一种基于电力线载波通信的电动车充电桩充电管理系统设计

摘要

电动车充电桩在2016年达到了炙手可热的地步，然而也存在电动车与交流充电桩不匹配的问题。根本原因在于交流充电桩的控制引导和连接确认功能，只保证了充电桩与电动车的物理连接，但是如何充电，充电参数的配置都是空白。为了解决此问题，本课题借鉴直流充电桩的功能，为交流充电桩引入通信控制功能，这样一来充电桩得以获取电动车电池充电信息，为下一步的配置充电参数提供先决条件。又由于交流充电桩充电电缆以及接口功能都已明确规定，无法增加额外的通信线路，课题引入了电力线载波通信技术作为通信方式，本文就载波通信技术与充电桩充电控制进行了相关研究。
　　首先，分析新能源汽车行业背景，阐述研究充电桩的原因及目的，提出课题方案。结合实际，对当前电动车的充电方式进行探讨，介绍国内外充电设备发展情况。详细说明充电桩和电池管理系统各自内部结构以及功能。由于通信方式用到了电力线载波通信技术，介绍该技术发展状况，技术理论和通信核心问题。
　　其次，根据课题需求介绍并选取了构建电力线载波通信框架的载波芯片和微控制器。按照芯片手册中载波器应用方案，分析载波收发器电路的各个功能模块，包括电源、调制解调、耦合接入、控制部分，使用Altium Designer绘制并制作出电力线载波收发器。制定交流充电桩在通信过程中适用的数据包格式，分析通信过程中的数据流向，用ST Visual Develp设计编写了各个功能模块的C语言软件程序。测试电力线载波收发器实际参数，明确其实际性能。
　　最后，按照新国标提出的充电流程，结合载波通信协议数据格式，制定出交流充电桩控制指令，实现充电各个阶段的充电流程。课题利用计算机模拟充电桩和电动车电池管理系统，分别在两台计算机上基于Visual Studio C＃编写上位机界面程序。在充电管理模拟演示环节，加入了基于“峰谷平电价”的优化充电功能。在载波板与计算机配合下，演示的整个充电管控过程，由于实测通信码率大于2.3Kbps，达到了课题中提出的充电桩对电动车的充电管理控制目的。

目录

声明

第一章 绪 论

1.1 研究背景

1.2 研究目的

1.3 研究对象和方法

1.4本文框架结构

1.5本章小结

第二章 充电管理系统分析

2.1电动车的充电方式

2.2国内外充电设备发展状况

2.3充电桩与BMS的结构与功能

2.4充电桩新国标充电接头

2.5载波通信技术

2.6本章小结

第三章 充电控制平台设计

3.1电力线载波通信芯片及应用

3.2单片机STM8S功能与应用

3.3 载波通信板设计

3.4电力线载波器软件设计

3.5电力线载波板功能调试

3.6本章小结

第四章 充电桩、电动车模拟及演示系统设计

4.1上位机开发环境

4.2充电指令和流程

4.3通信界面设计

4.4控制优化充电

4.5充电模拟及综合演示系统测试

4.6本章小结

第五章 结 论

5.1充电桩充电管理系统结论

5.2不足与改进

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的成果