電動(dòng)汽車(chē)智能充電機設計研究

摘要：面對電動(dòng)汽車(chē)的快速發(fā)展，大功率動(dòng)力電池智能充電機以及充電算法的研究顯得愈加重要。本文研制了智能充電機系統，開(kāi)發(fā)了恒流、恒壓以及智能充電算法。試驗測試結果表明，充電機較好的實(shí)現了恒流限壓、恒壓限流、智能充電以及放電等功能。該智能充電機可以為電動(dòng)汽車(chē)提供穩定可靠的能量轉換，并將隨著(zhù)電動(dòng)汽車(chē)的廣泛使用不斷發(fā)展。
關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車(chē) 智能充電機 微機控制

1 引言

電動(dòng)汽車(chē)是目前世界上唯一能達到零排放的機動(dòng)車(chē)。由于環(huán)保的要求，加之新材料和新技術(shù)的發(fā)展，電動(dòng)汽車(chē)進(jìn)入了發(fā)展高潮。電動(dòng)汽車(chē)作為綠色交通工具，將在21 世紀給人類(lèi)社會(huì )帶來(lái)巨大的變化。順應當前國際科技發(fā)展的大趨勢，將電動(dòng)汽車(chē)作為中國進(jìn)入21 世紀汽車(chē)工業(yè)的切人點(diǎn)，不僅是實(shí)現中國汽車(chē)工業(yè)技術(shù)跨越式發(fā)展的戰略抉擇，同時(shí)也是實(shí)現中國汽車(chē)工業(yè)可持續發(fā)展的重要選擇。

目前我國電動(dòng)汽車(chē)研究已取得階段性成果，已經(jīng)完成了電動(dòng)轎車(chē)、電動(dòng)中型客車(chē)和電動(dòng)大型客車(chē)的開(kāi)發(fā)工作。在我國大中城市都普遍存在著(zhù)十分嚴重的交通問(wèn)題和汽車(chē)尾氣排放污染問(wèn)題，電動(dòng)汽車(chē)是一種非常理想的中速和短途的日常公共交通工具，因此在我國有著(zhù)得天獨厚的發(fā)展條件和廣闊的應用前景。根據歐美和日本等先進(jìn)國家的經(jīng)驗，在進(jìn)行電動(dòng)汽車(chē)的開(kāi)發(fā)和制造的同時(shí)，必須開(kāi)發(fā)電動(dòng)汽車(chē)公共充電站和進(jìn)行電動(dòng)汽車(chē)示范工程建設，為電動(dòng)汽車(chē)的推廣使用積累經(jīng)驗。在城市繁忙地段開(kāi)辟電動(dòng)汽車(chē)交通線(xiàn)，進(jìn)行電動(dòng)汽車(chē)的推廣示范是一項很有意義的工作，為了作好這項工作，就必須進(jìn)行電動(dòng)汽車(chē)充電機及其充電管理系統的開(kāi)發(fā)。

隨著(zhù)電動(dòng)汽車(chē)研究的深入，對于電動(dòng)汽車(chē)用電池充電器有了一定的需求，因為這是一個(gè)比較新的應用領(lǐng)域，開(kāi)發(fā)者主要集中在一些科研單位或大學(xué)中。國內的生產(chǎn)單位主要是面向電瓶車(chē)、電動(dòng)游覽車(chē)、蓄電池維護等應用場(chǎng)合，因此充電機功率范圍有限。從上面的分析可以看出，研制電動(dòng)汽車(chē)大功率智能充電機具有重要意義。

2 充電機設計與研制

2.1 智能充電機系統特點(diǎn)

· 指示功能：

狀態(tài)指示：包括電池電壓不足、正在充電、充電結束；
故障指示：直流輸出側過(guò)電壓及欠電壓，溫度異常，主斷路器斷開(kāi)。蓄電池溫度異常。

· 記錄功能：

交流輸入：對公用充電機記錄輸入的電力（kW?h），記錄一次充電值和日累計值。
溫度：充電時(shí)電池溫度、充電機溫度、環(huán)境溫度。
故障記錄：直流輸出側過(guò)電壓及欠電壓，電池或充電機溫度異常；

· 自動(dòng)計費功能：

充電機預留IC 卡接口，開(kāi)發(fā)IC 卡管理系統。對充電機可以采用IC 卡充電操作，充電機能自動(dòng)計費，并顯示及打印計費結果或直接用IC 卡結算。

· 監測功能：

充電過(guò)程中要監測電池的溫度，不能超過(guò)最大允許值，否則會(huì )損害電池和減少電池的使用壽命。

· 充電機預留CAN 總線(xiàn)接口和485 接口，一方面為了和車(chē)上設備通信，另一方面便于連接上位機，實(shí)現連接計算機觀(guān)察全程充電曲線(xiàn)和組網(wǎng)微機監控。

· 充電機具有斷電時(shí)保護數據；具有電流、電壓、時(shí)間等參數超出了操作人員所設定的范圍以及軟件故障提示等安全保護措施。

· 具有完善的故障保護和報警功能。對輸入電源過(guò)壓、缺相，充電機過(guò)流、過(guò)熱，蓄電池短路、開(kāi)路、極性接反、超溫等故障均有自動(dòng)保護并發(fā)出聲光報警信號。

2.2 充電機主電路設計

經(jīng)分析認為，對于大功率（10kW 以上）充電機適合采用相控方式，控制方法成熟，性能穩定可靠。圖1 為設計的智能充電機主電路。

1） 路形式采用全控整流電路，選用集成化控制模塊，具有集成度高、多相脈沖對稱(chēng)性好、線(xiàn)性度高、相序自動(dòng)識別，無(wú)須同步變壓器、軟啟動(dòng)以及缺相保護等功能。
2） 檢測蓄電池電壓、直流側電流的傳感器，選用LEM 模塊采集電壓和電流信號。
3） 計了自檢用假負載，要求邏輯部分可以控制假負載的投入和斷開(kāi)，保證充電機自檢。
4） 溫度檢測采用AD590 型集成溫度傳感器，可以長(cháng)距離傳輸信號。

2.3 微機控制系統的設計與實(shí)現

控制器可以分為主控單元和執行單元，其中，執行單元具有參數采集、輸出直流控制信號和放電控制信號、故障顯示等功能。主控單元具有電能計量、上位機通信、狀態(tài)和報警顯示、鍵盤(pán)掃描、液晶顯示控制以及向執行單元傳送指令等功能。

(1) 微機控制器硬件設計

采用ATMEL 公司的89C52,該單片機片內8K FLASH,片內256 字節RAM,32 條可編程I/O 口線(xiàn),3 個(gè)16 位定時(shí)器/計數器,8 級中斷源,有一個(gè)通用串行接口。外圍器件主要有SD2000D，內置64Kbit NVSRAM，晶振、電池，時(shí)鐘。選用AD574 作為A/D 轉換器件，DAC0832 用作D/A 轉換