電動汽車交流充電樁智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

郭瞻 肖祖銘

摘 要：在全面建成小康社會的過程中，生態(tài)文明建設(shè)領(lǐng)域的工作日益深入推進(jìn)。電動汽車憑借其清潔、環(huán)保與節(jié)能等優(yōu)勢，得到了越來越廣泛的運(yùn)用。本文重點(diǎn)論述設(shè)計(jì)電動汽車交流充電樁智能控制系統(tǒng)的研究內(nèi)容、研究方法、研究目標(biāo)和擬解決的關(guān)鍵問題，完整描述了“理論研究+技術(shù)探討+樣機(jī)研制+應(yīng)用驗(yàn)證”的總體技術(shù)路線。

關(guān)鍵詞：電動汽車;交流充電樁;智能控制系統(tǒng)

中圖分類號：TM910.6;U469.72 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：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

新能源汽車產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，帶動了新能源汽車的普及和廣泛運(yùn)用。電動汽車補(bǔ)充電能的主要設(shè)備包含三種形式：電池更換、充電樁、充電站。由于電動汽車本身沒有固定的行駛范圍，不具備較強(qiáng)的續(xù)航能力，為了確保電動汽車的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，構(gòu)建全方位、網(wǎng)絡(luò)化的充電樁、充電站是尤為必要的。因此，集中式的各類充電站與靈活布點(diǎn)的各種充電樁，是充電設(shè)施發(fā)展的方向。電動汽車包含兩大類能源補(bǔ)充形式，分別是交流充電樁（站）與直流充電樁（站）。后者能幫助電動汽車實(shí)現(xiàn)快速充電的目標(biāo)，前者能為電動汽車補(bǔ)充生活中常見的交流電電源，適宜安裝在住宅小區(qū)、大型停車場、醫(yī)院、商場等場所，為電動汽車安全方便地充電。

1 研究目標(biāo)與關(guān)鍵問題

1.1 研究目標(biāo)

本課題密切結(jié)合國家關(guān)于電動汽車交流智能充電樁的相關(guān)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)與國內(nèi)外知名企業(yè)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，充分研究了電動汽車交流充電樁的建設(shè)需求，旨在設(shè)計(jì)一種電動汽車交流充電樁的新型智能控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)不僅要符合國家在這方面的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，而且要符合部分企業(yè)的相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，能充分滿足各類用戶的充電需求，有效實(shí)現(xiàn)多種主要功能，如刷卡付費(fèi)、人機(jī)交互、電能量計(jì)算、自檢、防護(hù)、通信等[1]。

1.2 擬解決的關(guān)鍵問題

筆者在設(shè)計(jì)該充電樁智能控制系統(tǒng)的過程中，設(shè)法使其同時(shí)具備人性化、集成化、智能化等多種特點(diǎn)。在研究和設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)重點(diǎn)解決下列多個(gè)問題。首先，該系統(tǒng)應(yīng)該實(shí)現(xiàn)多個(gè)功能，如刷卡付費(fèi)、人機(jī)交互、電能量計(jì)算、防護(hù)、通信等。其次，應(yīng)科學(xué)設(shè)計(jì)該系統(tǒng)的相關(guān)硬件電路。最后，精確地設(shè)計(jì)相應(yīng)的軟件程序。

2 可行性分析

第一，有關(guān)模塊技術(shù)比較成熟。這個(gè)智能控制系統(tǒng)涵蓋了社會各界普遍運(yùn)用的三種技術(shù)，分別是通信模塊技術(shù)、電源模塊技術(shù)與控制模塊技術(shù)。所以，該項(xiàng)目的研究重點(diǎn)是如何有效地把這些功能模塊的相關(guān)技術(shù)融合到一個(gè)系統(tǒng)中，制成相應(yīng)的樣機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)汽車智能化監(jiān)控、控制與檢測模塊的三合一。

第二，本項(xiàng)目組成員的科研水平較高，擁有豐富的項(xiàng)目開發(fā)經(jīng)驗(yàn)和實(shí)踐經(jīng)歷。本項(xiàng)目組曾經(jīng)主編了汽車電子領(lǐng)域的多部教材，撰寫與發(fā)表了關(guān)于汽車電子控制領(lǐng)域的多篇論文，而且還主持過市級、省級的多項(xiàng)重要課題。

第三，相當(dāng)多高水平的校企合作企業(yè)為本項(xiàng)目提供了技術(shù)、場地與車輛支持。比如，輝煌汽車銷售公司下屬的東風(fēng)悅達(dá)起亞汽車4S店、景德鎮(zhèn)市的昌河鈴木公司（大型汽車制造企業(yè)）、力帆汽車特約宏達(dá)維修站等，都為本項(xiàng)目的研究活動提供了大力支持，所以本項(xiàng)目的相關(guān)研究目標(biāo)是能夠?qū)崿F(xiàn)的。

3 研究方法和創(chuàng)新

3.1 擬采取的研究方法

首先，筆者系統(tǒng)收集了該領(lǐng)域的相關(guān)文獻(xiàn)資料，積極學(xué)習(xí)與借鑒學(xué)界、實(shí)務(wù)界的相關(guān)研究成果，掌握了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、國家標(biāo)準(zhǔn)對交流充電樁的消費(fèi)功能、環(huán)境需求與外形結(jié)構(gòu)等多個(gè)領(lǐng)域的需求。其次，分析比較法。筆者全面分析和比較了不同類型的電動汽車交流充電樁控制系統(tǒng)所具備的優(yōu)點(diǎn)和存在的主要缺陷，設(shè)計(jì)的交流充電樁控制系統(tǒng)具有鮮明的人性化、集成化、智能化特點(diǎn)。最后，總結(jié)與優(yōu)化。立足于上述研究活動，本項(xiàng)目組從軟件層面與硬件層面，持續(xù)地優(yōu)化和完善了整個(gè)系統(tǒng)，以更好地實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)的最佳性能[2]。

3.2 創(chuàng)新點(diǎn)與特色

該智能控制系統(tǒng)同時(shí)具備人性化、集成化和智能化等諸多特點(diǎn)，能有效地進(jìn)行刷卡付費(fèi)、人機(jī)交互、通信、計(jì)量、自檢與保護(hù)控制等。該系統(tǒng)具有清晰干凈的觸摸屏界面，操作反應(yīng)非常靈敏。該系統(tǒng)的各位用戶能結(jié)合電動汽車的實(shí)際充電需求，自行選擇所需要的充電模式。該智能控制系統(tǒng)會按照用戶選擇的相關(guān)充電模式，對充電時(shí)間進(jìn)行自動調(diào)整，以更好地滿足各位用戶的充電要求。

4 研究內(nèi)容

本研究項(xiàng)目涵蓋了三大層面的研究內(nèi)容，分別是系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)與硬件設(shè)計(jì)制作。系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)涵蓋系統(tǒng)總體框架、軟硬件劃分、處理器選定、操場系統(tǒng)選定與開發(fā)環(huán)境選定。硬件設(shè)計(jì)制作涵蓋硬件概要設(shè)計(jì)、硬件詳細(xì)設(shè)計(jì)、硬件制作與硬件測試。軟件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)涵蓋軟件設(shè)計(jì)概要、軟件詳細(xì)設(shè)計(jì)、軟件實(shí)現(xiàn)與軟件設(shè)計(jì)。

第一，研究和設(shè)計(jì)電動汽車交流充電樁智能控制系統(tǒng)中的相關(guān)硬件電路。其包含控制導(dǎo)引電路、打印設(shè)備、IC卡與讀寫模塊的設(shè)計(jì)，電能計(jì)量模塊、PLC控制器的相關(guān)設(shè)計(jì)與選型及人機(jī)交互的設(shè)計(jì)與選型等。充電樁設(shè)置了過流、過壓、欠壓保護(hù)的相關(guān)電路形式，而且還設(shè)計(jì)了急停裝置，便于在情況緊急的條件下斷開電能輸出和與之相關(guān)的各種輔助電路。

第二，研究和設(shè)計(jì)了電動汽車交流充電樁智能控制系統(tǒng)中的相關(guān)軟件電路。其包含設(shè)計(jì)觸摸屏顯示界面與PLC程序等，并完成了設(shè)計(jì)觸摸屏界面與PLC程序的任務(wù)，且成功完成了PLC控制器和IC卡讀寫器、電能表、觸摸屏的相關(guān)通信參數(shù)配置，有效配置了嵌入式打印機(jī)與觸摸屏的相關(guān)通信參數(shù)等。

5 結(jié)語

在歷經(jīng)上述研究活動后，本課題組初步完成了電動汽車交流充電樁智能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)了實(shí)用性較強(qiáng)的電動汽車交流充電樁智能控制系統(tǒng)，初步實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)目標(biāo)。今后，本課題組將會結(jié)合經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展需求和充電基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)需要，持續(xù)地研究、設(shè)計(jì)電動汽車與相關(guān)配套充電設(shè)備的相關(guān)技術(shù)，以設(shè)計(jì)出穩(wěn)定可靠、高效智能的充電樁控制系統(tǒng)。隨著該領(lǐng)域研究的日益深入，本課題組在內(nèi)的相關(guān)研究機(jī)構(gòu)和人員必定會設(shè)計(jì)和制造出更高水平的電動汽車充電樁控制系統(tǒng)，更好地滿足廣大用戶的電動汽車充電需求。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉朝輝.電動汽車智能充電樁的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].電子技術(shù)與軟件工程，2017（3）：248.

[2]王旭，齊向東.電動汽車智能充電樁的設(shè)計(jì)與研究[J].機(jī)電工程，2014（3）：393-396.