電動汽車充電樁控制工作原理研究

電動汽車充電樁控制工作原理研究摘要：近些年，出于環(huán)保和減小能源損耗的考慮，各個國家都大力發(fā)展電動汽車事業(yè)。充電樁作為電動汽車的配套設備，受到廣泛關注，并朝著高頻化、高功率密度化、便捷化和智能化的方向不斷發(fā)展。然而在發(fā)展過程中還是存在很多問題，高頻高密度的同時，會影響開關電源的充電效率，甚至會導致嚴重的后果，這些對于充電樁發(fā)展來說都是亟需解決的。基于此，本文主要對電動汽車充電樁控制工作原理進行分析探討。關鍵詞：電動汽車；充電樁控制；工作原理1前言相對于在人們心中根深蒂固的傳統(tǒng)汽車，電動汽車(后文簡稱EV)還有一些很根本的問題，阻礙了其發(fā)展。其中重中之重的問題是充電問題，相比于傳統(tǒng)汽車的隨來隨加的方便和快捷，電動汽車的充電顯得略微乏力，汽車進入社會的速度比城市規(guī)劃的落實速度快很多，電動汽車的能源供給還不能做到像傳統(tǒng)汽車那般方便；與此同時，充電過程的用時和能源損耗相對較高，是電動汽車能夠普及的關鍵問題所在。因此，加快突破電動汽車充電技術難關顯得愈發(fā)的重要，開發(fā)新型拓撲結構，研發(fā)和優(yōu)化控制策略，對電動汽車被人們和社會接受具有深遠的經濟效益意義和社會發(fā)展意義。2充電樁的充電方式充電方式主要有四種，分別是快速充電方式、慢速充電方式、無線充電方式、更換電池充電方式。使用充電樁進行充電時，可以采取有限預付費的方式，根據用量多少進行扣費；充電樁內置打印機，可以使用充電數據進行自動打印。充電樁還具有語言導航功能，方便用戶進行操作；用戶在充電時能自助充電，無需專人守護。為確保充電接口安全，充電樁還安裝有智能電磁門鎖；如果有漏電、過流、過壓、插頭斷開、線纜破損等問題，充電樁都可以實現(xiàn)自動保護。在管理中心，操作人員可同時對數百個以上的充電樁進行管理，實現(xiàn)對充電卡、充電樁信息的全自動記錄。3充電樁系統(tǒng)及其控制工作原理3.1電氣系統(tǒng)交流充電樁的電氣系統(tǒng)有主回路和二次回路。主回路的組成部分有輸入交流控制接觸器、保護斷路器、充電接口連接器和交流智能電能表。其中控制電源通斷的是交流接觸器；輸入斷路器具備過載、短路和漏電保護功能；連接器具有鎖緊裝置，能防止錯誤操作，它是與電動汽車連接的充電接口；交流智能電能表是對交流充電進行計量的工具。二次回路提供“啟?！笨刂婆c“急停”操作，它的組成部分有運行狀態(tài)指示燈、急停按鈕、控制繼電器、充電樁智能控制器和人機交互設備（顯示、輸入與刷卡）。其中，信號燈的作用是提供“待機”“充電”與“充滿”狀態(tài)指示；提供刷卡、充電方式設置與啟?？刂撇僮鞯膭t是人機交互設備。3.1.1供電系統(tǒng)給充電設備提供電源的是供電系統(tǒng)，它由一次設備和二次設備組成，其中一次設備有開關、變壓器及線路等，二次設備有檢測、保護、控制裝置等。供電系統(tǒng)配有專門消除諧波的有源濾波裝置，可以幫助穩(wěn)定電網。3.1.2充電設備整個充電站電氣系統(tǒng)的核心構成部分是充電設備，充電設備分為兩種，分別是交流充電裝置（樁）和直流充電裝置。直流充電裝置又叫非車載充電機，按照功率可以分為小型、中型和大型，主要對電池進行快充，而交流充電裝置（樁）則可以實現(xiàn)對電池的慢充。非車載充電機運用V2G技術，通過使用進口高頻IGBT的方式整流逆變模塊，可以實現(xiàn)對動力電池的安全、快速充電。而且它還能完成電網與電池之間的雙向能量交換，其原理是建立起控制器與后臺系統(tǒng)的通信和連接，把動力電池的能量狀況反饋到電網。非車載充電機的通信連接快速、可靠，主要依靠高速CAN總線。交流充電樁的功能主要是為車輛提供慢充服務，它連接車載充電器，輸出的是交流電。3.2監(jiān)控系統(tǒng)充電監(jiān)控系統(tǒng)通過網絡連接各工作站、服務器，這些計算機包括監(jiān)控工作站、數據服務器等。其中監(jiān)控工作站通過充電監(jiān)控人機交互界面為充電機提供監(jiān)控和數據收集、查詢等信息。存儲整個充電系統(tǒng)的原始數據和統(tǒng)計分析數據的是數據服務器，它的主要作用是提供數據服務和其他應用服務。3.3通信系統(tǒng)整體系統(tǒng)主要有四個組成部分，分別是電動汽車充電樁、集中器、電池管理系統(tǒng)（BMS）、充電管理服務平臺。3.3.1電動汽車充電樁通過嵌入式ARM處理器可以實現(xiàn)對電動汽車充電樁的電路控制，用戶能按照液晶屏提示選擇充電模式，充電模式有按電量充電、按時計費充電、按里程充電和自動充滿四種。用戶也可以通過自主刷卡進行用戶驗證、查詢余額和計費。3.3.2集中器電動汽車充電機控制器與集中器的數據交互通過CAN總線實現(xiàn)，集中器與服務器平臺的數據交互則利用有線互聯(lián)網或無線GPRS網絡。為了保證數據安全，通常對電量計費和金額數據進行加密。3.3.3電池管理系統(tǒng)電池管理系統(tǒng)（BMS）通過監(jiān)控電池的工作狀態(tài)，包括電池的電壓、電流和溫度等，對電池進行管理，避免出現(xiàn)過充、過熱、過放電和單體電池之間電壓嚴重不平衡現(xiàn)象。它還可以對動力電池的電池容量（SOC）和相應的剩余行駛里程進行預測，有助于最大限度地利用電池存儲能力和延長電池使用壽命。3.3.4充電服務管理平臺充電管理、充電運營、綜合查詢是充電服務管理平臺的功能。充電管理對系統(tǒng)涉及的基礎數據如電池信息、電動汽車信息、用戶卡信息、充電樁信息進行集中式管理；充電運營的作用是對用戶的充電活動進行計費管理；綜合查詢是對充電管理和充電運營的數據進行綜合分析查詢。4電動汽車充電過程電動汽車充電通過三相電網輸入交流電，經橋式不可控整流電路可變成直流電，再通過LCR電路濾波后傳輸到高頻DC—DC功率變換器。通過功率變換實現(xiàn)直直變換輸出符合要求的直流電壓，經輸出濾波后最終可以為電動汽車蓄電池充電。充電可選擇四種模式，分別是定時間、定金額、定電量、自動充滿。目前，傳感式無線充電技術在充電大功率的情況下會產生輻射干擾，在實際應用中廣泛使用的充電方式是接觸式充電。在快速發(fā)展的變流控制技術和電力電子技術的影響下，大容量電池越來越多，單一的充電模式已無法滿足現(xiàn)實需求的變化。電動汽車在充電時，采用的是恒壓限流充電和分階段恒流充電混合的充電模式。常用的電動汽車電池有蓄電池和燃料電池兩種，蓄電池用于純電動汽車，燃料電池則用于混合動力電動汽車。蓄電池是主要動力元件，在電動汽車使用過程中，為電動汽車提供低速啟動和全負荷加速的動力支持，現(xiàn)階段大多數充電電池主使用鋰電池。在剛開始充電的時段，大都通過采用最佳充電倍率進行限流充電。在這一時段，電池電動勢低，盡管充電電壓不高，充電電流也會很大，因此，必須限制充電電流。充電電壓增大時，電池的電動勢會不斷上升，充電電壓也將隨之攀升。當電池電壓達到安全范圍內，最佳充電電壓的時候將保持恒壓充電。在這一時段，電動勢不斷上升，但是電壓保持不變，故電池的充電電流將呈雙曲線趨勢不斷下降直至零。然而實際操作過程中，當充電電流小于0.015A時，就可以停止充電。5結束語隨著電動汽車生產和銷售的不斷增加，亟需解決電動汽車充電問題，充電樁的數量也會隨之快速增長。文章對充電樁的類型和充電方式進行了分析，然后從電氣系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、工作流程和通信系統(tǒng)等幾個方面詳細分析了電動汽車充電樁的控制工作原理。電動汽車充電樁的市場會越來越大，研究