电动汽车智能充电系统控制策略研究

电动汽车智能充电系统控制策略研究

发表时间：2020-04-14T07:34:25.255Z 来源：《中国电业》（发电）》2020年第1期作者：王琦[导读] 本文以电动汽车以锂离子动力电池为分析对象，研究如何改进其快速充电方法。

西安麦格米特电气有限公司陕西省西安市 710075摘要：随着电动汽车的逐渐普及，电动汽车充电桩的大规模接入会对电网的运行规划产生重大影响。提出了一种以预约为前提条件，面向用户端的电动汽车智能充电控制策略。根据充电桩实时运行状态，结合对电动汽车充电时间的预测，并充分考虑用户需求，建立了电

网控制端—计算机处理终端—智能充电桩终端—电动汽车用户端之间的信息反馈系统数学模型。通过算例分析，结果表明：采用所提出的充电控制策略，可显著提高充电系统运营效率，适用于大规模电动汽车智能充电系统。

关键词：电动汽车；充电桩；控制策略；预约；信息反馈

引言

生活水平的提高，人们的出行生活越来越多地依赖于汽车，以致汽车拥有量不断增加，从而加重了车尾气造成的环境污染，另外汽车数量的增多也使石油等资源的利用度剧增，严重造成这些能源的紧缺。这种现象严重违背了当代汽车发展中的“节能环保”主题。因此，电动汽车因具有较高的性能、较低的尾气排放和较好的续航能力等优点受到众人的青睐。因此，如何快速高效而且低损地为动力电池充电不仅对电动汽车的发展具有重要意义，而且是对电动汽车发展的重大挑战。本文以电动汽车以锂离子动力电池为分析对象，研究如何改进其快速充电方法。

1充电系统的设计

充电系统的主要设计界面主要就是实现铅酸电池组在充电过程的设计，也就是说能够让电池在较短的时间内充满汽车所需要的电量，而在较短时间完成对蓄电池的充电，对蓄电池初始状态可以做出实时的监测，那么电池在最初状态做出了检测，确定了蓄电池组的负荷状态，同时在温度和内部两端电压两个方面，蓄电池的实时监测状态对蓄电池参数实施的采样；按照蓄电池的各项指标来讲，在智能充电的过程中，处理器可以分析当前的电路对蓄电池的接入情况，从而导致蓄电池性能状况和负载区域能力共同的显示在了LCD板上，之后智能充电对于故障时会经过GSM通信通过短信的方式回馈给车主人，让车主及时地做出应有的判断，从而实现了自动化、智能化汽车充电。智能充电的基本模块包括：LCD触摸板、电源模块、数据存储模块、GSM通信模块、声光报警模块、参数检测模块这六大模块。近些年电脉冲充电方式成了充电的首选方式，正脉冲充电过程中产生的脉冲会在负电极中产生的脉冲相抵消，那么这样的现象就使得极化现象的影响减少，可以在缩短充电时间的基础上，降低在速冲过程中的危害，从而达到了真正的高效率充电。

2智能充电装置

为进一步提高本系统的智能性，分布式智能充电装置除具备传统功能（包括充电、计量、保护等）外，还实现了：（1）移动终端控制功能，通过终端App即可对启停机进行控制，用户通过移动终端即可对符合充电条件的充电装置的启停状态进行实时控制；（2）上传充电信息，包括电压、电流、电量、费率、计费、工作状态、故障等在内的充电信息会在App界面实时显示，同时充电信息由充电装置完成到服务器的上传。充电装置的控制核心为负责完成指令控制与信息分发功能的MCU，选用CORTEX系列芯片（具备低功耗、高性价比优势）完成同Wi-Fi通信模块间的通信过程（通过串口、SPI总线）及与数字电能表间的通信过程（通过485总线），同存储单元则通过I2C总线完成通信过程，并通过驱动电路同接触器相连，充电电能输出通过MCU实现通断状态的控制。相关信息的上报（电流、功率、电能）及远程控制充电装置开关状态则通过低功耗的Wi-Fi通信模块同无线网关的数据通信实现。交流电通过电源转换模块完成到直流电（包含不同电压等级）的转换。

3充电装置智能系统的设计与实现

3.1硬件框架

硬件系统主要由中央主控板、读卡器、检测芯片、显示屏、通信设备等构成，接入电网电源（380V）为AC交流电源输入，由中央处理单元进行相关操作后（包括滤波、整流、稳压等）转换为可用直流电源以供电动汽车充电使用。用户需通过IC卡识别模块完成充电装置的激活过程，系统识别IC卡用户信息（通过读卡器）后可显示余额及个人信息。状态显示包括充电模式、电流、电压、充电状态等在内的信息。作为监控系统的核心主控板的主要功能在于控制充电过程的启动/关闭及实时监控，并将数据向后台实时传输，具备工业级的温度范围，主控板具备7个串口，下位机数据检测及采集模块同备显示功能的上位机CPU模块采用串行总线完成通信过程；具备一个以太网口，采用动态的SDRAM和NAND控制器。

通过监控保护单元的设计实现对充电装置状态（包括进线输入电压、充电电压/电流、接口连接状态、车载电池状态等）的实时监测，出现异常时可及时切断电源输出，以确保充电过程的安全可靠。建设过程中为确保阴湿天气情况下的正常运行，应选择镀锌钢板作为充电装置外体材料，在外体上链接一根接地线抑制共模效应。

3.2充电智能系统流程

软件系统流程，用户将充电插口连接到充电装置的充电手柄后需先激活充电装置（通过IC卡读卡器），手柄与插口非正常连接系统会发出报警提示。用户完成身份识别后可对充电模式及时间进行选择，充电装置则自动对电池状态进行检测，针对电池当前状态无法适用当前选择的充电模式的情况发出报警提示，并给出合理的选择建议。在正常充电过程过程中，相关有效信息会在显示屏上显示（包括用户信息、卡余额、充电时间等），在充电结束后停止计费、做出提示并打印票据，然后此充电装置自动锁定等待激活使用。本文采用模块化原则编写主程序，将程序分为中央控制、IC卡识别、通讯、显示及打印、检测等5大模块，各模块间采用多线程处理，相互独立，通过主程序对各模块进行有效协调，完成身份识别到充电结束的工作过程，以确保充电装置高效稳定运行。

4充电系统异常处理

通过互联网和计算机处理终端，系统在充电桩与电动汽车之间建立了快速响应的反馈机制，使得用户端和配电网达到供需平衡。然而，随着接入系统电动汽车规模的增加，为使系统正常运行，需要在其中实施一定的策略限制：1）当充电桩发生自检无法发现的故障时，电动汽车用户充电失败后车载智能终端自动上传故障信息，并使该充电桩停止接受预约。2）为防止一次预约多个充电桩情况，进行预约个数为1的限制，当预约其它时，前一个将视为无效预约，且以最后一个预约为成功结果。3）对于预约成功但没有进行充电的情况，对应的充电桩在接收到预测充电时刻信息后延迟若干分钟自行解锁释放，实现共享等待下一个新能源电动汽车的预约。结语

电动汽车的普及应用对用电装置的要求不断提升，为在有效满足电动汽车用户用电需求的同时提升充电装置管理效率，本文所设计的电动汽车智能充电装置系统基于云平台，集智能充电装置、服务平台以移动端应用软件于一体，以合理用电、用户参与用电管理、提高管理效率（有序充电）作为主要设计目标，为大规模电动汽车充电问题提供有效的解决方案。该智能充电装置使快速安全的充电问题得以有效解决，具备友好的人机交互界面、完善的通讯能力及维护动力电池功能，使用户操作过程更加简单高效，显著提高了对充电过程的精细化、智能化管理水平及能源的利用效率。后期将进一步改进系统的计费功能（以电动汽车充电服务收费相关政策为依据）。参考文献

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