3 交流充電樁系統(tǒng)方案

? ??系統(tǒng)由LCD觸摸屏、打印機、RS 485接口的電能表、漏電保護斷路器、交流接觸器、讀卡器和LED燈等基本部分組成。LCD觸摸屏可以提供友好的人機操作界面和快捷簡單的操作方式，滿足客戶按照不同的方式對電動汽車進行充電的要求，可以顯示當(dāng)前充電狀態(tài)、充電電量和充電費用，友好的用戶界面可以讓客戶進行相應(yīng)的選擇。當(dāng)采集的電壓超過過壓保護定值或低于欠壓保護定值，充電樁停止充電。漏電保護斷路器可保證在充電過程中發(fā)生漏電等緊急故障情況下停止充電。當(dāng)發(fā)生意外狀況需要緊急停止充電時，可以通過急停按鈕來中斷充電。系統(tǒng)的電氣連接示意圖如圖2所示。

4 控制系統(tǒng)單元電路

4．1 主控制器選擇

主控制器選擇意法半導(dǎo)體的STM32F107VCT6微控制器。STM32F107VC互聯(lián)型系列使用高性能的ARM Cortex-M3 32位的RISC內(nèi)核，工作頻率為72 MHz。該器件包含2個12位的ADC、4個通用16位定時器和1個PWM定時器，還包含標(biāo)準(zhǔn)和先進的通信接口：多達2個I2C，3個SPI，2個I2S，5個USART、一個USB和2個CAN，該器件同時提供了以太網(wǎng)接口，極大的方便了電路設(shè)計。

4．2 串行接口電路

系統(tǒng)共使用了四個串行接口分別與LCD觸摸屏、熱敏打印機、讀卡器和RS 485接口的電能表通信。LCD觸摸屏和熱敏打印機為RS 232電平，經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換與MCU通信，LCD觸摸屏與MCU的通信協(xié)議采用Modbus RTU通信協(xié)議，MCU作為主機，LCD觸摸屏作為從機。熱敏打印機根據(jù)打印機模塊提供的協(xié)議進行通信。讀卡器為TTL電平，可以直接與MCU相連，采用讀卡器模塊提供的協(xié)議進行通信。充電計量的電能表采用多功能單相表，電表選用2．0等級的電能表，電流規(guī)格為5(40)A。電表提供RS 485接口，通過DL／T 645—2007通信協(xié)議與MCU通信。通過讀取電能表的電能值作為充電樁的電能計量值，通過讀取電表電流和電壓值來判斷充電過程中是否出現(xiàn)過流和過壓的情況，并加以處理。電能表接口的電路圖如圖3所示。

4．3 CAN總線接口電路

根據(jù)《電動汽車車載充電機與交流充電樁通訊協(xié)議》征求意見稿中的相關(guān)說明，該征求意見稿推薦車載充電機與交流充電樁之間的通信系統(tǒng)采用CAN總線，所以設(shè)計CAN總線接口。數(shù)據(jù)鏈路層為物理連接之間提供可靠數(shù)據(jù)傳輸，本系統(tǒng)車載充電機與交流充電樁之間的數(shù)據(jù)幀格式符合CAN總線2．0B版本的規(guī)定，使用CAN擴展幀的29位標(biāo)識符。具體每個位分配的相應(yīng)定義和傳輸協(xié)議等功能符合SAE J1939—21的規(guī)定。

4．4 充電電壓測量電路

電壓測量首先需要通過測量互感器將電壓和電流轉(zhuǎn)換為可以測量的小信號。例如對220 V的電壓信號的測量，采用的互感器變比為2 mA／5 mA，采用圖4所示的電路，可知在220 V時互感器的輸出恰好為5 mA。忽略大電阻分流的影響，則27 Ω相當(dāng)于是一個采樣電阻。由于采樣的信號為交流電，信號有正負之分，而A／D轉(zhuǎn)換器的輸入范圍為0～3．6 V，所以不能直接將采樣電壓輸入到A／D轉(zhuǎn)換器中。在運放的正輸入端接入一個正的參考電壓，再選擇合適的放大倍數(shù)，使輸出能夠在A／D轉(zhuǎn)換器的輸入范圍即可很好的解決該問題。采用準(zhǔn)同步采樣后，數(shù)據(jù)采用矩形自卷積窗算出其有效值。

4．5 控制導(dǎo)引電路
? ??控制導(dǎo)引電路完成充電前充電樁與電動汽車的連接確認、供電功率及充電連接裝置載流能力的識別和充電過程的監(jiān)測等任務(wù)。MCU通過檢測點不同的電壓值來判斷所處狀態(tài)，其電路原理圖如圖5所示。