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

      2016-09-16 08:27:00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
      電子世界 2016年12期
      關(guān)鍵詞:充電站直流電動(dòng)汽車

      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.

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