智能无线电动汽车充电桩研究

臧红岩，付海燕

（齐鲁理工学院，山东 济南 250200）

智能无线电动汽车充电桩研究

臧红岩，付海燕

（齐鲁理工学院，山东 济南 250200）

为推进以环保、清洁、节能著称的新能源电动汽车的发展，本设计为新能源汽车设计一种自动刷卡无线充电的智能充电桩。文章基于MSP430F149单片机完成了充电桩的控制系统和电气部分的设计，该充电桩具有智能识别、双电源切换技术、无线充电、IC卡计费实时显示功能，实现了新能源汽车的无线充电。

IC卡；MSP430F149单片机；充电桩；双电源自动切换；环保

1 电动汽车新能源使用背景

随着汽车需求的不断增长和不可再生能源的不断消耗，电动汽车正在大面积普及和使用。电动汽车充电设施建设也成为国家积极推进的建设项目，但建设的速度仍然跟不上电动汽车（含插电式混动车/增程式电动车，下同）的增长速度。显而易见，“以电代油”的汽车发展趋势将极大左右节能减排的前景目标。目前中国国家电网已建成2.4万个充电桩，将在未来形成京沪、京港澳（北京-咸宁）、青银（青岛-石家庄）“两纵一横”的充电网络，续行里程2900公里，是目前为止世界最长的充电网络。但是仍面临电桩少、对应车型少、覆盖面积小的问题。电桩的覆盖范围决定了电动车的活动范围，电桩的发展决定了电动汽车的发展，因此新型电桩的研究迫在眉睫。

2 系统硬件设计

本设计基于MSP430单片机，由MSP430单片机检测太阳能和太阳能蓄电池的电压能否达到充电电压；由PWM波控制场效应管将直流电进行逆变为交变电压；利用交变磁场完成无线充电；由MFRC-522射频卡接收刷卡信号；由烟雾传感器检测险情，通过GSM模块传出险情信息，系统框图如图1所示。

图1 系统框图

当MFRC-522射频卡接收到刷卡信号后开始准备给汽车充电，MSP430单片机首先检测太阳能和太阳能蓄电池的电压能否达到充电电压，若充电电压达到要求选用太阳能给汽车充电，由于太阳能输出电压为直流电不能直接用无线充电，通过单片机输出两路PWM波控制场效应管对其进行逆变，使其转化成方向可变的交变电压从而产生交变磁场满足无线充电要求，当检测太阳能充电电压不满足需要时，自动切换到市电，而市电本身为交流电不需要进行转换，因此切换到市电充电时关闭逆变电路，当检测到已经充满电或者汽车离开充电桩时自动关闭充电系统。若传感器检测到险情时，自动切断电源，同时通过GSM模块传出险情信息。

3 软件设计

开发软件平台为IAR软件。无线充电的主程序是控制系统设计的主体，其反映了无线充电的思想和项目总体结构。在本文中所有的逻辑控制都是围绕主程序所设计的，因此主程序的设计好坏将直接影响控制系统的性能。流程图如图2所示。

图2 程序流程图

4 设计要点及优势

4.1 无线传输

基于电磁感应设计了电磁感应式无线充电电源，电流流过线圈会产生磁场。其他未通电的线圈靠近该磁场就会产生电流。根据电磁感应设计出电磁感应式无线充电电桩，不使用电线连接，当电动汽车靠近充电桩时开始从发送端向终端供电。

4.2 双电源切换

本设计采用太阳能和市电双电源进行充电，平常采用太阳能给汽车和单片机供电，当MSP430F149单片机检测到太阳能和太阳能蓄电池输出电压不足以对汽车进行充电时，自动切换到市电进行充电。

4.3 智能MF522-AN读卡

使用IC卡集成在汽车上，TJDZ-RC522 RFID读卡模块与单片机连接，当汽车停在充电桩旁边，单片机接收到IC卡信号，控制充电桩给汽车充电，自动计费，实时显示，无需下车。液晶显示模块与MSP430F149单片机的接口设计控制系统。当刷卡时通过单片机控制显示当前余额、充电时间、充电电压、充电电流。

4.4 报警系统

系统开启时便开始进行烟雾检测，行过程中一旦出现危险状况，则将错误信息以短信的形式发送给负责维护的工作人员，及时维修。

5 结语

数据采集与处理是MSP430F149单片机的常用领域，本设计采用无线充电模块实现了单片机控制的无线充电系统。精度高、抗干扰能力强，无需使用线，方便、简单，同时节省了人力资源。

无线充电装置和控制装置正朝着高精度、多功能、总线标准化方向发展，无线充电必然是其中一个热门的研究方向。几个方面还需要继续完善：减少无线充电运营成本、扩大无线充电的距离、完善保护和报警装置。

[1]王兆安.电力电子技术[M].北京：机械工业出版社，2009.

[2]郑淑慧.太阳能供电录井数据采集与无线传输系统的研究[D].青岛：中国石油大学，2008.

[3]董密.太阳能光伏并网发电系统的优化设计与控制策略研究[D].长沙：中南大学，2007.

Research on intelligent wireless electric vehicle charging pile

Zang Hongyan, Fu Haiyan
（Qilu Institute of Technology, Ji’nan 250200, China）

In order to promote the development of new energy electric vehicles, which are famous for environmental protection, cleanliness and energy saving, this paper designs a kind of intelligent charging pile with automatic charging and wireless charging for new energy vehicles. Based on MSP430F149 single chip microcomputer to complete the charging pile control system and electrical part of the design, the charging pile with intelligent identification, dual-power switching technology, wireless charging, IC card billing real-time display etc functions to achieve vehicle’s wireless charging with a new energy.

IC; MSP430; charging pile; dual power automatic switch; environmental protection

山东省教育科学研究课题；项目名称：电子技术实验教学模式的改革与创新；项目编号：15SC202。

臧红岩（1985— ），女，山东泰安，硕士，讲师；研究方向：EDA技术。