淺談電動汽車充電樁設計思路

張源

【摘要】：隨著經濟的快速增長，對于能源也有了進一步的使用。為了給新能源電動汽車提供更多的充電方法，該文根據市場和客戶需求，設計了一套基于ARM微控制器的交流充電樁。適合于公共停車場或者商場停車場，采用人機交互功能來實現智能控制，并運用讀取IC卡信息的方式進行消費確認。該設計下的充電樁安全可靠、節約成本，能便捷的在實際中投入使用。

【關鍵詞】：電動汽車；充電樁；設計思路

引言

為了全面貫徹國家新能源汽車發展戰略，加快電動汽車充電基礎設施建設，促進電動汽車推廣應用，新建居住區地下停車庫、城市公共建筑配建地下停車庫，應按當地城鄉規劃主管部門要求，根據汽車庫所停車位數的一定比例建設電動汽車充電設施，以供電動汽車停車位充電使用。

1、電動汽車發展概況

目前，我國大力提倡發展電動汽車行業，國家和政府撥付專項資金對該領域進行重點扶持。國家能源局在下發的（2015年～2020年）《配電網建設改造行動計劃》中，明確指出在電動汽車發展的下一個5年規劃中將著力抓好配電設施配套建設。可以看出，不久的將來在國家政策的大力扶持下，我國電動汽車行業一定會得到蓬勃的發展。《配電網建設改造行動計劃》（2015年至2020年）明確提出，在這5年間，國家將投入不少于2萬億元資金專門用于配電網建設改造，僅2015年一年就投資不少于3千億元，“十三五”期間累計投資將達到1.7萬億。據預測，到2020年我國用電能代替電量將達到6300億千瓦時，電能的消耗總量將提高兩個百分點，到2020年將建成480萬臺電動汽車充電樁和1.2萬座電動汽車充電站，可以滿足500萬輛電動汽車的充電需求。

2、電動汽車充電樁設計思路

2.1控制器硬件整體

在整個充電樁系統設計中，控制系統是相對比較重要的一個環節，電池管理系統控制必須要經過C44Box進行處理，該處理力氣的作用主要起到的是控制作用，在這個基礎作用下我們需要通過網絡通訊系統來實現信息相關統計及采集情況實現卡內余額的查詢設計，并且方便賦予監控，同時在顯示屏上我們還能夠清楚的看到相應展現方式，例如充電量，以及充電時間上的需求。一般時間控制系統硬件主要包含了電源電路、電能輸出、以及單元處理等相關內容。其中有一部分是對充放電控制的電路，電路包括信號調理電路以及信號采集電路。這部分電路的使用能夠控制好系統電源整體的輸出，確保系統的實用性，在電源電路傳輸的過程中，該系統需要把電壓轉換成電源電路，以及液晶現實接口電路、NoFlash電路設計。

2.2配電線路設計

本工程選用WDZ-YJY無鹵低煙阻燃銅芯交聯聚乙烯絕緣聚乙烯護套電力電纜作為充電設施的配電線路，三相配電回路電纜中性線應與相線截面面積相等，選用4+1型電纜，線路總距離≤200m，所用電纜截面應滿足電壓降的要求。電纜公共敷設路徑走金屬線槽，末端支路配電線纜穿金屬軟管從金屬線槽引至充電樁，以常見壁掛式充電樁為例，可采用下進線和兩側進線的方式進行安裝。

2.3充電樁電源主電路的原理

本文設計的充電樁輸入電壓為電網三相380V±10%，輸出：DC12～750V，DC5～60A，功率為40Kw。三相交流電源經過不可控橋式整流濾波變成直流，輸入IGBT橋。DSP控制板通過驅動電路使功率開關IGBT工作把直流輸入電壓轉換成脈寬調制的交流電壓，然后由高頻變壓器變壓隔離，最后通過整流濾波輸出得到直流，進而對鉛酸蓄電池充電。同時通過可控的電流電壓反饋回路改變充電電流和充電電壓，通過檢測電池的端電壓，充電電流以提供單片機進行決策。放電電路在充電電壓較高時工作，以提高電池的接受能力。輔助電路提供器件工作電源，而保護電路（過流，過壓、過溫）可以保證系統安全、可靠工作。同時通過DSP控制來顯示電量、時間等數據。

2.4軟件程序設計

本文所涉及到的直流充電樁控制系統軟件程序部分主要由系統初始化、通信檢測、用戶信息識別、系統連接確認、充電模式選擇和充電過程實時監測等部分組成。其中，用戶信息識別部分利用RFID射頻識別技術實現用戶信息正確讀取及交易結算確認。充電模式選擇部分主要分為自動充電、按電量充、按時間充和按金額充四種模式，用戶可以通過人機交互屏來選擇所需充電方式進行對電動汽車的充電服務。充電過程實時監測部分是對充電過程中充電樁各功能模塊間進行數據采集和監測，以應對突發狀態，能夠及時保護充電設備和待充設備的安全。

2.5配電線路設計

地下車庫充電設施配電線路宜選用阻燃型銅芯交聯聚乙烯絕緣類電纜，三相配電回路應選用五芯電纜，單相配電回路應選用三芯電纜，所選電纜的中性線應與相線截面相同。根據新建住宅配建停車位應100%預留充電設施建設安裝條件的要求及地下停車庫的具體情況，地下車庫電動汽車充電設施配電線路宜采用金屬槽盒敷設，當電動汽車充電樁位置待定，金屬槽盒應能到達所有停車位，以滿足100%預留充電設施條件。出槽盒到充電樁配電線路宜穿金屬軟管敷設，壁掛式安裝的充電樁可采用下進線方式或側進線方式。

結語

在進行新建住宅小區的設計時，按照國家相關規定必須設置新能源電動車位，配套1∶1設置充電樁。新能源電動車位占總車位的比例由地方標準或政府的相關文件確定，除了設置充電樁的車位之外，其余車位應預留設置充電樁的條件。新能源電動車位充電樁一般考慮交流樁，負荷一般不超過7kW，所有充電樁總充電負荷計算采用單個充電樁充電負荷代數相加，考慮三相平衡后乘以需要系數確定，然后再根據充電負荷計算結果選擇配電線纜及保護開關。這種方法只是借鑒住宅負荷計算比較成熟的需要系數，新能源充電樁充電負荷計算的準確系數的確定也將需要一個較長過程，并需要后續使用檢驗，根據具體使用情況陸續加以修正。設置新能源充電樁的車庫的其他電氣設計可以按照普通車庫標準進行，不需要進行特殊考慮。

【參考文獻】：

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