电动观光车直流低压充电桩设计 卢宗坚

发表时间:2019/3/28   来源:《电力设备》2018年第29期   作者:卢宗坚
[导读] 摘要:直流低压充电桩是为电动观光车快速充电的能源来源,而直流充电桩输出的是可调直流电,调整范围大,可以实现直接为电动观光车的动力锂离子电池快速充电的要求。
        (广东绿通新能源电动车科技股份有限公司)
        摘要:直流低压充电桩是为电动观光车快速充电的能源来源,而直流充电桩输出的是可调直流电,调整范围大,可以实现直接为电动观光车的动力锂离子电池快速充电的要求。本文首先介绍对直流充电桩原理进行分析,并对直流低压充电桩进行硬件和软件的设计。加强其研究才能为电动观光车(场、厂地车)的发展奠定良好的基础。
        关键词:电动观光车;直流低压充电桩;快速充电
        引言:随着全球能源危机的不断加深,以及电动观光车的场地使用要求,本行业观光车企业和观光车用户普遍认识到节能和减排以及旅游景区等场地对车辆低噪音和优异的操控性能是未来电动观光车技术发展的方向,发展电动观光车将是解决上述问题的最佳途径。近年来,观光车行业正逐渐朝向环保清洁的方向发展。本文所研究的直流低压充电桩作为电动观光车充电基础设施的一部分对于推进电动观光车的普及以及行业发展具有重要的意义。
        一、电动观光车直流低压充电桩的工作原理
        电动观光车直流低压充电桩是一种为电动观光车(电动场、厂地车)锂电池充电的主要设备,与交流电网链接在一起,专门为电动观光车(电动场、厂地车)动力锂电池提供电源的供电装置,并具备相应测控保护功能的专用装置,功率一般不大于 25kW。
        电动观光车直流低压充电桩是在借鉴了电动汽车直流充电桩的基础上设计而来,其设计应具备以下功能:提供友好的人机操作界面,进行相应的控制操作、多模块扩展、和通信管理、软硬件保护、充电状态显示的电动观光车专用直流充电装置。在本次设计过程中严格考虑了直流充电桩的实用性、安全性、智能化和可靠性,同时借鉴了电动汽车直流充电桩的设计思路进行低成本开发设计,做到经济效率最大化。
        三相380V交流电保护开关和EMC等防雷滤波模块后进入到充电电源模块并联系统中,并联模块可单独工作或通过RS485通讯控制每个充电电源模块同时输出大充电电流;这样的模块化设计,可以方便地扩展充电电源模块,实现充电电流的扩展。同时,通过RS485通讯,实时监测充电机状态,控制整个充电过程。配置充电管理功能的上位机,上位机内置合适的充电曲线,或通过CAN通信与锂电池管理系统(BMS)进行指令充电(国家标准通信协议充电),同时检测充电过程状态,记录充电过程中充电机与锂电池的相关参数,整个充电过程按程序自动进行,无需人员值守。在直流充电桩工作时,辅助电源给主控单元、显示模块、保护控制单元、信号采集单元等控制系统进行供电。另外,在动力电池充电过程中,辅助电源给BMS系统供电,由BMS系统实时监控动力电池的状态
        二、电动观光车充电桩设计思路
        2.1外部机构与总控单元
        电动观光车低压直流充电桩可借鉴汽车充电桩利用交叉覆盖的工艺进行设计,结构的强度要满足IP65防护要求,能够起到防水作用。电动观光车充电桩的主体设计方面,可采用镀锌钢板作为硬件材料,为防潮、盐、雾等影响,需在镀锌钢板外表进行烤漆工艺,涂抹一层保护漆膜,防止因外界环境影响造成的硬件材料腐蚀。由于充电电压低可以取消昂贵的IGBT模块改用MOSFET元器件来降低成本,高性能的主控芯片,多个IO接口进行数据采样、输出驱动等。各个控制单元通过RS485对接并与上位机进行通信接收每一个充电模块充电过程数据、发布充电控制指令、记录充电过程数据。也可以通过CAN通讯与锂电池BMS进行自主通信充电。另外,该设备可以在工业级的温度范围内开展工作,极大地提高了总控单元的运行效果。
        2.2监控和显示单元
        监控单元主要功能是监督充电桩的工作状态和电池的实时工作状态,主要包括开关量的采集、模拟量的采集和开出控制以及电池系统中的相关报警信息等。采集到相应数据后会把相应的信息进行处理后传达到主控单元,进而给出相应的指令来控制整个充电过程;开出控制主要功能是在充电完成之后,及时自动的关闭输出防止锂电池系统过充、过温等。显示单元主要由触摸屏、LCD显示器、按键和指示灯组成,用户可根据LCD显示器显示的内容判断锂电池和充电桩的工作状态,进而进行相应的操作。在充电完成之后,指示灯会由红色变为绿色,表示充电已经完成。


        2.3系统架构设计
        CZC7PL控制系统用于实施监控电动观光车低压直流充电桩的运行,并通过人机交互界面向用户提供人机接口。整个系统按不同的功能科划分为人机交互单元,控制单元,安全防护单元组成。其中,人机交互单元包括:桩体、LCD触摸屏、充电插头;控制单元主要为:主监控与辅助模块;安全防护单元包括;漏电保护开关、防倒开关以及急停开关、过压保护功能、欠压保护。人机交互单元主要用于充电桩的工作信息显示和控制参数的输入。控制单元是系统的核心,控制充电桩的稳定运行,安全防护单元主要用于系统的安全保护。
        2.4软件系统
        2.4.1主控模块
        主控模块能够按照既定的充电方式为电动观光车动力锂电池进行自动充电,并将观光车的动力锂电池的各种信息传递到硬件模块,进行记录。,例如动力锂电池的充电记录、实施运行数据等等。
        2.4.2安全保护模块
        安全模块是由各种软硬件模块等组成。从而保护充电桩以及动力锂电池能够安全稳定的运行。
        2.5电气设计
        电动观光车低压充电桩桩体的结构,应当采用交叉覆盖的工艺,不但有利于工作时空气的流动,方便充电桩散热,同时还能提高充电桩体的防护能力。充电桩的主体可采用镀锌钢板,电动观光车的外表可以使用烤漆工艺,提高抗蚀能力和防锈能力。电动观光车低压充电桩所有的零部件都要达到工业级要求,电动观光车低压充电桩的电气设计,采用高效的MOSFET功率管、磁环、压敏电阻及瞬变抑制二极管等,确保充电桩在恶劣环境下的稳定工作。
        2.7人机交互界面功能
        (1)具有液晶屏显示,显示面积应大于3.2寸;
        (2)具有运行状态指示灯,能对应显示交流充电桩各状态下的相关信息;
        (3)具有查询功能,可通过人机操作界面进行相关信息查询;
        (4)具有不同充电曲线输入功能
        在充电过程中,充电桩显示输出数据(充电电流、充电电压等)、电量(已充电电量、电池电量)等信息。充电结束后应能自动关机并记录数据
        2.8故障及报警功能
        充电桩在工作过程中,出现故障或锂电池出现异常,充电桩应能及时作出故障报警动作。充电桩控制器应具有自检功能,自检程序应能实时检测内部和外部电路或通讯通道,确保充电桩可靠工作,当自检程序发现错误或故障时,应能立刻做出故障报警动作。
        结束语:
        该电动观光车低压直流充电桩具有丰富的系统功能,是专为电动观光车(厂、场地车)开发的低压直流充电桩,由于其体积小,容易建设,方便可靠的特点且成本只为汽车直流桩的1/3,可批量应用在旅游景区、物流园区、大型园区等地。用户能在较短时间内将动力锂电池电量充满,提高了车辆的利用率且,降低了用户对车辆的使用成本。在我国各旅游景区、大型场所、特殊场地大力发展纯电动观光车(厂、场地车)的市场背景下,电动观光车低压直流充电桩将成为市场主要的充电选择之一,具有很大的市场价值,可以提高企业在此块的竞争力,为企业带来较好的经济效益和社会效益。
        参考文献:
        [1]王钰鹏,汪作龙,孙京.电动汽车能源供给设施建设现状与发展探讨  2016
        [2]刘涛.电动汽车智能充电桩的设计及其控制方法研究 2017
        [3]饶运涛,邹继军,郑勇芸.现场总线 CAN 原理与应用技术  2016
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