CAN/RS485隔離收發(fā)模塊在直流充電樁上的應(yīng)用

 充電樁是電動(dòng)汽車(chē)的電站，其功能類(lèi)似于加油站里面的加油機(jī)。根據(jù)對(duì)電動(dòng)汽車(chē)的充電方式，充電樁可分為交流充電樁和直流充電樁兩大類(lèi)。交流充電樁主要安裝在停車(chē)場(chǎng)，造價(jià)低廉，適合家用，給普通純電動(dòng)轎車(chē)充滿電需要4-5個(gè)小時(shí)，俗稱(chēng)“慢充”。目前小型車(chē)多采用交流充電樁充電。直流充電樁主要安裝在大型充電站內(nèi)，以三相四線制的方式連接電網(wǎng)，能夠提供充足的電力，輸出的電壓和電流調(diào)整范圍大，俗稱(chēng)“快充”。電動(dòng)大巴車(chē)主要通過(guò)直流充電樁充電。

傳導(dǎo)式直流充電樁通過(guò)接口與電動(dòng)汽車(chē)相連，人們?cè)诔潆姌渡系娜藱C(jī)交互界面處刷卡和進(jìn)行相應(yīng)的操作后，即可給電動(dòng)汽車(chē)充電。同時(shí)，在充電樁顯示屏上能夠顯示電量、費(fèi)用、充電時(shí)間等數(shù)據(jù)。這里就需要用到通信協(xié)議。直流充電樁主要涉及三類(lèi)通信：直流充電樁與電動(dòng)汽車(chē)通信、直流充電樁內(nèi)部設(shè)備的通信、直流充電樁與周?chē)渌O(shè)備(如控制中心)之間的通信。

直流充電樁與電動(dòng)汽車(chē)之間通信

充電時(shí)，直流充電樁需要與電動(dòng)汽車(chē)進(jìn)行信息互換，讓充電樁識(shí)別插頭連接狀態(tài)，如是否可靠連接、是否漏電等，用于確定是否可以開(kāi)始充電或斷電。GB/T 20234.3-2015對(duì)直流充電樁與電動(dòng)汽車(chē)的通信方式及接口進(jìn)行了規(guī)范，二者之間通過(guò)CAN協(xié)議進(jìn)行通信，因此每一個(gè)直流充電插頭都必須包含CAN接口，一樁多充的充電樁則會(huì)有多個(gè)CAN接口。如圖2所示。

直流充電樁內(nèi)部功能單元之間通信

在充電樁內(nèi)部，多個(gè)控制單元之間也需要進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，如多功能智能電表檢測(cè)充電電量等。一般智能電表自帶RS485接口，可以通過(guò)RS485這種通信方式將電量數(shù)據(jù)發(fā)送給計(jì)費(fèi)控制單元，計(jì)費(fèi)控制單元可實(shí)現(xiàn)核對(duì)用戶(hù)信息、計(jì)量、扣費(fèi)、打印賬單等功能。另外，主控制單元一般通過(guò)CAN通信通知充電機(jī)開(kāi)始或結(jié)束充電。如圖2所示。

直流充電樁與周?chē)渌O(shè)備之間的通信

電動(dòng)汽車(chē)充電樁屬于配網(wǎng)側(cè)，其通信方式往往和配網(wǎng)自動(dòng)化儀器綜合考慮。例如為一個(gè)充電站配備一定數(shù)量的充電樁時(shí)，充電站、充電樁及其他電網(wǎng)設(shè)備、管理設(shè)備之間需要交換數(shù)據(jù)來(lái)達(dá)到配網(wǎng)自動(dòng)化管理。主流的通信方式由WIFI、GPRS、CAN總線、RS485總線、工業(yè)以太網(wǎng)等組成網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)，由于這幾種方式在不同網(wǎng)絡(luò)規(guī)模、網(wǎng)絡(luò)特性的應(yīng)用中各有優(yōu)劣，目前行業(yè)內(nèi)也未形成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，為了保持充電樁接入網(wǎng)絡(luò)的靈活性，常見(jiàn)的做法是在控制板上預(yù)留幾種主流的通信接口，以適應(yīng)不同通信網(wǎng)絡(luò)要求。如圖2所示，主板預(yù)留了以太網(wǎng)、CAN總線和RS485總線的接口。

直流充電樁中通信接口模塊選型要點(diǎn)

除了充電站網(wǎng)絡(luò)布局之外，對(duì)于CAN隔離收發(fā)器和RS485隔離收發(fā)器，充電樁并不過(guò)分要求通信接口模塊的節(jié)點(diǎn)數(shù)、通信速率等基礎(chǔ)功能，但不可忽視以下幾個(gè)方面的性能：

電磁敏感性：直流充電樁周?chē)嬖诘拇蠊β书_(kāi)關(guān)元件產(chǎn)生大量電磁干擾，通信模塊要能夠有效抵御惡劣的電磁環(huán)境。

總線防護(hù)：直流充電樁與電動(dòng)汽車(chē)通過(guò)CAN總線進(jìn)行通信時(shí)，還需考慮總線防護(hù)，因?yàn)槌潆娊涌跁?huì)不斷地與不同的汽車(chē)連接、斷開(kāi)，這個(gè)過(guò)程中CAN總線極有可能產(chǎn)生瞬態(tài)電壓、ESD，若無(wú)防護(hù)，CAN通信接口極易損壞。

環(huán)境溫度：直流充電樁工作于室外，環(huán)境溫度一般為-20℃~+50℃;部分散熱不良處溫度可能達(dá)到75℃以上。因此，通信接口模塊要能適應(yīng)嚴(yán)苛的工作溫度。

故障率：通信接口模塊直接關(guān)系到直流充電樁充電功能，故要求通信接口模塊故障率極低，同時(shí)一旦接口模塊損壞，可以及時(shí)方便地進(jìn)行維修。

金升陽(yáng)兩款隔離通信接口模塊TD501DCANH3和TD501D485H滿足以上要求。它們集成了收發(fā)芯片、隔離芯片及DC/DC隔離電源于一體，可以幫助工程師簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，節(jié)省成本。金升陽(yáng)CAN和485隔離收發(fā)器具有隔離共模干擾功能，能夠適應(yīng)直流充電樁惡劣的電磁環(huán)境。尤其CAN隔離收發(fā)模塊，裸機(jī)可承受±4KV ESD，故障導(dǎo)致的總線電壓高達(dá)±58V時(shí)，模塊仍不損壞。另外，CAN隔離收發(fā)模塊工作溫度為-40℃~+105℃，RS485隔離收發(fā)模塊工作溫度為-40℃~+85℃，滿足直流充電樁嚴(yán)苛的工作環(huán)境溫度。

總結(jié)

直流充電樁應(yīng)用中的通信接口設(shè)計(jì)，主要考慮其抗干擾能力，因此推薦使用隔離收發(fā)模塊。金升陽(yáng)CAN/RS485隔離收發(fā)模塊可以切斷共模干擾的傳輸路徑，達(dá)到提升信號(hào)的共模抑制比，將控制器與外界干擾隔離開(kāi)來(lái)，保證其正常工作。金升陽(yáng)把收發(fā)芯片、隔離芯片及DC/DC隔離電源集成在一個(gè)小體積中的模塊中，既省去了用戶(hù)購(gòu)買(mǎi)或設(shè)計(jì)電源的麻煩，也有利于節(jié)約控制板的PCB面積，讓用戶(hù)站在更高視角，輕松設(shè)計(jì)充電樁控制板。