0 导言
跟着全球能源危机的不断加深，石油资源的日趋干涸以及大气污染、全球气温上升的损害加重，各国政府及轿车企业遍及认识到节能和减排是未来轿车技术开展的方向，开展电动轿车将是处理这两个难题的最佳途径。我国高度重视电动轿车的开展，国家相继出台了一系列规范来扶持和规范电动轿车的开展。但要完结电动轿车大面积遍及我国还有很长的路要走，需求处理的问题还有许多。在最近发布的《节能与新能源轿车产业规划》草案中指出将以纯电动轿车作为首要战略取向。有关专家指出纯电动轿车的开展存在三大瓶颈问题：一是规范的缺失，二是配套方针的不完善，三是基础设施的规划和建造的有序推动。本文所研讨的电动轿车沟通充电桩作为充电基础设施的一部分关于推动电动轿车的遍及具有重要的含义。
1 电动轿车沟通充电桩介绍
沟通充电桩，又称沟通供电设备，是指固定在地上或墙面，设备于公共建筑(作业楼宇、商场、公共停车场等)和居民小区停车场或充电站内，选用传导方法为具有车载充电机的电动轿车供给人机交互操作界面及沟通充电接口，并具有相应测控维护功用的专用设备。沟通充电桩选用大屏幕LCD五颜六色触摸屏作为人机交互界面，可挑选定电量、定时刻、定金额、主动(充溢中止)四种形式充电，具有运转状况监测、毛病状况监测、充电分时计量、历史数据记载和存储等功用。充电桩的沟通作业电压(220±15%)V，额度输出电流(AC)为32 A(七芯插座)，一般纯电动轿车用沟通充电桩充溢电大约需求6～8 h，充电桩更适用于慢速充电。沟通充电桩一般由桩体、电气模块、计量模块、账务办理模块四部分组成。依据设备方法的不同，桩体可分为落地式和壁挂式两种。落地式充电桩适合在各种停车场和路旁边停车位进行地上设备；壁挂式充电桩适合在空间拥堵、周边有墙面等固定建筑物上进行壁挂设备，如地下停车场或车库。
2 沟通充电桩体系作业原理
依据GB/T 20234.2-2011《电动轿车传导充电用衔接设备；沟通充电接口》中相关规则的要求，选用操控扶引电路的方法来作为充电衔接设备的衔接状况及额定电流参数的判别设备。其典型的操控扶引电路如图1所示。
供电设备插头与插座衔接后，供电操控设备经过图1所示的检测点4的电压值判别供电插头与供电插座是否已彻底衔接。一起电动轿车车辆操控设备经过丈量检测点3与PE间的电阻值判别车辆插头与车辆插座是否已彻底衔接。在完结插头与插座衔接状况检测后，操作人员对供电设备完结充电发动设置，则开关S1从衔接+12V状况切换至PWM衔接状况，供电操控设备宣布PWM信号。供电操控设备经过丈量检测点1的电压值判别充电衔接设备是否已彻底衔接。车辆操控端检测无误后闭合S2，供电操控设备经过再次丈量检测点1的电压值判别车辆是否准备就绪，如满意要求则经过闭合K使沟通供电回路导通。
3 沟通充电桩体系计划
体系由LCD触摸屏、打印机、RS-485接口的电能表、漏电维护断路器、沟通接触器、读卡器和LED灯等根本部分组成。LCD触摸屏能够供给友爱的人机操作界面和方便简略的操作方法，满意客户依照不同的方法对电动轿车进行充电的要求，能够显现当时充电状况、充电电量和充电费用，友爱的用户界面能够让客户进行相应的挑选。当收集的电压超过过压维护定值或低于欠压维护定值，充电桩中止充电。漏电维护断路器可确保在充电进程中产生漏电等紧迫毛病状况下中止充电。当产生意外状况需求紧迫中止充电时，能够经过急停按钮来中止充电。体系的电气衔接示意图如图2所示。
4 操控体系单元电路
4.1 主操控器挑选
主操控器挑选意法半导体的STM32F107VCT6微操控器。STM32F107VC互联型系列运用高性能的ARM Cortex-M3 32位的RISC内核，作业频率为72 MHz。该器材包括2个12位的ADC、4个通用16位定时器和1个PWM定时器，还包括规范和先进的通讯接口：多达2个I2C，3个SPI，2个I2S，5个USART、一个USB和2个CAN，该器材一起供给了以太网接口，极大的方便了电路规划。
4.2 串行接口电路
体系共运用了四个串行接口别离与LCD触摸屏、热敏打印机、读卡器和RS-485接口的电能表通讯。LCD触摸屏和热敏打印机为RS-232电平，经过电平转化与MCU通讯，LCD触摸屏与MCU的通讯协议选用Modbus RTU通讯协议，MCU作为主机，LCD触摸屏作为从机。热敏打印机依据打印机模块供给的协议进行通讯。读卡器为TTL电平，能够直接与MCU相连，选用读卡器模块供给的协议进行通讯。充电计量的电能表选用多功用单相表，电表选用2.0等级的电能表，电流标准为5(40)A。电表供给RS-485接口，经过DL/T 645-2007通讯协议与MCU通讯。经过读取电能表的电能值作为充电桩的电能计量值，经过读取电表电流和电压值来判别充电进程中是否呈现过流和过压的状况，并加以处理。电能表接口的电路图如图3所示。
4.3 CAN总线接口电路
依据《电动轿车车载充电机与沟通充电桩通讯协议》征求意见稿中的相关阐明，该征求意见稿引荐车载充电机与沟通充电桩之间的通讯体系选用CAN总线，所以规划CAN总线接口。数据链路层为物理衔接之间供给牢靠数据传输，本体系车载充电机与沟通充电桩之间的数据帧格局契合CAN总线2.0B版别的规则，运用CAN扩展帧的29位标识符。详细每个位分配的相应界说和传输协议等功用契合SAE J1939—21的规则。
4.4 充电电压丈量电路
电压丈量首要需求经过丈量互感器将电压和电流转化为能够丈量的小信号。例如对220V的电压信号的丈量，选用的互感器变比为2 mA/5 mA，选用图4所示的电路，可知在220V时互感器的输出刚好为5mA。忽略大电阻分流的影响，则27 Ω适当所以一个采样电阻。因为采样的信号为沟通电，信号有正负之分，而A/D转化器的输入规模为0～3.6V，所以不能直接将采样电压输入到A/D转化器中。在运放的正输入端接入一个正的参阅电压，再挑选适宜的扩大倍数，使输出能够在A/D转化器的输入规模即可很好的处理该问题。选用准同步采样后，数据选用矩形自卷积窗算出其有效值。
4.5 操控扶引电路
操控扶引电路完结充电前充电桩与电动轿车的衔接承认、供电功率及充电衔接设备载流才能的辨认和充电进程的监测等使命。MCU经过检测点不同的电压值来判别所在状况，其电路原理图如图5所示。
5 桩体电气部分规划
沟通充电桩的电气部分首要完结充电的操控与充电进程的维护等功用。具有漏电维护、短路维护、过流、过压、欠压维护等维护功用。除短路和漏电维护外，其他维护功用经过充电操控器操控接触器完结，以完结自恢复；短路和漏电维护选用带漏电维护的微型断路器完结。此外体系还具有防雷模块，防雷模块标称放电电流不小于20kA，维护电压水平小于等于1.5 kV。单相供电时防雷模块的接线方法选用P+N接线方法。充电桩具有急停按钮，以便在紧迫状况时能够强行停止充电。
6 软件规划
充电桩经过触摸屏完结交互式操控，运转时假如进行刷卡操作则触发中止进行读卡，确认卡的类型进行相关操作。充电形式供给多种挑选能够设置按时刻、电量、金额充电，也可设置成直接充溢中止。程序的全体流程图如图6所示。
7 定论本文剖析了沟通充电桩操控体系的硬件规划与软件规划，叙说了充电桩电气部分的规划。该体系以STM32F107VCT6为操控中心，完结了人机交互、充电操控、电能计量、%&&&&&%卡付费、票据打印、运转状况监测、充电维护和充电信息存储和上传等多种完善的功用。该体系能满意电动轿车一般的慢速充电要求，作为充电基础设施的一部分关于推动电动轿车的遍及具有重要的含义。
