王睿
摘要:本文針對智能、模塊化充電樁的發(fā)展趨勢,分析了電動汽車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)計了智能充電樁的模塊化設(shè)計方法,通過智能充電樁的硬件結(jié)構(gòu)實現(xiàn)智能充電樁的功能設(shè)計。電動汽車具有廣泛的適應(yīng)性和優(yōu)良的經(jīng)濟(jì)和社會優(yōu)勢。
關(guān)鍵詞:智能化;充電樁;模塊化
引言
“十五”期間,為實現(xiàn)能源安全、改善大氣環(huán)境,國家制定了突破性發(fā)展戰(zhàn)略,設(shè)立了“電動汽車重大科技專項”,集中企業(yè)力量。高校和科研院所將電動汽車產(chǎn)業(yè)化技術(shù)平臺作為解決核心問題的核心研究任務(wù),在一些核心技術(shù)上取得了較好的進(jìn)展。隨著電動汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,二次充電基礎(chǔ)設(shè)施——智能充電假人越來越普及,人們對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,電動汽車智能充電樁的優(yōu)化設(shè)計和核心技術(shù)尚未得到研究和開發(fā)。
一、智能充電樁模塊化設(shè)計
智能充電樁的工作原理是當(dāng)控制引導(dǎo)系統(tǒng)接入電動汽車充電接口時,通過智能人機(jī)交互界面發(fā)出充電控制指令,再由主控系統(tǒng)控制開啟。電動汽車的供電功能是通過斷開和閉合電池繼電器合閘開關(guān)的交流接觸器來實現(xiàn)的,用于控制主電路。智能計費檔還具有智能計費功能,將智能電表接入主電路,實現(xiàn)多段多費率計量功能,并將計量數(shù)據(jù)通過RS-485傳輸至控制系統(tǒng),實現(xiàn)智能計量. 做。支付功能。智能充電樁的人機(jī)交互功能,RFID射頻技術(shù)可以實現(xiàn)身份識別,操作的基本信息可以輸入射頻卡,也可以用來支付賬單。智能語音提示和狀態(tài)燈也讓操作更簡單方便,智能操作員可以通過移動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收據(jù)。多重通訊功能可將各種數(shù)據(jù)實時反饋至移動終端及管理平臺,讓充電假人使用更智能、更舒適。同時,合理使用斷路器浪涌保護(hù)器、急停按鈕等,會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)能夠為電動汽車充電,如鋰離子電池、鎳氫電池、鉛酸電池等。 (2)智能監(jiān)控功能:可實時采集裝載樁的裝載狀態(tài)信息,將樁身信息實時傳輸至后臺管理系統(tǒng),自動判斷錯誤信息切斷應(yīng)急自動電源。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)和實時充電。來自電池管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。 (4)智能人機(jī)交互功能:簡單友好的人機(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。根據(jù)以上對電動汽車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
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低線性壓降電源轉(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)對充電電壓信號進(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LCD實時顯示,同時進(jìn)行恒壓切換。充電和恒流充電過程中及時斷開充電和充電關(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
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16 位CPU ?集成寄存器和常數(shù)發(fā)生器實現(xiàn)最大代碼效率。 MSP430 的16 位定時器是工業(yè)控制的理想配置,例如紋波計數(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,由于電感對直流電阻小,對交流阻抗大,可以大大降低輸出電壓的脈動系數(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)過調(diào)整,可以將參考電壓調(diào)整到誤差的1.5% 以內(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載。壓力。 AMS1117 器件的引腳與其他3 端SCSI ?穩(wěn)壓器兼容。對于本設(shè)計,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
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,也稱為DC-DC轉(zhuǎn)換器(DC/DCConverter)。我們在這個智能充電樁中使用降壓斬波電路來獲得所需的電壓(或電流)。要構(gòu)建此電路,只需要一個開關(guān)管、一個續(xù)流二極管和一個LC ?電路。在這個電路中,要串聯(lián)一個電感量較大的電感,使負(fù)載電流連續(xù),脈動少。設(shè)計充電站最有效和最經(jīng)濟(jì)的方法是使用開關(guān)穩(wěn)壓器作為降壓轉(zhuǎn)換器。降壓轉(zhuǎn)換器使用電感器來存儲電能。來自脈沖控制PWM ?的信號控制充電開關(guān)。當(dāng)開關(guān)閉合時,電荷假人(charge ?dummy ?Vin)提供的電壓會導(dǎo)致電流在電路中流動,這反過來又通過電感對電容器充電。當(dāng)接通時,電感器試圖保持電流流過感應(yīng)電壓,但不能立即充電[6]。然后電流流過肖特基二極管,對電容充電,重復(fù)這個過程,通過降低PWM占空比,縮短開關(guān)導(dǎo)通時間,降低平均電壓。相反,通過增加PWM ?占空比來延長關(guān)斷時間會增加平均電壓。因此可以通過控制PWM ?占空比來調(diào)整充電電壓(或電流)以獲得需要的輸出。采用PWM方式控制的開關(guān)電源可以降低功耗,同時便于數(shù)字控制,但總線紋波系數(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被排放。 PWM ?占空比控制和電池放電由程序控制。
3.3 報警電路設(shè)計
報警電路采用通用聲光報警電路實現(xiàn)發(fā)光二極管和通用蜂鳴器,通過軟件設(shè)置相應(yīng)的報警方式提醒用戶系統(tǒng)是否發(fā)現(xiàn)錯誤。由于系統(tǒng)錯誤,充電被關(guān)閉,LED ?亮起,蜂鳴器連續(xù)鳴響5 次。
結(jié)語
智能交流充電樁是一款電動汽車充電助手,集控制、管理、查詢、顯示等功能于一體,智能控制整個充電過程。充電站是電動汽車必不可少的基礎(chǔ)設(shè)施,適用于各種露天和地下停車場,如公共停車場、小區(qū)停車場、企業(yè)停車場等。由于電動汽車每天需要補充大量電能,運營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。
參考文獻(xiàn):
[1]劉朝輝.電動汽車智能充電樁的設(shè)計與應(yīng)用[J].電子技術(shù)與軟件工程,2020(3):248.
[2]桑雷,楊玉軍.電動汽車充電樁工作原理及充電參數(shù)分析[A].2014年江蘇省計量測試學(xué)會學(xué)術(shù)年會.江蘇省計量測試學(xué)術(shù)論文集[C].2020.
[3]趙薪智,李盤靖,張歡,等.電動汽車智能充電路徑規(guī)劃研究[J].重慶理工大學(xué)學(xué)報,2020,30(10):34-39.
[4]徐曉剛,李江全,馬天鵬.基于ARM的直流充電樁計費控制系統(tǒng)設(shè)計[J].機(jī)械工程與自動化,2020(3):147-149.
[5]張艷輝,徐坤,鄭春花,等.智能電動汽車信息感知技術(shù)研究進(jìn)展[J].儀器儀表學(xué)報,2020,38(4):794-805.
[6]基站智能空調(diào)通風(fēng)管路系統(tǒng)的設(shè)計和實踐[J].葉江平.電信技術(shù).2020(08)
[7]神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與模糊控制舒適型智能空調(diào)研究[J].王岸林.日用電器.2020(08)
[8]基于人工智能的智能空調(diào)系統(tǒng)研究[J].王玨.制冷與空調(diào)(四川).2020(02)