电动汽车直流充电桩的设计与研究

白磊成

【摘 要】充电桩是电动汽车的能源来源，而直流充电桩输出的是可调直流电，调整范围大，可以实现直接为电动汽车的动力电池快速充电的要求。本文首先介绍充电桩的发展现状，然后对直流充电桩原理进行分析，并对直流充电桩进行硬件和软件的设计。加强其研究才能为电动汽车的发展奠定良好的基础。

【关键词】电动汽车；直流充电桩；快速充电

【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

随着全球能源危机的不断加深，各国政府及汽车企业普遍认识到节能和减排是未来汽车技术发展的方向，发展电动汽车将是解决这两个问题的最佳途径。近年来，汽车工业正逐渐朝向环保清洁的方向发展[1]。本文所研究的直流充电桩作为充电基础设施的一部分对于推进电动汽车的普及具有重要的意义。

1 直流充电桩的概述

电动汽车充电站（桩）的建设正在世界各国迅速铺开。日本、美国、德国等国家已经全面开展电动汽车充电桩建设的计划。近年来，中国各地纷纷建立电动汽车充电站（桩）。截止2014年底，我国共建成780座充电站，3.1万个充电桩，为超过12万辆电动汽车提供充电服务[2]。2015年以来，我国接连出台了《关于加快电动汽车充电基础设施的指导意见》和《电动汽车设施发展指南（2015—2020）》，明确提出到2020年要完成为500万辆电动汽车配套建设相应规模的充电基础设施的任务目标。我国电动汽车充电基础设施行业发展潜力巨大，未来市场前景广阔。

充电桩可以固定在地面或墙壁，可以根据不同的电压等级为各种型号的电动汽车充电[3]。直流充电桩是固定安装在电动汽车外，与交流电网连接，可以为车载动力电池提供直流电源的供电装置。直流充电桩可以提供足够大的功率，输出的电压、电流调整范围大，可以实现快充的要求，但是会对电网构成一定的损害，因此在建设过程中应该加强对电网的保护。

2 直流充电桩原理

本文设计充电模块的原理是：首先是三相交流电经由整流滤波后，变成直流输入电压供给 IGBT桥。控制器通过驱动电路作用于IGBT，使直流电压又转换为交流电压。接着，交流电压经高频变压器的变压隔离，再次经整流滤波得到直流脉冲，进而对电池组充电[4]。控制器会根据检测到的电池的端电压、电流大小实施控制策略，实时改变充电参数。其中，过流、过压和过温保护电路是为了保证系统安全可靠的工作。充电模块原理框图如图1。

3 硬件设计

直流充电桩复杂程度高，组成构件较多，包括主控板、接触屏、指示灯等。具体硬件组成如图2。

直流充电桩的组成构件中，主控板是最核心的组成部分，能够对充电过程进行有效控制，而且可以利用多种通讯方式将充电桩的工作数据传输至后台。主控板的主要功能特点包括：具有6个串口，下位机检测以及数据采集办卡通过通用串行总线和上位机CPU模块进行通信，同时上位机具有显示功能[5]。监控单元是为了实时监测充电桩的运行状态。该单元对充电桩的进线输入电压，充电输出电压电流，充电接口状态，电池管理系统状态，电池状态等进行实时监控。

4 软件设计

电动汽车需要充电时，将电动汽车的充电插口与充电桩的充电手柄相连接，然后将IC卡放置刷卡区，根据显示屏提示进行操作，连接充电接口，选择具体的充电模式，然后进行充电[6]。而监控单元则会在整个充电过程中，对充电电压电流，充电接口连接情况等进行实时监控，如果发现异常，则会立即发出警报。

主程序在编写时，采用模块化的原则，这样能够保证充电桩高效的运行。主程序可分为：中央控制模块、IC卡识别模块、通讯模块、显示模块、打印模块、检测模块等。当充电桩激活时，主程序协调各模块之间的工作从而完成整套流程，多线程处理确保各模块间互不影响。

5 结束语

本文分析了直流充电桩的硬件设计与软件设计，综合考虑充电桩的实际应用需要，确保充电桩设计的可行性，促进电动汽车的发展。

【参考文献】

[1]王涛.电动汽车充电桩的控制系统研究与设计[J].湖北电力，2011，35（1）：11-12.

[2]齐文炎，霍明霞.杨延超.电动汽车交流充电桩浅析[J].农村电工，2010，9.

[3]陈良亮，张浩，等.电动汽车能源供给设施建设现状与发展探讨[J].电力自动化系统，2011，35（14）：11-17.

[4]刘鑫爽.电动汽车充电桩的设计及其控制方法研究[D].柳州：广西科技大学，2013.

[5]饶运涛，邹继军，郑勇芸.现场总线 CAN 原理与应用技术[M].北京：北京航空航天大学出版社，2002.

[6]朱光欢.电动汽车车载充电机及其相关技术研究[D].广州：华南理工大学，2011.

[责任编辑：汤静]