浅析电动汽车充电桩系统设计

赵慧娟

摘要：新能源汽车的优越性日益显著，与之相配套的电动汽车充电桩迅猛发展。电动汽车交流充电桩利用标准的充电接口为车载式充电机提供电源，具有电能计量、计费、通信、控制等功能。直流充电桩则采用CAN通讯接口，直接接入蓄电池进行充电。目前充电桩系统采用的三种主流技术方案各有优劣，用户可以根据设计要求和成本，选择相对应的设计方案。

关键词：电动汽车；充电桩；技术方案

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2017）30-0255-02

Analyses the Electric Car Charging Pile System Design

ZHAO Hui-juan

（Jiuzhou Polytechnic， Xuzhou 221116， China）

Abstract： The advantages of new energy vehicles is increasingly significant， and the rapid development of electric vehicle charging pile. The electric car ac rechargeable pile USES the standard charging port to provide the power supply for the car carrier charger， which has the functions of power measuring， charging， communication and control. The dc charging pile USES the CAN communication interface， which is connected directly to the battery. Currently， the three main technology schemes adopted by charging pile system have the advantages and disadvantages， and the user can choose the corresponding design plan according to the design requirement and cost.

Key words： the electric car； charging pile； technical solution

国务院办公厅提出“我国的新能源汽车产能在未来五年要突破90万辆，新能源汽车的保有量计划占乘用车总量的8%左右”[1]。新能源汽车的推广示范点正逐渐扩大，参与节能减排的城市愈来愈多。在新能源汽车的推广中，电动汽车充电桩的发展也迎来了春天[2]。在电动汽车的产业王国里，电动汽车充电桩起着重要的支撑作用，发展前景十分广阔。

1 电动汽车及其电池

通常来讲，当前的电动汽车外观上与普通汽车是一致的，区别主要在于动力源及其驱动系统。也就是说，电动汽车中的发动机变为电动机，没有了油箱，将蓄电池安装在里面。因此电动汽车就是靠电力来驱动的，这种汽车有很多的优点，所用的蓄电池是采用全球最流行的锂电池。目前将电充入到电动汽车中的做法有很多，使用最多的有常规充电、更换电池以及快速充电[3]。常规充电具有简便易行，适应范围广的特点，但是充满电消耗的时间较长。换电池的做法具有减少电费的优势，但是需要尽量安置相当多的充电地点。使用快速充电的方法，可以保证顺利且时间短地将电充入电池，但是充电的时候电流过大，容易损坏电池。目前，各公司主要研究移动式充电、无线式充电，还处于研究阶段。

2 充电桩

2.1 充电桩简介

充电桩一般采用专用充电接口，给电动汽车的车载充电机充电，固定在某个位置，在电动汽车充换电系统中充电桩是最重要的设施。充电桩可以通过投币、IC卡、手机支付等方式进行计费[4]。充电桩分直流充电桩和交流充电桩两种。直流充电桩是一种小功率直流供电装置，可以直接给蓄电池充电并实时监控蓄电池的充电状态，对充电的电量计费。交流充电桩与交流电网连接，输出是220V的交流电。交流充电桩使用车载充电机对电动汽车蓄电池进行充电。

2.2 交流充电桩功能概述

交流充電桩采用交流三相四线380V输入，220V交流输出，具有可定时、充满自断电的充电模式；交流充电桩采用触摸屏进行人机交互。在界面上可以设置充电的模式、电量、充电及剩余实间、计费信息等。交流充电桩具有IC身份识别功能，能够自识别充电连接的情况，确定是否充电[5]。交流充电桩采用国家电网的标识，安装有漏电保护器，具有安全防护保护功能。

图1 典型交流充电桩的充电原理框图

交流充电桩的核心是CPU控制器，采用主流的ARM9处理器，主回路由输入保护空气开关、交流控制接触器、交流智能电能表、充电接口连接器组成。输出端与充电机相连接；车载充电机将输出的交流电220V整流、功率转换，转换后的直流电输出给蓄电池。CPU控制器控制显示模块，一般采取触屏式LCD显示，读卡器读IC卡信息，打印机主要用于打印票据。二次回路中设有急停按钮、充电桩智能控制器、计量表等。CPU控制器控制的引导线接电池管理系统，主要目的是实时监控充电的状态[6]。

2.3 直流充电桩功能概述

直流充电桩的相关的性能跟与交流情况基本一致。然而只是电流不一样，一个是直流，一个是交流。

首先，交流电源要在整流滤波的作用下，将交流电整流成直流电，然后输入到IGBT桥。此时的控制部分必须要在驱动电路的基础上让IGBT启动，将直流变为所需要的脉宽调制的交流。最后需要进行相关的隔离，再经过整流滤波进一步获得直流充电方式。但是此时需要在相关控制电路的反馈下完成检查功能，主要是针对实时的电压以及电流。同时获得相关的端电压，就能够保证相关的控制装置能够处理。通常情况下，如果出现了很高的电压，那么就会启动放电电路，这样就能够保证电池不受损坏。相关的充电桩要包括辅助电路，这样就能够保证其他电路元件能够正常工作。同时还需要相关的保护电路，这样能够保证系统在工作的时候稳定。在控制装置上必须要有相关的数据信息，例如电量值、时间、用户信息等等。