安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：針對當前電動汽車續航能力嚴重不足以及不能及時充電的問題，將電力電子變流技術、智能監控技術、REIP無線射頻技術及CAN總線技術應用到電動汽車智能充電樁的設計與研究中。開展了無人值守的智能電動車充電樁的現實依據和理論可行性分析，提出了一種兼備CAN總線網絡通訊功能和無人值守功能的電動汽車智能充電樁的軟件設計方法和硬件結構組成方案，把每個電動汽車智能充電樁視為一個智能節點，建立了上位機組態監控和下位機數據采集相互結合的系統整體框架。在組態軟件MCGS上對電動汽車智能充電樁的人機交互界面進行了模擬演示試驗，并對電池充電過程中的各項參數指標進行了采集與分析。研究結

果表明：電動汽車智能充電樁能夠快速地為電動汽車充電，并且具備完善的遠程通信和監控功能，保證了電動汽車的續航能力。

關鍵詞：電動汽車；充電樁；REIP無線射頻；智能監控；CAN總線

0引言

常規石化燃料的使用在對大氣造成了很大程度的污染的同時，其作為一種重要能源，儲量也越來越少。目前，很多國家和科研機構正在致力于電動汽車的研發與生產，我國在電動汽車行業起步早、發展快，發展電動汽車已經成為節能減排與改善地球環境的必然趨勢。電動汽車憑借其低污染、低噪音、駕駛簡單的優勢一度成為人們關注的焦點，但是電動汽車續航能力弱以及充電不方便等缺點也成為限制大范圍使用的障礙。目前，電動汽車采用蓄能電池作為動力來源，當電壓較低時，就要進行電能補給，否則性能會受到很大影響。目前，國內有很多充電模式，例如：電池組快速更換、快速充電以及常規充電等，但是動力電池體積大、重量大、更換不方便舊J。電動汽車智能充電樁不僅能夠解決電動汽車隨時隨地充電的問題，還能夠對動力電池進行維護，具有人性化的人機交互界面和完善的通訊能力，確保了用戶操作簡便，實現了智能化。本研究將電力電子變流技術、智能監控技術、REIP無線射頻技術等應用到電動汽車智能充電樁的設計與研究中。

1 電動汽車(EV)的充電方法和建設充電樁監控系統的必要性

目前，電動汽車(EV)充電的方法主要有：

(1)交流充電。由電網提供220 V或者380 V交流電源，經過車載充電裝置的濾波、整流和保護等功能，實現對電動汽車蓄電池的充電過程。這種充電方法充電時間較長，充電功率較小，適合小型純電動車以及混合動力運行的汽車。

(2)直流充電。這種充電方式是由地面提供直流電源，直接為車上的蓄電池進行充電，省去了車載充電裝置，有利于車身自重的減輕。地面充電機一般功率較大，能實現快速充電。適合電動公交車等大型電動汽車。

(3)更換電池組。這種充電方法為每一輛電動汽車準備了兩組蓄電池，一組為電動汽車提供電源的同時，另一組處于地面充電狀態，當車載電池組電量不足的時候，可以及時地拆下并更換已經充足電量的電池組。這種方式能夠實現較短時間的充電過程。但是需要建設大量的電池更換站，需要大量人員進行維護。投資成本大，智能化程度低，不予采用。

(4)非接觸式充電。這種充電方式需要在路面上嵌入電氣元件，并且能夠和車輛進行隨時接觸，這樣在車輛行駛的過程中才能夠實現隨時充電，不用受到充電地點的限制。這種充電方式目前還沒有引起人們足夠的注意和興趣，不予采用。

對建設充電樁監控系統的必要性分析如下：

隨著社會科技力量的不斷強大，電動車以其噪音小的優勢會逐漸地被人們所認可。建設龐大的充電系統的一部分，就如同現在的汽車加油站一樣，遍地可見。同時，現在的電動車輛電池大部分采用能效比較高、體積較小的鋰離子蓄電池作為能源電池。鋰離子電池對充放電的要求較高，如果沒有相應的監控方式，就會對電池造成不可修復的損害，嚴重時還會危及到人們的人身安全。

2 電動汽車(EV)充電樁監控系統實現的功能

2．1 充電樁建設的兩種可行模式

1. 建設交流充電樁。在小區停車場建設交流充電樁，采用220 V或者390 V交流電壓，這兩種電壓等級容易獲得。經過地面充電樁，可以為家用電動汽車或者環衛清潔車等小型電動汽車充電，這種交流充電樁的優勢就是可以利用車輛夜間閑置的時間進行充電。

(2)建設直流充電樁。在電動公交車站或者大型電動汽車的場合建設直流充電樁，可以快速地完成車輛充電過程。這種充電樁的功率較大，對電網會進行一定的沖擊，所以在建設的時候需要考慮對電網的保護措施。本研究只要考慮交流220 V、380 V充電樁的監控系統的設計。

2．2監控系統的主要功能

監控系統的主要功能包括：

(1)具備IC卡識別功能，通過手持Ic卡進行充電樁的激活和計費功能。

(2)具備對充電樁交流電源的電壓和電流的檢測和保護功能。

(3)具備對電池的充電狀態、充電電壓、充電電流、充電階段進行監控的功能。

(4)具備通信功能，能夠和上級管理層進行通信和數據交換。

(5)具備電池智能維護的功能，能夠在充電過程中，對電池進行檢測，適度維護電池。