充電樁從電源隔離到溫度監測的一體化方案設計

摘要：在全球能源危機和環(huán)境危機的大背景下，電動(dòng)汽車(chē)近年來(lái)行業(yè)增長(cháng)迅速，充電樁也迎來(lái)了快速發(fā)展階段。本文將提供一種充電樁從電源隔離到溫度監測的一體化設計方案，有效提高充電樁的抗干擾能力、穩定性和安全性。

充電樁的介紹及使用場(chǎng)景

充電樁是用于電動(dòng)汽車(chē)的充電設備，相當于汽車(chē)的加油機，從充電方式上可分為直流充電樁和交流充電樁，從使用環(huán)境上可分為室外充電樁和室內充電樁。充電樁通常由一個(gè)主控系統和多個(gè)子系統構成，子系統一般包括電源供電系統、充電槍、電表、顯示屏、讀卡模塊、溫度檢測系統等，子系統與主控系統之間由CAN、RS485等隔離器件連接通信。

圖1 充電樁受到外界干擾示例

一般來(lái)說(shuō)，交流充電樁（慢充）是通過(guò)車(chē)載充電機為電動(dòng)汽車(chē)提供電能，充電速度較慢，電流電壓較??；直流充電樁（快充）則可以直接為電動(dòng)汽車(chē)的蓄電池提供直流電能，充電速度快，電流電壓較大。不論是直流樁還是交流樁，充電樁內部的CAN、RS485、RS232的通信距離都不會(huì )很長(cháng)，所以節點(diǎn)數并不多，一般的隔離通信器件都能滿(mǎn)足波特率、節點(diǎn)數量的需求。但是充電樁本身是一個(gè)強弱電結合的電子系統，每個(gè)子系統之間還會(huì )相互串擾和存在共模噪聲影響，并且充電樁常常置于室外工作，易受雷擊、浪涌等外界環(huán)境影響。所以選擇具備更好EMC防護、可靠性更高的隔離通信方案尤為重要。

圖2 過(guò)溫引起火災險情（圖片源自網(wǎng)絡(luò )，侵刪）

另外，充電樁的使用環(huán)境也相對較嚴格，室外充電樁受自然環(huán)境影響更容易出現線(xiàn)路老化、漏電、短路等問(wèn)題；室內充電樁大多位于地下車(chē)庫內，空間狹小，車(chē)輛密集，容發(fā)生火災事故。所以對充電樁的過(guò)溫故障實(shí)時(shí)監測、預防火災險情是充電樁必不可少的一項功能。

針對上述情況，我司提供了一種從電源隔離到溫度監測一體化的設計方案，可以有效地解決充電樁的電磁干擾、高溫燒損等問(wèn)題，提高了充電樁的抗干擾能力、穩定性和安全性。

方案設計

圖3 充電樁整體方案框圖

該方案使用了致遠電子的A6G2C系列Cortex-A7核心板、CTM系列CAN隔離、RSM系列RS485、RS232隔離、ZAM系列PT1000測溫，可以完全滿(mǎn)足上述要求。高隔離耐壓性能、高精度溫度采集、小體積模塊與核心板一體化設計，幫助用戶(hù)輕松快速實(shí)現功能，同時(shí)滿(mǎn)足復雜的電磁環(huán)境、寬泛的工作溫度范圍，有效保障充電環(huán)境的安全與穩定。方案使用模塊及性能優(yōu)點(diǎn)如下：

A6G2C系列 無(wú)線(xiàn)IoT核心板

A6G2C-W256LI核心板可作為充電樁的主控板，板載高性能應用處理器，并集成Wi-Fi、zigbee、LoRa或NFC無(wú)線(xiàn)功能，搭載Linux或AWorks IoT操作系統。核心板上自帶Wi-Fi、藍牙模塊，可以實(shí)時(shí)遠程收發(fā)數據，對充電樁的系統進(jìn)行監控、升級，及時(shí)了解充電樁的全面情況。

A6G2C-W256LI產(chǎn)品特性：

l 內核Cortex-A7；

l 主頻528MHz；

l 內存256M；

l 低功耗、高性能；

l Linux或AWorks IoT操作系統；

l 工作環(huán)境溫度-30℃~+85℃。

10W隔主寬電壓輸入電源模塊

E_UHBDD-10W電源隔離模塊，用于主控板的隔離電源供電，可以提供優(yōu)異的EMS性能。

E_UHBDD-10W產(chǎn)品特性：

l 隔離電壓1500VDC；

l 輸入電壓范圍9V~75V；

l 效率高達87%；

l 可持續短路，自恢復；

l 輸出過(guò)壓保護、輸出過(guò)流保護；

l 工作環(huán)境溫度-40℃~+85℃。

CTM1051AMG隔離模塊

CTM1051AMG隔離模塊，用于充電槍和主控板之間的CAN總線(xiàn)隔離通信，可以有效防止充電槍與汽車(chē)的連接與斷開(kāi)時(shí)產(chǎn)生的ESD、瞬態(tài)的電壓變化、電火花等干擾，提供可靠的總線(xiàn)防護功能。

CTM1051AMG產(chǎn)品特性：

l 隔離電壓2500VDC；

l 支持CAN FD，最高速率5Mbps；

l 單網(wǎng)絡(luò )最多可連接110個(gè)節點(diǎn)；

l 超小體積，僅為一般產(chǎn)品的40%；

l 具備極低電磁輻射和高的抗電磁干擾性；

l 工作環(huán)境溫度-40℃~+105℃。

RSM485M隔離模塊

RSM485M隔離模塊，用于電表、絕緣檢測模塊與主控板之間的隔離通信，實(shí)現穩定電量的統計與計費，漏電檢測。

RSM485M產(chǎn)品特性：

l 隔離電壓2500VDC；

l 超小體積；

l 最多可連接64個(gè)節點(diǎn)；

l 電磁輻射EME極低；

l 電磁干擾EMS極高；

l 集成電源隔離和信號隔離；

l 工作環(huán)境溫度-40℃~+105℃。

RSM232D隔離模塊

RSM232D隔離模塊，用于顯示系統、讀卡模塊與主控板之間的隔離通信，完成身份識別、扣費等功能。

RSM232D產(chǎn)品特性：

l 隔離電壓2500VDC；

l 3.15V~5.25V 超寬壓輸入電源供電；

l 電磁輻射EME極低；

l 電磁干擾EMS極高；

l 工作環(huán)境溫度-40℃~+85℃。

ZAM6222系列雙通道熱電阻溫度測量模塊

ZAM6222B測溫模塊，用于充電槍接頭的溫度監測。充電接頭是充電樁與電動(dòng)汽車(chē)的充電連接點(diǎn)，易發(fā)生過(guò)溫現象。ZAM6222B監測該點(diǎn)的溫度，配合主控系統及電子鎖模塊，可以預防充電過(guò)程中過(guò)壓、短路、漏電等故障引起充電槍的高溫損壞，同時(shí)也可以作為充電樁內部的實(shí)時(shí)溫度監測模塊，起到火災預警作用。

l ZAM6222B產(chǎn)品特性：

l 兩通道PT1000熱電阻測量；

l -100℃~300℃測溫范圍；

l 0.02%±0.1℃測溫誤差（三線(xiàn)制）；

l 0.1%±0.2℃測溫誤差（二線(xiàn)制）；

l 工作環(huán)境溫度-40℃~+85℃；

l 斷線(xiàn)檢測功能。