电动汽车交流充电桩智能控制系统的设计

电动汽车交流充电桩智能控制系统的设计

蔡永成 张冰

中能易电新能源技术有限公司 广东东莞 523808

摘要：现如今，随着我国经济的快速发展，而国家政策推动了电动汽车产业的迅猛发展迅猛。不少企业、科研院所、高校纷纷投入相当大的精力研发交流充电桩控制系统，并且设计出了多种类型的充电桩控制系统。本课题也对此进行了深入研究，并设计出了一款电动汽车交流充电桩智能控制系统。文章首先论述了国内在该领域的研究现状，接下来论述了本课题组设计电动汽车交流充电桩智能控制系统的研究方法、研究内容，阐释了研究过程中所采取的技术路线与实验方案，即电动汽车交流充电桩智能控制系统的硬件方案和软件方案。

关键词：电动汽车;交流充电桩;智能控制系统;设计 

引言

新能源汽车产业快速发展，带动了新能源汽车的普及和广泛运用。电动汽车补充电能的主要设备包含三种形式：电池更换、充电桩、充电站。由于电动汽车本身没有固定的行驶范围，不具备较强的续航能力，为了确保电动汽车的正常运转，构建全方位、网络化的充电桩、充电站是尤为必要的。因此，集中式的各类充电站与灵活布点的各种充电桩，是充电设施发展的方向。电动汽车包含两大类能源补充形式，分别是交流充电桩（站）与直流充电桩（站）。后者能帮助电动汽车实现快速充电的目标，前者能为电动汽车补充生活中常见的交流电电源，适宜安装在住宅小区、大型停车场、医院、商场等场所，为电动汽车安全方便地充电。

1国内该领域的研究现状

不少学者专家、实务领域均对电动汽车交流充电桩控制系统进行了深入的研究，设计出了不少控制系统。如徐坤,周子昂,吴定允,耿文波,李向东等论述了以STM32处理器中的STM32F107为基础，研发和设计了电动汽车交流充电桩的相关控制系统方案，通过射频识别卡(RFID)进行消费结算和信息认证。它能够用在家庭车库中，也能够用在公共停车场。与此同时，本控制系统还借助STM32F107强大的网络支持性能，预留了互联网接口，以利于系统的升级与维护。这个设计方案严格按照GB/T20234第一、二部分关于电动汽车交流充电接口与传导充电连接装置的诸多规定。

2可行性分析

第一，有关模块技术比较成熟。这个智能控制系统涵盖了社会各界普遍运用的三种技术，分别是通信模块技术、电源模块技术与控制模块技术。所以，该项目的研究重点是如何有效地把这些功能模块的相关技术融合到一个系统中，制成相应的样机，从而实现汽车智能化监控、控制与检测模块的三合一。第二，本项目组成员的科研水平较高，拥有丰富的项目开发经验和实践经历。本项目组曾经主编了汽车电子领域的多部教材，撰写与发表了关于汽车电子控制领域的多篇论文，而且还主持过市级、省级的多项重要课题。第三，相当多高水平的校企合作企业为本项目提供了技术、场地与车辆支持。比如，辉煌汽车销售公司下属的东风悦达起亚汽车4S店、景德镇市的昌河铃木公司（大型汽车制造企业）、力帆汽车特约宏达维修站等，都为本项目的研究活动提供了大力支持，所以本项目的相关研究目标是能够实现的。

3研究方法和创新

3.1研究方法

首先，文章有计划地整理了这方面的诸多参考文献和研究资料，借鉴和学习实务界、学术界的诸多科研成果,研读了国家关于该领域的相关标准和规范，分析了用户对交流充电桩的环境需求、消费功能和外形结构等。其次，本课题组采取了比较法，比较和分析各类电动汽车交流充电桩控制系统的相关优点，其中的设计缺陷和不足。在此基础上，本课题设计了智能化、集成化、人性化的交流充电桩控制系统。再次，开展样机制作工作。本课题按照既定的开发环节和流程，把硬件和软件结合起来，形成了该智能控制系统的样机。第四，进行实地测试。本课题组与相关合作单位实地测试了该系统的功能，收集必不可少的数据，开展了相应的数据分析。相关企业为本课题的实施和完成，提供了必不可少的技术支持和实践基地。第五，优化和总结。本项目组以上述研究活动为基础，从硬件、软件层面对整个系统进行了完善和优化，以有效地发挥出其最佳性能。用户可以联系电动汽车的具体充电情况，选择相应的充电模式。这个系统会依据用户选用的具体充电模式，自动跳转充电时间，以切实满足其充电需要。该智能控制系统满足了国家、行业关于充电桩控制系统的相关标准，能够有效地满足各类电动汽车业主的充电要求。与此同时，本研究也为设计和完善电动汽车直流充电桩的控制系统辅以良好的理论基础。

3.2创新点与特色

该智能控制系统同时具备人性化、集成化和智能化等诸多特点，能有效地进行刷卡付费、人机交互、通信、计量、自检与保护控制等。该系统具有清晰干净的触摸屏界面，操作反应非常灵敏。该系统的各位用户能结合电动汽车的实际充电需求，自行选择所需要的充电模式。该智能控制系统会按照用户选择的相关充电模式，对充电时间进行自动调整，以更好地满足各位用户的充电要求。

4研究内容

本研究项目涵盖了三大层面的研究内容，分别是系统总体设计、软件设计实现与硬件设计制作。系统总体设计涵盖系统总体框架、软硬件划分、处理器选定、操场系统选定与开发环境选定。硬件设计制作涵盖硬件概要设计、硬件详细设计、硬件制作与硬件测试。软件设计实现涵盖软件设计概要、软件详细设计、软件实现与软件设计。第一，研究和设计电动汽车交流充电桩智能控制系统中的相关硬件电路。其包含控制导引电路、打印设备、IC卡与读写模块的设计，电能计量模块、PLC控制器的相关设计与选型及人机交互的设计与选型等。充电桩设置了过流、过压、欠压保护的相关电路形式，而且还设计了急停装置，便于在情况紧急的条件下断开电能输出和与之相关的各种辅助电路。第二，研究和设计了电动汽车交流充电桩智能控制系统中的相关软件电路。其包含设计触摸屏显示界面与PLC程序等，并完成了设计触摸屏界面与PLC程序的任务，且成功完成了PLC控制器和IC卡读写器、电能表、触摸屏的相关通信参数配置，有效配置了嵌入式打印机与触摸屏的相关通信参数等。

结语

在历经上述研究活动后，本课题组初步完成了电动汽车交流充电桩智能控制系统的设计，设计了实用性较强的电动汽车交流充电桩智能控制系统，初步实现了设计目标。今后，本课题组将会结合经济社会的发展需求和充电基础设施的建设需要，持续地研究、设计电动汽车与相关配套充电设备的相关技术，以设计出稳定可靠、高效智能的充电桩控制系统。随着该领域研究的日益深入，本课题组在内的相关研究机构和人员必定会设计和制造出更高水平的电动汽车充电桩控制系统，更好地满足广大用户的电动汽车充电需求。

参考文献

[1]侯攀峰.分布式交流充电桩控制与管理系统设计[D].徐州:中国矿业大学,2018.

[2]徐坤,周子昂,吴定允,耿文波,李向东.电动汽车交流充电桩控制系统设计[J].河南科技大学学报(自然科学版),2018(37):3.

[3]刘朝辉.电动汽车智能充电桩的设计与应用[J].电子技术与软件工程，2017（3）：248.

[4]王旭，齐向东.电动汽车智能充电桩的设计与研究[J].机电工程，2017（3）：393-396.

[5]张文龙.电动汽车智能充电桩的设计与应用[J].电子技术与软件工程，2017（3）：248.