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电动汽车充电桩的设计及其控制方法研究

赵福阳
摘要：随着我国经济社会的发展，人们的生活质量越来越高，生活的环境也越来越好，比如汽车的普遍使用给人们的生活带来了很多的便利，使得人们的出行越来越方便。但是，汽车的普遍使用也带来了一系列环境的问题，由此，为保护人们赖以生存的环境，电动汽车产生了，且也开始推广使用开来。但在使用电动汽车时需要注意的一个问题是电动汽车的充电问题。电动汽车的充电桩是电动汽车能够有效使用的重要机械设备，只有研究并发展好电动汽车的充电桩的设计与控制技术，才能为电动汽车提供能量来源，进而为长途行驶奠定一个好的基础。由此，本文主要从充电桩监控系统的功能及充电方法设计、系统的硬件设计、软件设计以及环境与电磁兼容设计这四个方面进行阐述。
关键词：电动汽车;充电桩;设计与控制
1前言
随着经济社会的发展，汽车已经走进了千家万户，也在被千家万户所使用着。但如此大的汽车使用量，其排放的影响生态环境的汽车尾气量也是巨大的。由此，为解决这一问题，电动汽车油然而生，它不仅可以实现人们的长途行驶，而且还对环境起到了一定的保护作用。但在使用电动汽车的过程中需要研究发展其充电桩的设计与控制系统，因为充电桩的设计与控制影响着电动汽车的充电过程，影响着电动汽车的能量来源，所以一定要重视电动汽车充电桩的设计与控制。
2电动汽车及其电池技术概述
在日常生活中我们可以发现，关于电动汽车以及普通汽车，对其外观实施比较，并没有存在明显性的区别，但是拆解之后，我们发现驱动系统以及动力源存在很大的不同之处。使用柴油或者汽油的发动机和普通汽车的驱动系统具备一致性，油箱属于动力源;而在电动汽车当中，油箱由蓄电池进行代替。因此，电力在电动汽车中成为驱动能源。当前，关于电动汽车充电的技术是比较多的，主要包含：快速充电、常规充电以及更换电池等。相比来讲，更换电池可以在一定程度上使得电费减少，但是需要对充点电的数量进行提升;常规充电法具备比较广泛的适用范围，简便以及易行，但是其充电花费的时间比较长，因此受到了很大的限制;快速充电法具备的优点：充电速度比较快，因此属于电动汽车充电技术当中一个比较主要的研究方向，但是实施研究发现，如果充电的电流比较大，会对电池以及其他的一些元件遭受影响。与此同时，一些学者在对移动式充电以及无线式充电技术进行研究，但是还没有投入到适用阶段。
3充电桩
一般来讲，关于电动汽车在对充电桩进行设置的过程中，一定要设置成专用的充电接口，其车载充电机一般都会在车身上进行固定。在电动汽车充电当中，充电桩占据非常重要的地位，并且需要具备一定的支付功能，一般来讲，支付功能主要包含：投币、手机支付以及IC卡等支付方式，但是微信支付方式使用的比较多，在这个过程中需要具备一定的计费功能。充电桩方式主要包含：交流充电桩以及直流充电桩，这些都是比较常见的，直流充电桩属于一种直流供电装置（小功率），这种装置可以对蓄电池充电状态进行监控，同时也可以完成充电，并且会实施计费。而交流充电桩需要和交流电网相连接，一般输出的交流电为220v。交流充电桩在对电动汽车蓄电池实施充电的过程中，需要利用车载充电机。
4系统的硬件设计
4.1主电路的硬件控制系统设计
在上文中提及对于充电桩充电是采用的是分段式的充电，所以其充电桩输出的电流与电压都要大一点，其电流的范围是0-150A，电压的范围是0-500V，所以其充电桩的输入一般为三相工频交流电源。对于主电路的硬件主要是由滤波整流电路、逆变电路以及放电电路等的几个部分组成。利用整流电路是将交流电转变为直流电进行输出，其逆变电路是将整流电路输出的直流电轉变为高频脉冲交流电，而对于放电电路是让电池以一种指定的电流放电减小极化现象。
4.2信号采集与系统的保护设计
电动汽车的充电桩在对电动汽车进行充电时，其充电桩往往是根据现在对电动汽车充电的状态来判断充电桩是否运行正常的，所以为了防治一些安全事故的发生，一定要及时的采集充电桩的充电信息，由此对于充电桩要做好信号采集的设计。当充电桩出现故障时，为了防治一些安全隐患的产生以及整个系统的安全，要做一定的系统自我保护的设计，比如过流保护、过压保护、过温保护、短路保护、风扇堵转以及继电器动作保护等来保护整个系统的安全。
5系统的软件设计
51充电方式简介
（1）恒定电流的方法
恒定电流的定义：在为电动汽车实施充电时，充电桩提供的为恒定不变的电流。首先，在充电过程当中，电池的内阻会伴随着充电时间的延长而逐渐的增大，比如：使用恒流充电的方法，在时间的发展中，电池两端的电压也一直在变大，这样输出端的电压也需要伴随着时间的持续增加而不断的增加。因此，其对充电桩的设备要求是非常高的，与此同时，会使得充电桩建造的成本大大的增大。
（2）三段式充电方法
三段式充电方法指的是把恒定电压充电方法以及阶段等流充电方法之间相互结合，使得双方的优势得到叠加。三段式充电方法主要包含：充电初期时的恒流充电，然后为恒压充电，最后再次的使用恒流充电的方式实施充电。这种充电方法具备的优点：可以完全的充满电动汽车的电池，使得电池的使用年限得到延长，并且节约了电能。
5.2充电过程程序设计
（1）补足充电阶段：在这个过程中使用的为稳定电压不变的充电方式，要小于快速充电阶段的电流，因此也可以被称之为慢速充电阶段。并且其这一阶段的充电效率也会大大的降低，在快速充电的过程中，电压会迅速的提高，并且在补足阶段，电压同样会增高，并且在一定范围内会保持不变，因此一定要对充电桩实施过压保护措施，进而降低充电风险，保障用户的安全性。
（2）快速充电阶段：在这个阶段，充电的电流比较大，但是电压是比较小的，因此在整个电池的充电当中是不适用的，其在电池电量的一定数值内会被限制。
（3）涓流充电节段：在这个过程中充电的速率会降低，主要是由于在之前的两个阶段，电池已经处在即将充满的状态，并且在这个过程中，充电桩的具体控制模块会对电流、电压以及温度等实施检测，当温度达到一定值，充电桩会使得充电所需要的电流降低，这样就和最后充电的具体需要相适应，从而达到电池的充电要求，进而完成充电。
6系统的环境与电磁兼容设计
对于充电桩的系统环境与电磁兼容的设计，主要是考虑到充电桩主要是设在室外，在室外的话，要想充电桩能够正常运行，就要经受住风雪、高温、寒冷以及电磁等的干扰。所以，在进行充电桩的设计时，可以采用镀锌钢板，外表覆以烤漆，进而组织充电桩的风化腐蚀以及电磁等的干扰。
7结束语
随着经济社会的发展，我国人民的生活也在不断变化着，从之前的茅草房、土坯房变成了栋栋高楼大厦，人们的出行也由最初的牲畜赶车行驶改变为使用汽车行驶，而且汽车的使用量也在不断地上升，基本家家户户都有汽车。但以燃烧汽油来实现行驶的汽车虽然方便了人们的出行，却也带来了一系列的环境问题。比如温室气体的大量排放造成温室效应的增加，进而影响生态环境影响人们的生活。为了改善这一现状，电动汽车开始推广使用，但在推广使用的过程中一定要注意研究发展其充电桩的设计与控制系统，因为充电桩的设计与控制系统影响着电动汽车的行驶，所以一定要研究发展好电动汽车充电桩的设计与控制系统。
参考文献
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-全文完-