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                        電動汽車充電樁控制系統(Keil uVision 5開發環境)

                        添加時間:2018/07/23 來源:江西理工大學 作者:趙凱賢
                        隨著全世界能源的不斷減少,環境污染越來越嚴重的問題。環境保護和合理的利用能源已經逐漸成為目前全世界最主要關注的問題,能源和環境成為制約經濟發展的重要因素。
                        以下為本篇論文正文:

                        摘 要

                          隨著能源的逐漸減少和環境污染越來越嚴重,新能源汽車以其節能減排、環保的特點,越來越受到人們的青睞。充電樁作為新能源汽車使用環節中的重要組成部分,充電樁以其充電方便、安全、使用簡單、智能化操作窗口等優點,在充電設備中所占的比重越來越大,但其本身存在充電輸出電壓不穩定,效率低等問題。因此,本文提出對充電樁的控制系統進行了設計改進。

                          首先,對充電樁國內外的發展現狀進行了簡單的介紹,根據充電樁的功能需求進行研究,再結合充電樁充電的方式以及結束充電時的控制方法,對充電樁進行整體的設計。

                          在原有充電樁的基礎上,對充電樁的工作效率進行了優化設計,采用了基于微分平坦理論 PFC 變換器的控制方法進行優化提高功率因數,通過提高電路的功率因數而提高充電樁的工作效率,并對控制方法做了詳細的分析。對充電樁系統進行了硬件設計和軟件設計,所設計的軟硬件選用了模塊化設計的處理方法,主要包括核心控制模塊,保護模塊,采集與變送模塊,通信與顯示操作模塊以及充電模塊,并對每個模塊進行了詳細的分析和設計。最后,通過對用戶咨詢和充電樁界面應滿足的功能分析,設計并完成了充電樁人機交互界面的顯示。

                          設計完成后,通過利用 MATLAB 中的 Simulink 軟件完成控制系統的建模,分析得出所建立的模型具有動態響應迅速,并在充電樁系統應用中實現了低功率運行效率提升的優勢。經過實驗和仿真測試驗證系統中的功能,結果顯示本文設計的電路和模型具有可行性和有效性。

                          關鍵詞:電動汽車; 充電樁; 功率因數; AC/DC 變換器

                        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

                          充電樁控制系統構成多種多樣,由不同的模塊組成,常見的包括核心控制模塊、采樣與變送模塊以及通信與顯示模塊等幾部分。充電樁的核心組成部分為核心控制模塊,其可以通過不同的控制功能對充電樁整個充電過程進行相應的控制。在充電過程當中,采集與變送模塊將用戶輸入的數據和充電樁在工作狀態的數據采集后,通過不同的通信功能將采集的信號傳送到電腦檢測端。核心控制模塊的主要的功能是控制整個系統的數據采集并通過 CAN 總線進行通信,控制整個充電樁。設計顯示操作模塊主要是為用戶提供方便觀察整個充電樁的工作狀態的功能,包括充電樁的輸入電壓、輸出電壓等不同信息的全方位的監控系統,通過監控可以迅速發現工作過程中出現的問題并采用相應的反饋,從而保證充電樁整個系統的正常工作以及用戶的安全。

                          當用戶使用充電樁為電動汽車充電時,用戶需要將充電樁的充電手柄插入到電動汽車充電插口中,在確定插入并保證固定好后,將充電所需用戶的賬號和密碼輸入,剩余的僅僅需要按照相關的系統提示操作完成即可。在賬號輸入確認無誤后,根據電動汽車的不同選擇相應的電池型號,再選擇所需充電方式,點擊開始充電按鈕就可以給電動汽車進行充電了。當充電樁處于工作狀態時,不同模塊之間通過核心模塊相互協調完成電動汽車的充電過程,與此同時還必須保證不同的模塊之間在工作時不會對彼此產生影響。

                          充電樁作為制約電動汽車快速發展的重要因素之一,對其進行研究分析與設計具有很大的研究意義與前景。通過查閱相關文獻和研究國內外發展趨勢,秉著經濟高效的原則,本文主要從以下方便闡述課題相關內容。

                          首先主要介紹了電動汽車目前的發展趨勢和發展近況,從而引出充電樁的發展近況與研究的意義,并指出充電樁的基本結構組成。

                          第二章主要對充電樁整體結構進了簡單的介紹,以及對硬件電路部分做了詳細的分析、設計。

                          第三章主要對充電樁系統的軟件部分做了闡述和模塊化處理,并對各模塊的設計流程做了詳細闡述。

                          第四章主要介紹了人機交互界面整體框架和整體界面的設計以及對每個界面的設計。

                          第五章主要通過 Simulink 仿真和實驗的方式來驗證所設計充電樁控制系統是否滿足設計的要求。

                          第六章總結和展望了人機交互界面和控制系統的設計,對本文設計的相關部分作了概括與評價,提出設計中的不足之處與改進的重點。

                          電動汽車充電樁控制系統演示:

                        開機登錄界面
                        開機登錄界面

                        電池型號選擇界面
                        電池型號選擇界面

                        充電方式選擇界面
                        充電方式選擇界面

                        故障界面
                        故障界面

                        充電完成界面
                        充電完成界面

                        目 錄

                          摘 要.
                          Abstract
                          第一章 緒論
                            1.1 課題的來源及研究的意義
                            1.2 電動汽車充電樁發展現狀
                            1.3 充電樁控制系統概述
                            1.4 本文的主要研究內容
                          第二章 充電樁系統研究與設計
                            2.1 系統整體結構設計
                            2.2 各個模塊的設計
                              2.2.1 核心控制模塊
                              2.2.2 采樣與變送模塊
                              2.2.3 保護模塊
                              2.2.4 通信與顯示操作模塊
                              2.2.5 充電模塊
                            2.3 充電樁效率優化
                              2.3.1 功率因數
                              2.3.2 PFC AC/DC 變換器的控制
                              2.3.3 微分平坦理論
                              2.3.4 基于微分平坦的 PFC AC/DC 變換器控制
                              2.3.5 仿真參數的計算
                            2.4 本章小結
                          第三章 充電樁系統軟件設計
                            3.1 軟件的主控程序設計
                            3.2 系統子程序設計
                              3.2.1 啟動程序設計
                              3.2.2 電壓檢測程序設計
                              3.2.3 電流檢測程序設計
                              3.2.4 A/D 轉換電壓檢測程序設計
                              3.2.5 溫度檢測程序設計
                              3.2.6 故障檢測程序設計
                            3.3 充電控制程序設計
                              3.3.1 充電方式簡介
                              3.3.2 充電過程程序設計
                            3.4 本章小結
                          第四章 充電樁人機交互界面的設計
                            4.1 HMI 的設計基礎
                            4.2 HMI 的界面設計
                              4.2.1 HMI 界面設計要求
                              4.2.2 充電參數的設置
                              4.2.3 開機登錄界面的設計
                              4.2.4 電池型號選擇界面設計
                              4.2.5 充電方式選擇界面設計
                              4.2.6 充電故障界面的設計
                              4.2.7 充電完成界面的設計
                            4.3 本章小結
                          第五章 充電樁控制系統仿真
                            5.1 仿真軟件簡介
                            5.2 PFC AC/DC 變換器控制參數設置
                            5.3 PFC AC/DC 仿真實驗
                            5.4 溫度檢測實驗
                            5.5 本章小結
                          第六章 總結與展望
                          參考文獻
                          致 謝
                          攻讀學位期間的研究成果

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