安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：針對當前電動(dòng)汽車(chē)續航能力嚴重不足以及不能及時(shí)充電的問(wèn)題，將電力電子變流技術(shù)、智能監控技術(shù)、REIP無(wú)線(xiàn)射頻技術(shù)及CAN總線(xiàn)技術(shù)應用到電動(dòng)汽車(chē)智能充電樁的設計與研究中。開(kāi)展了無(wú)人值守的智能電動(dòng)車(chē)充電樁的現實(shí)依據和理論可行性分析，提出了一種兼備CAN總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )通訊功能和無(wú)人值守功能的電動(dòng)汽車(chē)智能充電樁的軟件設計方法和硬件結構組成方案，把每個(gè)電動(dòng)汽車(chē)智能充電樁視為一個(gè)智能節點(diǎn)，建立了上位機組態(tài)監控和下位機數據采集相互結合的系統整體框架。在組態(tài)軟件MCGS上對電動(dòng)汽車(chē)智能充電樁的人機交互界面進(jìn)行了模擬演示試驗，并對電池充電過(guò)程中的各項參數指標進(jìn)行了采集與分析。研究結

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

關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車(chē)；充電樁；REIP無(wú)線(xiàn)射頻；智能監控；CAN總線(xiàn)

0引言

常規石化燃料的使用在對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，儲量也越來(lái)越少。目前，很多國家和科研機構正在致力于電動(dòng)汽車(chē)的研發(fā)與生產(chǎn)，我國在電動(dòng)汽車(chē)行業(yè)起步早、發(fā)展快，發(fā)展電動(dòng)汽車(chē)已經(jīng)成為節能減排與改善地球環(huán)境的必然趨勢。電動(dòng)汽車(chē)憑借其低污染、低噪音、駕駛簡(jiǎn)單的優(yōu)勢一度成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)，但是電動(dòng)汽車(chē)續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(chē)采用蓄能電池作為動(dòng)力來(lái)源，當電壓較低時(shí)，就要進(jìn)行電能補給，否則性能會(huì )受到很大影響。目前，國內有很多充電模式，例如：電池組快速更換、快速充電以及常規充電等，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(chē)智能充電樁不僅能夠解決電動(dòng)汽車(chē)隨時(shí)隨地充電的問(wèn)題，還能夠對動(dòng)力電池進(jìn)行維護，具有人性化的人機交互界面和完善的通訊能力，確保了用戶(hù)操作簡(jiǎn)便，實(shí)現了智能化。本研究將電力電子變流技術(shù)、智能監控技術(shù)、REIP無(wú)線(xiàn)射頻技術(shù)等應用到電動(dòng)汽車(chē)智能充電樁的設計與研究中。

1 電動(dòng)汽車(chē)(EV)的充電方法和建設充電樁監控系統的必要性

目前，電動(dòng)汽車(chē)(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(guò)車(chē)載充電裝置的濾波、整流和保護等功能，實(shí)現對電動(dòng)汽車(chē)蓄電池的充電過(guò)程。這種充電方法充電時(shí)間較長(cháng)，充電功率較小，適合小型純電動(dòng)車(chē)以及混合動(dòng)力運行的汽車(chē)。

(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(chē)上的蓄電池進(jìn)行充電，省去了車(chē)載充電裝置，有利于車(chē)身自重的減輕。地面充電機一般功率較大，能實(shí)現快速充電。適合電動(dòng)公交車(chē)等大型電動(dòng)汽車(chē)。

(3)更換電池組。這種充電方法為每一輛電動(dòng)汽車(chē)準備了兩組蓄電池，一組為電動(dòng)汽車(chē)提供電源的同時(shí)，另一組處于地面充電狀態(tài)，當車(chē)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。這種方式能夠實(shí)現較短時(shí)間的充電過(guò)程。但是需要建設大量的電池更換站，需要大量人員進(jìn)行維護。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(chē)輛進(jìn)行隨時(shí)接觸，這樣在車(chē)輛行駛的過(guò)程中才能夠實(shí)現隨時(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(méi)有引起人們足夠的注意和興趣，不予采用。

對建設充電樁監控系統的必要性分析如下：

隨著(zhù)社會(huì )科技力量的不斷強大，電動(dòng)車(chē)以其噪音小的優(yōu)勢會(huì )逐漸地被人們所認可。建設龐大的充電系統的一部分，就如同現在的汽車(chē)加油站一樣，遍地可見(jiàn)。同時(shí)，現在的電動(dòng)車(chē)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。鋰離子電池對充放電的要求較高，如果沒(méi)有相應的監控方式，就會(huì )對電池造成不可修復的損害，嚴重時(shí)還會(huì )危及到人們的人身安全。

2 電動(dòng)汽車(chē)(EV)充電樁監控系統實(shí)現的功能

2．1 充電樁建設的兩種可行模式

1. 建設交流充電樁。在小區停車(chē)場(chǎng)建設交流充電樁，采用220 V或者390 V交流電壓，這兩種電壓等級容易獲得。經(jīng)過(guò)地面充電樁，可以為家用電動(dòng)汽車(chē)或者環(huán)衛清潔車(chē)等小型電動(dòng)汽車(chē)充電，這種交流充電樁的優(yōu)勢就是可以利用車(chē)輛夜間閑置的時(shí)間進(jìn)行充電。

(2)建設直流充電樁。在電動(dòng)公交車(chē)站或者大型電動(dòng)汽車(chē)的場(chǎng)合建設直流充電樁，可以快速地完成車(chē)輛充電過(guò)程。這種充電樁的功率較大，對電網(wǎng)會(huì )進(jìn)行一定的沖擊，所以在建設的時(shí)候需要考慮對電網(wǎng)的保護措施。本研究只要考慮交流220 V、380 V充電樁的監控系統的設計。

2．2監控系統的主要功能

監控系統的主要功能包括：

(1)具備IC卡識別功能，通過(guò)手持Ic卡進(jìn)行充電樁的激活和計費功能。

(2)具備對充電樁交流電源的電壓和電流的檢測和保護功能。

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

(4)具備通信功能，能夠和上級管理層進(jìn)行通信和數據交換。

(5)具備電池智能維護的功能，能夠在充電過(guò)程中，對電池進(jìn)行檢測，適度維護電池。