電動(dòng)汽車(chē)直流充電樁的設(shè)計(jì)與研究

白磊成

【摘 要】充電樁是電動(dòng)汽車(chē)的能源來(lái)源，而直流充電樁輸出的是可調(diào)直流電，調(diào)整范圍大，可以實(shí)現(xiàn)直接為電動(dòng)汽車(chē)的動(dòng)力電池快速充電的要求。本文首先介紹充電樁的發(fā)展現(xiàn)狀，然后對(duì)直流充電樁原理進(jìn)行分析，并對(duì)直流充電樁進(jìn)行硬件和軟件的設(shè)計(jì)。加強(qiáng)其研究才能為電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展奠定良好的基礎(chǔ)。

【關(guān)鍵詞】電動(dòng)汽車(chē)；直流充電樁；快速充電

【Abstract】Charging pile is the energy source of electric vehicle， and DC charging pile output adjustable DC with wide-range， which can meet requirements of fast charging of the power battery for electric vehicle.This paper introduces the development status of charging pile， then the principle of DC charging pile is analyzed .It describes the design of the hardware and software of the DC charging pile lastly. Strengthening its research can lay a good foundation for the development of electric vehicles.

【Key words】Electric vehicle； DC charging pile； Fast charging

0 引言

隨著全球能源危機(jī)的不斷加深，各國(guó)政府及汽車(chē)企業(yè)普遍認(rèn)識(shí)到節(jié)能和減排是未來(lái)汽車(chē)技術(shù)發(fā)展的方向，發(fā)展電動(dòng)汽車(chē)將是解決這兩個(gè)問(wèn)題的最佳途徑。近年來(lái)，汽車(chē)工業(yè)正逐漸朝向環(huán)保清潔的方向發(fā)展[1]。本文所研究的直流充電樁作為充電基礎(chǔ)設(shè)施的一部分對(duì)于推進(jìn)電動(dòng)汽車(chē)的普及具有重要的意義。

1 直流充電樁的概述

電動(dòng)汽車(chē)充電站（樁）的建設(shè)正在世界各國(guó)迅速鋪開(kāi)。日本、美國(guó)、德國(guó)等國(guó)家已經(jīng)全面開(kāi)展電動(dòng)汽車(chē)充電樁建設(shè)的計(jì)劃。近年來(lái)，中國(guó)各地紛紛建立電動(dòng)汽車(chē)充電站（樁）。截止2014年底，我國(guó)共建成780座充電站，3.1萬(wàn)個(gè)充電樁，為超過(guò)12萬(wàn)輛電動(dòng)汽車(chē)提供充電服務(wù)[2]。2015年以來(lái)，我國(guó)接連出臺(tái)了《關(guān)于加快電動(dòng)汽車(chē)充電基礎(chǔ)設(shè)施的指導(dǎo)意見(jiàn)》和《電動(dòng)汽車(chē)設(shè)施發(fā)展指南（2015—2020）》，明確提出到2020年要完成為500萬(wàn)輛電動(dòng)汽車(chē)配套建設(shè)相應(yīng)規(guī)模的充電基礎(chǔ)設(shè)施的任務(wù)目標(biāo)。我國(guó)電動(dòng)汽車(chē)充電基礎(chǔ)設(shè)施行業(yè)發(fā)展?jié)摿薮?，未?lái)市場(chǎng)前景廣闊。

充電樁可以固定在地面或墻壁，可以根據(jù)不同的電壓等級(jí)為各種型號(hào)的電動(dòng)汽車(chē)充電[3]。直流充電樁是固定安裝在電動(dòng)汽車(chē)外，與交流電網(wǎng)連接，可以為車(chē)載動(dòng)力電池提供直流電源的供電裝置。直流充電樁可以提供足夠大的功率，輸出的電壓、電流調(diào)整范圍大，可以實(shí)現(xiàn)快充的要求，但是會(huì)對(duì)電網(wǎng)構(gòu)成一定的損害，因此在建設(shè)過(guò)程中應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)電網(wǎng)的保護(hù)。

2 直流充電樁原理

本文設(shè)計(jì)充電模塊的原理是：首先是三相交流電經(jīng)由整流濾波后，變成直流輸入電壓供給 IGBT橋?？刂破魍ㄟ^(guò)驅(qū)動(dòng)電路作用于IGBT，使直流電壓又轉(zhuǎn)換為交流電壓。接著，交流電壓經(jīng)高頻變壓器的變壓隔離，再次經(jīng)整流濾波得到直流脈沖，進(jìn)而對(duì)電池組充電[4]。控制器會(huì)根據(jù)檢測(cè)到的電池的端電壓、電流大小實(shí)施控制策略，實(shí)時(shí)改變充電參數(shù)。其中，過(guò)流、過(guò)壓和過(guò)溫保護(hù)電路是為了保證系統(tǒng)安全可靠的工作。充電模塊原理框圖如圖1。

3 硬件設(shè)計(jì)

直流充電樁復(fù)雜程度高，組成構(gòu)件較多，包括主控板、接觸屏、指示燈等。具體硬件組成如圖2。

直流充電樁的組成構(gòu)件中，主控板是最核心的組成部分，能夠?qū)Τ潆娺^(guò)程進(jìn)行有效控制，而且可以利用多種通訊方式將充電樁的工作數(shù)據(jù)傳輸至后臺(tái)。主控板的主要功能特點(diǎn)包括：具有6個(gè)串口，下位機(jī)檢測(cè)以及數(shù)據(jù)采集辦卡通過(guò)通用串行總線和上位機(jī)CPU模塊進(jìn)行通信，同時(shí)上位機(jī)具有顯示功能[5]。監(jiān)控單元是為了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)充電樁的運(yùn)行狀態(tài)。該單元對(duì)充電樁的進(jìn)線輸入電壓，充電輸出電壓電流，充電接口狀態(tài)，電池管理系統(tǒng)狀態(tài)，電池狀態(tài)等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。

4 軟件設(shè)計(jì)

電動(dòng)汽車(chē)需要充電時(shí)，將電動(dòng)汽車(chē)的充電插口與充電樁的充電手柄相連接，然后將IC卡放置刷卡區(qū)，根據(jù)顯示屏提示進(jìn)行操作，連接充電接口，選擇具體的充電模式，然后進(jìn)行充電[6]。而監(jiān)控單元?jiǎng)t會(huì)在整個(gè)充電過(guò)程中，對(duì)充電電壓電流，充電接口連接情況等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，如果發(fā)現(xiàn)異常，則會(huì)立即發(fā)出警報(bào)。

主程序在編寫(xiě)時(shí)，采用模塊化的原則，這樣能夠保證充電樁高效的運(yùn)行。主程序可分為：中央控制模塊、IC卡識(shí)別模塊、通訊模塊、顯示模塊、打印模塊、檢測(cè)模塊等。當(dāng)充電樁激活時(shí)，主程序協(xié)調(diào)各模塊之間的工作從而完成整套流程，多線程處理確保各模塊間互不影響。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文分析了直流充電樁的硬件設(shè)計(jì)與軟件設(shè)計(jì)，綜合考慮充電樁的實(shí)際應(yīng)用需要，確保充電樁設(shè)計(jì)的可行性，促進(jìn)電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展。

【參考文獻(xiàn)】

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[責(zé)任編輯：湯靜]