智能化充電樁模塊化設計及實現

王睿

摘要：本文針對智能、模塊化充電樁的發展趨勢，分析了電動汽車智能充電樁的組成和智能充電樁的原理，提出了充電電池多樣性、智能監控、通信和智能技術等功能需求。在此基礎上，設計了智能充電樁的模塊化設計方法，通過智能充電樁的硬件結構實現智能充電樁的功能設計。電動汽車具有廣泛的適應性和優良的經濟和社會優勢。

關鍵詞：智能化;充電樁;模塊化

引言

“十五”期間，為實現能源安全、改善大氣環境，國家制定了突破性發展戰略，設立了“電動汽車重大科技專項”，集中企業力量。高校和科研院所將電動汽車產業化技術平臺作為解決核心問題的核心研究任務，在一些核心技術上取得了較好的進展。隨著電動汽車產業的發展，二次充電基礎設施——智能充電假人越來越普及，人們對智能充電假人的研究也逐漸深入，加快充電假人基礎設施建設成為主要助推器。然而，電動汽車智能充電樁的優化設計和核心技術尚未得到研究和開發。

一、智能充電樁模塊化設計

智能充電樁的工作原理是當控制引導系統接入電動汽車充電接口時，通過智能人機交互界面發出充電控制指令，再由主控系統控制開啟。電動汽車的供電功能是通過斷開和閉合電池繼電器合閘開關的交流接觸器來實現的，用于控制主電路。智能計費檔還具有智能計費功能，將智能電表接入主電路，實現多段多費率計量功能，并將計量數據通過RS-485傳輸至控制系統，實現智能計量. 做。支付功能。智能充電樁的人機交互功能，RFID射頻技術可以實現身份識別，操作的基本信息可以輸入射頻卡，也可以用來支付賬單。智能語音提示和狀態燈也讓操作更簡單方便，智能操作員可以通過移動終端或文件顯示器操作充電假人，內置微型打印機還可以為操作員提供消費收據。多重通訊功能可將各種數據實時反饋至移動終端及管理平臺，讓充電假人使用更智能、更舒適。同時，合理使用斷路器浪涌保護器、急停按鈕等，會更好的保證智能充電假人的安全。

二、智能充電樁的基本功能要求是：

（1）適用二次電池的多樣性：充電假人應能夠為電動汽車充電，如鋰離子電池、鎳氫電池、鉛酸電池等。 （2）智能監控功能：可實時采集裝載樁的裝載狀態信息，將樁身信息實時傳輸至后臺管理系統，自動判斷錯誤信息切斷應急自動電源。保護等工作。 （3）通訊功能：充電文件必須具備與電池管理系統通訊的能力，能夠判斷是否正確連接到電池管理系統，獲取充電參數和實時充電。來自電池管理系統的數據。 （4）智能人機交互功能：簡單友好的人機交互界面，操作界面更智能，讓操作者擁有更舒適的操作體驗。根據以上對電動汽車智能充電樁需求的調查分析，智能充電樁的硬件可以分為三個模塊：功能結構模塊、人機交互模塊和安全保護模塊。

三、系統硬件設計

智能充電系統主要由充電電源和單片機控制電路兩部分組成。將220V交流主電源經整流濾波電路轉換為充電所需的直流9V電源后，控制降壓斬波BUCK電路給充電電池充電，電源轉換電路還包括輔助電路。單片機的微控制器和外圍電路供電，輔助電路主要用于通過低線性壓降電源轉換器（LDO）三端穩壓器將9V直流電轉換為3.3V。 ASM1117。控制單元采用MSP430F149單片機對充電電壓信號進行采集、分析處理、模糊推理、模糊判斷等，控制充電電壓和電流，控制電源的通斷時間。電池端子。降壓斬波電路中的晶體管。控制部分還包括電流溫度采集和電壓電流顯示。典型的智能充電系統需要完成對不同電池的充電，部分充電相關參數，如充電電壓、充電電流等，需要通過LCD實時顯示，同時進行恒壓切換。充電和恒流充電過程中及時斷開充電和充電關閉[3]。該系統包括由MSP430F149單片機組成的核心控制器、電源轉換電路、充放電控制電路、A/D采樣電路、人機交互界面等。

3.1 核心控制器設計

Texas ?Instruments ?的MSP430 系列單片機是超低功耗微處理器。 16 位RISC ?系統通過16 位CPU ?集成寄存器和常數發生器實現最大代碼效率。 MSP430 的16 位定時器是工業控制的理想配置，例如紋波計數器、數字電機控制、電表和手持設備。硬件乘法器大大增強了功能，提供了一系列兼容的軟件和硬件，并提高了數據處理能力。

濾波器采用LC-Pi濾波器，由于電感對直流電阻小，對交流阻抗大，可以大大降低輸出電壓的脈動系數，濾波效果好。穩壓電路采用二極管穩壓電路。我們的電路還需要為MSP430F149 微控制器和外圍設備供電，因此我們還需要一個具有3.3V ?輸出的電路。這里我們使用AMS11173.3 三端穩壓器直接將9V ?DC ?轉換為3.3V。AMS1117 系列穩壓器提供可調和各種固定電壓版本，旨在提供1A ?輸出電流，工作電壓差可低至1V。在最大輸出電流下，AMS1117 器件的壓降保證不超過最大值1.3V，隨著負載電流的減小逐漸減小。 AMS1117 的片上微調已經過調整，可以將參考電壓調整到誤差的1.5% 以內，并且還調整了電流限制，以最大限度地減少由于穩壓器和電源電路引起的過載。壓力。 AMS1117 器件的引腳與其他3 端SCSI ?穩壓器兼容。對于本設計，選擇AMS11173.3 為微控制器提供3.3V 電源。

3.2充放電控制電路設計

直流斬波電路的功能是將直流電壓直接轉換為另一種固定電壓或可調直流，也稱為DC-DC轉換器（DC/DCConverter）。我們在這個智能充電樁中使用降壓斬波電路來獲得所需的電壓（或電流）。要構建此電路，只需要一個開關管、一個續流二極管和一個LC ?電路。在這個電路中，要串聯一個電感量較大的電感，使負載電流連續，脈動少。設計充電站最有效和最經濟的方法是使用開關穩壓器作為降壓轉換器。降壓轉換器使用電感器來存儲電能。來自脈沖控制PWM ?的信號控制充電開關。當開關閉合時，電荷假人（charge ?dummy ?Vin）提供的電壓會導致電流在電路中流動，這反過來又通過電感對電容器充電。當接通時，電感器試圖保持電流流過感應電壓，但不能立即充電[6]。然后電流流過肖特基二極管，對電容充電，重復這個過程，通過降低PWM占空比，縮短開關導通時間，降低平均電壓。相反，通過增加PWM ?占空比來延長關斷時間會增加平均電壓。因此可以通過控制PWM ?占空比來調整充電電壓（或電流）以獲得需要的輸出。采用PWM方式控制的開關電源可以降低功耗，同時便于數字控制，但總線紋波系數較大。該電路還包括放電電路，用于鎳氫、鎳鉻電池等，如果電池剩余量大，就會產生枝晶，出現電池的記憶特性。氫氣和鎳鉻在仍有大量電量時被排放。 PWM ?占空比控制和電池放電由程序控制。

3.3 報警電路設計

報警電路采用通用聲光報警電路實現發光二極管和通用蜂鳴器，通過軟件設置相應的報警方式提醒用戶系統是否發現錯誤。由于系統錯誤，充電被關閉，LED ?亮起，蜂鳴器連續鳴響5 次。

結語

智能交流充電樁是一款電動汽車充電助手，集控制、管理、查詢、顯示等功能于一體，智能控制整個充電過程。充電站是電動汽車必不可少的基礎設施，適用于各種露天和地下停車場，如公共停車場、小區停車場、企業停車場等。由于電動汽車每天需要補充大量電能，運營充電站可以從充電服務中產生巨大的收入。與加油站相比，電能更安全、更方便，到處都可以安裝大量的充電站。

參考文獻：

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