直流快速充电设施研究

北方工业大学微电子系 王 超

直流快速充电设施研究

北方工业大学微电子系 王 超

针对当前电动汽车续航能力严重不足以及不能及时充电的问题，将电力电子变流技术、智能监控技术、CAN 总线技术及Wince系统应用到电动汽车智能充电桩的设计与研究中。开展了无人值守的智能电动车充电桩的现实依据和理论可行性分析，提出了一种电动汽车智能充电桩的软件设计方法和硬件结构组成方案。本文主要简述了电动汽车充电桩的设计流程、工作环境和工作原理等相关信息。同时介绍了电动汽车充电桩在未来的发展前景与目前的状况。

电动汽车；充电桩；Wince； 智能监控

1.背景

在电动汽车快速发展的同时，作为电动汽车发展产业链上的重要组成部分，电动汽车充电设备也应运而生，不断发展。许多发达国家的政府和汽车制造商都致力于电动汽车技术的研发与应用。由于技术发展的限制，我国进入电动汽车充电技术的研究领域晚于国外，但是近年来得益于相关的扶持政策，以及高校、科研机构和企业在相关领域的合作，目前电动汽车充电技术已取得了一定的突破，电动汽车充电设施建设也呈现良好的发展势头。

2.电动汽车充电桩总体设计

电动汽车充电桩数据采集处理系统的设计主要以国家电网电动汽车充电桩企业标准为依据。充电桩数据采集处理系统主要实现人机交互、刷卡消费、计量、安全防护、照明等基本功能。

图1 充电桩硬件结构示意图

电动汽车充电桩的数据采集处理系统主要由主控板和Wince控制系统、打印机、读卡器、电能表、急停按钮、充电连接器、电涌保护器、断路器等外接设备组成，充电桩的硬件结构如图1所示。

Wince控制系统主要实现人机操作和充电管理功能，其为一个ARM10的主控板，在其中烧录编写的程序从而实现对部分外围设备的控制和主控板的通讯。Wince控制系统外接设备主要由打印机、读卡器、电能表和移动通讯模块等组成，从而实现充电桩的人机交互、刷卡消费、计量、打印等基本功能及保证电动汽车充电桩的正常安全运行。微型打印机、数字电表、IC读卡器、移动通讯模块与Wince控制系统连接。主要功能是显示运行信息和接收用户操作命令，实现自助充电功能。交易结算单元主要是对用户的充电电量、交易金额、交易信息等数据进行处理和传输，采用IC卡技术，为用户提供便捷的支付手段和有效的身份认证管理;数字电表采用电能计量单元由单相电能计量模块实现，通过通信接口向微处理器发送充电桩运行过程中的电压、电流、电量等实时数据，将相关数据发送给系统。

主控板主要实现充电过程控制和充电状态实时监测作用，以微处理器为核心，对充电桩的运行数据进行处理，通过外围设备接口电路设计和控制程序设计实现充电桩的运行管理。主控板主要外接设备有监控板、电池管理系统、按键显示系统等。

监控板与主控板进行连接，通过DA控制充电电压和电流按照设定参数输出；通过AD数据采集，实时采集工作时的温度、充电电压、电流以及一些故障信息，进行收集与分析，并反馈给系统，根据信息发布指令进行充电。指示灯安装在充电桩的前面板，采用不同发光颜色的灯指示充电桩当前的工作状态,对用户在使用充电桩时提供运行状态指示。

3.主控板设计

主控板主要实现充电过程控制和充电状态实时监测作用，以微处理器为核心对充电桩的运行数据进行处理，通过外围设备接口电路设计和控制程序设计实现充电桩的运行管理。主控板主要外接设备有监控板、电池管理系统、按键显示系统等。

图2 STM32电路图

图3 ADC电路图

微处理器系统硬件实物如图2所示，以STM32处理器为核心设计一块独立的充电桩控制板。在控制板上设计有排针、排座和DP9式的接口，方便与外围功能设备连接。

本充电桩具有两路A/D转换和一路D/A转换进行电压电流以及温度等相关量的采集，传送给上位机。选择的芯片是TLV6538，它是一个12位的D/A转换器，数据传输接口为3线的串行接口，该接口能够与常用的微控制器或者微处理器直接连接。每次传输数据由16位数据组成一帧，其中4位控制命令字，12位输出数据。如图3所示。

图4 CAN总线图

为了实现与上位机的通信和多个模块串并联时的相互通信，本系统加入串口和CAN通信，具体电路如图4所示。

图5 软件流程图

4.控制板软件设计

单片机是采用STM32F103VBT6芯片, ST公司给出了该单片机底层库和丰富的例程，在使用时只要调用需要的库函数即可，这样既方便使用又可避免底层程序的BUG，本系统总流程如图5所示。

5.总结与展望

本文根据功能的需求设计出了一款基于wince的电动汽车充电桩。经过精心调整测试使整体的软、硬件功能均能达到要求。并且在最后的实际测试中达到了预期的目标。

[1]姜石.电动汽车充电设施建设的管理与建议[J].文化产业,2015,03.

[2]徐学勇.2015年是电动汽车充电桩的元年.搜狐新闻.2015.3.17.

[3]孟祥军,梁涛,王兴光等.电动汽车只能充电桩的设计与实现[J].信息技术与信息化,2011, (6):58-61.

[4]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,2011,6:14-15.