電動汽車交流充電樁控制系統設計

陳 磊 梁怡靜 黎向陽

西安特銳德智能充電科技有限公司 陜西 西安 710065

1 智能充電系統的總體要求

智能充電裝置以其操作方便，性能穩定，應用可靠，維護維修方便已經成為電動汽車所需的重要基礎設施，也逐漸得到大家的關注，如何使充電裝置更加智能、可靠、有效成為當前科研工作人員普遍關注的重點。在電動汽車的智能充電系統設計中，電能主要通過電網傳遞到相應的充電裝置進行中轉，而在這一過程中充電裝置則發揮著中轉電能的積極作用，這就要求我們的充電樁裝置應該具備良好的安全性、便捷性、高效性。基于這樣的設計需求，本文分別從軟件系統設計與硬件系統設計二個方面進行了陳述。

2 電動汽車智能充電樁的充電方式

2.1 交流式充電 交流式充電就是與交流電網進行連接，通常采用220V 或者380V 的交流電來實現對電動汽車的充電，交流方式的充電過程較長，同時在進行電源連接的過程中需要充電裝置具有較強的安全性。其次，由于充電時間長，降低了客戶的駕駛體驗，給客戶帶來的諸多不便，因此交流式充電一般用于小型電動汽車或混合動力汽車的充電之中。

2.2 直流式充電 直流式充電就是直接為電動汽車電池充電，對于電動汽車來說在這一過程中由于直流充電不需要電流轉化裝置，因此減少了電動汽車的載荷，降低了電動汽車的自身重量，同時在使用充電裝置的過程中提高了充電功率，減小了充電時間，給予了客戶更優良的體驗。但直流充電對電網的要求比較高，因此在布置充電樁時需要考慮對電網的保護。

3 電動汽車交流充電樁控制系統的硬件設計

由上文知，不論是從技術層面還是應用層面來看，電動汽車智能充電樁的設計與定位，既要保證充電的高效性、可靠性、安全性，還應該能夠滿足絕大部分環境的需求，因此綜合來看交流充電的方式，相對于更換電池組和非接觸式充電的成本更小，可靠性更高。

3.1 主控制器選擇 作為整個充電系統控制的核心，本文的主控制器選擇了ST M32F107 VCT6微控制器，該型號的控制器具有良好的互聯性，工作頻率在72 MHz，包含了是2個12位的ADC，4個通用的16位計時器和一個PWM 定時器，同時還包含有標準的通信接口，這為控制器與其他外部設備的連接提供了基礎。其次，該器件同時提供了以太網接口，極大的方便了電路設計。

3.2 充電電壓測量電路 本設計中還設計了電壓測量環節，通過互感器將電壓轉化成比例轉化成電流，進而完成小信號的測量，例如在對220V的電壓進行測量時，互感器可以將其變為2-5 mA 的電流，通過小電流的轉變降低了檢測系統電路的復雜性，降低了大電阻分流的影響。同時，由于采信號為交流電，信號有正負之分，因此在測量電路中還設置有A/D 轉換模塊，將其轉化為0～3.6伏的電壓，進而通過轉化將交流電壓變成直流電壓進行采樣，解決了A/D轉換器輸入范圍的問題，擴大了轉化器的檢測范圍，同時有利于后續同步采樣的實現。

3.3 控制導引電路與功能模塊 控制導引電路完成充電前充電樁與電動汽車的連接確認、供電功率及充電連接裝置載流能力的識別和充電過程的監測等任務。MCU 通過檢測點不同的電壓值來判斷所處狀態。其次，設計了功能模塊，功能模塊的設計可以進一步提高充電樁的工作效率，同時擴展了充電樁的性能，進一步滿足了用戶的需求和體驗，其主要包括主控模塊、人機交互模塊、IC卡模塊、計費模塊、通信模塊、安全模塊等。在進行主程序開發的過程中，還可以為充電裝置搭配相應的功能程序，進而實現充電樁與客戶通信設備之間的信息交互。其次，通過安全模塊的設計，實現用戶數據的加密，進而保護用戶隱私與用戶信息安全，使其不被外界竊取。

3.4 環境和電磁設計 由于充電樁通常被布置于室外，因此在進行充電樁控制系統的設計的過程中，還應該考慮其抵抗極端自然環境的能力，同時由于電動汽車智能充電系統采用交流充電的方式，同時還應該具備相應的抗電磁干擾能力，能夠抵抗常用電子設備的弱電磁干擾，進而保證整個充電過程的平穩、安全、可靠。

4 電動汽車交流充電樁控制系統的程序設計

在進行電動汽車交流充電控制系統的設計過程中，還應該完成系統軟件程序的設計，應該包含初始化、自檢信息識別、連接確認、充電過程時監控等功能，如在用戶信息識別單元，可采用射頻技術實現用戶信息的讀取、結算和確認；在充電監測部分，可采用對數據信號的實際監測與分析，及時確定充電電纜的連接狀態和充電裝備的帶電狀態，其次還可以設置與其他電路模塊之間的監測程序，以便應對充電系統的突發射頻情況，保護充電設備和受電設備的安全。控制流程如圖1所示。

圖1 控制系統流程圖

5 結語

總而言之，智能充電樁的設計是一個復雜且綜合的過程，在整個設計過程中工程技術人員既要考慮充電樁的工作效率、安全性、可靠性，同時還要考慮充電裝置的適用性，通過合理的設計不擴大充電裝置的適應能力，進而為電動汽車的智能充電控制系統的發展帶來積極的促進作用。