第一章緒論第二章系統(tǒng)總體設計第三章充電控制算法研究第四章安全保障機制研究第五章系統(tǒng)實現(xiàn)與測試第六章總結與展望01第一章緒論第1頁引言：智能充電樁的發(fā)展背景與意義電動汽車市場的快速增長全球及中國電動汽車銷量數(shù)據展示充電樁基礎設施的重要性充電樁數(shù)量增長與電動汽車普及率的關系現(xiàn)有充電樁存在的問題充電效率、安全隱患、用戶體驗等方面的不足本研究的意義通過優(yōu)化設計和算法提升充電效率和安全性第2頁研究現(xiàn)狀與問題分析充電效率提升技術DC快充技術的發(fā)展現(xiàn)狀與局限性智能化管理技術云平臺在充電樁管理中的應用與挑戰(zhàn)安全性增強技術現(xiàn)有安全保護機制的不足之處硬件設計不足STM32芯片功耗控制和安全保護機制的優(yōu)化空間第3頁研究目標與內容框架硬件設計目標基于STM32微控制器的系統(tǒng)硬件架構設計軟件設計目標充電控制算法、安全保護算法和用戶交互界面的開發(fā)安全性研究目標過溫、過壓、過流保護機制的實驗驗證系統(tǒng)測試目標實際場景測試與性能評估第4頁研究方法與技術路線文獻研究法系統(tǒng)梳理國內外智能充電樁的研究現(xiàn)狀實驗研究法通過實驗驗證設計的可行性和性能仿真模擬法利用MATLAB/Simulink進行充電控制算法的仿真系統(tǒng)測試法對設計完成的充電樁進行實際場景測試02第二章系統(tǒng)總體設計第5頁系統(tǒng)總體架構概述硬件層STM32主控模塊、電源管理模塊、充電模塊、安全保護模塊等軟件層嵌入式操作系統(tǒng)、充電控制算法、安全保護算法等通信層RS485和Wi-Fi實現(xiàn)與上位機和用戶的通信應用層用戶交互界面，支持遠程監(jiān)控和充電調度第6頁硬件系統(tǒng)設計STM32主控模塊采用STM32F411CEU6芯片，主頻為180MHz，具備豐富的外設接口電源管理模塊采用AMS1117-3.3和MP1505芯片，將AC220V轉換為系統(tǒng)所需的5V和12V電壓充電模塊采用RichtekRT8315芯片，支持最大5A充電電流，具備過壓、過流、過溫保護功能安全保護模塊采用AD8232芯片，實時監(jiān)測充電過程中的溫度、電壓、電流等參數(shù)，并進行實時保護第7頁軟件系統(tǒng)設計嵌入式操作系統(tǒng)采用FreeRTOS，提供任務調度、內存管理、通信等功能充電控制算法采用恒流恒壓（CCCV）充電算法，通過PWM控制充電電流和電壓安全保護算法通過ADC采集溫度、電壓、電流等參數(shù)，當參數(shù)超過閾值時，立即切斷充電回路用戶交互界面采用LCD顯示屏和按鍵實現(xiàn)用戶操作，支持充電狀態(tài)顯示、參數(shù)設置等功能第8頁通信接口設計RS485通信Wi-Fi通信通信協(xié)議采用MAX485芯片，實現(xiàn)與上位機的通信，傳輸充電數(shù)據和狀態(tài)信息采用ESP8266芯片，通過Wi-Fi模塊實現(xiàn)與云平臺的通信，支持遠程監(jiān)控和充電調度采用ModbusRTU，數(shù)據幀格式說明03第三章充電控制算法研究第9頁充電控制算法概述恒流恒壓（CCCV）充電算法自適應充電算法充電控制算法的重要性電池充電初期采用恒流充電，當電池電壓達到設定值后切換為恒壓充電，直到充電電流下降到設定值為止根據電池的實時狀態(tài)調整充電電流和電壓，以優(yōu)化充電效率直接影響充電效率和電池壽命第10頁恒流恒壓（CCCV）充電算法恒流充電階段恒壓充電階段充電結束判斷通過PWM控制充電電流，保持電流恒定，直到電池電壓達到設定值切換為恒壓充電，通過PWM控制充電電壓，保持電壓恒定，直到充電電流下降到設定值當充電電流下降到設定值時，停止充電第11頁自適應充電算法電池狀態(tài)監(jiān)測參數(shù)分析自適應調整通過ADC采集電池的電壓、電流、溫度等參數(shù)根據采集到的參數(shù)，判斷電池的當前狀態(tài)，如充滿、半充滿等根據電池狀態(tài)，動態(tài)調整充電電流和電壓，以優(yōu)化充電效率第12頁充電控制算法仿真CCCV算法仿真結果仿真結果表明，CCCV算法能夠有效控制充電電流和電壓，充電效率達到95%以上自適應充電算法仿真結果仿真結果表明，自適應充電算法能夠根據電池狀態(tài)動態(tài)調整充電電流和電壓，充電效率達到98%以上04第四章安全保障機制研究第13頁安全保障機制概述過溫保護機制通過PT100溫度傳感器實時監(jiān)測充電樁和電池的溫度，當溫度超過閾值時，立即切斷充電回路過壓保護機制通過ADC實時監(jiān)測輸入電壓和輸出電壓，當電壓超過閾值時，立即切斷充電回路過流保護機制通過ADC實時監(jiān)測充電電流，當電流超過閾值時，立即切斷充電回路短路保護機制通過電流檢測電路實時監(jiān)測充電回路，當發(fā)生短路時，立即切斷充電回路第14頁過溫保護機制溫度監(jiān)測溫度閾值設定保護動作通過PT100溫度傳感器實時監(jiān)測充電樁和電池的溫度設定溫度閾值，如充電樁溫度超過60℃或電池溫度超過45℃時，立即切斷充電回路當溫度超過閾值時，通過繼電器切斷充電回路，并發(fā)出報警信號第15頁過壓保護機制電壓監(jiān)測電壓閾值設定保護動作通過ADC實時監(jiān)測輸入電壓和輸出電壓設定電壓閾值，如輸入電壓超過260V或輸出電壓超過15V時，立即切斷充電回路當電壓超過閾值時，通過繼電器切斷充電回路，并發(fā)出報警信號第16頁過流保護機制電流監(jiān)測電流閾值設定保護動作通過ADC實時監(jiān)測充電電流設定電流閾值，如充電電流超過10A時，立即切斷充電回路當電流超過閾值時，通過繼電器切斷充電回路，并發(fā)出報警信號05第五章系統(tǒng)實現(xiàn)與測試第17頁系統(tǒng)硬件實現(xiàn)電路板設計元器件采購電路板制作采用AltiumDesigner進行電路板設計，包括STM32主控模塊、電源管理模塊、充電模塊、安全保護模塊等采購所需元器件，如STM32F411CEU6芯片、AMS1117-3.3芯片、MP1505芯片、RichtekRT8315芯片、AD8232芯片等將電路板設計文件發(fā)送至PCB廠進行制作，制作完成后進行焊接和調試第18頁系統(tǒng)軟件實現(xiàn)嵌入式操作系統(tǒng)開發(fā)采用KeilMDK進行嵌入式操作系統(tǒng)開發(fā)，包括任務調度、內存管理、通信等功能充電控制算法開發(fā)采用CCCV和自適應充電算法，通過PWM控制充電電流和電壓安全保護算法開發(fā)通過ADC采集溫度、電壓、電流等參數(shù)，當參數(shù)超過閾值時，立即切斷充電回路用戶交互界面開發(fā)采用LCD顯示屏和按鍵實現(xiàn)用戶操作，支持充電狀態(tài)顯示、參數(shù)設置等功能第19頁系統(tǒng)測試方案功能測試測試充電樁的充電功能、安全保護功能、用戶交互功能等性能測試測試充電樁的充電效率、充電速度、系統(tǒng)穩(wěn)定性等安全性測試測試充電樁的過溫保護、過壓保護、過流保護等性能實際場景測試在實際充電場景中測試充電樁的性能和用戶體驗第20頁系統(tǒng)測試結果功能測試結果充電樁的充電功能、安全保護功能、用戶交互功能等均正常性能測試結果充電效率達到95%以上，充電速度達到10A，系統(tǒng)穩(wěn)定性良好安全性測試結果過溫保護、過壓保護、過流保護等性能均符合設計要求實際場景測試結果充電樁的性能和用戶體驗良好06第六章總結與展望第21頁研究成果總結硬件設計成果基于STM32微控制器的系統(tǒng)硬件架構設計軟件設計成果充電控制算法、安全保護算法和用戶交互界面的開發(fā)安全性研究成果過溫、過壓、過流保護機制的實驗驗證系統(tǒng)測試成果實際場景測試與性能評估第22頁研究不足與改進方向充電效率提升采用更先進的充電控制算法，如人工智能充電算法安全性增強增加更多的安全保護機制，如電池管理系統(tǒng)（BMS）等用戶體驗優(yōu)化增加更多的用戶交互功能，如語音交互等智能化管理通過云平臺實現(xiàn)遠程監(jiān)控和充電調度，支持智能充電調度功能第23頁未來展望充電效率提升采用人工智能充電算法，根據電池的實時狀態(tài)動態(tài)調整充電電流和電壓，以優(yōu)化充電效率安全性增強增加電池管理系統(tǒng)（BMS），實時監(jiān)測電池的電壓、電流、溫度等參數(shù)，并進行實時保護用戶體驗優(yōu)化增加語音交互功能，支持用戶通過語