直流充電樁上電源、CAN、RS485、RS232的隔離應用
英飛凌汽車電子生態(tài)圈
直流充電樁是一個典型的強弱電結合的電子系統(tǒng)，充電功率流的強電部分跟后臺的控制、顯示、通訊、計費等弱電系統(tǒng)集合在一起，EMC和可靠性兼顧的問題比較棘手。下面簡要描下電源、CAN、RS485/232的隔離在直流樁上的應用。
本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/201606/292668.htm
圖 1 充電樁示意圖
一、直流樁的主要通信方式
1、CAN-bus：根據(jù)GB/T 20234.1-2015《電動汽車傳導充電用連接裝置》的規(guī)范，直流樁與電動汽車通過CAN接口進行通信，每一個充電插頭都有CAN接口。一樁兩充、一樁四充則有多個CAN接口。同時，控制單元和充電機之間一般也通過CAN通信，控制整個充電的過程。
2、RS485：電能表、絕緣檢測和控制單元之間一般通過RS-485相連，完成電量的統(tǒng)計計費、漏電檢測等。
3、RS232：刷卡、微打等功能部件和控制單元之間，一般用RS-232相連，完成身份識別、扣費、賬單打印等功能。
4、Wifi、GPRS、工業(yè)以太網(wǎng)等：主要是連接車聯(lián)網(wǎng)、服務器后臺等，方便實現(xiàn)遠程的系統(tǒng)監(jiān)控、升級、數(shù)據(jù)管理等。
如圖 2所示是國家電網(wǎng)的直流充電機通用技術規(guī)范示例的通信關系圖。
圖 2 國家電網(wǎng)的充電樁通信關系圖
二、直流樁上的電源、CAN、RS485/232隔離應用解決方案
就CAN、RS485、RS232的通信方式來說，不論是直流樁還是交流樁，因一般通信的距離不會很長，節(jié)點數(shù)也不需要很多，一般的收發(fā)器都能滿足波特率、節(jié)點數(shù)量的需求。對于直流樁而言，同時也需強調其它保護及可靠性的方面的需求：
1、優(yōu)異的EMS性能：直流樁內(nèi)部或周邊有大功率的充電機，會產(chǎn)生較強的電磁干擾，通信模塊自身需能有效防護電磁能量，同時具備隔離功能，降低每個子系統(tǒng)相互之間的串擾及共模噪聲的影響。
2、可靠的總線防護：充電樁在給車充電時，充電槍常需跟車載充電口連接、斷開，同時不同汽車的車況環(huán)境不一樣，在此過程中，充電槍內(nèi)負責跟BMS通信的CAN接口極易產(chǎn)生ESD、瞬態(tài)的電壓變化、電火花干擾等，若無充分的防護，CAN接口容易損壞。
3、寬泛的溫度適應性：直流樁一般安裝在空曠的室外，國內(nèi)南北方的室外溫度可達-35℃~+45℃，同時樁內(nèi)大功率充電機工作時會給周邊輻射大量的熱量，綜合考量環(huán)境溫度和直流樁工作與否的狀態(tài)，樁內(nèi)的溫度變化范圍預計可達-35℃~+70℃，對各個樁內(nèi)部件而言，都是嚴苛的考驗，通信模塊需能勝任。
4、低故障率：直流樁承擔著給電動汽車續(xù)航的重任，同時大都安裝在高速公路、空曠的野外等環(huán)境，出故障后的直接損失和維護成本都比較高，要求包括隔離模塊在內(nèi)的各部件高可靠、低故障，保證充電樁持久穩(wěn)定的為顧客服務。
結合樁內(nèi)各子系統(tǒng)的供電應用，CAN、RS485/232的通信方案如所示。
圖 3 直流樁上的電源、CAN、RS485/232隔離應用解決方案
ZLG的CTM系列CAN隔離、RSM系列RS485、RS232隔離可輕松應付上述需求，高共模抑制性能、模塊化設計，幫助用戶快速實現(xiàn)功能，同時滿足直流樁的復雜的電磁、溫度環(huán)境。如CTM1051KT，內(nèi)部集成新一代技術的隔離DC-DC，整個模塊的隔離電壓高達3500VDC，允許工作的溫度范圍支持-40~105℃。
圖 4 RSM隔離CAN模塊
圖 5 隔離RS485收發(fā)模塊
三、直流樁上的CAN口擴展解決方案
在類似一樁多充等需要較多CAN接口的應用中，主控系統(tǒng)的CAN接口可能不夠用，此時需通過外設、從MCU等方式來外殼CAN應用。對此，CSM100L系列嵌入式UART轉CAN模塊可提供理想的解決方案。CSM100L的UART和CAN之間具備2500VDC的電氣隔離，小體積模塊化設計，CAN口符合ISO11898標準，支持5K~1Mbps的速率，通過操作UART即可跟CAN設備通信，如圖 6 嵌入式UART轉CAN所示。
圖 6 嵌入式UART轉CAN
直流樁內(nèi)部通信接口的設計主要考慮的是抗電磁干擾、寬溫度范圍、及常時間工作的可靠性，性能和質量是最重要的考量因素，推薦采用一體化的接口隔離模塊，再搭配合理的電源隔離方案，有效幫助用戶設計出高可靠的直流樁產(chǎn)品。
圖 7 工業(yè)級隔離AC-DC電源
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