電動(dòng)汽車智能充電樁的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

國(guó)電南瑞科技股份有限公司 龔棟梁 耿 華 宗遠(yuǎn)洋

電動(dòng)汽車智能充電樁的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

國(guó)電南瑞科技股份有限公司 龔棟梁 耿 華 宗遠(yuǎn)洋

對(duì)于大部分電動(dòng)汽車來(lái)說(shuō)，配電網(wǎng)是其中一個(gè)相對(duì)比較隨機(jī)的一種電力負(fù)荷機(jī)器，為能夠使用起來(lái)更加方便，我們?cè)谑褂秒妱?dòng)汽車過(guò)程中希望能夠在短時(shí)間內(nèi)完成充電，在這種相對(duì)比較特殊的情況下，一定會(huì)影響到配電網(wǎng)的正常工作，充電設(shè)備是我們?nèi)粘Ｉ钪胁豢扇鄙俚男旭倐渚撸鳛槌Ｒ姷囊环N充電裝置，近幾年很多廠家開始重點(diǎn)關(guān)注智能充電樁的設(shè)計(jì)，雖然充電樁沒有得到普及，但是從目前發(fā)展形式看，充電樁的應(yīng)用相對(duì)比較實(shí)用，是值得我們繼續(xù)關(guān)注的。

電動(dòng)汽車智能；充電樁的設(shè)計(jì)；設(shè)計(jì)與應(yīng)用

在我國(guó)新能源快速發(fā)展過(guò)程中，電動(dòng)汽車汽車在整個(gè)發(fā)展過(guò)程中一直處于一個(gè)相對(duì)比較重要的方向，電動(dòng)汽車在技術(shù)建設(shè)發(fā)展中處于一個(gè)重要的環(huán)節(jié)，憑借多年電子技術(shù)的發(fā)展，電力系統(tǒng)已經(jīng)具備了一定的先進(jìn)技術(shù)，并且把V2G和儲(chǔ)能技術(shù)當(dāng)做主要前提。這不僅能夠提供電動(dòng)汽車電池的換電情況，還可以有效拓展電站的拓展，實(shí)現(xiàn)智能化措施的改善，有效改變電站功能的充電情況。對(duì)于電動(dòng)汽車智能充電樁設(shè)計(jì)，我們需要設(shè)計(jì)如下所示內(nèi)容。

1.電動(dòng)汽車智能充電樁發(fā)展現(xiàn)狀

隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，我們發(fā)現(xiàn)城市能源需求量不斷增長(zhǎng)，環(huán)境問(wèn)題越來(lái)越突出，很多汽車已經(jīng)逐漸用電來(lái)代替油，這樣更具有高效特點(diǎn)，是值得大家提倡的方法。這樣一來(lái)電動(dòng)汽車在社會(huì)發(fā)展中得到了顯著的提高，電動(dòng)汽車充電用戶希望能夠?qū)崟r(shí)了解充電樁的位置信息，以及充電的具體價(jià)格。經(jīng)過(guò)對(duì)用電的管理，來(lái)降低用電費(fèi)用，最終提高能源利用效率。為實(shí)現(xiàn)這一目的，我們必須要對(duì)充電樁進(jìn)行電量檢測(cè)，并且實(shí)現(xiàn)控制，實(shí)現(xiàn)精細(xì)化智能化管理是目前電動(dòng)汽車智能充電樁發(fā)展的趨勢(shì)。目前美國(guó)很多公司都發(fā)布了移動(dòng)應(yīng)用程序，電動(dòng)車使用者在使用之前，輕觸屏幕，就可以快速尋找到附近的充電樁[1]，而且在找到充電樁之前還可以預(yù)先了解充電價(jià)格。在國(guó)內(nèi)主要是把充電設(shè)施或者充電系統(tǒng)作為主要的充電樁，到2015年3月為止，我國(guó)電網(wǎng)公司已經(jīng)建立600多座充電站及2萬(wàn)多臺(tái)分散充電樁，并已形成一定規(guī)模的充電服務(wù)網(wǎng)絡(luò)。目前已有多家企業(yè)相繼提出了電動(dòng)汽車智能充電的導(dǎo)航系統(tǒng)，智能充電樁設(shè)計(jì)，并建設(shè)電動(dòng)汽車智能服務(wù)平臺(tái)，可是從目前國(guó)內(nèi)形式上來(lái)看，迄今為止，還沒有智能充電服務(wù)的平臺(tái)出現(xiàn)。

2.充電樁的類型

一般來(lái)說(shuō)充電樁主要是為了供給電動(dòng)汽車所充電的一種裝置，對(duì)于經(jīng)常使用電動(dòng)車的朋友來(lái)說(shuō)十分方便，充電樁目前可以分成交流充電樁和直流充電樁[2]，交流充電樁輸出依靠的是單相或者三相交流電通過(guò)車載充電機(jī)轉(zhuǎn)換成直流電給車載電池充電，一般功率比較小，分別有7kw，22kw，以及40kw等功率使用，充電速度較慢，因此經(jīng)常會(huì)安裝在小區(qū)附近或者停車場(chǎng)的附近。

直流充電樁可以稱為非車載充電機(jī)，是指輸出直流電給車載電池進(jìn)行充電，功率相對(duì)比較大，有60kw，120kw，200kw，甚至還有更高的，因此，在充電的過(guò)程中比較快，主要安裝在高速公路的路口，或者大型飛機(jī)場(chǎng)、火車站附近[3]。

3.充電樁硬件電路設(shè)計(jì)

3.1 控制器硬件整體

在整個(gè)充電樁系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，控制系統(tǒng)是相對(duì)比較重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，電池管理系統(tǒng)控制必須要經(jīng)過(guò)C44Box進(jìn)行處理[4]，該處理力氣的作用主要起到的是控制作用，在這個(gè)基礎(chǔ)作用下我們需要通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)信息相關(guān)統(tǒng)計(jì)及采集情況，具體如圖1所示：

圖1 電池管理系統(tǒng)控制原理

在該控制系統(tǒng)整個(gè)控制過(guò)程中，客戶可以自行控制，能夠快速實(shí)現(xiàn)卡內(nèi)余額的查詢?cè)O(shè)計(jì)，并且方便賦予監(jiān)控，同時(shí)在顯示屏上我們還能夠清楚的看到相應(yīng)展現(xiàn)方式，例如充電量，以及充電時(shí)間上的需求。一般時(shí)間控制系統(tǒng)硬件主要包含了電源電路、電能輸出、以及單元處理等相關(guān)內(nèi)容。其中有一部分是對(duì)充放電控制的電路[5]，電路包括信號(hào)調(diào)理電路以及信號(hào)采集電路。這部分電路的使用能夠控制好系統(tǒng)電源整體的輸出，確保系統(tǒng)的實(shí)用性，在電源電路傳輸?shù)倪^(guò)程中，該系統(tǒng)需要把電壓轉(zhuǎn)換成電源電路，以及液晶現(xiàn)實(shí)接口電路、NoFlash電路設(shè)計(jì)。

3.2 NandFlash電路設(shè)計(jì)

在充電樁控制系統(tǒng)控制過(guò)程中，硬件部分必須要經(jīng)過(guò)處理器的處理，那么我們需要把調(diào)度中心看做主要的操作步驟，所起動(dòng)的程序需要在ROM中進(jìn)行。另外，控制系統(tǒng)需要存放一些記錄，記錄必須在NandFlash中進(jìn)行存放，例如，電壓、電流以及溫度傳感器，需要進(jìn)一步進(jìn)行數(shù)據(jù)存放，能夠快速實(shí)現(xiàn)人機(jī)交換[6]。

3.3 LCD接口設(shè)計(jì)

在這次設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們所選擇的芯片是S3C44BOX作為主要的控制芯片，利用該芯片可以對(duì)液晶屏幕進(jìn)行控制。通過(guò)LCD驅(qū)動(dòng)器控制器，我們能夠找到接口時(shí)序，以及像素?cái)?shù)，根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)對(duì)總線寬度進(jìn)行編程。LCD控制器的外部接口信號(hào)有以下幾種信號(hào)：VFRAME幀同步信號(hào)、VLINE線同步脈沖信號(hào)[7]、VCLK像時(shí)重信號(hào)以及AC信號(hào)。

3.4 交流充電樁控制導(dǎo)引電路設(shè)計(jì)

交流充電樁控制導(dǎo)引電流的作用如下所示：

3.4.1 在充電之前我們需要檢查接口處的鏈接是否連好。

3.4.2 我們需要做好電功率和充電連接裝置工作，保證登記的內(nèi)容具有準(zhǔn)確性。

3.4.3 充電的過(guò)程中需要做好監(jiān)測(cè)管理工作。

在電動(dòng)汽車和充電樁相互連接過(guò)程中，采用充電電纜是最好的連接方式，為實(shí)現(xiàn)相應(yīng)原理。在充電之前，我們應(yīng)該對(duì)充電樁進(jìn)行有效控制，做好控制記錄和監(jiān)測(cè)內(nèi)容。在記錄后對(duì)電壓值進(jìn)行判定，看是否符合工作要求，并且確認(rèn)充電樁各個(gè)接口之間的鏈接，還需要通過(guò)PWM信號(hào)的判定來(lái)確定充電樁的最大值是多少，在充電前和充電過(guò)程中我們需要做好詳細(xì)的數(shù)值記錄，并且做好詳細(xì)的檢測(cè)與登記工作，確保整個(gè)充電過(guò)程安全進(jìn)行。

3.5 電能輸出通斷控制設(shè)計(jì)

經(jīng)過(guò)對(duì)上述的總結(jié)，我們初步了解到在檢測(cè)導(dǎo)引電路正電壓減半狀態(tài)兩秒鐘的時(shí)候，充電樁負(fù)荷開關(guān)的狀態(tài)決定了充電的具體情況，如果開始供電，在同一個(gè)電路中假如出現(xiàn)斷點(diǎn)，那么檢測(cè)中會(huì)有電壓改變，如果充電樁立刻關(guān)掉開開負(fù)荷的開關(guān)，充電過(guò)程中斷[8]。

4.結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)過(guò)上述的分析，我們不難發(fā)現(xiàn)，對(duì)交流充電樁分析過(guò)程中，我們分析的主要是原理圖，根據(jù)原理圖以及車載充電內(nèi)容，需要結(jié)合控制器設(shè)計(jì)硬件研究。電動(dòng)汽車充電樁系統(tǒng)工作相對(duì)復(fù)雜，程序設(shè)計(jì)相對(duì)繁瑣，這次研究只是初步探索，在研究中依然存在很多問(wèn)題，技術(shù)實(shí)現(xiàn)和理論基礎(chǔ)也需要研究以及探討。

[1]張謙,韓維健,俞集輝,李春燕,史樂峰． 電動(dòng)汽車充電站仿真模型及其對(duì)電網(wǎng)諧波影響[J]． 電工技術(shù)學(xué)報(bào)． 2012(02) ．

[2]王濤,張東華,賀智軼,梁曦．電動(dòng)汽車充電樁的控制系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì)[J]．湖北電力． 2011(01)．

[3]張?jiān)?陸佳政,李波．利用有源濾波功能的新型電動(dòng)汽車交流充電樁[J]．高電壓技術(shù)． 2011(01)．

[4]齊文炎,霍明霞,楊延超．電動(dòng)汽車交流充電樁淺析[J]． 農(nóng)村電工． 2010(09)．