电动汽车交流充电桩智能控制系统设计

郭瞻 肖祖铭

摘 要：在全面建成小康社会的过程中，生态文明建设领域的工作日益深入推进。电动汽车凭借其清洁、环保与节能等优势，得到了越来越广泛的运用。本文重点论述设计电动汽车交流充电桩智能控制系统的研究内容、研究方法、研究目标和拟解决的关键问题，完整描述了“理论研究+技术探讨+样机研制+应用验证”的总体技术路线。

关键词：电动汽车;交流充电桩;智能控制系统

中图分类号：TM910.6;U469.72 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2018）28-0110-02

Abstract： In the process of building a moderately prosperous society in an all-round way， work in the field of ecological civilization construction is being further deepened. Electric vehicle is widely used because of its advantages such as cleanliness， environmental protection and energy saving. This paper focused on the research contents， research methods， research objectives and key problems to be solved in the design of intelligent control system for AC charging piles of electric vehicles， and described the overall technical route of "theoretical research + technical discussion + prototype development + application verification".

Keywords： electric cars;communication charging pile;intelligent control system

新能源汽车产业快速发展，带动了新能源汽车的普及和广泛运用。电动汽车补充电能的主要设备包含三种形式：电池更换、充电桩、充电站。由于电动汽车本身没有固定的行驶范围，不具备较强的续航能力，为了确保电动汽车的正常运转，构建全方位、网络化的充电桩、充电站是尤为必要的。因此，集中式的各类充电站与灵活布点的各种充电桩，是充电设施发展的方向。电动汽车包含两大类能源补充形式，分别是交流充电桩（站）与直流充电桩（站）。后者能帮助电动汽车实现快速充电的目标，前者能为电动汽车补充生活中常见的交流电电源，适宜安装在住宅小区、大型停车场、医院、商场等场所，为电动汽车安全方便地充电。

1 研究目标与关键问题

1.1 研究目标

本课题密切结合国家关于电动汽车交流智能充电桩的相关设计标准与国内外知名企业的技术标准，充分研究了电动汽车交流充电桩的建设需求，旨在设计一种电动汽车交流充电桩的新型智能控制系统。该系统不仅要符合国家在这方面的相关标准，而且要符合部分企业的相关技术标准，能充分满足各类用户的充电需求，有效实现多种主要功能，如刷卡付费、人机交互、电能量计算、自检、防护、通信等[1]。

1.2 拟解决的关键问题

笔者在设计该充电桩智能控制系统的过程中，设法使其同时具备人性化、集成化、智能化等多种特点。在研究和设计过程中，应重点解决下列多个问题。首先，该系统应该实现多个功能，如刷卡付费、人机交互、电能量计算、防护、通信等。其次，应科学设计該系统的相关硬件电路。最后，精确地设计相应的软件程序。

2 可行性分析

第一，有关模块技术比较成熟。这个智能控制系统涵盖了社会各界普遍运用的三种技术，分别是通信模块技术、电源模块技术与控制模块技术。所以，该项目的研究重点是如何有效地把这些功能模块的相关技术融合到一个系统中，制成相应的样机，从而实现汽车智能化监控、控制与检测模块的三合一。

第二，本项目组成员的科研水平较高，拥有丰富的项目开发经验和实践经历。本项目组曾经主编了汽车电子领域的多部教材，撰写与发表了关于汽车电子控制领域的多篇论文，而且还主持过市级、省级的多项重要课题。

第三，相当多高水平的校企合作企业为本项目提供了技术、场地与车辆支持。比如，辉煌汽车销售公司下属的东风悦达起亚汽车4S店、景德镇市的昌河铃木公司（大型汽车制造企业）、力帆汽车特约宏达维修站等，都为本项目的研究活动提供了大力支持，所以本项目的相关研究目标是能够实现的。

3 研究方法和创新

3.1 拟采取的研究方法

首先，笔者系统收集了该领域的相关文献资料，积极学习与借鉴学界、实务界的相关研究成果，掌握了行业标准、国家标准对交流充电桩的消费功能、环境需求与外形结构等多个领域的需求。其次，分析比较法。笔者全面分析和比较了不同类型的电动汽车交流充电桩控制系统所具备的优点和存在的主要缺陷，设计的交流充电桩控制系统具有鲜明的人性化、集成化、智能化特点。最后，总结与优化。立足于上述研究活动，本项目组从软件层面与硬件层面，持续地优化和完善了整个系统，以更好地实现该系统的最佳性能[2]。

3.2 创新点与特色

该智能控制系统同时具备人性化、集成化和智能化等诸多特点，能有效地进行刷卡付费、人机交互、通信、计量、自检与保护控制等。该系统具有清晰干净的触摸屏界面，操作反应非常灵敏。该系统的各位用户能结合电动汽车的实际充电需求，自行选择所需要的充电模式。该智能控制系统会按照用户选择的相关充电模式，对充电时间进行自动调整，以更好地满足各位用户的充电要求。

4 研究内容

本研究项目涵盖了三大层面的研究内容，分别是系统总体设计、软件设计实现与硬件设计制作。系统总体设计涵盖系统总体框架、软硬件划分、处理器选定、操场系统选定与开发环境选定。硬件设计制作涵盖硬件概要设计、硬件详细设计、硬件制作与硬件测试。软件设计实现涵盖软件设计概要、软件详细设计、软件实现与软件设计。

第一，研究和设计电动汽车交流充电桩智能控制系统中的相关硬件电路。其包含控制导引电路、打印设备、IC卡与读写模块的设计，电能计量模块、PLC控制器的相关设计与选型及人机交互的设计与选型等。充电桩设置了过流、过压、欠压保护的相关电路形式，而且还设计了急停装置，便于在情况紧急的条件下断开电能输出和与之相关的各种辅助电路。

第二，研究和设计了电动汽车交流充电桩智能控制系统中的相关软件电路。其包含设计触摸屏显示界面与PLC程序等，并完成了设计触摸屏界面与PLC程序的任务，且成功完成了PLC控制器和IC卡读写器、电能表、触摸屏的相关通信参数配置，有效配置了嵌入式打印机与触摸屏的相关通信参数等。

5 结语

在历经上述研究活动后，本课题组初步完成了电动汽车交流充电桩智能控制系统的设计，设计了实用性较强的电动汽车交流充电桩智能控制系统，初步实现了设计目标。今后，本课题组将会结合经济社会的发展需求和充电基础设施的建设需要，持续地研究、设计电动汽车与相关配套充电设备的相关技术，以设计出稳定可靠、高效智能的充电桩控制系统。随着该领域研究的日益深入，本课题组在内的相关研究机构和人员必定会设计和制造出更高水平的电动汽车充电桩控制系统，更好地满足广大用户的电动汽车充电需求。

参考文献：

[1]刘朝辉.电动汽车智能充电桩的设计与应用[J].电子技术与软件工程，2017（3）：248.

[2]王旭，齐向东.电动汽车智能充电桩的设计与研究[J].机电工程，2014（3）：393-396.