充电桩设计教材

辽宁科技大学毕业设计(论文)题目名称电动汽车充电桩的设计题目类型毕业设计系部电子信息与工程系专业班级自动化12学生姓名张樱舰指导教师程万胜辅导教师程万胜时间2016.5.04至2016.6.04Ⅵ摘要随着社会的发展以及能源、环保等问题的日益突出，纯电动汽车以其零排放，噪声低等优点越来越受到世界各国的重视，电动汽车已成为2l世纪汽车产业的发展方向．电动汽车的迅速发展，对电池能源的要求越来越高，因而电池运行状态的管理变得越来越重要。本文深入地研究电动汽车的电池管理系统，并提出合理的系统设计思想与实现方法。首先介绍了电动汽车的发展历史和电池管理系统的技术现状，以及剩余电量预测的几种模型，以删一Ni电池作为研究对象，在分析MH-Ni电池的工作原理、电池的电压、电流和温度特性和传统预测方法的基础上，提出采用经验与积分计算结合的电池剩余容量预测方法。在对蓄电池快速充电原理和目前各种充电方法的研究基础上，提出了两阶段充电模式，即在充电前期采用多段恒流充电和脉冲充电相结合的快速充电方法，而在充电后期采用定电压补足充电法；对蓄电池快速充电的控制技术进行了探讨，在设计中，采用了具有电池电压负增量控制、电池最高电压控制和电池温度控制功能的综合控制法。综合以上研究，本文介绍了所研制的一种分布式、功能模块化的车载电池管理系统，它主要由主控模块、可控充电系统模块、电压采集子模块、温度采集子模块，电流测量子模块及显示模块构成，通过LIN总线实现相互通讯。并根据该总体设计，具体分析讨论了各个模块电路具体设计及实现方法。关键词：电动汽车：电池管理系统：剩余容量：快速充电ⅥAbstractWiththesocialdevelopment，increasinglyprominentenergyissuesandenvironmentalprotectionissues．pureelectricvehicleswithzeroemissions,lownoiseadvantagesarcgettinggrowingattentionbytheword,electricvehicleshavetobethecurrentofautomohileindustrygreencar．Asthefastdevelopmentoftheelectricvehicle,therequirementtothebatterytechnologyishigherandhigher．Sothemanagementofthebatteryworkingstateisalsomoreandmoreimportant．Thepaperhasdeeplystudiedthetractionbatterymanagementsystemofelectricalvehiclesandtheloficaldesignthoughtsandrealizedmethodshavebeenputforward．Atfirstintroducedelectricvehicleandthehistoryofthedevelopmentofthebatterymanagementsystemcelltechnology,andtheremainingmarginsofseveralmodels．InthispaperMH-Nibatteriesisresearched,bycarefulanalysisofMH-Nibatteriesworkprinciples,thebatteryvoltage,currentandtemperaturecharacteristics．ThenalogicalSOCmeasuringmethodhasbeenraised,whichisthecombinationofexprienceandintegralcalculation．Onthebaseofresearchingquick-chargingtheoryandsomechargingmethod,thetwophaseschargingmodehasbeenputforward；probedintothecontroltechniqueofquick-chargingforbattery,intheactualdesign,usedthecolligationcontrolmethod,whichmadeupbyvoltagenegative-incrementcontrol、topmostvoltagecontrolandtemperaturecontrol．Thedesignofadistributed,modularizedelectricbatterymanagementsystemcomprisedbycentercontrol、intelligentcharging、andvoltage、temperature、currentmeasuringmoduleswasdescribed,inwhichthedatacornmunicationbyLINBus.Concretelyanalyzedthecircuitparameterinhardwaredesign,usedtheAtmegaolastheMCU。Keywords:Single-chip;internalcontrol;DS1绪论目前，我国石油资源十分短缺，人均占有的探明可采储量仅相当于世界平均水平的7．7％；同时，我国资源消耗过多，2004年，我国GDP产出消耗的能源量是世界平均水平的3．36倍，是美国的4倍多，是日、英、德、法等国的近8倍，2005年，我国石油净进口1．36亿吨，占石油全部消费量的42．9％。本文内容安排如下：首先，阐述了选题的目的和意义，然后介绍了电动汽车充电桩，电动汽车的产生背景以及国内外发展历史和趋势。其次，研究电动汽车在电力电子方面的原理，为后文理论奠定基础。再次，设计整流与逆变电路。第四步，编写编码程序，实现面板上的操作。最后，对全文进行总结。2选题背景2.1选题目的和意义本课题属于国家高技术研究发展计划(863计划)电动汽车重大专项的子项目“杭州市工况下电动汽车运行考核试验研究”(课题编号：2005AA501980)，由万向电动汽车有限公司承担，项目主要研究内容包括：(1)研究杭州市工况下电动汽车运行维护体系建设规范(充电桩布局、充电模式及充电设备的技术参数要求)；(2)完成基于快换式电池组的智能充电桩信息系统的建设；(3)完成一套车载测试系统的开发；(4)完成车载信息平台的开发，完成车辆运行信息的采集、显示、报警与传输；(5)应用车载测试系统，对杭州市公交车进行行驶工况的统计及分析研究；(6)依托所开发的车载信息平台与车载测试系统，研究电动公交车和电动出租车在杭州市工况下的运行参数和运行模式，对电动汽车的设计及产品改进提供依据；2.2国内外现状和发展趋势智能充电桩的研究是与电动汽车产业化同步发展的，我国与西欧、北美等发达国家基本上处于同一起跑线上。但在一些简易充电桩的建设上，北美等发达国家显然已经走在前头，譬如美国，由于政府的鼓励与法律政策的扶持，电动汽车数量相对较多，通用汽车公司生产的EVl、日本丰田公司的RAV4EV等已经在美国进入了家庭，在其大多数城市内均已建立了多个简易充电桩，包括非接触式充电桩与接线式充电桩。在我国，充电桩的研究随着电动汽车示范运行的开展也已经开始取得了一些突破性的进展。总的来讲，国内在充电桩的研究的已经展开，但目前仍然局限于多台充电机的简单组合，在电动汽车动力电池组的快速充电与正常充电的充电模式、充电参数的设置方面仍处于经验设置、摸索阶段，在充电过程中电池的温度、绝缘、过充的报警和保护这些应用方面的研究则有待深入。国内所开发的电动汽车充电桩有些虽已投入运行，但其综合性能指标并不太理想，进一步开发高效、高可靠性、高适应性和高通用性的智能充电桩系统仍有大量研究工作需要深入开展。2.3课题的设计目的1.巩固、加深和扩大电力电子应用的知识面，提高综合及灵活运用所学知识解决问题的能力。2.培养针对课题需要，选择和查阅有关手册、图表及文献资料的自学能力，提高组成系统、编程、调试的动手能力。3.通过对课题设计方案的分析、选择、比较、熟悉电力电子的开发、研制的过程，软硬件设计的方法、内容及步骤。3基本理论3.1实现电动汽车充电的基本条件标识系统交流充电桩整体形象满足国家电网公司标识系统的一般要求。有明显的发光指示，确保夜间使用易于查找和辨别。并配备户外遮雨设施。结构要求交流充电桩壳体应坚固；结构上须防止手轻易触及露电部分。设计外观标识应符合国家电网公司统一要求标准。电源要求：50电源要求采用单相220V；允许电压波动范围为220V±10%；频率：Hz±1Hz。IP防护等级交流充电桩应遵守IP32（在室内）或IP54（在室外），室外环境应用时应设置必要的遮雨设施。三防(防潮湿，防霉变，防盐雾)保护：交流充电桩内印刷线路板、接插件等电路应进行防潮湿、防霉变、防盐雾处理，保证充电机能在室外潮湿、含盐雾的环境下正常运行。防锈(防氧化)保护：交流充电桩铁质外壳和暴露在外的铁质支架、零件应采取双层防锈措施，非铁质的金属外壳也应具有防氧化保护膜或进行防氧化处理。平均故障间隔时间（MTBF）：MTBF应不小于30000h。3.2硬件设计理论1、充电机以隔离型桥式DC／DC变换器为主体结构。2、控制系统由驱动板和单片机(CPU)控制系统组成。3、人机接口由按键和六位数码管组成。4、充电机内部装有输入／输出电能计量装置。5、最大输出功率50KW，最大输出电流100A，最高输出电压500V。长期额定使用的最大输出电流为80A，最高输出电压为480V。6、具有恒流和恒压运行模式。7、充电过程的多模式控制。整个充电过程都由充电机内部的CPU控制，最多可以将整个充电过程分成六个阶段，每个阶段的运行参数和不同阶段间的转换条件都存储在非易失性存储器(EEPROM)中，可以通过充电机的键盘或计算机监控网络来修改参数。8、具有计算机远程监控能力。充电机带有隔离485通信接口，通过隔离485通信接口可以组成计算机监控网络，监视和记录每台充电机的运行数据、修改每台充电机的运行参数、控制充电机的启动和停机。9、具有并联运行能力，两台甚至三台充电机可并联运行。每台充电机都有工作模式选择开关，可以选择单机或并联运行模式。当多台充电机并联运行时，其中一台充电机应设置为并联主机，其余设置成并联从机。所有操作在并联主机上进行。并联从机会自动跟随并联主机运行。10、具有完善的保护功能。充电机提供两大类故障保护：可恢复故障和不可恢复故障。对于可恢复故障，当故障消失后，充电机可自动恢复运行。对于不可恢复故障，为保证人身及设备安全，必须人工恢复。4电动汽车智能充电电路设计4.1系统基本功能电动汽车智能充电系统的设计，主要目的是实现铅酸蓄电池组智能充电，具体而言，智能充电系统的设计应该实现以下几点t(1)它在较短的时间内能够实现对蓄电池组的充电，使其电池容量达到工作的要求。能够对电池组的初始状态做出检测，确定蓄电池组的初始荷电状态，端电压，电池温度。如果初始电压值低于系统设定的阀值(最小电压值，又称门限值)时，则首先对电池组进行小电流涓流充电。直到电池组的端电压达到设定的阀值时，系统再自动转入快速充电阶段，按照设定的快速充电策略对电池组进行快速充电。当蓄电池充满电之后，系统自动转入浮充状态，对蓄电池组进行补足充电。系统在渭流充电，快速充电和浮充三种状态之间能够根据实际情况，自动做出切换实现充电的智能性。(2)系统电路在工作时，能够对蓄电池组的状态做到实时监测，对系统参数进行实时采样和分析，并及时做出反馈调整蓄电池充电的相关参数，保证蓄电池组在其充电电流曲线近似逼近理想曲线的状态下对电池组进行充电。(3)能防过充、去硫化，对蓄电池组存在的不均衡性进行调整，减小每个蓄电池之间的差异性，延长蓄电池组的使用寿命。(4)系统在充电的整个过程中，从充电初期