電動(dòng)汽車直流充電樁控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

西安特銳德智能充電科技有限公司　衛(wèi)建榮　袁慶民　李建華　孫　景

電動(dòng)汽車直流充電樁控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

西安特銳德智能充電科技有限公司衛(wèi)建榮袁慶民李建華孫景

目前我們國家面臨著嚴(yán)峻的生態(tài)環(huán)境惡化問題，在這樣的形勢下，人們生活中出現(xiàn)大量的電動(dòng)汽車，在給人們帶來方便保護(hù)環(huán)境的同時(shí)也給人們提出更高的技術(shù)要求，其中就需要做好電動(dòng)汽車質(zhì)量充電樁控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。作為給電動(dòng)汽車提供能源的裝置，直流充電樁本身具有可直接充電的特性，因此有必要做好電動(dòng)汽車直流充電樁控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究工作。

電動(dòng)汽車；直流充電樁；控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

0　引言

社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展促進(jìn)人們物質(zhì)生活水平的提高，汽車數(shù)量及規(guī)模迅速增長，這也造成汽車尾氣排放量增長迅速，帶來嚴(yán)重的生態(tài)環(huán)境問題。電動(dòng)汽車就是在這種背景出現(xiàn)的，雖說電動(dòng)汽車可以有效緩解環(huán)境污染，但其本身受到電池容量及充電難等問題的影響，對(duì)電動(dòng)汽車的發(fā)展推廣造成極大影響。因此有必要做好電動(dòng)汽車直流充電樁系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作。

1　電動(dòng)汽車直流充電樁概念分析

隨著全球生態(tài)環(huán)境惡化，世界各國都意識(shí)到環(huán)境保護(hù)的重要性，在國內(nèi)大力推廣電動(dòng)汽車，進(jìn)而帶動(dòng)電動(dòng)汽車充電樁設(shè)計(jì)研究工作的進(jìn)展。在我國也是如此，國內(nèi)各個(gè)地方都開始啟動(dòng)電動(dòng)汽車樁建設(shè)計(jì)劃。據(jù)權(quán)威部門統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)現(xiàn)實(shí)，截至2015年年底，我國建成的電動(dòng)汽車充電站近800座，其中充電樁約為3.5萬個(gè)，可以同時(shí)給14萬電動(dòng)汽車提供所需的服務(wù)［1］?？梢哉f電動(dòng)汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)行業(yè)有著巨大的發(fā)展?jié)摿Γ哂袕V闊的發(fā)展前景。電動(dòng)汽車充電樁固定位置沒有特殊要求，一般情況下可以直接固定在地面或墻壁上。充電樁可以根據(jù)電動(dòng)汽車型號(hào)的差別提供不同的電壓等級(jí)。直流充電樁是直接安裝在電動(dòng)汽車外面，直接連接交流電網(wǎng)，給電動(dòng)汽車提供直流電源的供電裝置。直流充電樁本身具有極為鮮明的特點(diǎn)：功率足夠大、輸出電壓電流范圍廣、短時(shí)間快充等優(yōu)點(diǎn)。但直流充電樁會(huì)損害電網(wǎng)，所以實(shí)際設(shè)計(jì)及建設(shè)過程中需要做好電網(wǎng)的保護(hù)工作。

2　電動(dòng)汽車直流充電樁設(shè)計(jì)原理

電動(dòng)汽車交流充電樁采用的是交、直流供電方式，交流工作電壓是220V或者380V，可以針對(duì)不同型號(hào)的電動(dòng)車，采用相應(yīng)的電壓等級(jí)進(jìn)行充電，普通純電動(dòng)轎車用充電樁充滿電需要4-5個(gè)小時(shí)。直流充電樁的輸入電壓采用三相四線AC380V，頻率50HZ，可提供足夠的功率，并且輸出為可調(diào)直流電，因此可滿足快充的要求［2］。電動(dòng)汽車充電樁、集中器、電池管理系統(tǒng)、充電管理平臺(tái)等相輔相成，構(gòu)成了充電樁系統(tǒng)。本文中電動(dòng)汽車直流充電樁充電模塊的原理：整流濾波處理三相交流電后，將交流電轉(zhuǎn)為直流電提供給IGBT橋。接著IGBT橋被控制器通過驅(qū)動(dòng)電路作用，再次實(shí)現(xiàn)直流與交流的轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換后的交流電通過高頻變壓器的變壓隔離后經(jīng)過整流濾波變?yōu)橹绷髅}沖，實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)汽車電池組的充電。充電過程中控制器會(huì)自主檢測電池端電壓及電流大小，自動(dòng)調(diào)整充電參數(shù)。為了保護(hù)直流充電樁控制系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)的正常，設(shè)計(jì)過程中設(shè)計(jì)了過流保護(hù)電路、過壓保護(hù)電路及過溫保護(hù)電路三重保護(hù)電路，有效提高系統(tǒng)安全性。

圖1　充電模塊原理圖

3　電動(dòng)汽車直流充電樁控制系統(tǒng)硬/軟件設(shè)計(jì)

3.1硬件設(shè)計(jì)

直流充電樁控制系統(tǒng)本身結(jié)構(gòu)復(fù)雜，由很多構(gòu)件組成，常見的包括主控板、指示燈以及接觸屏等部分。主控板是直流充電樁最核心的組成部分，是有效控制充電過程中的主要元件。實(shí)際充電過程中主控板將充電樁的工作數(shù)據(jù)采集后通過多種通訊方式傳輸至后臺(tái)。主控板的功能特點(diǎn)包括6個(gè)串口，下位機(jī)檢測及數(shù)據(jù)采集辦卡通過順行總線與監(jiān)測充電樁CPU模塊通信，為了方便觀察上位機(jī)具備顯示功能；設(shè)置監(jiān)控單位是為了更好的監(jiān)測充電樁的運(yùn)行狀態(tài)，包括盡顯輸入電壓、充電時(shí)輸出電壓等狀態(tài)進(jìn)行全方位檢測，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障采取措施進(jìn)行完善，確保充電樁控制系統(tǒng)運(yùn)行正常［3］。

3.2軟件設(shè)計(jì)

當(dāng)電動(dòng)汽車充電的時(shí)候，操作人員只需將充電樁的充電手柄與電動(dòng)汽車充電插口對(duì)接，確保兩者充分接觸后將IC卡片放置在刷卡區(qū)，操作者只需要按照相關(guān)提示操作即可：充電接口連接以后，根據(jù)需要選擇合適的充電模式，選擇好之后方可進(jìn)行充電；充電過程中監(jiān)控單元起著監(jiān)測作用，監(jiān)控充電電壓電流、充電接口等環(huán)節(jié)的實(shí)施情況，一旦發(fā)現(xiàn)異常則會(huì)發(fā)出警報(bào)，提醒相關(guān)人員及時(shí)采取措施。編寫主程序的時(shí)候，堅(jiān)持模塊化的原則，如此才能確保充電樁運(yùn)行的高效性。主程序分為中央控制、通訊等模塊。當(dāng)激活充電樁后，各模塊在主程序的協(xié)調(diào)下順利完成整個(gè)流程，并確保運(yùn)行過程中各個(gè)模塊之間不會(huì)產(chǎn)生影響。

4　電動(dòng)汽車直流充電站發(fā)展趨勢

電動(dòng)汽車充電站的建設(shè)需要技術(shù)突破，但更需要政府政策扶植。首先，針對(duì)一些公務(wù)用車、城市公交集團(tuán)公共公車、出租車還有一些旅游景點(diǎn)觀光車的示范運(yùn)營項(xiàng)目?，F(xiàn)有的電動(dòng)汽車充電站競爭者主要有:電力公司、石油企業(yè)，未來可能加入競爭的有電池生產(chǎn)企業(yè)、電動(dòng)汽車企業(yè)等。未來電動(dòng)汽車駕駛著對(duì)充電站的可選擇性將大大超過傳統(tǒng)加油站，消費(fèi)者可以選擇在道路邊的充電樁、購物商場充電站，甚至是居住社區(qū)停車場充電樁等地點(diǎn)進(jìn)行電動(dòng)車充電，這將給充電站運(yùn)營商帶來巨大的競爭壓力和活力。政府應(yīng)該規(guī)劃在高速公路建設(shè)更多的太陽能光伏電動(dòng)汽車充電，提高相關(guān)技術(shù)，使電動(dòng)汽車能夠從容行駛在高速公路上。未來居民可以參與建設(shè)電動(dòng)汽車充電站，利用自家樓頂或者住宅外墻搭建微電網(wǎng)在小區(qū)內(nèi)建設(shè)充電站，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車的V2G運(yùn)行模式［4］。

5　結(jié)語

電動(dòng)汽車直流充電樁控制系統(tǒng)是一個(gè)多任務(wù)系統(tǒng)集合，整體結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，本文中筆者對(duì)此進(jìn)行初步的研究，受到時(shí)間、設(shè)備及自身能力等因素的影響，相關(guān)研究還不是很完善，未來的研究可以朝著以下幾個(gè)方向進(jìn)行：如何優(yōu)化電動(dòng)汽車直流充電樁控制系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)，促進(jìn)系統(tǒng)性能的提高；電池管理系統(tǒng)對(duì)電池組均衡控制的策略分析，提高電池組控制效率，確保電池組運(yùn)行安全；降低設(shè)計(jì)成本提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，設(shè)計(jì)出更加優(yōu)秀的充電樁網(wǎng)絡(luò)，確保系統(tǒng)運(yùn)行安全。

［1］聶雙.改變生活的十大惹眼發(fā)明（下）［J］.中國對(duì)外貿(mào)易，2015（12）：58.

［2］薛冰，蔡磊，王鵬，蔡文昌，王嗣舉.電動(dòng)汽車智能充電樁管理方案［J］.低碳世界，2016（09）：23.

［3］張興平，饒嬈，馮一帆.電動(dòng)出租車充電行為分析及綜合效益跨區(qū)域?qū)Ρ龋跩］.中國電力，2016（02）：11-12.

［4］陳麗丹，張堯.電動(dòng)汽車隨機(jī)充電對(duì)配電網(wǎng)影響的研究［J］.電力科學(xué)與技術(shù)學(xué)報(bào)，2016（01）：89.