智能化充电桩模块化设计及实现

王睿

摘要：本文针对智能、模块化充电桩的发展趋势，分析了电动汽车智能充电桩的组成和智能充电桩的原理，提出了充电电池多样性、智能监控、通信和智能技术等功能需求。在此基础上，设计了智能充电桩的模块化设计方法，通过智能充电桩的硬件结构实现智能充电桩的功能设计。电动汽车具有广泛的适应性和优良的经济和社会优势。

关键词：智能化;充电桩;模块化

引言

“十五”期间，为实现能源安全、改善大气环境，国家制定了突破性发展战略，设立了“电动汽车重大科技专项”，集中企业力量。高校和科研院所将电动汽车产业化技术平台作为解决核心问题的核心研究任务，在一些核心技术上取得了较好的进展。随着电动汽车产业的发展，二次充电基础设施——智能充电假人越来越普及，人们对智能充电假人的研究也逐渐深入，加快充电假人基础设施建设成为主要助推器。然而，电动汽车智能充电桩的优化设计和核心技术尚未得到研究和开发。

一、智能充电桩模块化设计

智能充电桩的工作原理是当控制引导系统接入电动汽车充电接口时，通过智能人机交互界面发出充电控制指令，再由主控系统控制开启。电动汽车的供电功能是通过断开和闭合电池继电器合闸开关的交流接触器来实现的，用于控制主电路。智能计费档还具有智能计费功能，将智能电表接入主电路，实现多段多费率计量功能，并将计量数据通过RS-485传输至控制系统，实现智能计量. 做。支付功能。智能充电桩的人机交互功能，RFID射频技术可以实现身份识别，操作的基本信息可以输入射频卡，也可以用来支付账单。智能语音提示和状态灯也让操作更简单方便，智能操作员可以通过移动终端或文件显示器操作充电假人，内置微型打印机还可以为操作员提供消费收据。多重通讯功能可将各种数据实时反馈至移动终端及管理平台，让充电假人使用更智能、更舒适。同时，合理使用断路器浪涌保护器、急停按钮等，会更好的保证智能充电假人的安全。

二、智能充电桩的基本功能要求是：

（1）适用二次电池的多样性：充电假人应能够为电动汽车充电，如锂离子电池、镍氢电池、铅酸电池等。 （2）智能监控功能：可实时采集装载桩的装载状态信息，将桩身信息实时传输至后台管理系统，自动判断错误信息切断应急自动电源。保护等工作。 （3）通讯功能：充电文件必须具备与电池管理系统通讯的能力，能够判断是否正确连接到电池管理系统，获取充电参数和实时充电。来自电池管理系统的数据。 （4）智能人机交互功能：简单友好的人机交互界面，操作界面更智能，让操作者拥有更舒适的操作体验。根据以上对电动汽车智能充电桩需求的调查分析，智能充电桩的硬件可以分为三个模块：功能结构模块、人机交互模块和安全保护模块。

三、系统硬件设计

智能充电系统主要由充电电源和单片机控制电路两部分组成。将220V交流主电源经整流滤波电路转换为充电所需的直流9V电源后，控制降压斩波BUCK电路给充电电池充电，电源转换电路还包括辅助电路。单片机的微控制器和外围电路供电，辅助电路主要用于通过低线性压降电源转换器（LDO）三端稳压器将9V直流电转换为3.3V。 ASM1117。控制单元采用MSP430F149单片机对充电电压信号进行采集、分析处理、模糊推理、模糊判断等，控制充电电压和电流，控制电源的通断时间。电池端子。降压斩波电路中的晶体管。控制部分还包括电流温度采集和电压电流显示。典型的智能充电系统需要完成对不同电池的充电，部分充电相关参数，如充电电压、充电电流等，需要通过LCD实时显示，同时进行恒压切换。充电和恒流充电过程中及时断开充电和充电关闭[3]。该系统包括由MSP430F149单片机组成的核心控制器、电源转换电路、充放电控制电路、A/D采样电路、人机交互界面等。

3.1 核心控制器设计

Texas  Instruments  的MSP430 系列单片机是超低功耗微处理器。 16 位RISC  系统通过16 位CPU  集成寄存器和常数发生器实现最大代码效率。 MSP430 的16 位定时器是工业控制的理想配置，例如纹波计数器、数字电机控制、电表和手持设备。硬件乘法器大大增强了功能，提供了一系列兼容的软件和硬件，并提高了数据处理能力。

滤波器采用LC-Pi濾波器，由于电感对直流电阻小，对交流阻抗大，可以大大降低输出电压的脉动系数，滤波效果好。稳压电路采用二极管稳压电路。我们的电路还需要为MSP430F149 微控制器和外围设备供电，因此我们还需要一个具有3.3V  输出的电路。这里我们使用AMS11173.3 三端稳压器直接将9V  DC  转换为3.3V。AMS1117 系列稳压器提供可调和各种固定电压版本，旨在提供1A  输出电流，工作电压差可低至1V。在最大输出电流下，AMS1117 器件的压降保证不超过最大值1.3V，随着负载电流的减小逐渐减小。 AMS1117 的片上微调已经过调整，可以将参考电压调整到误差的1.5% 以内，并且还调整了电流限制，以最大限度地减少由于稳压器和电源电路引起的过载。压力。 AMS1117 器件的引脚与其他3 端SCSI  稳压器兼容。对于本设计，选择AMS11173.3 为微控制器提供3.3V 电源。

3.2充放电控制电路设计

直流斩波电路的功能是将直流电压直接转换为另一种固定电压或可调直流，也称为DC-DC转换器（DC/DCConverter）。我们在这个智能充电桩中使用降压斩波电路来获得所需的电压（或电流）。要构建此电路，只需要一个开关管、一个续流二极管和一个LC  电路。在这个电路中，要串联一个电感量较大的电感，使负载电流连续，脉动少。设计充电站最有效和最经济的方法是使用开关稳压器作为降压转换器。降压转换器使用电感器来存储电能。来自脉冲控制PWM  的信号控制充电开关。当开关闭合时，电荷假人（charge  dummy  Vin）提供的电压会导致电流在电路中流动，这反过来又通过电感对电容器充电。当接通时，电感器试图保持电流流过感应电压，但不能立即充电[6]。然后电流流过肖特基二极管，对电容充电，重复这个过程，通过降低PWM占空比，缩短开关导通时间，降低平均电压。相反，通过增加PWM  占空比来延长关断时间会增加平均电压。因此可以通过控制PWM  占空比来调整充电电压（或电流）以获得需要的输出。采用PWM方式控制的开关电源可以降低功耗，同时便于数字控制，但总线纹波系数较大。该电路还包括放电电路，用于镍氢、镍铬电池等，如果电池剩余量大，就会产生枝晶，出现电池的记忆特性。氢气和镍铬在仍有大量电量时被排放。 PWM  占空比控制和电池放电由程序控制。

3.3 报警电路设计

报警电路采用通用声光报警电路实现发光二极管和通用蜂鸣器，通过软件设置相应的报警方式提醒用户系统是否发现错误。由于系统错误，充电被关闭，LED  亮起，蜂鸣器连续鸣响5 次。

结语

智能交流充电桩是一款电动汽车充电助手，集控制、管理、查询、显示等功能于一体，智能控制整个充电过程。充电站是电动汽车必不可少的基础设施，适用于各种露天和地下停车场，如公共停车场、小区停车场、企业停车场等。由于电动汽车每天需要补充大量电能，运营充电站可以从充电服务中产生巨大的收入。与加油站相比，电能更安全、更方便，到处都可以安装大量的充电站。

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，2020（3）：248.

[2]桑雷，杨玉军.电动汽车充电桩工作原理及充电参数分析[A].2014年江苏省计量测试学会学术年会.江苏省计量测试学术论文集[C].2020.

[3]赵薪智，李盘靖，张欢，等.电动汽车智能充电路径规划研究[J].重庆理工大学学报，2020，30（10）：34-39.

[4]徐晓刚，李江全，马天鹏.基于ARM的直流充电桩计费控制系统设计[J].机械工程与自动化，2020（3）：147-149.

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[6]基站智能空调通风管路系统的设计和实践[J].叶江平.电信技术.2020（08）

[7]神经网络与模糊控制舒适型智能空调研究[J].王岸林.日用电器.2020（08）

[8]基于人工智能的智能空调系统研究[J].王珏.制冷与空调（四川）.2020（02）