电动汽车交流充电桩系统设计

摘要：简要介绍了电动汽车交流充电桩的内容和研究现状。针对需要设计了基于STM32F107VCT6微控制器的控制系统解决方案，并详细介绍了控制系统的软硬件设计和桩体的电气部分设计。该系统提供包括人机交互、充电控制、电能计量、IC卡付费、票据打印、运行状态监测、充电保护和充电信息存储和上传等多种完善的功能，满足充电过程的要求。
关键词：电动汽车；交流充电桩；STM32F107VCT6；车载充电机

0 引言
随着全球能源危机的不断加深，石油资源的日趋枯竭以及大气污染、全球气温上升的危害加剧，各国政府及汽车企业普遍认识到节能和减排是未来汽车技术发展的方向，发展电动汽车将是解决这两个难题的最佳途径。我国高度重视电动汽车的发展，国家相继出台了一系列标准来扶持和规范电动汽车的发展。但要实现电动汽车大面积普及我国还有很长的路要走，需要解决的问题还有很多。在最近发布的《节能与新能源汽车产业规划》草案中指出将以纯电动汽车作为主要战略取向。有关专家指出纯电动汽车的发展存在三大瓶颈问题：一是标准的缺失，二是配套政策的不完善，三是基础设施的规划和建设的有序推进。本文所研究的电动汽车交流充电桩作为充电基础设施的一部分对于推进电动汽车的普及具有重要的意义。

1 电动汽车交流充电桩介绍
交流充电桩，又称交流供电装置，是指固定在地面或墙壁，安装于公共建筑(办公楼宇、商场、公共停车场等)和居民小区停车场或充电站内，采用传导方式为具有车载充电机的电动汽车提供人机交互操作界面及交流充电接口，并具备相应测控保护功能的专用装置。交流充电桩采用大屏幕LCD彩色触摸屏作为人机交互界面，可选择定电量、定时间、定金额、自动(充满为止)四种模式充电，具备运行状态监测、故障状态监测、充电分时计量、历史数据记录和存储等功能。充电桩的交流工作电压(220±15％)V，额度输出电流(AC)为32 A(七芯插座)，普通纯电动轿车用交流充电桩充满电大约需要6～8 h，充电桩更适用于慢速充电。交流充电桩一般由桩体、电气模块、计量模块、账务管理模块四部分组成。根据安装方式的不同，桩体可分为落地式和壁挂式两种。落地式充电桩适合在各种停车场和路边停车位进行地面安装；壁挂式充电桩适合在空间拥挤、周边有墙壁等固定建筑物上进行壁挂安装，如地下停车场或车库。

2 交流充电桩系统工作原理
依据GB／T 20234．2-2011《电动汽车传导充电用连接装置；交流充电接口》中相关规定的要求，采用控制导引电路的方式来作为充电连接装置的连接状态及额定电流参数的判断装置。其典型的控制导引电路如图1所示。

供电设备插头与插座连接后，供电控制装置通过图1所示的检测点4的电压值判断供电插头与供电插座是否已完全连接。同时电动汽车车辆控制装置通过测量检测点3与PE间的电阻值判断车辆插头与车辆插座是否已完全连接。在完成插头与插座连接状态检测后，操作人员对供电设备完成充电启动设置，则开关S1从连接+12 V状态切换至PWM连接状态，供电控制装置发出PWM信号。供电控制装置通过测量检测点1的电压值判断充电连接装置是否已完全连接。车辆控制端检测无误后闭合S2，供电控制装置通过再次测量检测点1的电压值判断车辆是否准备就绪，如满足要求则通过闭合K使交流供电回路导通。

3 交流充电桩系统方案
系统由LCD触摸屏、打印机、RS 485接口的电能表、漏电保护断路器、交流接触器、读卡器和LED灯等基本部分组成。LCD触摸屏可以提供友好的人机操作界面和快捷简单的操作方式，满足客户按照不同的方式对电动汽车进行充电的要求，可以显示当前充电状态、充电电量和充电费用，友好的用户界面可以让客户进行相应的选择。当采集的电压超过过压保护定值或低于欠压保护定值，充电桩停止充电。漏电保护断路器可保证在充电过程中发生漏电等紧急故障情况下停止充电。当发生意外状况需要紧急停止充电时，可以通过急停按钮来中断充电。系统的电气连接示意图如图2所示。