...流继电器 大型直流充电桩充电安全输出控制电动汽车交直流充电桩...
史喜阳++贺志超++张会
[摘 要]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。
[关键词]电动汽车；直流充电桩；控制系统设计
中图分类号：TM910.6；TP273 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）06-0141-01
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。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。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。充电过程中控制器會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。
3 硬件系统的组成
本文所涉及的直流充电桩系统采用模块化设计方案，主要由输入控制部分、中央控制部分和输出控制部分组成。其中输入控制部分的充电模块与中央控制部分的主控制单元通过CAN接口进行通信连接，实现对电动汽车动力电池充放电工作。由RS485串口实现中央控制部分的主控板和三相智能电表通信，实现电能的计量和电压电流等数据的采集功能。另外输入控制部分还包括了电气防护等功能。中央控制部分主要实现的是系统检测、数据通信、人机交互、计费管理及故障检测等功能；输出控制部分则是实现了充电电缆的连接确认、控制导引与电动汽车动力电池组的通信连接。
硬件系统以嵌入式微处理器STM32F103ZET6作为主控制核心，该主控芯片是ST（意法半导体）公司生产的一款采用ARM-V7结构，Cortex-M3内核的系列芯片产品。内部集成了3个12位的数模转换器，数模转换时间仅需1μs，外设接口丰富，有着13个通信接口，包括了常用的I2C、SPI、USART等接口及CAN总线接口和USB接口等。同时该主控芯片还拥有112个快速I/O端口，方便扩展自己的外设功能。STM32F103ZET6是STM32F103系列中配置比较强大的处理芯片，适用于汽车的控制系统中。
输出控制部分主要是将经过AC/DC和DC/DC变化后的可调直流电充入电动汽车充电口，从而对电动汽车的动力电池组进行充电。中央控制部分中的连接确认电路和控制导引电路用于实现直流充电桩充电枪头与汽车充电口的连接确认和充电过程控制导引功能。
4 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。
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