开题报告 20号 张贺飞

黑龙江科技大学本科毕业设计开题报告题目：基于DSP的电动汽车充电桩系统设计院（系）：电气与控制工程学院班级：自动化12-3 姓名：张贺飞学号： 20 指导教师：郭殿林教师职称：副教授黑龙江科技大学本科毕业设计开题报告题目基于DSP的电动汽车充电桩系统设计来源工程实际1、研究目的和意义在环境问题与能源危机越来越严重的今天，节能减排已成为全世界面临的新课题。

绿色交通成为各国发展节能减排工作的一个重点方向。

电动汽车作为绿色交通的代表，与传统燃油汽车相比具有节约能源，环保，清洁等优点，降低了汽车使用的环保成本、经济成本，越来越受到政府，企业以及民众的关注。

在电动汽车快速发展的同时，作为电动汽车发展产业链上的重要组成部分，电动汽车充电设备也应运而生，不断地发展。

许多发达国家的政府和几乎所有著名汽车厂商及科研机构都在致力于电动汽车技术的研究开发与推广应用，试图使其成为新世纪汽车领域的发展主流[1]。

电动汽车充电设备是给电动汽车充电的配套设施，包括充电站、充电桩、电池调度、计费监控及电池设备维护等系统，是推动电动汽车发展的基础设施，属新兴产业之一，是和电动汽车产业化同步发展的。

如果没有完善的配套基础充电设施，尤其是作为电动汽车充电设备的主流代表电动汽车交流充电桩得不到发展，电动汽车技术再先进也难于推广。

可以说谁掌握了电动汽车能源供给技术，谁就掌握了电动汽车的未来。

所以电动汽车各种相关配套的充电设施的发展很大程度上也决定着电动汽车的发展,在电动汽车产业发展的同时还应该考虑充电设施的发展[2]。

目前，国内电动汽车充电设备的建设上主要有集中式充电站形式、分布式充电桩以及电池更换三种能源供给模式[3]。

目前国内电动汽车充电站建设情况与国外基本处于同一起跑线。

国内五大国企也积极地参与推动电动汽车充电设施的建设。

例如，国家电网在杭州已建成投入使用的充电站已达8座，标准充电站5座，标准充电桩2套；南方电网在深圳已投放使用的充电站已达2个，充电桩总量已达134个。

中石化、中石油以及中海油也都在各自的目标市场进行充电设备的建设，抢占市场先机。

电动汽车充电站中的充电设备主要分为直流充电桩与交流充电桩。

直流充电桩主要是通过电力电子相关技术对交流电进行变压、整流、逆变、滤波等处理，最终得到直流输出，从而直接对电动汽车电池进行充电。

本文主要涉及对交流充电桩的相关技术研究。

电动汽车交流充电桩是利用标准的充电接口，通过传导式充电方式为车载式充电机提供电源的装置。

交流充电桩一般具有电能计量、计费、通信、控制、具有一定的安全防护等级，提供人机接口界面等功能。

在中国，许多地方政府以及相关企业早已开始电动汽车交流充电桩的研发，相关产品已经正式投入运营使用。

深圳比亚迪公司早在2006年就将自主研发的充电桩投入使用，并建立充电站。

2008年北京奥运会、2010年世博会都开辟了专门的区域用于交流充电桩的安装，随处可见的交流充电桩俨然成为场馆内独特的一条风景线。

随着电动汽车发展热潮的不断兴起，交流充电桩的设计研发工作也吸引了国内诸多公司，他们瞄准新能源这一方向，有的已经研发出自己的第一代产品。

在国内，像河南许继集团、南京南瑞开发的产品已经趋向成熟，也已投入市场，等待市场的检验。

同时国家电网、南方电网这样的国有企业也和国内新能源行业内的领军者进行产品关键技术的研究、相关标准的建立，助推了交流充电桩以及其他充电设备的快速发展[.电动汽车的产业化是我国汽车工业可持续发展的重要保障。

而建设完善的电动汽车充电设施是实现电动汽车产业化的前提，充电设施的建设与电动汽车的发展相辅相成，相互促进。

目前电动汽车充电技术的落后与充电设施建设的不完善已经成为制约电动汽车发展的主要因素，加快充电配套设施建设刻不容缓。

在电动汽车普及的初期，充电设施的建设具有投资大收益少的特点，很多私人企业心有余而力不足或者不愿意冒很大的风险投资建设电动汽车充电设施。

这就需要作为国有特大型能源企业的电网企业承担起自己的社会责任，积极推动各类充电设施建设，支持、促进新兴产业的发展，为我国实现经济增长方式的转变做出应有的贡献。

1.2 国内外电动汽车充电设施发展现状随着电动汽车的不断发展，国外很多发达国家已经在电动汽车生产、研发以及配套充电设施领域进行了探索，逐步形成了比较完善的发展框架，在很多方面值得国内同行借鉴。

下面对国外几个电动汽车能源供给设施相对发达的国家发展情况进行介绍。

美国各州的充电设施有所不同，但是在全美的许多州际公路上都建有交流充电桩，并且加州建设力度最大，2012 年加州某公司与加州北部的旧金山、奥克兰和圣何塞等城市的政府联手将于在上述城市的所有居民区、商厦、停车场和政府大楼安装充电桩，以方便电动汽车充电。

日本政府为了推动电动汽车的发展，将在未来几年建造千余座充电站。

日本国内的企业也参与充电设施的建设，东京电力公司带头参与有关的基础建设，早在2010 年东京已建成200 多座充电站，预计三年后将增加到1000座以上。

在东京充电桩更为普及，公路、住宅两旁随处可见。

在欧洲，德国、法国等国家都将投入大量人力、物力、财力进行了包括交流充电桩在内的充电设施的研发。

德国采取以充电站与电池换电站相结合的方式，按照“电动车首先在大城市运营，而后覆盖全国”的思路展开。

法国目前以充电站为主，换电为辅的原则开展电动汽车能源供给设施的建设。

法国施耐德公司研发的交流充电桩在停车场、家用车库等许多场所随处可见，施耐德公司产品图分为住宅壁挂式、商业充电桩和快速充电桩三种，可实现充电口充电，通过LEDs显示充电功率和故障等状态，采用身份认证和GPRS通讯。

2、研究/设计的目标：1）温度实时、准确的显示。

通过数字式温度传感器进行温度采集，通过单片机对采集到的数据进行处理，由LCD显示屏对当前的温度值进行显示。

2）红外线报警。

用户家可选择是否开启这项功能，防止恶意侵害（入室抢劫，偷窃等），出现意外及时产生报警信息。

3）超限报警功能。

报警模块具有两项功能，即为报警灯和声音报警。

当采集到的温度、烟雾浓度和水位与标准值之间存在较大差异时，及时启动报警装置进行报警，并采取相应的措施。

4）实现通讯功能。

及时将采集到的信息传递给用户，防止造成意外伤害和不必要的损失。

3、设计方案（研究/设计方法、理论分析、计算、实验方法和步骤等）：交流充电桩是一种利用标准充电接口，采用传导方式为具有车载充电机的电动汽车提供电能的专用装置。

一般具有控制、计费、通信和安全防护等功能，并提供人机操作界面。

本课题研究的交流充电桩采用智能微处理器技术，在安全可靠、智能高效、操作便捷等关键环节上有突出优点。

操作上采用触摸液晶屏和全程语音提示，具有友好的人机界面，采用非接触IC卡和自动票据打印的计费系统，有多样化的充电模式可选择，具备硬件和软件双重保护的人身与设备安全的防护措施，是提供电动汽车充电服务业务的重要设备。

本课题设计的交流充电桩的主要设计指标有[28]：（1）输入电源：单相（三相备用）220V AC±10%；电压频率50Hz±2%；3 线制（火线、零线、地线）；（2）输出电压：单相（三相备用）220V AC±10%；（3）输出功率：单相7KW；（4）输出电流（AAC）：单相32A（最大40A）；（5）通讯方式：交流充电桩与电动汽车：CAN 总线通信；交流充电桩与充电站上位管理机：CAN总线；（6）连接导引信号: 1KHz±12V 脉冲；本课题设计的交流充电桩使用美信公司71M6534H电能计量专用芯片，该芯片是一款高度集成的SoC（系统级芯片），包括MPU核、RTC、FLASH和LED驱动器。

该芯片还配备了一个22位的delta-sigma ADC、七个模拟输入、数字温度补偿、精密参考电压和32位的电能计算引擎（CE）。

因此可以广泛地用于各种需要高精度电能计量的场所。

使用该款芯片进行电能计量时还具有如下优点：（1）使用高精度2000:1 的电流互感器，有功测量的精度误差小于0.1%；（2）有功/无功脉冲输出计数，以适应国内标准电表校准的需要；（3）窃电检测，可以通过电流互感器测量中线电流；（4）独立运行的电能计量专用32 位计算引擎，计算精度高；（5）多达46 个数字I/O 口，2 个UART，2 个通用定时器/计数器；本文开发的交流充电桩使用的71M6534H专用电能计量芯片主要完成电能计量和外围设备管理功能。

在硬件设计方面，围绕71M6534H电能计量芯片开发了包括打印机、POS机、语音提示、触摸屏显示器以及CAN接口等。

电网单相交流电压一方面通过交流充电桩主板上电源电路给该芯片提供+3.3V电压，同时该交流电压经过电压、电流信号调理电路，将电网大电压、大电流信号转变成适合电能计量芯片相应的引脚的信号，电能计量芯片采集电压、电流信号后，芯片内部22位ADC转换器将采集的模拟电压电流信号进行数字化，内部专用电能计算引擎与MPU对转化后的数字信号进行处理，最终实现电能精确计量计费。

其中，要特别注意的是电网的单相交流电流需通过互感器隔离，交流电压需经过高精度、大阻值电阻降压后，再送到电能计量芯片的输入端，所以，特别要注意火线和零线的接法。

CAN 总线用于交流充电桩与后台管理机之间的通信，以便后台管理系统对充电桩上传的数据进行分析、处理、存储和管理。

触摸屏、读卡器、微型打印机以及语音组成人机交互接口，实现交流充电桩与自助充电用户之间的友好信息交互。

5、方案的可行性分析：实现充电汽车的充电与数据的显示等功能。

6、设计产品的主要用途和应用领域：电动汽车充电。

7、时间进程第1-4周：熟悉题目、查阅文献资料，翻译本专业原文资料，确认系统硬件方案，写开题报告。

第5-6周：画流程图，硬件电路搭建。

第7-8周：编写程序，硬件电路搭建，画流程图。

第9-10周：编写程序，硬件电路搭建，画流程图。

第11-14周：硬件电路调试，软件电路调试，编写程序。

第15-17周：整理软硬件资料，编写论文。

第18周：毕业答辩，交论文。

8、参考文献：[1]黄李,张维戈,姜久春.2008年奥运会电动车充电站规划及运营模式方案现代交通技术[J],2007,4(5):73-75.[2]鲁莽,周小兵,张维.国内外电动汽车充电设施发展状况研究.[J], 2010,23(5):16-17.[3]Q/GDW 478-201O.电动汽车充电设施建设技术导则[S].2010．[4]吴春阳,黎灿兵,杜力,等．电动汽车充电设施规划方法[J].电力系统自动化,2010,34(24):36-39.[5]潘熙,李芳.电动汽车充电设施的设计与建设[J].电力需求侧管理,2012,14(2).[6]周逢权,连湛伟,王晓雷,等．电动汽车充电站运营模式探析[J].电力系统保护与控制,2010,38(21):63-66.[7]康继光,卫振林,程丹明等.电动汽车充电模式与充电站建设研究[J]．电力需求侧管理,2009,11(5):64-66.[8]辛建波,温宇宾,李睿．电动汽车充电设施建设需求预测方法探讨[J]．江西电力，2010,34(5):1-5.[9]马河祥.电动汽车交流充电桩充电控制技术研究[D].南京:南京理工大学,012,1:15-16.[10]辛华.低碳经济与电动汽车发展:趋势与对策[J].开放导报,2009(5):31-35.[11]陈良亮,张浩等电动汽车能源供给设施建设现状与发展探讨[J].电力自动系统,2011,35 (14):11-17.指导教师意见:教师签字：年月日毕业设计领导小组意见:组长签字：年月日。