基于专用电能计量芯片的纯电动汽车充电桩设计

摘要 1
关键词 1
Abstract 2
Keywords:electric vehicle,AC charging spot,battery management system,Lab VIEW,CAN trunk 3
目录 I
1 绪论 2
1.1 课题研究的背景及意义 2
1.2 国内外电动汽车充电设施发展现状 3
1.2.1 国外电动汽车充电设施发展现状 3
1.2.2 国内电动汽车充电设施发展现状 4
1.3 交流充电桩的类型 5
1.4 动力电池充电方法探讨 6
2 交流充电桩设计分析 8
2.1充电桩功能分析 8
2.1.1 工作过程原理 8
2.1.2 智能充电功能 8
2.2 充电桩结构分析 8
2.3 交流充电桩主要材质分析 9
3 交流充电桩的硬件设计 10
3.1 主板硬件结构介绍 11
3.1.1 MCU电路 11
3.1.2 系统电源电路 12
3.1.3电压电流信号调理电路 15
3.2 交流充电桩充电插头与控制引导电路 16
3.2.1 交流充电桩充电插头 16
3.2.2 控制导引电路 17
3.3 硬件接口 18
3.3.1 SP3739串口扩展电路 18
3.3.2 外围设备扩展电路 20
3.3.3 CAN接口电路 21
3.4 紧急停止按钮设计 22
3.5 本章小结 22
4 交流充电桩系统软件设计 23
4.1下位机软件整体架构 23
4.1.1 人机交互模块 24
4.1.2 电能计量模块 25
4.1.3交流充电桩的CAN总线通信接口模块 25
4.1.4故障报警模块 26
4.2上位机系统软件架构 27
4.2.1 Lab VIEW介绍 27
4.2.2后台管理系统设计 28
4.3本章小结 29
5 交流充电桩与后台管理系统的通信协议 30
5.1 CAN总线介绍 30
5.2 CAN总线访问机制 31
5.3 充电站系统CAN网络的组建 31
5.4 充电站系统CAN总线通信协议的实现 32
5.5 充电站CAN网络测试 34
5.6 本章小结 34
6 交流充电桩智能充电策略研究 36
6.1 电池充电终止控制方法 36
6.2 基于标准充电插头充电 36
6.3 基于带CAN总线充电插头充电 37
6.3.1实现智能充电 37
6.4 本章小结 38
7 结论与展望 39
7.1 结论 39
7.2 展望 39
参考文献 41
致谢 44
2 交流充电桩设计分析
2.1充电桩功能分析
2.1.1 工作过程原理
本文的充电桩设计中有一个完整的触摸屏，显示器所显示的字符十分清晰、完整，对比度很高，所以不依靠环境光源就可以辨认。充电桩外形时尚且精致，配备有射频读卡器和特殊的电动车辆充电卡。在电动汽车的车主将充电插头连接好之后，就可以在读卡器的感应区内刷卡，然后屏幕就会显示出账户余额与充电的模式选择，最后用户选取合适的充电方式进行充电。刷卡操作的方式为充电桩读卡器的主流程，其过程主要分为刷卡开始一选择模式一充电计费一刷卡结账，其步骤依次进行。通过读取电子式电能表的电度数据和充电电价来计算电费，完成用户的消费计算，并在最后刷卡结账时在用户卡中自动扣除[8]。
2.1.2 智能充电功能
经发改委通知未来我国居民用电将实行三档阶梯电价。经美国一家研究机构检测，在没有合理规划的情况下我们的用电费用会高出30%左右。然而随着电动汽车的广泛普及，我们以后的用电量将会更大，如果按正常的情况下大部分用户选择在用电高峰的白天或者繁忙的时间段进行充电，那么我们的电费将会高出很多。对于这一电价浮动情况，此充电桩设计方案将采用智能充电系统帮助人们更好地实现对电动汽车充电的管理分配。其安装的智能芯片可以随时随地获取电力部门的电价信息，用户就可以根据这一信息选择在最合适最经济的时间段来给自己的电动汽车进行充电，即避免了高峰又节省了费用开支。
2.2 充电桩结构分析
根据人体工程学的要求，本课题设计的充电桩高1295.79mm，宽399.78mm，外形精致且占地面积小。人们的手臂是以一种最舒适的状态在充电桩上进行操作的，同时人们的头部稍只要微倾斜一点主视线就可以完全看清屏幕上的内容，因为此屏幕的形状为斜坡状。此款充电柱为落地式，主机结构主要由一体式全触摸屏、刷卡机、充电插座、充电枪、变压器、防水底座等构成，屏幕为透明亚克力板，尤为高档的是其背面的喷漆处理。充电枪的设计也十分的人性化，当充电枪使用完毕之后，只要放回充电插座，连接线就会自动收回至充电桩的下方，方便且整齐。

图2.1 电动汽车充电桩尺寸图

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