隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，汽車在社會(huì)發(fā)展的過程中扮演著越來越重要的作用。傳統(tǒng)的燃燒汽油的汽車會(huì)產(chǎn)生諸多方面的問題，為了更好地緩解環(huán)境問題的產(chǎn)生，電動(dòng)汽車由此產(chǎn)生。儲(chǔ)能式電樁是電動(dòng)汽車的主要能量來源，它為我國儲(chǔ)能式電動(dòng)汽車的發(fā)展奠定了良好的基礎(chǔ)。隨著儲(chǔ)能式電動(dòng)汽車的普及，它越來越能夠起到保護(hù)環(huán)境的作用。目前，我國電動(dòng)汽車的銷量正在穩(wěn)步提升，電動(dòng)汽車的充電問題也因此日益凸顯。本文主要就儲(chǔ)能式電動(dòng)汽車充電樁的系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行全方位的分析，希望能夠給大家提供更好的參考性的意見和建議。
隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和能源危機(jī)的不斷加深，各國的政府都越來越意識(shí)到節(jié)能減排才是未來汽車發(fā)展的趨勢(shì)，儲(chǔ)能式電動(dòng)汽車也在其中占據(jù)著非常重要的地位。近些年來，隨著汽車工業(yè)的發(fā)展逐步朝著清潔能源的方向發(fā)展，越來越多的人開始重視儲(chǔ)能式電動(dòng)汽車的發(fā)展[1]。本文主要就儲(chǔ)能式電動(dòng)汽車充電樁系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和分析過程進(jìn)行全面的介紹，希望能夠給大家一些參考性的意見和建議。
1.儲(chǔ)能式充電樁的總體結(jié)構(gòu)
儲(chǔ)能式充電樁主要由功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)和DSP控制系統(tǒng)兩個(gè)部分組成。PCS調(diào)節(jié)系統(tǒng)本身屬于一種直流母線式的結(jié)構(gòu)。它的存在本身是充當(dāng)電網(wǎng)、儲(chǔ)能電池組、電動(dòng)汽車電池組和汽車電池組之間的一種傳輸紐帶。整個(gè)交流電網(wǎng)和直流母線之間可以采用PWM整流器來進(jìn)行整流，最終的目的是為了更好地能夠?qū)崿F(xiàn)能量的雙向互動(dòng)。Buck-Boost變換器本身也是在直流電網(wǎng)和直流母線之間充當(dāng)一個(gè)整流器的角色，為的是更好地實(shí)現(xiàn)電池組之間的充電和放電的功能。Buck變換器主要在直流母線和儲(chǔ)能電池組之間充當(dāng)一個(gè)變換器的角色，為的是能夠更好地實(shí)現(xiàn)對(duì)電池進(jìn)行恒壓、恒流和脈沖進(jìn)行充電，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)儲(chǔ)能電池組的監(jiān)測(cè)和管理。下圖1是儲(chǔ)能式充電樁的總體結(jié)構(gòu)。
2.硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
在對(duì)儲(chǔ)能式電動(dòng)汽車的硬件系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，主要包括功率的調(diào)節(jié)系統(tǒng)、功率管道和繼電器驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和其他系統(tǒng)組成。其中繼電器的系統(tǒng)采用的是普通的光隔和三級(jí)管驅(qū)動(dòng)的系統(tǒng)。專用的IGBT驅(qū)動(dòng)芯片的存在是專門被放置在功率管的內(nèi)部進(jìn)行使用的。在整體儲(chǔ)能式充電樁內(nèi)關(guān)鍵部分調(diào)節(jié)的過程中，功率的調(diào)節(jié)系統(tǒng)最為關(guān)鍵。
在整個(gè)硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過程中，交流電網(wǎng)和直流電網(wǎng)之間采用的是單相的不可控制的整流型的電路系統(tǒng)。單相存在220V交流電能夠通過整流濾波的加工直接轉(zhuǎn)換成311V的直流電。如果想要防止電容充電器內(nèi)部通過的電流變得過大，那么就一定要通過限流的電阻為電容進(jìn)行充電。當(dāng)整個(gè)電阻被充滿電之后，開關(guān)K2就會(huì)被吸合，R1的線路會(huì)因此而短路。從構(gòu)成上來看，整個(gè)濾波電容是由兩個(gè)400V/680V的電解電容共同串聯(lián)形成的。每個(gè)電容器在漏電的過程中都會(huì)或多或少存在差別，那么之后才能夠在每個(gè)電容的兩端共同連接成一個(gè)具有平均壓力的電阻，這樣才可以更好地提高電容平均的使用壽命。
直流母線和電動(dòng)汽車的電池組之間通常通過采用Buck變換器的方式來進(jìn)行調(diào)節(jié)。只有更好地通過電壓閉環(huán)或者電流閉環(huán)來更好地調(diào)節(jié)，那么才能夠最終實(shí)現(xiàn)電池的恒壓或者恒流。該電路的結(jié)構(gòu)非常的簡(jiǎn)單，而且整體操作的過程非常容易被實(shí)現(xiàn)。在設(shè)計(jì)的過程中采用的是V1的功率管，最高的耐壓可以達(dá)到1200V，期間最大的流經(jīng)電流為200A。
3.軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
整個(gè)電動(dòng)汽車中的儲(chǔ)能式充電樁的軟件設(shè)計(jì)就是為了更好地幫助用戶提供更加方便的操作界面，以便更好地方便用戶按照自己的需求來進(jìn)行充電。整體充電管理系統(tǒng)中按照電量的高低主要可以分為按電量充、按金額充、按時(shí)間充等幾種模式。有些用戶在充電的過程中會(huì)出現(xiàn)不想結(jié)算就拔充電插頭的情況，那么此時(shí)就可以采取先扣費(fèi)、再充電然后再進(jìn)行結(jié)算的方式。這樣就可以有效杜絕再?zèng)]有刷卡的情況下就進(jìn)行充電。此外，如果整個(gè)充電的過程屬于正常的充電過程，那么用戶的卡號(hào)和內(nèi)部實(shí)際的金額就會(huì)被更加真實(shí)地記錄下來，最終被存儲(chǔ)在一個(gè)特制的存儲(chǔ)器內(nèi)部。只有當(dāng)用戶真正結(jié)算成功之后這些數(shù)據(jù)才會(huì)被消除。如果遇到故障或者其他突發(fā)情況，那么該用戶地?cái)?shù)據(jù)和金額就會(huì)被暫時(shí)存留在存儲(chǔ)器的內(nèi)部。等到用戶下次再使用的時(shí)候，那么內(nèi)部剩余的金額就會(huì)被退還給用戶[2]。在整個(gè)充電的過程中，充電管理系統(tǒng)會(huì)從智能的電表內(nèi)部獲取一定的電壓和電流的值，如果電流或者電壓出現(xiàn)過高或者過低的情況時(shí)，那么整個(gè)系統(tǒng)的充電狀態(tài)就會(huì)自動(dòng)被終止，最終進(jìn)入一個(gè)結(jié)算的界面中去。
4.控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
控制系統(tǒng)的存在主要是為了對(duì)儲(chǔ)能電池組的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和管理，并在最終能夠更好地實(shí)現(xiàn)對(duì)功率系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換和調(diào)度控制。為了讓整體控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的更加全面，控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)主要包括DSP系統(tǒng)、隔離驅(qū)動(dòng)電路、內(nèi)阻檢測(cè)電路、通訊電路、人機(jī)交互系統(tǒng)等等。
在所有的控制系統(tǒng)中，TMS320F8335占據(jù)著非常重要的地位。整體的結(jié)構(gòu)主要包括電源管理模塊、OLED液晶顯示器、擴(kuò)展RAM和USB轉(zhuǎn)串口等模式。并且誒在這個(gè)組建的過程中會(huì)擴(kuò)展出其他類型的模塊和部分I/O接口。
在控制系統(tǒng)中還存在包括三路功率開關(guān)器件和繼電器驅(qū)動(dòng)電路。整個(gè)采集電路的過程主要包括儲(chǔ)能電池組、電動(dòng)電池組、直流母線電壓和其他部分。最終的目的是為了能夠更好地實(shí)現(xiàn)電池的恒壓和恒流。隔離驅(qū)動(dòng)電路的存在最基礎(chǔ)的功能就是能夠更好地實(shí)現(xiàn)對(duì)蓄電池內(nèi)部的實(shí)時(shí)檢測(cè)，并在這個(gè)過程中能夠?qū)ζ錉顟B(tài)進(jìn)行全面監(jiān)測(cè)。
5.環(huán)境和電磁兼容的設(shè)計(jì)
從現(xiàn)階段的發(fā)展模式來看，電動(dòng)汽車充電樁的充電過程一般都是在室外的環(huán)境下進(jìn)行的。這樣一方面整體充電的過程容易受到天氣的影響，另外一方面惡劣和污染日益嚴(yán)重的環(huán)境也是不利于讓充電樁更好地進(jìn)行充電的。因此在進(jìn)行儲(chǔ)能式電動(dòng)汽車充電的過程中，一定要考慮其與環(huán)境兼容的設(shè)計(jì)狀況。一定要讓電動(dòng)汽車同時(shí)具備一定的電磁抗干擾能力，那么才能夠讓工作更好地得以展開。
要做到讓充電樁系統(tǒng)能夠更好地和環(huán)境相融，那么一定要運(yùn)用交叉覆蓋的工藝對(duì)樁體結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面的設(shè)計(jì)，這樣不僅能夠更好地提高整個(gè)電樁體的防護(hù)能力，而且也有利于其在工作的環(huán)境下更好地形成一定的空氣流通能力，最終使得電樁本身的散熱能力得以提升。此外，采用鍍鋅鋼板進(jìn)行電樁的設(shè)計(jì)也能夠很好地提升電樁系統(tǒng)本身的散熱能力。如果能夠再在其外表使用烤漆工藝的話，就能夠更好地提高其抗腐蝕和抗銹的能力[3]。最后，除了要重視儲(chǔ)能式電動(dòng)汽車結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，更加重要的是要讓每一種結(jié)構(gòu)材料都能夠更好地達(dá)到工業(yè)級(jí)別的要求，如果在設(shè)計(jì)中能夠采用壓敏電阻和瞬變抑制二極管的器件進(jìn)行設(shè)計(jì)的話，那么就能夠讓電樁在再惡劣的環(huán)境下也能夠更加穩(wěn)定地進(jìn)行工作。
6.結(jié)束語
綜上所述，我們可以看出儲(chǔ)能式電動(dòng)汽車能夠在使用的過程中承受電動(dòng)汽車快速經(jīng)過的電流充電要求，并以此更好地減少電費(fèi)的支出。此外，儲(chǔ)能式的電動(dòng)汽車充電樁在使用的過程中能夠更好地滿足不同容量的充電需求，而且在運(yùn)用的過程中能夠更好地適應(yīng)各種類型的要求。但是就現(xiàn)階段的開發(fā)而言，儲(chǔ)能式電動(dòng)汽車的電動(dòng)樁系統(tǒng)在設(shè)計(jì)的階段還是會(huì)受到包括電池壽命、效率和其他因素的影響。隨著電池技術(shù)的不斷提升，充電樁和電池儲(chǔ)能技術(shù)將能夠更好地結(jié)合起來，這會(huì)對(duì)將來廣泛地推動(dòng)電動(dòng)汽車的使用有很好的作用。
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