摘要：随着节能减排要求的日益迫切以及科学技术的不断发展，新能源替代传统化石燃料能源成了整体趋势，特别其中是电动汽车产业的高速发展，带动了配套的充电系统设备也将成为新能源产业在交通领域的基础位置。目前，国内外都在积极推进并开发各种类型的电动汽车充电配套设备，从最初的小功率交流、直流充电机，到近年国內外的充电设备能够实现电动汽车快速充电的大功率直流充电机作为主流发展方向，建设了不少大型充电桩示范项目。本文将大功率直流充电桩作为主要研究内容进行探讨。
关键词：大功率；直流电桩；技术
引言
现今电动汽车充电主要有两种方式，即直流快速充电和交流慢速充电。而实现快充则主要依靠大功率直流充电机，交流充电枯及车载充电机主要用于家用、停车场等公共场所。为了便于未来电动汽车的适用性，必须建立类似加油站配比的充电站网络，而充电站最重要、最核也的设施就是充电机设备。因此，研制充电机设备并投放市场是兼具社会需要和企业经济效益需求的。国内的高校以及科研所的专家近年也开始关注电动汽车及其充电系统的研究，随着科学技术以及经济的发展，人们对于电动汽车时代的到来充满信。
1.直流充电桩的概况
从本质上来讲，充电桩的用途同加油站里面的加油机很像，是能够被固定固定到地面或墙壁的位置，常被用于一些公共建筑或者居民小区的停车场和充电站中，并且还可以根据不同的电压等级为各种型号的电动汽车进行充电。
充电桩的输入端与交流电网直接连接，输出端都装有充电插头用于为电动汽车充电。在日常生活中，充电桩一般提供常规充电和快速充电这两种充电方式，人们可以使用特定的充电卡在充电桩提供的人机交互操作界面上刷卡使用，进行相应的充电方式和充电时间以及充电费用等数据打印等操作，充电桩显示屏则能显示充电量和费用以及充电时间等数据。
在直流充电桩的运行中，输出的直流电必须要满足充电对象的电池制式需求，并且每个充电桩都要配备操作器，不仅要为用户提供使用说明，还应该实时的显示充电状态，还可以根据充电的情况进行电压的自动调整，要对非正常情况下的充电发出提醒，必须要符合国家所要求的防护等级，才能更好地保障充电设备的使用安全，为人们实现绿色出行环保出行提供条件。
2.大功率直流充电机主要功能
2.1充电功能
快速充电是大功率直流充电机的主要特点。根据电池管理参数提供的信息，在安全的前提下，尽可能快的自动地将电能充入电动汽车动力蓄电池组，使车载电池容量达到工作的要求。同时，由于各类蓄能电池的充电特性差异，电池管理系统需要与充电机进行有效信息通信，充电机则需要根据电池管理系统的要求适配各类电池有效输出电流电压。
2.2充电模式设定
充电模式分两种：自动模式即为电池管理系统依据电池特性向充电机发出有效通信，充电机根据接收到的数据自行整定电流电压等参数而完成充电过程。手动模式即为人工在充电机上设定待充电的蓄电池的电流电压等参数后，充电机完成充电过程。
2.3人机交互功能
交互即充电机能够与操作人员信息互动，在界面上显示的时间、电流、电压、资费等信息；提供帮助查询及故障显示等。
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2.4计量计费功能
采用非接触式的射频卡，W电子式多功能电表计量电费，并提供打印功能。
2.5故障保护功能
充电机拥有全面的故障保护、报警提示功能，主要包含人身防护、电气防护、数据掉电遗失防护、紧急状态停机防护等保护措施，确保操作人员与充电机设备的全面安全。
2.6 数据通信功能
充电机与电动汽车、电池管理设备的通信通过CAN总线完成。一方面实现充电机与待充电设备的信息链接，另一方面支持与充电站内监控系统的通信建立。
3.直流充电机控制技术
本质上来说，充电机就是一个AC/DC变换器，随着技术的不断进步，高频充电机成为主流，而其充电模块的功率单元设计就成为了核必中的核也。因此，运用合理的控制策略，提供最优化的充电曲线给定电压或电流并控制在合理的温升范围，达到高效率的充电效果，这时充电机控制的核也技术。在实际使用中，为了尽可能兼容高电压高容量的客车和小型轿车的充电需求特性，需要设计功率可调灵活多变的大功率充电机。然而，由于各种功率器件的容量所限，单体的充电电源不能设计的很大，为了满足大功率的需求，那么就需要依靠可靠高效的多模块的并联均流技术实现充电电源并联。为了保证电池充足电又不过充电，如何实时准确的电流电压，同时采用相关充电结束控制技术，确定"电池充满"送一状态点，结束充电过程，也是充电机设计的关键。另外对于具有记忆效应的电池来说，为了拓展电池的使用寿命和保护电池，充电前必须放电至某一容量，这时需要增加放电电路提高安全性保障。
4.硬件设计
直流充电桩复杂程度高，组成构件较多，包括主控板、接触屏、指示灯等。
直流充电桩的组成构件中，主控板是最核心的组成部分，能够对充电过程进行有效控制，而且可以利用多种通讯方式将充电桩的工作数据传输至后台。主控板的主要功能特点包括：具有6个串口，下位机检测以及数据采集办卡通过通用串行总线和上位机CPU 模块进行通信，同时上位机具有显示功能。监控单元是为了实时监测充电桩的运行状态。该单元对充电桩的进线输入电压，充电输出电压电流，充电接口状态，电池管理系统状态，电池状态等进行实时监控。
5.软件设计
电动汽车需要充电时，将电动汽车的充电插口与充电桩的充电手柄相连接，然后将IC 卡放置刷卡区，根据显示屏提示进行操作，连接充电接口，选择具体的充电模式，然后进行充电。而监控单元则会在整个充电过程中，对充电电压电流，充电接口连接情况等进行实时监控，如果发现异常，则会立即发出警报。主程序在编写时，采用模块化的原则，这样能够保证充电桩高效的运行。主程序可分为：中央控制模块、IC 卡识别模块、通讯模块、显示模块、打印模块、检测模块等。当充电桩激活时，主程序协调各模块之间的工作从而完成整套流程，多线程处理确保各模块间互不影响。
6.结束语
电动汽车直流充电机的开发工作，不仅对公司、行业，更对国家具有非常积极的作用和重大意义。如果我们能够掌握关键技术，不但可以追随主流在电动汽车产业占有一席之地，更可以与顶尖技术公司进行有力竞争，推动国内的电动汽车产业发展。
参考文献：
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[3] 王旭，齐向东.电动汽车智能充电桩的设计与研究[J].机电工程.2014（3）.
论文作者:唐伟兴
论文发表刊物:《电力设备》2017年第8期
论文发表时间:2017/7/18
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