電動汽車直流充電樁的設計與研究

白磊成

【摘 要】充電樁是電動汽車的能源來源，而直流充電樁輸出的是可調直流電，調整范圍大，可以實現直接為電動汽車的動力電池快速充電的要求。本文首先介紹充電樁的發展現狀，然后對直流充電樁原理進行分析，并對直流充電樁進行硬件和軟件的設計。加強其研究才能為電動汽車的發展奠定良好的基礎。

【關鍵詞】電動汽車；直流充電樁；快速充電

【Abstract】Charging pile is the energy source of electric vehicle， and DC charging pile output adjustable DC with wide-range， which can meet requirements of fast charging of the power battery for electric vehicle.This paper introduces the development status of charging pile， then the principle of DC charging pile is analyzed .It describes the design of the hardware and software of the DC charging pile lastly. Strengthening its research can lay a good foundation for the development of electric vehicles.

【Key words】Electric vehicle； DC charging pile； Fast charging

0 引言

隨著全球能源危機的不斷加深，各國政府及汽車企業普遍認識到節能和減排是未來汽車技術發展的方向，發展電動汽車將是解決這兩個問題的最佳途徑。近年來，汽車工業正逐漸朝向環保清潔的方向發展[1]。本文所研究的直流充電樁作為充電基礎設施的一部分對于推進電動汽車的普及具有重要的意義。

1 直流充電樁的概述

電動汽車充電站（樁）的建設正在世界各國迅速鋪開。日本、美國、德國等國家已經全面開展電動汽車充電樁建設的計劃。近年來，中國各地紛紛建立電動汽車充電站（樁）。截止2014年底，我國共建成780座充電站，3.1萬個充電樁，為超過12萬輛電動汽車提供充電服務[2]。2015年以來，我國接連出臺了《關于加快電動汽車充電基礎設施的指導意見》和《電動汽車設施發展指南（2015—2020）》，明確提出到2020年要完成為500萬輛電動汽車配套建設相應規模的充電基礎設施的任務目標。我國電動汽車充電基礎設施行業發展潛力巨大，未來市場前景廣闊。

充電樁可以固定在地面或墻壁，可以根據不同的電壓等級為各種型號的電動汽車充電[3]。直流充電樁是固定安裝在電動汽車外，與交流電網連接，可以為車載動力電池提供直流電源的供電裝置。直流充電樁可以提供足夠大的功率，輸出的電壓、電流調整范圍大，可以實現快充的要求，但是會對電網構成一定的損害，因此在建設過程中應該加強對電網的保護。

2 直流充電樁原理

本文設計充電模塊的原理是：首先是三相交流電經由整流濾波后，變成直流輸入電壓供給 IGBT橋。控制器通過驅動電路作用于IGBT，使直流電壓又轉換為交流電壓。接著，交流電壓經高頻變壓器的變壓隔離，再次經整流濾波得到直流脈沖，進而對電池組充電[4]。控制器會根據檢測到的電池的端電壓、電流大小實施控制策略，實時改變充電參數。其中，過流、過壓和過溫保護電路是為了保證系統安全可靠的工作。充電模塊原理框圖如圖1。

3 硬件設計

直流充電樁復雜程度高，組成構件較多，包括主控板、接觸屏、指示燈等。具體硬件組成如圖2。

直流充電樁的組成構件中，主控板是最核心的組成部分，能夠對充電過程進行有效控制，而且可以利用多種通訊方式將充電樁的工作數據傳輸至后臺。主控板的主要功能特點包括：具有6個串口，下位機檢測以及數據采集辦卡通過通用串行總線和上位機CPU模塊進行通信，同時上位機具有顯示功能[5]。監控單元是為了實時監測充電樁的運行狀態。該單元對充電樁的進線輸入電壓，充電輸出電壓電流，充電接口狀態，電池管理系統狀態，電池狀態等進行實時監控。

4 軟件設計

電動汽車需要充電時，將電動汽車的充電插口與充電樁的充電手柄相連接，然后將IC卡放置刷卡區，根據顯示屏提示進行操作，連接充電接口，選擇具體的充電模式，然后進行充電[6]。而監控單元則會在整個充電過程中，對充電電壓電流，充電接口連接情況等進行實時監控，如果發現異常，則會立即發出警報。

主程序在編寫時，采用模塊化的原則，這樣能夠保證充電樁高效的運行。主程序可分為：中央控制模塊、IC卡識別模塊、通訊模塊、顯示模塊、打印模塊、檢測模塊等。當充電樁激活時，主程序協調各模塊之間的工作從而完成整套流程，多線程處理確保各模塊間互不影響。

5 結束語

本文分析了直流充電樁的硬件設計與軟件設計，綜合考慮充電樁的實際應用需要，確保充電樁設計的可行性，促進電動汽車的發展。

【參考文獻】

[1]王濤.電動汽車充電樁的控制系統研究與設計[J].湖北電力，2011，35（1）：11-12.

[2]齊文炎，霍明霞.楊延超.電動汽車交流充電樁淺析[J].農村電工，2010，9.

[3]陳良亮，張浩，等.電動汽車能源供給設施建設現狀與發展探討[J].電力自動化系統，2011，35（14）：11-17.

[4]劉鑫爽.電動汽車充電樁的設計及其控制方法研究[D].柳州：廣西科技大學，2013.

[5]饒運濤，鄒繼軍，鄭勇蕓.現場總線 CAN 原理與應用技術[M].北京：北京航空航天大學出版社，2002.

[6]朱光歡.電動汽車車載充電機及其相關技術研究[D].廣州：華南理工大學，2011.

[責任編輯：湯靜]