电动汽车车载充电器电控系统设计(附件)
当今市场上的商品科技含量越来越高，这是时代发展的结果，也是汽车的发展趋势，汽车电动化在汽车行业中具有深远意义。本文针对电动汽车车载充电器电控系统展开设计工作，了解电动汽车车载充电器电控技术现状与未来发展。根据国内外车载充电器电控系统发展的现状，总结出本论文的工作重点。论文首先讨论江淮同悦电动汽车车载充电器电控系统，论文采用AC转DC再由DC转DC的充电器电路结构，具体是滤波整形电路，桥式转换，升压等。重点分析电动汽车的电池单体电压与电池温度监控的在充电过程的关系及它们在对充电过程监控中的重要性，设计电池单体电压与电池温度监控系统方案。其次，根据系统结构原理，设计系统硬件总体结构，根据系统硬件结构设计系统软件结构，根据系统功能分模块设计软件功能。最后，将个子模块软件整合到一起，实现系统软件设计。关键词 电动汽车，车载充电器，STM32F10，DS18B20
目 录
1 绪论 1
1.1 论文背景与意义 1
1.2 论文课题的研究现状 1
1.3 论文目的与功能 2
2 系统总体方案设计 3
2.1 总体设计方案 3
2.2 APFC方案设计 4
2.3 DC/DC变换器方案设计 5
2.4 电池单体电压检测方案设计 6
2.5 微控制器方案选择 7
2.6 温度检查方案选择 8
2.7 显示方案选择 10
3 系统硬件设计 11
3.1 STM32最小系统电路设计 11
3.2 温度检测电路设计 12
3.3 单体电压测量电路设计 13
3.4 LED驱动电路设计 14
4 系统软件设计 14
4.1 软件开发工具 14
4.2 程序总体设计 14
4.3 系统模块子程序 15
5 PROTUES仿真调试 17
5.1 软件子模块仿真 17
5.2 系统仿真调试 20
结 论 21
致 谢 22
参考文献 23
附录1 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
24
1 绪论
1.1 论文背景与意义
近年来环境污染验证，能源紧张，迫使人们寻找降低环境污染的方法，发展相应的技术，如使用清洁能源，发展电动车技术等。美国汽车协会（AAA）在5月九号公布的调查显示，美国市场对电动汽车的需求在不断扩大，百分之二十的美国用户希望他们将要购买的汽车是电动汽车，该数据比2017年有所增长。
充电电器是电动汽车的能源补给装置。根据其输出功率大小，可以分为大型充电器，中型充电器与小型充电器；根据是否车载，可以分为车载充电器，非车载充电器。车载充电器一般应用与家庭普通电动车，通常采用220V单相交流电或者三相交流电作为电源，充电功率小于5KW，但是大于1KW，因此充电时间较长，一次充电时间一般大于5小时。车载充电器是电动汽车的重要部分，具有体积小质量轻，安全使用方便的特定，车载充电器电控技术的发展在一定程度上促进电动车技术发展。
随着家用电动汽车的增长，电动汽车快速方便的充电需求显得越来越紧迫，也成为电动汽车替代燃料汽车的一个瓶颈。车载充电器比充电桩的成本低，使用方便，可以直接使用普通市电作为充电器电源。车载充电器能够满足普通市民对方便快捷的充电需求。
电池是电动汽车的主要储能部件，是电动汽车的动力部分，电池的质量直接影响电动汽车的性能。电动汽车车载充电器电控系统设计对现代电动汽车的发展是必需，原因在于：a.电动汽车的电池使用频繁，工作环境恶劣，使用不当将降低电池性能，导致电池寿命缩短；b.过压充电将降低电池效能，降低使用寿命；c.充电器电控系统对电动汽车便捷使用的意义重大。因此，设计充电器电控系统有重要意义。
1.2 论文课题的研究现状
目前国内为电动汽车市场火爆，众多厂家推出纯电动汽车，国外特斯拉与丰田等厂家推出纯电动汽车，并且有多款型号在售。国产品牌有荣威Ei5，江淮纯电动汽车江淮同悦等。目前国内外的电动汽车主要使用充电桩对电动汽车进行充电。以美国为首的西方国家都建立有自己的充电设施，主要以充电桩为主。国内的电动车种类比较多，有低端的老年代步电动汽车，电动自行车等，都是续航能力有限，基本用于短程代步。这类电动车的充电器都是随车赠送，功率小，充电速度慢。也有高端的电动汽车，如比亚迪“唐”。随着国内众多纯电动汽车或者双模电动汽车的推出，反映出我国电动汽车在国际市场中的份额在逐渐增加。
同时政府希望通过推广电动汽车来解决环境污染问题，在“十二五”规划中，以国家电网为主的能源企业百亿记人民币发展电动汽车充电设施。根据国家电网制定的智能充电站规划网络，20年，我国将建成沪昆，青银，连霍和沪蓉的四横与京港澳，沈海，京台和京沪的四纵示范性城市快速网络。
目前在技术方面，电动车车载充电器及电控系统方面，国内外的研究方向与方法有许多相似之处。充电器一般包含滤波整流电路，PFC电压校准电路，DC/DC变换与相应控制电路。电控部分主要集中在对电池电压检测，电池温度检测。
1.3 论文目的与功能
本论文的目的是设计一种电动汽车车载充电器电控系统。在完成论文的过程中，了解掌握电动汽车车载充电器设计方案，控制车载充电器电控系统的方法；掌握电子产品的开发流程，掌握电子芯片选型的依据，软件开发流程与开发环境等。图1.1是本轮文设计的系统功能图，从图中可以看出本论文设计包含以下三部分：
第一部分，电动汽车车载充电器功能。将220伏市电，经过滤波整形、PFC电路与整流桥逆变，电压最终转变为适合电池充电的电压。
第二部分，检测功能，能够检测总体电流，能够检测电池单体实时电压，能够检测电池实时温度。
第三部分，充电器电控功能，根据总体电流，电池单体电压，或者电池温度控制充电器充电过程。根据检测电路检测状态信息，设置相应状态指示灯。
图1.1 系统功能框图
2 系统总体方案设计
2.1 总体设计方案
根据系统功能框图1.1可以绘制系统示意图，如图2.1所示。
图2.1 系统示意图
系统使用EMI滤波，利用整流桥与PFC电路完成AC到DC变换，利用全桥逆变完成DC到DC变换；利用压控恒流源检测电池单体电压；使用DS18B20采集电池的时候温度，CPU选用STM32F103。整个系统在STM32F103的控制下运行，它对采集到的电流值，电压值与温度值进行分析，结合历史数据及电池出厂状态信息判断电池当前所处温度状态。
2.2 APFC方案设计
在电能转换过程中，由于电流与电压相位的问题，造成电能转化率非常低的问题。真对该问题研发人员提出功率因数校准，即PFC（Powr Factor Correction），用于提高电能装换功率。PFC分无缘PFC，和有缘PFC（Active Power Factor Correctio），简称APFC。PFC功率因数处于百分之八十到百分之七十之间，相对于无缘，有缘的功率因数可以做到百分之九十五以上。因此本论文主要讨论APFC方案。APFC有降压型，升压型变换器等类型。
目 录
1 绪论 1
1.1 论文背景与意义 1
1.2 论文课题的研究现状 1
1.3 论文目的与功能 2
2 系统总体方案设计 3
2.1 总体设计方案 3
2.2 APFC方案设计 4
2.3 DC/DC变换器方案设计 5
2.4 电池单体电压检测方案设计 6
2.5 微控制器方案选择 7
2.6 温度检查方案选择 8
2.7 显示方案选择 10
3 系统硬件设计 11
3.1 STM32最小系统电路设计 11
3.2 温度检测电路设计 12
3.3 单体电压测量电路设计 13
3.4 LED驱动电路设计 14
4 系统软件设计 14
4.1 软件开发工具 14
4.2 程序总体设计 14
4.3 系统模块子程序 15
5 PROTUES仿真调试 17
5.1 软件子模块仿真 17
5.2 系统仿真调试 20
结 论 21
致 谢 22
参考文献 23
附录1 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
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1 绪论
1.1 论文背景与意义
近年来环境污染验证，能源紧张，迫使人们寻找降低环境污染的方法，发展相应的技术，如使用清洁能源，发展电动车技术等。美国汽车协会（AAA）在5月九号公布的调查显示，美国市场对电动汽车的需求在不断扩大，百分之二十的美国用户希望他们将要购买的汽车是电动汽车，该数据比2017年有所增长。
充电电器是电动汽车的能源补给装置。根据其输出功率大小，可以分为大型充电器，中型充电器与小型充电器；根据是否车载，可以分为车载充电器，非车载充电器。车载充电器一般应用与家庭普通电动车，通常采用220V单相交流电或者三相交流电作为电源，充电功率小于5KW，但是大于1KW，因此充电时间较长，一次充电时间一般大于5小时。车载充电器是电动汽车的重要部分，具有体积小质量轻，安全使用方便的特定，车载充电器电控技术的发展在一定程度上促进电动车技术发展。
随着家用电动汽车的增长，电动汽车快速方便的充电需求显得越来越紧迫，也成为电动汽车替代燃料汽车的一个瓶颈。车载充电器比充电桩的成本低，使用方便，可以直接使用普通市电作为充电器电源。车载充电器能够满足普通市民对方便快捷的充电需求。
电池是电动汽车的主要储能部件，是电动汽车的动力部分，电池的质量直接影响电动汽车的性能。电动汽车车载充电器电控系统设计对现代电动汽车的发展是必需，原因在于：a.电动汽车的电池使用频繁，工作环境恶劣，使用不当将降低电池性能，导致电池寿命缩短；b.过压充电将降低电池效能，降低使用寿命；c.充电器电控系统对电动汽车便捷使用的意义重大。因此，设计充电器电控系统有重要意义。
1.2 论文课题的研究现状
目前国内为电动汽车市场火爆，众多厂家推出纯电动汽车，国外特斯拉与丰田等厂家推出纯电动汽车，并且有多款型号在售。国产品牌有荣威Ei5，江淮纯电动汽车江淮同悦等。目前国内外的电动汽车主要使用充电桩对电动汽车进行充电。以美国为首的西方国家都建立有自己的充电设施，主要以充电桩为主。国内的电动车种类比较多，有低端的老年代步电动汽车，电动自行车等，都是续航能力有限，基本用于短程代步。这类电动车的充电器都是随车赠送，功率小，充电速度慢。也有高端的电动汽车，如比亚迪“唐”。随着国内众多纯电动汽车或者双模电动汽车的推出，反映出我国电动汽车在国际市场中的份额在逐渐增加。
同时政府希望通过推广电动汽车来解决环境污染问题，在“十二五”规划中，以国家电网为主的能源企业百亿记人民币发展电动汽车充电设施。根据国家电网制定的智能充电站规划网络，20年，我国将建成沪昆，青银，连霍和沪蓉的四横与京港澳，沈海，京台和京沪的四纵示范性城市快速网络。
目前在技术方面，电动车车载充电器及电控系统方面，国内外的研究方向与方法有许多相似之处。充电器一般包含滤波整流电路，PFC电压校准电路，DC/DC变换与相应控制电路。电控部分主要集中在对电池电压检测，电池温度检测。
1.3 论文目的与功能
本论文的目的是设计一种电动汽车车载充电器电控系统。在完成论文的过程中，了解掌握电动汽车车载充电器设计方案，控制车载充电器电控系统的方法；掌握电子产品的开发流程，掌握电子芯片选型的依据，软件开发流程与开发环境等。图1.1是本轮文设计的系统功能图，从图中可以看出本论文设计包含以下三部分：
第一部分，电动汽车车载充电器功能。将220伏市电，经过滤波整形、PFC电路与整流桥逆变，电压最终转变为适合电池充电的电压。
第二部分，检测功能，能够检测总体电流，能够检测电池单体实时电压，能够检测电池实时温度。
第三部分，充电器电控功能，根据总体电流，电池单体电压，或者电池温度控制充电器充电过程。根据检测电路检测状态信息，设置相应状态指示灯。
图1.1 系统功能框图
2 系统总体方案设计
2.1 总体设计方案
根据系统功能框图1.1可以绘制系统示意图，如图2.1所示。
图2.1 系统示意图
系统使用EMI滤波，利用整流桥与PFC电路完成AC到DC变换，利用全桥逆变完成DC到DC变换；利用压控恒流源检测电池单体电压；使用DS18B20采集电池的时候温度，CPU选用STM32F103。整个系统在STM32F103的控制下运行，它对采集到的电流值，电压值与温度值进行分析，结合历史数据及电池出厂状态信息判断电池当前所处温度状态。
2.2 APFC方案设计
在电能转换过程中，由于电流与电压相位的问题，造成电能转化率非常低的问题。真对该问题研发人员提出功率因数校准，即PFC（Powr Factor Correction），用于提高电能装换功率。PFC分无缘PFC，和有缘PFC（Active Power Factor Correctio），简称APFC。PFC功率因数处于百分之八十到百分之七十之间，相对于无缘，有缘的功率因数可以做到百分之九十五以上。因此本论文主要讨论APFC方案。APFC有降压型，升压型变换器等类型。
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