电动汽车直流充电桩控制系统设计

西安特锐德智能充电科技有限公司　卫建荣　袁庆民　李建华　孙　景

电动汽车直流充电桩控制系统设计

西安特锐德智能充电科技有限公司卫建荣袁庆民李建华孙景

目前我们国家面临着严峻的生态环境恶化问题，在这样的形势下，人们生活中出现大量的电动汽车，在给人们带来方便保护环境的同时也给人们提出更高的技术要求，其中就需要做好电动汽车质量充电桩控制系统设计。作为给电动汽车提供能源的装置，直流充电桩本身具有可直接充电的特性，因此有必要做好电动汽车直流充电桩控制系统设计研究工作。

电动汽车；直流充电桩；控制系统设计

0　引言

社会经济发展促进人们物质生活水平的提高，汽车数量及规模迅速增长，这也造成汽车尾气排放量增长迅速，带来严重的生态环境问题。电动汽车就是在这种背景出现的，虽说电动汽车可以有效缓解环境污染，但其本身受到电池容量及充电难等问题的影响，对电动汽车的发展推广造成极大影响。因此有必要做好电动汽车直流充电桩系统设计工作。

1　电动汽车直流充电桩概念分析

随着全球生态环境恶化，世界各国都意识到环境保护的重要性，在国内大力推广电动汽车，进而带动电动汽车充电桩设计研究工作的进展。在我国也是如此，国内各个地方都开始启动电动汽车桩建设计划。据权威部门统计数据现实，截至2015年年底，我国建成的电动汽车充电站近800座，其中充电桩约为3.5万个，可以同时给14万电动汽车提供所需的服务［1］。可以说电动汽车充电基础设施建设行业有着巨大的发展潜力，具有广阔的发展前景。电动汽车充电桩固定位置没有特殊要求，一般情况下可以直接固定在地面或墙壁上。充电桩可以根据电动汽车型号的差别提供不同的电压等级。直流充电桩是直接安装在电动汽车外面，直接连接交流电网，给电动汽车提供直流电源的供电装置。直流充电桩本身具有极为鲜明的特点：功率足够大、输出电压电流范围广、短时间快充等优点。但直流充电桩会损害电网，所以实际设计及建设过程中需要做好电网的保护工作。

2　电动汽车直流充电桩设计原理

电动汽车交流充电桩采用的是交、直流供电方式，交流工作电压是220V或者380V，可以针对不同型号的电动车，采用相应的电压等级进行充电，普通纯电动轿车用充电桩充满电需要4-5个小时。直流充电桩的输入电压采用三相四线AC380V，频率50HZ，可提供足够的功率，并且输出为可调直流电，因此可满足快充的要求［2］。电动汽车充电桩、集中器、电池管理系统、充电管理平台等相辅相成，构成了充电桩系统。本文中电动汽车直流充电桩充电模块的原理：整流滤波处理三相交流电后，将交流电转为直流电提供给IGBT桥。接着IGBT桥被控制器通过驱动电路作用，再次实现直流与交流的转换。转换后的交流电通过高频变压器的变压隔离后经过整流滤波变为直流脉冲，实现对电动汽车电池组的充电。充电过程中控制器会自主检测电池端电压及电流大小，自动调整充电参数。为了保护直流充电桩控制系统运转的正常，设计过程中设计了过流保护电路、过压保护电路及过温保护电路三重保护电路，有效提高系统安全性。

图1　充电模块原理图

3　电动汽车直流充电桩控制系统硬/软件设计

3.1硬件设计

直流充电桩控制系统本身结构复杂，由很多构件组成，常见的包括主控板、指示灯以及接触屏等部分。主控板是直流充电桩最核心的组成部分，是有效控制充电过程中的主要元件。实际充电过程中主控板将充电桩的工作数据采集后通过多种通讯方式传输至后台。主控板的功能特点包括6个串口，下位机检测及数据采集办卡通过顺行总线与监测充电桩CPU模块通信，为了方便观察上位机具备显示功能；设置监控单位是为了更好的监测充电桩的运行状态，包括尽显输入电压、充电时输出电压等状态进行全方位检测，及时发现故障采取措施进行完善，确保充电桩控制系统运行正常［3］。

3.2软件设计

当电动汽车充电的时候，操作人员只需将充电桩的充电手柄与电动汽车充电插口对接，确保两者充分接触后将IC卡片放置在刷卡区，操作者只需要按照相关提示操作即可：充电接口连接以后，根据需要选择合适的充电模式，选择好之后方可进行充电；充电过程中监控单元起着监测作用，监控充电电压电流、充电接口等环节的实施情况，一旦发现异常则会发出警报，提醒相关人员及时采取措施。编写主程序的时候，坚持模块化的原则，如此才能确保充电桩运行的高效性。主程序分为中央控制、通讯等模块。当激活充电桩后，各模块在主程序的协调下顺利完成整个流程，并确保运行过程中各个模块之间不会产生影响。

4　电动汽车直流充电站发展趋势

电动汽车充电站的建设需要技术突破，但更需要政府政策扶植。首先，针对一些公务用车、城市公交集团公共公车、出租车还有一些旅游景点观光车的示范运营项目。现有的电动汽车充电站竞争者主要有:电力公司、石油企业，未来可能加入竞争的有电池生产企业、电动汽车企业等。未来电动汽车驾驶着对充电站的可选择性将大大超过传统加油站，消费者可以选择在道路边的充电桩、购物商场充电站，甚至是居住社区停车场充电桩等地点进行电动车充电，这将给充电站运营商带来巨大的竞争压力和活力。政府应该规划在高速公路建设更多的太阳能光伏电动汽车充电，提高相关技术，使电动汽车能够从容行驶在高速公路上。未来居民可以参与建设电动汽车充电站，利用自家楼顶或者住宅外墙搭建微电网在小区内建设充电站，实现电动汽车的V2G运行模式［4］。

5　结语

电动汽车直流充电桩控制系统是一个多任务系统集合，整体结构较为复杂，本文中笔者对此进行初步的研究，受到时间、设备及自身能力等因素的影响，相关研究还不是很完善，未来的研究可以朝着以下几个方向进行：如何优化电动汽车直流充电桩控制系统软硬件设计，促进系统性能的提高；电池管理系统对电池组均衡控制的策略分析，提高电池组控制效率，确保电池组运行安全；降低设计成本提高设计质量，设计出更加优秀的充电桩网络，确保系统运行安全。

［1］聂双.改变生活的十大惹眼发明（下）［J］.中国对外贸易，2015（12）：58.

［2］薛冰，蔡磊，王鹏，蔡文昌，王嗣举.电动汽车智能充电桩管理方案［J］.低碳世界，2016（09）：23.

［3］张兴平，饶娆，冯一帆.电动出租车充电行为分析及综合效益跨区域对比［J］.中国电力，2016（02）：11-12.

［4］陈丽丹，张尧.电动汽车随机充电对配电网影响的研究［J］.电力科学与技术学报，2016（01）：89.