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摘 要

随着绿色出行理念的深入人心，电动汽车也逐步走入大众视野，电动汽车推广的一个主要问题是充电设备设计制造成本高昂，很难在家庭用户中推广。电动汽车直流充电桩是利用充电接口，直接为电动汽车的动力电池供电的装置，一般具有电能计量、计费、通信、控制等功能，是电动汽车进行快速充电的重要设备。目前，电动汽车直流充电桩主要安装于加油站和企业内部，较少安装在住宅小区内。

本文使用单片机和专用电能计量芯片配合, 对直流充电桩的外部电路进行了设计，并设计开发了一种直流充电桩的充电计费系统。充电计费系统可以按峰谷电价实现分时计电费。用户可以按不同的充电需求选择相应的充电模式，充电完成时自动断电。同时，也对充电桩控制系统进行了设计与编程，有模拟运行成果。

关键词：电动汽车；直流充电桩；电池充电；单片机；电能计量

Single-chip Computer Realization of DC Electric Vehicle Charging Pile Billing System

Abstract

With the popularity of the concept of green travel, electric vehicles have gradually entered the public"s vision. One of the main problems in the promotion of electric vehicles is the high cost of charging equipment design and manufacture, which is difficult to promote in family users. Electric vehicle DC charging pile is a device directly supply power for electric vehicles’ power battery pack and generally has the functions of energy metering, billing, communications and control safety. DC charging pile is an important equipment for the electric vehicles which are in the quick charging mode. At present, DC charging piles for electric vehicles are mainly installed in gas stations and enterprises, but seldom in residential areas.

In this paper, the external circuit of DC charging pile is designed by using single-chip computer and special power metering chip, and a charging and billing system of DC charging pile is designed and developed. Charging and billing system can realize time-sharing charging according to peak-valley tariff. Users can choose the appropriate charging mode according to different charging requirements, and automatically cut off power when charging is completed. In the meantime, the control system of DC charging pile is designed and programmed, and the simulation results are obtained.

Keywords: electric vehicle, DC charging pile, Battery charge, single-chip computer, Energy metering

目录

摘要 Ⅰ

Abstract Ⅱ

第一章绪论 1

1.1 课题研究的背景 1

1.2 课题研究的关键问题 1

1.3 充电桩的研发推广现状 1

1.4 本文选题的意义 2

第二章 直流充电桩的硬件结构 3

2.1 充电桩硬件结构概述 3

2.1.1 充电桩的基本设计参数 3

2.1.2 充电桩硬件结构介绍 3

2.1.3 系统电源电路 5

2.1.4 电路的保护措施 5

2.1.5 急停按钮设置 6

2.2 电能计量模块 6

2.2.1 电能计量模块 6

2.2.2 电能计量芯片 6

2.2.3 电能的测量获取 7

2.3 计时模块 7

2.3.1 计时芯片DS1302 7

2.3.2 实现计时充电功能 7

2.3.3 计时芯片与MCU电路的连接 8

2.4 交互模块 8

2.4.1 交互模块组成 8

2.4.2 液晶屏LCD1602 8

2.5 MCU控制模块 9

2.5.1 MCU电路 9

2.5.2 I/O分配 9

2.6 直流充电系统 12

2.7 本章小结 12

第三章 直流充电桩的软件设计 13

3.1 软件整体结构 13

3.1.1 软件的设计思路 13

3.1.2 软件开发使用的平台 13

3.2 软件流程图 14

图3.1 软件流程图 14

3.3 软件编程 15

3.3.1 初始化与清屏 15

3.3.2 DS1302时钟芯片初始时间设置、记录 15

3.3.3 与上位机沟通对时 16

3.3.4 显示界面 16

3.3.5 电量数据读取 18

3.3.6 充电计费 19

3.3.7 充电暂停 19

3.4 本章小结 19

第四章 充电桩模拟成果 20

4.1 充电桩模拟的目标与使用的软件 20

4.1.1 充电桩模拟需要实现的目标 20

4.1.2 模拟使用的软件 20

4.2 充电桩模拟成果 20

4.2.1 充电桩模拟界面 20

4.2.2 充电桩待机界面 21

4.2.3 充电模式选择界面 21

4.2.4 充电量选择界面 21

4.2.5 充电界面 22

4.2.6 充电桩的计费结算界面 22

4.3 本章小结 22

第五章 总结与展望 23

5.1 总结 23

5.2 展望 23

致谢 24

参考文献 25

附录 26

第一章 绪论

1.1 课题研究的背景

近两年来，随着环境保护和节约能源的意识深入人心，绿色交通理念得到了进一步的推广，电动汽车也越来越受到普通民众的关注。为了加速电动汽车的普及，各大汽车公司相继推出自己的电动汽车系列，满足不同用户对汽车外观、配置、能耗的各种需求。在电动汽车相关的技术快速发展的同时，家庭用户和私人企业用户也逐步开始考虑购置电动汽车的配套充电设备。而国内的电动汽车充电设备充电操作和计费模式单一，充电和自动断电不够智能，价位也偏高，为家庭用户和私人企业用户购置电动汽车形成了一定的阻力。

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