電動汽車直流充電樁控制系統設計

西安特銳德智能充電科技有限公司　衛建榮　袁慶民　李建華　孫　景

電動汽車直流充電樁控制系統設計

西安特銳德智能充電科技有限公司衛建榮袁慶民李建華孫景

目前我們國家面臨著嚴峻的生態環境惡化問題，在這樣的形勢下，人們生活中出現大量的電動汽車，在給人們帶來方便保護環境的同時也給人們提出更高的技術要求，其中就需要做好電動汽車質量充電樁控制系統設計。作為給電動汽車提供能源的裝置，直流充電樁本身具有可直接充電的特性，因此有必要做好電動汽車直流充電樁控制系統設計研究工作。

電動汽車；直流充電樁；控制系統設計

0　引言

社會經濟發展促進人們物質生活水平的提高，汽車數量及規模迅速增長，這也造成汽車尾氣排放量增長迅速，帶來嚴重的生態環境問題。電動汽車就是在這種背景出現的，雖說電動汽車可以有效緩解環境污染，但其本身受到電池容量及充電難等問題的影響，對電動汽車的發展推廣造成極大影響。因此有必要做好電動汽車直流充電樁系統設計工作。

1　電動汽車直流充電樁概念分析

隨著全球生態環境惡化，世界各國都意識到環境保護的重要性，在國內大力推廣電動汽車，進而帶動電動汽車充電樁設計研究工作的進展。在我國也是如此，國內各個地方都開始啟動電動汽車樁建設計劃。據權威部門統計數據現實，截至2015年年底，我國建成的電動汽車充電站近800座，其中充電樁約為3.5萬個，可以同時給14萬電動汽車提供所需的服務［1］。可以說電動汽車充電基礎設施建設行業有著巨大的發展潛力，具有廣闊的發展前景。電動汽車充電樁固定位置沒有特殊要求，一般情況下可以直接固定在地面或墻壁上。充電樁可以根據電動汽車型號的差別提供不同的電壓等級。直流充電樁是直接安裝在電動汽車外面，直接連接交流電網，給電動汽車提供直流電源的供電裝置。直流充電樁本身具有極為鮮明的特點：功率足夠大、輸出電壓電流范圍廣、短時間快充等優點。但直流充電樁會損害電網，所以實際設計及建設過程中需要做好電網的保護工作。

2　電動汽車直流充電樁設計原理

電動汽車交流充電樁采用的是交、直流供電方式，交流工作電壓是220V或者380V，可以針對不同型號的電動車，采用相應的電壓等級進行充電，普通純電動轎車用充電樁充滿電需要4-5個小時。直流充電樁的輸入電壓采用三相四線AC380V，頻率50HZ，可提供足夠的功率，并且輸出為可調直流電，因此可滿足快充的要求［2］。電動汽車充電樁、集中器、電池管理系統、充電管理平臺等相輔相成，構成了充電樁系統。本文中電動汽車直流充電樁充電模塊的原理：整流濾波處理三相交流電后，將交流電轉為直流電提供給IGBT橋。接著IGBT橋被控制器通過驅動電路作用，再次實現直流與交流的轉換。轉換后的交流電通過高頻變壓器的變壓隔離后經過整流濾波變為直流脈沖，實現對電動汽車電池組的充電。充電過程中控制器會自主檢測電池端電壓及電流大小，自動調整充電參數。為了保護直流充電樁控制系統運轉的正常，設計過程中設計了過流保護電路、過壓保護電路及過溫保護電路三重保護電路，有效提高系統安全性。

圖1　充電模塊原理圖

3　電動汽車直流充電樁控制系統硬/軟件設計

3.1硬件設計

直流充電樁控制系統本身結構復雜，由很多構件組成，常見的包括主控板、指示燈以及接觸屏等部分。主控板是直流充電樁最核心的組成部分，是有效控制充電過程中的主要元件。實際充電過程中主控板將充電樁的工作數據采集后通過多種通訊方式傳輸至后臺。主控板的功能特點包括6個串口，下位機檢測及數據采集辦卡通過順行總線與監測充電樁CPU模塊通信，為了方便觀察上位機具備顯示功能；設置監控單位是為了更好的監測充電樁的運行狀態，包括盡顯輸入電壓、充電時輸出電壓等狀態進行全方位檢測，及時發現故障采取措施進行完善，確保充電樁控制系統運行正常［3］。

3.2軟件設計

當電動汽車充電的時候，操作人員只需將充電樁的充電手柄與電動汽車充電插口對接，確保兩者充分接觸后將IC卡片放置在刷卡區，操作者只需要按照相關提示操作即可：充電接口連接以后，根據需要選擇合適的充電模式，選擇好之后方可進行充電；充電過程中監控單元起著監測作用，監控充電電壓電流、充電接口等環節的實施情況，一旦發現異常則會發出警報，提醒相關人員及時采取措施。編寫主程序的時候，堅持模塊化的原則，如此才能確保充電樁運行的高效性。主程序分為中央控制、通訊等模塊。當激活充電樁后，各模塊在主程序的協調下順利完成整個流程，并確保運行過程中各個模塊之間不會產生影響。

4　電動汽車直流充電站發展趨勢

電動汽車充電站的建設需要技術突破，但更需要政府政策扶植。首先，針對一些公務用車、城市公交集團公共公車、出租車還有一些旅游景點觀光車的示范運營項目。現有的電動汽車充電站競爭者主要有:電力公司、石油企業，未來可能加入競爭的有電池生產企業、電動汽車企業等。未來電動汽車駕駛著對充電站的可選擇性將大大超過傳統加油站，消費者可以選擇在道路邊的充電樁、購物商場充電站，甚至是居住社區停車場充電樁等地點進行電動車充電，這將給充電站運營商帶來巨大的競爭壓力和活力。政府應該規劃在高速公路建設更多的太陽能光伏電動汽車充電，提高相關技術，使電動汽車能夠從容行駛在高速公路上。未來居民可以參與建設電動汽車充電站，利用自家樓頂或者住宅外墻搭建微電網在小區內建設充電站，實現電動汽車的V2G運行模式［4］。

5　結語

電動汽車直流充電樁控制系統是一個多任務系統集合，整體結構較為復雜，本文中筆者對此進行初步的研究，受到時間、設備及自身能力等因素的影響，相關研究還不是很完善，未來的研究可以朝著以下幾個方向進行：如何優化電動汽車直流充電樁控制系統軟硬件設計，促進系統性能的提高；電池管理系統對電池組均衡控制的策略分析，提高電池組控制效率，確保電池組運行安全；降低設計成本提高設計質量，設計出更加優秀的充電樁網絡，確保系統運行安全。

［1］聶雙.改變生活的十大惹眼發明（下）［J］.中國對外貿易，2015（12）：58.

［2］薛冰，蔡磊，王鵬，蔡文昌，王嗣舉.電動汽車智能充電樁管理方案［J］.低碳世界，2016（09）：23.

［3］張興平，饒嬈，馮一帆.電動出租車充電行為分析及綜合效益跨區域對比［J］.中國電力，2016（02）：11-12.

［4］陳麗丹，張堯.電動汽車隨機充電對配電網影響的研究［J］.電力科學與技術學報，2016（01）：89.