对电池充电。这允许输出电压在400V至800V的范围内，从而大大提高了充电率并显著缩短了充电时间。
无论容量和尺寸如何，所有这些充电器都可以从在设计中添加HMI中受益。

充电器和HMI用例
电动汽车充电器安装在各种地方，从家用车库（1级/2级）到支持更高充电电流的商业和公共充电站（2级/3级）。然而，据报道，世界各地的充电体验满意度都在下降。除了充电器的可用性，易用性和可靠性也日益成为公众关注的问题，有报道称全球许多充电尝试都不成功。HMI触摸显示器被视为解决一些问题的有前景的解决方案。

HMI技术的主要优势

• 快速便捷的访问：典型的充电点提供商希望用户在手机上使用适当的应用程序来使用充电器。作为替代方案，向用户发放射频识别（RFID）会员卡以访问充电器。据报道，如果有触摸屏可用，用户会更喜欢它而不是下载应用程序。普通用户需要携带五张RFID卡或在手机上安装多达10个应用程序。触摸屏可用性可以访问（特别是在电话连接不良的偏远地区），使用户更有信心，也能更快地启动充电过程。 
• 用户交互：使用HMI显示器，充电点提供商可以与用户进行双向通信。他们可以展示如何使用充电器的教学视频。他们可以指导用户如何选择正确的电缆/适配器，按照正确的步骤顺序以及如何开始充电和停止充电。这对新用户和老年用户都有帮助。此外，不成功的充电尝试或故障的充电过程可以通过HMI向用户报告，具体原因包括电缆松动/不正确、充电顺序不正确、账户信用不足或充电器内部故障。
• 付款方式：HMI允许用户通过熟悉的触摸界面使用信用卡甚至条形码发起付款。充电完成后，系统会通知用户按下停止充电按钮，然后点击启动支付。在信用卡支付中，用户可以在屏幕上提供PIN以完成支付。 
• 电价透明度：使用HMI，充电网络运营商可以根据各种因素显示使用价格，如作为客人、会员或精英会员充电。许多国家要求用户在特定公司的特定网络上收取多少费用的透明度。
• 语言选择：来自不同语言背景的用户可以通过触摸屏选择他们喜欢的语言来使用同一个充电器。它使充电点运营商能够轻松吸引更广泛的用户群。
• 信息门户：屏幕上可以显示充电状态和各种车辆统计数据。充电器可以指导用户开始/停止充电，并告知电池和车辆的健康状况。
• 收入流：可以在屏幕上显示广告，通过广告获得收入。

 
充电器显示器
电动汽车充电站的显示器可以变化很大，有些没有显示器，而另一些则有小或大的触摸屏显示器。显示的不一致性会对用户体验产生不利影响。
一些较新的充电器提供更大的显示屏，为充电的客户提供清晰的信息，并提供许多人在加油站习惯看到的广告空间。
由于大多数电动汽车充电器都位于室外，因此显示器必须能够在极端天气条件下运行，包括大风、沙尘暴、雨雪。除了暴露在恶劣的环境中，电动汽车充电器还必须足够灵敏，以检测用户输入。例如，触摸屏显示器必须能够在低温、潮湿条件下或可能在用户戴手套的情况下检测用户输入。


图2: Public EV 充电器

显示特性
薄膜晶体管技术或TFT-LCD用于许多电动汽车充电站。在为充电站选择显示器时，工程师应寻找符合UL-F1标准的外壳和符合UL 746C标准的户外使用显示器。为UL 746C设计的产品已经过紫外线暴露测试，并使用双封闭碳耐候仪测试720小时，或使用氙弧耐候仪测试1000小时。
产品需接受浸水测试，其中被测设备在70°C的水中浸泡七天。设备可读性是另一个重要考虑因素，因为显示器在阳光充足的条件下可能很难阅读。因此，显示器应足够明亮，以便在所有照明条件下都易于阅读。
显示器的其他注意事项是IP和IK额定值。IP等级将指定设备对水和灰尘进入的抵抗力，而IK等级将传达产品对冲击的耐用性。
电动汽车充电器的人机界面要求
电动汽车充电器的人机界面不仅仅是一个硬件面板；它是用户和计费系统之间的关键交互层。直观、有弹性的HMI可帮助用户快速、自信、准确地完成充电过程。此外，公共充电器必须具有出色的耐用性和抗冲击性。这些装置经常因故意破坏、意外碰撞或故意篡改而受到粗暴处理。以下是关键的设计考虑因素。
公共电动汽车充电器必须耐用，具有强化大猩猩玻璃等功能，以承受严重冲击并最大限度地减少维护需求。加固的前面板设计具有安全的安装点，可防止在应力下发生内部损坏，确保长期可靠性。
户外充电器的触摸屏性能也至关重要，尤其是在恶劣条件下。显示器必须处理雨水、高湿度或频繁用水和各种溶液清洁造成的水分。防误触发算法和专用传感器有助于即使在潮湿的表面上也能保持功能。组件必须能够抵抗极端高温或冷冻温度，以防止开裂或翘曲等问题。适当密封的外壳对于防止雾天或沿海地区的冷凝至关重要。
厚的玻璃盖和屏幕上的湿气都对触摸控制器半导体提出了独特的要求。极端的阳光/紫外线照射会降低屏幕性能和触摸传感器。因此，紫外线过滤涂层在屏幕上通常非常有用。用于提高可读性的防反射涂层和用于屏幕清洁度的防指纹涂层也是行业中经常进行的一些处理。此外，戴手套的用户需要无缝的触摸屏交互。在电容式触摸技术中，每一层都被视为人类手指和触摸传感器之间的一层。一个好的IC控制器必须能够在这些层存在的情况下检测到来自手指的微小信号。
对于暴露在污垢、污染和涂鸦中的公共充电器，维护和清洁是不可避免的。表面必须能够承受各种导电化学品的频繁清洁，而不会蚀刻或变色。触摸控制器必须能够区分导电化学液体对屏幕的影响。精心设计的面板或模块化屏幕，玻璃和LCD之间有气隙，可以在需要时快速更换，从而减少停机时间。触摸控制器必须足够灵敏，以允许显示器堆叠中的气隙绝缘层。
最后，软件和固件起着至关重要的作用。空中下载（OTA）更新允许远程更改HMI功能、安全补丁或支付方式，从而消除了现场干预的需要。清晰的错误消息可以帮助用户导航问题并支持远程故障排除，而提供用户个性化或忠诚度计划的高级系统必须优先考虑安全、直观的设计。
EMC和EMI注意事项
在使用电气设备时，必须始终考虑EMC和EMI标准和性能。电动汽车充电站由高压和大量开关电源电路组成，会发出高噪声和强磁场，这会干扰附近的电路，并产生无意和意外的行为。
符合EMI/EMC标准的电动汽车充电站意味着充电器具有静电放电（ESD）抗扰性、电快速瞬变（EFT）/突发抗扰性和射频/电磁场抗扰性。 
连接
连接选项是电动汽车充电站的一个重要特征。为了处理付款或查找充电站的可用性信息，他们必须能够传达这些信息。出于可扩展性的原因，无线连接是首选。
随着更多的充电站可用，连接数十或数百个充电站的电缆变得昂贵。无线连接使新站点能够快速部署，并消除了运行和维护电缆的麻烦。
物联网模块正在成为一种可行的选择。目前的物联网模块很容易获得，可以远距离运行。这些将允许充电站将计量使用、用户和计费信息传输到云端。它们还具有可用的工作安全性和加密功能。
总体而言，为电动汽车充电基础设施选择的组件必须考虑重要因素。电动汽车充电器必须简单直观，为用户提供信息和反馈，并可靠安全地传达信息。添加HMI触摸显示器已被证明可以简化充电器的使用和采用。此外，这些人机界面必须耐用，在极端天气条件下可靠，并设计为符合各种EMC和EMI标准。
Microchip为电动汽车充电器提供先进的人机界面解决方案，包括maXTouch®控制器，可在恶劣环境下在坚固的屏幕上实现无缝触摸体验，以及具有先进图形和连接功能的SAMA7D65 MPU系列，使开发人员能够轻松地将图形设计到他们的系统中。这些解决方案与充电系统无缝集成，提供对现代电动汽车基础设施至关重要的强大而直观的控制。
www.microchip.com