電動(dòng)汽車(chē)交流充電樁系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要：簡(jiǎn)要介紹了電動(dòng)汽車(chē)交流充電樁的內(nèi)容和研究現(xiàn)狀。針對(duì)需要設(shè)計(jì)了基于STM32F107VCT6微控制器的控制系統(tǒng)解決方案，并詳細(xì)介紹了控制系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)和樁體的電氣部分設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)提供包括人機(jī)交互、充電控制、電能計(jì)量、IC卡付費(fèi)、票據(jù)打印、運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)、充電保護(hù)和充電信息存儲(chǔ)和上傳等多種完善的功能，滿足充電過(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(jī)

0 引言
隨著全球能源危機(jī)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(guó)政府及汽車(chē)企業(yè)普遍認(rèn)識(shí)到節(jié)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(guó)高度重視電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展，國(guó)家相繼出臺(tái)了一系列標(biāo)準(zhǔn)來(lái)扶持和規(guī)范電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展。但要實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車(chē)大面積普及我國(guó)還有很長(zhǎng)的路要走，需要解決的問(wèn)題還有很多。在最近發(fā)布的《節(jié)能與新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)規(guī)劃》草案中指出將以純電動(dòng)汽車(chē)作為主要戰(zhàn)略取向。有關(guān)專家指出純電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展存在三大瓶頸問(wèn)題：一是標(biāo)準(zhǔn)的缺失，二是配套政策的不完善，三是基礎(chǔ)設(shè)施的規(guī)劃和建設(shè)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(chǔ)設(shè)施的一部分對(duì)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(qū)停車(chē)場(chǎng)或充電站內(nèi)，采用傳導(dǎo)方式為具有車(chē)載充電機(jī)的電動(dòng)汽車(chē)提供人機(jī)交互操作界面及交流充電接口，并具備相應(yīng)測(cè)控保護(hù)功能的專用裝置。交流充電樁采用大屏幕LCD彩色觸摸屏作為人機(jī)交互界面，可選擇定電量、定時(shí)間、定金額、自動(dòng)(充滿為止)四種模式充電，具備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)、故障狀態(tài)監(jiān)測(cè)、充電分時(shí)計(jì)量、歷史數(shù)據(jù)記錄和存儲(chǔ)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(jì)量模塊、賬務(wù)管理模塊四部分組成。根據(jù)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(kù)。

2 交流充電樁系統(tǒng)工作原理
依據(jù)GB／T 20234．2-2011《電動(dòng)汽車(chē)傳導(dǎo)充電用連接裝置；交流充電接口》中相關(guān)規(guī)定的要求，采用控制導(dǎo)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(shù)的判斷裝置。其典型的控制導(dǎo)引電路如圖1所示。

供電設(shè)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(cè)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(cè)量檢測(cè)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(cè)后，操作人員對(duì)供電設(shè)備完成充電啟動(dòng)設(shè)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(hào)。供電控制裝置通過(guò)測(cè)量檢測(cè)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(cè)無(wú)誤后閉合S2，供電控制裝置通過(guò)再次測(cè)量檢測(cè)點(diǎn)1的電壓值判斷車(chē)輛是否準(zhǔn)備就緒，如滿足要求則通過(guò)閉合K使交流供電回路導(dǎo)通。

3 交流充電樁系統(tǒng)方案
系統(tǒng)由LCD觸摸屏、打印機(jī)、RS 485接口的電能表、漏電保護(hù)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(jī)操作界面和快捷簡(jiǎn)單的操作方式，滿足客戶按照不同的方式對(duì)電動(dòng)汽車(chē)進(jìn)行充電的要求，可以顯示當(dāng)前充電狀態(tài)、充電電量和充電費(fèi)用，友好的用戶界面可以讓客戶進(jìn)行相應(yīng)的選擇。當(dāng)采集的電壓超過(guò)過(guò)壓保護(hù)定值或低于欠壓保護(hù)定值，充電樁停止充電。漏電保護(hù)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(dāng)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(tǒng)的電氣連接示意圖如圖2所示。