郝常秀

摘 ? 要：本文圍繞電動(dòng)汽車智能充電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案、電動(dòng)汽車智能充電系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)、電動(dòng)汽車智能充電系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)三個(gè)方面展開(kāi)討論，對(duì)基于嵌入式ARM的電動(dòng)汽車智能充電系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，同時(shí)提出了一些筆者自己的見(jiàn)解，希望能夠?qū)窈笪覈?guó)電動(dòng)汽車的發(fā)展提供一些理論借鑒。

關(guān)鍵詞：嵌入式ARM ?電動(dòng)汽車智能充電系統(tǒng) ?安全性

中圖分類號(hào)：U469.3 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1674-098X（2019）02（c）-0080-02

蓄電池為電動(dòng)汽車提供了最基本的動(dòng)力，電動(dòng)汽車在推廣過(guò)程中會(huì)受到蓄電池三大要素的影響，分別為蓄電池的使用成本、蓄電能力、安全性。當(dāng)前，我們可以根據(jù)電動(dòng)汽車和電網(wǎng)之間的互動(dòng)等級(jí)將其劃分為三種不同的模式，分別是即插即充模式、集中充電模式以及智能充電模式，其中最常見(jiàn)的為第一種模式，它在辦公即民用領(lǐng)域使用最為廣泛，然而由于基礎(chǔ)設(shè)施的不全面性，導(dǎo)致了即插即充模式在使用過(guò)程中存在一些安全隱患，并制約著汽車電池壽命的發(fā)展。在本文中，筆者所提出的LPC2138處理器是以ARM7TDMI為核心的，能夠?qū)π铍姵氐碾娏鳌㈦妷?、?nèi)部溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并在原有電動(dòng)汽車充電系統(tǒng)的基礎(chǔ)上實(shí)施智能化改進(jìn)，從而使得電動(dòng)汽車充電的安全性能得到提升，并提升充電速度。

1 ?電動(dòng)汽車智能充電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案

電動(dòng)汽車智能充電系統(tǒng)可以在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)蓄電池的智能充電，并針對(duì)電池的電流、電壓、溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，在發(fā)現(xiàn)異常時(shí)會(huì)立刻自動(dòng)切斷電源，停止充電。具體為：對(duì)蓄電池組的初始狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)、在充電過(guò)程中實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)蓄電池的狀態(tài)并進(jìn)行采樣、ARM處理器基于采樣數(shù)據(jù)以及蓄電池自身情況進(jìn)行分析并顯示、駕駛員借助觸摸屏控制蓄電池的充電電壓、電流以及時(shí)間，形成電動(dòng)汽車的智能化充電系統(tǒng)。

本研究將當(dāng)前最受歡迎的鉛酸電池作為研究對(duì)象。由于傳統(tǒng)的恒壓、恒流充電方式不適用于鉛酸電池中，容易導(dǎo)致蓄電池內(nèi)部溫度快速上升，從而形成極化現(xiàn)象，破壞蓄電池的正常性能，從而降低蓄電池的壽命。

2 ?電動(dòng)汽車智能充電系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

2.1 ARM處理器

ARM處理器是由英ACORN企業(yè)設(shè)計(jì)的一款RISC微處理器，它的耗能非常低，因此使用成本也較低。ARM處理器的全稱為Advanced RISC Machine，就其本身而言是32位設(shè)計(jì)，同時(shí)也在其中配置了16位的指令集。通常情況下，它相比于等價(jià)32位代碼來(lái)說(shuō)能夠?qū)崿F(xiàn)35%的節(jié)省，然而卻可以將32位系統(tǒng)的全部?jī)?yōu)勢(shì)都保留下來(lái)。

ARM處理器具有以下特征;體積小、耗能低、成本低、性能高;能夠支持Thumb（16位）/ARM（32位）的雙指令集合，并有效地兼容8位/16位器件;使用的寄存器數(shù)量較多，指令執(zhí)行效率更高;大部分?jǐn)?shù)據(jù)操作都是通過(guò)寄存器來(lái)執(zhí)行的;對(duì)地址的尋找方法較為簡(jiǎn)單靈活，在完成任務(wù)時(shí)具備非常高的執(zhí)行效率;指令的長(zhǎng)度保持不變。

2.2 依托ARM實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

所謂嵌入式系統(tǒng)，它能夠徹底嵌入至受控期間當(dāng)中，是一種為了特定應(yīng)用而量身設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，能夠起到設(shè)備監(jiān)控、輔助的作用，在工廠中應(yīng)用十分廣泛。依托ARM實(shí)現(xiàn)的電動(dòng)汽車智能充電系統(tǒng)硬件所采用的處理器型號(hào)為L(zhǎng)PC2138，它是系統(tǒng)硬件當(dāng)中的核心部分。其中，ARM中的最小系統(tǒng)是由FLASH、UART、JTAG、SDRAM所構(gòu)成的。串口能夠借助UART來(lái)實(shí)現(xiàn)通信目的;JTAG的作用在于對(duì)I/O口以及內(nèi)部總線信息進(jìn)行直接控制，可以對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整。依托ARM實(shí)現(xiàn)的電動(dòng)汽車智能充電系統(tǒng)的拓展部分主要由四個(gè)部分組成，分別為L(zhǎng)CD觸摸屏、SIM100、輔助電流以及電源。其中，LCD觸摸屏能夠?qū)崿F(xiàn)人機(jī)交互;SIM100可以實(shí)現(xiàn)GSM，它可以通過(guò)短信息等方式將汽車充電狀態(tài)告知駕駛員。

2.3 智能充電系統(tǒng)的主充電電路設(shè)計(jì)

主充電電路的關(guān)鍵在于它能夠直接影響到整個(gè)智能充電系統(tǒng)的整體性能，它包括全橋逆變電路、兩個(gè)全橋電路及高頻變壓器等幾個(gè)部件，它的工作原理主要為：首先，全橋電路負(fù)責(zé)220V市電的整流任務(wù)，隨后通過(guò)大電容濾波器來(lái)獲取具有較大紋波的直流電;將具有較高紋波的直流電在全橋逆變電路中通過(guò)，其中，Q1至Q4為四個(gè)1GBT功率的開(kāi)關(guān)管，Q1與Q2存在180°的相位差，它所輸出的交流電壓會(huì)隨著Q1以及Q2輸出值的改變而發(fā)生相應(yīng)的變化。Q3以及Q4兩者負(fù)責(zé)導(dǎo)通從而形成續(xù)流回路以及高頻交流電，其中高頻交流電是可以進(jìn)行調(diào)節(jié)的;當(dāng)高頻交流電在被高頻變壓器進(jìn)行耦合之后會(huì)經(jīng)過(guò)全橋電路實(shí)現(xiàn)整流，最后再流向電感以及電容率波從而編程不具備較大紋波的直流電壓，從而實(shí)現(xiàn)為蓄電池充電的目的。

2.4 智能充電系統(tǒng)的檢測(cè)電路設(shè)計(jì)

智能充電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要使用參數(shù)檢測(cè)電路針對(duì)蓄電池的電流、電壓、溫度等參數(shù)實(shí)施全面檢測(cè)，LPC2138處理器的P0.1端口在收到通過(guò)電壓比對(duì)器檢測(cè)到的電壓信號(hào)之后再對(duì)其實(shí)施處理;LPC2138處理器當(dāng)中的P0.2端口在收到通過(guò)電壓比對(duì)器檢測(cè)到的電流信號(hào)之后再對(duì)其實(shí)施處理;蓄電池溫度則需要通過(guò)熱敏電阻來(lái)實(shí)現(xiàn)實(shí)施檢測(cè)控制，同時(shí)需要將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳送至P0.5端口當(dāng)中。

3 ?電動(dòng)汽車智能充電系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)

電動(dòng)汽車智能充電系統(tǒng)軟件主要涵蓋五大功能，具體闡述如下：首先，它能夠?qū)π铍姵刂械碾娏?、電壓以及溫度等參?shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè);其次，它能夠執(zhí)行由UART發(fā)布的通信指令;第三，它能夠?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)行，同時(shí)執(zhí)行數(shù)據(jù)儲(chǔ)存工作;第四，當(dāng)檢測(cè)到異常情況發(fā)生時(shí)，它可以立刻發(fā)出警報(bào);第五，它能夠執(zhí)行由GSM發(fā)出的通信指令。電流會(huì)依據(jù)電芯的飽和情情況，在充電過(guò)程中不斷變小。系統(tǒng)設(shè)計(jì)安排充電電流低于0.05C時(shí)自動(dòng)完成充電。

4 ?實(shí)驗(yàn)分析與對(duì)比

本論文的研究對(duì)象為鉛酸蓄電池。對(duì)蓄電池的電流、電壓、溫度以及容量等參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，智能脈沖充電參數(shù)的變化情況。此外，針對(duì)智能脈沖充電方法與傳統(tǒng)恒壓恒流充電方法的幾個(gè)重要參數(shù)進(jìn)行對(duì)比（充電所需的時(shí)間、充電能量、充電效率等），數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比與分析后可以得到以下結(jié)論：相比于傳統(tǒng)的恒壓恒流充電方法來(lái)說(shuō)，智能脈沖充電方法不僅大大降低了充電所需的時(shí)間，同時(shí)充電效率也得到了很大的提升，在電動(dòng)汽車智能充電系統(tǒng)中值得推廣和應(yīng)用。

5 ?結(jié)語(yǔ)

本研究首先針對(duì)電動(dòng)汽車智能充電系統(tǒng)的理論依據(jù)進(jìn)行了介紹，同時(shí)闡述了這一系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，展現(xiàn)了依托嵌入式ARM實(shí)現(xiàn)的電動(dòng)汽車充電系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)過(guò)程以及硬件設(shè)計(jì)過(guò)程。隨后針對(duì)以LPC2138處理器為核心的系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)、主要充電電路的工作原理、檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)原理、系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)方案等內(nèi)容實(shí)時(shí)了全面而詳盡的介紹、分析。通過(guò)本次實(shí)驗(yàn)我們可以得到，依托嵌入式ARM實(shí)現(xiàn)的電動(dòng)汽車智能充電系統(tǒng)可以完成蓄電池電流、電壓、內(nèi)部溫度等一系列參數(shù)的監(jiān)控與測(cè)量，同時(shí)具備良好的人機(jī)交互性，能夠有效提升電動(dòng)汽車的充電速度，增強(qiáng)充電的安全性以及穩(wěn)定性，具有更高的充電效率，因此在智能充電領(lǐng)域具有一定的推廣價(jià)值以及應(yīng)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

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