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1、毕业设计说明书1 绪论1.1 引言 汽车工业的告诉发展，汽车带来的环境污染、能源短缺、资源枯竭和安全等方面的问题越来越突出。为了保持国民经济的可持续发展，保护人类居住环境和能源供给，各国政府不惜巨资，投入大量人力、物力，寻求解决这些问题的各种途径。我国面临的形式也十分严峻，国内的石油储藏量和开采量相当有限，随着汽车保有量的增加，石油需求越来越多，目前已不能自给，不足部分主要通过进口来满足，而且每年成递增趋势。 由于电电动汽车具有有突出的环保保方面的优势势，使得电动动汽车的开发发和研究成为为各国开发绿绿色汽车的主主流。电动汽汽车使用的能能源是可以用用与发电的一一切能源。因因此使用电动动汽车可以摆
2、摆脱汽车对化化石燃料的依依赖，改善能能源结构，使使能源供给多多样化，使能能源的供给有有保障。电动动汽车在解决决道路交通事事故方面和传传统汽车相比比也具有一定定优势。因此此，开发电动动汽车是迎接接汽车面临挑挑战的重要对对策之一。电动汽车具具有良好的环环保性能和可可以以多种能能源为动力的的显著特点，即即可以保护环环境，又可以以缓解能源短短缺和调整能能源结构，保保障能源安全全。目前发展展电动汽车已已成为各国政政府和汽车行行业的共识，电电动汽车的研研发已成为汽汽车行业的热热点。因此，无无论是从设计计、研究和开开发的观点，还还是从实用的的角度来看，了了解和掌握电电动汽车技术术的社会需求求会越来越大大。目
3、前世界上许多多发达国家的的政府、著名名汽车厂商及及相关行业科科研机构都在在致力于电动动汽车技术的的研究开发与与推广应用。电电动汽车充电电站是电动汽汽车大规模商商业化后不可可缺少的电动动汽车能源服服务基础设施施，如何实现现电动汽车充充电站运行管管理的自动化化是必须研究究的课题。系统建设的必要要性：1）保证动力电电池充电安全全的需要。目目前纯电动汽汽车多使用锂锂离子蓄电池池作为电能存存储单元。锂锂离子电池对对充电要求较较高，充电过过程控制不好好会造成电池池永久损坏，甚甚至引起电池池爆炸。充电电站监控系统统的充电监控控功能可以监监测电池和充充电机当前状状态。采用智智能充电机的的充电保护措措施可以有效
4、效保证动力蓄蓄电池充电过过程的安全。2）提高充电站站运行和管理理水平的需要要。电动汽车车充电站作为为保障电动汽汽车正常使用用的能源基础础服务设施，因因其构成设备备数量多，用用人工方式来来管理这些设设备很难实现现，所以有必必要利用先进进的信息技术术实现其运行行和管理自动动化，降低工工作人员的劳劳动强度，提提高充电站运运行和管理水水平。1.2 电动动汽车的发展展及其关键技技术1881年的法法国诞生了世世界上第一辆辆电动车，但但是由于技术术的原因，在在不长的时间间里燃油汽车车就占据了汽汽车市场的绝绝大部分市场场份额。近年年来，随着许许多电动汽车车关键技术的的不断发展以以及全球汽车车生产商对电电动汽车
5、发展展的重视程度度不断加深，现现代电动汽车车己经作为一一种全新概念念的交通工具具被提上日程程，它自身将将会承担更多多的功能，正正因为这样，电电动汽车在发发展中，必须须面对并解决决以下关键技技术：(1) 车身设设计车身设计的工作作早在一开始始就将实用性性和外观性联联系在了一起起。尤其在现现代汽车要求求速度越来越越快的情况下下，对于汽车车的空气动力力学、行驶平平顺性等方面面考虑己经成成为车身设计计的主要工作作。在设计电电动汽车时，应应该在车身设设计上多下功功夫，力争使使电动汽车的的无功损耗降降低到最低点点。(2) 动力驱驱动技术电动汽车主要是是依靠直流电电动机来驱动动的，但是由由于目前直流流电动机
6、的转转速转矩变变化范围窄，并并不能满足汽汽车行驶的需需要，所以国国际上已经开开始了关于电电动汽车用交交流电机的研研制的热潮，其其中开关磁阻阻电机的研制制，高效永磁磁同步电机交交流电机都已已进入试用阶阶段；控制技技术矢量控制制和直接转矩矩控制技术己己经在理论界界得到了充分分的验证和肯肯定，技术也也同趋成熟。随随着技术的发发展，电机和和电机控制器器也越来越成成熟，电机向向着高电压、小小电流、大功功率、小体积积、重量轻的的方向发展，直直流电机已逐逐渐被交流电电机所代替。控控制器也向着着智能化、集集成化的方向向发展。(3)能源供应应系统现代电动汽车经经过数十年的的发展，其各各项标准己经经基本达到了了人
7、们用车的的要求，但是是却迟迟不能能占据市场，最最主要的原因因就是现在的的电动汽车的的续驶里程不不能满足入们们的要求。如如何寻找或者者研制一种更更加优良的能能源是电动汽汽车发展的一一个极其关键键的问题，目目前的局面是是铅酸、镍氢氢、锂离子、燃燃料电池多种种电源并存，铅铅酸电池占据据了主要地位位，针对目前前的市场占有有情况如何合合理的使用提提高铅酸电池池的寿命和效效率，就具有有十分明显的的经济和社会会价值，而且且随着铅酸电电池生产技术术的不断更新新，新一代的的卷式铅酸电电池能量比将将大大增强，其其充放电将变变得越来越简简单，因此本本论文的研究究将围绕铅酸酸电池展开。1. 3 电电动汽车充放放电技术
8、研究究概况电动汽车充放电电技术就是对对蓄电池的输输入输出进行行合理的控制制，达到节能能、延长设备备寿命的预期期目标。电动动汽车的充放放电技术对电电动汽车的能能源存储源免免维护铅酸蓄蓄电池的充放放电进行合理理的控制，达达到行驶里程程和蓄电池寿寿命的最大化化。电动汽车充放电电控制系统如如同电动汽车车的总体控制制中心，它具具有功能多、灵灵活性好、适适应性强的特特点，从而可可以非常合理理地利用有限限的车载能量量，达到电池池寿命和行使使里程的最大大化。根据目目前国内外技技术发展的情情况，主要是是实现充电时时间的缩短，电电池寿命的延延长和持续行行驶罩程的最最大化，因此此，问题归结结于两个方面面，一、根据据
9、电池充放电电原理缩短蓄蓄电池充电时时间(快速充电技技术)，二、电动动汽车运行过过程中在保证证制动正常的的条件下结合合充放电原理理进行能量的的回收。常规的充电方式式包括恒压充充电、恒流充充电和将两者者组合起来应应用于不同时时问段的混合合充电方式。从从本质上来讲讲都是一种充充电电流无法法随蓄电池充充电状态自动动调节的单一一模式充电法法，所以无法法实现充电过过程的最优化化。相对于常规充电电模式而言，智智能化充电模模式根据电池池生产单位提提供的技术数数据对其整个个充电过程进进行控制，根根据蓄电池的的充电状态而而动态跟踪蓄蓄电池的可接接受最大充电电电流及后期期充电电压的的变化，使得得实际充电电电流始终保
10、持持在最优值附附近，从而保保证了蓄电池池几乎在满足足自身理论特特性的状态下下的充电。对于智能充电可可以概括为：根据蓄电池池的充放电特特性来找到一一种最佳的充充电方式，并并且用合适的的电力电子装装置来实现它它。前面是针针对蓄电池特特性的研究，后后者是针对电电力电子装置置的研究。这这里的最佳的的充电方式就就是最佳的充充电电压和充充电电流的选选取。智能充充电的作用是是给标准蓄电电池充电，它它的功能是要要求根据不同同的电池，控控制不同的状状态，自动检检测电池端电电压和端电流流的值，经过过处理后产生生电压偏差和和变化率信息息，再经过模模糊处理，输输出电流和电电压的控制信信息，实时、精精确的控制充充电过程
11、，目目前不少研究究者在这一方方面已经做了了大量的研究究，但大多是是基于不可控控整流方式和和功率因素补补偿来实现，对对电网仍有一一定的污染，其其控制方式有有待于进一步步的提高。结结合电池充放放电原理，根根据电动汽车车的驱动设备备电机特性，在在电动汽车运运行过程(减速和制动动时电动机工工作在发电状状态)对其能量进进行有效的回回收利用，可可以有效增加加汽车行驶里里程，根据日日本本田公司司研究数据，对对电动汽车能能量进行有效效回收利用，可可使汽车在UUDDS(UUrban Dynammo Driiving Scheddule)市市区发电工况况下延续行驶驶罩程26左右。因此此，结合蓄电电池充放电特特性对
12、其充放放电过程进行行控制就具有有明显经济价价值。电动汽汽车在运行过过程中，其输输出功率会随随着路况、环环境等多种因因素的变化而而变化，同时时在减速和制制动过程中对对电机能量进进行回收，根根据负载变化化动态调节蓄蓄电池充电电电流的大小，达达到延长行使使里程的目的的。目前日本本丰田、本田田公司和美国国纽约州的斯斯卡奈塔第联联合大学以及及美国的国家家航空与航天天管理局路易易斯研究中心心在此领域的的研究较为深深入，我国近近几年，也在在此领域展开开了研究，如如清华大学、北北京理工、武武汉理工等研研究机构。1.4 电动动汽车充放电电技术存在主主要问题当前电动汽车产产业迟迟未能能工业化的主主要原因电池池问题
13、，当前前的电池容量量和体积质质量的关系不不能满足电动动汽车的需要要，也就是说说一定重量的的蓄电池只能能提供给电动动汽车有限的的能量，致使使电动汽车行行驶里程太短短，由于电池池技术不可能能再短时间内内取得突破，所所以只能在短短时充电和延延续汽车行驶驶里程进行深深入的研究，一一方面，随着着快速充电技技术的深入，可可以使电动汽汽车像在加油油站加油一样样，在较短时时间内补充能能源，也可以以采取在公共共的充电站更更换蓄电池组组来补充能源源；另一方面面，我们可以以对运行过程程中的能量进进行部分回收收，通过对对对电池充电的的方式实现减减速和制动，一一方面延续行行驶里程，另另一方面，可可以拉大充电电站之间的距
14、离，减减少充电站的的建设。1.5 本论论文的主要内内容当今社会电动汽汽车的发展迅迅猛，因此对对电动汽车充充电站监控系系统提出了很很高的要求。面面临能源和环环境的巨大压压力，以电力力作为驱动系系统动力源的的电动汽车成成为绿色交通通工具，有着着广阔的前景景，电动汽车车充电站则是是电动汽车运运行的不可缺缺少的能源服服务基础设施施。但是目前前电动汽车充充电站普遍实实行无人值班班，且能够保保证大规模充充电站正常运运营的充电站站监控系统尚尚无成熟产品品，各充电站站之间也无信信息联系，这这就要求充电电机的可靠性性及自动化智智能化程度更更高，功能更更加完善。仪仪器的设计，本本着简明科学实用的原则则，力求从整整
15、体出发，从从实际使用出出发，突出系系统的可靠性性免维护免培训特点点和系统结构构的简明完整整性，把对操操作人员的专专业技术要求求降到最低，发发挥系统整体体设计的优势势，使系统整整体性能达到到最佳，功能能强大而操作作简单，测量量精确而维护护方便，在此此基础上，完完成电动汽车车充电站监控控系统设计，做做到监测系统统稳定，可靠靠性能高。在系统设计中，应应充分应用近近年来发展起起来的各种新新技术新器件新方法，在在保证各项性性能指标能够够满足系统方方面要求的前前提下，力求求简化结构，降降低成本，提提高可靠性和和稳定性4。设计时需要注意意的问题：（1）、产品的的技术指标生产工艺等等要符合国家家有关规定和和地
16、方管理部部门的规定。（2）、运行的的可靠性和稳稳定性一定要要好，安装维护要方便便，操作要简简单。（3）、各项功功能要实用，既既要满足国家家和地方的有有关规定也要要考虑用户的的要求。（4）、设计制造尽可能能使用通用的的有替代产品品的原件，器器件和设备。（5）、能使用用软件实现的的功能，一般般不用硬件来来实现，以减减小体积，将将成本降至最最低。（6）、设计要要从整体出发发，分步分层实施，突突出系统的整整体性能，力力求系统整体体性能最大优优化。2 系统的设计计理论与基本本知识从第一章中我们们了解到了电电动汽车发展展及其相关技技术，对电动动汽车的发展展应该用了一一个大概的认认识。要想建建成一个合格格的
17、电动汽车车充电站监控控系统，所需需了解的地方方包括电动汽汽车的电能供供给方式、充充电站建设模模型、以及一一个电动汽车车充电站的监监控系统应该该包括哪些监监控方面等。下下面就以上所所说的比较重重要的几点做做一下简要的的介绍2.1 电动动汽车的电能能供给方式与与充电站建设设模式2.1.1电动动汽车的电能能供给方式目前，电动汽车车电能供给方方式主要有交交流充电、直直流充电和电电池组快速更更换3 种典型方方式。1）交流充电方方式。外部提提供220 V 或380 VV 交流电源源给电动汽车车车载充电机机，由车载充充电机给动力力蓄电池充电电。一般小型型纯电动汽车车、可外接充充电式混合动动力电动汽车车(pl
18、ugg in hhybridd elecctric vehiccle，PHEV)多采用此种种方式。车载载充电机一般般功率较小，充充电时间长。2）直流充电方方式。地面充充电机直接输输出直流电能能给车载动力力蓄电池充电电，电动汽车车只需提供充充电及相关通通信接口。地地面充电机一一般功率大，输输出电流、电电压变化范围围宽。有些地地面充电机还还具备快速充充电功能。3）电池组快速速更换方式。电电动汽车与充充电机无直接接联系，而是是通过专用电电池更换设备备将车上少电电的电池取下下，换上充满满电的电池，这这个过程所需需2.1.2充电电站建设模式式结合电动汽车的的发展趋势以以及电动汽车车电能供给的的典型方式，
19、本本文认为未来来电动汽车充充电站建设主主要有3 种典型模模式：1）模式1。在在住宅小区或或商业大厦的的专用停车场场安装一定数数量的智能充充电桩和少量量的智能地面面充电机。智智能充电桩为为电动汽车提提供220 V 或380 VV 交流电源源接口，智能能地面充电机机为电动汽车车提供应急充充电服务。该该模式适用于于小型纯电动动汽车、PHHEV 等。2）模式2。在在专用停车场场安装一定数数量的智能地地面充电机，直直接连接电动动汽车上的专专用充电接口口为车载电池池充电。该模模式适用于具具有专用停车车场的车辆，如如纯电动公交交车、纯电动动环卫车等。3）模式3，即即电池更换站站模式。站内内安装有直接接为电池
20、包充充电的充电机机和直接为电电动汽车充电电的应急充电电机，配备电电池快速更换换设备和电池池架，配有专专用配电系统统(含电能谐波波集中治理装装置)，能为纯电电动汽车提供供电池更换服服务。该模式式适用于一次次充电续驶里里程不能满足足日常行驶需需要而频繁充充电的车辆，如如大型纯电动动公交车、纯纯电动环卫车车等。2.2系统应用用功能需求2.2.1充电电监控功能充电监控功能是是充电站监控控系统的核心心功能，主要要实现对充电电桩和充电机机的监视与控控制。1）对充电桩的的监控。监视充电桩的交交流输出接口口的状态，如如电流、电压压、开关状态态、保护状态态等；采集与与充电桩相连连接的电动汽汽车的基本信信息；控制
21、充充电桩交流输输出接口的开开断。2）对充电机的的监控。充电机作为被监监控对象，上上送给监控系系统的数据主主要包含2 类：充电机机状态信息，即即输入输出电电压、电流、电电量、功率因因数、充电时时间、当前充充电模式、充充电机故障状状态等；电池池状态信息，即即电池包基本本信息、电池池单体电压、电电池单体温度度、电池故障障状态、电池池管理系统设设置信息等。此此外，在电池池包状态信息息部分，系统统还需根据采采集到的电池池单体电压、温温度等计算出出电池包内单单体最高电压压、最低电压压、最高温度度、最低温度度等统计信息，供限值值统计、告警警系统使用。对对充电机的控控制功能主要要包括：对充充电机充电开始、停止
22、、紧紧急停止的控控制；充电机机充电模式的的调整，即根根据充电机连连接电池的类类型及其充电电特性，操作作人员可通过过图形画面调调整各阶段充充电参数，并并下发给充电电机；向充电电机及其连接接的电池管理理系统下发对对时命令。2.2.2 配配电监控功能能实现对电动汽车车充电站配电电设备的监控控，方便统一一管理和数据据共享。可实实现对整站的的总功率、总总电流、总电电量、功率因因数、主变状状态、开关状状态、无功补补偿及谐波治治理设备的监监视和控制。2.2.3 烟烟感监视功能能在模式3 的充充电站中，为为了保障电池池充电安全，除除了通过电池池管理系统监监视电池电压压、温度外，在在电池充电架架中安装了数数量众
23、多的烟烟雾传感器，用用于探测锂离离子动力电池池因过充导致致电池自燃而而释放出的烟烟雾。这些传传感器接入充充电站监控系系统后，和充充电监控功能能(特别是在电电池管理系统统失效时)一起保障电电池充电的安安全。2.2.4 电电池维护监控控功能在大型充电站中中，需要通过过专门的电池池维护设备对对电池进行定定期维护。在在维护过程中中，系统将采采集到的维护护数据存入充充电站监控系系统数据库，形形成电池的完完整数据档案案，便于对电电池进行整体体评估。2.2. 快快速更换设备备监控功能在具备电池快速速更换设备的的充电站中，可可通过充电站站监控系统对对电池快速更更换设备下发发具体电池更更换命令：让让快速更换设设
24、备在指定轨轨道位置更换换2.3 电动动汽车充电站站电动汽车充电站站是指为电动动汽车充电的的站点，与现现在的加油站站相似。随着着低碳经济成成为我国经济济发展的主旋旋律，电动汽汽车作为新能能源战略和智智能电网的重重要组成部分分，以及国务务院确定的战战略性新兴产产业之一，必必将成为今后后中国汽车工工业和能源产产业发展的重重点。然而，电电动汽车产业业是一项系统统工程，电动动汽车充电站站则是主要环环节之一，必必须与电动汽汽车其他领域域实现共同协协调发展。 在中国国电动汽车充充电站的发展展是必然的，抢抢占先机也是是企业的制胜胜之道。在目目前的情况下下，国家虽有有大力倡导，各各企业又蠢蠢蠢欲动，但电电动汽车
25、走入入寻常百姓家家不是短期内内容易做到的的。国家政策策可以给（购购车补偿、上上路等），而而电动汽车充充电站网则无无法短期建，主主要原因是给给电动汽车快快速充电需要要瞬时强大的的功率电力，常常规电网无法法满足，必须须要建专用充充电网络，这这涉及整个国国家电网改造造，国家电网网大改造不是是小事，耗资资巨大，从讨讨论、立项到到成网，非一一朝一夕能实实现。 现在能较好好的解决快速速充电问题的的方案是-换换电站-利用用给汽车更换换电池的方法法代替漫长的的充电过程。一一辆汽车需要要配备两块电电池，当一块块电池用完后后自动切换到到另一块，此此时可到换电电站将用完 的电池换下，装装上满电的电电池。而换下下的电
26、池由电电站统一充电电和维护，前前提是充电站站要有相当数数量的备用电电池。这个方方法优点是快快速，用户换换完电池就可可以上路，比比加油都快。用用这种方法再再加上停车场场充电桩等辅辅助手段，相相信电动汽车车的普及就近近在眼前。 充电业务模模式是指电动动汽车用户在在汽车电能将将要耗尽的时时候选择到固固定地点的充充电站和充站站桩为汽车的的电池进行直直接充电的模模型。这是电电动汽车充电电站最先考虑虑的业务模式式，在这种业业务模式下，电电动汽车用户户通过在充电电站/充电桩桩直接为汽车车充电，即时时消费电力产产品并通过现现场付费的模模式支付费用用，完成交易易。 为此，建设设相应的电动动汽车充电计计费系统，引
27、引入集中式的的信息管理平平台，是开展展电动汽车充充放电站建设设工作的重要要组成部分。2.3.1系统统模块介绍充电站的收费系系统是必须的的，建设电动动汽车充电计计费系统，系系统的实现由由三部分组成成，下面分别别进行介绍： 1、建设充充电计费系统统管理平台，对对系统涉及到到的基础数据据进行集中式式管理，例如如电动汽车信信息、购电用用户信息、资资产信息等。 2、建设充充电计费系统统运营平台，用用于对电动汽汽车的充放电电及购电用户户的充值进行行运营管理。 3、建设充充电计费系统统查询平台，用用于对管理平平台及运营平平台产生的相相关数据进行行综合查询充电站按照功能能可以划分为为四个子模块块：配电系统统、
28、充电系统统、电池调度度系统、充电电站监控系统统。充电站给给汽车充电一一般分为三种种方式：普通通充电、快速速充电、电池池更换。普通通充电多为交交流充电，可可以使用2220V或3880V的电压压。快速充电电多为直流充充电。充电站站主要设备包包括充电机、充电电桩、有源滤滤波装置、电电能监控系统统。2.3.2 充充电站电力配配套常规充电 典型常常规充电站的的规模 根据目前电电动汽车常规规充电的数据据资料，一般般以20440辆电动汽汽车来配置一一个充电站，这这种配置是考考虑充分利用用晚间谷电进进行充电，缺缺点是充电设设备利用率低低。在高峰时时也考虑充电电，则可以66080辆辆电动来配制制一个充电站站，缺
29、点是充充电成本上升升，增加高峰峰负荷。 充电站站电力配套的的典型配置（前前提充电柜具具有谐波等处处理功能） a方案： 建造配电站站设计2路110KV电缆缆进线（配33*70mmm电缆），22台500KKVA变压器器，24路3380V出线线。其中二路路为快速充电电专用出线（配配 4*1220mm电缆缆、50M长长、4回路），二二路为机械充充电或备用出出线，其余为为常规充电出出线（配4*70mm电电缆、50MM长、20回回路） b方案： 设计2路110KV电缆缆线（配3*70mm电电缆），设置置2台5000KVA用户户箱变，每台台箱变配4路路380V出出线（配4*240mmm电缆、200M长、8回
30、回路），每路路出线设置一一台4回路电电缆分支箱向向充电柜供电电（配4*770mm电缆缆、50M长长、24回路路）。 快速充电 典型快快速充电站的的规模 根据目前电电动汽车快速速充电的数据据资料，一般般以同时向88辆电动汽车车充电来配置置一个充电站站。 充电站站电力配套的的典型配置 a方案、建建造配电站设设计2路100KV电缆进进线（配3*70mm电电缆），2台台500KVVA变压器，110路3800V出线（配配4*1200mm电缆、550M长、 10回路）。 b方案、设设计2路100KV电缆线线（配3*770mm电缆缆），设置22台500KKVA用户箱箱变，每台箱箱变配4路3380V出线线，供
31、充电站站（配4*1120mm电电缆、 500M长、8回回路）。 机械充电机械充电电站的规模 小型机械充充电站可以结结合常规充电电站建设同时时考虑，可以以根据需要选选择更大容量量的变压器。大大型机械充电电站一般以8801000组充电电池池同时充电配配置一个大型型机械充电站站，主要适用用于出租车行行业或电池租租赁行业，一一天不间断充充可以完成对对400组电电池的充电。 充电站站电力配套的的典型配置（大大型机械充电电站） 配电站2路路10KV电电缆进线（配配3*2400mm电缆），22台16000KVA变压压器， 100路380VV出线（配44*240mmm电缆、550M长、110回路）。 便携式充
32、电 别墅 具备三相四四线表计，独独立的停车库库，可以利用用已有的住宅宅供电设施，从从住宅配电箱箱专门放一路路10mm22或16mmm2的线路至至车库的专用用插座，来提提供便携式充充电电源。 一般住住宅 具有固定的集中中停车库，一一般要求地下下停车库（充充电安全考虑虑），可以利利用小区原有有的供电配套套设施进行改改造，必须根根据小区已有有的负荷容量量来考虑，包包括谷电的负负荷。具体方方案应根据小小区的供电设设施、方案以以及小区的建建筑环境具体体来确定。3 系统需求求分析及总体体设计需求分析和总体体设计是系统统开发必经阶阶段。在需求求分析阶段，应应该确定系统统的功能和特特性。在电动动汽车充电站站中
33、，监控系系统最重要的的是完成对充充电站的监控控，确保充电电站的安全。其其主要功能如如图3.1所示。图3.1主要功功能充电系统监控，针针对充电机控控制器及相连连的电池管理理系统，该网网络为三级，其其网络结构如如图3.2所示：图3.2 网络络结构第一网络是充电电机控制器和和对应的电池池箱上安装的的电池管理系系统之间的通通讯，由于充充电机控制器器和电池管理理系统之间的的串行通讯比比较简单，电电池通讯系统统不主动发送送命令和数据据，采用主从从式结构，故故选用RS-485总线线，控制器借借助电池管理理系统实时了了解各个单体体电池的荷电电状态，为实实现智能充电电创造条件。电电池管理系统统所采用到的的数据（
34、主要要包括单体电电池数量、电电压、温度、平平均电压、最最高电池电压压、最高温度度、故障代码码、充电标识识、故障状态态、最大允许许电压等变量量）按照协议议进行处理并并重新打包成成合适的总线线传送的数据据格式，然后后充电机控制制器通过总线线将其发送至至监控PC机机。第二网络是监控控PC机和充充电机控制器器之间，由于于它对抗干扰扰性、可靠性性要求较高，并并且传送距离离较远，故采采用一种多主主总线。监控控PC机接受受来自总监控控中心的指令令，控制充电电机完成指令令所规定的任任务，实时监监控充电机的的状态，将检检测到的信息息反馈给总监监控中心，为为总监控中心心调度决策提提供参考；同同时，它对充充电站内部
35、一一些设备的信信息进行存储储、转发和管管理。充电机机控制器是监监控系统的核核心，一方面面要完成对充充电机的实时时数据采集（主主要是充电机机状态，包括括电流、电压压、时间、温温度、开关状状态、保护状状态和电量等等参数）和实实时控制，这这些控制主要要是对充电机机开关、停止止和充电模式式的调整、对对与其相连的的电池管理系系统下发命令令；另一方面面，还要完成成对电池组各各数据进行收收集和管理。及及时把系统的的实时数据传传输给监控PPC机和接受受监控PC机机发来的控制制命令。最后是监控PCC机和城市总总监控中心之之间的通讯，因因为充电站监监控系统各工工作站和服务务器之间数据据交换频繁，数数据量大，故故采
36、用以太网网方式通信。另外，为了进一一步保证充电电的安全还有有一条针对安安装在充电架架上的烟雾传传感器的监控控网络。烟雾雾传感器是用用于探测锂离离子动力电池池因过充电导导致电池自然然而释放出的的烟雾。该网网络和电池管管理系统共同同保持充电电电池的安全。首首先烟雾传感感器信号经过过转换节点转转换为通信信信号，然后通通过总线发送送给烟雾报警警计算机。烟烟雾报警计算算机仅接受烟烟雾传感器的的报警信号，及及时发现有故故障的充电电电池，没必要要与上级进行行通信，其模模块如图3.3所示。图3.3 烟雾雾报警4 硬件电路路和软件设计计4.1 总体体结构框架硬件平台以attmel公司司的at911rm92000
37、芯片为核核心，这款工工业级芯片内内嵌网络控制制器，包含了了以太网maac控制，因因此只需外接接一片10/100m物物理层芯片ddm91611e提供以太太网接入通道道即可。caan总线接口口采用cann控制器芯片片mcp25515和高速速can总线线收发器tjja10500构成。mccp25155与at911rm92000的连接是是通过标准串串行外设接口口spi(aat91rmm9200内内嵌)来实现现的，它支持持canv22.0b技术术规范，能够够发送和接收收标准的和扩扩展的信息帧帧，同时具有有接收滤波和和信息管理的的功能。tjja10500是与mcpp2515相相配的高速ccan总线收收发器
38、，它担担负着节点和和总线之间接接收和发送电电平转换的任任务。另外，为为了使硬件平平台提供高效效的软件运行行环境，系统统还设计了存存储电路(116mb nnor fllash，主主要用来存放放系统引导程程序boottloadeer、内核、文文件系统；664mb nnand fflash，用用来存储数据据；32mbb sdraam，提供内内核与应用程程序的运行空空间)、复位位电路、jttag调试接接口和rs4485扩展串串口。图4.1总体结结构框架4.2 功能能模块NAND FLLASH：Nand-flashh内存是fllash内存存的一种，其其内部采用非非线性宏单元元模式，为固固态大容量内内存的
39、实现提提供了廉价有有效的解决方方案。Nannd-flaash存储器器具有容量较较大，改写速速度快等优点点，适用于大大量数据的存存储，因而在在业界得到了了越来越广泛泛的应用，如如嵌入式产品品中包括数码码相机、MPP3随身听记记忆卡、体积积小巧的U盘盘等。NOR FLAASH：flashh闪存是非易易失存储器，可可以对称为块块的存储器单单元块进行擦擦写和再编程程。任何fllash器件件的写入操作作只能在空或或已擦除的单单元内进行，所所以大多数情情况下，在进进行写入操作作之前必须先先执行擦除。NNAND器件件执行擦除操操作是十分简简单的，而NNOR则要求求在进行擦除除前先要将目目标块内所有有的位都写
40、为为0。 由于擦除NNOR器件时时是以64128KBB的块进行的的，执行一个个写入/擦除除操作的时间间为5s，与与此相反，擦擦除NANDD器件是以8832KBB的块进行的的，执行相同同的操作最多多只需要4mms。 执行擦除时时块尺寸的不不同进一步拉拉大了NORR和NADNN之间的性能能差距，统计计表明，对于于给定的一套套写入操作(尤其是更新新小文件时)，更多的擦擦除操作必须须在基于NOOR的单元中中进行。这样样，当选择存存储解决方案案时，设计师师必须权衡以以下的各项因因素。 l 、NOOR的读速度度比NANDD稍快一些。 2、 NAAND的写入入速度比NOOR快很多。 3 、NAAND的4mm
41、s擦除速度度远比NORR的5s快。 4 、大多多数写入操作作需要先进行行擦除操作。 5 、NAAND的擦除除单元更小，相相应的擦除电电路更少。SD RAM：Synchhronouus Dynnamic Randoom Acccess MMemoryy，同步动态态随机存储器器，同步是指指 Memoory工作需需要同步时钟钟，内部的命命令的发送与与数据的传输输都以它为基基准；动态是是指存储阵列列需要不断的的刷新来保证证数据不丢失失；随机是指指数据不是线线性依次存储储，而是自由由指定地址进进行数据读写写。JTAG：JTTAG是英文文“Joinnt Tesst Acttion GGroup（联联合测试
42、行为为组织）”的的词头字母的的简写，该组组织成立于11985 年年，是由几家家主要的电子子制造商发起起制订的PCCB 和ICC 测试标准准。JTAGG 建议于11990 年年被IEEEE 批准为IIEEE11149.1-1990 测试访问端端口和边界扫扫描结构标准准。该标准规规定了进行边边界扫描所需需要的硬件和和软件。自从11990 年年批准后，IIEEE 分分别于19993 年和11995 年年对该标准作作了补充，形形成了现在使使用的IEEEE11499.1a-11993 和和IEEE11149.11b-19994。JTAAG 主要应应用于：电路路的边界扫描描测试和可编编程芯片的在在线系统编
43、程程。CAN口为一种种总线接口模模式，以太网网口为at991rm92200与网络通通信的接口4.3 CAAN总线的特特点CAN总线属于于现场总线范范畴。它是一一种有效支持持分布式控制制或实时控制制的串行通信信网络，称为为控制器局域域网现场总线线。CAN网网络原本是德德国Boscch公司为欧欧洲汽车市场场所开发的。CCAN推出之之初是用于汽汽车内部测量量和执行部件件之间的数据据通信。例如如汽车刹车防防抱死系统、安安全气囊等。对对机动车辆总总线和对现场场总线的需求求有许多相似似之处，即能能够以较低的的成本、较高高的实时处理理能力在强电电磁干扰环境境下可靠地工工作。因此CCAN总线可可广泛应用于于离
44、散控制领领域中的过程程检测和控制制，特别是工工业自动化的的底层监控，以以解决控制与与测试之间的的可靠性问题题12。CAN总线有如如下基本特点点：CAN协议废废除了传统的的站地址编码码，采用数据据通信数据块块进行编程，可可以多主方式式工作。CAN采用非非破坏性仲裁裁技术，当两两个节点同时时向网络上传传送数据时，优优先级低的节节点主动停止止数据发送，而而优先级高的的节点可不受受影响地继续续传输数据，有有效避免了总总线冲突。CAN采用短短帧结构，每每一帧的 有有效字节为88个（CANN技术规范22.0A），数数据传输时间间短，受干扰扰的概率低，重重新发送的时时间短。CAN的每帧帧数据都有CCRC效验
45、及及其他检错措措施，保证了了数据传输的的高可靠性，适适于在高干扰扰环境中使用用。CAN节点在在错误严重的的情况下，具具有自动关闭闭总线的功能能，切断它与与总线的联系系，以使总线线上其它操作作不受影响。CAN可以点点对点、一点点对多点（成成组）及全局局广播集中方方式传送和接接受数据CAN总线直直接通讯距离离最远可达110km/55Kbps,通讯速率最最高可达1MMbps/440m。节点数可达达110个，通通信介质可以以是双绞线、同同轴电缆或光光导纤维。采用不归零码码编码/解码码方式，并采采用位填充（插插入）技术。CAN总线通通信接口中集集成了CANN协议的物理理层和数据链链路层功能，可可完成对通
46、信信数据的成帧帧处理，包括括位填充、数数据块编码、循循环冗余检验验、优先级别别判别等项工工作13。4.3.1 CCAN总线的的系统构成从原理和实现的的角度，只要要有两个CAAN节点和将将他们连接成成一体的通信信媒体就可以以构成一个CCAN总线系系统，这两个个节点之间通通过媒体交换换信息，而由由CAN总线线构成的控制制网络的结构构一般是由控控制器节点、传传感器节点、执执行器节点以以及其他的监监控节点如人人机界面组成成，CAN作作为控制局域域网还可以通通过网关和其其他网如以太太网互联构成成大型复杂的的控制网络结结构。用CANN总线系统组组成的网络，从从控制的角度度来看，最小小的控制系统统是一个单回
47、回路的简单闭闭环控制系统统由一个控制制器，一个传传感器和一个个执行器组成成；以CANN总线为基础础的网络控制制系统也可以以由多个互不不相关的控制制回路组成15，而而他们共享一一个控制网络络CAN总总线。 控制制系统如图44.2所示。从从现场总线控控制系统的概概念来说，传传感器节点、执执行器节点都都可以结成控控制器，即所所谓的智能节节点，这样就就形成了真正正分布式的网网络控制统。图4.2 CAAN总线控制制系统的结构构4.3.2 总总线访问及仲仲裁技术CAN总线使用用的是一种叫叫做“载波监测，多多主掌控/冲冲突避免”(CSMAA/CA)的的通信模式。载载波监测的意意思是指在总总线上的每个个节点在
48、发送送信息报文前前都必须监测测到总线上有有一段时间的的空闲状态。一一旦在此空闲闲众泰被监测测到，那么每每个节点都有有均等机会来来发送报文，这这被称为多主主掌握。冲突突避免是指在在两个以上节节点同时发送送信息时，节节点本身首先先会检测到出出现冲突，然然后采取相应应的措施来解解决这一冲突突情况。此时时优先级高的的报文先到达达，低优先级级的报文发送送会暂停。在在CAN总线线协议中是通通过一种非破破坏性的仲裁裁方式来实现现冲突检测的的。这就意味味着当总线出出现发送冲突突时，通过仲仲裁后原发送送信息不会收收到任何影响响。所有的仲仲裁判别都不不会破坏优先先级高的报文文信息内容，也也不会对其发发送产生任何何的延时。当总线空闲时呈呈隐性电平，此此时任何一个个节点都可以以向总线发送送一个显性电电平作为