電動(dòng)汽車(chē)充電的三大注意事項

用于商業(yè)和住宅用途的典型電動(dòng)汽車(chē) (EV) 充電站設計包括電能計量、剩余電流檢測（交流和直流）、隔離安全合規性、繼電器和接觸器，還具有驅動(dòng)功能、雙向通信以及服務(wù)和用戶(hù)界面。雖然充電站的目標是高效地將電力傳輸到車(chē)輛，但實(shí)現電力傳輸僅是其最初的功能。

根據 IHS Markit 的最新報告，到 2030 年，估計有 2000 萬(wàn)個(gè)公共電動(dòng)汽車(chē)充電站將連接到電網(wǎng)，小區充電站規模預計將大幅擴展以滿(mǎn)足需求。電動(dòng)汽車(chē)充電站設計包含獨特的挑戰。電動(dòng)汽車(chē)供應設備 (EVSE) 必須結合通信、功能安全和信息安全功能，同時(shí)提供簡(jiǎn)單的升級路徑，以便適應未來(lái)的電網(wǎng)集成。在本文中，我將在可擴展硬件和軟件案例中簡(jiǎn)要介紹將TI 的 SitaraTM AM625用于 2 級交流電動(dòng)汽車(chē)充電站的三個(gè)設計注意事項。 

設計注意事項 1：了解未來(lái)的通信標準和電網(wǎng)集成

未來(lái)的電動(dòng)汽車(chē)有望成為能源來(lái)源，即在用電高峰或停電期間將存儲的電能返回電網(wǎng)。管理這種潛在的能量交換是電網(wǎng)集成的一個(gè)方面，這使得通信成為電動(dòng)汽車(chē)充電站的一項關(guān)鍵設計考量。無(wú)論是車(chē)輛充電點(diǎn)到電網(wǎng)，還是充電站到云端，前后端通信設計都必須滿(mǎn)足充電過(guò)程中的數據、功能安全與信息安全標準，如圖 1 所示。

圖 1：V2G 技術(shù)

國際標準化組織 (ISO) 15118 標準概述了電動(dòng)汽車(chē)和充電站之間的雙向通信協(xié)議，能夠交換車(chē)輛識別、充電控制和充電狀態(tài)等信息，從而實(shí)現即插即充等功能。囊括前端和后端通信要求以滿(mǎn)足 ISO 15118 標準，不僅在當前滿(mǎn)足合規性，還能面向未來(lái)的電網(wǎng)集成實(shí)現設計的長(cháng)期適用性。

當前選擇合適的處理器集成和軟件功能，可以面向未來(lái)的電網(wǎng)集成實(shí)現簡(jiǎn)單的優(yōu)化。圖 2 所示電動(dòng)汽車(chē)充電設計中使用的 SitaraTM AM625 包括一個(gè)帶有標準軟件開(kāi)發(fā)套件的主線(xiàn) Linux? 內核，可確保高效維護和簡(jiǎn)化更新。AM625處理器還支持安全啟動(dòng)以實(shí)現 IP 保護，帶有內置的硬件安全模塊 (HSM)，并采用先進(jìn)的電源管理支持來(lái)優(yōu)化空閑時(shí)的系統功耗。

圖 2：交流充電器方框圖；直流充電器方框圖

設計注意事項 2：利用基于模塊的設計實(shí)現靈活的交流或直流充電選項

為電動(dòng)汽車(chē)充電器確定合適的連接解決方案包括考慮其用例、安裝環(huán)境以及針對電網(wǎng)集成的擴展。商用電動(dòng)汽車(chē)充電器通常需要云連接來(lái)管理計費、配電以及汽車(chē)數據洞察，您可能需要考慮在多個(gè)充電點(diǎn)之間進(jìn)行集中數據管理的功能。小區充電器最終將成為智能家居的延伸，需要與現有的有線(xiàn)和無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )集成。

開(kāi)放充電協(xié)議 (OCPP) 是定義在充電站和管理數據交換的充電站網(wǎng)絡(luò )之間通信的標準。面向該協(xié)議進(jìn)行設計需要多種連接選項，可通過(guò)以太網(wǎng)、蜂窩、Wi-Fi? 或 Sub-1GHz 信號來(lái)實(shí)現。

為了應對靈活滿(mǎn)足 OCPP 的挑戰，電動(dòng)汽車(chē)充電器需要具有多種連接選項。例如，WiFi 無(wú)處不在。因此，它可用于將電動(dòng)汽車(chē)充電器連接到現有基礎設施，或為有線(xiàn)連接不可行的充電站網(wǎng)絡(luò )提供本地連接。當電動(dòng)汽車(chē)充電器部署在地下停車(chē)場(chǎng)等具有挑戰性的射頻環(huán)境中時(shí)，Sub-1GHz 等低頻通信在連接可靠性方面優(yōu)于LTE。無(wú)論設計是用于商業(yè)還是住宅用途，或者充電器的位置在哪里，設計都需要靈活可靠的連接解決方案。

選擇合適的連接解決方案意味著(zhù)支持更高的工作溫度范圍，即使在溫度變化很大的惡劣環(huán)境中也能確保穩定連接。此外，還要確保與商業(yè)或家庭網(wǎng)絡(luò )的互操作性。TI 的WL1837MOD WiLinkTM 8 模塊可提供出色的射頻性能，以及與其他 WiFi 設備的強大互操作性。它還集成了藍牙，便于配置和部署。結合 Phytec 可用于大批量生產(chǎn)的 Phycor-am62x 多核 Arm? 處理器系統級模塊，WL1837MOD 可提供生態(tài)系統軟件兼容性，便于第三方軟件集成，并為未來(lái) OCPP 2.0.1 及更高版本的遷移和優(yōu)化提供升級路徑。

設計注意事項 3：通過(guò)信息安全與功能安全選項管理壽命。

隨著(zhù) ISO 15118 和 OCPP 2.0.1未來(lái)朝著(zhù)提高數據洞察（對車(chē)輛和用戶(hù)數據）的方向發(fā)展，安全軟件對于連接和通信都至關(guān)重要。該處理器將在實(shí)現未來(lái)電動(dòng)汽車(chē)充電可擴展方面發(fā)揮關(guān)鍵作用，既作為監測數據質(zhì)量和充電級別的系統監視器，又可為深入了解支付和車(chē)輛數據提供安全網(wǎng)關(guān)。

ISO 15118 的應用層和傳輸層都支持數據安全。傳輸層安全 (TLS) 1.2 或更高版本對傳輸層通信進(jìn)行加密。盡管 ISO 15118-2 的 TLS 僅在使用即插即充識別機制時(shí)是強制性的，但 TLS 在未來(lái)的 ISO 15118-20 標準中對所有用例和所有識別機制都是強制性的。AM625 具有板載 HSM 信息安全功能，例如：

· 安全啟動(dòng)。

· 自編程硬件 (eFuse) 密鑰。

· 支持經(jīng)過(guò)加密和身份驗證的啟動(dòng)。

· 調試（聯(lián)合行動(dòng)組）端口。

· 在高安全性設備上默認關(guān)閉。

· eFuse 設置允許永久關(guān)閉。

每個(gè)電動(dòng)汽車(chē)充電設計都包含多個(gè)安全方面的內容，包括安全電纜連接、接地故障監測、繼電器驅動(dòng)和高壓隔離。TI 的 DRV8220 電機驅動(dòng)器集成電路具有集成的 H 橋、邏輯控制和保護功能，可輕松實(shí)現插頭鎖定、接地故障監測和繼電器驅動(dòng)器。

結語(yǔ)

電動(dòng)汽車(chē)充電行業(yè)不斷發(fā)展，變得更加標準化、智能和高效。設計人員必須考慮靈活的連接性和安全性，以實(shí)現與電網(wǎng)的長(cháng)期集成。選擇合適的處理器設計需要考慮不斷增長(cháng)的數據處理需求以及對可靠軟件棧的需要。