如何實(shí)現(xiàn)充電弓快速充電的無(wú)線通訊?

根據(jù)中國(guó)充電聯(lián)盟數(shù)據(jù)，截至2020年1月底，全國(guó)已建成公共充電樁53.1萬(wàn)臺(tái)，私人充電樁71.2萬(wàn)臺(tái)，車樁比約為3.5:1，遠(yuǎn)低于《電動(dòng)汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展指南(2015-2020)》規(guī)劃的1:1。根據(jù)《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2021-2035年)》(征求意見(jiàn)稿)規(guī)劃，到2025年新能源汽車銷量占汽車銷量的25%左右，保守預(yù)計(jì)新能源汽車銷量700萬(wàn)輛左右。以新能源汽車保有量2000萬(wàn)輛、車樁比1:1估算，需要的充電樁數(shù)量約1880萬(wàn)臺(tái)。由此可見(jiàn)，我國(guó)在新能源車及充電樁方面將來(lái)幾年會(huì)迅速發(fā)展起來(lái)。

一、傳統(tǒng)充電樁對(duì)新能源汽車充電的弊端

目前新能源客車在公交領(lǐng)域普及率最高了，現(xiàn)在的新能源公交車大多采用充電槍進(jìn)行充電，當(dāng)公交車采用充電槍進(jìn)行充電時(shí)，充電電流最大不超過(guò)250安，充電時(shí)間相對(duì)長(zhǎng)，而且充電槍在和車上的接口多次插拔后，彼此的間隙越來(lái)越大，從而產(chǎn)生放電，導(dǎo)致充電槍被燒的故障，發(fā)生此類事故，則必須更換充電槍，維修成本高;另一方面每次充電操作都需要人工操作，當(dāng)充電槍相關(guān)配件因器件老化或者安全措施不到位，充電槍頭也會(huì)帶電，在使用過(guò)程中，容易發(fā)生觸電安全事故。

圖1 傳統(tǒng)充電模式

二、充電弓的工作原理

為了解決傳統(tǒng)充電模式帶來(lái)的安全隱患及操作的繁瑣性，充電弓方案應(yīng)運(yùn)而生。充電弓主要包括充電樁電源模塊、控制模塊以及第一無(wú)線傳輸模塊，公交部分主要包括BMS電池管理系統(tǒng)以及第二無(wú)線傳輸模塊，如下圖2原理框圖。與傳統(tǒng)充電樁充電的相同點(diǎn)在于，兩者都是通過(guò)充電機(jī)與BMS之間建立充電握手配置等階段進(jìn)行完成充電過(guò)程，而不同點(diǎn)在于，充電弓的第一無(wú)線通訊模塊與大巴車中的第二無(wú)線通訊可配對(duì)進(jìn)行無(wú)線通訊，完成充電配置，使充電弓下降并進(jìn)行觸式充電，無(wú)需人工干預(yù)。

圖2 充電弓充電原理圖

新能源汽車各個(gè)ECU之間通信采用CAN總線方式，但是CAN總線傳輸?shù)男盘?hào)與工業(yè)以太網(wǎng)信號(hào)不兼容，那么為了將電動(dòng)汽車內(nèi)傳輸?shù)男盘?hào)與充電弓的信號(hào)無(wú)線通信，可用CAN轉(zhuǎn)WIFI模塊使兩者建立無(wú)線通信橋梁，實(shí)現(xiàn)建立充電配對(duì)。

三、新能源汽車無(wú)線充電控制方案

電動(dòng)汽車和充電弓分別內(nèi)置CANWiFi-200T轉(zhuǎn)換器，可實(shí)現(xiàn)充電數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸。在充電過(guò)程中，用戶可通過(guò)駕駛艙中的屏幕實(shí)時(shí)查看電池容量、電壓、電流等參數(shù)，并可對(duì)充電故障實(shí)時(shí)監(jiān)控，保證充電安全。

圖3 電動(dòng)客車充電弓無(wú)線通信方案

CANWiFi-200T是一款高性能工業(yè)級(jí)WiFi與CAN-bus的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換設(shè)備，它內(nèi)部集成了2路CAN-bus 接口、1路EtherNet 接口以及1路WiFi接口，自帶成熟穩(wěn)定的TCP/IP 協(xié)議棧，用戶利于它可以輕松完成CAN-bus 網(wǎng)絡(luò)和WiFi網(wǎng)絡(luò)的互連互通。

圖4 CANWIFI-200T

1. CANWiFi-200T實(shí)現(xiàn)充電弓與電動(dòng)車無(wú)線通信是通過(guò)自帶的AP 熱點(diǎn)模式與Station客戶端模式。

·AP模式是指將CANWiFi-200T 作為一個(gè)無(wú)線熱點(diǎn)，接受其他 WiFi 設(shè)備的連接的模式，就像一臺(tái)無(wú)線路由器。

·Station 模式是指 CANWiFi-200T 作為一個(gè)客戶端連接到無(wú)線路由器等 AP 熱點(diǎn)上，實(shí)現(xiàn)無(wú)線接入網(wǎng)絡(luò)的功能。

圖5 充電弓與電動(dòng)大巴充電配對(duì)

用戶通過(guò)配置軟件使充電弓的CANWiFi-200T無(wú)線通訊模塊工作在AP模式，使大巴車作為Station模式接入，即可實(shí)現(xiàn)無(wú)線連接。

2. CANWiFi-200T自帶1路LAN接口，支持TCP Server、TCP Client、UDP 等多種工作模式

·TCP Server 模式下，CANWiFi-200T不會(huì)主動(dòng)與其它設(shè)備連接。它始終等待客戶端(TCP Client)的連接，在與客戶端建立 TCP 連接后即可進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)通信，如圖6所示。

圖6 CANWiFi-200T-TCP Server 模式

·TCP Client模式下，CANWiFi-200T將主動(dòng)與預(yù)先設(shè)定好的 TCP 服務(wù)器連接。如果連接不成功，客戶端將會(huì)根據(jù)設(shè)置的連接條件不斷嘗試與 TCP 服務(wù)器建立連接。在與 TCP 服務(wù)器端建立 TCP 連接后即可進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)通信，如圖7所示。

圖7 CANWiFi-200T-TCP Client模式

·UDP 模式使用 UDP 協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。UDP 是一種不基于連接的通信方式，工作在這種方式下的設(shè)備，地位都是相等的，不存在服務(wù)器和客戶端，它不能保證發(fā)往目標(biāo)主機(jī)的數(shù)據(jù)包被正確接收，所以在對(duì)可靠性要求較高的場(chǎng)合需要通過(guò)上層的通信協(xié)議來(lái)保證數(shù)據(jù)正確，如圖8所示。

圖8 CANWiFi-200T-UDP 模式

注意：LAN與 WLAN不能同時(shí)工作，當(dāng)插入網(wǎng)線時(shí)，WLAN停止工作，LAN 工作;當(dāng)拔掉網(wǎng)線時(shí)，WLAN工作，LAN停止工作。