基于電池實時電壓以及溫度控制的電動車充電控制系統的設計

王斌 戴菲菲 王燕飛

臺州市產品質量安全檢測研究院

前言：隨著城市的不斷發展，汽車已經成為人民主要的交通工具，但是由于停車位的短缺以及交通的擁堵，現在越來越多的人選擇電動車作為短途出行的交通工具。根據統計發現，我國擁有的電動車超過了三億輛[1]。安全無小事，近些時間時常可以看到一些電動車充電發生火災的報道，究其主要原因要是電動車長時間充電導致充電器線路老化，繼而發熱引發火災[2]。針對上述情況設計了基于電池容量以及溫度控制的電動車充電控制系統。

一、系統設計

本文設計的系統主要分為四個模塊：電壓控制模塊、溫度控制模塊、時間控制模塊和報警斷電模塊。系統的總體設計如圖1所示。

圖1 系統總體設計

二、電壓控制模塊設計

因為電壓控制模塊放置在電動車內，所以該模塊與控制模塊的通訊采用無線方式，本文采用Zigbee傳輸方式。電壓控制模塊主要是采用電壓傳感器采集電動車電池的實時電壓值并上傳至控制系統，可實現電動車防過充的功能，同時用戶可自主設置充電程度，一般建議充電至80%、90%或者100%，當充電過程中，電池實時電壓值達到設定的電壓值時，電壓模塊會觸發信號，并通過無線傳輸方式將之發送至報警斷電模塊，達到斷電的功能。

電壓控制模塊由電壓傳感器、微控制器、ZigBee通信模塊以及供電模塊組成。電壓傳感器主要用于測量實時的電池電壓值，微處理器主要對傳感器采集的處理進行簡單處理后，通過SPI接口與Zigbee通信模塊連接并實現數據的傳輸。CC2530射頻收發器集成了8051微處理器，可直接實現與傳感器的連接以及數據傳輸。

圖2 電壓控制模塊設計

三、溫度控制模塊、時間控制模塊以及報警斷電模塊

溫度控制模塊主要是通過溫度傳感器實時測量充電過程中充電器的溫度，同時用戶可以自主設置報警的溫度，當實時監測的溫度超過預設置的數值時，溫度控制模塊就會將控制信息通過串口傳輸至報警斷電模塊；時間控制系統可讓用戶自主設置充電時間，當計時模塊到達設定時間時，就會通知報警斷電模塊；報警斷電模塊主要是由通訊模塊，控制模塊以及控制閥組成，當報警斷電模塊接收到其他三個模塊的控制信息時，就會通過控制閥斷開與電源的連接。

四、軟件設計

在充電前，用戶設定報警溫度（必選）、充電時長（非必選）、報警電壓（如果用戶不填寫該值，默認充電至80%），然后啟動充電。同時將充電器放在平坦處，將溫度傳感器緊貼充電器表面，這樣可以比較準確的檢測充電器表面的實時溫度。如果在充電的過程中充電器的溫度突然升高達到預設置的報警溫度時，控制系統會斷開與電源的連接；當電動車電池實時電壓達到設定電壓值時，電壓系統會通知控制系統斷開控制閥；當電動車充電時間達到設定時間后，計時模塊會發出一個信息通知控制模塊斷開控制閥，從而達到精準控制電動車充電狀態。軟件設計如下：

圖3 軟件設計圖

五、結論

電動車及其它電氣產品的充電安全問題將更加重要。本文設計能夠適配所有的充電器，若是能成功推廣，將極大程度地減少電動車火災的數量，能夠很好的火災預防效果。