电动汽车充电桩控制系统（Keil uVision 5开发环境）

摘 要

　　随着能源的逐渐减少和环境污染越来越严重，新能源汽车以其节能减排、环保的特点，越来越受到人们的青睐。充电桩作为新能源汽车使用环节中的重要组成部分，充电桩以其充电方便、安全、使用简单、智能化操作窗口等优点，在充电设备中所占的比重越来越大，但其本身存在充电输出电压不稳定，效率低等问题。因此，本文提出对充电桩的控制系统进行了设计改进。

　　首先，对充电桩国内外的发展现状进行了简单的介绍，根据充电桩的功能需求进行研究，再结合充电桩充电的方式以及结束充电时的控制方法，对充电桩进行整体的设计。

　　在原有充电桩的基础上，对充电桩的工作效率进行了优化设计，采用了基于微分平坦理论 PFC 变换器的控制方法进行优化提高功率因数，通过提高电路的功率因数而提高充电桩的工作效率，并对控制方法做了详细的分析。对充电桩系统进行了硬件设计和软件设计，所设计的软硬件选用了模块化设计的处理方法，主要包括核心控制模块，保护模块，采集与变送模块，通信与显示操作模块以及充电模块，并对每个模块进行了详细的分析和设计。最后，通过对用户咨询和充电桩界面应满足的功能分析，设计并完成了充电桩人机交互界面的显示。

　　设计完成后，通过利用 MATLAB 中的 Simulink 软件完成控制系统的建模，分析得出所建立的模型具有动态响应迅速，并在充电桩系统应用中实现了低功率运行效率提升的优势。经过实验和仿真测试验证系统中的功能，结果显示本文设计的电路和模型具有可行性和有效性。

　　关键词：电动汽车; 充电桩; 功率因数; AC/DC 变换器

Abstract

　　With the gradual reduction of energy and environmental pollution, new energy vehicles are becoming more and more popular because of their features of energy conservation, emission reduction and environmental protection. Charging piles, as an important part of the use of new energy vehicles, have advantages such as convenient charging, safety, simple use, and intelligent operation windows, and they have become increasingly important in charging equipment, but there are inherent problems such as unstable output voltage and low efficiency. Therefore, this paper proposes a design improvement for the charging pile control system.Firstly, the development status of charging piles at home and abroad is briefly introduced.

　　According to the functional requirements of charging piles, the charging piles are integrated with the charging method of charging piles and the control method at the end of charging. On the basis of the original charging pile, the working efficiency of the charging pile is optimized, and the control method based on the differential flattening theory PFC converter is adopted to optimize and improve the power factor, and the working efficiency of the charging pile is improved by increasing the power factor of the circuit. And detailed analysis of control methods. The hardware design and software design of the charging pile system are carried out. The designed software and hardware select the modular design processing method, which mainly includes the core control module, protection module, acquisition and transmission module, communication and display operation module and charging module. Every module was analyzed and designed in detail. Finally, through the functional analysis of the user consultation and the charging pile interface, the display of the man-machine interaction interface of the charging pile was designed and completed.

　　After the design is completed, the modeling of the control system is completed by using Simulink software in MATLAB, and the analysis shows that the established model has a rapid dynamic response, and the advantages of low-power operation efficiency are achieved in the application of the charging pile system. After experiments and simulation tests verify the functions in the system, the results show that the circuit and model designed are feasible andeffective in this paper.

　　Key Words: Electric vehicles; Charging pile; Power factor;AC/DC converter

　　充电桩控制系统构成多种多样，由不同的模块组成，常见的包括核心控制模块、采样与变送模块以及通信与显示模块等几部分。充电桩的核心组成部分为核心控制模块，其可以通过不同的控制功能对充电桩整个充电过程进行相应的控制。在充电过程当中，采集与变送模块将用户输入的数据和充电桩在工作状态的数据采集后，通过不同的通信功能将采集的信号传送到电脑检测端。核心控制模块的主要的功能是控制整个系统的数据采集并通过 CAN 总线进行通信，控制整个充电桩。设计显示操作模块主要是为用户提供方便观察整个充电桩的工作状态的功能，包括充电桩的输入电压、输出电压等不同信息的全方位的监控系统，通过监控可以迅速发现工作过程中出现的问题并采用相应的反馈，从而保证充电桩整个系统的正常工作以及用户的安全。

　　当用户使用充电桩为电动汽车充电时，用户需要将充电桩的充电手柄插入到电动汽车充电插口中，在确定插入并保证固定好后，将充电所需用户的账号和密码输入，剩余的仅仅需要按照相关的系统提示操作完成即可。在账号输入确认无误后，根据电动汽车的不同选择相应的电池型号，再选择所需充电方式，点击开始充电按钮就可以给电动汽车进行充电了。当充电桩处于工作状态时，不同模块之间通过核心模块相互协调完成电动汽车的充电过程，与此同时还必须保证不同的模块之间在工作时不会对彼此产生影响。

　　充电桩作为制约电动汽车快速发展的重要因素之一，对其进行研究分析与设计具有很大的研究意义与前景。通过查阅相关文献和研究国内外发展趋势，秉着经济高效的原则，本文主要从以下方便阐述课题相关内容。

　　首先主要介绍了电动汽车目前的发展趋势和发展近况，从而引出充电桩的发展近况与研究的意义，并指出充电桩的基本结构组成。

　　第二章主要对充电桩整体结构进了简单的介绍，以及对硬件电路部分做了详细的分析、设计。

　　第三章主要对充电桩系统的软件部分做了阐述和模块化处理，并对各模块的设计流程做了详细阐述。

　　第四章主要介绍了人机交互界面整体框架和整体界面的设计以及对每个界面的设计。

　　第五章主要通过 Simulink 仿真和实验的方式来验证所设计充电桩控制系统是否满足设计的要求。

　　第六章总结和展望了人机交互界面和控制系统的设计，对本文设计的相关部分作了概括与评价，提出设计中的不足之处与改进的重点。

　　电动汽车充电桩控制系统演示：

开机登录界面

电池型号选择界面

充电方式选择界面

故障界面

充电完成界面

目 录

　　摘 要.
　　Abstract
　　第一章 绪论
　　　　1.1 课题的来源及研究的意义
　　　　1.2 电动汽车充电桩发展现状
　　　　1.3 充电桩控制系统概述
　　　　1.4 本文的主要研究内容
　　第二章 充电桩系统研究与设计
　　　　2.1 系统整体结构设计
　　　　2.2 各个模块的设计
　　　　　　2.2.1 核心控制模块
　　　　　　2.2.2 采样与变送模块
　　　　　　2.2.3 保护模块
　　　　　　2.2.4 通信与显示操作模块
　　　　　　2.2.5 充电模块
　　　　2.3 充电桩效率优化
　　　　　　2.3.1 功率因数
　　　　　　2.3.2 PFC AC/DC 变换器的控制
　　　　　　2.3.3 微分平坦理论
　　　　　　2.3.4 基于微分平坦的 PFC AC/DC 变换器控制
　　　　　　2.3.5 仿真参数的计算
　　　　2.4 本章小结
　　第三章 充电桩系统软件设计
　　　　3.1 软件的主控程序设计
　　　　3.2 系统子程序设计
　　　　　　3.2.1 启动程序设计
　　　　　　3.2.2 电压检测程序设计
　　　　　　3.2.3 电流检测程序设计
　　　　　　3.2.4 A/D 转换电压检测程序设计
　　　　　　3.2.5 温度检测程序设计
　　　　　　3.2.6 故障检测程序设计
　　　　3.3 充电控制程序设计
　　　　　　3.3.1 充电方式简介
　　　　　　3.3.2 充电过程程序设计
　　　　3.4 本章小结
　　第四章 充电桩人机交互界面的设计
　　　　4.1 HMI 的设计基础
　　　　4.2 HMI 的界面设计
　　　　　　4.2.1 HMI 界面设计要求
　　　　　　4.2.2 充电参数的设置
　　　　　　4.2.3 开机登录界面的设计
　　　　　　4.2.4 电池型号选择界面设计
　　　　　　4.2.5 充电方式选择界面设计
　　　　　　4.2.6 充电故障界面的设计
　　　　　　4.2.7 充电完成界面的设计
　　　　4.3 本章小结
　　第五章 充电桩控制系统仿真
　　　　5.1 仿真软件简介
　　　　5.2 PFC AC/DC 变换器控制参数设置
　　　　5.3 PFC AC/DC 仿真实验
　　　　5.4 温度检测实验
　　　　5.5 本章小结
　　第六章 总结与展望
　　参考文献
　　致 谢
　　攻读学位期间的研究成果

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