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四川大學(xué)錦城學(xué)院本科畢業(yè)論文 電動(dòng)汽車充電控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 題 目 電動(dòng)汽車充電控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 系 別 機(jī)械工程系 　 專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化技術(shù) 學(xué)生姓名 賈 銀　 學(xué) 號 100920508 　 年級 2010級 指導(dǎo)教師 潘蘇林 　 二0一四 年 四 月 三十 日 21 電動(dòng)汽車充電控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 專業(yè)； 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 學(xué)生；賈銀 指導(dǎo)老師； 潘蘇林 摘 要 在中國電動(dòng)汽車充電站的發(fā)展是必然的，搶占先機(jī)也是企業(yè)的制 勝之道。在目前的情況下，國家雖有大力倡導(dǎo)，各企業(yè)又蠢蠢欲動(dòng)，但電動(dòng)汽車走入尋常百姓家不是短期內(nèi)容易做到的。國家政策可以給（購車補(bǔ)償、上路等），而電動(dòng)汽車充電站網(wǎng)則無法短期建，主要原因是給電動(dòng)汽車快速充電需要瞬時(shí)強(qiáng)大的功率電力，常規(guī)電網(wǎng)無法滿足，必須要建專用充電網(wǎng)絡(luò)，這涉及整個(gè)國家電網(wǎng)改造，國家電網(wǎng)大改造不是小事，耗資巨大，從討論、立項(xiàng)到成網(wǎng)，非一朝一夕能實(shí)現(xiàn)?，F(xiàn)在能較好的解決快速充電問題的方案是-換電站-利用給汽車更換電池的方法代替漫長的充電過程。一輛汽車需要配備兩塊電池，當(dāng)一塊電池用完后自動(dòng)切換到另一塊，此時(shí)可到換電站將用完的電池?fù)Q下，裝上滿電的電池。而換下的電池由電站統(tǒng)一充電和維護(hù)，前提是充電站要有相當(dāng)數(shù)量的備用電池。這個(gè)方法優(yōu)點(diǎn)是快速，用戶換完電池就可以上路，比加油都快。用這種方法再加上停車場充電樁等輔助手段，相信電動(dòng)汽車的普及就近在眼前。 關(guān)鍵詞： 電動(dòng)汽車 電站 電池 充電站 The design of control system of electric vehicle charging absraote Pneumatic manipulator is a automated devices that can mimic the human hand and arm movements to do something，aslo can according to a fixed procedure to moving objects or control tools. It can replace the heavy labor in order to achieve the production mechanization and automation, and can work in dangerous working environments to protect the personal safety, Therefore widely used in machine building, metallurgy, electronics, light industry and atomic energy sectors. This article is mainly of the pneumatic manipulator the overall design, and pneumatic design. This mechanism of manipulator includes cylinders and claws and connectors parts, it can move according to the due track on the movement of grabbing, carrying and unloading. The pneumatic part of the design is primarily to choose the right valves and design a reasonable pneumatic control loop, by controlling and regulating pressure, flow and direction of the compressed air to make it get the necessary strength, speed and changed the direction of movement in the prescribed procedure work. It can replace the heavy labor in order to achieve the production mechanization and automation, and can work in dangerous working environments to protect the personal safety, Therefore widely used in machine building, metallurgy, electronics, light industry and atomic .The principle, technical pare-maters, transmiting system and main parts structure of mincing ma-chine were introduced. The productingcapacity was analysed.Keywords Mincing machine Holds plate Cutting blade Transfer auger. This paper discusses the meat processing machinery - crusher working principle, main technical parameters, transmission system, the typical parts of the structure design and production capacity analysis. Small twisted paper broken machine for ordinary home, not only can be used for minced meat, can also be used with crushed peanuts, crushed ice, spices and other food, small power requirements, powered by the motor drive, reasonable structure design, can meet the family kitchen generally meat food consisting mainly of minced required. Key word: pneumatic manipulator；cylinder；pneumatic loop；Four degrees of freedom. 目 錄 摘要..............................................................1 Abstract..........................................................2 1引言..................................................................3 1.1 課題的研究背景和意義...............................................4 1.2 電動(dòng)汽車充電系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀.........................................5 2電動(dòng)汽車充電系統(tǒng)及其控制器的總體設(shè)計(jì)..................................7 2.1 電動(dòng)汽車充電系統(tǒng)的功能需求.........................................8 2.2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)圖.....................................................9 3充電系統(tǒng)及其控制器的硬件設(shè)計(jì).........................................13 3.1 控制系統(tǒng)的構(gòu)成....................................................14 3.1.2 控制系統(tǒng)硬件電路核心元件的選擇..................................................19 3.1.2.1穩(wěn)壓二極管的選擇及作用.......................................24 3.1.2.2變壓器的選擇及作用...........................................26 3.1.2.3場效應(yīng)管的選擇及作用.........................................27 3.1.2.4四運(yùn)放集成電路...............................................30 4充電系統(tǒng)及其控制器的軟件設(shè)計(jì).........................................32 結(jié)論.............................................................34 參考文獻(xiàn).........................................................36 致謝.............................................................35 1引言 1.1課題的研究背景和意義 自從上世紀(jì)的六、七十年代以來，電子技術(shù)領(lǐng)域得到了飛速的發(fā)展，可謂是 日新月異，不僅在理論上，而且越來越多地運(yùn)用到我們的日常生活中，致使工業(yè)、 農(nóng)業(yè)、科技和國防等領(lǐng)域以及人們的社會生活都發(fā)生著令人矚目的變革。小到可 以隨身攜帶的電子產(chǎn)品，如MP3，USB存儲器，大到電瓶車、電視、巨型計(jì)算機(jī)，在我們?nèi)粘Ｉ钪性絹碓椒奖懔宋覀兊纳睿?1世紀(jì)，電子技術(shù)在以更快的速度前進(jìn)，新一代的電子產(chǎn)品更廣泛地應(yīng)用在我們生活的各個(gè)方面。電子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，也極大的推進(jìn)了電力的利用。各種各樣的充電式產(chǎn)品誕生并得到極大的發(fā)展，其高效、環(huán)保、便捷等優(yōu)點(diǎn)正逐步滲入我們的生活。根據(jù)電動(dòng)自行車鉛酸蓄電池的特點(diǎn)，當(dāng)其為36V/12AH時(shí)，采用限壓恒流充電方式，初始充電電流最大不宜超過3A。也就是說，充電器輸出最大達(dá)到44V/3A/130W，已經(jīng)可滿足。在充電過程中，充電電流還將逐漸降低。 充電器常見的幾種充電模式 1)限流恒壓充電模式 2)兩階段恒流充電模式 3)恒流脈沖充電模式 此三種充電模式均為業(yè)界推薦采用，其各階段充電電流間的轉(zhuǎn)換，都分別受有溫度補(bǔ)償?shù)霓D(zhuǎn)換電壓Vmin（快充最低允許電壓）、Vbik快充終止電壓）和Vflt（浮充電壓）控制。 本此設(shè)計(jì)的內(nèi)容是將220V市電通過一系列的轉(zhuǎn)換與控制輸出穩(wěn)定的電壓44V對電動(dòng)車進(jìn)行充電。本文通過四部分電路的設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)充電器的功能，即電源電路、振蕩電路、保護(hù)電路和充電狀態(tài)指示電路。該電路能夠?qū)崿F(xiàn)電壓的自動(dòng)轉(zhuǎn)換、充電過程的自動(dòng)保護(hù)及充電狀態(tài)的指示，克服了種種充電時(shí)的隱患。設(shè)計(jì)中主要以模擬器件為核心設(shè)計(jì)并制作了充電電路。該電路能實(shí)現(xiàn)充電過程的自動(dòng)控制，設(shè)計(jì)中用橋式整流、濾波將220V交流電轉(zhuǎn)換成311V直流電，經(jīng)變壓器反饋振蕩得到44V充電電壓，充電過程中有保護(hù)電路控制電壓的輸出，同時(shí)指示電路反應(yīng)充電的狀態(tài)。其間用到了精密基準(zhǔn)穩(wěn)壓源及四運(yùn)放集成電路等重要元件。在設(shè)計(jì)過程方面，從總體方案、單元電路、元器件選擇和設(shè)計(jì)到調(diào)試等同樣進(jìn)行了細(xì)致的介紹。本設(shè)計(jì)是利用普通常用的元器件實(shí)現(xiàn)電動(dòng)車的充電功能。其性能可達(dá)到： ①可以產(chǎn)生44V電壓充電，充電過程以指示燈為狀態(tài)顯示。 ②采用整流穩(wěn)壓電路， 以實(shí)現(xiàn)安全充電，其常用的器件在實(shí)現(xiàn)快速充電的同時(shí)又加以保護(hù)電路，以保證元器件的性能。 ③采用LM324四運(yùn)放器進(jìn)行電壓比較，可實(shí)現(xiàn)電路比較功能。 1.2 電動(dòng)汽車充電系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀 電動(dòng)汽車是全部或部分由電能驅(qū)動(dòng)電機(jī)作為動(dòng)力系統(tǒng)的汽車，按照目前技術(shù) 的發(fā)展方向或者車輛驅(qū)動(dòng)原理，可劃分為純電動(dòng)汽車、混合動(dòng)力汽車和燃料電池 電動(dòng)汽車三種類型。近年來，我國電動(dòng)汽車行業(yè)取得了快速發(fā)展，攻克了一系列關(guān)鍵技術(shù)難題，在部分領(lǐng)域已實(shí)現(xiàn)了與日美歐等國同步發(fā)展。目前電動(dòng)汽車行業(yè)的突起越來越劇烈，隨著時(shí)間的推移，相信會有越來越多的顧客喜歡電動(dòng)汽車這一行業(yè)，電動(dòng)汽車的銷售業(yè)績也將會出現(xiàn)一個(gè)新的臺階。 1電動(dòng)汽車充電的基本方式 目前常用的電動(dòng)汽車充電方式有慢充、快充和快換三種： (1)慢充方式。慢充一般以較小交流電流進(jìn)行充電，充電時(shí)間通常為6～10h，慢充方式一般利用晚間進(jìn)行充電，充電時(shí)可以采用晚間低谷電價(jià)，有利于降低充電成本，但是難以滿足使用者緊急或者長距離行駛需求。慢充一般采用單相220V/16A交流電源，通過車載充電器對電動(dòng)汽車進(jìn)行充電，車載充電器可采用國標(biāo)三口插座，基本不存在接口標(biāo)準(zhǔn)的問題。電動(dòng)汽車慢充一般通過充電樁進(jìn)行。 (2)快充方式。快充又稱應(yīng)急充電，以較大直流電流在20min至1h內(nèi)，為電動(dòng)汽車提供短時(shí)充電服務(wù)，快充方式可以解決續(xù)航里程不足時(shí)電能補(bǔ)給問題，但是對電池壽命有影響，因電流較大，對技術(shù)、安全性要求也較高?？斐涞奶攸c(diǎn)是高電壓、大電流，充電時(shí)間短（約1h）。目前，這種充電方式的充電插口的針腳定義、電壓、電流值、控制協(xié)議等均沒有國家標(biāo)準(zhǔn)，也沒有國際標(biāo)準(zhǔn)，已投入使用的充電機(jī)和電動(dòng)車電池充電插口均由各生產(chǎn)廠家自定，世界各國都在積極爭奪標(biāo)準(zhǔn)的制訂權(quán)， 各大電動(dòng)汽車廠家也紛紛搶先投放產(chǎn)品，搶占市場、提高占有率，試圖使多數(shù)充電站不得不采用其充電設(shè)備，從而成為事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)?？斐浞绞街饕诔潆娬局羞M(jìn)行。 電動(dòng)汽車電池大范圍分兩種：鉛酸電池和鋰電。鉛酸電池造價(jià)相對比較低，但是笨重，蓄電量一般，對一輛電動(dòng)汽車來說快一半的重量都是電池了。鋰電造價(jià)相對比較高，但是體積小，蓄電量大。充鉛酸電池和鋰電池是用不同的充電機(jī)，市場上用鉛酸的還占大部分。現(xiàn)在的電動(dòng)汽車一般用磷酸鐵鋰電池，這種電池的原理和我們的手機(jī)電池是一樣的。充電時(shí)分快充和慢充。以普通家用轎車為例，快充的話可以在半小時(shí)內(nèi)充滿70-80%，但是充電電流極大，對電池有損害，如果是慢充的話可能要7-8小時(shí)充滿。而且雖然現(xiàn)在有很多汽車企業(yè)號稱可以在220V市電上充電，但是這只是理論上的，因?yàn)槟敲炊嚯姵卦诔潆姇r(shí)就如同接上了一個(gè)超大功率的電器，可能一個(gè)小區(qū)都要跳閘。針對電池現(xiàn)在的這種瓶頸，現(xiàn)在很多人都提出了快換電池的概念，就是你說的兩個(gè)換著用。但是那個(gè)用人力是完成不了的，一輛轎車上用的電池一個(gè)人是根本搬不到的，北京奧運(yùn)會時(shí)是用的機(jī)器人搬運(yùn)，在專門的充電站里完成的，大概三四分鐘就能換好一輛大客車的電池。不過現(xiàn)在奇瑞好像出一款S18的純電動(dòng)車，用的是鉛酸電池，電量較小。車速也不高，其電池可以在市電上充，但是只在山東一帶銷售，而且鉛酸電池是不屬于新能源補(bǔ)貼范圍的，只能當(dāng)小排量車補(bǔ)貼3000塊。目前可以對電動(dòng)汽車進(jìn)行補(bǔ)貼的城市也只是“十城千輛”的范圍內(nèi)，09年時(shí)是13個(gè)城市，現(xiàn)在據(jù)說增加到二三十個(gè)了，這個(gè)你要了解一下你所在城市的信息，不同城市對補(bǔ)貼的政策是不一樣的。但是你要是想像傳統(tǒng)車那樣使用，恐怕還要等充電站等配套設(shè)施建成以后才行?，F(xiàn)在技術(shù)上還有瓶頸，不過這個(gè)瓶頸一旦突破，發(fā)展是勢不可擋的。 1.3國內(nèi)電動(dòng)汽車充電設(shè)施發(fā)展?fàn)顩r 1.3.1發(fā)展歷程 截至目前，我國電動(dòng)汽車充電站大多局限于電動(dòng)公交汽車或內(nèi)部集團(tuán)用車， 還沒有建成真正面向不同用戶的充電站服務(wù)網(wǎng)絡(luò)。目前已經(jīng)建成或在建的比較有代表性的充電站有如下內(nèi)容。2006年，比亞迪在深圳總部建成深圳首個(gè)電動(dòng)汽車充電站。2008年，北京市奧運(yùn)會期間建設(shè)了國內(nèi)第一個(gè)集中式充電站，可滿足50輛純電動(dòng)大巴車的動(dòng)力電池充電需求。 電動(dòng)汽車充電站在國內(nèi)的蔓延趨勢越來越普及，隨著經(jīng)濟(jì)的增長，人們生活水平的提高，電動(dòng)汽車行業(yè)將會變得越來越普及，越來越受到人們的歡迎。目前，我國國內(nèi)的電動(dòng)汽車充電站也越來越多，上海，四川，河北等等各地都陸續(xù)地建設(shè)有電動(dòng)汽車充電站。 1.3.2發(fā)展規(guī)劃 充電設(shè)施發(fā)展規(guī)劃方面，從2010年開始全國電動(dòng)車基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)規(guī)劃開始出現(xiàn)了超快速發(fā)展，國家電網(wǎng)、南方電網(wǎng)、中石油、中石化、中海油等大型國企集團(tuán)都紛紛發(fā)布電動(dòng)汽車充電設(shè)施建設(shè)規(guī)劃或建設(shè)意向。 1.3.3電動(dòng)汽車充電的商業(yè)模式比較與發(fā)展前景分析 目前國內(nèi)外電動(dòng)汽車充電設(shè)施的建設(shè)、運(yùn)營主要有三種商業(yè)模式： 一是公用充電站模式，二是停車場（或路邊）充電樁模式，三是電池更換站模式。 1.3.4公用充電站模式 主要特征：公用充電站類似于加油站，通常建在城市道路或高速公路兩旁。 充電站由多臺充電設(shè)施組成，可以采取快充、慢充和換電池等多種方式為各種電 動(dòng)汽車提供電能。規(guī)模較小的充電站一般可供10輛汽車同時(shí)充電，規(guī)模較大 的充電站可供40輛汽車同時(shí)充電。 優(yōu)點(diǎn)：充電站可以為社會汽車提供多種服務(wù)，既可以快充，也可以慢充，有些充電站還可以提供換電池服務(wù)；充電速度快，用快充方式一般可在幾十分鐘內(nèi)將電池基本充滿；充電站由于具有公用性質(zhì)，設(shè)備利用率高于停車場的充電樁。 缺點(diǎn)：充電站占地面積大，規(guī)模較大的充電站占地超過一般加油站，甚至可 與停車場相比；由于需要配備多種充電設(shè)備，建設(shè)難度較大，一次性投入多，國 網(wǎng)公司新建充電站投資平均300萬元左右。 1)停車場（或路邊）充電樁模式 主要特征：充電樁通常建在公用停車場、住宅小區(qū)停車場、商場停車場內(nèi)，或建在公路邊，也可以建在私人車庫中。充電樁具有功率較小、布點(diǎn)靈活的特點(diǎn)，以慢充方式為主，具備人機(jī)操作界面和自助功能。 優(yōu)點(diǎn)：充電樁建在停車場或路邊，占地面積小，建在車庫和住宅小區(qū)內(nèi)的充電樁完全不占公共用地；建設(shè)難度小，一次性投資少，單個(gè)充電樁的建設(shè)成本在2～3萬元。 缺點(diǎn)：充電速度慢，充電樁采用慢充方式，充電時(shí)間要5～10h；由于充電時(shí)間長，且部分充電樁具有專用性質(zhì)，充電樁的設(shè)備利用率要低于充電站；不能滿足應(yīng)急、長距離行駛的充電需求。 2)電池更換站模式 主要特征：用戶從電池租賃公司租用電池，更換站為用戶提供更換電池和電池維護(hù)等服務(wù)，電池在充電中心集中充電。由于電池組重量較大，更換電池的專業(yè)化要求較強(qiáng)，需配備專業(yè)人員借助專業(yè)機(jī)械來快速完成電池的更換、充電和維護(hù)。 優(yōu)點(diǎn)：對電池更換門店要求很低，只需要2～3個(gè)停車位，占地面積較充電站?。? 電池更換站的主要設(shè)備是電池拆卸及安裝設(shè)備，電氣設(shè)備少，建設(shè)難度小，一次性投資也比充電站要少；更換電池速度快，更換電池的時(shí)間一般為5～10min，未來隨著技術(shù)的進(jìn)步，更換電池需時(shí)將少于快充；更換電池模式對網(wǎng)絡(luò)門店要求低，易于在城市大面積布點(diǎn)。 缺點(diǎn)：須建設(shè)專業(yè)的電池配送體系。 主要障礙：要求國家建立統(tǒng)一的電池標(biāo)準(zhǔn)，電動(dòng)汽車安裝的動(dòng)力電池必須可拆卸、 可更換，對汽車工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化體系要求非常高。我國目前電動(dòng)汽車標(biāo)準(zhǔn)體系還很不健全，各汽車生產(chǎn)廠家和電池生產(chǎn)廠家基本上各自為戰(zhàn)，電池規(guī)格差別很大；更換電池模式涉及電池租賃、充電、配送、計(jì)量、更換等多個(gè)環(huán)節(jié)，由多家企業(yè)分工完成，運(yùn)作復(fù)雜。 一是管理方面，我國處于電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展初期，電池技術(shù)尚未成熟，各種電池的性能、質(zhì)量差距很大，統(tǒng)一電池標(biāo)準(zhǔn)難度非常大，這不僅僅是電池標(biāo)準(zhǔn)化的問題，還涉及到電動(dòng)汽車的標(biāo)準(zhǔn)化，是一個(gè)龐大的系統(tǒng)工程，涉及汽車廠、電池制造商、更換站經(jīng)營者等各方面的利益。二是技術(shù)方面，為了保證電池可更，所有電池須具有良好的一致性。不僅要統(tǒng)一電池接口標(biāo)準(zhǔn)，還要統(tǒng)一電池的尺寸、規(guī)格、容量、性能等，在目前國內(nèi)電池生產(chǎn)廠家各自為戰(zhàn)的情形下，統(tǒng)一所有電池廠家生產(chǎn)電池的一致性問題，在短期內(nèi)很難實(shí)現(xiàn)。三是電池流通方面，電池更換過程中會存在電池新舊程度、殘留能量的差異，將帶來電池更換時(shí)何計(jì)量、計(jì)費(fèi)的難題。總之， 電池更換站模式要成為一種成熟的商業(yè)模式，還有很長的路要走。只有在我國電動(dòng)汽車工業(yè)發(fā)展到較為成熟的階段，才可能成為充電產(chǎn)業(yè)主流的商業(yè)模式。 3)其他充電模式 現(xiàn)在的電動(dòng)汽車一般用磷酸鐵鋰電池，這種電池的原理和我們的手機(jī)電池是一樣的。充電時(shí)分快充和慢充。以普通家用轎車為例，快充的話可以在半小時(shí)內(nèi)充滿70-80%，但是充電電流極大，對電池有損害，如果是慢充的話可能要7-8小時(shí)充滿。而且雖然現(xiàn)在有很多汽車企業(yè)號稱可以在220V市電上充電，但是這只是理論上的，因?yàn)槟敲炊嚯姵卦诔潆姇r(shí)就如同接上了一個(gè)超大功率的電器，可能一個(gè)小區(qū)都要跳閘。針對電池現(xiàn)在的這種瓶頸，現(xiàn)在很多人都提出了快換電池的概念，就是你說的兩個(gè)換著用。但是那個(gè)用人力是完成不了的，一輛轎車上用的電池一個(gè)人是根本搬不到的，北京奧運(yùn)會時(shí)是用的機(jī)器人搬運(yùn)，在專門的充電站里完成的，大概三四分鐘就能換好一輛大客車的電池。不過現(xiàn)在奇瑞好像出一款S18的純電動(dòng)車，用的是鉛酸電池，電量較小。車速也不高，其電池可以在市電上充，但是只在山東一帶銷售，而且鉛酸電池是不屬于新能源補(bǔ)貼范圍的，只能當(dāng)小排量車補(bǔ)貼3000塊。目前可以對電動(dòng)汽車進(jìn)行補(bǔ)貼的城市也只是“十城千輛”的范圍內(nèi)，09年時(shí)是13個(gè)城市，現(xiàn)在據(jù)說增加到二三十個(gè)了，這個(gè)你要了解一下你所在城市的信息，不同城市對補(bǔ)貼的政策是不一樣的。但是你要是想像傳統(tǒng)車那樣使用，恐怕還要等充電站等配套設(shè)施建成以后才行?，F(xiàn)在技術(shù)上還有瓶頸，不過這個(gè)瓶頸一旦突破，發(fā)展是勢不可擋的。 2電動(dòng)汽車充電系統(tǒng)及其控制器的總體設(shè)計(jì) 2.1電動(dòng)汽車充電系統(tǒng)的功能需求 （1）充電保護(hù)：在充電過程中，能夠自行調(diào)節(jié)輸出電流及電壓，保證充電 電電壓在44V左右。 （2）充電顯示：通過LED燈的閃爍，能夠顯示當(dāng)前的充電狀態(tài)。 （3）電壓參數(shù)：22V交流轉(zhuǎn)換成44V直流。 2.2電動(dòng)汽車充電系統(tǒng)的功能需求 根據(jù)課題的要求和技術(shù)指標(biāo)，能實(shí)現(xiàn)對充電過程的保護(hù)、充電狀態(tài)顯示等的方案可謂很多。但要對方案的性能、成本、體積、難易程度等進(jìn)行分析與比較，本著以滿足功能要求為前提，綜合考慮，確定方案。本次充電器的設(shè)計(jì)包含四部分，即電源電路、振蕩電路、保護(hù)電路及充電狀態(tài)指示電路。結(jié)構(gòu)圖如圖2.1.1所示。 根據(jù)圖2.2.1，顯然需要運(yùn)算放大器、光電耦合器、場效應(yīng)管等功能部件，其中的每一個(gè)功能部件又都有多種選擇的余地，當(dāng)我們對每一個(gè)功能部件進(jìn)行分析、比較、選擇和確定后，總體方案便確定下來了。下面將講述設(shè)計(jì)中一些重要器件的應(yīng)用特性及其選擇原因。 3充電系統(tǒng)及其控制器的硬件設(shè)計(jì) 3.1控制系統(tǒng)的構(gòu)成 電動(dòng)汽車充電樁控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)包括：主充電電路單元、 主控制電路單元、計(jì)費(fèi)單元、人機(jī)交互 單元、刷卡單元； 控制系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)圖見圖1 3.1.2控制系統(tǒng)硬件電路核心元件的選擇 為實(shí)現(xiàn)智能充電功能，保證計(jì)量準(zhǔn)確，采用At-mel公司的ARM9處理器為核心控制單元。其主要功能特點(diǎn)是： 具有5個(gè)串口，兩個(gè)從USB接口，一個(gè)主USB接口，一個(gè)以太網(wǎng)接口，動(dòng)態(tài) SDRAM控制器，NAND控制器，以及多路IO口，工業(yè)級的溫度范圍，完全符合本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求。充電電量的計(jì)量直接采用多功能單相表計(jì)量，采用RS485對電表進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，其組成電路圖如圖2所示。 其控制電路原理圖如下： 3.1.2.1穩(wěn)壓二極管的選擇及作用 穩(wěn)壓二極管(又叫齊納二極管)是一種硅材料制成的面接觸型晶體二極管，簡稱穩(wěn)壓管。此二極管是一種直到臨界反向擊穿電壓前都具有很高電阻的半導(dǎo)體器件。穩(wěn)壓管在反向擊穿時(shí)，在一定的電流范圍內(nèi)（或者說在一定功率損耗范圍內(nèi)） 端電壓幾乎不變，表現(xiàn)出穩(wěn)壓特性，因而廣泛應(yīng)用于穩(wěn)壓電源與限幅電路之中。 穩(wěn)壓二極管是根據(jù)擊穿電壓來分檔的。 (1)穩(wěn)壓管工作原理 穩(wěn)壓管也是一種晶體二極管，它是利用PN結(jié)的擊穿區(qū)具有穩(wěn)定電壓的特性來工作的。穩(wěn)壓管在穩(wěn)壓設(shè)備和一些電子電路中獲得廣泛的應(yīng)用。我們把這種類型的二極管稱為穩(wěn)壓管，以區(qū)別用在整流、檢波和其他單向?qū)щ妶龊系亩O管。硅PN結(jié)在一定的反向電壓下,可引起雪崩擊穿.這時(shí)二極管上的電壓基本不變,電流可以很大.穩(wěn)壓二極管就是利用PN結(jié)的這一反向特牲制成的。順便指出,一些三極管,3DG6,9013等,它們的發(fā)射結(jié)有很好的反向雪崩擊穿性能,因而也可變通用作小功率的穩(wěn)壓二極管。穩(wěn)壓二極管(又叫齊納二極管)它的電路符號是:此二極管是一種直到臨界反向擊穿電壓前都具有很高電阻的半導(dǎo)體器件.在這臨界擊穿點(diǎn)上,反向電阻降低到一個(gè)很少的數(shù)值,在這個(gè)低阻區(qū)中電流增加而電壓則保持恒定,穩(wěn)壓二極管是根據(jù)擊穿電壓來分檔的,因?yàn)檫@種特性,穩(wěn)壓管主要被作為穩(wěn)壓器或電壓基準(zhǔn)元件使用.穩(wěn)壓二極管可以串聯(lián)起來以便在較高的電壓上使用,通過串聯(lián)就可獲得更多的穩(wěn)定電壓。 (2)穩(wěn)壓管的主要參數(shù) 1)穩(wěn)定電壓UzUz就是PN結(jié)的擊穿電壓，它隨工作電流和溫度的不同而略 有變化。對于同一型號的穩(wěn)壓管來說，穩(wěn)壓值有一定的離散性。 2)穩(wěn)定電流Iz穩(wěn)壓管工作時(shí)的參考電流值。它通常有一定的范圍，即Izmin——Izmax。 3)動(dòng)態(tài)電阻rz它是穩(wěn)壓管兩端電壓變化與電流變化的比值，如上圖所示， 即這個(gè)數(shù)值隨工作電流的不同而改變。通常工作電流越大，動(dòng)態(tài)電阻越小，穩(wěn)壓 性能越好。 (3)穩(wěn)壓二極管的選用穩(wěn)壓二極管一般用在穩(wěn)壓電源中作為基準(zhǔn)電壓源或用在過電壓保護(hù)電路中作為保護(hù)二極管。選用的穩(wěn)壓二極管，應(yīng)滿足應(yīng)用電路中主要參數(shù)的要求。穩(wěn)壓二極管的穩(wěn)定電壓值應(yīng)與應(yīng)用電路的基準(zhǔn)電壓值相同，穩(wěn)壓二極管的最大穩(wěn)定電流應(yīng)高于應(yīng)用電路的最大負(fù)載電流50%左右。 由上述內(nèi)容可知，穩(wěn)壓管具有穩(wěn)定電壓的作用，它能使輸出電壓在一定范圍 內(nèi)變化，從而為負(fù)載電路提供穩(wěn)定的電壓。故選擇穩(wěn)壓二極管維持電路的正常運(yùn) 行。 (3) 穩(wěn)壓管的應(yīng)用 1、浪涌保護(hù)電路穩(wěn)壓管在準(zhǔn)確的電壓下?lián)舸?這就使得它可作為限制或保護(hù)之元件來使用,因?yàn)楦鞣N電壓的穩(wěn)壓二極管都可以得到,故對于這種應(yīng)用特別適宜.圖中的穩(wěn)壓二極管D是作為過壓保護(hù)器件.只要電源電壓VS超過二極管的穩(wěn)壓值D就導(dǎo)通,使繼電器J吸合負(fù)載RL就與電源分開。 2、電視機(jī)里的過壓保護(hù)電路EC是電視機(jī)主供電壓,當(dāng)EC電壓過高時(shí),D導(dǎo)通,三極管BG導(dǎo)通,其集電極電位將由原來的高電平(5V)變?yōu)榈碗娖?通過待機(jī)控制線的控制使電視機(jī)進(jìn)入待機(jī)保護(hù)狀態(tài)。 3、電弧抑制電路 在電感線圈上并聯(lián)接入一只合適的穩(wěn)壓二極管(也可接入一只普通二極管原理一樣)的話,當(dāng)線圈在導(dǎo)通狀態(tài)切斷時(shí),由于其電磁能釋放所產(chǎn)生的高壓就被二極管所吸收,所以當(dāng)開關(guān)斷開時(shí),開關(guān)的電弧也就被消除了.這個(gè)應(yīng)用電路在工業(yè)上用得比較多,如一些較大功率的電磁吸控制電路就用到它。 4、串聯(lián)型穩(wěn)壓電路 在此電路中,串聯(lián)穩(wěn)壓管BG的基極被穩(wěn)壓二極管D鉗定在13V,那么其發(fā)射極就輸出恒定的12V電壓了.這個(gè)電路在很多場合下都有應(yīng)用 3.1.2.2變壓器的選擇及作用 變壓器是變換交流電壓、電流和阻抗的器件，當(dāng)初級線圈中通有交流電流時(shí)， 鐵芯（或磁芯）中便產(chǎn)生交流磁通，使次級線圈中感應(yīng)出電壓（或電流）。變壓 器由鐵芯（或磁芯）和線圈組成，線圈有兩個(gè)或兩個(gè)以上的繞組，其中接電源的 繞組叫初級線圈，其余的繞組叫次級線圈。如圖 2.3.3所示。 (1)變壓器的分類 按冷卻方式分類：干式（自冷）變壓器、油浸（自冷）變壓器、氟化物（蒸 發(fā)冷卻）變壓器。按防潮方式分類：開放式變壓器、灌封式變壓器、密封式變壓器。 按鐵芯或線圈結(jié)構(gòu)分類：芯式變壓器（插片鐵芯、C型鐵芯、鐵氧體鐵芯）、 殼式變壓器（插片鐵芯、C型鐵芯、鐵氧體鐵芯）、環(huán)型變壓器、金屬箔變壓器。按電源相數(shù)分類：單相變壓器、三相變壓器、多相變壓器。 按用途分類：電源變壓器、調(diào)壓變壓器、音頻變壓器、中頻變壓器、高頻變 壓器、脈沖變壓器。 (2) 電源變壓器的特性參數(shù) 1)工作頻率 變壓器鐵芯損耗與頻率關(guān)系很大，故應(yīng)根據(jù)使用頻率來設(shè)計(jì)和使用，這種頻 率稱工作頻率。 2)額定功率在規(guī)定的頻率和電壓下，變壓器能長期工作，而不超過規(guī)定溫升的輸出功率。 3)額定電壓 指在變壓器的線圈上所允許施加的電壓，工作時(shí)不得大于規(guī)定值。 4)電壓比 指變壓器初級電壓和次級電壓的比值，有空載電壓比和負(fù)載電壓比的區(qū)別。 5)效率 指次級功率P2與初級功率P1比值的百分比。通常變壓器的額定功率愈大， 效率就愈高。設(shè)計(jì)中所采用的變壓器由初線圈、上次級線圈、下次級線圈組成， 如圖2.2.4所示。通過變壓器振蕩頻率的改變，輸出電壓改變，經(jīng)負(fù)載電路的控制，輸出可供充電的電壓。 3.1.2.3場效應(yīng)管的選擇及作用 場效應(yīng)晶體管（FieldEffectTransistor縮寫(FET)）簡稱場效應(yīng)管.由多數(shù)載流子參與導(dǎo)電,也稱為單極型晶體管.它屬于電壓控制型半導(dǎo)體器件。 (1)場效應(yīng)管的特點(diǎn)具有輸入電阻高（100MΩ～1000MΩ）、噪聲小、功耗低動(dòng)態(tài)范圍大、易于集成、沒有二次擊穿現(xiàn)象、安全工作區(qū)域?qū)?、熱穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn),現(xiàn)已成為雙極型晶體管和功率晶體管的強(qiáng)大競爭者。 (2)場效應(yīng)管的作用 場效應(yīng)管可應(yīng)用于放大由于場效應(yīng)管放大器的輸入阻抗很高,因此耦合電容可以容量較小,不必使用電解電容器。場效應(yīng)管可以用作電子開關(guān)。場效應(yīng)管很高的輸入阻抗非常適合作阻抗變.常用于多級放大器的輸入級作阻抗變換.場效應(yīng)管可以用作可變電阻.場效應(yīng)管可以方便地用作恒流源。 (3)場效應(yīng)管的分類 場效應(yīng)管分結(jié)型、絕緣柵(MOS)兩大類； 按溝道材料：結(jié)型和絕緣柵型各分N溝道和P溝道兩種； 按導(dǎo)電方式：耗盡型與增強(qiáng)型,結(jié)型場效應(yīng)管均為耗盡型，絕緣柵型場效應(yīng)管 既有耗盡型的，也有增強(qiáng)型的。 7場效應(yīng)晶體管可分為結(jié)型場效應(yīng)晶體管和MOS場效應(yīng)晶體管，而MOS場效 應(yīng)晶體管又分為N溝耗盡型和增強(qiáng)型，P溝耗盡型和增強(qiáng)型四大類。下面將對場 效應(yīng)管的特性進(jìn)行比較，如表2.1所示。 4充電系統(tǒng)及其控制器的軟件設(shè)計(jì) 電動(dòng)汽車充電樁控制系統(tǒng)的主要功能包括用戶信息交互、電能計(jì)量計(jì)費(fèi)控制， 控制系統(tǒng)軟件功能模塊圖如圖3所示，整個(gè)控制系統(tǒng)主程序流程圖如圖4所示。 結(jié)論 文中設(shè)計(jì)的電動(dòng)汽車充電樁控制系統(tǒng)具有實(shí)現(xiàn) 簡單、集成化程度高、用戶操作界面友好等優(yōu)點(diǎn)，將圖4 主程序流程圖 對電動(dòng)汽車的發(fā)展起到極大的推動(dòng)作用。 該系統(tǒng)所設(shè)計(jì)的功能充分考慮到用戶使用的感受、對環(huán)境的保護(hù)以及能源的充分利用，從而具有極高的經(jīng)濟(jì)效益和社會影響力。今后隨著電動(dòng)汽車業(yè)的發(fā)展，該系統(tǒng)的研究也將隨之更加深入和完善。 參考文獻(xiàn) [1]張福學(xué)編著.電動(dòng)汽車充電器控制系統(tǒng)及其應(yīng)用.北京：電子工業(yè)出版社，2000。 [2]何發(fā)昌著，邵遠(yuǎn)編著.電動(dòng)汽車充電器控制的原理及應(yīng)用.北京：高等教育出版社，1996。 [3]張利平著. 充電控制技術(shù)速查手冊. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006.12。 [4]李寶仁著.充電控制技術(shù)的研究和演變. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1999.9。 [5]宋學(xué)義著. 電動(dòng)汽車充電控制在現(xiàn)實(shí)中的應(yīng)用. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1995.3。 [6]陳奎生著.電動(dòng)汽車充電器的種類和原理 武漢：武漢理工大學(xué)出版社，2008.5。 [7]SMC（中國）有限公司. 汽車充電器的發(fā)展歷史. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003.10 [8]徐文燦著. 動(dòng)汽車充電控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì). 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1995。 [9]曾孔庚.動(dòng)汽車充電控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢. 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