基于嵌入式ARM的電動汽車智能充電系統(tǒng)的設計

郝常秀

摘 ? 要：本文圍繞電動汽車智能充電系統(tǒng)的設計方案、電動汽車智能充電系統(tǒng)的硬件設計、電動汽車智能充電系統(tǒng)軟件的設計三個方面展開討論，對基于嵌入式ARM的電動汽車智能充電系統(tǒng)進行了設計，同時提出了一些筆者自己的見解，希望能夠?qū)窈笪覈妱悠嚨陌l(fā)展提供一些理論借鑒。

關鍵詞：嵌入式ARM ?電動汽車智能充電系統(tǒng) ?安全性

中圖分類號：U469.3 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2019）02（c）-0080-02

蓄電池為電動汽車提供了最基本的動力，電動汽車在推廣過程中會受到蓄電池三大要素的影響，分別為蓄電池的使用成本、蓄電能力、安全性。當前，我們可以根據(jù)電動汽車和電網(wǎng)之間的互動等級將其劃分為三種不同的模式，分別是即插即充模式、集中充電模式以及智能充電模式，其中最常見的為第一種模式，它在辦公即民用領域使用最為廣泛，然而由于基礎設施的不全面性，導致了即插即充模式在使用過程中存在一些安全隱患，并制約著汽車電池壽命的發(fā)展。在本文中，筆者所提出的LPC2138處理器是以ARM7TDMI為核心的，能夠?qū)π铍姵氐碾娏?、電壓、?nèi)部溫度進行實時監(jiān)測，并在原有電動汽車充電系統(tǒng)的基礎上實施智能化改進，從而使得電動汽車充電的安全性能得到提升，并提升充電速度。

1 ?電動汽車智能充電系統(tǒng)的設計方案

電動汽車智能充電系統(tǒng)可以在短時間內(nèi)實現(xiàn)蓄電池的智能充電，并針對電池的電流、電壓、溫度進行實時監(jiān)測，在發(fā)現(xiàn)異常時會立刻自動切斷電源，停止充電。具體為：對蓄電池組的初始狀態(tài)進行檢測、在充電過程中實時監(jiān)測蓄電池的狀態(tài)并進行采樣、ARM處理器基于采樣數(shù)據(jù)以及蓄電池自身情況進行分析并顯示、駕駛員借助觸摸屏控制蓄電池的充電電壓、電流以及時間，形成電動汽車的智能化充電系統(tǒng)。

本研究將當前最受歡迎的鉛酸電池作為研究對象。由于傳統(tǒng)的恒壓、恒流充電方式不適用于鉛酸電池中，容易導致蓄電池內(nèi)部溫度快速上升，從而形成極化現(xiàn)象，破壞蓄電池的正常性能，從而降低蓄電池的壽命。

2 ?電動汽車智能充電系統(tǒng)的硬件設計

2.1 ARM處理器

ARM處理器是由英ACORN企業(yè)設計的一款RISC微處理器，它的耗能非常低，因此使用成本也較低。ARM處理器的全稱為Advanced RISC Machine，就其本身而言是32位設計，同時也在其中配置了16位的指令集。通常情況下，它相比于等價32位代碼來說能夠?qū)崿F(xiàn)35%的節(jié)省，然而卻可以將32位系統(tǒng)的全部優(yōu)勢都保留下來。

ARM處理器具有以下特征;體積小、耗能低、成本低、性能高;能夠支持Thumb（16位）/ARM（32位）的雙指令集合，并有效地兼容8位/16位器件;使用的寄存器數(shù)量較多，指令執(zhí)行效率更高;大部分數(shù)據(jù)操作都是通過寄存器來執(zhí)行的;對地址的尋找方法較為簡單靈活，在完成任務時具備非常高的執(zhí)行效率;指令的長度保持不變。

2.2 依托ARM實現(xiàn)的系統(tǒng)硬件設計

所謂嵌入式系統(tǒng)，它能夠徹底嵌入至受控期間當中，是一種為了特定應用而量身設計的計算機系統(tǒng)，能夠起到設備監(jiān)控、輔助的作用，在工廠中應用十分廣泛。依托ARM實現(xiàn)的電動汽車智能充電系統(tǒng)硬件所采用的處理器型號為LPC2138，它是系統(tǒng)硬件當中的核心部分。其中，ARM中的最小系統(tǒng)是由FLASH、UART、JTAG、SDRAM所構(gòu)成的。串口能夠借助UART來實現(xiàn)通信目的;JTAG的作用在于對I/O口以及內(nèi)部總線信息進行直接控制，可以對整個系統(tǒng)進行調(diào)整。依托ARM實現(xiàn)的電動汽車智能充電系統(tǒng)的拓展部分主要由四個部分組成，分別為LCD觸摸屏、SIM100、輔助電流以及電源。其中，LCD觸摸屏能夠?qū)崿F(xiàn)人機交互;SIM100可以實現(xiàn)GSM，它可以通過短信息等方式將汽車充電狀態(tài)告知駕駛員。

2.3 智能充電系統(tǒng)的主充電電路設計

主充電電路的關鍵在于它能夠直接影響到整個智能充電系統(tǒng)的整體性能，它包括全橋逆變電路、兩個全橋電路及高頻變壓器等幾個部件，它的工作原理主要為：首先，全橋電路負責220V市電的整流任務，隨后通過大電容濾波器來獲取具有較大紋波的直流電;將具有較高紋波的直流電在全橋逆變電路中通過，其中，Q1至Q4為四個1GBT功率的開關管，Q1與Q2存在180°的相位差，它所輸出的交流電壓會隨著Q1以及Q2輸出值的改變而發(fā)生相應的變化。Q3以及Q4兩者負責導通從而形成續(xù)流回路以及高頻交流電，其中高頻交流電是可以進行調(diào)節(jié)的;當高頻交流電在被高頻變壓器進行耦合之后會經(jīng)過全橋電路實現(xiàn)整流，最后再流向電感以及電容率波從而編程不具備較大紋波的直流電壓，從而實現(xiàn)為蓄電池充電的目的。

2.4 智能充電系統(tǒng)的檢測電路設計

智能充電系統(tǒng)的設計過程中，需要使用參數(shù)檢測電路針對蓄電池的電流、電壓、溫度等參數(shù)實施全面檢測，LPC2138處理器的P0.1端口在收到通過電壓比對器檢測到的電壓信號之后再對其實施處理;LPC2138處理器當中的P0.2端口在收到通過電壓比對器檢測到的電流信號之后再對其實施處理;蓄電池溫度則需要通過熱敏電阻來實現(xiàn)實施檢測控制，同時需要將監(jiān)測數(shù)據(jù)傳送至P0.5端口當中。

3 ?電動汽車智能充電系統(tǒng)軟件的設計

電動汽車智能充電系統(tǒng)軟件主要涵蓋五大功能，具體闡述如下：首先，它能夠?qū)π铍姵刂械碾娏?、電壓以及溫度等參?shù)進行實時檢測;其次，它能夠執(zhí)行由UART發(fā)布的通信指令;第三，它能夠?qū)?shù)據(jù)進行運行，同時執(zhí)行數(shù)據(jù)儲存工作;第四，當檢測到異常情況發(fā)生時，它可以立刻發(fā)出警報;第五，它能夠執(zhí)行由GSM發(fā)出的通信指令。電流會依據(jù)電芯的飽和情情況，在充電過程中不斷變小。系統(tǒng)設計安排充電電流低于0.05C時自動完成充電。

4 ?實驗分析與對比

本論文的研究對象為鉛酸蓄電池。對蓄電池的電流、電壓、溫度以及容量等參數(shù)進行實時監(jiān)測，智能脈沖充電參數(shù)的變化情況。此外，針對智能脈沖充電方法與傳統(tǒng)恒壓恒流充電方法的幾個重要參數(shù)進行對比（充電所需的時間、充電能量、充電效率等），數(shù)據(jù)進行對比與分析后可以得到以下結(jié)論：相比于傳統(tǒng)的恒壓恒流充電方法來說，智能脈沖充電方法不僅大大降低了充電所需的時間，同時充電效率也得到了很大的提升，在電動汽車智能充電系統(tǒng)中值得推廣和應用。

5 ?結(jié)語

本研究首先針對電動汽車智能充電系統(tǒng)的理論依據(jù)進行了介紹，同時闡述了這一系統(tǒng)的設計方案，展現(xiàn)了依托嵌入式ARM實現(xiàn)的電動汽車充電系統(tǒng)的軟件設計過程以及硬件設計過程。隨后針對以LPC2138處理器為核心的系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)、主要充電電路的工作原理、檢測電路的設計原理、系統(tǒng)軟件的設計方案等內(nèi)容實時了全面而詳盡的介紹、分析。通過本次實驗我們可以得到，依托嵌入式ARM實現(xiàn)的電動汽車智能充電系統(tǒng)可以完成蓄電池電流、電壓、內(nèi)部溫度等一系列參數(shù)的監(jiān)控與測量，同時具備良好的人機交互性，能夠有效提升電動汽車的充電速度，增強充電的安全性以及穩(wěn)定性，具有更高的充電效率，因此在智能充電領域具有一定的推廣價值以及應用價值。

參考文獻

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