摘要：在社会经济和城市化进程快速推进的时代背景下，给每个产业的发展带来类卓诸多的机遇和挑战。与此同时面对日益紧缺的能源，电动汽车的创新与发展给城市带来新的生命力，但是在电动汽车发展的过程中，最需要解决的就是充电系统，作为电动汽车产业化和市场化的重要推动力量，必须要加强对其进行深入的研究分析。在社会科学技术的促进下，我们国家的电动汽车充电系统的发展虽然取得了一定的进展，但是对其充电系统的研究也仅仅是起步阶段，为能够建立起相关的标准体系，从而在很大程度上影响制约着电动汽车在我国的发展。为此，本文在对国内外充电系统研究进行综合分析的基础上，试图研发一种新型的交流充电柱，随即采用模块化设计思路，应用嵌入式控制、人机交互、计量收费、数据通信等技术，分别对充电桩的嵌入式实时控制、网络化交易及运行管理、安全防护等功能子系统进行具体的设计和实现。从而最终希望该研究能够为推动我国电动汽车的发展奠定坚实的理论基础和实证依据。
关键词：电动汽车；交流充电技术；嵌入式控制；模块化设计；实证研究
在社会经济以及社会科学技术的推动作用下，使得我们国家的电动汽车研究技术不断与国外相看齐，与此同时我们国家在一些汽车能源利用等方面有着明显的优势，因此更加能够实现对电动汽车的研究工作。更为重要的是，面对建设生态环保型、绿色家园等宏观社会发展背景下，加强对电动汽车的研究不仅能够有效关节我国能源短缺的现状问题，而且还能够在很大程度上减少对环境的破坏以及空气质量的下降，从而更容易实现碧海蓝天的美丽家园愿景。在我们国家的电动汽车研究过程中，首先需要解决充电系统，因为充电系统决定了电动汽车发展是否能够市场化和产业化；目前我国的充电系统研究尚处于起步阶段，没有形成相关的设计标准，并且很多的理论基础、技术方案、设计思路均需要进一步加强研究。为此，本文从我国电动汽车充电系统的研究设计现状出发，在借鉴国内外研究的基础上，提出本研究中的交流电充电设计思路，以期为推动我国电动汽车产业的发展提供重要参考意见。
1 充电桩总体方案设计
1.1 应用对象分析
顾名思义，充电桩的应用对象是自身载有充电机的电动汽车所使用，电动汽车上的自带设备能够将输出的交流电能通过自身的电能转换作用之后，变直流电供其电动汽车作为动力之用。电动汽车车载充电机固定安装于车上，将输入的单相或三相交流电源经电能变换为直流输出后对动力电池进行充电；充电过程中，车载充电机通过CAN总线接口与BMS进行实时通信，获取电池充电状态和充电需求，根据返回数据调整输出参数，同时将实时的充电回路状态信息发送给BMS。
1.2 功能需求分析
对于电动汽车交流充电柱来说，气主要的作用就是能够为过往的电动汽车提供源源不断的交流电，供其作为动力之用，所以其一般涉及到的功能主要有以下几方面：（1）能够提供稳定的交流电源，类似于加油站需要从别的地方输送汽油等；（2）能够为用户提供自助式的充电操作功能，使得其充电过程只需要用户自己完成，不能过于复杂繁琐；（3）能够在充电的过程中正确对充电的电量进行计量，并且随之产生一定的费用，向用户进行收取的系列功能；（4）能够在没有工作人员操作的情况下同样能够为用户提供充电服务，即需要具备远程监测、控制的功能。
1.3 总体方案设计
在对充电桩进行总体设计的过程中，主要依据安全性、可靠性、智能化、实用性等四个方面的设计原则，所以在对进行设计的过程中既要保证能够为用户提供源源不断的交流电供应，与此同时也要有效降低其具体进行操作的流程，从而提升充电桩的用户体验感，真正意义上做到惠民。因此，综合上述设计原则之后，其总体的设计思路如下图所示：
图1 交流充电桩系统结构设计
从结构上，充电桩大致可以分为嵌入式实时控制系统、网络化交易管理系统 以及安全防护系统三个部分。嵌入式实时控制系统用于充电桩运行控制，并提供管理及使用的人工操作界面；系统以微处理器为核心，结合嵌入式实时操作系统搭建开发平台，通过外围功能设备接口电路的设计和应用软件的开发实现充电桩的实时运行管理。网络化交易及运行管理系统实现充电交易的费川结算和账户管理功能，涉及充电电能的计量、消费金额的结算以及交易数据的记录和传输等。安全防护系统主要保障操作人员及设备的电气安全，减少或避免外部干扰对控制制系统工作稳定性的影响，控制导引单元主要实现充电电缆连接状态的实时检测以及向车载充电机提供表征当前最大输出电流值的信号。
2 嵌入式实时控制系统设计
2.1 嵌入式和人机交互技术
在对电动汽车交流充电柱使用嵌入式控制系统，能够利用其对整个控制系统实现更加有针对性的控制需要，并且在该系统内部由于是以计算机技术为基础、软硬件科裁剪等系列特点，就能够为充电桩的实时信息进行记录和输出，并且在相关软件系统的支持下能够有效降低其对繁琐程度，提升用户的感知体验度。人机交互技术，则主要的目的是通过对人与计算机之间的信息交流研究，从而在一定程度上实现对用户的信息进行管理、消费处理、充电服务等一体化的智能化服务。
2.2 嵌入式实时控制系统硬件设计
嵌入式实时控制系统硬件主要包括微处理单元电路、电能输出控制单元电路 以及控制系统电源电路；微处理器单元电路为LPC1768提供必要的外围电路，电能输出控制单元电路实现交流充电电源的通断控制，控制系统电源电路为控制系统提供工作电源。
2.3 嵌入式实时控制系统软件设计
实时控制系统选用了根据ANSIC进行编写的嵌入式实时操作系统作为软件开发平台，管理各类系统资源，实现优化利用；在此基础上进行了应用任务的开发，包括针对各项充电桩功能的任务规划、任务关联性设计及任务代码编写。
3 安全防护系统设计
3.1 控制导引单元设计
在电动汽车进行交流电充电的过程中，需要时刻对其充电的连接装置进行有效的判断，从而确保在对充电桩进行使用的过程中不会由于连接电缆的问题造成一定的电气事故；与此同时在充电桩中使用控制导引单元设计还能够输出充电桩中的额定电流参数，能够使其在标准参数的规定范围内对车载充电机进行正确的电流输出。
3.2 紧急停电单元
交流充电桩在使用的过程中，由于其交流电自身存在的一些安全隐患，以及在用户在具体操作中由于操作不当等就会引发一定的电气事故，所以就需要在充电桩设计中设计紧急停电单元，从而保证在紧急情况下通过该装置对电源进行切断处理；其具体的设计思路是在充电桩前测设有急停按钮装置以及对象的报警装置，一方面用户可根据警示自行切断，同时也可在按动急停按钮处理。
3.3 电气防护单元设计
在该防护单元的设计中，首先要保证电源的电气安全，从而在此装置中设有断路器、漏电保护装置等，从而能够有效保证充电桩在使用的过程中不会因为电源方面的故障导致充电过程的终端或者引发相应的安全事故。
3.4 静电防护单元设计
在所有的电气设备在应用的过程中，均会由于外界的影响，使得其装置产生相应的静电，而这些静电又会严重影响其电子产品的工作可靠性；因为静电在放电的过程中会引起射频干扰以及电磁效应，会对这个充电桩的数据监测、硬件电路等造成严重的干扰作用，使得其不能正常的工作。因此，就急需要对充电桩进行静电防护单元的设计与实践工作。
4 结束语
面对日益加剧的能源危机以及环境污染等问题，应当积极进行电动汽车充电系统的研究工作，只有在有效解决充电系统问题的前提下才能够有效推动我国电动汽车的产业化和市场化发展，从而最终为建设绿色美好的家园奠定基础。
参考文献：
[1]张建伟，杨芳，秦俭.电动汽车交流充电控制导引系统设计[J].电测与仪表，2014，51（5）：78-82.
[2]徐坤，周子昂，吴定允，等.电动汽车交流充电桩控制系统设计[J].河南科技大学学报（自然科学版），2016，37（3）：47-52.
[3]佚名.一种多用户电动汽车交流电充电系统：，CN 104269909 A[P].2015.
论文作者:邬智江
论文发表刊物:《建筑细部》2018年第25期
论文发表时间:2019/6/21
标签：电动汽车论文; 实时论文; 系统论文; 嵌入式论文; 控制系统论文; 单元论文; 过程中论文; 《建筑细部》2018年第25期论文;