智能化充電樁模塊化設(shè)計及實現(xiàn)

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。

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