周濠　徐福勝

摘 要：簡要介紹電動汽車交流電樁的技術研究，研發(fā)一種新型的交流充電樁。提出完整的設計技術方案，并提出交流充電樁的主要技術標準。該系統(tǒng)包括人機交互、充電控制、計量收費、票據(jù)打印、運行狀態(tài)監(jiān)測、充電保護等多種完善的功能，滿足充電過程的要求。

關鍵詞：交流充電樁 TMS32F2812 充電樁

中圖分類號：U469.72 文獻標識碼：A 文章編號：1007-3973（2013）006-125-02

隨著全球能源危機的不斷加深，地碳經(jīng)濟也成為我國經(jīng)濟發(fā)展的主旋律，電動汽車將最為我國新能源戰(zhàn)略的的重要組成部分，我國政府及汽車產(chǎn)業(yè)普遍認識帶節(jié)能和減排將是未來汽車技術發(fā)展的主要方向，發(fā)展電動汽車則是重中之重，也是汽車工業(yè)應對能源危機，環(huán)境和氣候變化的挑戰(zhàn)，保持可持續(xù)和諧發(fā)張的最佳途徑。電動汽車是一項復雜而系統(tǒng)的工程，交流充電樁就是其中一項重要的部分，因此開發(fā)該產(chǎn)品具有廣闊的市場前景，必將給社會和企業(yè)帶來更大的經(jīng)濟效益。

國務院辦公廳公布的《汽車產(chǎn)業(yè)調整和振興規(guī)劃》中提出，未來三年我國計劃“形成50萬輛純電動車、充電式混合動力和普通型混合動力等新能源汽車產(chǎn)能，新能源汽車銷量占乘用車銷售總量5%作用”。根據(jù)當前我國電動汽車的發(fā)展情況以及對電動汽車充電站的需要，本文提出了一種基于dsp的電動汽車交流充電樁設計方案。數(shù)字信號處理器（DSP）以其高速的數(shù)據(jù)處理能力、豐富的內部資源以及功耗低等特點，已在控制領域中得到廣泛應用。本文以HDSP-Core2812作為核心控制系統(tǒng)為研究對象，采用PWM控制技術，利用智能模塊設計一種電動車交流充電樁系統(tǒng)，并對其進行了系統(tǒng)的分析。

1 交流充電樁的控制原理

電動汽車交流充電樁是一種輔助設備，與交流電網(wǎng)鏈接在一起，專門為電動汽充電機提供電源的供電裝置，并具備相應測控保護功能的專用裝置，功率一般不大于 7kW。

充電樁應具備以下功能：提供友好的人機操作界面，進行相應的控制操作、計量計費、和通信管理的電動汽車專用交流供電裝置。在本次設計過程中嚴格考慮了交流充電樁的實用性、安全性、智能化和可靠性。

本系統(tǒng)的設計流程圖如圖1所示，它呈現(xiàn)了一些參與者和一些用例，以及它們之間的關系，主要用于對系統(tǒng)、子系統(tǒng)或類的功能行為進行建模。用流程圖展示了系統(tǒng)工作的原理以及同用例參與者之間是怎樣相互聯(lián)系的。

充電樁的正常運行如本圖1的運行流程圖。設備上電后，通過系統(tǒng)自適應調整，進入工作狀態(tài)，用戶使用時，若操作不合法或校驗不通過，則重新刷卡。若操作合法，則顯示器上顯示用戶信息，保護查詢余額。賬號明細等；用戶正確連接后，選擇充電模式既按電量充電，按時間充電，按金額充電和自動充電進行充電，計費表開始上傳直到用戶結束充電。同時，在充電過程中，DSP實時監(jiān)控系統(tǒng)并顯示相關信息，判定充電結束或用戶定義的任務完成后則結束充電，另外，在充電過程中，用戶可隨時結束充電過程。

2 系統(tǒng)設計

DSP控制系統(tǒng)用于實施監(jiān)控交流充電樁的運行，并通過人際交互界面向用戶提供人工接口。整個系統(tǒng)按不同的功能科劃分為人機交互單元，控制單元，計量單元，安全防護單元組成。其中，人機交互單元其中：樁體、LCD觸摸屏、讀卡模塊、充電插頭；控制單元主要包括：主監(jiān)控與輔助模塊；計量單元為電能表；安全防護單元包括；漏電保護開關、防倒開關以及急停開關、過壓保護功能、欠壓保護。人機交互單元主要用于充電樁的工作信息顯示和控制參數(shù)的輸入，控制單元式系統(tǒng)的核心，控制充電樁的運行，計量單元用于計、量所用電能，安全防護單元主要用于系統(tǒng)的安全保護。

3 硬件構成

本產(chǎn)品主要采用微電子技術，采用TI公司的高速數(shù)據(jù)處理器DSP（TMS320F2812）作為主控芯片，結合強大的外設功能（包括威倫通的人機界面、微型打印機、非接觸式IC卡讀卡裝置、多功能智能電能表等）完成計量收費、安全保護、系統(tǒng)通訊等功能。為此，需要一些基礎的電氣試驗和測量器材和設備，以及相應的軟件開發(fā)環(huán)境，系統(tǒng)的相關構成如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)構成示意圖

在上述研究的基礎上我們對硬件電路進行了設計研究，硬件設計完成后應具備以下功能：

3.1 計量功能

充電樁應為計量表計預留電氣接口和安裝空間，計量表計應采用電子式有功電能表。電能表的通訊規(guī)約應符合DL/T 645-1997或DL/T 645-2007，電能表有功計量精度不低于1級。充電樁應能通過RS485/RS232總線讀取在充電前后電能表的電量止度，結合用戶選用的充電模式計算出相關數(shù)據(jù)（包括電能使用量、消費金額、充電時間等等），并將該數(shù)據(jù)上傳給后臺系統(tǒng)存儲顯示。

3.2 人機交互界面功能

（1）具有液晶屏顯示，顯示面積應大于3.2寸；

（2）具有運行狀態(tài)指示燈，能對應顯示交流充電樁各狀態(tài)下的相關信息；

（3）具有查詢功能，可通過人機操作界面進行相關信息查詢；

（4）查詢余額：使用普通卡能夠在充電樁上查詢用戶賬戶內的剩余金額；

（5）查詢里程：使用里程卡能夠在充電樁上查詢用戶賬戶內的剩余里程；

（6）消費明細查詢：充電樁應采用LCD顯示屏，能夠顯示用戶最近一次充電的時間、金額（普通卡）、里程（里程卡）、電量等信息；

（7）具有不同充電服務選擇，交流充電樁能顯示各種充電模式，并進行充電服務，充電樁應具有以下多種充電模式：

模式1：定電量充電，即在人機界面上輸入所需電量，充電樁開始充電直到達到電量設定值。

模式2：定時間充電，即在人機界面上輸入設定時間，充電樁開始充電直到達到時間設定值。

模式3：自動（充滿為止）充電，即在人機界面上選擇自動充電，充電樁會開始充電直到用戶手動結束充電為止。

顯示的字符應清晰、完整，沒有缺損現(xiàn)象，不依靠環(huán)境光源即可辨認。鍵盤能正常輸入，并拌有按鍵聲。

在充電過程中，充電樁顯示時間（已充電時間、剩余時間等）、電量（已充電電量、待充電電量）等信息。充電結束后，充電樁顯示用戶的用戶號、剩余金額、剩余里程、本次充電金額等信息。

3.3 非接觸式IC卡功能

交流汽車充電樁配備非接觸式IC卡讀卡裝置，能夠識別符合ISO 14443標準的非接觸IC卡。用戶能夠在交流充電樁完成充電等各項功能。

3.4 通訊功能

交流充電樁能利用CAN總線技術完成與BMS和集中器的通訊，以及和人機界面、智能電能表、IC卡模塊、微型打印機的實時在線通訊。

3.5 安全防護功能

充電樁應具備急停開關。按下急停開關后，應能立刻切斷充電樁內整個供電回路的電源。充電樁應具備平衡開關。充電樁在受外力（如被汽車撞斷）破壞時，應能立刻切斷充電樁內整個供電回路的電源。

安全防護系統(tǒng)設計，包括充電電纜的控制導引單元、緊急停止單元、電氣防護及靜電防護單元，傾斜保護單元。

電氣防護單元能夠通過斷路器、漏電保護裝置、電涌保護裝置等相關裝置實現(xiàn)過流保護、漏電保護、防雷擊功能。靜電防護功能主要從接地和電路抗靜電放電（ESD）設計兩方面著手。

3.6 故障及報警功能

充電樁在工作過程中，出現(xiàn)故障，充電樁應能及時作出故障報警動作。充電樁控制器應具有自檢功能，自檢程序應能實時檢測內部和外部電路或通訊通道，確保充電樁可靠工作，當自檢程序發(fā)現(xiàn)錯誤或故障時，應能立刻做出故障報警動作。

4 結論

該交流充電樁具有豐富的系統(tǒng)功能，電動汽車充電樁，由于其體積小，容易建設，方便可靠的特點，可方便的安裝于小型服務網(wǎng)點、停車場、街道邊、居民小區(qū)等地。用戶在較長時間停放車輛時，可使用充電樁進行充電。在我國大力發(fā)展純電動汽車的市場背景下，交流充電樁將成為消費者主要的充電選擇之一，具有很大的市場價值，可以彌補企業(yè)此塊的空白，為企業(yè)帶來較好的經(jīng)濟效益和社會效益。

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