電動(dòng)汽車(chē)交流充電樁系統設計

摘要：簡(jiǎn)要介紹了電動(dòng)汽車(chē)交流充電樁的內容和研究現狀。針對需要設計了基于STM32F107VCT6微控制器的控制系統解決方案，并詳細介紹了控制系統的軟硬件設計和樁體的電氣部分設計。該系統提供包括人機交互、充電控制、電能計量、IC卡付費、票據打印、運行狀態(tài)監測、充電保護和充電信息存儲和上傳等多種完善的功能，滿(mǎn)足充電過(guò)程的要求。
關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車(chē)；交流充電樁；STM32F107VCT6；車(chē)載充電機

0 引言
隨著(zhù)全球能源危機的不斷加深，石油資源的日趨枯竭以及大氣污染、全球氣溫上升的危害加劇，各國政府及汽車(chē)企業(yè)普遍認識到節能和減排是未來(lái)汽車(chē)技術(shù)發(fā)展的方向，發(fā)展電動(dòng)汽車(chē)將是解決這兩個(gè)難題的最佳途徑。我國高度重視電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展，國家相繼出臺了一系列標準來(lái)扶持和規范電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展。但要實(shí)現電動(dòng)汽車(chē)大面積普及我國還有很長(cháng)的路要走，需要解決的問(wèn)題還有很多。在最近發(fā)布的《節能與新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)規劃》草案中指出將以純電動(dòng)汽車(chē)作為主要戰略取向。有關(guān)專(zhuān)家指出純電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展存在三大瓶頸問(wèn)題：一是標準的缺失，二是配套政策的不完善，三是基礎設施的規劃和建設的有序推進(jìn)。本文所研究的電動(dòng)汽車(chē)交流充電樁作為充電基礎設施的一部分對于推進(jìn)電動(dòng)汽車(chē)的普及具有重要的意義。

1 電動(dòng)汽車(chē)交流充電樁介紹
交流充電樁，又稱(chēng)交流供電裝置，是指固定在地面或墻壁，安裝于公共建筑(辦公樓宇、商場(chǎng)、公共停車(chē)場(chǎng)等)和居民小區停車(chē)場(chǎng)或充電站內，采用傳導方式為具有車(chē)載充電機的電動(dòng)汽車(chē)提供人機交互操作界面及交流充電接口，并具備相應測控保護功能的專(zhuān)用裝置。交流充電樁采用大屏幕LCD彩色觸摸屏作為人機交互界面，可選擇定電量、定時(shí)間、定金額、自動(dòng)(充滿(mǎn)為止)四種模式充電，具備運行狀態(tài)監測、故障狀態(tài)監測、充電分時(shí)計量、歷史數據記錄和存儲等功能。充電樁的交流工作電壓(220±15％)V，額度輸出電流(AC)為32 A(七芯插座)，普通純電動(dòng)轎車(chē)用交流充電樁充滿(mǎn)電大約需要6～8 h，充電樁更適用于慢速充電。交流充電樁一般由樁體、電氣模塊、計量模塊、賬務(wù)管理模塊四部分組成。根據安裝方式的不同，樁體可分為落地式和壁掛式兩種。落地式充電樁適合在各種停車(chē)場(chǎng)和路邊停車(chē)位進(jìn)行地面安裝；壁掛式充電樁適合在空間擁擠、周邊有墻壁等固定建筑物上進(jìn)行壁掛安裝，如地下停車(chē)場(chǎng)或車(chē)庫。

2 交流充電樁系統工作原理
依據GB／T 20234．2-2011《電動(dòng)汽車(chē)傳導充電用連接裝置；交流充電接口》中相關(guān)規定的要求，采用控制導引電路的方式來(lái)作為充電連接裝置的連接狀態(tài)及額定電流參數的判斷裝置。其典型的控制導引電路如圖1所示。

供電設備插頭與插座連接后，供電控制裝置通過(guò)圖1所示的檢測點(diǎn)4的電壓值判斷供電插頭與供電插座是否已完全連接。同時(shí)電動(dòng)汽車(chē)車(chē)輛控制裝置通過(guò)測量檢測點(diǎn)3與PE間的電阻值判斷車(chē)輛插頭與車(chē)輛插座是否已完全連接。在完成插頭與插座連接狀態(tài)檢測后，操作人員對供電設備完成充電啟動(dòng)設置，則開(kāi)關(guān)S1從連接+12 V狀態(tài)切換至PWM連接狀態(tài)，供電控制裝置發(fā)出PWM信號。供電控制裝置通過(guò)測量檢測點(diǎn)1的電壓值判斷充電連接裝置是否已完全連接。車(chē)輛控制端檢測無(wú)誤后閉合S2，供電控制裝置通過(guò)再次測量檢測點(diǎn)1的電壓值判斷車(chē)輛是否準備就緒，如滿(mǎn)足要求則通過(guò)閉合K使交流供電回路導通。

3 交流充電樁系統方案
系統由LCD觸摸屏、打印機、RS 485接口的電能表、漏電保護斷路器、交流接觸器、讀卡器和LED燈等基本部分組成。LCD觸摸屏可以提供友好的人機操作界面和快捷簡(jiǎn)單的操作方式，滿(mǎn)足客戶(hù)按照不同的方式對電動(dòng)汽車(chē)進(jìn)行充電的要求，可以顯示當前充電狀態(tài)、充電電量和充電費用，友好的用戶(hù)界面可以讓客戶(hù)進(jìn)行相應的選擇。當采集的電壓超過(guò)過(guò)壓保護定值或低于欠壓保護定值，充電樁停止充電。漏電保護斷路器可保證在充電過(guò)程中發(fā)生漏電等緊急故障情況下停止充電。當發(fā)生意外狀況需要緊急停止充電時(shí)，可以通過(guò)急停按鈕來(lái)中斷充電。系統的電氣連接示意圖如圖2所示。