CAN/RS485隔離收發(fā)模塊在直流充電樁上的應用

　　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。根據對電動(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(mǎn)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，以三相四線(xiàn)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。

　　傳導式直流充電樁通過(guò)接口與電動(dòng)汽車(chē)相連，人們在充電樁上的人機交互界面處刷卡和進(jìn)行相應的操作后，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、費用、充電時(shí)間等數據。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、直流充電樁內部設備的通信、直流充電樁與周?chē)渌O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。

　　直流充電樁內部功能單元之間通信

　　在充電樁內部，多個(gè)控制單元之間也需要進(jìn)行數據交換，如多功能智能電表檢測充電電量等。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據發(fā)送給計費控制單元，計費控制單元可實(shí)現核對用戶(hù)信息、計量、扣費、打印賬單等功能。另外，主控制單元一般通過(guò)CAN通信通知充電機開(kāi)始或結束充電。如圖2所示。

　　直流充電樁與周?chē)渌O備之間的通信

　　電動(dòng)汽車(chē)充電樁屬于配網(wǎng)側，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)充電站配備一定數量的充電樁時(shí)，充電站、充電樁及其他電網(wǎng)設備、管理設備之間需要交換數據來(lái)達到配網(wǎng)自動(dòng)化管理。主流的通信方式由WIFI、GPRS、CAN總線(xiàn)、RS485總線(xiàn)、工業(yè)以太網(wǎng)等組成網(wǎng)絡(luò )來(lái)實(shí)現，由于這幾種方式在不同網(wǎng)絡(luò )規模、網(wǎng)絡(luò )特性的應用中各有優(yōu)劣，目前行業(yè)內也未形成統一的標準，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留幾種主流的通信接口，以適應不同通信網(wǎng)絡(luò )要求。如圖2所示，主板預留了以太網(wǎng)、CAN總線(xiàn)和RS485總線(xiàn)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點(diǎn)數、通信速率等基礎功能，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(xiàn)防護：直流充電樁與電動(dòng)汽車(chē)通過(guò)CAN總線(xiàn)進(jìn)行通信時(shí)，還需考慮總線(xiàn)防護，因為充電接口會(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(xiàn)極有可能產(chǎn)生瞬態(tài)電壓、ESD，若無(wú)防護，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到75℃以上。因此，通信接口模塊要能適應嚴苛的工作溫度。

　　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(mǎn)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)化設計，節省成本。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，裸機可承受±4KV ESD，故障導致的總線(xiàn)電壓高達±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(mǎn)足直流充電樁嚴苛的工作環(huán)境溫度。

　　總結

　　直流充電樁應用中的通信接口設計，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，達到提升信號的共模抑制比，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)購買(mǎi)或設計電源的麻煩，也有利于節約控制板的PCB面積，讓用戶(hù)站在更高視角，輕松設計充電樁控制板。