基于智能控制的電動汽車充電樁系統(tǒng)研究1

吳顯富

摘 ? 要：近幾年來，在全球可持續(xù)發(fā)展環(huán)境下，電動汽車以新型綠色成為汽車工業(yè)研究熱點。憑借操作方便，以及較高的實用性，智能充電樁作為電動汽車的配置基礎設施也隨之被大力推廣。智能充電樁技術的關鍵點之一是通過設計更高效、可靠的智能充電樁進而保障電動汽車安全高效的使用過程。本文通過基于智能控制，分析了電動汽車智能充電樁的系統(tǒng)。

關鍵詞：電動汽車 ?智能 ?充電樁

中圖分類號：U469. 72 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2019）07（b）-0114-02

隨著不可再生能源，如石油的不斷使用，能源危機和環(huán)境要求迫使各國更加重視新能源的開發(fā)[1]。與傳統(tǒng)的燃油汽車相比，電動汽車不僅在便利性、續(xù)航性能和制造成本上有許多優(yōu)點，而且不需要浪費額外的時間來進行燃油補充。電動是一種綠色新能源，其通過電能作為動力來源進行驅(qū)動，完全擺脫對石油的依賴。再者，由于電機運行聲音遠低于傳統(tǒng)燃油汽車發(fā)動機的運行聲音，使得低噪音也成為研究電動汽車的一個重要原因。

目前，很多科研機構及國家在電動汽車的研發(fā)和市場投入上已經(jīng)有所成就，但我國在電動汽車上的研究起步晚，發(fā)展慢。因而，智能電動汽車的研究必然是發(fā)展趨勢[2]。

1 ?充電系統(tǒng)的功能要求

在智能充電汽車系統(tǒng)中，電能通過電網(wǎng)傳遞到智能電動汽車“中轉(zhuǎn)站”。電動汽車智能充電樁再此過程中發(fā)揮巨大作用。除基本的安全性、便攜性和效率高要求外，智能充電樁還應具備以下幾種功能：指示功能;記錄功能;智能計費功能;監(jiān)控功能;報警及故障保護功能。

2 ?充電系統(tǒng)的充電和智能充電樁的建設方式

2.1 充電系統(tǒng)的充電方式

電動汽車智能充電的方式主要有以下4種。

2.1.1 交流充電

與交流電網(wǎng)相接，一般來說會用220V或者380V的交流電來實現(xiàn)電動汽車的充電過程。交流電源連接到汽車充電電動機，充電電池。交流充電安全性較高，但因時間較長，故一般用于小型電動汽車或外接式的混合動力汽車[3]。

2.1.2 直流通電

直流通電一般通過地面來提供電源，并且直接為電動汽車充電。相對交流充電的方式，其減少了車載充電樁，從而降低了汽車自身的重量。其使用的充電樁的功率一般較大，會對電網(wǎng)產(chǎn)生巨大的影響。因此在布置時，需要進一步考慮電網(wǎng)的保護措施。

2.1.3 更換電池組

簡單而言，就是在汽車上額外備用一個蓄電池，當一個蓄電池電力不足時用另外一個蓄電池進行更換。這是一種更快、更方便的方式，簡單地移除電動汽車的所有電池模組，并以已經(jīng)充滿電的同類型電池取代。由于需要對電池模塊的充電、存儲、維護和更換，因此充電站有很高的建設標準。投資成本相對較大，智力程度較低。一般而言，不予采納[4]。

2.1.4 非接觸式充電

非接觸式充電分為電磁感應、磁共振和微波三種。非接觸式電動汽車的智能充電樁可以通過反復充電，為車輛提過持續(xù)運轉(zhuǎn)的能量。另一方面，非接觸式充電不需要電纜將汽車連接到供電系統(tǒng)，可以直接充電。

2.2 充電樁的建設方式

從技術和使用層面上看，電動汽車智能充電樁的定位在幾個主要場景：居民區(qū)、公司和學校等特殊場景;中心商場、連鎖超市、運動和停車場等公共場景;高速公路服務區(qū)等。

綜合來看，交流充電相對更換電池組和非接觸式成本較低，風險較小。而且，220V和380V的交流充電方式其電壓易于獲得，且對電網(wǎng)無大的負面影響。因此，220V和380V交流充電應該是我們需要研究的主流方式。

3 ?建設智能充電樁監(jiān)控系統(tǒng)

智能充電樁的監(jiān)控系統(tǒng)作為智能充電樁系統(tǒng)的核心之一，是智能充電樁電氣系統(tǒng)、供電監(jiān)控系統(tǒng)和安全監(jiān)控系統(tǒng)的總稱[5]。重要性主要體現(xiàn)在以下2個方面。

（1）保證充電安全的需要。

對于智能充電樁而言，如果充電過程不理想會加速甚至造成智能充電樁的永久損壞，更有甚者還會引起爆炸。智能充電樁監(jiān)控系統(tǒng)的充電監(jiān)控功能不僅可以監(jiān)控智能充電樁的實時狀態(tài)，還能作為保護措施從而高度保證充電過程的安全[6]。

（2）提高智能充電樁運行和管理水平的需要。

電動汽車智能充電樁是電動汽車能源基礎設施，其保障了電動汽車的正常運行。組成智能充電樁的子系統(tǒng)數(shù)目較多，百分百人工管理不合實際。因此，采用先進的智能化技術來完成智能充電樁的運行和管理，提高其水平是十分有必要的。

4 ?充電樁智能的設計

電動汽車智能充電樁的系統(tǒng)設計主要包括硬件、軟件和環(huán)境和電磁3個部分，除滿足標準外，還可以添加其他附加功能。

4.1 硬件設計

電動汽車系統(tǒng)十分復雜，其智能充電樁的硬件系統(tǒng)部分主要包括：主控板、讀卡器、通信模塊、觸摸屏等。主控板是智能充電樁的核心主體。主控板進行充電過程全部控制。主控板通過通信信道渠道完成服務器的智能化[7]。 為保證電動汽車智能充電樁的運行過程正常，相關部門也要對智能充電樁進行實時監(jiān)控。

4.2 軟件設計

電動汽車智能充電樁的軟件設計部分，其具體可以拆分為：系統(tǒng)工作流程和功能模塊設計兩個部分。在電動汽車智能充電樁中，系統(tǒng)程度的工作流程是：當電動汽車因為電力匱乏急需充電，則可以刷IC卡或者通過其他智能支付方式進入充電狀態(tài)。充電過程通過電動汽車智能充電樁的主控制系統(tǒng)進行保障。如果充電系統(tǒng)發(fā)生故障，那么充電操作將被禁止，并且還將警告服務器。

功能模塊化設計目的是使智能充電樁運行效率高，并且有可觀的延展性。其主要包括主控模塊、人機交互模塊、讀卡器模塊、費用計量模塊、通信模塊等。主程序是在軟件系統(tǒng)開始時，通過系統(tǒng)配置的文件配置相關程序，并且加載完成各通信模塊。人機交互模塊主要完成用戶操作，并進行與用戶的信息交互。安全模塊主要完成對用戶信息和智能充電樁數(shù)據(jù)傳遞過程的線路加密，保證用戶信息安全，不被外界竊取。

4.3 環(huán)境和電磁設計

電動汽車智能充電樁一般布置在戶外，因此需要有能抵抗惡劣的自然環(huán)境的能力。另外，電動汽車智能充電樁應該擁有抗電磁干擾的性能，至少可以抵御正常電子通信設備產(chǎn)生的弱電磁干擾。不能僅僅因為一個微弱的電磁信號就影響整個充電過程的實現(xiàn)。

5 ?結語

電動汽車充電樁系統(tǒng)的智能化是一個復雜的工程，涉及多個方面的技術要求。在互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下，應結合智能控制研發(fā)滿足系統(tǒng)綜合監(jiān)控需要，人機操作界面友善、易擴展的系統(tǒng)，來推動電動汽車智能控制的進一步發(fā)展。

參考文獻

[1] 劉朝暉. 電動汽車智能充電樁的設計與應用[J]. 電子技術與軟件工程， 2017（3）：248.

[2] 王旭，齊向東. 電動汽車智能充電樁的設計與研究[J]. 機電工程， 2014（3）：27.

[3] 楊晶. 電動汽車智能充電樁的設計[J]. 電子技術與軟件工程， 2019（6）：215.

[4] 嚴曉燕.在充電站應用基于轉(zhuǎn)付的預付系統(tǒng)[J].電力信息化，2012，8（7）：10-13.

[5] 申超群，王曉侃，孫忠良.電動汽車充電站智能監(jiān)控系統(tǒng)研究與設計[J].華東電力，2011（6）：1000-1003.

[6] 嚴輝，李庚銀，趙磊. 電動汽車充電站監(jiān)控系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[J].Grid technology，2009（6）：15-19.

[7] 張昉.智能充電樁的設計要求及技術研究[J].中國新技術新產(chǎn)品，2018（7）：13-14.