电动汽车智能充电机设计研究

摘要：面对电动汽车的快速发展，大功率动力电池智能充电机以及充电算法的研究显得愈加重要。本文研制了智能充电机系统，开发了恒流、恒压以及智能充电算法。试验测试结果表明，充电机较好的实现了恒流限压、恒压限流、智能充电以及放电等功能。该智能充电机可以为电动汽车提供稳定可靠的能量转换，并将随着电动汽车的广泛使用不断发展。
关键词：电动汽车 智能充电机 微机控制

1 引言

电动汽车是目前世界上唯一能达到零排放的机动车。由于环保的要求，加之新材料和新技术的发展，电动汽车进入了发展高潮。电动汽车作为绿色交通工具，将在21 世纪给人类社会带来巨大的变化。顺应当前国际科技发展的大趋势，将电动汽车作为中国进入21 世纪汽车工业的切人点，不仅是实现中国汽车工业技术跨越式发展的战略抉择，同时也是实现中国汽车工业可持续发展的重要选择。

目前我国电动汽车研究已取得阶段性成果，已经完成了电动轿车、电动中型客车和电动大型客车的开发工作。在我国大中城市都普遍存在着十分严重的交通问题和汽车尾气排放污染问题，电动汽车是一种非常理想的中速和短途的日常公共交通工具，因此在我国有着得天独厚的发展条件和广阔的应用前景。根据欧美和日本等先进国家的经验，在进行电动汽车的开发和制造的同时，必须开发电动汽车公共充电站和进行电动汽车示范工程建设，为电动汽车的推广使用积累经验。在城市繁忙地段开辟电动汽车交通线，进行电动汽车的推广示范是一项很有意义的工作，为了作好这项工作，就必须进行电动汽车充电机及其充电管理系统的开发。

随着电动汽车研究的深入，对于电动汽车用电池充电器有了一定的需求，因为这是一个比较新的应用领域，开发者主要集中在一些科研单位或大学中。国内的生产单位主要是面向电瓶车、电动游览车、蓄电池维护等应用场合，因此充电机功率范围有限。从上面的分析可以看出，研制电动汽车大功率智能充电机具有重要意义。

2 充电机设计与研制

2.1 智能充电机系统特点

· 指示功能：

状态指示：包括电池电压不足、正在充电、充电结束；
故障指示：直流输出侧过电压及欠电压，温度异常，主断路器断开。蓄电池温度异常。

· 记录功能：

交流输入：对公用充电机记录输入的电力（kW h），记录一次充电值和日累计值。
温度：充电时电池温度、充电机温度、环境温度。
故障记录：直流输出侧过电压及欠电压，电池或充电机温度异常；

· 自动计费功能：

充电机预留IC 卡接口，开发IC 卡管理系统。对充电机可以采用IC 卡充电操作，充电机能自动计费，并显示及打印计费结果或直接用IC 卡结算。

· 监测功能：

充电过程中要监测电池的温度，不能超过最大允许值，否则会损害电池和减少电池的使用寿命。

· 充电机预留CAN 总线接口和485 接口，一方面为了和车上设备通信，另一方面便于连接上位机，实现连接计算机观察全程充电曲线和组网微机监控。

· 充电机具有断电时保护数据；具有电流、电压、时间等参数超出了操作人员所设定的范围以及软件故障提示等安全保护措施。

· 具有完善的故障保护和报警功能。对输入电源过压、缺相，充电机过流、过热，蓄电池短路、开路、极性接反、超温等故障均有自动保护并发出声光报警信号。

2.2 充电机主电路设计

经分析认为，对于大功率（10kW 以上）充电机适合采用相控方式，控制方法成熟，性能稳定可靠。图1 为设计的智能充电机主电路。

1） 路形式采用全控整流电路，选用集成化控制模块，具有集成度高、多相脉冲对称性好、线性度高、相序自动识别，无须同步变压器、软启动以及缺相保护等功能。
2） 检测蓄电池电压、直流侧电流的传感器，选用LEM 模块采集电压和电流信号。
3） 计了自检用假负载，要求逻辑部分可以控制假负载的投入和断开，保证充电机自检。
4） 温度检测采用AD590 型集成温度传感器，可以长距离传输信号。

2.3 微机控制系统的设计与实现

控制器可以分为主控单元和执行单元，其中，执行单元具有参数采集、输出直流控制信号和放电控制信号、故障显示等功能。主控单元具有电能计量、上位机通信、状态和报警显示、键盘扫描、液晶显示控制以及向执行单元传送指令等功能。

(1) 微机控制器硬件设计

采用ATMEL 公司的89C52,该单片机片内8K FLASH,片内256 字节RAM,32 条可编程I/O 口线,3 个16 位定时器/计数器,8 级中断源,有一个通用串行接口。外围器件主要有SD2000D，内置64Kbit NVSRAM，晶振、电池，时钟。选用AD574 作为A/D 转换器件，DAC0832 用作D/A 转换