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摘 要

本文首先对充电桩的背景、意义、研究状况、充电方式进行了介绍；并介绍了充电桩的整体系统设计要求，包括充电桩的外形需求、基本功能需求、工作原理、市场情况分析以及电池充电方式和充电终止控制方法的分析；然后分别对交流充电桩和直流充电桩进行了设计分析，主要从硬件电路设计、系统软件设计和控制系统设计三个方面来对交流充电桩进行设计，直流充电桩部分主要介绍了其充电流程、计量装置和充电均衡控制系统的相关知识；仿真分析部分主要对三相整流电路和buck电路进行了建模、参数设置和仿真；在文章的最后，我对本次论文进行了总结和对未来的发展进行展望。

关键词：系统设计 交流充电桩 直流充电桩 硬件设计 建模仿真

Design and research of charging piles

Abstract

First, the background, significance, research status, charging ways of charging pile are introduced in this paper; and describes the overall system design requirements of charging pile, including charging pile shape demand, the basic functional requirements, working principle, analysis of the market situation and the battery charging mode and charging termination control method. Then the AC and DC charging pile charging pile are analyzed, the AC charging pile design mainly from the three aspects of the design of hardware circuit design, software design and control system. DC charging pile part mainly introduces the related knowledge of the charging process, metering device and charge equalization control system. The simulation analysis part mainly carries on the modeling, the parameter setting and the simulation to the three-phase rectifier circuit and the buck circuit; Finally, summarizing the article and putting forward the prospects for future development.

Key Words: System design; AC charging pile; DC charging pile; Hardware design; Modeling and simulation

目 录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1充电桩的设计与研究的背景及意义 1

1.2国内外充电桩系统研究现状分析 2

1.2.1国外充电桩的研究现状 2

1.2.2国内充电桩的研究现状 3

1.3充电桩快速充电、慢速充电方式分析 3

1.4本文的主要工作和章节安排 4

第二章 充电桩的整体系统设计 6

2.1充电桩的外形需求分析 6

2.2充电桩基本功能需求分析 6

2.3现有充电桩的可行模式、适用场所和市场分析 8

2.3.1建设充电桩的两种可行模式 8

2.3.2充电桩适用场所分析 8

2.3.3现有充电桩产品分析 8

2.4充电桩的工作原理 9

2．5电池充电方式和充电终止控制方法 10

2.5.1充电方式 10

2.5.2充电终止控制方法 12

第三章 交流充电桩设计 14

3.1 车载充电机 14

3.2交流充电桩的硬件电路设计 15

3.2.1 电压电流信号调理电路设计 15

3.2.2 LED驱动电路和声光报警电路设计 16

3.2.3 电能输出通断控制电路设计 17

3.3交流充电桩的系统软件设计 18

3.3.1人机交互界面设计 21

3.3.2 电能计量单元设计 24

3.3.3网络数据通信和运行管理系统设计 25

3.3.4 安全保护系统设计 27

3.4交流充电桩的控制系统设计 30

3.5交易结算单元设计 31

第四章 直流充电桩设计 33

4.1直流充电桩的工作原理 33

4.2 非车载充电机 33

4.3 计量装置设计 34

4.3.1 直流电能表硬件设计 34

4.3.2直流电能表软件设计 35

4.4充电均衡控制系统的设计 36

4.4.1电池组不均衡分析 36

4.4.2均衡控制策略设计 37

第五章 仿真分析 41

5.1三相桥式整流电路仿真分析 41

5.2 buck电路仿真分析 45

第六章 总结与展望 50

6.1本文总结 50

6.2展望 51

参考文献 53

致 谢 55

第一章 绪论

1.1充电桩的设计与研究的背景及意义

新时期以来，伴随着人们对自然，对人文理解的进一步加深，经济、社会的不断进步发展，人们变的越来越重视环境和能源问题^[1]。现在，随着日益严重的能源危机，不断扩大的环境污染，能源（石油）的渐趋贫乏，为了解决这些问题，我们需要转变思路，用创新的方法去思考如何解决，这样让节能和环保逐渐成为目前发展的趋势。

汽车是现代社会发展的产物,汽车的出现，极大的改变了人们的生活方式，推动了经济的发展，为社会的进步和发展做出了很大的贡献。截至目前，汽车对石油的消耗已经成为占石油消耗中最大的一部分。据相关调查统计数据显示：汽车消耗了全球75%的石油。石油的进一步消耗，带来了很多负面影响，比如：尾气的排放，汽车的鸣笛噪声，这些都让环境污染变得更加严重。汽车排放的尾气包含大量的有毒物质，不仅污染环境，还影响人们的呼吸系统。

这些问题的不断被发现，让人们逐渐意识到环保、节能的重要性，也将成为未来汽车工业的发展方向。电动汽车就是伴随着这些而出现的，电动汽车使用电能替代原来的石油，作为新的动力源。跟传统汽车相比较，电动汽车在很多方面有着明显的优势。根据相关资料显示：电动汽车除了比传统的燃油汽车能量利用率高，还有排放污染物少的优点。电动汽车的这些优点将是解决环境污染和能源匮乏的很有效的方法。所以,现在越来越多的国家和企业开始研制电动汽车。然而，如燃油汽车没油时，需要加油一样，当电动汽车的能量不足时，需要利用充电系统为其补充能量（充电）^[2]。因此,充电系统是电动汽车非常重要的一个子系统。充电桩的发展和建设能够更好的促进电动汽车的普及，因此，对充电系统相关技术的研究显得尤为重要。

充电设施是伴随着电动汽车的发展而发展的，两者相互依存，又相互促进。电动汽车的发展成为未来汽车领域新的潮流已经无法阻挡，为此，很多国家和汽车企业都在致力于相关技术的研发和推广，尤其以充电设施的研制最为紧迫。通过比较电动汽车和其充电设施之间的关系，我们不难发现：没有良好的充电设施配置，哪怕电动汽车研制的再先进，也难以推广开来。据此，我们不难发现：电动汽车的发展在某种程度上也取决于相关充电设施的发展。因此，我们为了进一步推广电动汽车，更要重视基础充电设施的建设。

1.2国内外充电桩系统研究现状分析

1.2.1国外充电桩的研究现状

目前，国内外都逐渐加大了对充电设施的研制和开发力度，也取得了一定的发展和效果。随着不断发展，国外一些发达国家已经在充电设施领域很多方面进行了研究，并且取得了一定的成效，形成了一系列比较完善的框架和标准，这些都很值得我们国家借鉴。下面是国外一些对充电设施研制比较先进国家的发展情况介绍。

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