电动汽车直流充电桩控制系统的设计与实现

电动汽车直流充电桩控制系统的设计与实现

郑晓梅郭亮

（新疆希望电子有限公司新疆乌鲁木齐830000）

摘要：目前我们国家面临着严峻的生态环境恶化问题，在这样的形势下，人们生活中出现大量的电动汽车，在给人们带来方便保护环境的同时也给人们提出更高的技术要求，其中就需要做好电动汽车直流充电桩控制系统设计。作为给电动汽车提供能源的装置，直流充电桩本身具有可直接充电的特性，因此有必要做好电动汽车直流充电桩控制系统设计研究工作。

关键词：电动汽车；直流充电桩；控制系统设计

引言

随着全球能源危机的不断加深，各国政府及汽车企业普遍认识到节能和减排是未来汽车技术发展的方向，发展电动汽车将是解决这两个问题的最佳途径。近年来，汽车工业正逐渐朝向环保清洁的方向发展。本文所研究的直流充电桩作为充电基础设施的一部分对于推进电动汽车的普及具有重要的意义。

1直流充电桩的概述

电动汽车充电站（桩）的建设正在世界各国迅速铺开。日本、美国、德国等国家已经全面开展电动汽车充电桩建设的计划。近年来，中国各地纷纷建立电动汽车充电站（桩）。截止2014年底，我国共建成780座充电站，3.1万个充电桩，为超过12万辆电动汽车提供充电服务。2015年以来，我国接连出台了《关于加快电动汽车充电基础设施的指导意见》和《电动汽车设施发展指南（2015—2020）》，明确提出到2020年要完成为500万辆电动汽车配套建设相应规模的充电基础设施的任务目标。我国电动汽车充电基础设施行业发展潜力巨大，未来市场前景广阔。充电桩可以固定在地面或墙壁，可以根据不同的电压等级为各种型号的电动汽车充电。直流充电桩是固定安装在电动汽车外，与交流电网连接，可以为车载动力电池提供直流电源的供电装置。直流充电桩可以提供足够大的功率，输出的电压、电流调整范围大，可以实现快充的要求，但是会对电网构成一定的损害，因此在建设过程中应该加强对电网的保护。

2电动汽车直流充电桩设计原理

电动汽车直流充电桩采用的是交、直流供电方式，交流工作电压是220V或者380V，可以针对不同型号的电动车，采用相应的电压等级进行充电，普通纯电动轿车用充电桩充满电需要4-5个小时。直流充电桩的输入电压采用三相四线AC380V，频率50HZ，可提供足够的功率，并且输出为可调直流电，因此可满足快充的要求。电动汽车充电桩、集中器、电池管理系统、充电管理平台等相辅相成，构成了充电桩系统。本文中电动汽车直流充电桩充电模块的原理：整流滤波处理三相交流电后，将交流电转为直流电提供给IGBT桥。接着IGBT桥被控制器通过驱动电路作用，再次实现直流与交流的转换。转换后的交流电通过高频变压器的变压隔离后经过整流滤波变为直流脉冲，实现对电动汽车电池组的充电。充电过程中控制器会自主检测电池端电压及电流大小，自动调整充电参数。为了保护直流充电桩控制系统运转的正常，设计过程中设计了过流保护电路、过压保护电路及过温保护电路三重保护电路，有效提高系统安全性。

3电动汽车直流充电桩控制系统硬/软件设计

3.1硬件设计

直流充电桩控制系统本身结构复杂，由很多构件组成，常见的包括主控板、指示灯以及接触屏等部分。主控板是直流充电桩最核心的组成部分，是有效控制充电过程中的主要元件。实际充电过程中主控板将充电桩的工作数据采集后通过多种通讯方式传输至后台。主控板的功能特点包括6个串口，下位机检测及数据采集办卡通过顺行总线与监测充电桩CPU模块通信，为了方便观察上位机具备显示功能；设置监控单位是为了更好的监测充电桩的运行状态，包括尽显输入电压、充电时输出电压等状态进行全方位检测，及时发现故障采取措施进行完善，确保充电桩控制系统运行正常。

3.2软件设计

电动汽车需要充电时，将电动汽车的充电插口与充电桩的充电手柄相连接，然后将IC卡放置刷卡区，根据显示屏提示进行操作，连接充电接口，选择具体的充电模式，然后进行充电。而监控单元则会在整个充电过程中，对充电电压电流，充电接口连接情况等进行实时监控，如果发现异常，则会立即发出警报。主程序在编写时，采用模块化的原则，这样能够保证充电桩高效的运行。主程序可分为：中央控制模块、IC卡识别模块、通讯模块、显示模块、打印模块、检测模块等。当充电桩激活时，主程序协调各模块之间的工作从而完成整套流程，多线程处理确保各模块间互不影响。

4电动汽车直流充电站发展趋势

电动汽车充电站的建设需要技术突破，但更需要政府政策扶持。首先，针对一些公务用车、城市公交集团公共公车、出租车还有一些旅游景点观光车的示范运营项目。现有的电动汽车充电站竞争者主要有：电力公司、石油企业，未来可能加入竞争的有电池生产企业、电动汽车企业等。未来电动汽车驾驶着对充电站的可选择性将大大超过传统加油站，消费者可以选择在道路边的充电桩、购物商场充电站，甚至是居住社区停车场等地点进行电动车充电，这将给充电站运营商带来巨大的竞争压力和活力。政府应该规划在高速公路建设更多的太阳能光伏电动汽车充电，使电动汽车能够从容行驶在高速公路上。未来居民可以参与建设电动汽车充电站，利用自家楼顶或者住宅外墙搭建微电网在小区内建设充电站，实现电动汽车的V2G运行模式。

结束语

电动汽车直流充电桩控制系统是一个多任务系统集合，整体结构较为复杂，本文中笔者对此进行初步的研究，受到时间、设备及自身能力等因素的影响，相关研究还不是很完善，未来的研究可以朝着以下几个方向进行：如何优化电动汽车直流充电桩控制系统软硬件设计，促进系统性能的提高；电池管理系统对电池组均衡控制的策略分析，提高电池组控制效率，确保电池组运行安全；降低设计成本提高设计质量，设计出更加优秀的充电桩网络，确保系统运行安全。

参考文献：

[1]王涛.电动汽车充电桩的控制系统研究与设计[J].湖北电力，2011，35（1）：11-12.

[2]齐文炎，霍明霞.杨延超.电动汽车交流充电桩浅析[J].农村电工，2010（11）：89.

[3]陈良亮，张浩，等．电动汽车能源供给设施建设现状与发展探讨[J]．电力自动化系统，2011，35（14）：11-17.

[4]陈丽丹，张尧.电动汽车随机充电对配电网影响的研究[J].电力科学与技术学报，2016（01）：89.