CAN/RS485隔離收發(fā)模塊在直流充電樁上的應(yīng)用

　　充電樁是電動汽車的電站，其功能類似于加油站里面的加油機(jī)。根據(jù)對電動汽車的充電方式，充電樁可分為交流充電樁和直流充電樁兩大類。交流充電樁主要安裝在停車場，造價低廉，適合家用，給普通純電動轎車充滿電需要4-5個小時，俗稱“慢充”。目前小型車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“快充”。電動大巴車主要通過直流充電樁充電。

　　傳導(dǎo)式直流充電樁通過接口與電動汽車相連，人們在充電樁上的人機(jī)交互界面處刷卡和進(jìn)行相應(yīng)的操作后，即可給電動汽車充電。同時，在充電樁顯示屏上能夠顯示電量、費用、充電時間等數(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通信：直流充電樁與電動汽車通信、直流充電樁內(nèi)部設(shè)備的通信、直流充電樁與周圍其他設(shè)備(如控制中心)之間的通信。

　　直流充電樁與電動汽車之間通信

　　充電時，直流充電樁需要與電動汽車進(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始充電或斷電。GB/T 20234.3-2015對直流充電樁與電動汽車的通信方式及接口進(jìn)行了規(guī)范，二者之間通過CAN協(xié)議進(jìn)行通信，因此每一個直流充電插頭都必須包含CAN接口，一樁多充的充電樁則會有多個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充電電量等。一般智能電表自帶RS485接口，可以通過RS485這種通信方式將電量數(shù)據(jù)發(fā)送給計費控制單元，計費控制單元可實現(xiàn)核對用戶信息、計量、扣費、打印賬單等功能。另外，主控制單元一般通過CAN通信通知充電機(jī)開始或結(jié)束充電。如圖2所示。

　　直流充電樁與周圍其他設(shè)備之間的通信

　　電動汽車充電樁屬于配網(wǎng)側(cè)，其通信方式往往和配網(wǎng)自動化儀器綜合考慮。例如為一個充電站配備一定數(shù)量的充電樁時，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)來達(dá)到配網(wǎng)自動化管理。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)來實現(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

　　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，充電樁并不過分要求通信接口模塊的節(jié)點數(shù)、通信速率等基礎(chǔ)功能，但不可忽視以下幾個方面的性能：

　　電磁敏感性：直流充電樁周圍存在的大功率開關(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)：直流充電樁與電動汽車通過CAN總線進(jìn)行通信時，還需考慮總線防護(hù)，因為充電接口會不斷地與不同的汽車連接、斷開，這個過程中CAN總線極有可能產(chǎn)生瞬態(tài)電壓、ESD，若無防護(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，同時一旦接口模塊損壞，可以及時方便地進(jìn)行維修。

　　金升陽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，可以幫助工程師簡化設(shè)計，節(jié)省成本。金升陽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，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，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)到提升信號的共模抑制比，將控制器與外界干擾隔離開來，保證其正常工作。金升陽把收發(fā)芯片、隔離芯片及DC/DC隔離電源集成在一個小體積中的模塊中，既省去了用戶購買或設(shè)計電源的麻煩，也有利于節(jié)約控制板的PCB面積，讓用戶站在更高視角，輕松設(shè)計充電樁控制板。