车辆工程技术
96机械电子
本文主要针对交流充电桩设备的硬件系统进行论述，对硬件设计方面给出了主要电路的框架图以及构成，包括以STM32F103RBT6为主的主控单元，232接口电路，485接口电路，电源隔离电路，温度监测电路，CP信号检测电路等五大部分和整个电气系统部分设计。 1 交流充电桩的构成与工作原理
交流充电桩，它是指固定安装在电动汽车以外，输入侧与交流220V电网连接，输出侧是交流电压、电流和调节，并具有标准的充电接口，可以为电动汽车的车载充电机提供交流电源的装置。该装置一般具有几大部分组成，主控单元、读卡器、信号采集、逻辑控制、远程通讯、人机交互、计量计费、监控运维、安全防护等功能。 根据GB/T18487.1-2015《传导充电通用要求》中相关规定的要求，采用控制导引电路的方式，来作为充电连接装置的连接状态及额定电流参数的判断装置。
当电动汽车使用充电模式3进行充电时，应使用如图所示的控制导引电路进行充电连接装置的连接确认及额定参数的判断。该电路由供电控制装置，接触器K1和K2，电阻R1，R2，R3，R4，RC，二极管D1，
开关S1，S2，S3，车载充电机和车辆控制装置组成，其中车辆控制装置可以集成在车载充电机或其他车载控制单元中。电阻R4，RC安装在车辆插头上。开关S1为供电设备内部开关。开关S2为车辆内部开关，在车辆接口与供电接口完全连接，并且配置了电子锁的接口被完全锁止后，当车载充电机自检测完成后无故障，并且电池组处于可充电状态时，S2闭合（如果车辆设置有“充电请求”或“充电控制”功能，则同时应满足车辆处于“充电请求”或“可充电”状态）。开关S3为车辆插头的内部常闭开关，与插头上的下压按钮（用以触发机械锁止装置）联动，按下按钮解除机械锁止功能的同时，S3处于断开状态。控制导引电路中也可以不配置开关S2，无S2开关的车辆应采用单相充电，且最大充电电流不超过8A。
2 交流充电桩硬件系统设计
电除尘器设计
2.1 主控系统设计
主控制器选择意法半导体的STM32F103RBT6微控制器[1]，该控制基于ARM架构，使用高性能的32位的Cortex-M3内核，工作频率为72MHz。该器件包括2个12位模数转换器，3个16位定时器，1个可用于电机控制的PWM高级控制定时器，2个看门狗定时器。9个通信接口，其中2个I2C接口，3个USART接口，2个SPI接口，一个CAN接口，一个USB2.0全速接口。
2.2 串行接口电路
2.2.1 RS485接口电路
系统共使用了两个RS485接口电路，分别用于触摸屏通讯、电能表通讯。触摸屏通讯：采用了RS485总线，该总线抗干扰能力强，通讯稳定可靠，与主控板采用了Modbus RTU通讯协议，MCU作为从机，LCD触摸屏作为主机。读卡器为TTL电平，可以直接与MCU相连，采用读卡器模块提供的协议进行通信。
电能表通讯：充电计量的电能表采用多功能三相电能表，电表提供RS485接口。通过DL/T645-2007通信协议与主控板进行通信。2.2.2 RS232接口电路 系统具有两个RS232接口电路，一个作为读卡器使用，另外一个作为3G通讯接口。
读卡器通讯：采用了RS232总线，该总线是双工工作模式，可以同时进行收发数据，速度快，与主控板的STM32F103RBT6作为主机，读卡器作为从机，通讯采用读卡器模块提供的协议进行通信。
3G通讯：3G通讯是连接外部监控运维平台的通道。主控板通过RS232接口与3G模块进行网络连接，通过3G模块使监控运维平台和充电桩进行了连接，充电桩采集的数据通过3G模块传到监控运维平台，监控运维平台的开启、停止命令可以控制充电桩的启动与停止，实现了远程控制功能，增加了充电桩的灵活性和易操作性，方便了管理与使用。
2.3 电源隔离电路
具有抑制很强的电磁干扰。因此主控板的电源之间进行了隔离设计。
锎2522.4 温度监测电路
温度监测是新国标提出的必须监测项目，监测点分别是交流充电头输出正负连接器附近的温度，以及充电桩内部出风口的温度。三路温度监测使用的电路相同。该温度监测电路主要通过检测热敏电阻的阻值变化，热敏电阻与其他电阻组成分压电路，热敏电阻的变化会引起输入点的电压变化，该点是STM32F103微处理器的AD输入端，电阻与电容组成RC滤波电路，该AD的转换精度是12位。
2.5 CP检测电路
交流充电桩要给电动汽车充电需要桩与车之间进行握手操作，需要在交流充电桩电路中有CP检测电路。如果充电桩无故障，并且供电接口已完全连接，则S1从+12V链接状态切换至PWM连接状态，充电桩控制装置发出PWM信号。充电桩通过检测点1的电压值来判断充电装置是否完全链接。充电桩通过CC连接确认信号并检测充电线可耐受的电流，把S1开关从12V端切换到PWM端；当检测点1电压降到6V时，充电桩K1\K2开关闭合输出电流，受电网控制充电机最大功率。
2.6 电气部分设计
交流充电桩的电气部分主要完成充电桩的配电、充电控制、充电过程保护等功能。具有急停功能、
钒矿浪涌保护、漏电保护，短路保护，过流保护，过压保护，欠压保护等保护功能。
3 小结
本文主要内容是研究和设计交流充电桩的硬件电路和电气电路，对各个硬件功能模块进行了设计与分析。同时对主要元器件的性能和典型应用电路进行了概括的描述。该系统能满足电动汽车的充电要求，作为充电基础设施建设中的重要组成部分，对推进电动汽车的普及具有重要的意义。
参考文献：
[1]STM32F103x8/B Medium-density performance line ARM-based 32-bit MCU DATA Sheet[M].STMicroelectronics group of companies,2013.
旅顺时空交流充电桩硬件系统的设计与研究
栗少云1，许 泽2
路易士
（1.北京汽车技师学院;2.北京科益虹源光电技术有限公司，北京 102606）
摘 要：交流充电桩是电动汽车实现普及的重要充电设备，交流充电桩具备了简单便捷，成本低廉，可实现了电动汽车的能源方便补给，为电动汽车市场化提供了必要的基础设施。
沈阳工程学院学报关键词：交流充电桩；硬件系统；设计
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