電動汽車充電樁控制工作原理研究摘要：近些年，出于環保和減小能源損耗的考慮，各個國家都大力發展電動汽車事業。充電樁作為電動汽車的配套設備，受到廣泛關注，并朝著高頻化、高功率密度化、便捷化和智能化的方向不斷發展。然而在發展過程中還是存在很多問題，高頻高密度的同時，會影響開關電源的充電效率，甚至會導致嚴重的后果，這些對于充電樁發展來說都是亟需解決的。基于此，本文主要對電動汽車充電樁控制工作原理進行分析探討。關鍵詞：電動汽車；充電樁控制；工作原理1前言相對于在人們心中根深蒂固的傳統汽車，電動汽車(后文簡稱EV)還有一些很根本的問題，阻礙了其發展。其中重中之重的問題是充電問題，相比于傳統汽車的隨來隨加的方便和快捷，電動汽車的充電顯得略微乏力，汽車進入社會的速度比城市規劃的落實速度快很多，電動汽車的能源供給還不能做到像傳統汽車那般方便；與此同時，充電過程的用時和能源損耗相對較高，是電動汽車能夠普及的關鍵問題所在。因此，加快突破電動汽車充電技術難關顯得愈發的重要，開發新型拓撲結構，研發和優化控制策略，對電動汽車被人們和社會接受具有深遠的經濟效益意義和社會發展意義。2充電樁的充電方式充電方式主要有四種，分別是快速充電方式、慢速充電方式、無線充電方式、更換電池充電方式。使用充電樁進行充電時，可以采取有限預付費的方式，根據用量多少進行扣費；充電樁內置打印機，可以使用充電數據進行自動打印。充電樁還具有語言導航功能，方便用戶進行操作；用戶在充電時能自助充電，無需專人守護。為確保充電接口安全，充電樁還安裝有智能電磁門鎖；如果有漏電、過流、過壓、插頭斷開、線纜破損等問題，充電樁都可以實現自動保護。在管理中心，操作人員可同時對數百個以上的充電樁進行管理，實現對充電卡、充電樁信息的全自動記錄。3充電樁系統及其控制工作原理3.1電氣系統交流充電樁的電氣系統有主回路和二次回路。主回路的組成部分有輸入交流控制接觸器、保護斷路器、充電接口連接器和交流智能電能表。其中控制電源通斷的是交流接觸器；輸入斷路器具備過載、短路和漏電保護功能；連接器具有鎖緊裝置，能防止錯誤操作，它是與電動汽車連接的充電接口；交流智能電能表是對交流充電進行計量的工具。二次回路提供“啟停”控制與“急停”操作，它的組成部分有運行狀態指示燈、急停按鈕、控制繼電器、充電樁智能控制器和人機交互設備（顯示、輸入與刷卡）。其中，信號燈的作用是提供“待機”“充電”與“充滿”狀態指示；提供刷卡、充電方式設置與啟停控制操作的則是人機交互設備。3.1.1供電系統給充電設備提供電源的是供電系統，它由一次設備和二次設備組成，其中一次設備有開關、變壓器及線路等，二次設備有檢測、保護、控制裝置等。供電系統配有專門消除諧波的有源濾波裝置，可以幫助穩定電網。3.1.2充電設備整個充電站電氣系統的核心構成部分是充電設備，充電設備分為兩種，分別是交流充電裝置（樁）和直流充電裝置。直流充電裝置又叫非車載充電機，按照功率可以分為小型、中型和大型，主要對電池進行快充，而交流充電裝置（樁）則可以實現對電池的慢充。非車載充電機運用V2G技術，通過使用進口高頻IGBT的方式整流逆變模塊，可以實現對動力電池的安全、快速充電。而且它還能完成電網與電池之間的雙向能量交換，其原理是建立起控制器與后臺系統的通信和連接，把動力電池的能量狀況反饋到電網。非車載充電機的通信連接快速、可靠，主要依靠高速CAN總線。交流充電樁的功能主要是為車輛提供慢充服務，它連接車載充電器，輸出的是交流電。3.2監控系統充電監控系統通過網絡連接各工作站、服務器，這些計算機包括監控工作站、數據服務器等。其中監控工作站通過充電監控人機交互界面為充電機提供監控和數據收集、查詢等信息。存儲整個充電系統的原始數據和統計分析數據的是數據服務器，它的主要作用是提供數據服務和其他應用服務。3.3通信系統整體系統主要有四個組成部分，分別是電動汽車充電樁、集中器、電池管理系統（BMS）、充電管理服務平臺。3.3.1電動汽車充電樁通過嵌入式ARM處理器可以實現對電動汽車充電樁的電路控制，用戶能按照液晶屏提示選擇充電模式，充電模式有按電量充電、按時計費充電、按里程充電和自動充滿四種。用戶也可以通過自主刷卡進行用戶驗證、查詢余額和計費。3.3.2集中器電動汽車充電機控制器與集中器的數據交互通過CAN總線實現，集中器與服務器平臺的數據交互則利用有線互聯網或無線GPRS網絡。為了保證數據安全，通常對電量計費和金額數據進行加密。3.3.3電池管理系統電池管理系統（BMS）通過監控電池的工作狀態，包括電池的電壓、電流和溫度等，對電池進行管理，避免出現過充、過熱、過放電和單體電池之間電壓嚴重不平衡現象。它還可以對動力電池的電池容量（SOC）和相應的剩余行駛里程進行預測，有助于最大限度地利用電池存儲能力和延長電池使用壽命。3.3.4充電服務管理平臺充電管理、充電運營、綜合查詢是充電服務管理平臺的功能。充電管理對系統涉及的基礎數據如電池信息、電動汽車信息、用戶卡信息、充電樁信息進行集中式管理；充電運營的作用是對用戶的充電活動進行計費管理；綜合查詢是對充電管理和充電運營的數據進行綜合分析查詢。4電動汽車充電過程電動汽車充電通過三相電網輸入交流電，經橋式不可控整流電路可變成直流電，再通過LCR電路濾波后傳輸到高頻DC—DC功率變換器。通過功率變換實現直直變換輸出符合要求的直流電壓，經輸出濾波后最終可以為電動汽車蓄電池充電。充電可選擇四種模式，分別是定時間、定金額、定電量、自動充滿。目前，傳感式無線充電技術在充電大功率的情況下會產生輻射干擾，在實際應用中廣泛使用的充電方式是接觸式充電。在快速發展的變流控制技術和電力電子技術的影響下，大容量電池越來越多，單一的充電模式已無法滿足現實需求的變化。電動汽車在充電時，采用的是恒壓限流充電和分階段恒流充電混合的充電模式。常用的電動汽車電池有蓄電池和燃料電池兩種，蓄電池用于純電動汽車，燃料電池則用于混合動力電動汽車。蓄電池是主要動力元件，在電動汽車使用過程中，為電動汽車提供低速啟動和全負荷加速的動力支持，現階段大多數充電電池主使用鋰電池。在剛開始充電的時段，大都通過采用最佳充電倍率進行限流充電。在這一時段，電池電動勢低，盡管充電電壓不高，充電電流也會很大，因此，必須限制充電電流。充電電壓增大時，電池的電動勢會不斷上升，充電電壓也將隨之攀升。當電池電壓達到安全范圍內，最佳充電電壓的時候將保持恒壓充電。在這一時段，電動勢不斷上升，但是電壓保持不變，故電池的充電電流將呈雙曲線趨勢不斷下降直至零。然而實際操作過程中，當充電電流小于0.015A時，就可以停止充電。5結束語隨著電動汽車生產和銷售的不斷增加，亟需解決電動汽車充電問題，充電樁的數量也會隨之快速增長。文章對充電樁的類型和充電方式進行了分析，然后從電氣系統、監控系統、工作流程和通信系統等幾個方面詳細分析了電動汽車充電樁的控制工作原理。電動汽車充電樁的市場會越來越大，研究