论文总字数：21722字

摘 要

随着国民经济的不断发展，科学技术也获得了巨大进步，使得人民生活条件逐步提高。可经济快速发展所引起的问题也有很多，例如环境污染问题愈来愈严重。在节能减排的大环境下，电动汽车这一社会新宠备受关注，对它的研究和创新性探索也逐步成为社会乃至世界的热点。与此同时，对电动汽车的充电设施，尤其是对电动汽车充电桩的设计与研究，也成为促进当前电动汽车产业发展的重要因素。

本文经过对现代已有充电技术的研究，对电动汽车直流充电桩的系统，主要是对其架构进行了探讨和设计，给出了直流充电桩的设计方案，包括：充电机控制系统、电池管理系统的硬件电路设计和软件程序流程设计，以及直流充电桩的充电插头和人机界面的图形界面、操作流程设计。

本文在针对充电机的研究方面，对开关电源的使用和对控制、采集电路的设计，都给出相应的设计原理图和流程图。对基于充电桩的通信，尤其是与电动汽车电池管理系统（BMS）之间的通信协议，以及用于后台管理系统与充电桩通信的CAN总线也进行了相关研究。人机界面的设计目标是使充电桩的使用更加人性化，方便操作，便于查询和使用，针对此目标，本文给出了界面的设计和操作流程的设计方案。

关键词：充电桩 充电机 电池管理 人机界面 CAN总线

The Design of Electric Vehicle Charging Spot System

Abstract

With the continuous development of the national economy, the people's living conditions have been gradually improved. At the same time, the environmental pollution problems caused by the rapid economic development have become more and more serious. Under the environment of energy saving and emission reduction, the electric vehicle has been paid much attention to. The research and exploration about the electric vehicle have become the focus of the society gradually, as well as the world. Meanwhile, the research and design about the charging facilities of electric vehicles, especially the electric vehicle charging spots, have become an important factor in promoting the development of electric vehicles.

In this paper, by the research of the charging spots, the architecture design of electric vehicle charging spots system was discussed, and the design of charging spots was given in the mass, including: charger control system, battery management system hardware circuit design and software program flow design, and charging spots charging interface and the man-machine interface of the graphical interface and operation flow design.

In this paper, by the research of the charger, the switching power and control circuit, data acquisition circuit were designed. At the same time, the schematic circuit diagram and flow chart also have been showed. The communication protocol based on the charging spot and the electric vehicle battery management system (BMS), and the CAN bus used in the backstage management system were also studied. The design goal of human computer interface is to make the charging spot more humanized, and easier to operate, query and use. For this goal, this paper gives the design of the interface and the design of the operation process.

Keywords: charging spot, charger, battery management, man-machine interface, CAN bus

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1研究背景 1

1.2电动汽车充电系统设施的发展 2

1.2.1国外充电系统设施的发展现状 2

1.2.2 国内充电系统设施的发展现状 2

1.3 充电桩的类型简介 3

1.4本文的选题意义 4

第二章 系统设计的总体方案 5

2.1充电桩的应用对象 5

2.1.1电动汽车的动力电池 5

2.1.2动力电池充电技术分析 5

2.1.3电池SOC算的意义 7

2.1.4电池SOC估算的方法 7

2.2充电桩的功能需求 10

2.3充电桩的总体方案 11

2.3.1设计原则 11

2.3.2方案设计 11

2.4本章小结 12

第三章 硬件电路设计 13

3.1充电机的硬件电路设计 13

3.1.1充电桩的电源 13

3.1.2开关电源 13

3.1.3主电路设计 15

3.2电池管理系统的硬件电路设计 15

3.2.1核心控制模块 16

3.2.2电压、电流检测模块 17

3.2.3过流、漏电检测模块 18

3.2.4单体电压检测模块 20

3.2.5 CAN总线接口电路设计 20

3.3控制系统的硬件电路设计 21

3.3.1中央控制模块 22

3.3.2数据采集模块 22

3.3.3按键及显示模块 24

3.3.4通讯模块 25

3.3.5保护模块 26

3.4直流充电桩充电插头设计 26

3.5本章小结 28

第四章 软件流程设计 29

4.1充电机的控制程序设计 29

4.1.1主流程设计 29

4.1.2快充子流程设计 30

4.1.3故障处理流程设计 31

4.2电池管理系统的控制程序设计 32

4.2.1程序总流程 32

4.2.2数据采集流程设计 33

4.2.3 CAN通信流程 33

4.3本章小结 35

第五章 人机交互界面设计 36

5.1人机交互简介 36

5.1.1定义 36

5.1.2设计原则 36

5.2人机交互流程设计 37

5.3人机交互界面设计 38

5.3.1 充电桩的主界面 38

5.3.2 操作提示界面 41

5.4本章小结 43

第六章 结论及展望 44

6.1全文总结 44

6.2课题展望 44

参考文献 45

致 谢 46

附 录 47

第一章 绪论

1.1研究背景

在全球化的今天，环境与随之变化的能源问题不仅被科学家关注，也成为广大民众所关心和热议的话题。节能减排在这一大背景下，就深受政府以及人民的关注，因为它关系着人类以后的长远发展。为实现这一目的，被广为认可的绿色交通就被大量推广。电动汽车是发展绿色交通的重要方式，具有非常好的清洁和环保能力，极大的保护了环境，这是传统的代步工具所远远不能比的。然而，对电动汽车充电设备的研究，已经成为促进电动汽车产业发展的重要因素。要想改善现在的污染环境问题，以及推广节约能源的使用，就有必要先对电动汽车充电设备进行研究，这样才能使现用的燃油汽车被绿色交通所取代。

对电动汽车充电设备的生产，已经成为最近几年正大力投资发展的新产业，主要产品组成是由充电桩、充电站、充电调度和充电维护等重要部分。同时也是一种基础装备，电动汽车的发展进程的快慢，很大一部分程度取决于电动汽车充电设备的研究发展。换句话说，如果电动汽车充电装备不能够很好的研究出来，那么电动汽车的推广和普及就会变得天方夜谭，我们的环境也根本不可能得到改善。特别是，要想研究出电动汽车的充电设备，就需要从关键技术上入手，那么首当其冲的就是对电动汽车充电桩的研究，包括直流充电桩和交流充电桩。

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