电动汽车交流充电桩系统设计

1、电动汽车交流充电桩系统设计魏 国，商慧杰，朱春波，逮仁贵胎尔滨工业大学电气工程及自动化学院，黑龙江哈尔滨1)fto7qe微控制器的控制摘 要 简要介绍了电动汽车交流充电桩的内容和研究现状。针对需要设计了基于stm系统解决方案并详细介绍了控制系统的软硬件设计和桩体的电气部分设计。该系统提供包括人机交互充电控制、电能计量8卡付费.票据打印.运行状态监测.充电保护和充电信息存储和上传等多种完善的功能满足充电过程的要求。关键词斑动汽车；交流充电桩；s；车载充电机文献标识码4文章编号仪712足1o2wbwacquo shangzhu cbvrrkx> ljj fterrifehodlfcj &am

2、p;tjinoaiand1330d1 chr»)ztritesrit: azmdancrtbefetedbreaaacin bcbsrizbd hrtbfepcjar: accrvkaoefe -； /mdchagrct ； si m32fto7aj ig ixfcfemolrtedcha依据.22dti縄动汽车传导充电用连接o引言随着全球能源危机的不断加深,石油资源的日趋枯 竭以及大气污染.全球气温上升的危害加剧，各国政用 及汽车企业普遍认识到节能和减排是未来汽车技术炭 展的方向，发展电动汽车将是解决这两个难题的最佳逆 径i。我国高度重视电动汽车的发展，国家相继出台了 一系列标准来

3、扶持和规范电动汽车的发展。但要实顼 电动汽车大面积普及我国还有很长的路要走，需要解決 的问题还有很多。在最近发布的命能与新能源汽车产 业规划漳案中指出将以纯电动汽车作为主要战略耶 向。有关专家指出纯电动汽车的发展存在三大瓶颈问 题l是标准的缺失，二是配套政策的不完善，三是基础 设施的规划和建设的有序推进。本文所研究的电动产 车交流充电桩作为充电基础设施的一部分对于推进毎 动汽车的普及具有重要的意义。1电动汽车交流充电桩介绍交流充电桩，又称交流供电装置，是指固定在地面 或墙壁，安装于公共建筑囱公楼宇、商场、公共停车场 等弄ii居民小区停车场或充电站内，采用传导方式为具 有车载充电机的电动汽车提供

4、人机交互操作界面及交 流充电接口，并具备相应测控保护功能的专用装置也。 交流充电桩采用大屏幕lcd彩色触摸屏作为人机交目 界面,可选择定电量、定时间、定金额、自动 洗满为止 四种模式充电，具备运行状态监测、故障状态监测、充电 分时计量、历史数据记录和存储等功能。充电桩的交流 工作电压6ad±15%)v.额度输出电流q为32a缶芯插座,普通纯电动轿车用交流充电桩充满电大约 需要6-8k,充电桩更适用于慢速充电。交流充电桩 一般由桩体、电气模块、计量模块、账务管理模块四部分 组成。根据安装方式的不同，桩体可分为落地式和壁挂 式两种。落地式充电桩适合在各种停车场和路边停车位 进行地面安装壁

5、挂式充电桩适合在空间拥挤、周边有墙 壁等固定建筑物上进行壁挂安装，如地下停车场或车库。2交流充电桩系统工作原理装置交流充电接口沖相关规定的要求，采用控制导引电收稿日期2d12o7-21路的方式来作为充电连接装置的连接状态及额定电流参供电设备x1供电接11 碗十供电 i插叫cl插头 j qn ffr车辆杵i输;苗插头不l插吧：xn ;js3lcccp电动汽乍乍裁允电机h制 装左检测点3hfr、 jl检测点2图r典型控制导引电路原理图供电设备插头与插座连接后，供电控制装置通过 图h所示的检测点4的电压值判断供电插头与供电插 座是否已完全连接。同时电动汽车车辆控制装置通过 测量检测点3与fe间的电阻

6、值判断车辆插头与车辆 插座是否已完全连接。在完成插头与插座连接状态检 测后，操作人员对供电设备完成充电启动设置，则开关 w从连接-i-12v状态切换至fwm连接状态，供电控 制装置发出fwm信号。供电控制装置通过测量检测 点h的电压值判断充电连接装置是否已完全连接。车 辆控制端检测无误后闭合s，供电控制装置通过再次 测量检测点h的电压值判断车辆是否准备就绪,如满足 要求则通过闭合k使交流供电回路导通。3交流充电桩系统方案系统由lcd触摸屏、打印机、rs495接口的电能 表、漏电保护断路器、交流接触器、读卡器和lbd灯等 基本部分组成。ltd触摸屏可以提供友好的人机操作 界面和快捷简单的操作方式

7、，满足客户按照不同的方式 对电动汽车进行充电的要求，可以显示当前充电状态、 充电电量和充电费用，友好的用户界面可以让客户进行 相应的选择。当采集的电压超过过压保护定值或低于 欠压保护定值，充电桩停止充电。漏电保护断路器可保 证在充电过程中发生漏电等紧急故障情况下停止充电o 当发生意外状况需要紧急停止充电时，可以通过急停按 钮来中断充电。系统的电气连接示意图如图2所示。图2交流充电桩电气连接示意图4控制系统单元电路4.1主控制器选择主控制器选择意法半导体的stm33=tqa/ct6微控制器。stm32ft0a/c互联型系列使用高性能的 arm " certex-msaz位的内核，工作频

8、率为72. ml-fe 该器件包含2个丘位的adcs个通用 "16位定时器和1个fwm定时器，还包含标准和先送 的通信接口 ：多达2个fc.3个旺辽2个:fs，5彳 usdr、一个。$和2个can,该器件同时提供了以 4.2串行接口电路系统共使用了四个串行接口分别与ltd触摸屏、 热敏打印机、读卡器和rsq 接口的电能表通信。 lcd触摸屏和热敏打印机为rs232电平，经过电平转 换与mcu通信。lcd触摸屏与mcu的通信协议采 用mexfalsamj通信协议，mcu作为主机,lcd触摸 屏作为从机。热敏打印机根据打印机模块提供的协议 进行通信。读卡器为th_电平，可以直接与 g 相

9、连，采用读卡器模块提供的协议进行通信。充电计量的 电能表采用多功能单相表，电表选用2.0等级的电能 表r，电流规格为5他瓜。电表提供接口，通过7通信协议与mcu通信。通过读取电能表的电能值作为充电桩的电能计量值，通过读取电表电流和电压值来判断充电过程中是否出现过流和过压的情 况,并加以处理。电能表接口的电路图如图3所示。usart2 rxu19receive output270 q匸gnd5h11l15vdriver inputsp485en0 1 p frovcc re b de di gndr“2录 d1°smbj6.5cad”立 smbj6.5ca876gnd】gndi 半 旦

10、 igndi3.3 kqgndi - i.电能农rs 485接【图3 rs495接口原理图4.3 caz总线接口电路根据縄动汽车车载充电机与交流充电桩通讯协 议正求意见稿&中的相关说明，该征求意见稿推荐车 载充电机与交流充电桩之间的通信系统采用oxn总 线，所以设计 总线接口。数据链路层为物理连接 之间提供可靠数据传输，本系统车载充电机与交流充电 桩之间的数据帧格式符合oxz总线2.cb版本的规 定，使用 8z扩展帧的29位标识符。具体每个位分 配的相应定义和传输协议等功能符合 3e js421切 的规定。4.4充电电压测掘电路电压测量首先需要通过测量互感器将电压和电流 转换为可以测最

11、的小信号。例如对23dv的电压信楚 的测量，采用的互感器变比为2mzvfema，采用图4可 示的电路,可知在岔/时互感器的输出恰好为5 ma。 忽略大电阻分流的影响，则27 q相当于是一个采样电 阻。由于采样的信号为交流电，信号有正负之分，而 专换器的输入范围为o3.6 v，所以不能直接将 采样电压输入到ap转换器中。在运放的正输入端接 入一个正的参考电压，再选择合适的放大倍数，使输出 能够在aq转换器的输入范围即可很好的 解决该问题。采用准同步采样后"，数据采 用矩形自卷积窗3算出其有效值3。4.5控制导引电路控制导引电路完成充电前充电桩与哇 动汽车的连接确认、供电功率及充电连接峯

12、 置载流能力的识别和充电过程的监测等任 务。mcu通过检测点不同的电压值来判 断所处状态，其电路原理图如图5所示。量、金额充电，也可设置成直接充满为止。程序的整体 流程图如图6所示。图5控制导引电路原理图初始化5桩体电气部分设计交流充电桩的电气部分主要完成充电 的控制与充电过程的保护等功能。具有漏 电保护、短路保护、过流、过压、欠压保护等 保护功能。除短路和漏电保护外，其他保护 功能通过充电控制器控制接触器实现，以实 现自恢复短路和漏电保护选用带漏电保护 的微型断路器实现。此外系统还具有防雷 模块，防雷模块标称放电电流不小于 2dka，保护电压水平小于等于i.skvo卑 相供电时防雷模块的接线

13、方式选用p4-n 接线方式。充电桩具备急停按钮，以便在紧 急情况时能够强行终止充电003 o设咒允电模戌有效卡暮有效*r1r用户确认tn l连接插头透束允砂定电枳式确认:阶段趙爪配冷阶h趙小定时识别niuhih'暂停服务充电完成y标志置位充电完成? 标.占宜位未结账标，占置位允电完戚标志?位结束充电阶段；电电邈断hn;电阶段趙1卜ny显示充电结束界血未结媒标志漕冬n10 kqsee- pri-pta1 sec+ pri+ 34心43 kq +5v4 u2d、tlc2274i/14图6程序流程图6软件设计iivref0gnd图4充电电压测星原理图充电桩通过触摸屏完成交互式控制，运行时如果

14、进 行刷卡操作则触发中断进行读卡,确定卡的类型进行相 关操作。充电模式提供多种选择可以设置按时间、电本文分析了交流充电桩控制系统的硬件设计与软 件设计，叙述了充电桩电气部分的设计。该系统以 stm32ft07vore为控制核心，实现了人机交互、充电 控制、电能计量 g 卡付费、票据打e卩、运行状态监测、 充电保护和充电信息存储和上传等多种完善的功能。 该系统能满足电动汽车一般的慢速充电要求，作为充电 基础设施的一部分对于推进电动汽车的普及具有重要 的意义。下转第131页参考文献佳方法。g方方法也同样需要考虑设备的安装、维护 的成本。维修 难度si设埋圈 道线车点 定 固专用 车道高高s面 域

15、区合道 混车4益 g经汕备 硏信 钟通面 域 区氐-及卡off 车读面 域 区合道 混车表h 各类检测器及应用环境63梁乙朝交通信号控制系统公交优先检测技术分析与应用 匕十二届多国城市交通学术会议论文集.北京：中国 科学技术出版社.2311 15-122.巨巩振宇基于grs的公交定位调度系统车载部分设计fc>l成都：电子科技大学,2ell马芳智能公交系统中as信息质量问题解析研究fc>l± 海同济大学23c8.m 蔡振辉射频识别技术在公交战场车辆管理中的应用03.广东科技2310仓页71fel noor m zh, ismailx saao m f. blscfetadf

16、crcfendfcronrooeser & 9s zqcfca-tfcre.视频检测是智能交通系统中不可缺少的一部分，用 视频设备的输出作为公交车辆检测的输入，可以提高浸 源的利用率，因此，在公交车辆识别中视频检测技术崔 更大的发展空间。4结语视频检测可以代替人对道路检测系统中的视频图 像画面进行综合分析，不仅可以得到流量、占有率等岸 规的道路交通服务信息，还可以对视频图像中的所有车 辆进行锁走、跟踪，并描述其运行轨迹，同时，对道路上 发生的交通事件还有识别功能。随着计算机视觉技苏 的不断发展以及媒体处理.数字信号处理及图像识别领 域的软硬件技术的提高，视频检测器运行的准确度和实 时性

17、都得到了较大的提高，可以想象，在公交识别系统 中,视频检测技术将有更大的发展空间。：257-9.fel肖静文余志聂佩林等基于几何与颜色特征的公交车辆视频检测算法匕1中山大学学报：自然科学版亡cb76) 巨永锋朱辉潘勇基于计算机视觉的车流量检测算法xl长安大学学报启0 ) q&q3.郁梅，蒋刚毅，贺赛龙基于路面标记的车辆检测和计数d1仪器仪表学报崔cbs23 0)357090.23cb. 31 §2)2er2bedbo 3 kogx norina.i phbrifi"iggqle匕匕*terr日is:135-13b.體擴欖搞擴體摘體擄體搞櫛體摘搞擄搞擄體擴櫛體擴搞擄體擴櫛搞搞搞摘搞擄體擴櫛搞搞搞摘櫛擴槁搞搞體搞搞摘櫛擴63国家质量监督检验检疫总局3接第126页参考文献63王涛电动汽车充电桩的控制系统研究与设计jzi.湖北电 力，2d11>35)ni-t2 k 黄志平论电动汽车交流充电桩匕1城市建设.2311住：41708.电动汽充电桩之间的通信协议征求意见稿 心1北京：中国标准出版社，2d1o.切 us : sae, 1086.戴先中准同步采样及其在非正弦功率测屋中的应用. 仪器仪表学报-t9b4-.5卸9&1gd.fe黄纯电功率微机测量新算法lq中国电机工程学报，车传导充电用连接装置：交流充电接口心1北京：中国标准,283309.