電動汽車充電樁的設(shè)計及其控制方法研究

趙福陽

摘要：隨著我國經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展，人們的生活質(zhì)量越來越高，生活的環(huán)境也越來越好，比如汽車的普遍使用給人們的生活帶來了很多的便利，使得人們的出行越來越方便。但是，汽車的普遍使用也帶來了一系列環(huán)境的問題，由此，為保護(hù)人們賴以生存的環(huán)境，電動汽車產(chǎn)生了，且也開始推廣使用開來。但在使用電動汽車時需要注意的一個問題是電動汽車的充電問題。電動汽車的充電樁是電動汽車能夠有效使用的重要機(jī)械設(shè)備，只有研究并發(fā)展好電動汽車的充電樁的設(shè)計與控制技術(shù)，才能為電動汽車提供能量來源，進(jìn)而為長途行駛奠定一個好的基礎(chǔ)。由此，本文主要從充電樁監(jiān)控系統(tǒng)的功能及充電方法設(shè)計、系統(tǒng)的硬件設(shè)計、軟件設(shè)計以及環(huán)境與電磁兼容設(shè)計這四個方面進(jìn)行闡述。

關(guān)鍵詞：電動汽車;充電樁;設(shè)計與控制

1前言

隨著經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展，汽車已經(jīng)走進(jìn)了千家萬戶，也在被千家萬戶所使用著。但如此大的汽車使用量，其排放的影響生態(tài)環(huán)境的汽車尾氣量也是巨大的。由此，為解決這一問題，電動汽車油然而生，它不僅可以實(shí)現(xiàn)人們的長途行駛，而且還對環(huán)境起到了一定的保護(hù)作用。但在使用電動汽車的過程中需要研究發(fā)展其充電樁的設(shè)計與控制系統(tǒng)，因為充電樁的設(shè)計與控制影響著電動汽車的充電過程，影響著電動汽車的能量來源，所以一定要重視電動汽車充電樁的設(shè)計與控制。

2電動汽車及其電池技術(shù)概述

在日常生活中我們可以發(fā)現(xiàn)，關(guān)于電動汽車以及普通汽車，對其外觀實(shí)施比較，并沒有存在明顯性的區(qū)別，但是拆解之后，我們發(fā)現(xiàn)驅(qū)動系統(tǒng)以及動力源存在很大的不同之處。使用柴油或者汽油的發(fā)動機(jī)和普通汽車的驅(qū)動系統(tǒng)具備一致性，油箱屬于動力源;而在電動汽車當(dāng)中，油箱由蓄電池進(jìn)行代替。因此，電力在電動汽車中成為驅(qū)動能源。當(dāng)前，關(guān)于電動汽車充電的技術(shù)是比較多的，主要包含：快速充電、常規(guī)充電以及更換電池等。相比來講，更換電池可以在一定程度上使得電費(fèi)減少，但是需要對充點(diǎn)電的數(shù)量進(jìn)行提升;常規(guī)充電法具備比較廣泛的適用范圍，簡便以及易行，但是其充電花費(fèi)的時間比較長，因此受到了很大的限制;快速充電法具備的優(yōu)點(diǎn)：充電速度比較快，因此屬于電動汽車充電技術(shù)當(dāng)中一個比較主要的研究方向，但是實(shí)施研究發(fā)現(xiàn)，如果充電的電流比較大，會對電池以及其他的一些元件遭受影響。與此同時，一些學(xué)者在對移動式充電以及無線式充電技術(shù)進(jìn)行研究，但是還沒有投入到適用階段。

3充電樁

一般來講，關(guān)于電動汽車在對充電樁進(jìn)行設(shè)置的過程中，一定要設(shè)置成專用的充電接口，其車載充電機(jī)一般都會在車身上進(jìn)行固定。在電動汽車充電當(dāng)中，充電樁占據(jù)非常重要的地位，并且需要具備一定的支付功能，一般來講，支付功能主要包含：投幣、手機(jī)支付以及IC卡等支付方式，但是微信支付方式使用的比較多，在這個過程中需要具備一定的計費(fèi)功能。充電樁方式主要包含：交流充電樁以及直流充電樁，這些都是比較常見的，直流充電樁屬于一種直流供電裝置（小功率），這種裝置可以對蓄電池充電狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，同時也可以完成充電，并且會實(shí)施計費(fèi)。而交流充電樁需要和交流電網(wǎng)相連接，一般輸出的交流電為220v。交流充電樁在對電動汽車蓄電池實(shí)施充電的過程中，需要利用車載充電機(jī)。

4系統(tǒng)的硬件設(shè)計

4.1主電路的硬件控制系統(tǒng)設(shè)計

在上文中提及對于充電樁充電是采用的是分段式的充電，所以其充電樁輸出的電流與電壓都要大一點(diǎn)，其電流的范圍是0-150A，電壓的范圍是0-500V，所以其充電樁的輸入一般為三相工頻交流電源。對于主電路的硬件主要是由濾波整流電路、逆變電路以及放電電路等的幾個部分組成。利用整流電路是將交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟娺M(jìn)行輸出，其逆變電路是將整流電路輸出的直流電轉(zhuǎn)變?yōu)楦哳l脈沖交流電，而對于放電電路是讓電池以一種指定的電流放電減小極化現(xiàn)象。

4.2信號采集與系統(tǒng)的保護(hù)設(shè)計

電動汽車的充電樁在對電動汽車進(jìn)行充電時，其充電樁往往是根據(jù)現(xiàn)在對電動汽車充電的狀態(tài)來判斷充電樁是否運(yùn)行正常的，所以為了防治一些安全事故的發(fā)生，一定要及時的采集充電樁的充電信息，由此對于充電樁要做好信號采集的設(shè)計。當(dāng)充電樁出現(xiàn)故障時，為了防治一些安全隱患的產(chǎn)生以及整個系統(tǒng)的安全，要做一定的系統(tǒng)自我保護(hù)的設(shè)計，比如過流保護(hù)、過壓保護(hù)、過溫保護(hù)、短路保護(hù)、風(fēng)扇堵轉(zhuǎn)以及繼電器動作保護(hù)等來保護(hù)整個系統(tǒng)的安全。

5系統(tǒng)的軟件設(shè)計

5.1充電方式簡介

（1）恒定電流的方法

恒定電流的定義：在為電動汽車實(shí)施充電時，充電樁提供的為恒定不變的電流。首先，在充電過程當(dāng)中，電池的內(nèi)阻會伴隨著充電時間的延長而逐漸的增大，比如：使用恒流充電的方法，在時間的發(fā)展中，電池兩端的電壓也一直在變大，這樣輸出端的電壓也需要伴隨著時間的持續(xù)增加而不斷的增加。因此，其對充電樁的設(shè)備要求是非常高的，與此同時，會使得充電樁建造的成本大大的增大。

（2）三段式充電方法

三段式充電方法指的是把恒定電壓充電方法以及階段等流充電方法之間相互結(jié)合，使得雙方的優(yōu)勢得到疊加。三段式充電方法主要包含：充電初期時的恒流充電，然后為恒壓充電，最后再次的使用恒流充電的方式實(shí)施充電。這種充電方法具備的優(yōu)點(diǎn)：可以完全的充滿電動汽車的電池，使得電池的使用年限得到延長，并且節(jié)約了電能。

5.2充電過程程序設(shè)計

（1）補(bǔ)足充電階段：在這個過程中使用的為穩(wěn)定電壓不變的充電方式，要小于快速充電階段的電流，因此也可以被稱之為慢速充電階段。并且其這一階段的充電效率也會大大的降低，在快速充電的過程中，電壓會迅速的提高，并且在補(bǔ)足階段，電壓同樣會增高，并且在一定范圍內(nèi)會保持不變，因此一定要對充電樁實(shí)施過壓保護(hù)措施，進(jìn)而降低充電風(fēng)險，保障用戶的安全性。

（2）快速充電階段：在這個階段，充電的電流比較大，但是電壓是比較小的，因此在整個電池的充電當(dāng)中是不適用的，其在電池電量的一定數(shù)值內(nèi)會被限制。

（3）涓流充電節(jié)段：在這個過程中充電的速率會降低，主要是由于在之前的兩個階段，電池已經(jīng)處在即將充滿的狀態(tài)，并且在這個過程中，充電樁的具體控制模塊會對電流、電壓以及溫度等實(shí)施檢測，當(dāng)溫度達(dá)到一定值，充電樁會使得充電所需要的電流降低，這樣就和最后充電的具體需要相適應(yīng)，從而達(dá)到電池的充電要求，進(jìn)而完成充電。

6系統(tǒng)的環(huán)境與電磁兼容設(shè)計

對于充電樁的系統(tǒng)環(huán)境與電磁兼容的設(shè)計，主要是考慮到充電樁主要是設(shè)在室外，在室外的話，要想充電樁能夠正常運(yùn)行，就要經(jīng)受住風(fēng)雪、高溫、寒冷以及電磁等的干擾。所以，在進(jìn)行充電樁的設(shè)計時，可以采用鍍鋅鋼板，外表覆以烤漆，進(jìn)而組織充電樁的風(fēng)化腐蝕以及電磁等的干擾。

7結(jié)束語

隨著經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展，我國人民的生活也在不斷變化著，從之前的茅草房、土坯房變成了棟棟高樓大廈，人們的出行也由最初的牲畜趕車行駛改變?yōu)槭褂闷囆旭?，而且汽車的使用量也在不斷地上升，基本家家戶戶都有汽車。但以燃燒汽油來?shí)現(xiàn)行駛的汽車雖然方便了人們的出行，卻也帶來了一系列的環(huán)境問題。比如溫室氣體的大量排放造成溫室效應(yīng)的增加，進(jìn)而影響生態(tài)環(huán)境影響人們的生活。為了改善這一現(xiàn)狀，電動汽車開始推廣使用，但在推廣使用的過程中一定要注意研究發(fā)展其充電樁的設(shè)計與控制系統(tǒng)，因為充電樁的設(shè)計與控制系統(tǒng)影響著電動汽車的行駛，所以一定要研究發(fā)展好電動汽車充電樁的設(shè)計與控制系統(tǒng)。

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