基于电池实时电压以及温度控制的电动车充电控制系统的设计

王斌 戴菲菲 王燕飞

台州市产品质量安全检测研究院

前言：随着城市的不断发展，汽车已经成为人民主要的交通工具，但是由于停车位的短缺以及交通的拥堵，现在越来越多的人选择电动车作为短途出行的交通工具。根据统计发现，我国拥有的电动车超过了三亿辆[1]。安全无小事，近些时间时常可以看到一些电动车充电发生火灾的报道，究其主要原因要是电动车长时间充电导致充电器线路老化，继而发热引发火灾[2]。针对上述情况设计了基于电池容量以及温度控制的电动车充电控制系统。

一、系统设计

本文设计的系统主要分为四个模块：电压控制模块、温度控制模块、时间控制模块和报警断电模块。系统的总体设计如图1所示。

图1 系统总体设计

二、电压控制模块设计

因为电压控制模块放置在电动车内，所以该模块与控制模块的通讯采用无线方式，本文采用Zigbee传输方式。电压控制模块主要是采用电压传感器采集电动车电池的实时电压值并上传至控制系统，可实现电动车防过充的功能，同时用户可自主设置充电程度，一般建议充电至80%、90%或者100%，当充电过程中，电池实时电压值达到设定的电压值时，电压模块会触发信号，并通过无线传输方式将之发送至报警断电模块，达到断电的功能。

电压控制模块由电压传感器、微控制器、ZigBee通信模块以及供电模块组成。电压传感器主要用于测量实时的电池电压值，微处理器主要对传感器采集的处理进行简单处理后，通过SPI接口与Zigbee通信模块连接并实现数据的传输。CC2530射频收发器集成了8051微处理器，可直接实现与传感器的连接以及数据传输。

图2 电压控制模块设计

三、温度控制模块、时间控制模块以及报警断电模块

温度控制模块主要是通过温度传感器实时测量充电过程中充电器的温度，同时用户可以自主设置报警的温度，当实时监测的温度超过预设置的数值时，温度控制模块就会将控制信息通过串口传输至报警断电模块；时间控制系统可让用户自主设置充电时间，当计时模块到达设定时间时，就会通知报警断电模块；报警断电模块主要是由通讯模块，控制模块以及控制阀组成，当报警断电模块接收到其他三个模块的控制信息时，就会通过控制阀断开与电源的连接。

四、软件设计

在充电前，用户设定报警温度（必选）、充电时长（非必选）、报警电压（如果用户不填写该值，默认充电至80%），然后启动充电。同时将充电器放在平坦处，将温度传感器紧贴充电器表面，这样可以比较准确的检测充电器表面的实时温度。如果在充电的过程中充电器的温度突然升高达到预设置的报警温度时，控制系统会断开与电源的连接；当电动车电池实时电压达到设定电压值时，电压系统会通知控制系统断开控制阀；当电动车充电时间达到设定时间后，计时模块会发出一个信息通知控制模块断开控制阀，从而达到精准控制电动车充电状态。软件设计如下：

图3 软件设计图

五、结论

电动车及其它电气产品的充电安全问题将更加重要。本文设计能够适配所有的充电器，若是能成功推广，将极大程度地减少电动车火灾的数量，能够很好的火灾预防效果。