电动汽车充电站监控系统设计

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1、1 绪论1.1 引言汽车产业的报告生长，汽车带来的情况污染、能源短缺、资源枯竭和宁静等方 面的问题越来越突出。 为了保持百姓经济的可连续生长， 掩护人类居住情况和能源 供给，各国政府不吝巨资，投入大量人力、物力，寻求解决这些问题的种种途径。 我国面临的形式也十分严峻， 海内的石油蕴藏量和开采量相当有限， 随着汽车保有 量的增加，石油需求越来越多，目前已不能自给，不敷部分主要通过进口来满足， 并且每年成递增趋势。由于电动汽车具有突出的环保方面的优势， 使得电动汽车的开发和研究成为各 国开发绿色汽车的主流。 电动汽车使用的能源是可以用与发电的一切能源。 因此使 用电动汽车可以挣脱汽车对化石燃料的依

2、赖，改进能源结构，使能源供给多样化， 使能源的供给有保障。 电动汽车在解决门路交通事故方面和传统汽车相比也具有一 定优势。因此，开发电动汽车是迎接汽车面临挑战的重要对策之一。电动汽车具有 良好的环保性能和可以以多种能源为动力的显著特点， 即可以掩护情况， 又可以缓 解能源短缺和调解能源结构， 保障能源宁静。 目前生长电动汽车已成为各国政府和 汽车行业的共鸣，电动汽车的研发已成为汽车行业的热点。因此，无论是从设计、 研究和开发的看法， 照旧从实用的角度来看， 了解和掌握电动汽车技能的社会需求 会越来越大。目前世界上许多发达国度的政府、著名汽车厂商及相关行业科研机构都 在致力于电动汽车技能的研究开

3、发与推广应用。电动汽车充电站是电动汽车 大范围商业化后不可缺少的电动汽车能源办事底子设施，如何实现电动汽车 充电站运行治理的自动化是必须研究的课题。系统建立的须要性：1）包管动力电池充电宁静的需要。目前纯电动汽车多使用锂离子蓄电池作为 电能存储单位。锂离子电池对充电要求较高，充电历程控制欠好会造成电池 永久损坏，甚至引起电池爆炸。充电站监控系统的充电监控功效可以监测电 池和充电机当前状态。接纳智能充电机的充电掩护步伐可以有效包管动力蓄 电池充电历程的宁静。2) 提高充电站运行和治理水平的需要。电动汽车充电站作为保障电动汽车正 常使用的能源底子办事设施，因其组成设备数量多，用人工方法来治理这些

4、设备很难实现，所以有须要利用先进的信息技能实现其运行和治理自动化， 低落事情人员的劳动强度，提高充电站运行和治理水平。电动汽车的生长及其要害技能1881 年的法国诞生了世界上第一辆电动车，但是由于技能的原因，在不长 的时间里燃油汽车就占据了汽车市场的绝大部分市场份额。近年来，随着许 多电动汽车要害技能的不停生长以及全球汽车生产商对电动汽车生长的重视 水平不停加深，现代电动汽车己经作为一种全新看法的交通东西被提上日程， 它自身将会负担更多的功效，正因为这样，电动汽车在生长中，必须面对并 解决以下要害技能：(1) 车身设计 车身设计的事情早在一开始就将实用性和外观性联系在了一起。尤其在现代 汽车要

5、求速度越来越快的情况下，对付汽车的空气动力学、行驶平顺性等方 面考虑己经成为车身设计的主要事情。在设计电动汽车时，应该在车身设计 上多下工夫，力争使电动汽车的无功损耗低落到最低点。(2) 动力驱动技能 电动汽车主要是依靠直流电动机来驱动的，但是由于目前直流电动机的转速 转矩变革范畴窄，并不能满足汽车行驶的需要，所以国际上已经开始了关 于电动汽车用交换电机的研制的热潮，其中开关磁阻电机的研制，高效永磁 同步电机交换电机都已进入试用阶段；控制技能矢量控制和直接转矩控 制技能己经在理论界得到了充实的验证和肯定，技能也同趋成熟。随着技能 的生长，电机和电机控制器也越来越成熟，电机向着高电压、小电流、大

6、功 率、小体积、重量轻的偏向生长，直流电机已逐渐被交换电机所取代。控制 器也向着智能化、集成化的偏向生长。(3) 能源供给系统 现代电动汽车经过数十年的生长，其各项尺度己经根本到达了人们用车的要 求，但是却迟迟不能占据市场，最主要的原因就是现在的电动汽车的续驶里 程不能满足入们的要求。如何寻找大概研制一种越发优良的能源是电动汽车 生长的一个极其要害的问题，目前的局面是铅酸、镍氢、锂离子、燃料电池 多种电源并存，铅酸电池占据了主要职位，针对目前的市场占有情况如何公 道的使用提高铅酸电池的寿命和效率，就具有十明白显的经济和社会代价， 并且随着铅酸电池生产技能的不停更新，新一代的卷式铅酸电池能量比将

7、大 大增强，其充放电将变得越来越简朴，因此本论文的研究将围绕铅酸电池展 开。1. 3 电动汽车充放电技能研究表面电动汽车充放电技能就是对蓄电池的输入输出进行公道的控制，到达节 能、延长设备寿命的预期目标。电动汽车的充放电技能对电动汽车的能源存 储源免维护铅酸蓄电池的充放电进行公道的控制，到达行驶里程和蓄电池寿 命的最大化。电动汽车充放电控制系统如同电动汽车的总体控制中心，它具有功效多、 灵活性好、适应性强的特点，从而可以非常公道地利用有限的车载能量，到 达电池寿命和行使里程的最大化。凭据目前海内外技能生长的情况，主要是 实现充电时间的缩短，电池寿命的延长和连续行驶罩程的最大化，因此，问 题归结

8、于两个方面，一、凭据电池充放电原理缩短蓄电池充电时间 （ 快速充电 技能 ） ，二、电动汽车运行历程中在包管制动正常的条件下结合充放电原理进 行能量的接纳。通例的充电方法包罗恒压充电、恒流充电和将两者组合起来应用于差别 时问段的混淆充电方法。从本质上来讲都是一种充电电流无法随蓄电池充电 状态自动调治的单一模式充电法，所以无法实现充电历程的最优化。相对付通例充电模式而言，智能化充电模式凭据电池生产单位提供的技 能数据对其整个充电历程进行控制，凭据蓄电池的充电状态而动态跟踪蓄电 池的可担当最大充电电流及后期充电电压的变革，使得实际充电电流始终保 持在最优值四周，从而包管了蓄电池险些在满足自身理论特

9、性的状态下的充 电。对付智能充电可以归纳综合为：凭据蓄电池的充放电特性来找到一种最 佳的充电方法，并且用符合的电力电子装置来实现它。前面是针对蓄电池特 性的研究，后者是针对电力电子装置的研究。这里的最佳的充电方法就是最市区佳的充电电压和充电电流的选取。智能充电的作用是给尺度蓄电池充电，它 的功效是要求凭据差别的电池，控制差别的状态，自动检测电池端电压和端 电流的值，经过处置惩罚后产生电压偏差和变革率信息，再经过模糊处置惩 罚，输出电流和电压的控制信息，实时、精确的控制充电历程，目前不少研 究者在这一方面已经做了大量的研究，但大多是基于不可控整流方法和功率 因素赔偿来实现，对电网仍有一定的污染，

10、其控制方法有待于进一步的提高。 结合电池充放电原理，凭据电动汽车的驱动设备电机特性，在电动汽车运行 历程 ( 减速和制动时电动机事情在发电状态 ) 对其能量进行有效的接纳利用， 可以有效增加汽车行驶里程，凭据日本本田公司研究数据，对电动汽车能量 进行有效接纳利用，可使汽车在 UDDS(Urban Dynamo Driving Schedule) 发电工况下延续行驶罩程26左右。因此，结合蓄电池充放电特性对其充放电历程进行控制就具有明显经济代价。电动汽车在运行历程中，其输出功率 会随着路况、情况等多种因素的变革而变革，同时在减速和制动历程中对电 性能量进行接纳，凭据负载变革动态调治蓄电池充电电流

11、的巨细，到达延长 行使里程的目的。目前日本丰田、本田公司和美国纽约州的斯卡奈塔第联合 大学以及美国的国度航空与航天治理局路易斯研究中心在此领域的研究较为 深入，我国近几年，也在此领域展开了研究，如清华大学、北京理工、武汉 理工等研究机构。电动汽车充放电技能存在主要问题 当前电动汽车财产迟迟未能产业化的主要原因电池问题，当前的电池容 量和体积质量的干系不能满足电动汽车的需要，也就是说一定重量的蓄电 池只能提供给电动汽车有限的能量，致使电动汽车行驶里程太短，由于电池 技能不可能再短时间内取得突破，所以只能在短时充电和延续汽车行驶里程 进行深入的研究，一方面，随着快速充电技能的深入，可以使电动汽车像

12、在 加油站加油一样，在较短时间内增补能源，也可以接纳在大众的充电站调换 蓄电池组来增补能源；另一方面，我们可以对运行历程中的能量进行部分接 纳，通过对对电池充电的方法实现减速和制动，一方面延续行驶里程，另一 方面，可以拉大充电站之间的距离，淘汰充电站的建立。本论文的主要内容 当今社会电动汽车的生长迅猛，因此对电动汽车充电站监控系统提出了很高 的要求。面临能源和情况的巨大压力， 以电力作为驱动系统动力源的电动汽车成为 绿色交通东西， 有着辽阔的前景， 电动汽车充电站则是电动汽车运行的不可缺少的 能源办事底子设施。 但是目前电动汽车充电站普遍实行无人值班， 且能够包管大范 围充电站正常运营的充电站

13、监控系统尚无成熟产物，各充电站之间也无信息联系， 这就要求充电机的可靠性及自动化智能化水平更高，功效越发完善。仪器的设计， 本着简明、科学、实用的原则，力求从整体出发，从实际使用出发，突出系统的可 靠性、免维护、免培训特点和系统结构的简明完整性，把对操纵人员的专业技能要求降到最低，发挥系统整体设计的优势，使系统整体性能到达最佳，功效强大而操 纵简朴，丈量精确而维护方便，在此底子上，完成电动汽车充电站监控系统设计， 做到监测系统稳定，可靠性能高。在系统设计中， 应充实应用近年来生长起来的种种新技能、新器件、新要领， 在包管各项性能指标能够满足系统方面要求的前提下，力求简化结构，低落本钱， 提高可

14、靠性和稳定性 4 。设计时需要注意的问题：（1）、产物的技能指标、生产工艺等要切合国度有关划定和地方治理部分的划 定。（2）、运行的可靠性和稳定性一定要好，安装、维护要方便，操纵要简朴。（3）、各项功效要实用， 既要满足国度和地方的有关划定也要考虑用户的要求。（4）、设计、制造尽可能使用通用的有替代产物的原件，器件和设备。（5）、能使用软件实现的功效，一般不消硬件来实现，以减小体积，将本钱降 至最低。（6）、设计要从整体出发，分步、分层实施，突出系统的整体性能，力求系统 整体性能最大优化2 系统的设计理论与根本知识从第一章中我们了解到了电动汽车生长及其相关技能，对电动汽车的生长应该 用了一个大

15、概的认识。 要想建成一个及格的电动汽车充电站监控系统， 所需了解的 地方包罗电动汽车的电能供给方法、 充电站建立模型、 以及一个电动汽车充电站的 监控系统应该包罗哪些监控方面等。 下面就以上所说的比力重要的几点做一下扼要 的介绍电动汽车的电能供给方法与充电站建立模式目前，电动汽车电能供给方法主要有交换充电、直流充电和电池组快速调换 3 种 典范方法。1）交换充电方法。外部提供 220 V 或 380 V 交换电源给电动汽车车载充电机，由 车载充电机给动力蓄电池充电。 一般小型纯电动汽车、 可外接充电式混淆动力电动 汽车（plug in hybrid electric vehicle , PHE

16、V）多接纳此种方法。车载充电机一般功率 较小，充电时间长。2）直流充电方法。地面充电机直接输出直流电能给车载动力蓄电池充电，电动汽 车只需提供充电及相关通信接口。地面充电机一般功率大，输出电流、电压变革范 畴宽。有些地面充电机还具备快速充电功效。3）电池组快速调换方法。电动汽车与充电机无直接联系，而是通过专用电池调换 设备将车上少电的电池取下，换上布满电的电池，这个历程所需结合电动汽车的生长趋势以及电动汽车电能供给的典范方法， 本文认为未来电动汽 车充电站建立主要有 3 种典范模式：1）模式 1。在住宅小区或商业大厦的专用停车场安装一定命量的智能充电桩和少 量的智能地面充电机。 智能充电桩为电动汽车提供 220 V 或 380 V 交换电源接口， 智能地面充电机为电动汽车提供给急充电办事。该模式适用于小型纯电动汽车、 PHEV 等。2）模式 2。在专用停车场安装一定命量的智能地面充