電動汽車智能充電機設計研究

摘要：面對電動汽車的快速發(fā)展，大功率動力電池智能充電機以及充電算法的研究顯得愈加重要。本文研制了智能充電機系統(tǒng)，開發(fā)了恒流、恒壓以及智能充電算法。試驗測試結果表明，充電機較好的實現(xiàn)了恒流限壓、恒壓限流、智能充電以及放電等功能。該智能充電機可以為電動汽車提供穩(wěn)定可靠的能量轉換，并將隨著電動汽車的廣泛使用不斷發(fā)展。
關鍵詞：電動汽車 智能充電機 微機控制

1 引言

電動汽車是目前世界上唯一能達到零排放的機動車。由于環(huán)保的要求，加之新材料和新技術的發(fā)展，電動汽車進入了發(fā)展高潮。電動汽車作為綠色交通工具，將在21 世紀給人類社會帶來巨大的變化。順應當前國際科技發(fā)展的大趨勢，將電動汽車作為中國進入21 世紀汽車工業(yè)的切人點，不僅是實現(xiàn)中國汽車工業(yè)技術跨越式發(fā)展的戰(zhàn)略抉擇，同時也是實現(xiàn)中國汽車工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要選擇。

目前我國電動汽車研究已取得階段性成果，已經完成了電動轎車、電動中型客車和電動大型客車的開發(fā)工作。在我國大中城市都普遍存在著十分嚴重的交通問題和汽車尾氣排放污染問題，電動汽車是一種非常理想的中速和短途的日常公共交通工具，因此在我國有著得天獨厚的發(fā)展條件和廣闊的應用前景。根據歐美和日本等先進國家的經驗，在進行電動汽車的開發(fā)和制造的同時，必須開發(fā)電動汽車公共充電站和進行電動汽車示范工程建設，為電動汽車的推廣使用積累經驗。在城市繁忙地段開辟電動汽車交通線，進行電動汽車的推廣示范是一項很有意義的工作，為了作好這項工作，就必須進行電動汽車充電機及其充電管理系統(tǒng)的開發(fā)。

隨著電動汽車研究的深入，對于電動汽車用電池充電器有了一定的需求，因為這是一個比較新的應用領域，開發(fā)者主要集中在一些科研單位或大學中。國內的生產單位主要是面向電瓶車、電動游覽車、蓄電池維護等應用場合，因此充電機功率范圍有限。從上面的分析可以看出，研制電動汽車大功率智能充電機具有重要意義。

2 充電機設計與研制

2.1 智能充電機系統(tǒng)特點

· 指示功能：

狀態(tài)指示：包括電池電壓不足、正在充電、充電結束；
故障指示：直流輸出側過電壓及欠電壓，溫度異常，主斷路器斷開。蓄電池溫度異常。

· 記錄功能：

交流輸入：對公用充電機記錄輸入的電力（kW?h），記錄一次充電值和日累計值。
溫度：充電時電池溫度、充電機溫度、環(huán)境溫度。
故障記錄：直流輸出側過電壓及欠電壓，電池或充電機溫度異常；

· 自動計費功能：

充電機預留IC 卡接口，開發(fā)IC 卡管理系統(tǒng)。對充電機可以采用IC 卡充電操作，充電機能自動計費，并顯示及打印計費結果或直接用IC 卡結算。

· 監(jiān)測功能：

充電過程中要監(jiān)測電池的溫度，不能超過最大允許值，否則會損害電池和減少電池的使用壽命。

· 充電機預留CAN 總線接口和485 接口，一方面為了和車上設備通信，另一方面便于連接上位機，實現(xiàn)連接計算機觀察全程充電曲線和組網微機監(jiān)控。

· 充電機具有斷電時保護數(shù)據；具有電流、電壓、時間等參數(shù)超出了操作人員所設定的范圍以及軟件故障提示等安全保護措施。

· 具有完善的故障保護和報警功能。對輸入電源過壓、缺相，充電機過流、過熱，蓄電池短路、開路、極性接反、超溫等故障均有自動保護并發(fā)出聲光報警信號。

2.2 充電機主電路設計

經分析認為，對于大功率（10kW 以上）充電機適合采用相控方式，控制方法成熟，性能穩(wěn)定可靠。圖1 為設計的智能充電機主電路。

1） 路形式采用全控整流電路，選用集成化控制模塊，具有集成度高、多相脈沖對稱性好、線性度高、相序自動識別，無須同步變壓器、軟啟動以及缺相保護等功能。
2） 檢測蓄電池電壓、直流側電流的傳感器，選用LEM 模塊采集電壓和電流信號。
3） 計了自檢用假負載，要求邏輯部分可以控制假負載的投入和斷開，保證充電機自檢。
4） 溫度檢測采用AD590 型集成溫度傳感器，可以長距離傳輸信號。

2.3 微機控制系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

控制器可以分為主控單元和執(zhí)行單元，其中，執(zhí)行單元具有參數(shù)采集、輸出直流控制信號和放電控制信號、故障顯示等功能。主控單元具有電能計量、上位機通信、狀態(tài)和報警顯示、鍵盤掃描、液晶顯示控制以及向執(zhí)行單元傳送指令等功能。

(1) 微機控制器硬件設計

采用ATMEL 公司的89C52,該單片機片內8K FLASH,片內256 字節(jié)RAM,32 條可編程I/O 口線,3 個16 位定時器/計數(shù)器,8 級中斷源,有一個通用串行接口。外圍器件主要有SD2000D，內置64Kbit NVSRAM，晶振、電池，時鐘。選用AD574 作為A/D 轉換器件，DAC0832 用作D/A 轉換