安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：針對(duì)當(dāng)前電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航能力嚴(yán)重不足以及不能及時(shí)充電的問題，將電力電子變流技術(shù)、智能監(jiān)控技術(shù)、REIP無線射頻技術(shù)及CAN總線技術(shù)應(yīng)用到電動(dòng)汽車智能充電樁的設(shè)計(jì)與研究中。開展了無人值守的智能電動(dòng)車充電樁的現(xiàn)實(shí)依據(jù)和理論可行性分析，提出了一種兼?zhèn)銫AN總線網(wǎng)絡(luò)通訊功能和無人值守功能的電動(dòng)汽車智能充電樁的軟件設(shè)計(jì)方法和硬件結(jié)構(gòu)組成方案，把每個(gè)電動(dòng)汽車智能充電樁視為一個(gè)智能節(jié)點(diǎn)，建立了上位機(jī)組態(tài)監(jiān)控和下位機(jī)數(shù)據(jù)采集相互結(jié)合的系統(tǒng)整體框架。在組態(tài)軟件MCGS上對(duì)電動(dòng)汽車智能充電樁的人機(jī)交互界面進(jìn)行了模擬演示試驗(yàn)，并對(duì)電池充電過程中的各項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)進(jìn)行了采集與分析。研究結(jié)

果表明：電動(dòng)汽車智能充電樁能夠快速地為電動(dòng)汽車充電，并且具備完善的遠(yuǎn)程通信和監(jiān)控功能，保證了電動(dòng)汽車的續(xù)航能力。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車；充電樁；REIP無線射頻；智能監(jiān)控；CAN總線

0引言

常規(guī)石化燃料的使用在對(duì)大氣造成了很大程度的污染的同時(shí)，其作為一種重要能源，儲(chǔ)量也越來越少。目前，很多國(guó)家和科研機(jī)構(gòu)正在致力于電動(dòng)汽車的研發(fā)與生產(chǎn)，我國(guó)在電動(dòng)汽車行業(yè)起步早、發(fā)展快，發(fā)展電動(dòng)汽車已經(jīng)成為節(jié)能減排與改善地球環(huán)境的必然趨勢(shì)。電動(dòng)汽車憑借其低污染、低噪音、駕駛簡(jiǎn)單的優(yōu)勢(shì)一度成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)，但是電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航能力弱以及充電不方便等缺點(diǎn)也成為限制大范圍使用的障礙。目前，電動(dòng)汽車采用蓄能電池作為動(dòng)力來源，當(dāng)電壓較低時(shí)，就要進(jìn)行電能補(bǔ)給，否則性能會(huì)受到很大影響。目前，國(guó)內(nèi)有很多充電模式，例如：電池組快速更換、快速充電以及常規(guī)充電等，但是動(dòng)力電池體積大、重量大、更換不方便舊J。電動(dòng)汽車智能充電樁不僅能夠解決電動(dòng)汽車隨時(shí)隨地充電的問題，還能夠?qū)?dòng)力電池進(jìn)行維護(hù)，具有人性化的人機(jī)交互界面和完善的通訊能力，確保了用戶操作簡(jiǎn)便，實(shí)現(xiàn)了智能化。本研究將電力電子變流技術(shù)、智能監(jiān)控技術(shù)、REIP無線射頻技術(shù)等應(yīng)用到電動(dòng)汽車智能充電樁的設(shè)計(jì)與研究中。

1 電動(dòng)汽車(EV)的充電方法和建設(shè)充電樁監(jiān)控系統(tǒng)的必要性

目前，電動(dòng)汽車(EV)充電的方法主要有：

(1)交流充電。由電網(wǎng)提供220 V或者380 V交流電源，經(jīng)過車載充電裝置的濾波、整流和保護(hù)等功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)汽車蓄電池的充電過程。這種充電方法充電時(shí)間較長(zhǎng)，充電功率較小，適合小型純電動(dòng)車以及混合動(dòng)力運(yùn)行的汽車。

(2)直流充電。這種充電方式是由地面提供直流電源，直接為車上的蓄電池進(jìn)行充電，省去了車載充電裝置，有利于車身自重的減輕。地面充電機(jī)一般功率較大，能實(shí)現(xiàn)快速充電。適合電動(dòng)公交車等大型電動(dòng)汽車。

(3)更換電池組。這種充電方法為每一輛電動(dòng)汽車準(zhǔn)備了兩組蓄電池，一組為電動(dòng)汽車提供電源的同時(shí)，另一組處于地面充電狀態(tài)，當(dāng)車載電池組電量不足的時(shí)候，可以及時(shí)地拆下并更換已經(jīng)充足電量的電池組。這種方式能夠?qū)崿F(xiàn)較短時(shí)間的充電過程。但是需要建設(shè)大量的電池更換站，需要大量人員進(jìn)行維護(hù)。投資成本大，智能化程度低，不予采用。

(4)非接觸式充電。這種充電方式需要在路面上嵌入電氣元件，并且能夠和車輛進(jìn)行隨時(shí)接觸，這樣在車輛行駛的過程中才能夠?qū)崿F(xiàn)隨時(shí)充電，不用受到充電地點(diǎn)的限制。這種充電方式目前還沒有引起人們足夠的注意和興趣，不予采用。

對(duì)建設(shè)充電樁監(jiān)控系統(tǒng)的必要性分析如下：

隨著社會(huì)科技力量的不斷強(qiáng)大，電動(dòng)車以其噪音小的優(yōu)勢(shì)會(huì)逐漸地被人們所認(rèn)可。建設(shè)龐大的充電系統(tǒng)的一部分，就如同現(xiàn)在的汽車加油站一樣，遍地可見。同時(shí)，現(xiàn)在的電動(dòng)車輛電池大部分采用能效比較高、體積較小的鋰離子蓄電池作為能源電池。鋰離子電池對(duì)充放電的要求較高，如果沒有相應(yīng)的監(jiān)控方式，就會(huì)對(duì)電池造成不可修復(fù)的損害，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)危及到人們的人身安全。

2 電動(dòng)汽車(EV)充電樁監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能

2．1 充電樁建設(shè)的兩種可行模式

1. 建設(shè)交流充電樁。在小區(qū)停車場(chǎng)建設(shè)交流充電樁，采用220 V或者390 V交流電壓，這兩種電壓等級(jí)容易獲得。經(jīng)過地面充電樁，可以為家用電動(dòng)汽車或者環(huán)衛(wèi)清潔車等小型電動(dòng)汽車充電，這種交流充電樁的優(yōu)勢(shì)就是可以利用車輛夜間閑置的時(shí)間進(jìn)行充電。

(2)建設(shè)直流充電樁。在電動(dòng)公交車站或者大型電動(dòng)汽車的場(chǎng)合建設(shè)直流充電樁，可以快速地完成車輛充電過程。這種充電樁的功率較大，對(duì)電網(wǎng)會(huì)進(jìn)行一定的沖擊，所以在建設(shè)的時(shí)候需要考慮對(duì)電網(wǎng)的保護(hù)措施。本研究只要考慮交流220 V、380 V充電樁的監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

2．2監(jiān)控系統(tǒng)的主要功能

監(jiān)控系統(tǒng)的主要功能包括：

(1)具備IC卡識(shí)別功能，通過手持Ic卡進(jìn)行充電樁的激活和計(jì)費(fèi)功能。

(2)具備對(duì)充電樁交流電源的電壓和電流的檢測(cè)和保護(hù)功能。

(3)具備對(duì)電池的充電狀態(tài)、充電電壓、充電電流、充電階段進(jìn)行監(jiān)控的功能。

(4)具備通信功能，能夠和上級(jí)管理層進(jìn)行通信和數(shù)據(jù)交換。

(5)具備電池智能維護(hù)的功能，能夠在充電過程中，對(duì)電池進(jìn)行檢測(cè)，適度維護(hù)電池。