摘要：文章主要从充电桩控制系统概述出发，分别阐述了充电桩系统硬件设计，以及充电桩系统软件设计，旨在与广大同行共同探讨学习。
关键词：电动汽车；充电桩；控制系统设计
一、充电桩控制系统概述
充电桩控制系统构成多种多样，由不同的模块组成，常见的包括核心控制模块、采样与变送模块以及通信与显示模块等几部分。充电桩的核心组成部分为核心控制模块，其可以通过不同的控制功能对充电桩整个充电过程进行相应的控制。在充电过程当中，采集与变送模块将用户输入的数据和充电桩在工作状态的数据采集后，通过不同的通信功能将采集的信号传送到电脑检测端。核心控制模块的主要的功能是控制整个系统的数据采集并通过 CAN 总线进行通信，控制整个充电桩。设计显示操作模块主要是为用户提供方便观察整个充电桩的工作状态的功能，包括充电桩的输入电压、输出电压等不同信息的全方位的监控系统，通过监可以迅速发现工作过程中出现的问题并采用相应的反馈，从而保证充电桩整个系统的正常工作以及用户的安全。如下图 1.1 为充电桩的结构简图。
图1.1 充电桩结构简图
当用户使用充电桩为电动汽车充电时，用户需要将充电桩的充电手柄插入到电动汽车充电插口中，在确定插入并保证固定好后，将充电所需用户的账号和密码输入，剩余的仅仅需要按照相关的系统提示操作完成即可。在账号输入确认无误后，根据电动汽车的不同选择相应的电池型号，再选择所需充电方式，点击开始充电按钮就可以给电动汽车进行充电了。当充电桩处于工作状态时，不同模块之间通过核心模块相互协调完成电动汽车的充电过程，与此同时还必须保证不同的模块之间在工作时不会对彼此产生影响。
二、充电桩系统硬件设计
1.带有光耦的输出电路设计
在对电动汽车充电桩管理系统进行设计的过程中，相关的设计人员一定要对光耦输出电路的设计工作引起足够的重视，在具体设计过程中，最好是采用PWM光波电路，采用这种模式的主要目的是可以更好地确保充电管理系统在对STM32位一体的输出光波进行应用的时候可以将电压控制在0到3.3V之间，同时也可以电压的波动值控制在-12到12V之间，在具体操作过程中，为了更好地防治PWM光波受到其他光波的影响，需要在电路设计过程中加强了对隔离干扰光耦电路输出实际。
2.带有光耦的通信电路设计
在对电动汽车充电桩管理系统进行设计过程中，应该充分结合实际需求对通信功能进行专门的设计，在具体设计过程中，一般情况下也都是采用带有光耦模块的通信系统。在对通信系统进行设计的时候，应该对其系统中的RS485收发器芯片设计工作引起足够的重视，从而更好地确保系统在实际应用过程中的高效运行，这就需要在具体设计过程中应该将电源地线模块和管理模块紧密联系在一起，同时还应该找到通信功能接入点的准确位置。除此之外，还应该对光耦通信系统设计过程中的发送功率和芯片传输具体需求进行充分了解，并进行针对性地设计，只有这样才能有效确保整个通信系统信号的正常传输。
三、充电桩系统软件设计
1.充电方式简介
（1）恒定电流充电方法
恒定电流方法的定义：在为电动汽车充电的过程当中，充电桩所提供的电流是保持不变的。首先，充电桩在给电动汽车电池充电过程当中，电池的内阻随着充电时间的不断变长而不断地增大，假如采用恒流充电的方法，随着时间的增长，电池两端的电压也在不断地变大，这就要求充电桩在输出端的电压必须也得随着时间的增长而不断的增大。因此，这就对充电桩的设备要求比较高，同时增加了充电桩建造的成本。
（2）三段式充电方法
三段式充电方法相当于是将阶段等流充电方法和恒定电压充电方法结合起来，利用各自的优点弥补对方的不足之处。三段式充电方法包括充电初期时的恒流充电，然后的恒压充电，最后再采用恒流充电的方法进行充电的方法。这样做的主要优点有：这种充电的方式可以将电动汽车的电池完全充满，延长的电池的使用年限；还避免了采用恒压充电方法在刚开始充电电流过大和最后充电时电流过小的情况，大大的节约了电能。
2.充电过程程序设计
在设计充电桩的控制系统时，本设计采用的三段式充电方法，可以将整个充电过程分为快速充电（恒流充电方法），补足充电（恒压充电方法）和涓流充电（恒流充电方法）三个阶段。
（1）补足充电阶段：在这一阶段由于采用的是稳定电压不变的充电方法，与快速充电阶段电流相比要小很多，所以又被称为慢速充电阶段。并且在这一段时间充电的效率也会逐渐下降，由于在快速充电阶段电压会得到快速的提高且在补足阶段电压也会持续的增高，并且会保持不变在一定范围内，所以在这一时期充电桩必须做好过压保护措施，从而保障用户的安全，降低充电时的风险。
（2）快速充电阶段：通过稳定不变的电流进行充电的方法，用大电流对电动汽车的电池进行充电。在此时，充电的电流较大，然而电压较小，所以不适合整个电池的充电过程，
仅会被限制在电池电量的一定数值以内。
（3）涓流充电节段：在这一阶段充电的速率会大大的降低，主要因为在前两个阶段电池的电能已经快被充满了，为了用更小的电流将电池的电能达到一定范围的值，从而结束本次的充电。并且在这一充电过程当中，充电桩的控制模块会对电压、电流和温度进行检测，当温度上升到一定值后，充电桩会降低充电所需要的电流，以满足整个充电系统在最后充电时的需要，从而使电池的电能达到要求结束充电。
3.充电桩人机交互界面的设计
（1）充电方式选择界面设计
由于电动汽车电池型号的不同和用户的需求不同，所以对于充电方式的选择也会有所不一样。为了满足不同用户的需求，根据用户需要设计了三种不同的充电方式，用户可以通过按钮进行来选择，分别为自动充满、定时间充电和定金额的充电方式。在定金额充电和定时间充电按钮后面有设置充电金额和充电时间的填写。用户可以通过选择界面来选择不一样的充电方式（按钮）用来满足不同的充电需求，当充电方式选择完成后，点击“开始充电”按钮，电动汽车将开始充电。通过调查和统计，用户在进行选择时，自动充满为最常用的方式，因此将自动充满方式放在最前面，并设计为推荐方式，以方便用户选择。
（2）充电故障界面的设计
当充电出现故障时会弹出故障界面，并显示所检测到出现的故障问题及在故障后面指示灯会不停的闪烁，在界面的下方会显示“出现故障”并不停的闪烁。本文所设计的充电桩将会出现的故障问题有充电桩温度过高，输入过压、欠压，输出过压、过流以及短路保护等。
（3）充电完成界面的设计
充电完成后充电桩会主动断开充电并且充电界面会跳转到充电完成界面。同时显示界面还会显示本次充电所使用的时间，电池的饱和度，充电金额以及账号内所剩余的金额。用户通过触摸屏，点击“退出”按钮，彻底退出本次充电。
结语：
总而言之，我国目前的电动汽车充电桩管理系统具有非常好的有效性和准确性，只有这样才能更好地满足电动汽车的实际需求，有效推动了我国电动汽车充电桩的快速发展。
参考文献：
[1]王启峰.对电动汽车充电站规划研究[J].内燃机与配件，2018（12）
[2]张文临.风电联动供电智能电动汽车充电桩的设计[J].低碳世界，2018（9）
[3]古运帷.浅谈电动汽车充电桩控制系统的设计[J].居业，2017（11）
论文作者:黄惠萍
论文发表刊物:《基层建设》2019年第14期
论文发表时间:2019/7/29
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