智能無線電動汽車充電樁研究

臧紅巖，付海燕

（齊魯理工學院，山東 濟南 250200）

智能無線電動汽車充電樁研究

臧紅巖，付海燕

（齊魯理工學院，山東 濟南 250200）

為推進以環(huán)保、清潔、節(jié)能著稱的新能源電動汽車的發(fā)展，本設(shè)計為新能源汽車設(shè)計一種自動刷卡無線充電的智能充電樁。文章基于MSP430F149單片機完成了充電樁的控制系統(tǒng)和電氣部分的設(shè)計，該充電樁具有智能識別、雙電源切換技術(shù)、無線充電、IC卡計費實時顯示功能，實現(xiàn)了新能源汽車的無線充電。

IC卡；MSP430F149單片機；充電樁；雙電源自動切換；環(huán)保

1 電動汽車新能源使用背景

隨著汽車需求的不斷增長和不可再生能源的不斷消耗，電動汽車正在大面積普及和使用。電動汽車充電設(shè)施建設(shè)也成為國家積極推進的建設(shè)項目，但建設(shè)的速度仍然跟不上電動汽車（含插電式混動車/增程式電動車，下同）的增長速度。顯而易見，“以電代油”的汽車發(fā)展趨勢將極大左右節(jié)能減排的前景目標。目前中國國家電網(wǎng)已建成2.4萬個充電樁，將在未來形成京滬、京港澳（北京-咸寧）、青銀（青島-石家莊）“兩縱一橫”的充電網(wǎng)絡(luò)，續(xù)行里程2900公里，是目前為止世界最長的充電網(wǎng)絡(luò)。但是仍面臨電樁少、對應(yīng)車型少、覆蓋面積小的問題。電樁的覆蓋范圍決定了電動車的活動范圍，電樁的發(fā)展決定了電動汽車的發(fā)展，因此新型電樁的研究迫在眉睫。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

本設(shè)計基于MSP430單片機，由MSP430單片機檢測太陽能和太陽能蓄電池的電壓能否達到充電電壓；由PWM波控制場效應(yīng)管將直流電進行逆變?yōu)榻蛔冸妷?；利用交變磁場完成無線充電；由MFRC-522射頻卡接收刷卡信號；由煙霧傳感器檢測險情，通過GSM模塊傳出險情信息，系統(tǒng)框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)框圖

當MFRC-522射頻卡接收到刷卡信號后開始準備給汽車充電，MSP430單片機首先檢測太陽能和太陽能蓄電池的電壓能否達到充電電壓，若充電電壓達到要求選用太陽能給汽車充電，由于太陽能輸出電壓為直流電不能直接用無線充電，通過單片機輸出兩路PWM波控制場效應(yīng)管對其進行逆變，使其轉(zhuǎn)化成方向可變的交變電壓從而產(chǎn)生交變磁場滿足無線充電要求，當檢測太陽能充電電壓不滿足需要時，自動切換到市電，而市電本身為交流電不需要進行轉(zhuǎn)換，因此切換到市電充電時關(guān)閉逆變電路，當檢測到已經(jīng)充滿電或者汽車離開充電樁時自動關(guān)閉充電系統(tǒng)。若傳感器檢測到險情時，自動切斷電源，同時通過GSM模塊傳出險情信息。

3 軟件設(shè)計

開發(fā)軟件平臺為IAR軟件。無線充電的主程序是控制系統(tǒng)設(shè)計的主體，其反映了無線充電的思想和項目總體結(jié)構(gòu)。在本文中所有的邏輯控制都是圍繞主程序所設(shè)計的，因此主程序的設(shè)計好壞將直接影響控制系統(tǒng)的性能。流程圖如圖2所示。

圖2 程序流程圖

4 設(shè)計要點及優(yōu)勢

4.1 無線傳輸

基于電磁感應(yīng)設(shè)計了電磁感應(yīng)式無線充電電源，電流流過線圈會產(chǎn)生磁場。其他未通電的線圈靠近該磁場就會產(chǎn)生電流。根據(jù)電磁感應(yīng)設(shè)計出電磁感應(yīng)式無線充電電樁，不使用電線連接，當電動汽車靠近充電樁時開始從發(fā)送端向終端供電。

4.2 雙電源切換

本設(shè)計采用太陽能和市電雙電源進行充電，平常采用太陽能給汽車和單片機供電，當MSP430F149單片機檢測到太陽能和太陽能蓄電池輸出電壓不足以對汽車進行充電時，自動切換到市電進行充電。

4.3 智能MF522-AN讀卡

使用IC卡集成在汽車上，TJDZ-RC522 RFID讀卡模塊與單片機連接，當汽車停在充電樁旁邊，單片機接收到IC卡信號，控制充電樁給汽車充電，自動計費，實時顯示，無需下車。液晶顯示模塊與MSP430F149單片機的接口設(shè)計控制系統(tǒng)。當刷卡時通過單片機控制顯示當前余額、充電時間、充電電壓、充電電流。

4.4 報警系統(tǒng)

系統(tǒng)開啟時便開始進行煙霧檢測，行過程中一旦出現(xiàn)危險狀況，則將錯誤信息以短信的形式發(fā)送給負責維護的工作人員，及時維修。

5 結(jié)語

數(shù)據(jù)采集與處理是MSP430F149單片機的常用領(lǐng)域，本設(shè)計采用無線充電模塊實現(xiàn)了單片機控制的無線充電系統(tǒng)。精度高、抗干擾能力強，無需使用線，方便、簡單，同時節(jié)省了人力資源。

無線充電裝置和控制裝置正朝著高精度、多功能、總線標準化方向發(fā)展，無線充電必然是其中一個熱門的研究方向。幾個方面還需要繼續(xù)完善：減少無線充電運營成本、擴大無線充電的距離、完善保護和報警裝置。

[1]王兆安.電力電子技術(shù)[M].北京：機械工業(yè)出版社，2009.

[2]鄭淑慧.太陽能供電錄井數(shù)據(jù)采集與無線傳輸系統(tǒng)的研究[D].青島：中國石油大學，2008.

[3]董密.太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計與控制策略研究[D].長沙：中南大學，2007.

Research on intelligent wireless electric vehicle charging pile

Zang Hongyan, Fu Haiyan
（Qilu Institute of Technology, Ji’nan 250200, China）

In order to promote the development of new energy electric vehicles, which are famous for environmental protection, cleanliness and energy saving, this paper designs a kind of intelligent charging pile with automatic charging and wireless charging for new energy vehicles. Based on MSP430F149 single chip microcomputer to complete the charging pile control system and electrical part of the design, the charging pile with intelligent identification, dual-power switching technology, wireless charging, IC card billing real-time display etc functions to achieve vehicle’s wireless charging with a new energy.

IC; MSP430; charging pile; dual power automatic switch; environmental protection

山東省教育科學研究課題；項目名稱：電子技術(shù)實驗教學模式的改革與創(chuàng)新；項目編號：15SC202。

臧紅巖（1985— ），女，山東泰安，碩士，講師；研究方向：EDA技術(shù)。