王睿

摘要：本文針對(duì)智能、模塊化充電樁的發(fā)展趨勢(shì)，分析了電動(dòng)汽車(chē)智能充電樁的組成和智能充電樁的原理，提出了充電電池多樣性、智能監(jiān)控、通信和智能技術(shù)等功能需求。在此基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了智能充電樁的模塊化設(shè)計(jì)方法，通過(guò)智能充電樁的硬件結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)智能充電樁的功能設(shè)計(jì)。電動(dòng)汽車(chē)具有廣泛的適應(yīng)性和優(yōu)良的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)優(yōu)勢(shì)。

關(guān)鍵詞：智能化;充電樁;模塊化

引言

“十五”期間，為實(shí)現(xiàn)能源安全、改善大氣環(huán)境，國(guó)家制定了突破性發(fā)展戰(zhàn)略，設(shè)立了“電動(dòng)汽車(chē)重大科技專(zhuān)項(xiàng)”，集中企業(yè)力量。高校和科研院所將電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)化技術(shù)平臺(tái)作為解決核心問(wèn)題的核心研究任務(wù)，在一些核心技術(shù)上取得了較好的進(jìn)展。隨著電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，二次充電基礎(chǔ)設(shè)施——智能充電假人越來(lái)越普及，人們對(duì)智能充電假人的研究也逐漸深入，加快充電假人基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)成為主要助推器。然而，電動(dòng)汽車(chē)智能充電樁的優(yōu)化設(shè)計(jì)和核心技術(shù)尚未得到研究和開(kāi)發(fā)。

一、智能充電樁模塊化設(shè)計(jì)

智能充電樁的工作原理是當(dāng)控制引導(dǎo)系統(tǒng)接入電動(dòng)汽車(chē)充電接口時(shí)，通過(guò)智能人機(jī)交互界面發(fā)出充電控制指令，再由主控系統(tǒng)控制開(kāi)啟。電動(dòng)汽車(chē)的供電功能是通過(guò)斷開(kāi)和閉合電池繼電器合閘開(kāi)關(guān)的交流接觸器來(lái)實(shí)現(xiàn)的，用于控制主電路。智能計(jì)費(fèi)檔還具有智能計(jì)費(fèi)功能，將智能電表接入主電路，實(shí)現(xiàn)多段多費(fèi)率計(jì)量功能，并將計(jì)量數(shù)據(jù)通過(guò)RS-485傳輸至控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)智能計(jì)量. 做。支付功能。智能充電樁的人機(jī)交互功能，RFID射頻技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)身份識(shí)別，操作的基本信息可以輸入射頻卡，也可以用來(lái)支付賬單。智能語(yǔ)音提示和狀態(tài)燈也讓操作更簡(jiǎn)單方便，智能操作員可以通過(guò)移動(dòng)終端或文件顯示器操作充電假人，內(nèi)置微型打印機(jī)還可以為操作員提供消費(fèi)收據(jù)。多重通訊功能可將各種數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)反饋至移動(dòng)終端及管理平臺(tái)，讓充電假人使用更智能、更舒適。同時(shí)，合理使用斷路器浪涌保護(hù)器、急停按鈕等，會(huì)更好的保證智能充電假人的安全。

二、智能充電樁的基本功能要求是：

（1）適用二次電池的多樣性：充電假人應(yīng)能夠?yàn)殡妱?dòng)汽車(chē)充電，如鋰離子電池、鎳氫電池、鉛酸電池等。 （2）智能監(jiān)控功能：可實(shí)時(shí)采集裝載樁的裝載狀態(tài)信息，將樁身信息實(shí)時(shí)傳輸至后臺(tái)管理系統(tǒng)，自動(dòng)判斷錯(cuò)誤信息切斷應(yīng)急自動(dòng)電源。保護(hù)等工作。 （3）通訊功能：充電文件必須具備與電池管理系統(tǒng)通訊的能力，能夠判斷是否正確連接到電池管理系統(tǒng)，獲取充電參數(shù)和實(shí)時(shí)充電。來(lái)自電池管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。 （4）智能人機(jī)交互功能：簡(jiǎn)單友好的人機(jī)交互界面，操作界面更智能，讓操作者擁有更舒適的操作體驗(yàn)。根據(jù)以上對(duì)電動(dòng)汽車(chē)智能充電樁需求的調(diào)查分析，智能充電樁的硬件可以分為三個(gè)模塊：功能結(jié)構(gòu)模塊、人機(jī)交互模塊和安全保護(hù)模塊。

三、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

智能充電系統(tǒng)主要由充電電源和單片機(jī)控制電路兩部分組成。將220V交流主電源經(jīng)整流濾波電路轉(zhuǎn)換為充電所需的直流9V電源后，控制降壓斬波BUCK電路給充電電池充電，電源轉(zhuǎn)換電路還包括輔助電路。單片機(jī)的微控制器和外圍電路供電，輔助電路主要用于通過(guò)低線(xiàn)性壓降電源轉(zhuǎn)換器（LDO）三端穩(wěn)壓器將9V直流電轉(zhuǎn)換為3.3V。 ASM1117?？刂茊卧捎肕SP430F149單片機(jī)對(duì)充電電壓信號(hào)進(jìn)行采集、分析處理、模糊推理、模糊判斷等，控制充電電壓和電流，控制電源的通斷時(shí)間。電池端子。降壓斬波電路中的晶體管?？刂撇糠诌€包括電流溫度采集和電壓電流顯示。典型的智能充電系統(tǒng)需要完成對(duì)不同電池的充電，部分充電相關(guān)參數(shù)，如充電電壓、充電電流等，需要通過(guò)LCD實(shí)時(shí)顯示，同時(shí)進(jìn)行恒壓切換。充電和恒流充電過(guò)程中及時(shí)斷開(kāi)充電和充電關(guān)閉[3]。該系統(tǒng)包括由MSP430F149單片機(jī)組成的核心控制器、電源轉(zhuǎn)換電路、充放電控制電路、A/D采樣電路、人機(jī)交互界面等。

3.1 核心控制器設(shè)計(jì)

Texas ?Instruments ?的MSP430 系列單片機(jī)是超低功耗微處理器。 16 位RISC ?系統(tǒng)通過(guò)16 位CPU ?集成寄存器和常數(shù)發(fā)生器實(shí)現(xiàn)最大代碼效率。 MSP430 的16 位定時(shí)器是工業(yè)控制的理想配置，例如紋波計(jì)數(shù)器、數(shù)字電機(jī)控制、電表和手持設(shè)備。硬件乘法器大大增強(qiáng)了功能，提供了一系列兼容的軟件和硬件，并提高了數(shù)據(jù)處理能力。

濾波器采用LC-Pi濾波器，由于電感對(duì)直流電阻小，對(duì)交流阻抗大，可以大大降低輸出電壓的脈動(dòng)系數(shù)，濾波效果好。穩(wěn)壓電路采用二極管穩(wěn)壓電路。我們的電路還需要為MSP430F149 微控制器和外圍設(shè)備供電，因此我們還需要一個(gè)具有3.3V ?輸出的電路。這里我們使用AMS11173.3 三端穩(wěn)壓器直接將9V ?DC ?轉(zhuǎn)換為3.3V。AMS1117 系列穩(wěn)壓器提供可調(diào)和各種固定電壓版本，旨在提供1A ?輸出電流，工作電壓差可低至1V。在最大輸出電流下，AMS1117 器件的壓降保證不超過(guò)最大值1.3V，隨著負(fù)載電流的減小逐漸減小。 AMS1117 的片上微調(diào)已經(jīng)過(guò)調(diào)整，可以將參考電壓調(diào)整到誤差的1.5% 以?xún)?nèi)，并且還調(diào)整了電流限制，以最大限度地減少由于穩(wěn)壓器和電源電路引起的過(guò)載。壓力。 AMS1117 器件的引腳與其他3 端SCSI ?穩(wěn)壓器兼容。對(duì)于本設(shè)計(jì)，選擇AMS11173.3 為微控制器提供3.3V 電源。

3.2充放電控制電路設(shè)計(jì)

直流斬波電路的功能是將直流電壓直接轉(zhuǎn)換為另一種固定電壓或可調(diào)直流，也稱(chēng)為DC-DC轉(zhuǎn)換器（DC/DCConverter）。我們?cè)谶@個(gè)智能充電樁中使用降壓斬波電路來(lái)獲得所需的電壓（或電流）。要構(gòu)建此電路，只需要一個(gè)開(kāi)關(guān)管、一個(gè)續(xù)流二極管和一個(gè)LC ?電路。在這個(gè)電路中，要串聯(lián)一個(gè)電感量較大的電感，使負(fù)載電流連續(xù)，脈動(dòng)少。設(shè)計(jì)充電站最有效和最經(jīng)濟(jì)的方法是使用開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器作為降壓轉(zhuǎn)換器。降壓轉(zhuǎn)換器使用電感器來(lái)存儲(chǔ)電能。來(lái)自脈沖控制PWM ?的信號(hào)控制充電開(kāi)關(guān)。當(dāng)開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，電荷假人（charge ?dummy ?Vin）提供的電壓會(huì)導(dǎo)致電流在電路中流動(dòng)，這反過(guò)來(lái)又通過(guò)電感對(duì)電容器充電。當(dāng)接通時(shí)，電感器試圖保持電流流過(guò)感應(yīng)電壓，但不能立即充電[6]。然后電流流過(guò)肖特基二極管，對(duì)電容充電，重復(fù)這個(gè)過(guò)程，通過(guò)降低PWM占空比，縮短開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)間，降低平均電壓。相反，通過(guò)增加PWM ?占空比來(lái)延長(zhǎng)關(guān)斷時(shí)間會(huì)增加平均電壓。因此可以通過(guò)控制PWM ?占空比來(lái)調(diào)整充電電壓（或電流）以獲得需要的輸出。采用PWM方式控制的開(kāi)關(guān)電源可以降低功耗，同時(shí)便于數(shù)字控制，但總線(xiàn)紋波系數(shù)較大。該電路還包括放電電路，用于鎳氫、鎳鉻電池等，如果電池剩余量大，就會(huì)產(chǎn)生枝晶，出現(xiàn)電池的記憶特性。氫氣和鎳鉻在仍有大量電量時(shí)被排放。 PWM ?占空比控制和電池放電由程序控制。

3.3 報(bào)警電路設(shè)計(jì)

報(bào)警電路采用通用聲光報(bào)警電路實(shí)現(xiàn)發(fā)光二極管和通用蜂鳴器，通過(guò)軟件設(shè)置相應(yīng)的報(bào)警方式提醒用戶(hù)系統(tǒng)是否發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤。由于系統(tǒng)錯(cuò)誤，充電被關(guān)閉，LED ?亮起，蜂鳴器連續(xù)鳴響5 次。

結(jié)語(yǔ)

智能交流充電樁是一款電動(dòng)汽車(chē)充電助手，集控制、管理、查詢(xún)、顯示等功能于一體，智能控制整個(gè)充電過(guò)程。充電站是電動(dòng)汽車(chē)必不可少的基礎(chǔ)設(shè)施，適用于各種露天和地下停車(chē)場(chǎng)，如公共停車(chē)場(chǎng)、小區(qū)停車(chē)場(chǎng)、企業(yè)停車(chē)場(chǎng)等。由于電動(dòng)汽車(chē)每天需要補(bǔ)充大量電能，運(yùn)營(yíng)充電站可以從充電服務(wù)中產(chǎn)生巨大的收入。與加油站相比，電能更安全、更方便，到處都可以安裝大量的充電站。

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