安科瑞电气股份有限公司上海嘉定 01
摘要:针对当前电动汽车续航能力严重不足以及不能及时充电的问题,将电力电子变流技术、智能监控技术、REIP无线射频技术及CAN总线技术应用到电动汽车智能充电桩的设计与研究中。开展了无人值守的智能电动车充电桩的现实依据和理论可行性分析,提出了一种兼备CAN总线网络通讯功能和无人值守功能的电动汽车智能充电桩的软件设计方法和硬件结构组成方案,把每个电动汽车智能充电桩视为一个智能节点,建立了上位机组态监控和下位机数据采集相互结合的系统整体框架。在组态软件MCGS上对电动汽车智能充电桩的人机交互界面进行了模拟演示试验,并对电池充电过程中的各项参数指标进行了采集与分析。研究结
果表明:电动汽车智能充电桩能够快速地为电动汽车充电,并且具备完善的远程通信和监控功能,保证了电动汽车的续航能力。
关键词:电动汽车;充电桩;REIP无线射频;智能监控;CAN总线
0引言
常规石化燃料的使用在对大气造成了很大程度的污染的同时,其作为一种不可再生能源,储量也越来越少。目前,很多国家和科研机构正在积极致力于电动汽车的研发与生产,我国在电动汽车行业起步早、发展快,发展电动汽车已经成为节能减排与改善地球环境的必然趋势。电动汽车凭借其零污染、零噪音、驾驶简单的优势一度成为人们关注的焦点,但是电动汽车续航能力弱以及充电不方便等缺点也成为限制大范围使用的障碍。目前,电动汽车采用蓄能电池作为动力来源,当电压较低时,就要进行电能补给,否则性能会受到很大影响。目前,国内有很多充电模式,例如:电池组快速更换、快速充电以及常规充电等,但是动力电池体积大、重量大、更换不方便旧J。电动汽车智能充电桩不仅能够解决电动汽车随时随地充电的问题,还能够对动力电池进行维护,具有人性化的人机交互界面和完善的通讯能力,确保了用户操作简便,实现了智能化。本研究将电力电子变流技术、智能监控技术、REIP无线射频技术等应用到电动汽车智能充电桩的设计与研究中。
1 电动汽车(EV)的充电方法和建设充电桩监控系统的必要性
目前,电动汽车(EV)充电的方法主要有:
(1)交流充电。由电网提供220 V或者380 V交流电源,经过车载充电装置的滤波、整流和保护等功能,实现对电动汽车蓄电池的充电过程。这种充电方法充电时间较长,充电功率较小,适合小型纯电动车以及混合动力运行的汽车。
(2)直流充电。这种充电方式是由地面提供直流电源,直接为车上的蓄电池进行充电,省去了车载充电装置,有利于车身自重的减轻。地面充电机一般功率较大,能实现快速充电。适合电动公交车等大型电动汽车。
(3)更换电池组。这种充电方法为每一辆电动汽车准备了两组蓄电池,一组为电动汽车提供电源的同时,另一组处于地面充电状态,当车载电池组电量不足的时候,可以及时地拆下并更换已经充足电量的电池组。这种方式能够实现较短时间的充电过程。但是需要建设大量的电池更换站,需要大量人员进行维护。投资成本大,智能化程度低,不予采用。
(4)非接触式充电。这种充电方式需要在路面上嵌入电气元件,并且能够和车辆进行随时接触,这样在车辆行驶的过程中才能够实现随时充电,不用受到充电地点的限制。这种充电方式目前还没有引起人们足够的注意和兴趣,不予采用。
对建设充电桩监控系统的必要性分析如下:
随着社会科技力量的不断强大,电动车以其零排放和噪音小的优势会逐渐地被人们所认可。建设庞大的充电系统也是不可或缺的一部分,就如同现在的汽车加油站一样,遍地可见。同时,现在的电动车辆电池大部分采用能效比较高、体积较小的锂离子蓄电池作为能源电池。锂离子电池对充放电的要求较高,如果没有相应的监控方式,就会对电池造成不可修复的损害,严重时还会危及到人们的人身安全。
2 电动汽车(EV)充电桩监控系统实现的功能
2.1 充电桩建设的两种可行模式
建设交流充电桩。在小区停车场建设交流充电桩,采用220 V或者390 V交流电压,这两种电压等级容易获得。经过地面充电桩,可以为家用电动汽车或者环卫清洁车等小型电动汽车充电,这种交流充电桩的优势就是可以利用车辆夜间闲置的时间进行充电。
(2)建设直流充电桩。在电动公交车站或者大型电动汽车的场合建设直流充电桩,可以快速地完成车辆充电过程。这种充电桩的功率较大,对电网会进行一定的冲击,所以在建设的时候需要考虑对电网的保护措施。本研究只要考虑交流220 V、380 V充电桩的监控系统的设计。
2.2监控系统的主要功能
监控系统的主要功能包括:
(1)具备IC卡识别功能,通过手持Ic卡进行充电桩的激活和计费功能。
(2)具备对充电桩交流电源的电压和电流的检测和保护功能。
(3)具备对电池的充电状态、充电电压、充电电流、充电阶段进行监控的功能。
(4)具备通信功能,能够和上级管理层进行通信和数据交换。
(5)具备电池智能维护的功能,能够在充电过程中,对电池进行检测,适度维护电池。