基于嵌入式ARM的電動汽車智能充電系統的設計

郝常秀

摘 ? 要：本文圍繞電動汽車智能充電系統的設計方案、電動汽車智能充電系統的硬件設計、電動汽車智能充電系統軟件的設計三個方面展開討論，對基于嵌入式ARM的電動汽車智能充電系統進行了設計，同時提出了一些筆者自己的見解，希望能夠對今后我國電動汽車的發展提供一些理論借鑒。

關鍵詞：嵌入式ARM ?電動汽車智能充電系統 ?安全性

中圖分類號：U469.3 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2019）02（c）-0080-02

蓄電池為電動汽車提供了最基本的動力，電動汽車在推廣過程中會受到蓄電池三大要素的影響，分別為蓄電池的使用成本、蓄電能力、安全性。當前，我們可以根據電動汽車和電網之間的互動等級將其劃分為三種不同的模式，分別是即插即充模式、集中充電模式以及智能充電模式，其中最常見的為第一種模式，它在辦公即民用領域使用最為廣泛，然而由于基礎設施的不全面性，導致了即插即充模式在使用過程中存在一些安全隱患，并制約著汽車電池壽命的發展。在本文中，筆者所提出的LPC2138處理器是以ARM7TDMI為核心的，能夠對蓄電池的電流、電壓、內部溫度進行實時監測，并在原有電動汽車充電系統的基礎上實施智能化改進，從而使得電動汽車充電的安全性能得到提升，并提升充電速度。

1 ?電動汽車智能充電系統的設計方案

電動汽車智能充電系統可以在短時間內實現蓄電池的智能充電，并針對電池的電流、電壓、溫度進行實時監測，在發現異常時會立刻自動切斷電源，停止充電。具體為：對蓄電池組的初始狀態進行檢測、在充電過程中實時監測蓄電池的狀態并進行采樣、ARM處理器基于采樣數據以及蓄電池自身情況進行分析并顯示、駕駛員借助觸摸屏控制蓄電池的充電電壓、電流以及時間，形成電動汽車的智能化充電系統。

本研究將當前最受歡迎的鉛酸電池作為研究對象。由于傳統的恒壓、恒流充電方式不適用于鉛酸電池中，容易導致蓄電池內部溫度快速上升，從而形成極化現象，破壞蓄電池的正常性能，從而降低蓄電池的壽命。

2 ?電動汽車智能充電系統的硬件設計

2.1 ARM處理器

ARM處理器是由英ACORN企業設計的一款RISC微處理器，它的耗能非常低，因此使用成本也較低。ARM處理器的全稱為Advanced RISC Machine，就其本身而言是32位設計，同時也在其中配置了16位的指令集。通常情況下，它相比于等價32位代碼來說能夠實現35%的節省，然而卻可以將32位系統的全部優勢都保留下來。

ARM處理器具有以下特征;體積小、耗能低、成本低、性能高;能夠支持Thumb（16位）/ARM（32位）的雙指令集合，并有效地兼容8位/16位器件;使用的寄存器數量較多，指令執行效率更高;大部分數據操作都是通過寄存器來執行的;對地址的尋找方法較為簡單靈活，在完成任務時具備非常高的執行效率;指令的長度保持不變。

2.2 依托ARM實現的系統硬件設計

所謂嵌入式系統，它能夠徹底嵌入至受控期間當中，是一種為了特定應用而量身設計的計算機系統，能夠起到設備監控、輔助的作用，在工廠中應用十分廣泛。依托ARM實現的電動汽車智能充電系統硬件所采用的處理器型號為LPC2138，它是系統硬件當中的核心部分。其中，ARM中的最小系統是由FLASH、UART、JTAG、SDRAM所構成的。串口能夠借助UART來實現通信目的;JTAG的作用在于對I/O口以及內部總線信息進行直接控制，可以對整個系統進行調整。依托ARM實現的電動汽車智能充電系統的拓展部分主要由四個部分組成，分別為LCD觸摸屏、SIM100、輔助電流以及電源。其中，LCD觸摸屏能夠實現人機交互;SIM100可以實現GSM，它可以通過短信息等方式將汽車充電狀態告知駕駛員。

2.3 智能充電系統的主充電電路設計

主充電電路的關鍵在于它能夠直接影響到整個智能充電系統的整體性能，它包括全橋逆變電路、兩個全橋電路及高頻變壓器等幾個部件，它的工作原理主要為：首先，全橋電路負責220V市電的整流任務，隨后通過大電容濾波器來獲取具有較大紋波的直流電;將具有較高紋波的直流電在全橋逆變電路中通過，其中，Q1至Q4為四個1GBT功率的開關管，Q1與Q2存在180°的相位差，它所輸出的交流電壓會隨著Q1以及Q2輸出值的改變而發生相應的變化。Q3以及Q4兩者負責導通從而形成續流回路以及高頻交流電，其中高頻交流電是可以進行調節的;當高頻交流電在被高頻變壓器進行耦合之后會經過全橋電路實現整流，最后再流向電感以及電容率波從而編程不具備較大紋波的直流電壓，從而實現為蓄電池充電的目的。

2.4 智能充電系統的檢測電路設計

智能充電系統的設計過程中，需要使用參數檢測電路針對蓄電池的電流、電壓、溫度等參數實施全面檢測，LPC2138處理器的P0.1端口在收到通過電壓比對器檢測到的電壓信號之后再對其實施處理;LPC2138處理器當中的P0.2端口在收到通過電壓比對器檢測到的電流信號之后再對其實施處理;蓄電池溫度則需要通過熱敏電阻來實現實施檢測控制，同時需要將監測數據傳送至P0.5端口當中。

3 ?電動汽車智能充電系統軟件的設計

電動汽車智能充電系統軟件主要涵蓋五大功能，具體闡述如下：首先，它能夠對蓄電池中的電流、電壓以及溫度等參數進行實時檢測;其次，它能夠執行由UART發布的通信指令;第三，它能夠對數據進行運行，同時執行數據儲存工作;第四，當檢測到異常情況發生時，它可以立刻發出警報;第五，它能夠執行由GSM發出的通信指令。電流會依據電芯的飽和情情況，在充電過程中不斷變小。系統設計安排充電電流低于0.05C時自動完成充電。

4 ?實驗分析與對比

本論文的研究對象為鉛酸蓄電池。對蓄電池的電流、電壓、溫度以及容量等參數進行實時監測，智能脈沖充電參數的變化情況。此外，針對智能脈沖充電方法與傳統恒壓恒流充電方法的幾個重要參數進行對比（充電所需的時間、充電能量、充電效率等），數據進行對比與分析后可以得到以下結論：相比于傳統的恒壓恒流充電方法來說，智能脈沖充電方法不僅大大降低了充電所需的時間，同時充電效率也得到了很大的提升，在電動汽車智能充電系統中值得推廣和應用。

5 ?結語

本研究首先針對電動汽車智能充電系統的理論依據進行了介紹，同時闡述了這一系統的設計方案，展現了依托嵌入式ARM實現的電動汽車充電系統的軟件設計過程以及硬件設計過程。隨后針對以LPC2138處理器為核心的系統硬件結構、主要充電電路的工作原理、檢測電路的設計原理、系統軟件的設計方案等內容實時了全面而詳盡的介紹、分析。通過本次實驗我們可以得到，依托嵌入式ARM實現的電動汽車智能充電系統可以完成蓄電池電流、電壓、內部溫度等一系列參數的監控與測量，同時具備良好的人機交互性，能夠有效提升電動汽車的充電速度，增強充電的安全性以及穩定性，具有更高的充電效率，因此在智能充電領域具有一定的推廣價值以及應用價值。

參考文獻

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[2] 劉東奇，王耀南，申永鵬.基于T-S模糊控制器的電動汽車V2G智能充電站控制策略[J].電工技術學報，2016，31（2）：206-214.