新能源电动汽车通用充电桩的开发与研究

新能源电动汽车通用充电桩的开发与研究

华陈君

无锡供电公司江苏无锡214000

摘要：新能源电动汽车通用充电桩开发研究工作有助于电动车行业的发展，本文首先对新能源电动汽车充电桩工作原理作出阐述，然后对新能源电动汽车充电桩发展历程予以说明，最后结合实际情况，对新能源电动汽车通用充电桩设计进行分析，以说明通用充电桩开发、研究具有可行性。

关键词：新能源；电动汽车；通用充电桩

蓄电池性能的不断提高推动着电动车辆应用范围变得更为广泛，与此同时，随着人们环保意识的不断提升，新能源电动汽车应用数量将会进一步提高。充电桩的开发与研究对于新能源电动汽车的正常使用以及该行业的未来发展具有重要意义，但就目前来看，我国充电桩产品依然存在着电能来源单一等问题。

一、新能源电动汽车充电桩工作原理

充电技术主要包含了传导充电、无线充电两种主要类型，前者主要是利用导体连接受电设备以及充电设备，进而形成充电回路，即将车载动力电池和充电桩充电设备利用接触插头进行连接，利用金属完成接触导电工作，让电力能源得以提供，此种充电方法广泛应用在社会实际生活中，且较为简单实现。后者主要指的是利用电磁感应、无线电波、磁场共振的核心技术，进而实现无线充电。在我国国内，无线充电技术主要采用感应电来实现，即使用高频线圈，让二次侧受电设备得到高频交流电的输送，利用二次侧车载充电机对其完成整流，进而传输直流电至蓄电池，完成充电工作。当前，在我国充电桩行业中，很多充电桩产品的充电电能来源均是国家电网供电网络来提供的，为单一电能来源，与此同时，在汽车充电产品中，缺乏可以进行不同电源自动切换的光伏充电桩，开发通用充电桩具有重要意义[1]。

二、新能源电动汽车充电桩发展历程

一般情况下，交流触电装的输入、输出交流电电压均为220V，交流充电桩作为重要充电接口，可以为电动汽车通过自带交流电端口提供市电交流电。而直流充电桩主要是整流交流电为直流电源，进而将直流电源提供给电动汽车，完成充电工作。

在第二代充电桩中，直流充电桩占据主导地位，其能量供应来源主要为光伏发电，同时有能源储存系统配备其中，如果白天日光条件较为充足，那么利用光伏板，可以转化太阳能为直流电源，利用直流充电桩，通过DC-DC形式可以让电动汽车充电工作得以完成，而储能系统可以有效储存富余电能。在夜间，利用储存电能，可以管理、调用电池电量，进而让电动汽车充电工作得以完成。在第二代充电桩中，其唯一电能来源为太阳能发电，与此同时，融入MPPT技术，可以让充电桩光伏发电效率得到提升，其具有充电桩充电管理功能、售电管理功能以及蓄电池管理功能，传统直流发电形式吻合于太阳能直流充电，这可以让发电效率以及能量转换效率得到有效提升[2]。

在第三代充电桩中，其主要是以第二代充电桩为重要基础，以光伏发电电源以及市电交流电源作为共同的充电来源，对蓄电池储能系统进行有效配置来作为备选充电途径的充电设备。

图1整体框架

三、新能源电动汽车通用充电桩设计分析

（一）设计需求

为保证新能源电动汽车通用充电桩的设计开发得到有效落实，为保证其应用效果，需要明确以下几点设计需求：

（1）需要保证充电桩可以开展充电工作，并具有高度可靠性，发挥出自身充电功能；

（2）需要确保充电桩保护措施完备性，且具有较高的运行稳定性，充电工作环境良好；

（3）需要保证交互系统的便利性，用户依照预先设置相关操作信息，可以对充电等操作予以快速完成；

（4）需要确保充电桩具有数据信息显示、保存能力，在充电工作中，可以显示、保存其电能电量、温度以及用户金额，可以让用户对历史信息进行有效查询；

（5）需要保证充电结束后可以让打印机对凭条予以顺利打印；

（6）需要依照我国电价标准，确保计价收费方式合理性、收费数额合理性。

（二）结构框架

在本文所述新能源电动汽车通用充电桩中，其主要充电方式为分阶段恒流充电。在直流充电桩系统框架中，包含了打印机、主充电系统、报警模块以及数据采集模块等多个部分，整体框架如图1所示。

结合图1，利用交流接触器，电网所提供三相交流电可以连接于电能表，之后可以在主充电电路中进入，完成整流、高频逆变、二次整流工作后，在主控制模块下，可以完成蓄电池充电工作。同样，利用交流接触器，可以完成费用计算工作。

（三）关键技术

1.主电路设计

为让设备抗电磁干扰水平得到提升，让输入电流谐波含量得到减少，在本文所述通用充电桩中，在系统前级滤波整流电路上，主要应用了三电平VIENNA整流器，此种整流器具有较高的可靠性以及功率密度，具有较小的开关管应力，可以让功率因数、电网可靠性得到有效提升，利用三相三线连接方法，可以让充电桩设计更为简单[3]。

2.控制电路设计

在控制电路微处理单元设计上，其主要处理器单元为DSP系列TMS320F28335；在采样电路电压采集设计上，主要应用了光耦隔离技术，此技术可以有效隔离高压直流电和低压部分，如HCNRA光耦隔离器就具有良好性能；在电源控制设计上，供电系统首先可以变压调压交流电，之后整流滤波处理交流电为低压直流电，依照3.3V、5V、12V、15V的供电等级进行分别供电。在电路中，可以对多个下拉电容进行有效应用，滤波处理电源系统，确保供电工作具有较高稳定性。

3.人机交互设计

在一体化充电机中，平时其处于关机状态，在电缆正确连接之后，可以启动充电，利用触摸屏，可以对启动充电予以提示，之后利用IC卡可正式充电。为让人机交互得以实现，可以使用大屏幕LCD彩色触摸屏，在充电中，可以对定时间、定电量、自动以及定金额模式进行自主选择。其交流工作电压为380V，对于普通电动轿车来说，充满电仅仅需要4~5h的时间。在充电工作完成之后，系统可以对用户进行提示，即让用户完成消费结算，将用电信息显示给用户，在用户确认后，可以提示用户进行退卡操作，之后可拔出充电插头。

4.故障防护设计

充电桩系统设计工作中，故障信号主要包含了过高温度输入信号、过大电流输入信号、DSP控制系统复位信号等多个方面。在故障防护设计中，需要对硬件进行设置，如断路器、漏电保护器等保护装置，以此来让电路元件安全得到保障。在具体工作环境中，可能会有静电出现，这也会让电子设备稳定性、精度受到影响，对此，需要设置相应的防静电装置来对其工作系统进行有效保护，如设置接地线、应用防静电线路等。

结束语

综上所述，通用充电桩可以让人力成本得到有效节约，可以让资源压力得到有效减少。通过合理设计结构框架，科学利用主电路设计、控制电路设计、人机交互设计以及故障防护设计技术，可以让通用充电桩得到有效开发，在未来发展中，需要对新型充电桩设计研究予以高度重视。

参考文献

[1]高俊青,邵叶晨,卞阳.基于用户社交网络的共享充电桩机制研究[J].合作经济与科技,2019(16):88-90.

[2]李西园,封宝华,尚永红,孙雪吟,解峥,陈时雨.基于排队模型的大型园区充电站负载能力研究[J/OL].应用科技:1-6[2019-08-09].

[3]林勉.电动汽车集中式充电桩的电能技术规划的研究[J].科技风,2019(21):194.

作者简介

华陈君（1986—），男，江苏无锡人，硕士，工程师，研究方向：电力新能源。